(57)【要約】【課題】自己組織化材料を用いて制御性の良いコンタクトを形成可能なコンタクト形成方法及び半導体装置の製造方法が提供する。【解決手段】基板上に形成され、異なる層を電気的に接続するコンタクトの形成方法であって、第一の層上に形成された層間絶縁膜をエッチングし、前記第一の層の一部を露出させるコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホール内に導電性高分子ブロック共重合体を含む高分子膜を形成する工程と、前記高分子膜を相分離させ、前記コンタクトホール内の露出した前記第一の層上に導電性の配列構造からなるコンタクトを形成する工程と、前記コンタクト上に第二の層を形成する工程と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され、異なる層を電気的に接続するコンタクトの形成方法であって、
第一の層上に形成された層間絶縁膜をエッチングし、前記第一の層の一部を露出させるコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内に導電性高分子ブロック共重合体を含む高分子膜を形成する工程と、
前記高分子膜を相分離させ、前記コンタクトホール内の露出した前記第一の層上に導電性の配列構造からなるコンタクトを形成する工程と、
前記コンタクト上に第二の層を形成する工程と、
を備えることを特徴とするコンタクト形成方法。
【請求項２】
前記コンタクトホールの断面積は、前記コンタクトの断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のコンタクト形成方法。
【請求項３】
前記導電性高分子ブロック共重合体は極性を有することを特徴とする請求項１記載のコンタクト形成方法。
【請求項４】
前記コンタクトは、露出した前記第一の層上に選択的に形成されることを特徴とする請求項３記載のコンタクト形成方法。
【請求項５】
半導体基板上に形成され、異なる層を電気的に接続するコンタクトの形成方法であって、
第一の層上に形成された層間絶縁膜をエッチングし、前記第一の層の一部を露出させるコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内に導電性高分子ブロック共重合体を含む高分子膜を形成する工程と、
前記高分子膜を相分離させ、前記コンタクトホール内の露出した前記第一の層上に導電性の配列構造からなるコンタクトを形成する工程と、
前記コンタクト上に第二の層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする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、半導体装置において異なる層を電気的に接続するコンタクトの形成方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デザインルールの微細化に伴い、コンタクトホールの開口、更にはコンタクトの形成が難しくなっていることは周知のとおりである。コンタクトホール形成用のレジストパターン形成においてはＡｒＦ液浸露光機に複雑な照明系を設け、複雑に設計されたマスクを使用する、あるいは多重露光によるパターン形成を行っている。
【０００３】
マスク設計にかかる時間は微細化が進むにつれて膨大となり、さらに多重露光を用いた場合には工程数が増加することから、リソグラフィ工程における時間と製造コストの大幅な増加が問題になっている。微細なレジストパターンを形成するためには、レジストの解像性能から微細化が進むにつれてレジスト膜厚が薄膜化されることが予想される。しかしながら、微細化が進んでも加工膜の膜厚は薄膜化されず、レジストのエッチング耐性の不足から多層レジストあるいはハードマスクが用いられる事になり、エッチングプロセスが複雑になり、さらにはエッチング工程にかかる時間とコストも増大している。
【０００４】
上記の問題に加えて、さらにコンタクトを埋め込みプロセスで形成するためには、微細なコンタクトホールにシード層を均一に形成することやメタル層を形成させることが難しくなっている問題があげられる。現在、層間の接続するコンタクトには金属膜が用いられているが、コンタクトホールの微細化が進みコンタクトホールのアスペクト比が向上すると、コンタクトホール内に埋め込み性良く導電性層を形成することが困難となっている。
【０００５】
一方、微細パターンの形成方法として、材料が自己組織的に相分離して特定の規則配列パターンを形成する現象を利用する方法が注目を集めている。例えば、特許文献１には、自己組織化材料として高分子ブロック共重合体（block copolymer）を溶媒に溶解させ、その溶液を基板表面にスピンコート法、ディップコート法、溶媒キャスト法等により塗布することが開示されている。
【０００６】
特許文献１では、ある１種類のブロック共重合体膜のみが基板に形成される。この場合、ブロック共重合体の相分離によって得られるパターンを用いる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２５６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
自己組織化材料を用いて制御性の良いコンタクトを形成可能なコンタクト形成方法及び半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によるコンタクト形成方法は、基板上に形成され、異なる層を電気的に接続するコンタクトの形成方法であって、第一の層上に形成された層間絶縁膜をエッチングし、前記第一の層の一部を露出させるコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホール内に導電性高分子ブロック共重合体を含む高分子膜を形成する工程と、前記高分子膜を相分離させ、前記コンタクトホール内の露出した前記第一の層上に導電性の配列構造からなるコンタクトを形成する工程と、前記コンタクト上に第二の層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様による半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成され、異なる層を電気的に接続するコンタクトの形成方法であって、第一の層上に形成された層間絶縁膜をエッチングし、前記第一の層の一部を露出させるコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホール内に導電性高分子ブロック共重合体を含む高分子膜を形成する工程と、前記高分子膜を相分離させ、前記コンタクトホール内の露出した前記第一の層上に導電性の配列構造からなるコンタクトを形成する工程と、前記コンタクト上に第二の層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
自己組織化材料を用いて制御性の良いコンタクトを形成可能なコンタクト形成方法及び半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係るコンタクト形成方法を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係るコンタクト形成方法を模式的に示した断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係るコンタクト形成方法を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係るコンタクト形成方法を模式的に示した断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係るコンタクト形成方法を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の実施例２に係るコンタクト形成方法を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１及び図２は本発明の実施例１に係るコンタクトパターン形成方法を模式的に示した断面図である。図１及び図２を用いて本発明の実施例１に係るコンタクトパターン形成方法について説明する。図１（ａ）に示すように、半導体基板（図示せず）上に配線層１が形成されており、その配線層１の周囲及び配線層１上には層間絶縁膜２が形成されている。ここで、配線層１は例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金等からなる。また、層間絶縁膜２は、例えば、シリコン酸化膜等からなる。なお、本実施例では下層配線層と上層配線層とを接続するコンタクトを形成する場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、拡散層と配線層とを接続するコンタクトを形成する場合にも適用可能である。
【００１５】
層間絶縁膜２上には周知のリソグラフィ技術によってコンタクト開口用のレジストパターン３が形成されている。レジストパターン３の代わりにシリコン窒化膜等からなるハードマスクを用いても構わない。この時、形成されているレジストパターン３の開口の大きさは、例えば、所望のコンタクトホールサイズの１．５倍〜２倍の大きさとすることができる。
【００１６】
続いて、図１（ｂ）に示すように、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によりレジストパターン３をマスクとして層間絶縁膜２をエッチングして、配線層１の表面を露出させる。層間絶縁膜２をエッチングして配線層１の表面を露出させた後、レジストパターン３を除去してコンタクトホール４が形成される。
【００１７】
次いで、図１（ｃ）に示すように、導電性高分子ブロック共重合体を含む高分子膜５をコンタクトホール４内部及び層間絶縁膜２上に形成する。この導電性高分子ブロック共重合体は、複数種のポリマー鎖が結合した構造を有する。各ポリマー鎖は、１種類のモノマーの連鎖構造を有する。この導電性高分子ブロック共重合体を適切な濃度で適切な溶媒中に溶解させると、同じ種類のポリマー鎖どうしが凝集し同種のポリマー鎖からなるブロック（相）を形成する。このとき、異種の相は互いに十分混ざり合うことなく、異種の相が規則的に配列した構造を発現する。
【００１８】
導電性高分子ブロック共重合体は通常そのままの状態では相分離が十分に進行せず、規則性の低い相分離構造である場合が多い。そのため、相分離を十分に進行させ規則性のより高い構造にするため、本実施例では例えば熱処理を行う。例えば、酸化を防止するため水素還元雰囲気中にて、各ポリマー鎖のガラス転移温度以上の２１０℃で３０時間熱処理する。これにより、コンタクトホール４内部の導電性高分子ブロック共重合体は、分子量に応じたサイズのブロック単位で相分離する。
【００１９】
導電性高分子ブロック共重合体を溶媒中に溶解させることによって微細なコンタクトホール内にも容易に高分子膜５を埋め込むことが可能である。従って、コンタクトホール４内部の高分子膜５を導電性相６と絶縁性相７とに相分離させることによって図２（ａ）に示すように、埋め込み性良くコンタクト構造を形成することができる。ここで、層間絶縁膜２上の高分子膜５は相分離していてもしていなくてもどちらでも構わない。
【００２０】
導電性高分子ブロック共重合体を溶解させた溶媒は、スピンコート法、ディップコート法、溶媒キャスト法等によってウェハ全面に塗布しても良いし、インクジェット方式、微細針先管を通して液滴を注入するマイクロディスペンサー方式、微小液滴を針先につけて滴下する方式など、所定の領域に選択的に塗布しても構わない。
【００２１】
その後、図２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２上の高分子膜５を取り除き平坦化を行うことによってコンタクト構造を形成することができる。次いで、図２（ｃ）に示すように、配線層１とコンタクトを介し電気的に接続される上層配線層８を形成する。
【００２２】
以上示したように、本発明の実施例１に係るコンタクトパターン形成方法を用いることによって、コンタクトホール内の所定の領域に選択的に導電性材料を容易に埋め込むことができる。また、所望のコンタクトホールサイズの１．５倍〜２倍の大きさの開口を形成するだけで良いため、制御性良く容易に開口を形成することができる。
【実施例２】
【００２３】
図３及び図４は本発明の実施例２に係るコンタクトパターン形成方法を模式的に示した断面図である。図３及び図４を用いて本発明の実施例２に係るコンタクトパターン形成方法について説明する。図３（ａ）に示すように、半導体基板（図示せず）上に配線層１１が形成されており、その配線層１１の周囲及び配線層１１上には層間絶縁膜１２が形成されている。ここで、配線層１１は例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金等からなる。また、層間絶縁膜１２は、例えば、シリコン酸化膜等からなる。なお、本実施例では下層配線層と上層配線層とを接続するコンタクトを形成する場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、拡散層と配線層とを接続するコンタクトを形成する場合にも適用可能である。
【００２４】
また、層間絶縁膜１２の下部及び配線層１１上に、例えば、シリコン窒化膜等からなるエッチングストッパー膜１３を形成しても構わない。エッチングストッパー膜１３は層間絶縁膜１２とエッチング選択比のとれる材料で形成される。本実施例では、エッチングストッパー膜１３を形成する場合について説明する。
【００２５】
層間絶縁膜１２上には周知のリソグラフィ技術によってコンタクト開口用のレジストパターン１４が形成されている。レジストパターン１４の代わりにシリコン窒化膜等からなるハードマスクを用いても構わない。この時、形成されているレジストパターン１４の開口の大きさは、例えば、所望のコンタクトホールサイズの１．５倍〜２倍の大きさとすることができる。
【００２６】
続いて、図３（ｂ）に示すように、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によりレジストパターン１４をマスクとして層間絶縁膜１２及びエッチングストッパー膜１３をエッチングして、配線層１１の表面を露出させる。層間絶縁膜１２及びエッチングストッパー膜１３をエッチングして配線層１２の表面を露出させた後、レジストパターン１４を除去してコンタクトホール１５が形成される。
【００２７】
層間絶縁膜１２及びエッチングストッパー膜１３のエッチング工程は、例えば、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ系のガスで層間絶縁膜１２をエッチングした後、ＣＨ２Ｆ２／Ｏ２／ＣＦ４系やＣＨ３Ｆ／Ｏ２／ＣＦ４系のガスでエッチングストッパー膜１３をエッチングすることで、制御性良くコンタクトホール１５を形成することができる。
【００２８】
次いで、図３（ｃ）に示すように、極性をもつ導電性高分子ブロック共重合体を含む高分子膜１６をコンタクトホール１５内部及び層間絶縁膜１２上に形成する。本実施例は、極性を持つ導電性高分子ブロック共重合体を含む高分子膜１６を形成する点で前記した実施例１と異なる。
【００２９】
本実施例においても相分離を十分に進行させ規則性のより高い構造にするため、例えば熱処理を行う。例えば、酸化を防止するため水素還元雰囲気中にて、各ポリマー鎖のガラス転移温度以上の２１０℃で３０時間熱処理する。これにより、コンタクトホール１５内部のブロック共重合体は相分離する。
【００３０】
ここで、本実施例の導電性高分子ブロック共重合体は極性を持っているため、図４（ａ）に示すように、極性を持つ導電性相１７は配線層１１の上部に選択的に形成される。この導電性高分子ブロック共重合体は、複数種のポリマー鎖が結合した構造を有する。各ポリマー鎖は、１種類のモノマーの連鎖構造を有し、少なくとも１種類のモノマーの一部に金属が含まれている。金属が含まれ、極性を有しているモノマーからなるポリマー鎖も極性を有している。この導電性高分子ブロック共重合体を適切な濃度で適切な溶媒中に溶解させると、同じ種類のポリマー鎖どうしが凝集し同種のポリマー鎖からなるブロック（相）を形成する。このとき、異種の相は互いに十分混ざり合うことなく、異種の相が規則的に配列した構造を発現し、極性を有しているモノマーからなるポリマー鎖は、配線層１１上に凝集する。
【００３１】
導電性高分子ブロック共重合体を溶解させた溶媒は、スピンコート法、ディップコート法、溶媒キャスト法等によってウェハ全面に塗布しても良いし、インクジェット方式、微細針先管を通して液滴を注入するマイクロディスペンサー方式、微小液滴を針先につけて滴下する方式など、所定の領域に選択的に塗布しても構わない。
【００３２】
その後、図４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１２上の高分子膜１６を取り除き平坦化を行うことによってコンタクト構造を形成することができる。次いで、図４（ｃ）に示すように、配線層１とコンタクトを介し電気的に接続される上層配線層１８を形成する。
【００３３】
本実施例に示した極性を有する導電性高分子ブロック共重合体を用いることによって以下のような効果が得られる。図５（ａ）に示すように、例えばマスクの合わせずれ等によってレジストパターン１４の開口が配線層１１に対してずれた場合、そのレジストパターン１４をマスクとしてエッチング形成されたコンタクトホール１５も配線層１１に対してズレが生じる（図５（ｂ））。
【００３４】
このような構造に対し、図５（ｃ）に示すように、極性をもつ導電性高分子ブロック共重合体を含む高分子膜１６をコンタクトホール１５内部及び層間絶縁膜１２上に形成する。続いて高分子膜１６を相分離させると、導電性の相は配線層１１上に選択的に形成されるため、図６（ａ）に示すように、配線層１１上に導電性相１７によってコンタクトが形成される。従って、レジストパターン１４の開口が配線層１１に対してずれた場合であっても、コンタクト構造と配線層１１との接触面積を確実に確保することができるため、製品不良の発生を抑制することができる。
【００３５】
以上示したように、本発明の実施例２に係るコンタクトパターン形成方法を用いることによって、コンタクトホール内の所定の領域に選択的に導電性材料を容易に埋め込むことができる。また、所望のコンタクトホールサイズの１．５倍〜２倍の大きさの開口を形成するだけで良いため、制御性良く容易に開口を形成することができる。また、コンタクトホールと配線層との合わせずれが生じてもコンタクトと配線層との接触面積を確実に確保することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１、１１    配線層
２、１２    層間絶縁膜
３、１４    レジストパターン
４、１５    コンタクトホール
５，１６    高分子膜
６、１７    導電性相
７    絶縁性相
８、１８    上層配線層
１３    エッチングストッパー膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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