(57)【要約】【課題】  表面に段差のある絶縁層上に配線パターンを形成する場合に、段差の高い領域と低い領域における配線の形状異常などを防止できる配線パターンの形成方法の提供。【解決手段】  絶縁層１上に所定の厚さの配線層２を形成する（図１（Ａ））。次に、配線層２上であって絶縁層１の段差の高い領域１ａと低い領域１ｂに対応する各部分に、反射防止膜３ａ，３ｂを形成し、反射防止膜３ａの厚さを反射防止膜３ｂの厚さよりも相対的に厚くする（同（Ｃ））。次に、反射防止膜３ａにレジスト層５ａを形成するとともに、反射防止膜３ｂ上にレジスト層５ｂを形成し、レジスト層５ａの厚さをレジスト層５ｂの厚さよりも相対的に薄くする（同（Ｅ））。次に、レジスト層５ａ，５ｂと反射防止膜３ａ，３ｂをマスクとして、ドライエッチングにより反射防止膜３ａ，３ｂと配線層２を選択的に除去し、絶縁層１上に所望の配線パターンを形成する（同（Ｆ））。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に段差があって段差の高い領域と低い領域とが混在する絶縁層上に所望の配線パターンを形成する配線パターンの形成方法であって、
前記絶縁層上に所定の厚さの配線層を形成する第１工程と、
前記配線層上であって前記絶縁層の段差の高い領域と低い領域に対応する部分に、第１反射防止膜と第２反射防止膜とをそれぞれ形成し、前記第１反射防止膜の厚さを前記第２反射防止膜の厚さよりも相対的に厚くする第２工程と、
前記第１反射防止膜上に第１レジスト層を形成するとともに、前記第２反射防止膜上に第２レジスト層を形成し、前記第１レジスト層の厚さを前記第２レジスト層の厚さよりも相対的に薄くする第３工程と、
前記両レジスト層と前記両反射防止膜をマスクとして、ドライエッチングにより前記両反射防止膜と前記配線層を選択的に除去し、前記絶縁層上に所望の配線パターンを形成する第４工程と、
からなることを特徴とする配線パターンの形成方法。
【請求項２】
前記第２工程において、前記第２反射防止膜の厚さは、前記絶縁層上に形成される配線パターンの配線密度に応じて異ならせるようにすることを特徴とする請求項１に記載の配線パターンの形成方法。
【請求項３】
表面に段差があって段差の高い領域と低い領域とが混在する絶縁層上に所望の配線パターンを形成する配線パターンの形成方法であって、
前記絶縁層上に所定の厚さの配線層を形成する第１工程と、
前記配線層上であって前記絶縁層の段差の高い領域に対応する部分に反射防止膜を形成する第２工程と、
前記反射防止膜上に第１レジスト層を形成するとともに、前記絶縁層上の段差の低い領域に第２レジスト層を形成し、前記第１レジスト層の厚さを前記第２レジスト層の厚さよりも相対的に薄くする第３工程と、
前記両レジスト層と前記反射防止膜をマスクとして、ドライエッチングにより前記反射防止膜と前記配線層を選択的に除去し、前記絶縁層上に所望の配線パターンを形成する第４工程と、
からなることを特徴とする配線パターンの形成方法。
【請求項４】
前記第２工程では、前記絶縁層上の全体に反射防止膜を形成し、その反射防止膜のうち前記絶縁層の段差の高い領域に対応する部分にレジスト層を形成し、そのレジスト層をマスクとして前記反射防止膜のうち前記絶縁層の段差の低い領域に対応する部分を、四フッ化炭素ガスを用いたプラズマエッチングにより除去することを特徴とする請求項３に記載の配線パターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上に形成される層間絶縁層などの絶縁層上に所望の配線パターンを形成する方法に関し、特に、表面に段差がある絶縁層上に所望の配線パターンを形成する配線パターンの形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の配線パターンの形成方法としては、層間絶縁膜上のＡｌ系多層膜をドライエッチングする際に、特殊なガスを添加したエッチングガスを使用してエッチング選択比を向上させる方法や、メインエッチングとオーバーエッチングとで使用するガスを切り替える方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、この種の配線パターンの形成方法としては、半導体基板の表面に絶縁層を形成し、その絶縁層上にポリシリコンやアルミニウムなどの導電体配線層を形成したのちに、その導電体配線層上にＳｉＮやＴｉＮなどの反射防止膜とレジストとを順に重ねて形成し、これらをマスクとして下層の導電体配線層をドライエッチングして、その絶縁層上に所望の配線パターンを形成する方法が知られている（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平５−１０２０９９号公報
【特許文献２】特開平６−１４０３９６号公報
【特許文献３】特開平８−１７７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に記載されるような方法では、特殊なガスを使用する必要があり、一般に困難である。
また、表面に段差がある絶縁層上にアルミニウム配線をエッチングするような場合には、段差の高い領域と段差の低い領域とでレジストの膜厚が異なり、レジストの膜厚が薄い段差の高い領域では、オーバエッチング時にそのレジストの端縁の近傍部分がエッチングされてしまうという不具合がある。この対策として、レジストの膜厚を厚くすると、アスペクト比が増大するために、段差の低い領域ではエッチング速度の低下やアルミニウム配線の形状変化が発生し、所望の寸法の配線が得られなくなるという不具合がある。
【０００４】
さらに、特許文献２や特許文献３に記載のように、反射防止膜を使用する方法があるが、配線のアスペクト比が大きな場合にはエッチングの処理時間を長くする必要があり、結果として段差の高い領域で配線の端縁の近傍部分がエッチングされてしまうという不具合がある。
そこで、本発明の目的は、表面に段差のある絶縁層上に配線パターンを形成する場合に、段差の高い領域と低い領域における配線の形状異常などを防止できるようにした配線パターンの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決して本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のように構成した。
すなわち、第１発明は、表面に段差があって段差の高い領域と低い領域とが混在する絶縁層上に所望の配線パターンを形成する配線パターンの形成方法であって、前記絶縁層上に所定の厚さの配線層を形成する第１工程と、前記配線層上であって前記絶縁層の段差の高い領域と低い領域に対応する部分に、第１反射防止膜と第２反射防止膜とをそれぞれ形成し、前記第１反射防止膜の厚さを前記第２反射防止膜の厚さよりも相対的に厚くする第２工程と、前記第１反射防止膜上に第１レジスト層を形成するとともに、前記第２反射防止膜上に第２レジスト層を形成し、前記第１レジスト層の厚さを前記第２レジスト層の厚さよりも相対的に薄くする第３工程と、前記両レジスト層と前記両反射防止膜をマスクとして、ドライエッチングにより前記両反射防止膜と前記配線層を選択的に除去し、前記絶縁層上に所望の配線パターンを形成する第４工程と、からなるようにした。
【０００６】
第２発明は、第１発明において、前記第２工程において、前記第２反射防止膜の厚さは、前記絶縁層上に形成される配線パターンの配線密度に応じて異ならせるようにした。
第３発明は、表面に段差があって段差の高い領域と低い領域とが混在する絶縁層上に所望の配線パターンを形成する配線パターンの形成方法であって、前記絶縁層上に所定の厚さの配線層を形成する第１工程と、前記配線層上であって前記絶縁層の段差の高い領域に対応する部分に反射防止膜を形成する第２工程と、前記反射防止膜上に第１レジスト層を形成するとともに、前記絶縁層上の段差の低い領域に第２レジスト層を形成し、前記第１レジスト層の厚さを前記第２レジスト層の厚さよりも相対的に薄くする第３工程と、前記両レジスト層と前記反射防止膜をマスクとして、ドライエッチングにより前記反射防止膜と前記配線層を選択的に除去し、前記絶縁層上に所望の配線パターンを形成する第４工程と、からなるようにした。
【０００７】
第４発明は、第３発明において、前記第２工程では、前記絶縁層上の全体に反射防止膜を形成し、その反射防止膜のうち前記絶縁層の段差の高い領域に対応する部分にレジスト層を形成し、そのレジスト層をマスクとして前記反射防止膜のうち前記絶縁層の段差の低い領域に対応する部分を、四フッ化炭素ガスを用いたプラズマエッチングにより除去するようにした。
【０００８】
このように第１および第２発明によれば、表面に段差のある絶縁層上に所望の配線パターンを形成する際のマスクとして、絶縁層の段差の高い領域では、第１レジスト層の他に第１反射防止膜を使用し、第１反射防止膜の膜厚を第２反射防止膜の膜厚に比べて厚くするようにした。このため、絶縁層の段差の高い領域では、第１レジスト層の厚さがレジスト層のみを使用する場合に比べて薄くなって、第１レジスト層の端縁の近傍部分がエッチングされるが、第１反射防止膜がマスクとして機能するので、配線層により形成される配線パターンの端縁の近傍部分のエッチングを防止できる。
【０００９】
一方、絶縁層の段差の低い領域では、配線パターンをエッチングで形成する際のマスクとして、第２レジスト層の他に第２反射防止膜を使用し、第２反射防止膜の膜厚を第１反射防止膜に比べて薄くするようにした。このため、第２レジスト層の厚さと第２反射防止の膜厚とを含めたマスクとしての厚さを、レジスト層のみを使用する場合に比べて薄くできる。従って、絶縁層の段差の低い領域では、アスペクト比を小さくできるので、配線層により形成される配線パターンの形状異常の発生を防止できる。
【００１０】
また、第３および第４発明によれば、表面に段差のある絶縁層上に所望の配線パターンを形成する際のマスクとして、絶縁層の段差の高い領域では、第１レジスト層の他に反射防止膜を使用するようにした。このため、絶縁層の段差の高い領域では、第１レジスト層の厚さがレジスト層のみを使用する場合に比べて薄くなり、第１レジスト層の端縁の近傍部分がエッチングされるが、反射防止膜がマスクとして機能するので、配線層により形成される配線パターンの端縁の近傍部分のエッチングを防止できる。
【００１１】
一方、絶縁層の段差の低い領域では、配線パターンをエッチングで形成する際のマスクとして、第２レジスト層を使用するようにした。ここで、段差の高い領域では、第１レジスト層の厚さをレジスト層のみを使用する場合に比べて薄くできるので、第２レジスト層の厚さについてもレジスト層のみを使用する場合に比べて薄くできる。このように、第２レジスト層の厚みを薄くしてアスペクト比を小さくできるので、絶縁層の段差の低い領域では、配線層により形成される配線パターンの形状異常の発生を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明の配線パターンの形成方法が適用される第１実施形態について、図１（Ａ）〜図１（Ｆ）を参照して説明する。
この第１実施形態では、図１（Ａ）に示すように、表面に段差があって段差の高い領域（段差上部）１ａと段差の低い領域（段差下部）１ｂとが混在する絶縁層１上に形成される配線層２を、マスクを用いて選択的にドライエッチングし、その絶縁層１上に所望の配線パターンを形成する場合について説明する。
【００１３】
まず、図１（Ａ）に示すように、表面に段差のある下地絶縁層（以下、絶縁層という）１を有する半導体基板（図示せず）を用意し、この絶縁層１上に所定の厚さの配線層２を形成させたのち、その配線層２上に所定の厚さの反射防止膜３を形成させる。
ここで、絶縁層１は、例えば酸化シリコンからなる。配線層２は、例えばアルミニウム系の導電層（材料層）からなる。反射防止膜３は、例えば窒化シリコン膜からなる。
【００１４】
次に、図１（Ａ）に示すように、反射防止膜３を選択的に削るためのレジスト層４を、反射防止膜３上に形成する。その後、図１（Ｂ）に示すように、レジスト層４は、絶縁層１の段差の低い領域１ｂに対応する部分について除去し、絶縁層１の段差の高い領域１ａに対応する部分について残すようにする。
次に、図１（Ｂ）の状態で、レジスト層４をマスクにしてドライエッチングを行って反射防止膜３の表面を所定の深さだけ削る。ここで、上記のドライエッチングは、例えば四フッ化炭素ガス（ＣＦ4 ）を用いたプラズマエッチングにより行う。
【００１５】
その後、レジスト層４を除去すると、図１（Ｃ）に示すように、反射防止膜３は、絶縁層１の高い領域１ａに対応する部分にはそのまま残って膜厚の厚い反射防止膜３ａが形成され、絶縁層１の低い領域１ｂに対応する部分は表面が削られて膜厚の薄い反射防止膜３ｂが形成さる。すなわち、配線層２上には、膜厚の異なる反射防止膜３ａ，３ｂが形成され、反射防止膜３ａの膜厚は反射防止膜３ｂの膜厚よりも相対的に厚くなる。
【００１６】
ここで、反射防止膜３ａ，３ｂの各厚さは、絶縁層１の段差構造などに合わせて決定されるものであり、配線層２がドライエッチングされて配線パターンが形成される際に、そのドライエッチング時間に耐えられるだけの厚さを必要とする。
また、反射防止膜３ｂの厚さは、絶縁層１の段差の低い領域１ｂに形成される配線パターンの配線密度に応じて異ならせるようにするのが好ましい。
【００１７】
次に、図１（Ｄ）に示すように、反射防止膜３ａ，３ｂ上に、配線用のレジスト層５を形成させる。このレジスト層５は、配線層２と反射防止膜３ａ，３ｂとを選択的にドライエッチングするための配線用マスクとなるものである。このレジスト層５の形成後は、図示のように、レジスト層５の上面は水平となる。このため、レジスト層５は、絶縁層１の段差の高い領域１ａに対応する部分はその層厚が薄く、絶縁層１の段差の低い領域１ｂに対応する部分はその層厚が厚くなる。
【００１８】
次に、図１（Ｄ）に示すようなレジスト層５から、図１（Ｅ）に示すような配線用マスクとして使用するレジストパターンを形成する。この結果、レジスト層５は、図１（Ｅ）に示すように、絶縁層１の段差の高い領域１ａに対応する部分はその層厚が薄いレジスト層５ａとなり、絶縁層１の段差の低い領域１ｂに対応する部分はその層厚が厚いレジスト層５ｂとなり、両者はその厚さが異なるようになる。
【００１９】
次に、絶縁層１の段差の高い領域１ａに対応する部分は、反射防止膜３ａおよびレジスト層５ａをマスクにするとともに、絶縁層１の段差の低い領域１ｂに対応する部分は、反射防止膜３ｂおよびレジスト層５ｂをマスクとし、配線層２および反射防止膜３ａ，３ｂを選択的にドライエッチングする。ここで、そのドライエッチングは、例えば塩素系のガスまたは塩素を含むガスを用いて行う。
【００２０】
そのドライエッチングが終了し、レジスト層５ａ，５ｂを除去すると、図１（Ｆ）に示すように、絶縁層１上に配線層２からなる所望の配線パターンを得ることができる。
以上説明したように、この第１次実施形態では、表面に段差のある絶縁層１上に所望の配線パターンを形成する際のマスクとして、絶縁層１の段差の高い領域１ａでは、レジスト５ａの他に反射防止膜３ａを使用し、反射防止膜３ａの膜厚を反射防止膜３ｂの膜厚に比べて厚くするようにした。このため、絶縁層１の段差の高い領域１ａでは、レジスト層５ａの厚さがレジスト層のみを使用する場合に比べて薄くなって、レジスト層５ａの端縁の近傍部分がエッチングされるが、反射防止膜３ａがマスクとして機能するので、配線層２により形成される配線パターンの端縁の近傍部分のエッチングを防止できる。
【００２１】
一方、絶縁層１の段差の低い領域１ｂでは、配線パターンをエッチングで形成する際のマスクとして、レジスト層５ｂの他に反射防止膜３ｂを使用し、反射防止膜３ｂの膜厚を反射防止膜３ａに比べて薄くするようにした。このため、レジスト層５ｂの厚さと反射防止膜３ｂの膜厚とを含めたマスクとしての厚さを、レジスト層のみを使用する場合に比べて薄くできる。従って、絶縁層１の段差の低い領域１ｂでは、アスペクト比を小さくできるので、配線層２により形成される配線パターンの形状異常の発生を防止できる。
【００２２】
次に、本発明の配線パターンの形成方法が適用される第２実施形態について、図２（Ａ）〜図２（Ｆ）を参照して説明する。
この第２実施形態では、図２（Ａ）に示すように、表面に段差があって段差の高い領域１ａと段差の低い領域１ｂとが混在する絶縁層１上に形成される配線層１２を、マスクを用いて選択的にドライエッチングし、その絶縁層１上に所望の配線パターンを形成する場合について説明する。
【００２３】
まず、図２（Ａ）に示すように、表面に段差のある絶縁層１を有する半導体基板（図示せず）を用意し、この絶縁層１上に所定の厚さの配線層１２を形成させたのち、その配線層１２上に所定の厚さの反射防止膜１３を形成させる。
ここで、配線層１２は例えばアルミニウム系の導電層（材料層）からなり、反射防止膜１３は例えば窒化シリコン膜からなる。
【００２４】
次に、図２（Ａ）に示すように、反射防止膜１３を選択的に除去するためのレジスト層１４を、反射防止膜１３上に形成する。その後、図２（Ｂ）に示すように、レジスト層１４は、絶縁層１の段差の低い領域１ｂに対応する部分について除去し、絶縁層１の段差の高い領域１ａに対応する部分について残すようにする。
次に、図２（Ｂ）の状態で、レジスト層１４をマスクにしてドライエッチングを行い、絶縁層１上のうち段差の低い領域１ｂに形成される反射防止膜１３を除去する。ここで、上記のドライエッチングは、例えば四フッ化炭素ガス（ＣＦ4 ）を用いたプラズマエッチングにより行う。
【００２５】
その後、レジスト層１４を除去すると、図２（Ｃ）に示すように、反射防止膜１３は、絶縁層１の段差の高い領域１ａに対応する部分がそのまま残って反射防止膜１３ａが形成され、絶縁層１の段差の低い領域１ｂに対応する部分は削除される。
ここで、反射防止膜１３ａの厚さは、絶縁層１の段差構造などに合わせて決定されるものであり、配線層１２がドライエッチングされて配線パターンが形成される際に、そのドライエッチング時間に耐えられるだけの厚さを必要とする。
【００２６】
次に、図２（Ｄ）に示すように、反射防止膜１３ａ上および反射防止膜１３ａのない配線層１２上に、配線用のレジスト層１５を形成させる。このレジスト層１５は、配線層１２と反射防止膜１３ａを選択的にドライエッチングするための配線用マスクとなるものである。このレジスト層１５の形成後は、図示のように、レジスト層１５の上面は水平となる。このため、レジスト層１５は、絶縁層１の段差の高い領域１ａに対応する部分はその層厚が薄く、絶縁層１の段差の低い領域１ｂに対応する部分はその層厚が厚くなる。
【００２７】
次に、図２（Ｄ）に示すようなレジスト層１５から、図２（Ｅ）に示すような配線用マスクとして使用するレジストパターンを形成する。この結果、レジスト層１５は、図２（Ｅ）に示すように、絶縁層１の段差の高い領域１ａに対応する部分はその層厚が薄いレジスト層１５ａとなり、絶縁層１の段差の低い領域１ｂに対応する部分はその層厚が厚いレジスト層１５ｂとなり、両者はその厚さが異なるようになる。
【００２８】
次に、絶縁層１の段差の高い領域１ａに対応する部分は、反射防止膜１３ａおよびレジスト層１５ａをマスクにするとともに、絶縁層１の段差の低い領域１ｂに対応する部分は、レジスト層１５ｂをマスクとし、配線層１２と反射防止膜１３ａを選択的にドライエッチングする。ここで、そのドライエッチングは、例えば塩素系のガスまたは塩素を含むガスを用いて行う。
【００２９】
そのドライエッチングが終了し、レジスト層１５ａ，１５ｂをそれぞれ除去すると、図２（Ｆ）に示すように、絶縁層１上に配線層１２からなる所望の配線パターンを得ることができる。
以上説明したように、この第２次実施形態では、表面に段差のある絶縁層１上に所望の配線パターンを形成する際のマスクとして、絶縁層１の段差の高い領域１ａでは、レジスト層１５ａの他に反射防止膜１３ａを使用するようにした。このため、絶縁層１の段差の高い領域１ａでは、レジスト層１５ａの厚さがレジスト層のみを使用する場合に比べて薄くなり、レジスト層１５ａの端縁の近傍部分がエッチングされるが、反射防止膜１３ａがマスクとして機能するので、配線層１２により形成される配線パターンの端縁の近傍部分のエッチングを防止できる。
【００３０】
一方、絶縁層１の段差の低い領域１ｂでは、配線パターンをエッチングで形成する際のマスクとして、レジスト層１５ｂを使用するようにした。ここで、絶縁層１の段差の高い領域１ａでは、レジスト層１５ａの厚さをレジスト層のみを使用する場合に比べて薄くできるので、レジスト層１５ｂの厚さについてもレジスト層のみを使用する場合に比べて薄くできる。このように、レジスト層１５ｂの厚みを薄くしてアスペクト比を小さくできるので、絶縁層１の段差の低い領域１ｂでは、配線層１２により形成される配線パターンの形状異常の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の配線パターンの形成方法の第１実施形態における工程を説明する図である。
【図２】本発明の配線パターンの形成方法の第２実施形態における工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・絶縁層、１ａ・・・段差の高い領域、１ｂ・・・段差の低い領域、２、１２・・・配線層、３、１３・・・反射防止膜、３ａ，３ｂ，１３ａ・・・反射防止膜、４、１４・・・レジスト層、５、１５・・・レジスト層、５ａ，５ｂ，１５ａ，１５ｂ・・・レジスト層。
【図１】
2005109175.tif 000003
【図２】
2005109175.tif 000004