專利名稱：埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及，在絕緣膜上形成第1凹部，與該第1凹部重疊地形成第2凹部，向第1凹部和第2凹部中堆積導(dǎo)電體材料的埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體器件等的高集成化以及高速化，減小配線材料電阻變得越來越重要。雖然該配線材料有多種多樣，但有些配線材料，難以進(jìn)行干式腐蝕加工。為此，人們采用在下層配線上堆積絕緣膜，在該絕緣膜上形成連接孔和配線槽，向其中堆積導(dǎo)電體材料這樣一種工藝。
這種現(xiàn)有的工藝，是在下層配線上堆積絕緣膜，在該絕緣膜上利用光蝕刻技術(shù)形成具有連接孔的圖案的抗蝕劑層，以該抗蝕劑層為掩膜對絕緣膜進(jìn)行腐蝕從而形成作為第1凹部的連接孔，然后將抗蝕劑層除去。之后，在連接孔和絕緣膜上涂布填埋材料將連接孔填埋。在這里，作為填埋材料，使用的是含有具有防反射膜功能的芳香族類化合物的有機(jī)高分子材料。
其次，對填埋材料進(jìn)行反應(yīng)式離子腐蝕或進(jìn)行氧等離子體中灰化等全面腐蝕而使之僅存留于連接孔內(nèi)。之后，利用光蝕刻技術(shù)，在填埋了填埋材料的絕緣膜上形成具有與連接孔重合的配線槽的圖案的抗蝕劑層，以該抗蝕劑層為掩膜將填埋材料和絕緣膜腐蝕至既定深度而形成作為第2凹部的配線槽。此時，連接孔底部的下層配線被填埋材料所覆蓋，因而不會因進(jìn)行腐蝕而受損。進(jìn)而，將經(jīng)過上述腐蝕后殘留的抗蝕劑層和填埋材料除去，使連接孔底部的下層配線露出。之后，通過向連接孔和配線槽中堆積導(dǎo)電體，形成與下層配線實(shí)現(xiàn)連接的配線(例如可參照專利文獻(xiàn)1特開平8-335634號公報，第4頁，圖1)。
在以填埋材料填埋連接孔時，各連接孔內(nèi)填埋材料的量和形狀，與連接孔的圖案的疏密有關(guān)。在圖案較密處，填埋到連接孔內(nèi)的填埋材料較少，下層配線免受損傷的可能性降低。而若為此而涂布較多的填埋材料，將所有連接孔完全填埋，則形成于絕緣膜上的填埋材料的膜將成為被腐蝕膜，如果在這種狀況下直接進(jìn)行腐蝕時，作為腐蝕掩膜的抗蝕劑層的抗腐蝕性將失去。
若將該絕緣膜上的填埋材料的膜以反應(yīng)式離子腐蝕或以氧等離子體中灰化等全面腐蝕方式除去，則要使絕緣膜的上表面與連接孔內(nèi)的填埋材料一致而使得表面平整是困難的。盡管配線槽的圖案與連接孔的圖案重合，但也會出現(xiàn)這樣的問題，即，由于該部分的絕緣膜表面不平整，因而無法形成高精度的配線槽圖案。
此外，過去，作為填埋材料，使用的是具有防反射膜的功能的有機(jī)高分子材料。這種材料由于含有可吸收光蝕刻法所使用的波長的光的芳香族類化合物，因而材質(zhì)較硬，腐蝕率要小于絕緣膜。因此，在進(jìn)行旨在形成配線槽圖案的腐蝕時，填埋于連接孔內(nèi)的填埋材料的腐蝕較慢，其周圍的絕緣膜不能被完全腐蝕而殘留下來。因此，會出現(xiàn)這樣的問題，即，在將填埋材料除去后，在連接孔的深處形成呈圍欄狀的腐蝕殘渣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題而提出的，其第1目的是，提供一種在絕緣膜上形成第1凹部，在與該第1凹部重疊地形成第2凹部時，能夠形成高精度的第2凹部的圖案的埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法。而第2目的是，提供一種能夠防止在連接孔的深處產(chǎn)生腐蝕殘渣的埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法。
本發(fā)明所涉及的埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法，具有，在絕緣膜上形成第1凹部的工序，在該第1凹部和絕緣膜上涂布填埋材料將第1凹部填埋的工序，對填埋材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨使之僅存留在第1凹部內(nèi)的工序，在填埋了填埋材料的絕緣膜上形成具有與第1凹部重合的第2凹部的圖案的抗蝕劑層的工序，以該抗蝕劑層為掩膜將填埋材料和絕緣膜腐蝕至既定深度而形成第2凹部的工序，將經(jīng)過上述腐蝕后殘留的抗蝕劑層和填埋材料除去的工序，以及，向第1凹部和第2凹部中堆積導(dǎo)電體材料的工序。


圖1是對本發(fā)明實(shí)施形式1所提供的埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法加以展示的剖視圖。
圖2是對本發(fā)明實(shí)施形式2所提供的埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法加以展示的剖視圖。
具體實(shí)施形式實(shí)施形式1圖1是對本發(fā)明實(shí)施形式1的埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法加以展示的附圖。
首先，如圖1(a)所示，在由Cu等構(gòu)成的下層配線1上，按順序堆積保護(hù)膜2、絕緣膜3、腐蝕阻擋膜4、絕緣膜5。在該絕緣膜5上形成具有連接孔7的圖案的抗蝕劑層6。由于抗蝕劑層6上表面是平整的，因此能夠通過光蝕刻高精度地形成上述圖案。之后，以該抗蝕劑層6為掩膜，對絕緣膜5、腐蝕阻擋膜4、絕緣膜3進(jìn)行腐蝕以形成作為第1凹部的連接孔7。在進(jìn)行該腐蝕時，下層配線1受到保護(hù)膜2的保護(hù)。
其次，如圖1(b)所示，將抗蝕劑層6除去，以旋轉(zhuǎn)涂覆等方式在連接孔7和絕緣膜5上涂布填埋材料8，在180～220℃下進(jìn)行60秒左右的烘焙(熱處理)使材料中的溶劑蒸發(fā)。此時，絕緣膜5上的填埋材料8的膜厚以大約為50～1500nm為宜。在這里，作為填埋材料8使用的是分子量較小的有機(jī)高分子材料，該材料在進(jìn)行熱處理時流動性大。因此，連接孔7能夠與其圖案的疏密無關(guān)地被填埋材料8完全填埋。此外，作為填埋材料8而使用的有機(jī)高分子材料不含有芳香族類化合物，具有與絕緣膜5大體相同的腐蝕率。另外，填埋材料8最好使用熱固化溫度高的材料。作為這種填埋材料8的例子，有將重量平均分子量為4000的丙烯酸系聚合物和具有alkoxymethylamino基的交聯(lián)劑和磺酸類酸性催化劑以乙酸酯類溶劑進(jìn)行溶解而成的材料。
其次，如圖1(c)所示，通過以膠態(tài)二氧化硅等作為研磨膏的化學(xué)機(jī)械研磨，將填埋材料8研磨到露出絕緣膜5為止，使得填埋材料8只存留在連接孔7內(nèi)。此時，連接孔7內(nèi)的填埋材料8與絕緣膜5的上表面一致因而表面平整。
其次，如圖1(d)所示，在填埋了填埋材料8的絕緣膜5上形成防反射膜9。該防反射膜9，由有機(jī)材料構(gòu)成，具有可吸收在形成后面的抗蝕劑層圖案時所使用的曝光波長的性能的材料。該防反射膜9的膜厚以大約為50～1500nm為宜。此外，填埋材料8與防反射膜9具有不相互溶解的特征。之后，在防反射膜9上形成抗蝕劑層10。該抗蝕劑層10的厚度以大約為500～1500nm為宜。該抗蝕劑層10可通過旋轉(zhuǎn)涂覆等方式進(jìn)行涂布，例如在80～150℃下進(jìn)行60秒左右的烘焙(熱處理)使材料中的溶劑蒸發(fā)。
之后，為了形成如圖1(e)所示的、與連接孔7重合的配線槽11(參照圖1(f))的抗蝕劑層圖案，使用對應(yīng)于i光線或KrF激元(excimer)、ArF激元等的抗蝕劑層感光波長的光源對抗蝕劑層10進(jìn)行曝光。在這里，由于絕緣膜5上表面做得平整，因而抗蝕劑層10上表面是平整的，配線槽11的圖案能夠被高精度曝光。曝光后，例如在80～120℃下進(jìn)行60秒左右的PEB(曝光后加熱)以提高抗蝕劑層10的析像度，使用TMAH(tetramethylammonium hydroxide)等的2.00～2.50％左右的堿水溶液進(jìn)行顯影。此后，根據(jù)需要，例如在100～130℃下進(jìn)行60秒左右的PDB(熱處理)，將抗蝕劑層10燒固(圖1(e))。
其次，如圖1(f)所示，以該抗蝕劑層10為掩膜，將防反射膜9和絕緣膜5和填埋材料8腐蝕至既定深度而形成作為第2凹部的配線槽11。此時，絕緣膜5和填埋材料8將以大體相同的速度被腐蝕。此外，該腐蝕既可以一次完成，也可以分兩次進(jìn)行，首先對防反射膜9進(jìn)行腐蝕，之后對絕緣膜5和填埋材料8進(jìn)行腐蝕。無論一次完成還是分兩次進(jìn)行，由于腐蝕時存在有腐蝕阻擋膜4，因此，在該腐蝕阻擋膜4的保護(hù)下下層的絕緣膜3不會被腐蝕。然后，將配線槽11底部的腐蝕阻擋膜4除去。
其次，如圖1(g)所示，將腐蝕后殘留的抗蝕劑層10與填埋材料8除去，進(jìn)而將連接孔7底部的保護(hù)膜2除去。之后，向連接孔7和配線槽11中堆積Cu等導(dǎo)電體材料從而完成埋入式配線12的制造。
根據(jù)如上說明的制造方法，在絕緣膜(2～5)上形成第1凹部(連接孔7)，與該第1凹部重疊地形成第2凹部(配線槽11)時，能夠形成高精度的第2凹部的圖案。此外，能夠防止在連接孔7的深處產(chǎn)生腐蝕殘渣。由此，能夠高精度地形成埋入式配線12和下層配線1通過埋入于連接孔7中的導(dǎo)電體材料實(shí)現(xiàn)電氣連接的雙層配線結(jié)構(gòu)。
實(shí)施形式2圖2是對本發(fā)明實(shí)施形式2的埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法加以展示的附圖。
首先，如圖2(a)所示，在由Cu等構(gòu)成的下層配線21上，按順序堆積保護(hù)膜22、絕緣膜23、腐蝕阻擋膜24、絕緣膜25。在該絕緣膜25上形成具有配線槽27的圖案的抗蝕劑層26。由于抗蝕劑層26上表面是平整的，因此能夠通過光蝕刻高精度地形成上述圖案。之后，以該抗蝕劑層26為掩膜，對絕緣膜25進(jìn)行腐蝕以形成作為第1凹部的配線槽27。此時，由于存在腐蝕阻擋膜24，因此在該腐蝕阻擋膜24的保護(hù)下下層的絕緣膜23不會被腐蝕。
其次，如圖2(b)所示，將抗蝕劑層26除去，以旋轉(zhuǎn)涂覆等方式在配線槽27和絕緣膜25上涂布填埋材料28，在180～220℃下進(jìn)行60秒左右的烘焙(熱處理)使材料中的溶劑蒸發(fā)。此時，絕緣膜25上的填埋材料28的膜厚以大約為50～1500nm為宜。在這里，作為該填埋材料28使用的是分子量較小的有機(jī)高分子材料，該材料在進(jìn)行熱處理時流動性大。因此，連接孔7能夠與其圖案的疏密無關(guān)地被填埋材料28完全填埋。此外，作為該填埋材料28而使用的有機(jī)高分子材料，若不含有芳香族類化合物，則有利于在后面腐蝕填埋材料28時提高腐蝕速度。另外，填埋材料28最好使用熱固化溫度高的材料。作為這種填埋材料28的例子，有將重量平均分子量為4000的丙烯酸系聚合物和具有alkoxymethylamino基的交聯(lián)劑和磺酸類酸性催化劑以乙酸酯類溶劑進(jìn)行溶解而成的材料。
之后，如圖2(c)所示，通過以膠態(tài)二氧化硅等作為研磨膏的化學(xué)機(jī)械研磨，將填埋材料28研磨到露出絕緣膜25為止，使得填埋材料28只存留在配線槽27內(nèi)。此時，配線槽27內(nèi)的填埋材料28與絕緣膜25的上表面一致因而表面平整。
其次，如圖2(d)所示，在填埋了填埋材料28的絕緣膜25上形成防反射膜29。該防反射膜29，由有機(jī)材料構(gòu)成，具有可吸收在形成后面的抗蝕劑層圖案時所使用的曝光波長的性能的材料。該防反射膜29的膜厚以大約為50～1500nm為宜。此外，填埋材料28與防反射膜29具有不相互溶解的特征。之后，在防反射膜29上形成抗蝕劑層30。該抗蝕劑層30的厚度以大約為500～1500nm為宜。該抗蝕劑層30可通過旋轉(zhuǎn)涂覆等方式進(jìn)行涂布，例如在80～150℃下進(jìn)行60秒左右的烘焙(熱處理)使材料中的溶劑蒸發(fā)。
之后，如圖2(e)所示，為了形成與配線槽27重合的連接孔31(參照圖2(f))的抗蝕劑層圖案，使用對應(yīng)于i光線或KrF激元、ArF激元等的抗蝕劑層感光波長的光源進(jìn)行曝光。在這里，由于絕緣膜25上表面做得平整，因此，抗蝕劑層30上表面是平整的，連接孔31的圖案能夠被高精度曝光。曝光后，例如在80～120℃下進(jìn)行60秒左右的PEB(曝光后加熱)以提高抗蝕劑層30的析像度，使用TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide)等的2.00～2.50％左右的堿水溶液進(jìn)行顯影。此后，根據(jù)需要，例如在100～130℃下進(jìn)行60秒左右的PDB(熱處理)，將抗蝕劑層30燒固。
其次，如圖2(f)所示，以該抗蝕劑層30為掩膜，將防反射膜29和填埋材料28和絕緣膜25腐蝕至既定深度而形成作為第2凹部的連接孔31。進(jìn)行該腐蝕時，下層配線21受到保護(hù)膜22的保護(hù)。
之后，如圖2(g)所示，將腐蝕后殘留的抗蝕劑層30與填埋材料28除去，也將連接孔31底部的保護(hù)膜22除去。之后，向配線槽27和連接孔31中堆積Cu等導(dǎo)電體材料從而完成埋入式配線32的制造。
根據(jù)如上說明的制造方法，在絕緣膜(22～25)上形成第1凹部(配線槽27)，與該第1凹部重疊地形成第2凹部(連接孔31)時，能夠形成高精度的第2凹部的圖案。此外，能夠防止在連接孔31的深處產(chǎn)生腐蝕殘渣。由此，能夠高精度地形成埋入式配線32和下層配線21通過埋入于連接孔31中的導(dǎo)電體材料實(shí)現(xiàn)電氣連接的雙層配線結(jié)構(gòu)。
以上以半導(dǎo)體器件中的配線結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的配線結(jié)構(gòu)，并不限于半導(dǎo)體器件，還可以應(yīng)用于液晶器件、磁存儲器等其它電子設(shè)備中。因此，本發(fā)明也可以作為半導(dǎo)體器件、液晶器件等電子設(shè)備的制造方法加以把握。
發(fā)明的效果如以上所說明的，本發(fā)明在絕緣膜上形成第1凹部，與該第1凹部重疊地形成第2凹部時，能夠形成高精度的第2凹部的圖案。
權(quán)利要求
1.一種埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是具有，在絕緣膜上形成第1凹部的工序，在該第1凹部和所說絕緣膜上涂布填埋材料將所說第1凹部填埋的工序，對所說填埋材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨使之僅存留在所說第1凹部內(nèi)的工序，在填埋了所說填埋材料的所說絕緣膜上形成具有與所說第1凹部重合的第2凹部的圖案的抗蝕劑層的工序，以該抗蝕劑層為掩膜將所說填埋材料和所說絕緣膜腐蝕至既定深度而形成第2凹部的工序，將經(jīng)過上述腐蝕后殘留的所說抗蝕劑層和所說填埋材料除去的工序，以及，向所說第1凹部和所說第2凹部中堆積導(dǎo)電體材料的工序。
2.一種埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是具有，在下層配線上堆積絕緣膜的工序，在該絕緣膜上形成連接孔的工序，在所說連接孔和所說絕緣膜上涂布填埋材料將所說連接孔填埋的工序，對所說填埋材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨使之僅存留于所說連接孔內(nèi)的工序，在填埋了所說填埋材料的所說絕緣膜上形成具有與所說連接孔重合的配線槽的圖案的抗蝕劑層的工序，以該抗蝕劑層為掩膜將所說填埋材料和所說絕緣膜腐蝕至既定深度而形成配線槽的工序，將經(jīng)過上述腐蝕后殘留的所說抗蝕劑層和所說填埋材料除去的工序，以及，向所說連接孔和所說配線槽中堆積導(dǎo)電體材料的工序。
3.一種埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是具有，在下層配線上堆積絕緣膜的工序，在該絕緣膜上形成配線槽的工序，在所說配線槽和所說絕緣膜上涂布填埋材料將所說配線槽填埋的工序，對所說填埋材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨使之僅存留于所說配線槽內(nèi)的工序，在填埋了所說填埋材料的所說絕緣膜上形成具有與所說配線槽重合的連接孔的圖案的抗蝕劑層的工序，以該抗蝕劑層為掩膜將所說填埋材料和所說絕緣膜腐蝕至既定深度而形成連接孔的工序，將經(jīng)過上述腐蝕后殘留的所說抗蝕劑層和所說填埋材料除去的工序，以及，向所說連接孔和所說配線槽中堆積導(dǎo)電體材料的工序。
4.如權(quán)利要求2所說的埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，作為所說填埋材料，使用的是具有與所說絕緣膜大體相同的腐蝕率的有機(jī)高分子材料。
5.如權(quán)利要求1～4之一的權(quán)利要求所說的埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，作為所說填埋材料，使用的是不含有芳香族系化合物的有機(jī)高分子材料。
6.如權(quán)利要求5所說的埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，在形成所說抗蝕劑層的工序之前，還具有在所說絕緣膜上形成防反射膜的工序。
7.如權(quán)利要求6所說的埋入式配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，所說填埋材料與所說防反射膜彼此不溶解。
全文摘要
在絕緣膜上形成第1凹部，與該第1凹部重疊地形成第2凹部時，可形成高精度的第2凹部。在絕緣膜上形成第1凹部，在該第1凹部和絕緣膜上涂布填埋材料將第1凹部填埋，對填埋材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨使之僅存留于第1凹部內(nèi)，在填埋了填埋材料的絕緣膜上形成具有與第1凹部重合的第2部的圖案的抗蝕劑層，以該抗蝕劑層為掩膜將填埋材料和絕緣膜腐蝕至既定深度而形成第2凹部。
文檔編號H01L21/768GK1497702SQ20031010248
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月21日
發(fā)明者石橋健夫, 小野良治, 治 申請人:株式會社瑞薩科技