(57)【要約】【課題】  下部配線の表面に加わる食刻損傷を最小化することができ、トレンチのフロファイルを改善することができるビアコンタクト構造体の形成方法を提供する。【解決手段】  ビアコンタクト構造体形成方法は、下部配線５を有する半導体基板１の全面上に金属層間絶縁膜１４及びハードマスク膜１５を順に形成する段階と、ハードマスク膜１５及び金属層間絶縁膜１４を連続的にパターニングして下部配線５を露出させるビアホール１９を形成する段階と、ビアホール１９を充填する犠牲膜をハードマスク膜１５上に形成する段階と、犠牲膜及びハードマスク膜をパターニングしてビアホール１９の上部を横切る開口部を有する第１犠牲膜パターンとビアホール１９内に残る第２犠牲膜パターンとを形成するとともに、前記第１犠牲膜パターンの下部にハードマスクパターン１５ａを形成する段階と、ハードマスクパターン１５ａを食刻マスクとして使用して前記金属層間絶縁膜１４を部分食刻して、トレンチ２７を形成する段階と、第２犠牲膜パターンを選択的に除去して下部配線５を露出させる段階とを含む。【選択図】  図１０
2004274053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に下部配線を形成する段階と、
前記下部配線を有する半導体基板上の全面上に金属層間絶縁膜及びハードマスク膜を順に形成する段階と、
前記ハードマスク膜及び前記金属層間絶縁膜を連続的にパターニングして前記下部配線を露出させるビアホールを形成する段階と、
前記ビアホールを充填する犠牲膜を前記ハードマスク膜上に形成する段階と、
前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜をパターニングして、前記ビアホールの上部を横切る開口部を有する第１犠牲膜パターンと前記ビアホール内に残存する第２犠牲膜パターンとを形成するとともに、前記第１犠牲膜パターンの下部にハードマスクパターンを形成する段階と、
前記ハードマスクパターンを食刻マスクとして使用して前記金属層間絶縁膜を部分食刻することによってトレンチを形成する段階と、
前記第２犠牲膜パターンを選択的に除去して前記下部配線を露出させる段階とを含むことを特徴とするビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項２】
さらに、前記金属層間絶縁膜を形成する段階の前に、前記下部配線を有する半導体基板の全面上にビア食刻阻止膜を形成する段階を含み、
前記第２犠牲膜パターンを除去した後に前記ビア食刻阻止膜が食刻されて、前記下部配線を露出させる最終ビアホールが形成されることを特徴とする請求項１に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項３】
前記ビア食刻阻止膜は、前記金属層間絶縁膜に対して食刻選択比を有する絶縁性窒化膜または絶縁性炭化膜で形成されることを特徴とする請求項２に記載のビアコンタクト構造体形成方法
【請求項４】
前記絶縁膜窒化膜は、シリコン窒化膜ＳｉＮ、シリコン炭窒化膜ＳｉＣＮ、または硼素窒化膜ＢＮで形成され、
前記絶縁性炭化膜は、シリコン炭化膜ＳｉＣで形成されることを特徴とする請求項３に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項５】
前記金属層間絶縁膜は、単層の低誘電体膜で形成され、
前記トレンチは、前記金属層間絶縁膜の厚さより浅い深さで形成されることを特徴とする請求項１に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項６】
前記金属層間絶縁膜は、下部金属層間絶縁膜、トレンチ食刻阻止膜、及び上部金属層間絶縁膜を順に積層させて形成され、
前記トレンチは、前記トレンチ食刻阻止膜が露出されるまで前記上部金属層間絶縁膜を食刻することにより形成されることを特徴とする請求項１に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項７】
前記トレンチ食刻阻止膜は、前記上部金属層間絶縁膜に対して食刻選択比を有する絶縁性窒化膜または絶縁性炭化膜で形成されることを特徴とする請求項６に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項８】
前記絶縁性窒化膜は、シリコン窒化膜ＳｉＮ、シリコン炭窒化膜ＳｉＣＮ、または硼素窒化膜ＢＮで形成され、
前記絶縁性炭化膜は、シリコン炭化膜ＳｉＣで形成されることを特徴とする請求項７に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項９】
前記ハードマスク膜は、前記金属層間絶縁膜及び前記犠牲膜に対して食刻選択比を有する絶縁性窒化膜、絶縁性炭化膜、金属窒化膜、金属酸化膜、またはシリコン膜で形成されることを特徴とする請求項１に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項１０】
前記絶縁性窒化膜は、シリコン窒化膜ＳｉＮ、シリコン炭窒化膜ＳｉＣＮ、または硼素窒化膜ＢＮで形成され、
前記絶縁性炭化膜は、シリコン炭化膜ＳｉＣで形成され、
前記金属窒化膜は、タンタル窒化膜、またはチタニウム窒化膜で形成され、
前記金属酸化膜は、アルミニウム酸化膜Ａｌ２Ｏ３、タンタル酸化膜、またはチタニウム酸化膜で形成され、
前記シリコン膜は、多結晶シリコン膜または非晶質シリコン膜で形成されることを特徴とする請求項９に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項１１】
前記犠牲膜は、無機物質膜で形成されることを特徴とする請求項１に記載のビアコンタクト構造体形成方法。、
【請求項１２】
前記無機物質膜は、スピンコーティング方法を使用してハイドロ−シルセスキオキサンＨＳＱ膜で形成されることを特徴とする請求項１１に記載のビアコンタクト構造体形成方法。、
【請求項１３】
さらに、前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜をパターニングする段階の前に、前記犠牲膜上に反射防止膜を形成する段階を含み、
前記反射防止膜は、前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜とともにパターニングされることを特徴とする請求項１に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項１４】
前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜をパターニングする段階は、
前記犠牲膜上に前記ビアホールの上部を横切る開口部を有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを食刻マスクとして使用して、前記犠牲膜を食刻して前記ビアホールの上部を横切る開口部を有する第１犠牲膜パターン及び前記ビアホール内に残存する第２犠牲膜を形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを除去する段階と、
前記第１犠牲膜パターンを食刻マスクとして使用して前記ハードマスク膜を食刻する段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項１５】
前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜をパターニングする段階は、
前記犠牲膜上に前記ビアホールの上部を横切る開口部を有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを食刻マスクとして使用して、前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜を連続的に食刻して、前記ビアホールの上部を横切る開口部を有する第１犠牲膜パターンと前記ビアホール内に残存する第２犠牲膜パターンとを形成すると同時に前記第１犠牲膜パターン下部にハードマスクパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを除去する段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項１６】
前記第２犠牲膜パターンを除去して前記下部配線を露出させる段階の後に、
前記ハードマスクパターン上に前記ビアホール及び前記トレンチを充填する上部金属膜を形成する段階と、
前記上部金属膜を平坦化させて前記ビアホール及び前記トレンチを充填する上部金属配線を形成する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項１７】
前記上部金属膜は、拡散防止膜及び金属膜を順に積層させて形成されることを特徴とする請求項１６に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項１８】
半導体基板上に下部配線を形成する段階と、
前記下部配線を有する半導体基板上の全面上にビア食刻阻止膜、下部金属層間絶縁膜、トレンチ食刻阻止膜、上部金属層間絶縁膜、及びハードマスク膜を順に形成する段階と、
前記ハードマスク膜、前記上部金属層間絶縁膜、前記トレンチ食刻阻止膜、及び前記下部金属層間絶縁膜を連続的にパターニングして前記下部配線上の前記ビア食刻阻止膜を露出させる予備ビアホールを形成する段階と、
前記予備ビアホールを充填する犠牲膜を前記ハードマスク膜上に形成する段階と、
前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜をパターニングして、前記予備ビアホールの上部を横切る開口部を有する第１犠牲膜パターンと前記ビアホール内に残存する第２犠牲膜パターンとを形成するとともに、前記第１犠牲膜パターンの下部にハードマスクパターンを形成する段階と、
前記ハードマスクパターン及び前記トレンチ食刻阻止膜をそれぞれ食刻マスク及び食刻阻止膜として使用して前記上部金属層間絶縁膜を食刻することによってトレンチを形成する段階と、
前記第２犠牲膜パターンを選択的に除去して前記ビア食刻阻止膜を露出させる段階と、
前記露出されたビア食刻阻止膜を食刻して前記下部配線を露出させる最終ビアホールを形成する段階とを含むことを特徴とするビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項１９】
前記ビア食刻阻止膜は、前記下部金属層間絶縁膜に対して食刻選択比を有する絶縁性窒化膜または絶縁性炭化膜で形成されることを特徴とする請求項１８に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項２０】
前記絶縁性窒化膜は、シリコン窒化膜ＳｉＮ、シリコン炭窒化膜ＳｉＣＮ、または硼素窒化膜ＢＮで形成され、
前記絶縁性炭化膜は、シリコン炭化膜ＳｉＣで形成されることを特徴とする請求項１９に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項２１】
前記トレンチ食刻阻止膜は、前記上部金属層間絶縁膜に対して食刻選択比有する絶縁性窒化膜または絶縁性炭化膜で形成されることを特徴とする請求項２０に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項２２】
前記絶縁性窒化膜は、シリコン窒化膜ＳｉＮ、シリコン炭窒化膜ＳｉＣＮ、または硼素窒化膜ＢＮで形成され、
前記絶縁性炭化膜は、シリコン炭化膜ＳｉＣで形成されることを特徴とする請求項２１に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項２３】
前記ハードマスク膜は、前記上部金属層間絶縁膜及び前記犠牲膜に対して食刻選択比を有する絶縁性窒化膜、絶縁性炭化膜、金属窒化膜、金属酸化膜、またはシリコン膜で形成されることを特徴とする請求項１８に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項２４】
前記絶縁性窒化膜は、シリコン窒化膜ＳｉＮ、シリコン炭窒化膜ＳｉＣＮ、または硼素窒化膜ＢＮで形成され、
前記絶縁性炭化膜は、シリコン炭化膜ＳｉＣで形成され、
前記金属窒化膜は、タンタル窒化膜、またはチタニウム窒化膜で形成され、
前記金属酸化膜は、アルミニウム酸化膜 、タンタル酸化膜、またはチタニウム酸化膜で形成され、
前記シリコン膜は、多結晶シリコン膜、または非晶質シリコン膜で形成されることを特徴とする請求項２３に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項２５】
さらに、前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜をパターニングする段階の前に、前記犠牲膜上に反射防止膜を形成する段階を含み、
前記反射防止膜は、前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜とともにパターニングされることを特徴とする請求項１８に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項２６】
前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜をパターニングする段階は、
前記犠牲膜上に前記ビアホールの上部を横切る開口部を有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを食刻マスクとして使用して前記犠牲膜を食刻して前記ビアホールの上部を横切る開口部を有する第１犠牲膜パターン及び前記ビアホール内に残存する第２犠牲膜パターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを除去する段階と、
前記第１犠牲膜パターンを食刻マスクとして使用して前記ハードマスク膜を食刻する段階とを含むことを特徴とする請求項１８に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項２７】
前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜をパターニングする段階は、
前記犠牲膜上に前記ビアホールの上部を横切る開口部を有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを食刻マスクとして使用して、前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜を連続的に食刻して、前記ビアホールの上部を横切る開口部を有する第１犠牲膜パターンと前記ビアホール内に残存する第２犠牲膜パターンとを形成することと同時に前記第１犠牲膜パターン下部にハードマスクパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを除去する段階とを含むことを特徴とする請求項１８に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項２８】
前記最終ビアホールを形成する段階の後に、
前記ハードマスクパターン上に前記ビアホール及び前記トレンチを充填する上部金属膜を形成する段階と、
前記上部金属膜を平坦化させて前記ビアホール及び前記トレンチを充填する上部金属配線を形成する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項２９】
前記上部金属膜は、拡散防止膜及び金属膜を順に積層させて形成されることを特徴とする請求項２８に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項３０】
前記ハードマスクパターンは、導電膜、または半導体膜で形成され、
前記ハードマスクパターンが、前記平坦化工程の間、または前記平坦化工程の後に除去されることを特徴とする請求項１６に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【請求項３１】
前記ハードマスクパターンは、導電膜、または半導体膜で形成され、
前記ハードマスクパターンが、前記平坦化工程の間、または前記平坦化工程の後に除去されることを特徴とする請求項２８に記載のビアコンタクト構造体形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法に関し、特に、二重ダマシーン技術（ｄｕａｌ  ｄａｍａｓｃｅｎｅ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用してビアコンタクト構造体（ｖｉａ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の集積度の増加とともに多層の金属配線（ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｎｅｓ）を採択する技術が幅広く使われている。特に、前記多層の金属配線は、前記半導体素子の性能を向上させるために低い抵抗（ｌｏｗ  ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）及び高い信頼性を有する金属膜で形成されなければならない。このような金属膜として銅膜が幅広く使われている。しかし、前記銅膜を通常の写真／食刻工程を使用してパターニングすることは難しい。従って、最近では、前記銅膜のような金属膜をパターニングするための技術としてダマシーン工程（ｄａｍａｓｃｅｎｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）が提案されている。
【０００３】
前記ダマシーン工程は、下部金属配線と電気的に接続される上部金属配線を形成するのに幅広く使われている。この場合、前記上部金属配線は金属層間絶縁膜内に形成されるビアホールとトレンチ領域とを充填する。前記ビアホールは前記下部金属配線の所定領域を露出させるように形成され、前記トレンチは前記ビアホールの上部を横切るライン形態の溝（グルーブ）を有するように形成する。従って、前記ビアホール及び前記トレンチは、互いに分離された２回の食刻工程を使用して形成される。このようなダマシーン工程は、二重ダマシーン工程（ｄｕａｌ  ｄａｍａｓｃｅｎｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）と呼ばれる。
【０００４】
前記二重ダマシーン工程の一例として、ファン（Ｈｕａｎｇ）による「二重ダマシーン構造を形成する方法（ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｄｕａｌ  ｄａｍａｓｃｅｎｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」と題する発明が開示されている（特許文献１）。
【０００５】
図１、図２、図３及び図４は、前記特許文献１に開示されている二重ダマシーン工程を説明するための断面図である。
【０００６】
図１に示されるとおり、下部配線２０２を有する半導体基板上に第１絶縁膜２０４を形成する。前記第１絶縁膜２０４上に、食刻阻止膜２０６、第２絶縁膜２０８及びハードマスク膜２１０を順に形成する。前記ハードマスク膜２１０は、シリコン酸化膜ＳｉＯ、シリコン窒化膜ＳｉＮ、またはシリコンオキシナイトライド膜ＳｉＯＮで形成する。前記ハードマスク膜２１０は化学気相蒸着技術（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用して形成する。次いで、前記ハードマスク膜２１０上に第１フォトレジストパターン２１２を形成する。前記第１フォトレジストパターン２１２はビアホールを限定するための開口部を有する。前記第１フォトレジストパターン２１２を形成する間、前記第２絶縁膜２０８は現像液（ｄｅｖｅｒｌｏｐｅｒ）により損傷されない。これは前記ハードマスク膜２１０が存在するためである。従って、前記第１フォトレジストパターン２１２を形成する間、第２絶縁膜２０８が変形されることを防止できる。
【０００７】
次に、図２に示されるとおり、前記第１フォトレジストパターン２１２を食刻マスクとして使用して前記ハードマスク膜２１０、第２絶縁膜２０８、食刻阻止膜２０６及び第１絶縁膜２０４を連続的に食刻して前記下部配線２０２を露出させるビアホール２１４を形成する。
【０００８】
そして、図３に示されるとおり、前記第フォトレジストパターン２１２を除去する。続いて、前記ハードマスク膜２１０上にキャッピング膜２１６を形成する。前記キャッピング膜２１６はプラズマＣＶＤ工程を使用して形成する。一般的に、前記プラズマＣＶＤ工程は、貧弱な段差塗布性（ｐｏｏｒ  ｓｔｅｐ  ｃｏｖｅｒａｇｅ）を示す。従って、前記キャッピング膜２１６は前記ビアホール２１４の上部領域２１６のみを覆う。この結果、前記ビアホール２１４の下部領域２２０にボイドが形成される。次いで、前記キャッピング膜２１６上に第２フォトレジストパターン２２４を形成する。前記第２フォトレジストパターン２２４は前記ビアホール２１４の上部を横切る開口部を有する。前記第２フォトレジストパターン２２４を形成する間、前記ビアホール２１４の側壁２２２は現像液により損傷されない。これは前記キャッピング膜２１６が存在するためである。従って、前記ビアホール２１４の側壁フロファイルが変形されることを防ぐことができる。
【０００９】
次いで、図４に示されるとおり、前記第２フォトレジストパターン２２４を食刻マスクとして使用して前記キャッピング膜２１６、ハードマスク膜２１０及び第２絶縁膜２０８を連続的に食刻して前記第２絶縁膜２０８内にトレンチ２２６を形成する。ここで、前記トレンチ２２６を形成する間、前記ビアホール２１４により露出されている前記下部配線２０２が過度に食刻される恐れがある。これは前記ビアホール２１４の下部領域２２０に形成されているボイドによるものである。
【００１０】
したがって、結果的に、前記下部配線２０２の表面に激しい食刻損傷（ｓｅｖｅｒｅ  ｅｔｃｈ  ｄａｍａｇｅ）が加わる恐れがある。そして、前記激しい食刻損傷が、前記下部配線２０２及び後続工程で形成される上部配線の間のコンタクト不良（ｃｏｎｔａｃｔ  ｆａｉｌ）を惹き起こすことも予想される。
【００１１】
前述したような従来の技術によると、トレンチを形成する間に下部配線の表面に激しい食刻損傷が加わることが予想される。これにより、下部配線と上部配線との間にコンタクト不良が発生する恐れもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の技術的課題は、下部配線の表面に加わる食刻損傷を最小化することができるビアコンタクト構造体の形成方法を提供することにある。
【００１３】
本発明のもう一つの技術的課題は、トレンチのプロファイルを改善することができるビアコンタクト構造体の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記技術的課題を具現するために、本発明の二重ダマシーン技術を使用するビアコンタクト構造体の形成方法を提供する。
【００１５】
本発明の一形態によると、前記方法は、半導体基板上に下部配線を形成する段階と、前記下部配線を有する半導体基板の全面上に金属層間絶縁膜及びハードマスク膜を順に形成する段階とを含む。さらに、前記方法によれば、前記ハードマスク膜及び前記金属層間絶縁膜を連続的にパターニングして前記下部配線を露出させるビアホールを形成する。そして、前記ビアホールを充填する犠牲膜を前記ハードマスク膜上に形成する。次いで、前記犠牲膜及び前記ハードマスク膜をパターニングして、前記ビアホールの上部を横切る開口部を有する第１犠牲膜パターンと前記ビアホール内で残存する第２犠牲膜パターンとを形成すると同時に、前記第１犠牲膜パターンの下部にハードマスクパターンを形成する。次いで、前記ハードマスクパターンを食刻マスクとして使用して前記金属層間絶縁膜を部分食刻してトレンチを形成する。そして、前記第２犠牲膜パターンを選択的に除去して前記下部配線を露出させる。
【００１６】
本発明は、前記金属層間絶縁膜を形成する段階の前に、前記下部配線を有する半導体基板の全面上にビア食刻阻止膜を形成することをさらに含むことができる。この場合に、前記第２犠牲膜パターンを除去した後に前記ビア食刻阻止膜が食刻されて、前記下部配線を露出させる。このようにして、前記下部配線を露出させる最終ビアホールは、前記第２犠牲膜パターンを除去した後に形成される。
【００１７】
前記犠牲膜及びハードマスク膜は、前記犠牲膜上に形成されるフォトレジストパターンを食刻マスクとして使用して、連続的にパターニングされてもよい。この場合に、前記トレンチは、前記フォトレジストパターンを除去し、前記パターニングされたハードマスク膜を食刻マスクとして使用して前記金属層間絶縁膜を部分食刻することによって形成される。
【００１８】
これとは異なり、前記犠牲膜及びハードマスク膜は、２回の食刻工程を使用してパターニングされてもよい。詳しくは、前記犠牲膜は前記犠牲膜上に形成されるフォトレジストパターンを食刻マスクとして使用してパターニングされ、前記ハードマスク膜は前記フォトレジストパターンを除去した後に前記パターニングされた犠牲膜を食刻マスクとして使用してパターニングされる。
【００１９】
前記ハードマスク膜は、前記金属層間絶縁膜及び前記犠牲膜に対して食刻選択比を有する絶縁膜、導電膜、または半導体膜で形成することができる。
【００２０】
これに加え、本発明は前記第２犠牲膜パターンを除去する段階の後に、前記下部配線を露出させるビアホールの内部と前記ビアホールの上部を横切るトレンチの内部とを充填する上部金属配線を形成する段階ををさらに含むでいてもよい。前記上部金属配線を形成する段階は、前記ビアホール及びトレンチを有する半導体基板の全面上に上部金属膜を形成する段階と、前記上部金属膜を平坦化させる段階とを含む。前記ハードマスク膜が導電膜で形成される場合、前記ハードマスクパターンは前記平坦化工程の間、または前記平坦化工程後に除去される。
【発明の効果】
【００２１】
前述したように、本発明はの実施例によると、トレンチを形成する間に前記ビアホール内には第２犠牲膜パターンが依然として残存する。これにより、前記下部配線に加わる食刻損傷を最少化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付された図を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明することにする。しかし、本発明は、ここで説明される実施例に限定されず、他の形態に具体化されることもある。むしろ、ここで紹介される実施例は、開示された内容が完全になるよう、そして当業者に本発明の思想が充分に伝達されるようにするために提供されるものである。図において、層及び領域の厚さは、明確性を図るために誇張されたものである。また、層が、他の層、または基板の「上」にあると言及される場合、それは他の層、または基板上に直接形成されてもよく、またはそれらの間に第３の層が介在されて形成されてもよい。明細書全体において同一な参照番号は、同一な構成要素を示す。
【００２３】
図５乃至図１１は、本発明の望ましい実施例によるビアコンタクト構造体の形成方法を説明するための断面図である。
【００２４】
図５に示されるとおり、半導体基板１上に層間絶縁膜３を形成する。前記層間絶縁膜３内に通常のダマシーン技術を使用して下部配線５を形成する。前記下部配線５は、銅膜、またはタングステン膜のような金属膜で形成することができる。次いで、前記下部配線５を有する半導体基板の全面上に金属層間絶縁膜１４及びハードマスク膜１５を順に形成する。前記金属層間絶縁膜１４は、半導体素子の動作速度を向上させるためには、単層の低誘電体膜（ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ｌｏｗ−ｋ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｌａｙｅｒ）で形成することが望ましい。例えば、前記単層の低誘電体膜は、炭素、フッ素、または水素でドープされたシリコン酸化膜、例えば、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＯＣＨ膜、フッ素が含まれた酸化膜であるＦＳＱ膜（フルオロ−シルセスキオキサン膜；ｆｌｕｏｒｏ−ｓｉｌｓｅｓ−ｑｕｉｏｘａｎｅ  ｌａｙｅｒ）、水素が含まれた酸化膜であるＨＳＱ膜（ハイドロ−シルセスキオキサン膜；ｈｙｄｒｏ−ｓｉｌｓｅｓ−ｑｕｉｏｘａｎｅ  ｌａｙｅｒ）、またはメチルが含まれた酸化膜であるＭＳＱ膜（メチル−シルセスキオキサン膜；ｍｅｔｈｙｌ−ｓｉｌｓｅｓ−ｑｕｉｏｘａｎｅ  ｌａｙｅｒ）で形成することができる。
【００２５】
これとは異なり、前記金属層間絶縁膜１４は、下部金属層間絶縁膜９、トレンチ食刻阻止膜１１、及び上部金属層間絶縁膜１３を順に積層させて形成することもできる。この場合、前記下部金属層間絶縁膜９及び上部金属層間絶縁膜１３は前述した低誘電体膜（ｔｈｅ  ａｆｏｒｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄ  ｌｏｗ−ｋ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｌａｙｅｒ）で形成することが望ましく、前記トレンチ食刻阻止膜１１は、前記下部金属層間絶縁膜９及び前記上部金属層間絶縁膜１３に対して食刻選択比を有する絶縁膜で形成することが望ましい。例えば、前記トレンチ食刻阻止膜１１は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ）、シリコン炭化膜（ＳｉＣ）、または硼素窒化膜（ＢＮ）で形成することができる。
【００２６】
なお、図５には、金属間絶縁膜１４を単層の低誘電体膜で形成する場合ではなく、下部金属層間絶縁膜９、トレンチ食刻阻止膜１１及び上部金属層間絶縁膜１３を順に積層させて形成する場合を一例として示している。
【００２７】
さらに、図５に示されるとおり、前記金属層間絶縁膜１４を形成する段階の前に、前記下部配線５を有する半導体基板の全面上にビア食刻阻止膜７を形成することもできる。前記ビア食刻阻止膜７は、前記金属層間絶縁膜１４、または前記下部金属層間絶縁膜９に対して、食刻選択比を有する絶縁膜で形成することが望ましい。例えば、前記ビア食刻阻止膜７は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ）、シリコン炭化膜（ＳｉＣ）、または硼素窒化膜（ＢＮ）で形成することができる。
【００２８】
また、前記ハードマスク膜１５は、前記金属層間絶縁膜１４に対して食刻選択比を有する絶縁膜、導電膜、または半導体膜で形成することが望ましい。例えば、前記ハードマスク膜１５は、絶縁性窒化膜（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｌａｙｅｒ）、絶縁性炭化膜（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｃａｒｂｉｄｅ  ｌａｙｅｒ）、金属窒化膜（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｌａｙｅｒ）、金属酸化膜（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｌａｙｅｒ）、またはシリコン膜で形成することができる。具体的には、前記絶縁性窒化膜は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ）、または硼素窒化膜（ＢＮ）で形成され、前記絶縁性炭化膜は、シリコン炭化膜（ＳｉＣ）で形成される。また、前記金属窒化膜は、タンタル窒化膜、チタニウム窒化膜、タングステン窒化膜、またはアルミニウム窒化膜で形成され、前記金属酸化膜は、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）、タンタル酸化膜、またはチタニウム酸化膜で形成される。さらに、前記シリコン膜は、多結晶シリコン膜または非晶質シリコン膜で形成される。
【００２９】
次いで、前記ハードマスク膜１５上に第１フォトレジストパターン１７を形成する。前記第１フォトレジストパターン１７を食刻マスクとして使用して前記ハードマスク膜１５及び金属層間絶縁膜１４を連続的に食刻して前記下部配線５上の前記ビア食刻阻止膜７を露出させる予備ビアホール１９を形成する。前記ビア食刻阻止膜７を形成する工程が省略された場合には、前記下部配線７を露出させるビアホールが形成される。
【００３０】
次いで、図６に示されるとおり、前記第１フォトレジストパターン１７を除去する。そして、前記第１フォトレジストパターン１７が除去されている半導体基板の全面上に犠牲膜２１を形成する。前記犠牲膜２１は、無機絶縁膜（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｌａｙｅｒ）、または有機物質膜で形成することができる。例えば、前記犠牲膜２１は、前記金属層間絶縁膜１４及び前記ハードマスク膜１５に対してそれぞれ湿式食刻選択比及び乾式食刻選択比を有する無機絶縁膜で形成する。具体的には、前記無機絶縁膜は、スピンコーティング方式を使用してＨＳＱ（ｈｙｄｒｏ−ｓｉｌｓｅｓ−ｑｕｉｏｘａｎｅ）膜で形成することが望ましい。これによって、前記予備ビアホール１９は、前記犠牲膜２１で完全に充填され、前記犠牲膜２１は平坦な上部面（ｆｌａｔ  ｔｏｐ  ｓｕｒｆａｃｅ）を有することができる。
【００３１】
さらに、図６に示されるとおり、前記犠牲膜２１上に反射防止膜２３を形成することもできる。この場合、前記反射防止膜２３上に前記ビアホール１９の上部を横切るライン形態のトレンチ開口部２５ａを有する第２フォトレジストパターン２５が形成される。
【００３２】
図７に示されるとおり、前記第２フォトレジストパターン２５を食刻マスクとして使用して、前記反射防止膜２３及び前記犠牲膜２１を連続的に食刻して、前記第２フォトレジストパターン２５下部に順に積層された第１犠牲膜パターン２１ａと反射防止膜パターン２３ａとを形成するとともに、前記ビアホール１９内に残存する第２犠牲膜パターン２１ｂを形成する。
【００３３】
これとは異なって、図８に示されたように、前記第２フォトレジストパターン２５を食刻マスクとして使用して前記反射防止膜２３、前記犠牲膜２１及び前記ハードマスク膜１５を連続的に食刻することもできる。この場合、前記第１犠牲膜パターン２１ａ、前記反射防止膜パターン２３ａ及び前記第２犠牲膜パターン２１ｂに加えて前記第１犠牲膜パターン２１ａ下部にハードマスクパターン１５ａが形成される。
【００３４】
図９に示されるとおり、図７または図８に示された第２フォトレジストパターン２５を除去する。続いて、図７で説明されたように前記第２フォトレジストパターン２５を食刻マスクとして使用して前記反射防止膜２３及び犠牲膜２１だけを食刻する場合には、前記犠牲膜パターン２１ａを食刻マスクとして使用して前記ハードマスク膜１５を食刻して図８に示された前記ハードマスクパターン１５ａを形成する。続いて、前記ハードマスクパターン１５ａを食刻マスクとして使用して前記トレンチ食刻阻止膜１１が露出されるまで前記上部金属層間絶縁膜１４を食刻する。その結果、前記上部金属層間絶縁膜１４内に前記ビアホール１９の上部を横切るトレンチ２７が形成される。この場合、前記反射防止膜パターン２３ａは、前記第２フォトレジストパターン２５を除去する間、または前記トレンチ２７を形成する間に除去することもでき、前記犠牲膜パターン２１ａは前記トレンチ２７を形成する間に除去することもできる。
【００３５】
一方、図８で説明されたように前記第２フォトレジストパターン２５を食刻マスクとして使用して前記反射防止膜２３、犠牲膜２１及びハードマスク膜１５を連続的に食刻する場合には、前記ハードマスクパターン１５ａを形成するための追加食刻工程（ａｎ  ａｄｄｔｉｏｎａｌ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）は要求されない。
【００３６】
前記金属層間絶縁膜１４が、単層の低誘電体膜で形成すれる場合、前記トレンチ２７は前記金属層間絶縁膜１４を部分食刻（ｐａｒｔｉａｌｌｙ  ｅｔｃｈｉｎｇ）することによって形成される。つまり、前記トレンチ２７は、前記金属層間絶縁膜１４の厚さより浅い深さを有するよう形成される。
【００３７】
図８または図９において、前記ハードマスクパターン１５ａを形成するための食刻工程は、塩素系ガス（ｃｈｌｏｒｉｎｅ−ｂａｓｅｄ  ｇａｓ）、またはフッ素系ガス（ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｂａｓｅｄ  ｇａｓ）を使用して実施することが望ましい。具体的には、前記ハードマスク膜１５がタンタル窒化膜、チタニウム窒化膜、タングステン窒化膜、アルミニウム窒化膜、またはシリコン膜で形成される場合、前記食刻ガスとしては塩素（Ｃｌ２）、または塩化硼素（ＢＣｌ３）のような塩素系ガスを使用して食刻工程を実施することが望ましい。また、前記ハードマスク膜１５がシリコン窒化膜、シリコン炭窒化膜、シリコン炭化膜、または硼素窒化膜で形成される場合、前記食刻ガスとしてはＣＦ４ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス、またはＣＨＦ２ガスのようなフッ素系ガスを使用して食刻工程を実施することが望ましい。
【００３８】
図１０に示されるとおり、前記予備ビアホール１９内の前記第２犠牲膜パターン２１ｂを選択的に除去して前記ビア食刻阻止膜７の所定領域を露出させる。前記第２犠牲膜パターン２１ｂは、フッ酸を使用する湿式食刻工程、またはプラズマを使用する乾式食刻工程のどちらによっても除去することができる。続いて、前記露出されたビア食刻阻止膜７を食刻して前記下部配線５を露出させる最終ビアホール１９ａを形成する。前記露出されたビア食刻阻止膜７を食刻する間、前記トレンチ２７によって露出されている前記トレンチ食刻阻止膜１１を食刻することもできる。
【００３９】
一方、前記ビア食刻阻止膜７の形成が省略される場合には、前記下部配線５の所定領域は、前記第２犠牲膜パターン２１ｂを除去することによって露出される。
【００４０】
そして、図１１に示されるとおり、前記最終ビアホール１９ａを含む半導体基板の全面上に上部金属膜を形成する。前記上部金属膜は、拡散障壁膜及び金属膜を順に積層させて形成することができる。前記拡散障壁膜は、タンタル窒化膜、またはチタニウム窒化膜のような導電性金属窒化膜で形成し、前記金属膜は、銅膜、またはタングステン膜で形成する。前記金属膜及び拡散障壁膜を平坦化させて前記トレンチ２７及び最終ビアホール１９ａ内に上部金属配線３２を形成する。前記平坦化工程は、化学機械的研磨工程を使用して実施することができる。結果的に、前記上部金属配線３２は、順に積層された拡散障壁膜パターン２９及び金属膜パターン３１で構成される。前記ハードマスクパターン１５ａが導電膜で形成される場合、前記ハードマスクパターン１５ａは前記平坦化工程の間、または前記平坦化工程の後に除去される。しかし、前記ハードマスクパターン１５ａが絶縁膜で形成される場合、前記ハードマスクパターン１５ａは前記平坦化工程の後にも残存する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来のビアコンタクト構造体を形成する方法を説明するための断面図である。
【図２】従来のビアコンタクト構造体を形成する方法を説明するための断面図である。
【図３】従来のビアコンタクト構造体を形成する方法を説明するための断面図である。
【図４】従来のビアコンタクト構造体を形成する方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明によるビアコンタクト構造体を形成する方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明によるビアコンタクト構造体を形成する方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明によるビアコンタクト構造体を形成する方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明によるビアコンタクト構造体を形成する方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明によるビアコンタクト構造体を形成する方法を説明するための断面図である。
【図１０】本発明によるビアコンタクト構造体を形成する方法を説明するための断面図である。
【図１１】本発明によるビアコンタクト構造体を形成する方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    半導体基板、
５    下部配線、
７    ビア食刻阻止膜、
９    部金属層間絶縁膜、
１１    トレンチ食刻阻止膜、
１３    上部金属層間絶縁膜、
１４    金属層間絶縁膜、
１５    ハードマスク膜、
１５ａ    ハードマスクパターン、
１７    第１フォトレジストパターン、
１９    予備ビアホール、
１９ａ    最終ビアホール、
２１    犠牲膜、
２１ａ    第１犠牲膜パターン、
２１ｂ    第２犠牲膜パターン、
２３    反射防止膜、
２３ａ    反射防止膜パターン、
２５    第２フォトレジストパターン、
２５ａ    トレンチ開口部、
２７    トレンチ、
２９    拡散障壁膜パターン、
３１    金属膜パターン、
３２    上部金属配線。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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