(57)【要約】【課題】配線幅が異なる第１及び第２の配線を有する配線パターンの上に形成された絶縁層を、十分に平坦化すること。【解決手段】基板上に、第１の配線及び第１の配線よりも配線幅が小さい第２の配線を有する配線パターンを形成する配線形成工程Ｓ１０と、配線パターンの上から、第１の絶縁層及び第２の絶縁層をこの順に形成する絶縁層形成工程Ｓ２０と、第２の絶縁層の上に、配線パターンの反転パターンを有するレジストパターンを形成するレジスト形成工程Ｓ３０と、第２の絶縁層の方が第１の絶縁層よりもエッチングされやすい条件で等方性エッチングするエッチング工程Ｓ４０と、レジストパターンを除去するレジスト除去工程Ｓ５０と、を有する半導体装置の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１の配線及び前記第１の配線よりも配線幅が小さい第２の配線を有する配線パターンを形成する配線形成工程と、
前記配線パターンの上から、第１の絶縁層及び第２の絶縁層をこの順に形成する絶縁層形成工程と、
前記第２の絶縁層の上に、前記配線パターンの反転パターンを有するレジストパターンを形成するレジスト形成工程と、
前記レジスト形成工程の後、前記第２の絶縁層の方が前記第１の絶縁層よりもエッチングされやすい条件で等方性エッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程の後、前記レジストパターンを除去するレジスト除去工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記レジスト除去工程の後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）による平坦化を行うＣＭＰ工程をさらに有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁層形成工程では、前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層として、エッチングレートの異なる酸化膜を、成膜温度、ＴｏｔａｌＰｏｗｅｒ、及び、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）流量の中の少なくとも１つの成膜条件を変更して形成する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁層形成工程では、前記第１の絶縁層形成時の方が、前記第２の絶縁層形成時よりも成膜温度が高い半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁層形成工程では、前記第１の絶縁層形成時の方が、前記第２の絶縁層形成時よりもＴｏｔａｌＰｏｗｅｒが高い半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁層形成工程では、前記第１の絶縁層形成時の方が、前記第２の絶縁層形成時よりもＴＥＯＳ流量が低い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する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、配線パターン上に形成された絶縁層を平坦化する工程を含む場合がある。
【０００３】
特許文献１には、図１４に示すように、基板上に配線パターンを形成し（図１４（ａ））、その上に、不純物を含有するガラス層を形成し（図１４（ｂ））、次いで、当該ガラス層の上に回転塗布ガラス膜を形成して平坦化した後（図１４（ｃ））、不純物を含有するガラス層及び回転塗布ガラス膜のエッチング速度を制御してウェットエッチングし、不純物を含有するガラス層を平坦化する（図１４（ｄ））平坦化方法が記載されている。なお、図１４は特許文献１に開示されていた図面である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２６００３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術の場合、図１４（ｃ）に示すように、上面に露出している不純物を含有するガラス層、及び、回転塗布ガラス膜の両方を同時にエッチングしていき、最終的に、図１４（ｄ）に示すように、平坦化された不純物を含有するガラス層を得る。このようなエッチングを実現するためには、不純物を含有するガラス層及び回転塗布ガラス膜が同じエッチング速度でエッチングされる必要があるが、図１４（ｃ）に示すように異なる層が異なった厚さで積層されている状態で、このようなエッチングを実現し、平坦な面を得るのは容易でない。
【０００６】
ところで、平坦化に用いられる技術としてはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）が知られているが、配線幅が異なる第１の配線及び第２の配線を有する配線パターン上に形成された絶縁層を、ＣＭＰを用いて平坦化する場合、以下のような問題がある。
【０００７】
例えば、図１２に示すように、配線幅の異なる第１の配線２０Ａ及び第２の配線２０Ｂを有する配線パターン上に、酸化膜３０を形成すると、酸化膜３０には、第１の配線２０Ａ及び第２の配線２０Ｂの厚さを反映した凹凸が形成される。このような酸化膜３０をＣＭＰにより平坦化すると、図１３に示すように、配線幅が大きい第１の配線２０Ａの上部で段差が残り、十分に平坦化されない場合がある。
【０００８】
ＣＭＰによる研磨は、物理的エッチングと化学的エッチングのそれぞれの要素を含んでいるが、化学的エッチングは下地配線パターンの影響を受ける。具体的には、配線幅が小さい第２の配線２０Ｂの上部に位置する酸化膜３０は、配線幅が大きい第１の配線２０Ａの上部に位置する酸化膜３０よりも、凹凸が多い分、露出面積が大きくなり、化学的エッチングの影響を受けやすくなる。このため、配線幅が小さい第２の配線２０Ｂの上部に位置する酸化膜３０は、配線幅が大きい第１の配線２０Ａの上部に位置する酸化膜３０よりも、エッチングされやすくなる。結果、図１３に示すように、配線幅が大きい第１の配線２０Ａの上部に、エッチング残りによる段差が生じる場合がある。
【０００９】
上記従来技術のように、絶縁層を十分に平坦化できず、段差が残ったままの状態でその上層に配線を形成してしまうと、上層配線形成時のパターニング時のフォーカスマージンが悪化するなどの不都合が生じ得る。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、基板上に、第１の配線及び前記第１の配線よりも配線幅が小さい第２の配線を有する配線パターンを形成する配線形成工程と、前記配線パターンの上から、第１の絶縁層及び第２の絶縁層をこの順に形成する絶縁層形成工程と、前記第２の絶縁層の上に、前記配線パターンの反転パターンを有するレジストパターンを形成するレジスト形成工程と、前記レジスト形成工程の後、前記第２の絶縁層の方が前記第１の絶縁層よりもエッチングされやすい条件で等方性エッチングするエッチング工程と、前記エッチング工程の後、前記レジストパターンを除去するレジスト除去工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明によれば、レジストパターンをマスクとした等方性エッチングにおいて、まず、露出している第２の絶縁層が基板に対して略垂直方向にエッチングされる。そして、第２の絶縁層のエッチングが進み、レジストパターンでマスクされていない箇所に第１の絶縁層が露出すると、その後、露出している第１の絶縁層が基板に対して略垂直方向にエッチングされるとともに、レジストパターンでマスクされている第２の絶縁層が基板に対して略平行方向にエッチングされる。
【００１２】
本発明では、このような流れで行われるエッチングにより、第１の絶縁層及び第２の絶縁層からなる絶縁層の表面を、十分に平坦化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、配線パターンの上に形成された絶縁層を、十分に平坦化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の半導体装置の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図２】本実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための断面概念図である。
【図３】本実施形態の半導体装置の製造方法の効果を説明するための図である。
【図４】本実施形態の半導体装置の製造方法の効果を説明するための図である。
【図５】本実施形態の半導体装置の製造方法の効果を説明するための図である。
【図６】本実施形態の半導体装置の製造方法の効果を説明するための図である。
【図７】本実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための断面概念図である。
【図８】本実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための断面概念図である。
【図９】本実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための断面概念図である。
【図１０】本実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための断面概念図である。
【図１１】本実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための断面概念図である。
【図１２】関連する半導体装置の製造方法を説明するための断面概念図である。
【図１３】関連する半導体装置の製造方法を説明するための断面概念図である。
【図１４】関連する半導体装置の製造方法を説明するための断面概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態の半導体装置の製造方法の処理の流れを示すフローチャートである。図１のフローチャートに示すように、本実施形態の半導体装置の製造方法は、配線形成工程Ｓ１０と、絶縁層形成工程Ｓ２０と、レジスト形成工程Ｓ３０と、エッチング工程Ｓ４０と、レジスト除去工程Ｓ５０と、ＣＭＰ工程Ｓ６０とを有する。なお、必要に応じて、ＣＭＰ工程Ｓ６０を有さない構成とすることもできる。以下、各工程について説明する。
【００１７】
配線形成工程Ｓ１０では、例えば図２の断面概念図に示すように、基板１上に、第１の配線２Ａと、第１の配線２Ａよりも配線幅が小さい第２の配線２Ｂとを有する配線パターンを形成する。なお、図２に示す構成はあくまで一例であり、第１の配線２Ａ及び第２の配線２Ｂの数、厚さ、配線幅の比などは図示する構成に限定されない。また、基板１及び配線パターンのその他の構成は特段制限されず、従来技術に準じたあらゆる構成とすることができる。
【００１８】
絶縁層形成工程Ｓ２０では、例えば図２の断面概念図に示すように、基板１上に形成された配線パターンの上から、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４をこの順に形成する。第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４の厚さは設計的事項であり、例えば、第１の絶縁層３は１．４μｍ程度、第２の絶縁層４は０．６μｍ程度とすることができる。
【００１９】
ここで、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４は、ＢＨＦ（buffered hydrofluoric acid）などのエッチング液を用いたウェットエッチングを行った場合、第２の絶縁層４が第１の絶縁層よりもエッチングされやすくなるよう構成される。このような第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４は、例えば以下のようにして形成することができる。
【００２０】
例えば、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４として、上記関係を満たす酸化膜を、成膜条件を変えて作り分けることができる。以下、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４となる酸化膜の形成方法の一例を説明する。
【００２１】
第１の例としては、成膜温度を変えて、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４となる酸化膜を作り分けることができる。具体的には、第１の絶縁層３を形成する時の方が、第２の絶縁層４を形成する時よりも成膜温度を高くする。
【００２２】
ここで、図３に、プラズマ成長で成膜した酸化膜のＢＨＦを用いたウェットエッチングレートの成膜温度依存性を示す。図３から分かるように、成膜温度が高くなるほど、酸化膜のエッチングレートが遅くなることが分かる。また、均一性は、成膜温度４００℃付近が最低となり、成膜温度が４００℃から上昇及び下降すると、均一性は向上することが分かる。なお、均一性（Ｒ）は、Ｒ＝（膜厚測定値ＭＡＸ−膜厚測定値ＭＩＮ）／２×膜厚平均値の計算式により算出される。「膜厚測定値ＭＡＸ」は膜厚の測定値の中の最大値であり、「膜厚測定値ＭＩＮ」は膜厚の測定値の中の最低値であり、「膜厚平均値」は膜厚の測定値の平均値である。
【００２３】
例えば、図３のデータに基づき、第１の絶縁層３の成膜温度を４１５℃以上４２５℃以下、好ましくは４２０℃とし、第２の絶縁層４の成膜温度を３７５℃以上３８５℃以下、好ましくは３８０℃として、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４となる酸化膜を作り分けてもよい。
【００２４】
第２の例としては、ＴｏｔａｌＰｏｗｅｒを変えて、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４となる酸化膜を作り分けることができる。具体的には、第１の絶縁層３を形成する時の方が、第２の絶縁層４を形成する時よりもＴｏｔａｌＰｏｗｅｒを高くする。本実施形態では、電極にかける周波数が２種類あり（高周波「ＨＦ」及び低周波「ＬＦ」）、これら高周波と低周波にかけるパワーを足したもの（ＨＦ＋ＬＦ）がＴｏｔａｌＰｏｗｅｒである。例えば、ＨＦ：３００Ｗ、ＬＦ：２００Ｗならば、ＴｏｔａｌＰｏｗｅｒは５００Ｗである。
【００２５】
ここで、図４に、プラズマ成長で成膜した酸化膜のＢＨＦを用いたウェットエッチングレートのＴｏｔａｌＰｏｗｅｒ依存性を示す。ここでは、ＨＦ＝ＬＦ＋１００Ｗとした。図４から分かるように、ＴｏｔａｌＰｏｗｅｒが高くなるほど、エッチングレートが遅くなることが分かる。また、均一性は、ＴｏｔａｌＰｏｗｅｒへの依存は低く、５８０Ｗ以上７８０Ｗ以下の範囲でほぼ等しい値を示すが、ＴｏｔａｌＰｏｗｅｒ６８０Ｗ付近が最低となり、ＴｏｔａｌＰｏｗｅｒが６８０Ｗから上昇及び下降すると、均一性が向上することが分かる。
【００２６】
例えば、図４のデータに基づき、第１の絶縁層３を形成する時のＴｏｔａｌＰｏｗｅｒを７５５Ｗ以上８０５Ｗ以下、好ましくは７８０Ｗとし、第２の絶縁層４を形成する時のＴｏｔａｌＰｏｗｅｒを５５５Ｗ以上６０５Ｗ以下、好ましくは５８０Ｗとして、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４となる酸化膜を作り分けてもよい。
【００２７】
第３の例としては、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）流量を変えて、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４となる酸化膜を作り分けることができる。具体的には、第１の絶縁層３を形成する時の方が、第２の絶縁層４を形成する時よりもＴＥＯＳ流量を低くする。
【００２８】
ここで、図５に、プラズマ成長で成膜した酸化膜のＢＨＦを用いたウェットエッチングレートのＴＥＯＳ流量依存性を示す。図５から分かるように、ＴＥＯＳ流量が高くなるほど、エッチングレートが速くなることが分かる。また、均一性は、ＴＥＯＳ流量への依存は低く、８０ｓｃｃｍ以上１６０ｓｃｃｍ以下の範囲でほぼ等しい値を示すが、ＴＥＯＳ流量１２０ｓｃｃｍ付近が最低となり、ＴＥＯＳ流量が１２０ｓｃｃｍから上昇及び下降すると、均一性が向上することが分かる。
【００２９】
例えば、図５のデータに基づき、第１の絶縁層３を形成する時のＴＥＯＳ流量を７０ｓｃｃｍ以上９０ｓｃｃｍ以下、好ましくは８０ｓｃｃｍとし、第２の絶縁層４を形成する時のＴＥＯＳ流量を１５０ｓｃｃｍ以上１７０ｓｃｃｍ以下、好ましくは１６０ｓｃｃｍとして、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４となる酸化膜を作り分けてもよい。
【００３０】
第４の例としては、上記第１の例乃至第３の例の中の少なくとも２つの手段を組み合わせて、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４となる酸化膜を作り分けることができる。
【００３１】
例えば、図３乃至図５のデータに基づき、第１の絶縁層３の成膜条件を、成膜温度４１５℃以上４２５℃以下、好ましくは４２０℃、ＴｏｔａｌＰｏｗｅｒ７５５Ｗ以上８０５Ｗ以下、好ましくは７８０Ｗ、ＴＥＯＳ流量７０ｓｃｃｍ以上９０ｓｃｃｍ以下、好ましくは８０ｓｃｃｍとし、第２の絶縁層４の成膜条件を、成膜温度３７５℃以上３８５℃以下、好ましくは３８０℃、ＴｏｔａｌＰｏｗｅｒ５５５Ｗ以上６０５Ｗ以下、好ましくは５８０Ｗ、ＴＥＯＳ流量１５０ｓｃｃｍ以上１７０ｓｃｃｍ以下、好ましくは１６０ｓｃｃｍとして、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４となる酸化膜を作り分けてもよい。
【００３２】
第５の例としては、上記第１の例乃至第４の例に示す構成を基本とし、さらに、図６に示すデータを利用して、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４となる酸化膜を作り分ける成膜条件を変更することができる。
【００３３】
図６に示すデータは、プラズマ成長で成膜した酸化膜の均一性、及び、ＢＨＦを用いたウェットエッチングレートの複数のパタメータ各々に対する依存性を示す。図６に示すデータによれば、図３乃至図５を用いて説明した依存性に加えて、さらに以下のような依存性が分かる。
【００３４】
すなわち、Ｏ２流量が高くなるほど、均一性はやや高くなり、エッチングレートはやや遅くなることが分かる。また、Ｈｅ流量が高くなるほど、均一性はやや高くなり、エッチングレートはほとんど変わらないことが分かる。また、プラズマ成長の装置内の真空度が高くなるほど、均一性はやや低くなり、エッチングレートはやや速くなることが分かる。また、Ｐｏｗｅｒ比が高くなるほど、均一性はやや高くなり、エッチングレートはやや遅くなることが分かる。なお、Ｐｏｗｅｒ比は、Ｐｏｗｅｒ比＝ＬＦ／（ＬＦ＋ＨＦ）と定義される。例えば、ＨＦ：３００Ｗ、ＬＦ：２００Ｗならば、Ｐｏｗｅｒ比は、３００Ｗ／（３００Ｗ＋２００Ｗ）＝０．６となる。
【００３５】
図６のデータから分かるように、Ｏ２流量、Ｈｅ流量、プラズマ成長の装置内の真空度、及び、Ｐｏｗｅｒ比は、ＴＥＯＳ流量、ＴｏｔａｌＰｏｗｅｒ、及び、成膜温度に比べて、均一性及びエッチングレートに及ぼす影響は小さいが、一定の傾向を持って均一性及びエッチングレートに影響を及ぼすことができる。
【００３６】
第５の例では、ＴＥＯＳ流量、ＴｏｔａｌＰｏｗｅｒ、及び、成膜温度の中の少なくとも１つの成膜条件に加えて、Ｏ２流量、Ｈｅ流量、プラズマ成長の装置内の真空度、及び、Ｐｏｗｅｒ比の中の少なくとも１つの成膜条件を適切に調整し、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４となる酸化膜を作り分けることができる。
【００３７】
図１に戻り、レジスト形成工程Ｓ３０では、図７の断面概念図に示すように、第２の絶縁層４の上に、配線パターンの反転パターンを有するレジストパターン５を形成する。なお、反転パターンは、配線パターンを厳密に反転したパターンであってもよいし、多少のズレを含んだパターンであってもよい。
【００３８】
このようなレジストパターン５を形成する手段は特段制限されないが、例えば、配線パターンの反転レチクルを用いて形成してもよい。または、通常ポジ型レジストを使用する場合には、ネガ型レジストを使用し、配線パターンと同一レチクルを用いて形成してもよい。
【００３９】
エッチング工程Ｓ４０では、レジスト形成工程Ｓ３０の後、第２の絶縁層４の方が第１の絶縁層３よりもエッチングされやすい条件で、第２の絶縁層４及び第１の絶縁層３を等方性エッチングする。
【００４０】
例えば、エッチング工程Ｓ４０では、ＢＨＦなどのエッチング液を用いたウェットエッチングを行う。このようなエッチング条件の場合、上述の通り、第２の絶縁層４の方が第１の絶縁層３よりもエッチングされやすくなる。
【００４１】
ここで、図７乃至図９の断面概念図を用いて、エッチング工程Ｓ４０における第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４の状態の変化の様子を説明する。
【００４２】
まず、図７の状態からレジストパターン５をマスクとしてウェットエッチングを行うと第２の絶縁層４の露出部分から等方的にエッチングされ、図８に示すような状態となる。
【００４３】
図８に示す状態からさらにウェットエッチングが進むと、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４の露出部分から等方的にエッチングされる。なお、上述の通り、第２の絶縁層４の方が第１の絶縁層３よりもエッチングされやすいので、第１の絶縁層３を図中下方向にエッチングするスピードよりも、第２の絶縁層を図中略横方向にエッチングするスピードの方が速い。このような条件でエッチングが進むと、図９に示すように、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４からなる絶縁層６の図中上側の面は略平坦化される。
【００４４】
図１に戻り、レジスト除去工程Ｓ５０では、エッチング工程Ｓ４０の後、レジストパターン５を除去する。レジストパターン５を除去する手段は特段制限されず、従来技術に準じて実現することができる。当該工程の後、図１０の断面概念図に示すような状態が得られる。
【００４５】
ＣＭＰ工程Ｓ６０では、レジスト除去工程Ｓ５０の後、絶縁層６の露出面に対して、ＣＭＰによる平坦化処理を行う。ＣＭＰによる平坦化処理は従来技術に準じて実現できるので、ここでの説明は省略する。当該工程の後、図１１の断面概念図に示すような状態が得られる。
【００４６】
その後、絶縁層６の上に配線層を形成するなどの次の工程に進むことができる。
【００４７】
なお、レジスト除去工程Ｓ５０の後に、絶縁層６の露出面が十分な平坦性を有する場合、本実施形態の半導体装置の製造方法は、ＣＭＰ工程Ｓ６０を経ることなく、絶縁層６の上に配線層を形成するなどの次の工程に進むことができる。
【００４８】
本実施形態の半導体装置の製造方法では、絶縁層６の露出面の凹凸を軽減した後に、ＣＭＰによる平坦化処理を行う。すなわち、配線幅が異なる第１の配線２Ａ及び第２の配線２Ｂの上方に位置する絶縁層６の露出面の凹凸状態の差を軽減した後に、ＣＭＰによる平坦化処理を行う。
【００４９】
このような本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、配線幅が異なる第１の配線２Ａ及び第２の配線２Ｂを有する配線パターン上に形成された絶縁層の露出面を、十分に平坦化することができる。
【００５０】
また、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、ＣＭＰでエッチングする絶縁層の量（厚さ）を少なくすることができるので、ＣＭＰ装置の負担を軽減することができる。
【００５１】
また、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、配線幅が異なる第１の配線２Ａ及び第２の配線２Ｂを有する配線パターン上に形成された絶縁層の露出面を、ＣＭＰでエッチングすることなく、十分に平坦化することができる場合もある。このような本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、ＣＭＰ装置の負担を軽減することができるほか、工程数を減らすことができ、製造効率を向上高めることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１    基板
２Ａ  第１の配線
２Ｂ  第２の配線
３    第１の絶縁層
４    第２の絶縁層
５    レジストパターン
６    絶縁層
１０  基板
２０Ａ  第１の配線
２０Ｂ  第２の配線
３０    絶縁層
【図１】
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【図２】
2013080859.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013080859.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013080859.tif 000011
【図１０】
2013080859.tif 000012
【図１１】
2013080859.tif 000013
【図１２】
2013080859.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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