半导体装置的制造方法.pdf

本发明提供即便金属布线疏也形成没有侧蚀刻的、具有良好截面形状的金属布线的半导体装置的制造方法。在形成金属布线的区域附近设置用于配置伪金属布线的区域。在伪金属布线区域形成沟槽，接着，若在形成用于形成金属布线的抗蚀剂图案，则沟槽上的抗蚀剂可增大每单位面积的表面积。然后，如果进行干蚀刻来形成金属布线，就制作出来自该沟槽上的抗蚀剂的有机成分强固的侧壁保护膜，进行各向异性蚀刻，因此形成良好截面形状的金属布线。

1.  一种在半导体衬底上具有金属布线的半导体装置的制造方法，其特征在于包括：
在半导体衬底上形成层间绝缘膜的工序；
在所述层间绝缘膜及所述半导体衬底上形成用于形成伪金属布线的开口部直径为金属膜厚与抗蚀剂膜厚的合计膜厚的2倍以上且纵横比为1～3的沟槽的工序；
在所述层间绝缘膜表面和所述沟槽内面沉积金属膜的工序；
在所述金属膜上形成抗蚀剂图案的工序；以及
蚀刻所述金属膜使所述层间绝缘膜上的金属布线及所述沟槽内面及周围的伪金属布线相靠近地形成的工序。

2.  如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：在所述金属膜上形成抗蚀剂图案的工序中，沟槽上的一部分抗蚀剂被曝光，而抗蚀剂膜厚变薄。

3.  如权利要求2所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：所述沟槽上被曝光的抗蚀剂的一部分区域在平面图中呈圆形。

4.  如权利要求2所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：所述沟槽上被曝光的抗蚀剂的一部分区域在平面图中呈方形。

5.  如权利要求3所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：所述圆形的曝光区域在一个沟槽上存在多个。

6.  如权利要求4所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：所述方形的曝光区域在一个沟槽上存在多个。

7.  如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：所述金属膜是铝或者是含有硅或铜的铝合金。

半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体装置的制造方法，尤其涉及金属布线的干蚀刻(dry etching)方法。
背景技术
铝的干蚀刻加工中，众所周知从抗蚀剂供给的抗蚀剂分解物有助于侧壁保护膜的形成，且可通过侧壁保护膜来进行各向异性的精密加工。蚀刻的典型气体种类有Cl₂、BCl₃、HCl等卤类气体。铝是反应性高的金属，与Cl₂分子强烈反应，蚀刻高速进行。因此，为了抑制凹陷(undercut)，需要在图案侧壁形成保护膜。可是，若图案精密且抗蚀剂开口率变高，则抗蚀剂分解物不足，侧壁保护膜的形成不充分，在蚀刻过程中发生凹陷，无法保证蚀刻后铝的各向异性。其结果，有布线的可靠性下降或断线的忧虑。作一种解决方案，如专利文献1(日本特开昭63-250823号公报)所示，与器件图案独立地在同一晶片上形成伪抗蚀剂图案，增加抗蚀剂量，从而补充抗蚀剂分解物，确保铝的各向异性的方法是众所周知的。另外，如专利文献2(日本特开平7-45590号公报)所示，在铝蚀刻过程中，向铝膜中预先导入用于形成侧壁保护膜的杂质例如硼元素的方法也是众所周知的。
在半导体装置或者IC的特性上，当然会有抗蚀剂开口率提高的情形。另外，若芯片收缩(shrink)，则布线布局的自由度变窄，可预计难以形成被抗蚀剂所覆盖的大的伪图案。可形成大的伪图案的部位会是与布线图案相离的场所，存在抗蚀剂分解物无法对侧壁保护膜形成起作用的问题。另外，因微负载(micro loading)效应的影响，而在精密布线图案中无法供给抗蚀剂分解物，其结果存在蚀刻时无法形成铝侧壁的保护膜，难以进行铝的各向异性蚀刻的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体装置的制造方法，以在不形成大的伪图案的情况下，可通过靠近布线图案地配置抗蚀剂分解物的供给源来进行铝的各向异性蚀刻。
为了解决上述问题，本发明的半导体装置的制造方法是在半导体衬底上具有金属布线的半导体装置的制造方法，其特征在于包括：在半导体衬底上形成层间绝缘膜的工序；在所述绝缘膜及半导体衬底上形成沟槽(trench)的工序；在所述层间绝缘膜和沟槽上沉积金属膜的工序；在所述金属膜上形成抗蚀剂图案的工序；以及蚀刻所述金属膜，使所述层间绝缘膜上的金属布线及所述沟槽上的伪金属布线相靠近地形成的工序。
另外，该半导体装置的制造方法，其特征在于：在所述金属膜上形成抗蚀剂图案的工序中，沟槽上的一部分抗蚀剂被曝光，而使抗蚀剂膜厚变薄。
另外，该半导体装置的制造方法，其特征在于：在所述沟槽上的抗蚀剂被曝光的区域在平面图呈圆形或方形。
(发明效果)
通过采用以上半导体装置的制造方法，在通过干蚀刻形成布线金属的过程中，对蚀刻而露出的布线侧面，位于靠近的沟槽上的抗蚀剂的表面积大，因此从靠近的沟槽上的抗蚀剂供给有机成分而形成侧壁保护膜，从而能够确保没有侧(side)蚀刻的各向异性蚀刻，可形成具有良好截面形状的金属布线。
附图说明
图1是表示本发明第一实施例的工序剖视图，其中，(A)是沟槽蚀刻后的剖视图；(B)是沉积金属膜后的剖视图；(C)是将抗蚀剂图案化后的剖视图；(D)是金属膜干蚀刻后的剖视图。
图2是表示本发明第二实施例的工序剖视图，其中，(A)是抗蚀剂图案化后的剖视图，(B)是金属膜干蚀刻后的剖视图。
(符号说明)
100沟槽；101、105、110抗蚀剂；102半导体衬底；103层间绝缘膜；104金属膜；106具有凹下去的外形的抗蚀剂；107侧壁保护膜；108金属布线；109伪金属布线。
具体实施方式
以下，根据图1及图2，说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明第一实施例的工序剖视图。
图1(A)表示在半导体衬底102上形成半导体元件的中途工序，是表示在半导体元件的形成接触孔后形成沟槽100的工序的剖视图。在半导体衬底102上形成有层间绝缘膜103，在层间绝缘膜上涂敷了抗蚀剂101。抗蚀剂101被图案化，以它为掩模，通过蚀刻来在下层的层间绝缘膜103及半导体衬底102形成开孔形式的沟槽100。当半导体元件不具有沟槽结构的场合，如本实施例那样在形成接触孔后追加一个掩模而形成沟槽100，但如果是具有沟槽结构的半导体元件，则可以在不追加掩模图案的情况下形成沟槽100。
图1(B)是表示剥离抗蚀剂后在层间绝缘膜103上及沟槽100内沉积金属膜104的状态的工序剖视图。该金属膜104以后成为金属布线或伪金属布线，因此例如是在纯铝中含有硅或铜的铝合金。
图1(C)是将在干蚀刻金属膜时用作掩模的抗蚀剂图案化时的工序剖视图。金属膜104上形成有抗蚀剂105。抗蚀剂106也进入沟槽100中，其上部表面呈现凹下去的外形(profile)，与平面形成的抗蚀剂图案相比，可增大每单位面积的表面积。沟槽部的抗蚀剂106的凹状态因沟槽的形状或抗蚀剂的涂敷条件而各异，但该表面积最好大一点。沟槽的开口部直径(直径)是金属膜厚和抗蚀剂膜厚的合计膜厚的2倍以上，纵横(aspect)比最好是1～3。另外，抗蚀剂最好等角(conformal)地涂敷在沟槽内的金属膜104上。这时与旋涂法相比采用喷涂法来涂敷抗蚀剂时得到反映沟槽内部形状的抗蚀剂形状。
图1(D)是表示干蚀刻金属膜后的工序剖视图。以抗蚀剂105、106为掩模蚀刻金属膜104，金属布线108及伪金属布线109相靠近地形成。金属布线108或伪金属布线109的侧面由侧壁保护膜107所覆盖。侧壁保护膜107是在金属膜104的蚀刻过程中抗蚀剂105、106分解生成的有机成分附着而形成的。在传统结构中由于没有沟槽100而没有从具有凹下去的外形的抗蚀剂106供给的有机成分，金属布线108较疏，侧壁保护膜107的厚度并不充分且发生侧蚀刻。但是，在本发明中，金属布线较疏的场合由于在其附近配置了沟槽，从该处供给有机成分，覆盖了具有充分的厚度的侧壁保护膜107，因此不发生侧蚀刻，而能够形成具有良好截面形状的金属布线108。又，在上述的实施例中，对于抗蚀剂106覆盖沟槽100的形状进行了说明，接着对于变形例进行说明。
图2是表示本发明第二实施例的工序剖视图。经过图1(A)及图1(B)后转移到图2(A)的工序。与图1(C)的不同点在于形成在沟槽100上的抗蚀剂110中设有小孔。在将抗蚀剂图案化时通过在抗蚀剂110的中央部设置比沟槽内的金属膜开口部面积小的孔，形成具有更大表面积的抗蚀剂110。该小孔可在图案化抗蚀剂105、106时同时曝光而形成。调整曝光量，以使抗蚀剂残留在抗蚀剂106中心的开口底面也可。如此，将用于形成布线的抗蚀剂图案化时通过对沟槽上的抗蚀剂进行各式各样的图案化，可显著地扩大抗蚀剂的表面积。形成在抗蚀剂110上的小孔在俯视图中是圆形，但可为方形，也可为由多个圆形或多个方形构成的形状(未图示)。又，如果采用如以上的方法，能够形成即便用旋涂法涂敷抗蚀剂也能形成具有充分的表面积的抗蚀剂。
图2(B)是表示干蚀刻金属膜后的工序剖视图。以抗蚀剂105、110为掩模蚀刻金属膜104，金属布线108及伪金属布线109相靠近地形成。金属布线108或伪金属布线109的侧面由侧壁保护膜107所覆盖。侧壁保护膜107是在金属膜104的蚀刻过程中抗蚀剂105、110分解生成的有机成分附着而形成的。在传统结构中由于没有沟槽100，所以没有从抗蚀剂110供给的有机成分，若金属布线108较疏，则侧壁保护膜107的厚度并不充分且会发生侧蚀刻。但是，在本发明中，在金属布线较的场合在其附近配置沟槽，因此从该沟槽供给有机成分而覆盖具有充分厚度的侧壁保护膜107，因此不发生侧蚀刻，可形成具有良好截面形状的金属布线108。
如以上说明的那样，如果采用本发明的制造方法，可确保充分厚度的侧壁保护膜，可抑制蚀刻中的侧蚀刻，且可形成没有可靠性下降的忧虑的金属布线。