专利名称：埋入式配线结构的制造方法
技术领域：
本发明涉及，在绝缘膜上形成第1凹部，与该第1凹部重叠地形成第2凹部，向第1凹部和第2凹部中堆积导电体材料的埋入式配线结构的制造方法。
背景技术：
近年来，随着半导体器件等的高集成化以及高速化，减小配线材料电阻变得越来越重要。虽然该配线材料有多种多样，但有些配线材料，难以进行干式腐蚀加工。为此，人们采用在下层配线上堆积绝缘膜，在该绝缘膜上形成连接孔和配线槽，向其中堆积导电体材料这样一种工艺。
这种现有的工艺，是在下层配线上堆积绝缘膜，在该绝缘膜上利用光蚀刻技术形成具有连接孔的图案的抗蚀剂层，以该抗蚀剂层为掩膜对绝缘膜进行腐蚀从而形成作为第1凹部的连接孔，然后将抗蚀剂层除去。之后，在连接孔和绝缘膜上涂布填埋材料将连接孔填埋。在这里，作为填埋材料，使用的是含有具有防反射膜功能的芳香族类化合物的有机高分子材料。
其次，对填埋材料进行反应式离子腐蚀或进行氧等离子体中灰化等全面腐蚀而使之仅存留于连接孔内。之后，利用光蚀刻技术，在填埋了填埋材料的绝缘膜上形成具有与连接孔重合的配线槽的图案的抗蚀剂层，以该抗蚀剂层为掩膜将填埋材料和绝缘膜腐蚀至既定深度而形成作为第2凹部的配线槽。此时，连接孔底部的下层配线被填埋材料所覆盖，因而不会因进行腐蚀而受损。进而，将经过上述腐蚀后残留的抗蚀剂层和填埋材料除去，使连接孔底部的下层配线露出。之后，通过向连接孔和配线槽中堆积导电体，形成与下层配线实现连接的配线(例如可参照专利文献1特开平8-335634号公报，第4页，图1)。
在以填埋材料填埋连接孔时，各连接孔内填埋材料的量和形状，与连接孔的图案的疏密有关。在图案较密处，填埋到连接孔内的填埋材料较少，下层配线免受损伤的可能性降低。而若为此而涂布较多的填埋材料，将所有连接孔完全填埋，则形成于绝缘膜上的填埋材料的膜将成为被腐蚀膜，如果在这种状况下直接进行腐蚀时，作为腐蚀掩膜的抗蚀剂层的抗腐蚀性将失去。
若将该绝缘膜上的填埋材料的膜以反应式离子腐蚀或以氧等离子体中灰化等全面腐蚀方式除去，则要使绝缘膜的上表面与连接孔内的填埋材料一致而使得表面平整是困难的。尽管配线槽的图案与连接孔的图案重合，但也会出现这样的问题，即，由于该部分的绝缘膜表面不平整，因而无法形成高精度的配线槽图案。
此外，过去，作为填埋材料，使用的是具有防反射膜的功能的有机高分子材料。这种材料由于含有可吸收光蚀刻法所使用的波长的光的芳香族类化合物，因而材质较硬，腐蚀率要小于绝缘膜。因此，在进行旨在形成配线槽图案的腐蚀时，填埋于连接孔内的填埋材料的腐蚀较慢，其周围的绝缘膜不能被完全腐蚀而残留下来。因此，会出现这样的问题，即，在将填埋材料除去后，在连接孔的深处形成呈围栏状的腐蚀残渣。
发明内容
本发明是为解决上述问题而提出的，其第1目的是，提供一种在绝缘膜上形成第1凹部，在与该第1凹部重叠地形成第2凹部时，能够形成高精度的第2凹部的图案的埋入式配线结构的制造方法。而第2目的是，提供一种能够防止在连接孔的深处产生腐蚀残渣的埋入式配线结构的制造方法。
本发明所涉及的埋入式配线结构的制造方法，具有，在绝缘膜上形成第1凹部的工序，在该第1凹部和绝缘膜上涂布填埋材料将第1凹部填埋的工序，对填埋材料进行化学机械研磨使之仅存留在第1凹部内的工序，在填埋了填埋材料的绝缘膜上形成具有与第1凹部重合的第2凹部的图案的抗蚀剂层的工序，以该抗蚀剂层为掩膜将填埋材料和绝缘膜腐蚀至既定深度而形成第2凹部的工序，将经过上述腐蚀后残留的抗蚀剂层和填埋材料除去的工序，以及，向第1凹部和第2凹部中堆积导电体材料的工序。
图1是对本发明实施形式1所提供的埋入式配线结构的制造方法加以展示的剖视图。
图2是对本发明实施形式2所提供的埋入式配线结构的制造方法加以展示的剖视图。
具体实施形式实施形式1图1是对本发明实施形式1的埋入式配线结构的制造方法加以展示的附图。
首先，如图1(a)所示，在由Cu等构成的下层配线1上，按顺序堆积保护膜2、绝缘膜3、腐蚀阻挡膜4、绝缘膜5。在该绝缘膜5上形成具有连接孔7的图案的抗蚀剂层6。由于抗蚀剂层6上表面是平整的，因此能够通过光蚀刻高精度地形成上述图案。之后，以该抗蚀剂层6为掩膜，对绝缘膜5、腐蚀阻挡膜4、绝缘膜3进行腐蚀以形成作为第1凹部的连接孔7。在进行该腐蚀时，下层配线1受到保护膜2的保护。
其次，如图1(b)所示，将抗蚀剂层6除去，以旋转涂覆等方式在连接孔7和绝缘膜5上涂布填埋材料8，在180～220℃下进行60秒左右的烘焙(热处理)使材料中的溶剂蒸发。此时，绝缘膜5上的填埋材料8的膜厚以大约为50～1500nm为宜。在这里，作为填埋材料8使用的是分子量较小的有机高分子材料，该材料在进行热处理时流动性大。因此，连接孔7能够与其图案的疏密无关地被填埋材料8完全填埋。此外，作为填埋材料8而使用的有机高分子材料不含有芳香族类化合物，具有与绝缘膜5大体相同的腐蚀率。另外，填埋材料8最好使用热固化温度高的材料。作为这种填埋材料8的例子，有将重量平均分子量为4000的丙烯酸系聚合物和具有alkoxymethylamino基的交联剂和磺酸类酸性催化剂以乙酸酯类溶剂进行溶解而成的材料。
其次，如图1(c)所示，通过以胶态二氧化硅等作为研磨膏的化学机械研磨，将填埋材料8研磨到露出绝缘膜5为止，使得填埋材料8只存留在连接孔7内。此时，连接孔7内的填埋材料8与绝缘膜5的上表面一致因而表面平整。
其次，如图1(d)所示，在填埋了填埋材料8的绝缘膜5上形成防反射膜9。该防反射膜9，由有机材料构成，具有可吸收在形成后面的抗蚀剂层图案时所使用的曝光波长的性能的材料。该防反射膜9的膜厚以大约为50～1500nm为宜。此外，填埋材料8与防反射膜9具有不相互溶解的特征。之后，在防反射膜9上形成抗蚀剂层10。该抗蚀剂层10的厚度以大约为500～1500nm为宜。该抗蚀剂层10可通过旋转涂覆等方式进行涂布，例如在80～150℃下进行60秒左右的烘焙(热处理)使材料中的溶剂蒸发。
之后，为了形成如图1(e)所示的、与连接孔7重合的配线槽11(参照图1(f))的抗蚀剂层图案，使用对应于i光线或KrF激元(excimer)、ArF激元等的抗蚀剂层感光波长的光源对抗蚀剂层10进行曝光。在这里，由于绝缘膜5上表面做得平整，因而抗蚀剂层10上表面是平整的，配线槽11的图案能够被高精度曝光。曝光后，例如在80～120℃下进行60秒左右的PEB(曝光后加热)以提高抗蚀剂层10的析像度，使用TMAH(tetramethylammonium hydroxide)等的2.00～2.50％左右的碱水溶液进行显影。此后，根据需要，例如在100～130℃下进行60秒左右的PDB(热处理)，将抗蚀剂层10烧固(图1(e))。
其次，如图1(f)所示，以该抗蚀剂层10为掩膜，将防反射膜9和绝缘膜5和填埋材料8腐蚀至既定深度而形成作为第2凹部的配线槽11。此时，绝缘膜5和填埋材料8将以大体相同的速度被腐蚀。此外，该腐蚀既可以一次完成，也可以分两次进行，首先对防反射膜9进行腐蚀，之后对绝缘膜5和填埋材料8进行腐蚀。无论一次完成还是分两次进行，由于腐蚀时存在有腐蚀阻挡膜4，因此，在该腐蚀阻挡膜4的保护下下层的绝缘膜3不会被腐蚀。然后，将配线槽11底部的腐蚀阻挡膜4除去。
其次，如图1(g)所示，将腐蚀后残留的抗蚀剂层10与填埋材料8除去，进而将连接孔7底部的保护膜2除去。之后，向连接孔7和配线槽11中堆积Cu等导电体材料从而完成埋入式配线12的制造。
根据如上说明的制造方法，在绝缘膜(2～5)上形成第1凹部(连接孔7)，与该第1凹部重叠地形成第2凹部(配线槽11)时，能够形成高精度的第2凹部的图案。此外，能够防止在连接孔7的深处产生腐蚀残渣。由此，能够高精度地形成埋入式配线12和下层配线1通过埋入于连接孔7中的导电体材料实现电气连接的双层配线结构。
实施形式2图2是对本发明实施形式2的埋入式配线结构的制造方法加以展示的附图。
首先，如图2(a)所示，在由Cu等构成的下层配线21上，按顺序堆积保护膜22、绝缘膜23、腐蚀阻挡膜24、绝缘膜25。在该绝缘膜25上形成具有配线槽27的图案的抗蚀剂层26。由于抗蚀剂层26上表面是平整的，因此能够通过光蚀刻高精度地形成上述图案。之后，以该抗蚀剂层26为掩膜，对绝缘膜25进行腐蚀以形成作为第1凹部的配线槽27。此时，由于存在腐蚀阻挡膜24，因此在该腐蚀阻挡膜24的保护下下层的绝缘膜23不会被腐蚀。
其次，如图2(b)所示，将抗蚀剂层26除去，以旋转涂覆等方式在配线槽27和绝缘膜25上涂布填埋材料28，在180～220℃下进行60秒左右的烘焙(热处理)使材料中的溶剂蒸发。此时，绝缘膜25上的填埋材料28的膜厚以大约为50～1500nm为宜。在这里，作为该填埋材料28使用的是分子量较小的有机高分子材料，该材料在进行热处理时流动性大。因此，连接孔7能够与其图案的疏密无关地被填埋材料28完全填埋。此外，作为该填埋材料28而使用的有机高分子材料，若不含有芳香族类化合物，则有利于在后面腐蚀填埋材料28时提高腐蚀速度。另外，填埋材料28最好使用热固化温度高的材料。作为这种填埋材料28的例子，有将重量平均分子量为4000的丙烯酸系聚合物和具有alkoxymethylamino基的交联剂和磺酸类酸性催化剂以乙酸酯类溶剂进行溶解而成的材料。
之后，如图2(c)所示，通过以胶态二氧化硅等作为研磨膏的化学机械研磨，将填埋材料28研磨到露出绝缘膜25为止，使得填埋材料28只存留在配线槽27内。此时，配线槽27内的填埋材料28与绝缘膜25的上表面一致因而表面平整。
其次，如图2(d)所示，在填埋了填埋材料28的绝缘膜25上形成防反射膜29。该防反射膜29，由有机材料构成，具有可吸收在形成后面的抗蚀剂层图案时所使用的曝光波长的性能的材料。该防反射膜29的膜厚以大约为50～1500nm为宜。此外，填埋材料28与防反射膜29具有不相互溶解的特征。之后，在防反射膜29上形成抗蚀剂层30。该抗蚀剂层30的厚度以大约为500～1500nm为宜。该抗蚀剂层30可通过旋转涂覆等方式进行涂布，例如在80～150℃下进行60秒左右的烘焙(热处理)使材料中的溶剂蒸发。
之后，如图2(e)所示，为了形成与配线槽27重合的连接孔31(参照图2(f))的抗蚀剂层图案，使用对应于i光线或KrF激元、ArF激元等的抗蚀剂层感光波长的光源进行曝光。在这里，由于绝缘膜25上表面做得平整，因此，抗蚀剂层30上表面是平整的，连接孔31的图案能够被高精度曝光。曝光后，例如在80～120℃下进行60秒左右的PEB(曝光后加热)以提高抗蚀剂层30的析像度，使用TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide)等的2.00～2.50％左右的碱水溶液进行显影。此后，根据需要，例如在100～130℃下进行60秒左右的PDB(热处理)，将抗蚀剂层30烧固。
其次，如图2(f)所示，以该抗蚀剂层30为掩膜，将防反射膜29和填埋材料28和绝缘膜25腐蚀至既定深度而形成作为第2凹部的连接孔31。进行该腐蚀时，下层配线21受到保护膜22的保护。
之后，如图2(g)所示，将腐蚀后残留的抗蚀剂层30与填埋材料28除去，也将连接孔31底部的保护膜22除去。之后，向配线槽27和连接孔31中堆积Cu等导电体材料从而完成埋入式配线32的制造。
根据如上说明的制造方法，在绝缘膜(22～25)上形成第1凹部(配线槽27)，与该第1凹部重叠地形成第2凹部(连接孔31)时，能够形成高精度的第2凹部的图案。此外，能够防止在连接孔31的深处产生腐蚀残渣。由此，能够高精度地形成埋入式配线32和下层配线21通过埋入于连接孔31中的导电体材料实现电气连接的双层配线结构。
以上以半导体器件中的配线结构为例进行了说明，但本发明的配线结构，并不限于半导体器件，还可以应用于液晶器件、磁存储器等其它电子设备中。因此，本发明也可以作为半导体器件、液晶器件等电子设备的制造方法加以把握。
发明的效果如以上所说明的，本发明在绝缘膜上形成第1凹部，与该第1凹部重叠地形成第2凹部时，能够形成高精度的第2凹部的图案。
权利要求
1.一种埋入式配线结构的制造方法，其特征是具有，在绝缘膜上形成第1凹部的工序，在该第1凹部和所说绝缘膜上涂布填埋材料将所说第1凹部填埋的工序，对所说填埋材料进行化学机械研磨使之仅存留在所说第1凹部内的工序，在填埋了所说填埋材料的所说绝缘膜上形成具有与所说第1凹部重合的第2凹部的图案的抗蚀剂层的工序，以该抗蚀剂层为掩膜将所说填埋材料和所说绝缘膜腐蚀至既定深度而形成第2凹部的工序，将经过上述腐蚀后残留的所说抗蚀剂层和所说填埋材料除去的工序，以及，向所说第1凹部和所说第2凹部中堆积导电体材料的工序。
2.一种埋入式配线结构的制造方法，其特征是具有，在下层配线上堆积绝缘膜的工序，在该绝缘膜上形成连接孔的工序，在所说连接孔和所说绝缘膜上涂布填埋材料将所说连接孔填埋的工序，对所说填埋材料进行化学机械研磨使之仅存留于所说连接孔内的工序，在填埋了所说填埋材料的所说绝缘膜上形成具有与所说连接孔重合的配线槽的图案的抗蚀剂层的工序，以该抗蚀剂层为掩膜将所说填埋材料和所说绝缘膜腐蚀至既定深度而形成配线槽的工序，将经过上述腐蚀后残留的所说抗蚀剂层和所说填埋材料除去的工序，以及，向所说连接孔和所说配线槽中堆积导电体材料的工序。
3.一种埋入式配线结构的制造方法，其特征是具有，在下层配线上堆积绝缘膜的工序，在该绝缘膜上形成配线槽的工序，在所说配线槽和所说绝缘膜上涂布填埋材料将所说配线槽填埋的工序，对所说填埋材料进行化学机械研磨使之仅存留于所说配线槽内的工序，在填埋了所说填埋材料的所说绝缘膜上形成具有与所说配线槽重合的连接孔的图案的抗蚀剂层的工序，以该抗蚀剂层为掩膜将所说填埋材料和所说绝缘膜腐蚀至既定深度而形成连接孔的工序，将经过上述腐蚀后残留的所说抗蚀剂层和所说填埋材料除去的工序，以及，向所说连接孔和所说配线槽中堆积导电体材料的工序。
4.如权利要求2所说的埋入式配线结构的制造方法，其特征是，作为所说填埋材料，使用的是具有与所说绝缘膜大体相同的腐蚀率的有机高分子材料。
5.如权利要求1～4之一的权利要求所说的埋入式配线结构的制造方法，其特征是，作为所说填埋材料，使用的是不含有芳香族系化合物的有机高分子材料。
6.如权利要求5所说的埋入式配线结构的制造方法，其特征是，在形成所说抗蚀剂层的工序之前，还具有在所说绝缘膜上形成防反射膜的工序。
7.如权利要求6所说的埋入式配线结构的制造方法，其特征是，所说填埋材料与所说防反射膜彼此不溶解。
全文摘要
在绝缘膜上形成第1凹部，与该第1凹部重叠地形成第2凹部时，可形成高精度的第2凹部。在绝缘膜上形成第1凹部，在该第1凹部和绝缘膜上涂布填埋材料将第1凹部填埋，对填埋材料进行化学机械研磨使之仅存留于第1凹部内，在填埋了填埋材料的绝缘膜上形成具有与第1凹部重合的第2部的图案的抗蚀剂层，以该抗蚀剂层为掩膜将填埋材料和绝缘膜腐蚀至既定深度而形成第2凹部。
文档编号H01L21/768GK1497702SQ20031010248
公开日2004年5月19日 申请日期2003年10月21日 优先权日2003年10月21日
发明者石桥健夫, 小野良治, 治 申请人:株式会社瑞萨科技