(57)【要約】      （修正有）【課題】ビアファーストデュアルダマシン法において、ビア開口部上にビアフィル材を塗布した場合、塗布形成されたビアフィル材の膜厚の均一性が確保され、特に、ビア密集度の違いに寄らずに略一定の膜厚のビアフィル材の膜が形成できる技術を提供する。【解決手段】ビア９内にもビアフィル材塗料が十分に充填されるよう、後述する第２塗布段階で用いられるビアフィル材塗料の粘度より低い粘度に調整されたビアフィル材塗料１０ａを塗布する第１塗布段階。第１塗布段階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、第１塗布段階で形成された塗膜の上に、第１塗布段階で用いられたビアフィル材塗料の粘度より高い粘度に調整された第１塗布段階で形成された塗膜と同系組成の塗膜を構成するビアフィル材塗料を更に塗布する第２塗布段階を経て、ビアが形成された絶縁膜上にビアフィル材塗料による塗膜が設けられる。【選択図】図１
2007227818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビアファーストデュアルダマシン法が用いられて配線形成が行われる半導体装置の製造方法であって、
ビアフィル材塗料がビア内に充填されるようにビアフィル材塗料を塗布する第1塗布段階と、
前記第１塗布段階で形成されたビアフィル材塗料による塗膜の膜厚のバラツキが解消されるように前記第1塗布段階で形成された塗膜の上にビアフィル材塗料を塗布する第２段階
とを経てビアが形成された絶縁膜上にビアフィル材塗料による塗膜が設けられる工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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ビアファーストデュアルダマシン法が用いられて配線形成が行われる半導体装置の製造方法であって、
前記ビア内にもビアフィル材塗料が十分に充填されるよう後述する第２塗布段階で用いられるビアフィル材塗料の粘度より低い粘度に調整されたビアフィル材塗料を塗布する第１塗布段階と、
前記第１塗布段階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塗布段階で形成された塗膜の上に、前記第１塗布段階で用いられたビアフィル材塗料の粘度より高い粘度に調整された前記第１塗布段階で形成された塗膜と同系組成の塗膜を構成するビアフィル材塗料を更に塗布する第２塗布段階
とを経てビアが形成された絶縁膜上にビアフィル材塗料による塗膜が設けられる工程を有することを特徴とする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、特にビアファーストデュアルダマシン法による配線形成技術、中でもビアパターン形成後の絶縁膜上のビアフィル材の成膜技術に関する。更には、ビアパターン形成後の絶縁膜にビアフィル材を塗布する工程において、その塗布膜を平坦化し、更にエッチバック後のリソグラフィー露光面を平坦化し、リソグラフィー時のレジスト解像特性を向上させ、配線抵抗のバラツキ低減および隣接配線間容量のバラツキ低減を目的とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の積層配線構造におけるビアファーストデュアルダマシン法においては、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】
そして、ビアファーストデュアルダマシン法を用いて、上記のような偏りの在るビアを有する基板上にビアフィル材を塗布し、ビア上面を平坦化しようとすると、塗布されたビアフィル材は、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り、ビアフィル材は膜厚が均一でなくなり、バラツキが出来てしまう。尚、本明細書において、ビアフィル材とは、ビアパターンを平坦化する為の平坦化材を意味する。そして、成膜されたビアフィル材はビア上面までエッチバックを行うが、形成される平坦面は、ビアフィル材の膜厚に追随して、平坦性を損なうことになる。
【０００５】
そこで、ビアフィル材の塗膜の厚さの均一性を向上させる為、基板への濡れ性の改善等といった材料の改良や、粘度の調整とい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。
【０００６】
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。
【０００７】
しかしながら、この場合、形成されたビアフィル材の膜の平坦度は多少改善されるものの、薬液が高粘度な為に、高密度配線に必要な微細な径を持つ多数のビアの底部までビアフィル材薬液が入っていかず、十分には充填されないことから、ボイド(空隙)を生じてしまう問題が生じる。
【０００８】
又、ビアフィル材でビア（穴）を充填した後、エッチバックを施し、更にリソグラフィー技術によりパターニングされたレジストマスクを用いて、配線絶縁膜層をドライエッチングにて加工する際、配線絶縁膜とビアフィル材のエッチング選択比を調整していないと、ビアフィル材の膜側面にエッチング残渣(フェンス)が生じたり、又、ビアフィル材が消失し、形状不良または下層配線層への突き抜け等の問題が発生する恐れが有る。この為、上記のような制約下で、材料開発を行う場合、薬液の粘度は３ｃＰ以下にせざるを得ず、即ち、ビアフィル材でビアを充填することが最優先され、平坦性の向上が得られていない。
【０００９】
さて、これまでに提案されて来た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、ビアフィル材薬液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、ビアフィル材の膜厚が薄く、逆に、密集度の低い場所にあっては、ビアフィル材の膜厚が厚く形成されてしまう。
【００１１】
そして、このような膜厚にバラツキがあるビアフィル材の膜にビアフィル材平坦化エッチバックを施し、レジスト配線パターンを形成した場合、反射防止膜の平坦度不足、又、レジストそのものの膜厚がバラツキ、露光後のレジスト配線パターン寸法のバラツキが増大し、最終的には配線抵抗がバラツキ、隣接配線間容量もバラツキが大きくなり、集積回路の高性能化に対応できず、それだけ半導体装置の性能が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明が解決しようとする課題は、ビアファーストデュアルダマシン法において、ビア開口部上にビアフィル材を塗布した場合、塗布形成されたビアフィル材の膜厚の均一性が確保され、特に、ビア密集度の違いに寄らずに略一定の膜厚のビアフィル材の膜が形成できる技術を提供することである。
【００１３】
特に、ビアフィル材の膜厚を単に均一化できると言うだけでは無く、均一な膜を簡単に形成できる技術を提供することである。
【００１４】
そして、ビアフィル材塗布後のビアフィル材膜の平坦化エッチバックを経て、リソグラフィー技術を用い、配線レジストパターニングをする際に、露光面の平坦度が確保されていて、露光精度が向上し、配線のバラツキや、隣接配線間容量のバラツキを低減でき、高性能な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の課題は、ビアファーストデュアルダマシン法が用いられて配線形成が行われる半導体装置の製造方法であって、
ビアフィル材塗料がビア内に充填されるようにビアフィル材塗料を塗布する第1塗布段階と、
前記第１塗布段階で形成されたビアフィル材塗料による塗膜の膜厚のバラツキが解消されるように前記第1塗布段階で形成された塗膜の上にビアフィル材塗料を塗布する第２段階
とを経てビアが形成された絶縁膜上にビアフィル材塗料による塗膜が設けられる工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１６】
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ビアファーストデュアルダマシン法が用いられて配線形成が行われる半導体装置の製造方法であって、
前記ビア内にもビアフィル材塗料が十分に充填されるよう後述する第２塗布段階で用いられるビアフィル材塗料の粘度より低い粘度に調整されたビアフィル材塗料を塗布する第１塗布段階と、
前記第１塗布段階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塗布段階で形成された塗膜の上に、前記第１塗布段階で用いられたビアフィル材塗料の粘度より高い粘度に調整された前記第１塗布段階で形成された塗膜と同系組成の塗膜を構成するビアフィル材塗料を更に塗布する第２塗布段階
とを経てビアが形成された絶縁膜上にビアフィル材塗料による塗膜が設けられる工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１７】
尚、上記本発明の半導体装置の製造方法において、塗布は、特に、回転塗布によるものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、ビアファーストデュアルダマシン法において、ビアフィル材を塗布する際に、少なくとも二度塗りという工程を採用しているので、ビアフィル材の塗布膜厚は、ビア密集度に依らず、一定に保たれる。従って、その後のエッチバック工程を行っても、ビア密集度の相違による局所的な窪みが防止され、平坦性が良好となる。その結果、リソグラフィー露光時のフォーカスのバラツキの低減、レジスト膜厚のバラツキに起因するバルク効果の低減、更には反射防止膜の膜厚のバラツキの低減による吸光特性の向上により、レジスト解像寸法のバラツキが低減できる。その結果、配線抵抗のバラツキが低減され、かつ、隣接配線間容量のバラツキが低減される。従って、多層配線形成時のプロセスマージンの向上と、信頼度の高い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】
【００１９】
本発明は、ビアファーストデュアルダマシン法が用いられて配線形成が行われる半導体装置の製造方法である。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ビアファーストデュアルダマシン法が用いられて配線形成が行われる半導体装置の製造方法である。そして、ビアフィル材塗料がビア内に充填されるようにビアフィル材塗料を塗布する第1塗布段階と、前記第１塗布段階で形成されたビアフィル材塗料による塗膜の膜厚のバラツキが解消されるように前記第1塗布段階で形成された塗膜の上にビアフィル材塗料を塗布する第２段階とを経てビアが形成された絶縁膜上にビアフィル材塗料による塗膜が設けられる工程を有する。特に、ビア内にもビアフィル材塗料が十分に充填されるよう後述する第２塗布段階で用いられるビアフィル材塗料の粘度より低い粘度に調整されたビアフィル材塗料を塗布する第１塗布段階と、前記第１塗布段階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塗布段階で形成された塗膜の上に、前記第１塗布段階で用いられたビアフィル材塗料の粘度より高い粘度に調整された前記第１塗布段階で形成された塗膜と同系組成の塗膜を構成するビアフィル材塗料を更に塗布する第２塗布段階とを経てビアが形成された絶縁膜上にビアフィル材塗料による塗膜が設けられる工程を有する。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。
【００２０】
以下、更に詳しく説明する。
図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）は本発明の第１実施形態を示すものである。
【００２１】
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（ビア層絶縁膜）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（ビア層絶縁膜）５が設けられる。更に、その上に、配線溝形成時のエッチングストッパ膜（例えば、ＳｉＮ，ＳｉＣＮ，ＳｉＣ等のエッチングストッパ膜）６が設けられる。更に、このエッチングストッパ膜６上に、ＣＶＤ等によりＳｉＯＣ膜、又は塗布を用いてＭＳＱ，ＨＳＱと言った無機系の配線間絶縁膜７が設けられる。そして、配線間絶縁膜７上にＳｉＯ等のキャップ膜８が設けられる。そして、これ等の積層絶縁膜上にレジスト膜が塗布され、そして所定パターンで露光・現像と言ったフォトリソグラフィ技術により所定のレジストパターン(ビアパターン)が形成される。この所定パターンのレジスト膜をマスクとして、配線形成用およびビアパターン形成用層間絶縁膜をドライエッチングにて加工する。その後、レジストアッシング、そして洗浄を行い、図１（Ａ）に示される構造のものが形成される。尚、形成されたビア９は、図１（Ａ）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９の密度は小さく、左側の位置にあっては、ビア９の密度が大きい。
【００２２】
この後、図１（Ｂ）に示される如く、所定のビアパターンが形成された絶縁膜上に、回転塗布法により、ビアフィル材塗料を塗布する。これによって、ビアフィル材塗膜１０ａが形成される。尚、このビアフィル材塗膜１０ａは、所定の粘度のビアフィル材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。このビアフィル材塗料の粘度は、ビアフィル材塗料をスピンコートした場合、ビアフィル材塗料が全てのビア９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９の中にビアフィル材塗料を充填する為には、ビアフィル材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ビアフィル材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９の密な箇所よりもビア９の疎な箇所の方が膜厚は厚いようになる。
【００２３】
次に、図１（Ｃ）に示される如く、膜厚に段差が有るビアフィル材塗膜１０ａの上に、ビアフィル材塗膜１０ａの構成成分と同じ構成成分を含む粘度が大きなビアフィル材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ビアフィル材塗膜１０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）のビアフィル材塗膜１０ａの厚さと図１（Ｃ）のビアフィル材塗膜１０の厚さとから判る通り、ビアフィル材塗膜１０の厚さは、二度塗りした分だけ、ビアフィル材塗膜１０ａ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９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。尚、二度目のビアフィル材塗料は、一度目の塗布後のベーク処理の後で行っても良く、又、ベークを行わないで行っても良い。尚、使用されるビアフィル材としては、従来からのアクリル系樹脂やポリスチレン系樹脂のものが使用できるばかりでなく、粘度の為に使用できなかったビアフィル材も、複数回の塗布で行うようにしたので、制約が少なくなり、使用できるようになる。
【００２４】
この後、図１（Ｄ）に示される如く、例えば酸素ガスを用いドライエッチング装置によりエッチバックする。この時、図１（Ｄ）から判る通り、ビア密集度の相違が有っても、ビアフィル材の高さ(ビア上の凹量)は一定である。
【００２５】
そして、次いで、表面に反射防止膜１１を設け、この反射防止膜１１上にレジスト膜１２を設け、通常の工程を経て、所定パターンのレジスト膜１２を形成する（図１（Ｅ）参照）。このようにして得られた反射防止膜１１の膜厚およびレジスト膜１２の膜厚も一定に出来ている。従って、露光面の平坦性は良好となり、デフォーカスによる寸法バラツキは無くなる。又、レジスト膜厚１２も一定であり、バルク効果に起因する寸法バラツキは無くなる。更には、吸光特性も均一となり、寸法バラツキが低減される。
【００２６】
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の場合は、次のようになる。先ず、図１（Ｂ）の状態のものに、例えば酸素ガスを用いドライエッチング装置によりエッチバックすると、図２（Ａ）に示されるものとなる。すなわち、ビアフィル材の高さ(ビア上の凹量)に変動が起きる。従って、この上に設けられる反射防止膜１１の膜厚も異なるようになる（図２（Ｂ）参照）。そして、反射防止膜１１の膜厚のバラツキによる吸光特性のバラツキによるレジスト寸法のバラツキの増大、かつ、レジスト上面(露光面)の標高差に伴うフォーカスずれによるレジスト寸法のバラツキの増大、更には、レジスト膜厚のバラツキに起因するバルク効果によるレジスト寸法のバラツキの増大と寸法バラツキが増加するようになり、本発明の特長は到底に奏されない。
【００２７】
次に、具体例を挙げて説明する。すなわち、ビアファーストデュアルダマシンプロセスに適用した例について説明する。ここで用いたビアフィル材は、アクリル酸類、ヒドロキシアルキルアクリレート類、ヒドロキシアルキルメタクリレート類、スチレン類、ヒロース類、クロトン酸などから選ばれる付加重合性の不飽和結合を１個有する化合物を重合して得られる熱可塑性ポリマー又は熱硬化性フェノール樹脂からなる群から選択される少なくとも１種を主成分とするものである。そして、最初の塗布、即ち、図１（Ｂ）に示された第１回目の塗布では、ビアフィル材塗料をビア９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、使用するビアフィル材塗料の特性を加味して粘度を決定しておく。次に、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。すなわち、回転数１０００〜２０００ｒｐｍの回転塗布法にて塗布するが、使用するビアフィル材塗料の特性を加味して粘度を決定しておく。このように、上記２回の塗布では、１度目と２度目とで各々の目的に合わせた粘度に予め最適化しておく。尚、１度目の塗布は、ビアフィル材の平坦化エッチバック後においても、ビア９内に残存し、配線絶縁膜ドライエッチング加工時に残渣(フェンス)の発生等を引き起こす為、ドライエッチング時の被加工膜との選択比の調整も大事である。よって、これらの事に鑑み、１度目のビアフィル材塗料はビア９内に十分に充填させ、かつ、ドライエッチング時被加工膜との選択比の調整を優先させ、２度目のビアフィル材塗料は段差解消を優先する観点から内容を決めれば良い。
【００２８】
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ビアフィル材塗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。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】
【００２９】
【図１】本発明の工程説明図
【図２】従来例の説明図
【図３】ビアフィル材塗膜のビア密集度依存性の説明図
【符号の説明】
【００３０】
１            配線間絶縁膜
２            Ｃｕ膜
３            キャップ膜
４            Ｃｕ拡散バリア膜
５            層間絶縁膜（ビア層絶縁膜）
６            エッチングストッパ膜
７            配線間絶縁膜
８            キャップ膜
９            ビア
１０ａ，１０  ビアフィル材塗膜
１１          反射防止膜
１２          レジスト膜
特許出願人  次世代半導体材料技術研究組合
代  理  人      宇    高      克    己
【図１】
2007227818.tif 000003
【図２】
2007227818.tif 000004
【図３】
2007227818.tif 000005