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JP2555958B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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Publication number
JP2555958B2
JP2555958B2 JP5287893A JP28789393A JP2555958B2 JP 2555958 B2 JP2555958 B2 JP 2555958B2 JP 5287893 A JP5287893 A JP 5287893A JP 28789393 A JP28789393 A JP 28789393A JP 2555958 B2 JP2555958 B2 JP 2555958B2
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JP
Japan
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film
wiring
insulating film
interlayer insulating
thickness
Prior art date
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Application number
JP5287893A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH07142350A (en
Inventor
義久 松原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
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Priority to KR1019940030148A priority patent/KR0145369B1/en
Priority to US08/341,081 priority patent/US5580826A/en
Publication of JPH07142350A publication Critical patent/JPH07142350A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2555958B2 publication Critical patent/JP2555958B2/en
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に多層配線を有する半導体装置の製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having a multi-layer wiring.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIの微細化に伴い、配線ピッチも縮
小され、それと同時に配線層の多層化も進んでいる。こ
の配線層数の増加は、層間膜(層間絶縁膜)に高低差
(標高差)を生ずる。そこで、このように凹凸ができた
層間膜上でのリソグラフィー技術、例えば上層のアルミ
ニウム配線やスルーホールを形成するためのパターニン
グ工程では、層間膜の段差がフォトレジスト膜のパター
ニングの精度に影響する。
2. Description of the Related Art With the miniaturization of LSIs, the wiring pitch has been reduced, and at the same time, the number of wiring layers has been increased. This increase in the number of wiring layers causes a height difference (elevation difference) in the interlayer film (interlayer insulating film). Therefore, in a lithography technique on such an uneven interlayer film, for example, a patterning process for forming an upper aluminum wiring or a through hole, the step difference of the interlayer film affects the patterning accuracy of the photoresist film.

【0003】次に、段差のある領域でのパターニング特
性について述べる。
Next, patterning characteristics in a stepped region will be described.

【0004】標高差のある表面に塗布されたフォトレジ
スト膜をパターニングする際のパターン精度を阻害する
要因として、段差部付近におけるフォトレジスト膜の膜
厚の変化と、標高の高い領域と低い領域との焦点距離の
違いが挙げられる。
As a factor that impedes pattern accuracy when patterning a photoresist film coated on a surface having a difference in altitude, there are variations in the film thickness of the photoresist film in the vicinity of the step portion, and a high altitude region and a low altitude region. There is a difference in the focal length.

【0005】一般にフォトレジスト膜のパターン形状
は、露光像と、露光強度、そして、下地からの反射露光
強度により決まる。
Generally, the pattern shape of the photoresist film is determined by the exposure image, the exposure intensity, and the reflection exposure intensity from the base.

【0006】標高の高い領域のフォトレジスト膜では、
露光像と露光強度でフォトレジスト膜のパターン形状は
決まる。特に、焦点深度マージンより高い標高を有する
領域のポジ型フォトレジスト膜は、露光像の広がりによ
るパターン形状のやせ細りが問題となり、露光強度の変
化はほとんど無視できる。一方段差部付近の標高の低い
領域では、フォトレジスト膜厚の増加による解像度の低
下が問題となり、多層配線を形成する場合には、層間膜
の平坦化が必要である。
In the photoresist film in the high altitude region,
The pattern shape of the photoresist film is determined by the exposure image and the exposure intensity. In particular, in a positive photoresist film in an area having an altitude higher than the depth of focus margin, thinning of the pattern shape due to the spread of the exposure image poses a problem, and changes in exposure intensity can be almost ignored. On the other hand, in a low-altitude region near the step, the decrease in resolution due to an increase in the photoresist film thickness becomes a problem, and it is necessary to flatten the interlayer film when forming multilayer wiring.

【0007】層間膜プロセスは、塗布膜の平坦性を利用
した局所的平坦化プロセスと塗布膜以外の技術を利用し
たグローバル平坦化プロセスとに大別できる。
The interlayer film process can be roughly classified into a local planarization process utilizing the flatness of the coating film and a global planarization process utilizing a technique other than the coating film.

【0008】局所的平坦化プロセスの例は、レジスト塗
布膜を用いたレジストエッチバックやSOG(spin
on glass)塗布膜プロセスが一般的である。
これらの層間膜平坦化技術により、局所的フォトレジス
ト膜厚の変動が抑えられるため、フォトレジスト膜の膜
厚変動に起因するフォーカスマージンの低下は抑制でき
る。従って、配線ピッチの縮小や配線膜厚の増加による
焦点深度の問題が起こらない程度のデバイスに局所的平
坦化技術は用いられてきた。
Examples of the local flattening process include resist etchback using a resist coating film and SOG (spin).
on-glass) coating film process is common.
These interlayer flattening techniques suppress local fluctuations in the photoresist film thickness, and thus can suppress a decrease in focus margin due to fluctuations in the photoresist film thickness. Therefore, the local planarization technique has been used for a device in which the problem of the depth of focus due to the reduction in the wiring pitch and the increase in the wiring film thickness does not occur.

【0009】図4は3層配線仕様のデバイスにおける3
層配線下に発生するデバイス最大標高差の最小設計寸法
依存性と焦点深度マージンのパターンサイズ依存性を示
す図である。
FIG. 4 shows a device having a three-layer wiring specification.
It is a figure which shows the minimum design dimension dependence of the maximum device height difference generated under layer wiring, and the pattern size dependence of the depth of focus margin.

【0010】図4に示すように、設計最小寸法の縮小に
伴い、フォトレジスト膜厚も薄くする。したがって、3
層配線下に発生する配線膜厚は薄くしなければならず、
デバイス最大標高差も低下する。しかし、この最大標高
差の低下以上に設計最小パターン寸法の減少による焦点
深度の低下が進むと、標高の高い領域と低い領域のフォ
トレジスト膜を同時にパターニングできな。すなわち、
デバイス設計最小寸法が0.8μm以下のデバイスでは
グローバル平坦化技術の導入なしには実現できない。
As shown in FIG. 4, as the minimum design dimension is reduced, the photoresist film thickness is also reduced. Therefore, 3
The wiring film thickness generated under the layer wiring must be thin,
The device maximum altitude difference also decreases. However, if the depth of focus is reduced due to the reduction in the minimum design pattern size beyond the reduction in the maximum elevation difference, the photoresist films in the high and low elevation regions cannot be patterned at the same time. That is,
Devices with a minimum device design dimension of 0.8 μm or less cannot be realized without the introduction of global planarization technology.

【0011】グローバルな層間膜平坦化技術としては、
研磨技術を利用した化学的機械的研磨(Chemica
l mechanical polishing)法や
化学的気相成長法(以下CVDと記す)を利用した選択
酸化膜成長法、あるいは下層の配線パターンの反転マス
クを用いたブロックレジスト法等がある。中でも、ブロ
ックレジスト法は、新規な装置を導入せずにグローバル
平坦化が実現できるため、アイ・イー・イー・イー・ト
ランザクションズ・オン・エレクトロン・デバイス(I
EEE Transactions on Elect
ron Devices)1988年、第135巻、第
1829頁、又はアイ・イー・イー・イー・トランザク
ションズ・オン・セミコンダクタ・マニュファクチュア
リング(IEEE Transactions on
Semiconductor Manufacturi
ng)1988年、第140頁等に記載されているよう
に広く用いられている。
The global interlayer flattening technology is as follows:
Chemical mechanical polishing (Chemica)
There is a selective oxide film growth method using a chemical mechanical deposition (CVD) method or a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as CVD), or a block resist method using an inversion mask of an underlying wiring pattern. Among them, the block resist method can realize global planarization without introducing a new device, and therefore, the IEE Transactions on Electron Device (I
EEE Transactions on Elect
ron Devices, 1988, 135, 1829, or IEE Transactions on Semiconductor Manufacturing (IEEE Transactions on).
Semiconductor Manufactur
ng) Widely used as described in 1988, page 140, etc.

【0012】図5(a)〜(d)は従来の半導体装置の
製造方法の第1の例を説明するための工程順に示した半
導体チップの断面図である。
FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining a first example of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【0013】まず、図5(a)に示すように、シリコン
基板1の上に設けた酸化シリコン膜2の上に金属膜を堆
積してパターニングし配線3を形成し、配線3を含む表
面に層間膜としてプラズマCVD法で酸化シリコン膜4
を堆積する。
First, as shown in FIG. 5A, a metal film is deposited and patterned on a silicon oxide film 2 provided on a silicon substrate 1 to form wiring 3, and a surface including the wiring 3 is formed. A silicon oxide film 4 is formed as an interlayer film by a plasma CVD method.
Is deposited.

【0014】次に、図5(b)に示すように、酸化シリ
コン膜4の上に第1のフォトレジスト膜5を塗布した後
配線3のパターンの反転マスクを用いるリソグラフィ技
術によりフォトレジスト膜5をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 5B, the first photoresist film 5 is applied on the silicon oxide film 4, and then the photoresist film 5 is formed by a lithography technique using a reversal mask of the pattern of the wiring 3. Pattern.

【0015】次に、図5(c)に示すように、フォトレ
ジスト膜5を含む表面に第2のレジスト膜6を塗布して
表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 5C, a second resist film 6 is applied to the surface including the photoresist film 5 to flatten the surface.

【0016】次に、図5(d)に示すように、フォトレ
ジスト膜5,6と酸化シリコン膜4との選択比が1:1
の異方性エッチングによりエッチバックし、フォトレジ
スト膜5の下の酸化シリコン膜4の表面が露出するまで
エッチングして表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 5D, the selection ratio between the photoresist films 5 and 6 and the silicon oxide film 4 is 1: 1.
Etch back by anisotropic etching, and etching is performed until the surface of the silicon oxide film 4 under the photoresist film 5 is exposed to planarize the surface.

【0017】図6は、このときの配線パターンと反転マ
スクパターンとの間隔に対する層間膜の平坦性の関係を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship of the flatness of the interlayer film with respect to the distance between the wiring pattern and the inversion mask pattern at this time.

【0018】図6に示すように、配線パターン近傍の酸
化シリコン膜4と反転マスクパターンとの重なる領域に
ブロックレジスト膜が形成されると、エッチバック時に
酸化シリコン膜4が保護され段差を生じる。一方、配線
パターンと反転マスクパターンとの間隔が広すぎると、
第2のフォトレジスト膜6の塗布面で凹みが生じ層間膜
に段差ができ(一般にバットウイングと呼ばれてい
る)、層間膜にフォトレジスト膜の形状が転写される。
したがって、反転マスクパターンは配線パターンから層
間膜の膜厚分だけマージンをとる必要がある。このよう
な反転マスクパターンと配線パターンとのマージン問題
を省略する方法として、プロセスに酸化膜の等方性エッ
チングを用いる例がある(特開昭60−245225号
公報参照)。
As shown in FIG. 6, when a block resist film is formed in a region where the silicon oxide film 4 near the wiring pattern and the reverse mask pattern overlap, the silicon oxide film 4 is protected during etching back, and a step is formed. On the other hand, if the space between the wiring pattern and the reverse mask pattern is too wide,
A recess is formed on the coated surface of the second photoresist film 6 to form a step in the interlayer film (generally called bat wing), and the shape of the photoresist film is transferred to the interlayer film.
Therefore, the inversion mask pattern needs to have a margin from the wiring pattern by the thickness of the interlayer film. As a method of eliminating the margin problem between the inversion mask pattern and the wiring pattern, there is an example of using isotropic etching of an oxide film in the process (see Japanese Patent Laid-Open No. 60-245225).

【0019】図7(a)〜(c)は従来の半導体装置の
製造方法の第2の例を説明するための工程順に示した半
導体チップの断面図である。
FIGS. 7A to 7C are sectional views of a semiconductor chip in the order of steps for explaining the second example of the conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【0020】まず、図7(a)に示すように、前述した
第1の例と同様の工程でシリコン基板1の上の酸化シリ
コン膜2の上に配線3を形成し、配線3を含む表面に酸
化シリコン膜4を形成した後、酸化シリコン膜4の上に
フォトレジスト膜5を塗布し、配線3のパターンの反転
パターンを有する反転マスクを用いてパターニングす
る。
First, as shown in FIG. 7A, the wiring 3 is formed on the silicon oxide film 2 on the silicon substrate 1 by the same process as the above-mentioned first example, and the surface including the wiring 3 is formed. After the silicon oxide film 4 is formed on the silicon oxide film 4, a photoresist film 5 is applied on the silicon oxide film 4 and patterned by using an inversion mask having an inversion pattern of the pattern of the wiring 3.

【0021】次に、図7(b)に示すように、フォトレ
ジスト膜5をマスクとして酸化シリコン膜4の表面を弗
酸により段差に相当する厚さだけ等方性エッチングして
除去する。
Next, as shown in FIG. 7B, the surface of the silicon oxide film 4 is isotropically etched with hydrofluoric acid to a thickness corresponding to the step by using the photoresist film 5 as a mask and removed.

【0022】次に、図7(c)に示すように、フォトレ
ジスト膜5を除去し上面の標高差をなくした層間膜を形
成する。
Next, as shown in FIG. 7 (c), the photoresist film 5 is removed to form an interlayer film which eliminates the difference in elevation on the upper surface.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
の製造方法は、第1の例では層間膜の層数の数だけ反転
マスクの作成が必要である。更に、作成すべき反転マス
クの配線パターンと反転マスクパターンとのマージン
は、層間膜形成プロセスの層間膜膜厚に依存する為に、
層間膜プロセス毎にマスクが必要になる。さらに、配線
パターンと反転マスクパターンとのマージン領域はレジ
ストパターンの最小寸法の制限により、ブロックレジス
トが形成されない領域ができ、局所的に層間膜の平坦化
の悪化が起こるという問題がある。
In the conventional method of manufacturing a semiconductor device, in the first example, it is necessary to prepare the reversal mask by the number of layers of the interlayer film. Furthermore, since the margin between the wiring pattern of the inversion mask and the inversion mask pattern to be created depends on the interlayer film thickness in the interlayer film formation process,
A mask is required for each interlayer film process. Further, in the margin area between the wiring pattern and the inversion mask pattern, due to the limitation of the minimum size of the resist pattern, an area where the block resist is not formed is formed, and there is a problem that the planarization of the interlayer film locally deteriorates.

【0024】また、第2の例では酸化シリコン膜の等方
性エッチングに広く用いられる弗酸が、配線材のアルミ
ニウム膜をエッチングする為に、酸化シリコン膜の成長
膜厚以上には等方性エッチングができない。その結果、
層間膜には、波状の段差が生じ、上層アルミニウム配線
のパターニングにおいて、アルミニウム膜のカバレッジ
の変動によるエッチング残りが生じて、配線間ショート
不良を起こし易いという問題がある。
Further, in the second example, hydrofluoric acid, which is widely used for isotropic etching of a silicon oxide film, etches an aluminum film of a wiring material, and therefore isotropic at a thickness larger than that of the grown silicon oxide film. Cannot be etched. as a result,
There is a problem that a corrugated step is formed in the interlayer film, and an etching residue is generated due to a variation in the coverage of the aluminum film in the patterning of the upper layer aluminum wiring, which easily causes a short circuit between wirings.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の半導体装
置の製造方法は、半導体基板上に形成した絶縁膜の上に
選択的に配線を形成した後前記配線を含む表面に層間絶
縁膜を前記配線の厚さよりも厚く堆積する工程と、前記
層間絶縁膜の上にポジ型の第1のフォトレジスト膜を塗
布した後全面にストライプ状パターンを並べたマスクを
用い前記層間絶縁膜の標高の低い領域に焦点を合わせて
露光・現像して前記層間絶縁膜の標高の低い領域上にの
み第1のフォトレジスト膜のストライプパターンを形成
する工程と、前記第1のフォトレジスト膜を含む表面に
第2のフォトレジスト膜を塗布して表面を平坦化した後
前記層間絶縁膜の標高の低い領域の表面が露出するまで
全面をエッチバックして前記層間絶縁膜の上面を平坦化
する工程とを含んで構成される。
According to a first method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, an interlayer insulating film is formed on a surface including the wiring after selectively forming wiring on an insulating film formed on a semiconductor substrate. Is deposited thicker than the thickness of the wiring, and a height of the interlayer insulating film is increased by using a mask in which a positive type first photoresist film is applied on the interlayer insulating film and then stripe patterns are arranged on the entire surface. Exposing and developing by focusing on a low-temperature region of the interlayer insulating film to form a stripe pattern of the first photoresist film only on the low-elevation region of the interlayer insulating film; and a surface including the first photoresist film. And then planarizing the surface by applying a second photoresist film to the surface of the interlayer insulating film until the surface of the low-elevation region of the interlayer insulating film is exposed to planarize the upper surface of the interlayer insulating film. Including Constructed.

【0026】本発明の第2の半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に形成した絶縁膜の上に選択的に配線を形
成した後前記配線を含む表面に第1の層間絶縁膜を前記
配線の厚さよりも薄く堆積する工程と、前記第1の層間
絶縁膜の上に感光性ポリイミド樹脂膜を塗布した後全面
にストライプ状パターンを並べたマスクを用い前記層間
絶縁膜の標高の低い領域に焦点を合わせて露光・現像し
て前記層間絶縁膜の標高の低い領域にのみ感光性ポリイ
ミド樹脂膜のストライプパターンを形成する工程と、前
記感光性ポリイミド樹脂膜を含む表面にポリイミド樹脂
膜を塗布して第2の層間絶縁膜を形成し上面を平坦化す
る工程とを含んで構成される。
The second semiconductor device manufacturing method of the present invention is
A step of selectively forming wiring on an insulating film formed on a semiconductor substrate and then depositing a first interlayer insulating film on the surface including the wiring to a thickness smaller than the thickness of the wiring; After applying a photosensitive polyimide resin film on the film, using a mask in which stripe-shaped patterns are arranged on the entire surface, exposure and development are performed by focusing on a low-elevation region of the interlayer insulating film to increase the elevation of the interlayer insulating film. A step of forming a stripe pattern of a photosensitive polyimide resin film only in a low region, and a step of applying a polyimide resin film on the surface including the photosensitive polyimide resin film to form a second interlayer insulating film and planarizing the upper surface. It is configured to include and.

【0027】[0027]

【作用】本発明は、フォトレジスト膜の露光における焦
点深度が層間膜の標高差と同等であることを利用して層
間膜の標高の低い領域のフォトレジスト膜を自己整合的
に感光させ層間膜を平坦化している。
The present invention utilizes the fact that the depth of focus in exposure of the photoresist film is equal to the elevation difference of the interlayer film, so that the photoresist film in the low altitude region of the interlayer film is exposed in a self-aligned manner. Is flattened.

【0028】図9は標高差が3μmあるウエハー表面に
3.0μm厚のレジスト膜をパターニングした場合にお
けるレジストパターン寸法のフォーカスオフセット依存
性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the focus offset dependence of the resist pattern size when a 3.0 μm thick resist film is patterned on the surface of a wafer having an altitude difference of 3 μm.

【0029】図9に示すように、標高の高い領域のレジ
ストパターンの特性は、標高の低い領域より2μmだけ
レンズ側に移動する。したがって、フォーカスオフセッ
トが−2.0μm以上では、標高の高い領域上に形成さ
れたフォトレジスト膜に焦点が合うことにより標高の高
い領域にレジストパターンが形成される。一方、0μm
以上のフォーカスオフセットでは標高の低い領域に存在
するレジスト膜に焦点が合うことにより標高の低い領域
にレジスト膜がパターニングされ、また標高の高い領域
は露光像が広がることにより膜べりが進みパターンは消
滅する。ここで、標高の低い領域に選択的に形成するレ
ジスト膜形成条件は、マスクサイズ、フォーカスオフセ
ット、フォトレジスト膜厚、露光量で決まる。
As shown in FIG. 9, the characteristic of the resist pattern in the high altitude region moves to the lens side by 2 μm from the low altitude region. Therefore, when the focus offset is −2.0 μm or more, the photoresist pattern formed on the high-elevation region is focused, so that the resist pattern is formed on the high-elevation region. On the other hand, 0 μm
In the above focus offset, the resist film existing in the low altitude region is focused, so that the resist film is patterned in the low altitude region, and in the high altitude region, the exposure image spreads and the film slips and the pattern disappears. To do. Here, the conditions for forming a resist film that is selectively formed in a region of low altitude are determined by the mask size, focus offset, photoresist film thickness, and exposure dose.

【0030】図10はフォーカスオフセットとマスクサ
イズの配線膜厚依存性を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the dependency of the focus offset and the mask size on the wiring film thickness.

【0031】図10に示すように、配線膜厚が1.0μ
mの場合マスクサイズとして1.0μmを用いれば、フ
ォーカスオフセットは1.5μmに設定し、配線膜厚が
3.0μmの場合、マスクサイズとして2.0μmを用
いれば、フォーカスオフセットは2.0μmに設定する
ことにより、選択的にフォトレジスト膜が標高の低い領
域に形成できる。ここで、フォトレジスト膜厚の増加
は、露光量の増加に伴い焦点深度マージンが低下するた
め、フォトレジスト膜厚は5μm以下であることが望ま
しく、露光量は、段差部で発生する厚いフォトレジスト
膜を解像できる程度の露光量が望ましい。
As shown in FIG. 10, the wiring film thickness is 1.0 μm.
When the mask size is 1.0 μm, the focus offset is set to 1.5 μm, and when the wiring film thickness is 3.0 μm, the focus offset is 2.0 μm when the mask size is 2.0 μm. By setting it, the photoresist film can be selectively formed in a region having a low altitude. Here, as the photoresist film thickness increases, the depth of focus margin decreases as the exposure amount increases, so the photoresist film thickness is preferably 5 μm or less, and the exposure amount is a thick photoresist generated at the step portion. An exposure amount that allows the film to be resolved is desirable.

【0032】[0032]

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0033】図1(a)〜(e)は本発明の第1の実施
例を説明するための工程順に示した半導体チップの断面
図である。
FIGS. 1A to 1E are cross-sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining the first embodiment of the present invention.

【0034】まず、図1(a)に示すように、シリコン
基板1の上に設けた酸化シリコン膜2の上にアルミニウ
ム膜等の金属膜を1μmの厚さに堆積した後パターニン
グして配線3を形成し、配線3を含む表面にプラズマC
VD法で酸化シリコン膜4を2μmの厚さに形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a metal film such as an aluminum film is deposited to a thickness of 1 μm on a silicon oxide film 2 provided on a silicon substrate 1 and then patterned to form a wiring 3 To form plasma C on the surface including the wiring 3.
The silicon oxide film 4 is formed to a thickness of 2 μm by the VD method.

【0035】次に、図1(b)に示すように、酸化シリ
コン膜4の上にポジ型フォトレジスト膜5を約3μmの
厚さに塗布する。
Next, as shown in FIG. 1B, a positive photoresist film 5 is applied on the silicon oxide film 4 to a thickness of about 3 μm.

【0036】次に、図1(c)に示すように、例えば1
μmの幅と間隔で全面にストライプパターンを縞状に並
べたマスクを用い、ステッパーの焦点を酸化シリコン膜
4の標高の低い領域に合わせ300mJ/cm2 のエネ
ルギーで露光し、現像して酸化シリコン膜4の標高の低
い領域上にのみストライプ状にパターニングされたフォ
トレジスト膜5aを形成し、酸化シリコン膜4の標高の
高い領域のフォトレジスト膜5を除去する。
Next, as shown in FIG. 1C, for example, 1
Using a mask in which stripe patterns are arranged in a stripe pattern over the entire surface with a width and interval of μm, the focus of the stepper is aligned with the low-elevation area of the silicon oxide film 4 and exposed with energy of 300 mJ / cm 2 , and developed and silicon oxide A photoresist film 5a patterned in a stripe shape is formed only on the low-elevation region of the film 4, and the photoresist film 5 in the high-elevation region of the silicon oxide film 4 is removed.

【0037】次に、図1(d)に示すように、全面にフ
ォトレジスト膜6を2μmの厚さに塗布して上面を平坦
化する。ここで、フォトレジスト膜上面の局所的段差の
第2のフォトレジスト膜厚依存性は図8に示すように、
ストライプマスクの線間隔が線幅より狭い方が第2のフ
ォトレジスト膜を埋め込む体積が少ないため、第2のフ
ォトレジスト膜の埋め込み性が良い。その結果、層間膜
形成後の平坦性も、マスク線間隔が線幅より狭い方が有
利である。
Next, as shown in FIG. 1D, a photoresist film 6 having a thickness of 2 μm is applied on the entire surface to planarize the upper surface. Here, as shown in FIG. 8, the dependence of the local step on the upper surface of the photoresist film on the second photoresist film thickness is as follows.
When the line spacing of the stripe mask is narrower than the line width, the volume in which the second photoresist film is embedded is small, so that the embedding property of the second photoresist film is good. As a result, the flatness after the formation of the interlayer film is also advantageous when the mask line interval is smaller than the line width.

【0038】次に、図(e)に示すように、CF4 およ
び酸素をエッチングガスとして用いフォトレジスト膜と
酸化シリコン膜とのエッチング選択比が1:1になるよ
うな条件で酸化シリコン膜の標高の低い領域の表面が露
出するまで全面をエッチバックして上面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 6E, the silicon oxide film is formed under the conditions that CF 4 and oxygen are used as etching gases and the etching selection ratio between the photoresist film and the silicon oxide film is 1: 1. The entire surface is etched back to flatten the upper surface until the surface of the low-elevation region is exposed.

【0039】図2(a)〜(c)は本発明の第2の実施
例を説明するための工程順に示した半導体チップの断面
図である。
2 (a) to 2 (c) are sectional views of the semiconductor chip in the order of steps for explaining the second embodiment of the present invention.

【0040】まず、図2(a)に示すように、第1の実
施例と同様の工程でシリコン基板1の上に形成した酸化
シリコン膜2の上に配線3を選択的に形成した後、ポリ
イミド樹脂膜と密着性の良い窒化シリコン膜7を100
nmの厚さに堆積して配線3を被覆し、窒化シリコン膜
7の上に感光性ポリイミド樹脂膜8を2μmの厚さに塗
布する。
First, as shown in FIG. 2A, after the wiring 3 is selectively formed on the silicon oxide film 2 formed on the silicon substrate 1 by the same process as in the first embodiment, The silicon nitride film 7 with good adhesion to the polyimide resin film
The wiring 3 is deposited to a thickness of nm, and the photosensitive polyimide resin film 8 is applied on the silicon nitride film 7 to a thickness of 2 μm.

【0041】次に、図2(b)に示すように、1μmの
幅と間隔で全面にストライプパターンを縞状に並べたマ
スクを用い、ステッパーの焦点を窒化シリコン膜7の標
高の低い領域に合わせ300mJ/cm2 のエネルギー
で露光し、現像して窒化シリコン膜7の標高の低い領域
上にのみストライプ状にパターニングされたフォトレジ
スト膜5aを形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a mask in which stripe patterns are arranged in stripes on the entire surface with a width and interval of 1 μm is used, and the focus of the stepper is set on the low-elevation region of the silicon nitride film 7. A total of 300 mJ / cm 2 of energy is applied for exposure and development is performed to form a photoresist film 5a patterned in a stripe pattern only on the low-elevation region of the silicon nitride film 7.

【0042】次に、図2(c)に示すように、300℃
程度の熱処理を加えた後全面にポリイミド樹脂膜9を2
μmの厚さに塗布して300℃で熱処理し、上面の平坦
な層間絶縁膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (c), 300 ° C.
After the heat treatment for about 5 minutes, a polyimide resin film 9 is formed on the entire surface.
It is applied to a thickness of μm and heat-treated at 300 ° C. to form an interlayer insulating film having a flat upper surface.

【0043】図3(a)〜(d)は本発明の第3の実施
例を説明するための工程順に示した半導体チップの断面
図である。
3 (a) to 3 (d) are sectional views of the semiconductor chip shown in the order of steps for explaining the third embodiment of the present invention.

【0044】まず、図3(a)に示すように、第1の実
施例と同様の工程でシリコン基板1の上に形成した酸化
シリコン膜2の上に配線3を選択的に形成した後配線3
を含む表面にプラズマCVD法で酸化シリコン膜4を形
成する。次に、酸化シリコン膜4の上にポジ型フォトレ
ジスト膜を塗布してストライプ状パターンを並べたマス
クを用い焦点を酸化シリコン膜4の標高の低い領域に合
わせて露光・現像し、ストライプ状にパターニングされ
たフォトレジスト膜5aを酸化シリコン膜4の標高の低
い領域にのみ形成する。
First, as shown in FIG. 3A, after the wiring 3 is selectively formed on the silicon oxide film 2 formed on the silicon substrate 1 in the same process as in the first embodiment, the wiring is formed. Three
A silicon oxide film 4 is formed on the surface including the silicon by a plasma CVD method. Next, a positive type photoresist film is applied on the silicon oxide film 4 and a mask in which stripe-shaped patterns are arranged is used to align the focus with the low-elevation area of the silicon oxide film 4 to expose and develop it into stripes. The patterned photoresist film 5a is formed only in the low-elevation region of the silicon oxide film 4.

【0045】次に、図3(b)に示すように、フォトレ
ジスト膜5aをマスクとして酸化シリコン膜4の表面を
酸化シリコン膜4の標高差と同等の厚さだけエッチング
してストライプ状パターンに対応する溝を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, the surface of the silicon oxide film 4 is etched by a thickness equivalent to the height difference of the silicon oxide film 4 using the photoresist film 5a as a mask to form a stripe pattern. Form corresponding grooves.

【0046】次に、図3(c)に示すように、酸素雰囲
気中でのプラズマ処理によりフォトレジスト膜5aを灰
化し除去する。
Next, as shown in FIG. 3C, the photoresist film 5a is ashed and removed by plasma treatment in an oxygen atmosphere.

【0047】次に、図3(d)に示すように、テトラエ
トキシシランおよびオゾン含有酸素をソースガスとして
用いる常圧CVDにより溝を設けた酸化シリコン膜4の
表面に酸化シリコン膜10を600nm程度の厚さに堆
積し、段差を被覆し且つ上面を平坦化した層間絶縁膜を
形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, a silicon oxide film 10 having a thickness of about 600 nm is formed on the surface of the silicon oxide film 4 having a groove formed by atmospheric pressure CVD using tetraethoxysilane and ozone-containing oxygen as source gas. To form an interlayer insulating film having a thickness of 3 .ANG.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、層間膜に
生じた凹凸の標高の低い領域にのみフォトレジスト膜の
スライプ状パターンを自己整合的に形成することによ
り、層間膜毎に反転のマスクを形成せずにブロックレジ
ストを形成でき、層間膜の平坦化の工程を簡素化できる
という効果を有する。
As described above, according to the present invention, the slip-like pattern of the photoresist film is formed in a self-aligning manner only in the region of the unevenness of the interlayer film where the unevenness is low. The block resist can be formed without forming a mask, and the step of planarizing the interlayer film can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を説明するための工程順
に示した断面図。
1A to 1D are cross-sectional views showing a process sequence for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の説明するための工程順
に示した断面図。
2A to 2D are sectional views showing a process sequence for explaining a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例を説明するための工程順
に示した断面図。
FIG. 3 is a sectional view shown in order of steps for explaining a third embodiment of the present invention.

【図4】3層配線仕様のデバイスにおける3層配線下に
発生するデバイス最大標高差の最小設計寸法依存性と焦
点深度マージンのパターンサイズ依存性を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a minimum design dimension dependence of a maximum device height difference and a pattern size dependence of a depth of focus margin occurring under a three-layer wiring in a device with three-layer wiring specifications.

【図5】従来の半導体装置の製造方法の第1の例を説明
するための工程順に示した断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a first example of a conventional method of manufacturing a semiconductor device, which is shown in a process order.

【図6】従来例の配線パターンと反転マスクパターンと
の間隔に対する層間膜の平坦性の関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship of the flatness of an interlayer film with respect to a distance between a wiring pattern and a reverse mask pattern in a conventional example.

【図7】従来の半導体装置の製造方法の第2の例を説明
するための工程順に示した断面図。
7A to 7C are sectional views showing the second example of the conventional method for manufacturing a semiconductor device, in the order of steps for explaining the second example.

【図8】フォトレジスト膜上面の局所的段差の第2のフ
ォトレジスト膜厚依存性を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing the second photoresist film thickness dependence of a local step on the upper surface of the photoresist film.

【図9】レジストパターン寸法のフォーカスオフセット
依存性を示す図
FIG. 9 is a diagram showing focus offset dependency of resist pattern size.

【図10】最適フォーカスオフセットの配線段差依存性
を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a wiring step dependency of an optimum focus offset.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2,4,10 酸化シリコン膜 3 配線 5,5a,6 フォトレジスト膜 7 窒化シリコン膜 8 感光性ポリイミド樹脂膜 9 ポリイミド樹脂膜 1 Silicon Substrate 2,4,10 Silicon Oxide Film 3 Wiring 5,5a, 6 Photoresist Film 7 Silicon Nitride Film 8 Photosensitive Polyimide Resin Film 9 Polyimide Resin Film

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成した絶縁膜の上に選
択的に配線を形成した後前記配線を含む表面に層間絶縁
膜を前記配線の厚さよりも厚く堆積する工程と、前記層
間絶縁膜の上にポジ型の第1のフォトレジスト膜を塗布
した後全面にストライプ状パターンを並べたマスクを用
い前記層間絶縁膜の標高の低い領域に焦点を合わせて露
光・現像して前記層間絶縁膜の標高の低い領域上にのみ
第1のフォトレジスト膜のストライプパターンを形成す
る工程と、前記第1のフォトレジスト膜を含む表面に第
2のフォトレジスト膜を塗布して表面を平坦化した後前
記層間絶縁膜の標高の低い領域の表面が露出するまで全
面をエッチバックして前記層間絶縁膜の上面を平坦化す
る工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. A step of selectively forming wiring on an insulating film formed on a semiconductor substrate and then depositing an interlayer insulating film on the surface including the wiring to a thickness greater than the thickness of the wiring, and the interlayer insulating film. The positive type first photoresist film is coated on the surface of the interlayer insulating film, and then the mask is formed by arranging stripe-shaped patterns on the entire surface of the interlayer insulating film. Forming a stripe pattern of the first photoresist film only on the low-elevation area of the substrate, and after applying the second photoresist film to the surface including the first photoresist film to flatten the surface. A step of etching back the entire surface of the interlayer insulating film until the surface of the low-elevation region is exposed to planarize the upper surface of the interlayer insulating film.
【請求項2】 半導体基板上に形成した絶縁膜の上に選
択的に配線を形成した後前記配線を含む表面に第1の層
間絶縁膜を前記配線の厚さよりも薄く堆積する工程と、
前記第1の層間絶縁膜の上に感光性ポリイミド樹脂膜を
塗布した後全面にストライプ状パターンを並べたマスク
を用い前記層間絶縁膜の標高の低い領域に焦点を合わせ
て露光・現像して前記層間絶縁膜の標高の低い領域にの
み感光性ポリイミド樹脂膜のストライプパターンを形成
する工程と、前記感光性ポリイミド樹脂膜を含む表面に
ポリイミド樹脂膜を塗布して第2の層間絶縁膜を形成し
上面を平坦化する工程とを含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
2. A step of selectively forming wiring on an insulating film formed on a semiconductor substrate and then depositing a first interlayer insulating film on the surface including the wiring to a thickness smaller than the thickness of the wiring.
After coating a photosensitive polyimide resin film on the first interlayer insulating film, a mask having stripe-shaped patterns arranged all over the surface is used to focus and expose and develop a low-elevation region of the interlayer insulating film. A step of forming a stripe pattern of a photosensitive polyimide resin film only in a region of the interlayer insulating film having a low altitude, and a polyimide resin film is applied to a surface including the photosensitive polyimide resin film to form a second interlayer insulating film. And a step of planarizing the upper surface of the semiconductor device.
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