(57)【要約】【課題】  ビアの密度に偏りが在るような場合でも、ビア内にも絶縁膜材料が完全に充填されて空隙（ボイド）が出来ること無く、かつ、膜厚にバラツキが少なく、高性能な半導体装置を簡単に得ることが出来る技術を提供することである。【解決手段】  位置によってビア密度が異なるビアを有する基板上に所定の絶縁膜を形成する半導体装置における配線形成方法であって、  前記ビア内にも絶縁膜用塗料が十分に充填されるよう後述する第２塗布工程で用いられる絶縁膜用塗料の粘度より低い粘度に調整された絶縁膜用塗料を塗布する第１塗布工程と、  前記第１塗布工程で形成された前記ビア位置以外における塗膜の厚みのバラツキを解消する為に、前記第１塗布工程で形成された塗膜の上に、前記第１塗布工程で用いられた絶縁膜用塗料の粘度より高い粘度に調整された該第１塗布工程で形成された塗膜と同系組成の塗膜を構成する絶縁膜塗料を更に塗布する第２塗布工程とを具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビアを有する基板に所定の膜を形成する半導体装置における配線形成方法であって、
前記ビア内にも塗料が十分に充填されるよう該塗料を塗布する第１塗布工程と、
前記第１塗布工程で形成された前記ビア位置以外における塗膜の厚みのバラツキを解消する為に前記第１塗布工程で形成された塗膜の上に塗料を更に塗布する第２塗布工程
とを具備することを特徴とする半導体装置における配線形成方法。
【請求項２】
位置によってビア密度が異なるビアを有する基板上に所定の絶縁膜を形成する半導体装置における配線形成方法であって、
前記ビア内にも絶縁膜用塗料が十分に充填されるよう後述する第２塗布工程で用いられる絶縁膜用塗料の粘度より低い粘度に調整された絶縁膜用塗料を塗布する第１塗布工程と、
前記第１塗布工程で形成された前記ビア位置以外における塗膜の厚みのバラツキを解消する為に、前記第１塗布工程で形成された塗膜の上に、前記第１塗布工程で用いられた絶縁膜用塗料の粘度より高い粘度に調整された該第１塗布工程で形成された塗膜と同系組成の塗膜を構成する絶縁膜塗料を更に塗布する第２塗布工程
とを具備することを特徴とする半導体装置における配線形成方法。
【請求項３】
塗布工程は回転塗布による工程であることを特徴とする請求項１又は請求項２の半導体装置における配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、ハイブリッドダマシン法による配線形成技術、中でも、塗布系絶縁膜の形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッドダマシン法を用いて半導体装置の積層配線を構成するに際して、配線抵抗のバラツキや隣接配線間容量のバラツキを低減することは重要である。
【０００３】
さて、半導体集積回路における微細化の進行に伴って半導体１チップに搭載される半導体素子の数は激増しており、これにつれて多数の半導体素子を結線する配線や配線層間を接続するビアは指数関数的に増加している。ところで、このような半導体装置において、上層Ｃｕ配線と下層Ｃｕ配線とを結線する為に形成されているビアは均一に分布しているのでは無く、ビア密度の高い場所とビア密度の低い場所とが在る。すなわち、回路の機能や特性等によってビアには偏りが有る。
【０００４】
このような偏りの在るビアを有する基板上に絶縁膜用塗料を塗布して絶縁膜を形成しようとした場合、塗布された絶縁膜用塗料はビア開口部にも入り込む為、ビア開口部の密集度の相違によって、その上部における絶縁膜の膜厚が均一でなくなり、バラツキが出来てしまう。
【０００５】
そこで、絶縁膜（塗膜）の均一性を改善する為、基板への濡れ性の改善と言った材料の改良や、粘度の調整と言った塗布特性の改善、更には塗布方法の改善、例えば回転塗布法における回転数の低速化等が検討されている。
特に、粘度に関しては、粘度を高めて平坦性を改善する手法が有効であると言われている。
【０００６】
しかしながら、この場合、塗布形成された絶縁膜の膜厚の平坦度は改善されるものの、高粘度の塗料であるが故に、高密度配線に必要な微細な径のビアの底部までは絶縁膜用塗料が入って行かず、ビア内が絶縁膜用塗料によって充填されず、ボイド(空隙)が出来てしまう問題が起きる。
【０００７】
例えば、６５ｎｍノードプロセスにおいては、絶縁膜形成後の膜厚は１５０ｎｍ程度と謂われており、この１５０ｎｍ厚程度の膜厚を回転塗布法で実現させる為には、絶縁膜用塗料の粘度を略３ｃＰ以下にする必要がある。従って、平坦性確保の為、これ以上の高粘度の薬液を使用すると、回転塗布時に幾ら高速回転させても、厚さが１５０ｎｍ以下には成膜できないと言う基本的な問題が生じる。
【０００８】
よって、今後予想される更なる多層配線や微細配線を鑑みると、絶縁膜用塗料の粘度を下げざるを得ない。
【０００９】
さて、何れの手法を採用する場合でも、ビア開口部の密集度、即ち、単位面積当たりのビア開口部の個数に応じて、つまり、場所によって、絶縁膜用塗料の供給量を多くしたり少なくしたりする必要が有る。
【００１０】
しかしながら、塗布方法として用いられている回転塗布法にあっては、供給量の調整が局所的には出来ない為、ビア開口部の密集度の違いに対応できず、密集度の高い場所にあっては、絶縁膜の膜厚が薄く、逆に、密集度の低い場所にあっては、絶縁膜の膜厚が厚く形成されてしまう。
【００１１】
そして、上記のような厚さにバラツキが有る絶縁膜にダマシン法で配線を形成した場合、前記絶縁膜の厚さが配線（Ｃｕ）膜の厚さになる為、配線抵抗や隣接配線間容量のバラツキが大きくなり、それだけ半導体装置の性能が低下する。
【００１２】
尚、特開２００１−３４５３８０号公報には、所望の形状に表面加工を施された半導体基板上に、第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜に所望のビアを形成する工程と、前記ビアが形成された前記第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜の上に第３の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜および前記第３の絶縁膜に配線用溝を形成する工程と、前記配線用溝に金属を埋め込む工程と、前記金属を研磨して埋め込み配線を形成する工程とを具備し、前記第１の絶縁膜は低誘電率絶縁膜であり、前記第２の絶縁膜は前記第１の絶縁膜とは異なる材料からなる低誘電率絶縁膜であり、前記ビア層絶縁膜にはシロキサン等の無機系材料を、又、配線層絶縁膜にはポリアリレン系樹脂等の有機ポリマー材料を用いたハイブリッドダマシンの製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３４５３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、特許文献１にあっては、ビア形成後の有機ポリマー材料を用いた配線層絶縁膜形成に関して、その膜厚のバラツキには何ら言及していない。
【００１４】
そして、上述した通り、ビア開口部の密集度の相違により上部の絶縁膜の膜厚にバラツキが起き、これによって配線膜厚（抵抗）にバラツキが起きる。かつ、絶縁膜の膜厚にバラツキが起きる為、隣接配線間容量にバラツキが起きる。このようなバラツキの問題についても特許文献１には認識が皆無である。
【００１５】
更に、多層配線にあっては、絶縁膜の膜厚のバラツキは、絶縁膜形成後に行われるＣＭＰ（化学的機械的研磨）における平坦性を劣化させ、又、研磨残りを引き起こす。膜の積層が行われて行く度に研磨残りが生じ易くなり、配線間耐圧の劣化が顕著となる。又、平坦性の低下により、リソグラフィー露光時の焦点深度の確保も困難となり、パターン解像不良の問題も起きる。
【００１６】
このように、絶縁膜の膜厚のバラツキは回路の性能を大きく左右し、多層配線構造の半導体装置の性能に大きな影響を与える。
【００１７】
従って、本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解決することである。特に、ビアを有する基板に絶縁膜を設けるに際して、ビア内にも絶縁膜材料が完全に充填されて空隙（ボイド）が出来ること無く、かつ、膜厚にバラツキが少なく、高性能な半導体装置を得ることが出来る技術を提供することである。更には、ビアの密度に偏りが在るような場合でも、ビア内にも絶縁膜材料が完全に充填されて空隙（ボイド）が出来ること無く、かつ、膜厚にバラツキが少なく、高性能な半導体装置を簡単に得ることが出来る技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の課題は、ビアを有する基板に所定の膜を形成する半導体装置における配線形成方法であって、
前記ビア内にも塗料が十分に充填されるよう該塗料を塗布する第１塗布工程と、
前記第１塗布工程で形成された前記ビア位置以外における塗膜の厚みのバラツキを解消する為に前記第１塗布工程で形成された塗膜の上に塗料を更に塗布する第２塗布工程
とを具備することを特徴とする半導体装置における配線形成方法によって解決される。
【００１９】
特に、位置によってビア密度が異なるビアを有する基板上に所定の絶縁膜を形成する半導体装置における配線形成方法であって、
前記ビア内にも絶縁膜用塗料が十分に充填されるよう後述する第２塗布工程で用いられる絶縁膜用塗料の粘度より低い粘度に調整された絶縁膜用塗料を塗布する第１塗布工程と、
前記第１塗布工程で形成された前記ビア位置以外における塗膜の厚みのバラツキを解消する為に、前記第１塗布工程で形成された塗膜の上に、前記第１塗布工程で用いられた絶縁膜用塗料の粘度より高い粘度に調整された該第１塗布工程で形成された塗膜と同系組成の塗膜を構成する絶縁膜塗料を更に塗布する第２塗布工程
とを具備することを特徴とする半導体装置における配線形成方法によって解決される。
【００２０】
尚、上記本発明の半導体装置における配線形成方法において、塗布工程は、特に、回転塗布工程である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明が実施されると、ビアには確実に膜材料が充填される。従って、空隙が出来ることは無い。かつ、ビア密度に因らずに形成された膜の膜厚は略一定である。従って、配線抵抗にバラツキが少ない高精度で均一な配線が得られる。かつ、隣接配線間容量にもバラツキが少ない。従って、高性能な半導体装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、ビアを有する基板に所定の膜を形成する半導体装置における配線形成方法である。特に、位置によってビア密度が異なるビアを有する基板上に所定の絶縁膜を形成する半導体装置における配線形成方法である。そして、ビア内にも塗料が十分に充填されるよう該塗料を塗布する第１塗布工程と、前記第１塗布工程で形成された前記ビア位置以外における塗膜の厚みのバラツキを解消する為に前記第１塗布工程で形成された塗膜の上に塗料を更に塗布する第２塗布工程とを具備する。特に、ビア内にも絶縁膜用塗料が十分に充填されるよう後述する第２塗布工程で用いられる絶縁膜用塗料の粘度より低い粘度に調整された絶縁膜用塗料を塗布する第１塗布工程と、前記第１塗布工程で形成された前記ビア位置以外における塗膜の厚みのバラツキを解消する為に、前記第１塗布工程で形成された塗膜の上に、前記第１塗布工程で用いられた絶縁膜用塗料の粘度より高い粘度に調整された該第１塗布工程で形成された塗膜と同系組成の塗膜を構成する絶縁膜塗料を更に塗布する第２塗布工程とを具備する。塗布工程における塗布は、特に、回転塗布（スピンコート）である。
以下、更に詳しく説明する。
【００２３】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の第１実施形態を示すものである。
各図中、１は配線間絶縁膜であり、この配線間絶縁膜１に形成された所定パターンの配線用溝にＣｕ膜２が設けられている。３はキャップ膜であり、４はＣｕ拡散バリア膜である。５は、Ｃｕ拡散バリア膜４の上に設けられた層間絶縁膜である。例えば、Ｃｕ膜２が形成されている基板上に、Ｃｕ拡散防止の為、ＳｉＮ，ＳｉＣＮ，ＳｉＣ等のバリア絶縁膜が形成される。更に、この上に、ＣＶＤ等によりＳｉＯＣ膜、又は塗布を用いてＭＳＱ，ＨＳＱと言った無機系の層間絶縁膜５が設けられる。
【００２４】
この層間絶縁膜５に対して、従来と同様にして、フォトエッチング技術により、ビア６が形成される（図１（ａ）参照）。尚、ビア６は、下層Ｃｕ膜２と上層Ｃｕ膜８との結線の為に設けられるものである。このビア６は、図１から判る通り、Ｃｕ膜２との関係から、密な箇所と疎な箇所とを有する。例えば、右側の位置にあっては、ビア６の密度は小さく、左側の位置にあっては、ビア６の密度が大きい。
【００２５】
７ａは、ビア６が形成された後、層間絶縁膜５の上に設けられた配線間絶縁膜である。この配線間絶縁膜７ａは、層間絶縁膜５の上に所定の粘度の絶縁膜用塗料をスピンコートし、乾燥させることによって設けられたものである。尚、この絶縁膜用塗料の粘度は、絶縁膜用塗料をスピンコートした場合、絶縁膜用塗料が全てのビア６に完全に充填されるような低粘度なものである。すなわち、微細な径のビア６の中に絶縁膜用塗料を充填する為には、絶縁膜用塗料は低粘度なことが要請される。そして、このような低粘度の絶縁膜用塗料をスピンコートした場合、図１（ｂ）からも判る通り、ビア６の密な箇所よりもビア６の疎な箇所の方が膜厚は厚いようになる。
【００２６】
ビア６に絶縁膜用塗料が完全に充填されたものの、膜厚に段差が有る配線間絶縁膜７ａが硬化・形成された後、配線間絶縁膜７ａの上に、配線間絶縁膜７ａの構成成分と同じ構成成分を含む粘度が大きな絶縁膜用塗料をスピンコートする。このスピンコートに際しての塗料の粘度は高いことから、スピンコート後に形成される配線間絶縁膜７には、図１（ｃ）に示される通り、図１（ｂ）に示された段差が無いものとなる。勿論、図１（ｂ）の配線間絶縁膜７ａの厚さと図１（ｃ）の配線間絶縁膜７の厚さとから判る通り、配線間絶縁膜７の厚さは、二度塗りした分だけ、配線間絶縁膜７ａの厚さより厚くなっている。勿論、複数回の塗りによって形成された膜厚が最終的な厚さであるから、各々の塗布によって形成される膜厚を如何なる厚さのものとするかは全体の厚さを勘案して適宜決めれば良い。尚、複数回の塗布は二回の塗布でも三回の塗布でも良く、又、それ以上のものであっても良い。但し、ビア６への完全な充填と膜厚のバラツキ解消は二度塗りで達成でき、三度塗りの方が著しく高精度に出来るものでも無く、逆に、生産効率が悪くなるから、現実的には二度塗りが好ましいものである。
【００２７】
さて、ビア６に絶縁膜用塗料が完全に充填され、かつ、ビア６の疎密な位置に寄らずに均一な膜厚の配線間絶縁膜７が形成（図１（ｃ）参照）された後、通常のフォトエッチング技術を用いて上層の配線用溝の形成と再度のビアとを形成し、そして上層Ｃｕ膜８を設ける。そして、この後、ＣＭＰを行い、平坦化する（図１（ｄ）参照）。
【００２８】
尚、図１（ｃ）に示されるような二度塗りを行わないで、従来の如きの一度塗りで行った場合、即ち、図１（ｂ）に示される状態のものに対して通常のフォトエッチング技術を用いて上層の配線用溝の形成と再度のビアとを形成し、そして上層Ｃｕ膜８を設けた場合には、図２に示される如きのものになり、この場合には前述した通り、上層Ｃｕ膜８に厚さのバラツキが出来、かつ、配線間容量にもバラツキが出来るものとなる。そして、このことは、ＣＭＰ研磨時のオーバー研磨量の調整なども大変になる。そして、多層配線の場合には、ＣＭＰ研磨面の平坦性が劣化し、配線間に研磨残りが発生し、配線間耐圧の劣化、更には配線間ショートも引き起こされる。更には、リソグラフィーにおいても、露光面の平坦性が損なわれることになり、解像不良等の問題が生じる。
【００２９】
上述した通り、上記実施形態にあっては、配線間絶縁膜を二度塗りで形成させたので、配線間絶縁膜の厚さにバラツキが無いものとなり、かつ、ビアにも完全な充填が行われてボイドが無いものであり、従って上層配線と下層配線とが綺麗に結線されると共に配線の膜厚が均一であるから、抵抗にバラツキが無く、かつ、配線間容量にもバラツキが無い高精度な半導体装置が得られる。更には、ＣＭＰに際して、膜表面には段差が少ないので、配線に研磨残りが発生と言った問題も起き難い。そして、配線間耐圧の劣化や配線間ショート等の問題も無い。更には、リソグラフィーにおいて、露光面の平坦性が確保されており、解像不良等の問題が皆無となり、デフォーカスによる配線寸法バラツキの問題も改善される。
【００３０】
次に、具体例を挙げて説明する。すなわち、ポリマー系絶縁膜を用いた場合について説明する。ここで、ポリマー系絶縁膜としては、ポリアリレン系樹脂、ポリアリレンエーテル系樹脂、水素化アモルファスカーボン、フッ化アモルファスカーボン、アモルファスカーボン、及びポリテトラフロロエチレン系樹脂からなる群から選択される少なくとも一種を主成分とするものが用いられる。先ず、最初の塗布、即ち、図１（ｂ）に示された第１回目の塗布では、絶縁膜用塗料をビア６内に十分に充填させる為、塗料の最適な粘度を調べておく。すなわち、回転数１０００〜２０００ｒｐｍの回転塗布法にて塗布するが、使用する絶縁膜の特性を加味して粘度を決定しておく必要がある。図１（ｃ）に示される第２回目の塗布は段差解消が主たる目的である為、これも最適な粘度に決定しておく必要がある。すなわち、回転数１０００〜２０００ｒｐｍの回転塗布法にて塗布するが、使用する絶縁膜の特性を加味して粘度を決定しておく必要がある。
【００３１】
尚、本発明は回転塗布法に限られるものでは無い。例えば、コーテングのような手法でもよく、又、第１回目の塗布後にスキージでしごいて開口部への充填を果たし、そして第２回目の塗布を行うようになし、第１回目と第２回目の塗布との間に新たな工程が入ってもよい。
【００３２】
図３は、従来の如きの一度塗りの場合および本発明の如きの二度塗りの場合において形成されるポリマー系絶縁膜の膜厚とビア密集度との関係を示した図である。ここで、横軸は、ビア密集度(Duty Ratio)であり、隣り合うビア間の距離（ビアの縁と縁との距離）がビア径の一個分の時がDuty Ratio  １となる。更に、隣り合うビア間の距離（ビアの縁と縁との距離）がビア径の２個分の時がDuty Ratio  ２となり、以下、同様である。縦軸は、ビア無し部で絶縁膜の膜厚が設計値になるよう塗布した時の各部での形成膜厚である。この図３によれば、従来方法に対し、本発明の二度塗りによって形成された膜はビア密集度に依らず略一定であることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の工程説明図
【図２】従来例の説明図
【図３】絶縁膜のビア密集度依存性の説明図
【符号の説明】
【００３４】
１        配線間絶縁膜
２，８    Ｃｕ膜
３，９    キャップ膜
５        層間絶縁膜
６        ビア
７ａ，７  配線間絶縁膜
代  理  人  宇  高    克  己
【図１】
2007227817.tif 000003
【図２】
2007227817.tif 000004
【図３】
2007227817.tif 000005