(57)【要約】【課題】デュアルダマシンパターンを形成する過程をより単純化することができる方法を提供する。【解決手段】本発明は、下部絶縁層100に下部導電パターン400を形成する段階、前記下部導電パターン400及び下部絶縁層100上に第１保護膜210、第１絶縁膜310、第２絶縁膜330及び第３絶縁膜350及び第２保護膜250を順次に形成する段階、前記第２保護膜250及び第３絶縁膜350を貫通して第２絶縁膜330の設定深さまで到達するビアホール410を形成する段階、前記第２保護膜250及び第３絶縁膜350を貫通して第２絶縁膜330の設定深さまで到達するトレンチ430を形成すると同時に、前記ビアホール410を第１保護膜210が露出される地点まで延長させる段階、及び前記ビアホール410によって露出された第１保護膜210を選択的にエッチングして前記下部導電パターン150を露出させることによって、トレンチ430及びビアホール410を含むデュアルダマシンパターンを形成する。【選択図】図２
2005197692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部絶縁層に下部導電パターンを形成する段階と、
前記下部導電パターン及び下部絶縁層上に第１保護膜、第１絶縁膜、第２絶縁膜及び第３絶縁膜及び第２保護膜を順次に形成する段階と、
前記第２保護膜及び第３絶縁膜を貫通して第２絶縁膜の設定深さまで到達するビアホールを形成する段階と、
前記第２保護膜及び第３絶縁膜を貫通して第２絶縁膜の設定深さまで到達するトレンチを形成すると同時に、前記ビアホールを第１保護膜が露出される地点まで延長させる段階と、
前記ビアホールによって露出された第１保護膜を選択的にエッチングして、前記下部導電パターンを露出させることによってトレンチ及びビアホールを含むデュアルダマシンパターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とするデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項２】
前記第１保護膜は、シリコン窒化物層を含むことを特徴とする請求項１に記載のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項３】
前記第２絶縁膜は、前記第１絶縁膜又は前記第３絶縁膜に比べて低い誘電常数を有する絶縁物質からなることを特徴とする請求項１に記載のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項４】
前記第２絶縁膜はフッ素ドーピングシリカガラス（FSG）層を含むことを特徴とする請求項３に記載のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項５】
前記第１絶縁膜及び前記第３絶縁膜はプラズマＣＶＤにより形成されるシリコン酸化物層を含むことを特徴とする請求項３に記載のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項６】
前記第２絶縁膜は前記第１絶縁膜又は前記第３絶縁膜に比べて厚く形成されることを特徴とする請求項１に記載のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項７】
前記ビアホールを第２絶縁膜の設定深さまで形成する段階では、ターゲットオーバーエッチを使用することを特徴とする請求項１に記載のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項８】
前記ターゲットオーバーエッチのターゲットは、前記ビアホールの全深さから前記トレンチ深さの２倍を引いた値に設定することを特徴とする請求項７に記載のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項９】
前記ビアホールによって露出された第１保護膜部分を選択的にエッチングする過程で前記第２保護膜を同時に除去することを特徴とする請求項１に記載のデュアルダマシンパターン形成方法。
【請求項１０】
前記第２保護膜はシリコン窒化物層を含むことを特徴とする請求項９に記載のデュアルダマシンパターン形成方法。
【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、より詳しくはデュアルダマシンパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体素子のデザインルールが小さくなることにより、配線の線幅もまた小さくなっており、それにより金属ラインの抵抗（Rs）が相対的に小さい銅配線を適用している。
一般に、銅配線はシングル又はデュアルダマシン工程によって形成する。デュアルダマシン工程は、トレンチを先に形成した後、ビアを形成する場合と、ビアを先に形成した後、トレンチを形成する方法がある。
【０００３】
本発明は後者の場合の改善であって、従来技術では、ビアを先に形成してからトレンチを形成する時、第１トレンチに満たされた（以下、充填された、と記す）下部銅層上部の窒化膜が損傷を受けて銅腐蝕を発生することがある。これを防止するため、ビアホールにフォトレジストを充填したり、デュアルダマシンパターンの形成時に、底面反射防止層（bottom ARC）として用いる物質を充填して窒化膜の損傷を防止する複雑な工程が提示されている。
したがって、工程の単純化及び収率向上のためにはデュアルダマシン工程の改善が要求されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が目的とする技術的課題は、デュアルダマシンパターンを形成する過程をより単純化することができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記技術的課題を達成するための本発明の一観点は、下部絶縁層に下部導電パターンを形成する段階と、前記下部絶縁層及び下部導電パターン上に第１保護膜、第１絶縁膜、第２絶縁膜、第３絶縁膜及び第２保護膜を順次に形成する段階と、前記第２保護膜及び第３絶縁膜を貫通して第２絶縁膜の設定深さまで到達するビアホールを形成する段階と、前記第２保護膜及び第３絶縁膜を貫通して第２絶縁膜の設定深さまで到達するトレンチを形成すると同時に、前記ビアホールを第１保護膜が露出される地点まで延長させる段階と、前記ビアホールによって露出された第１保護膜を選択的にエッチングして前記下部導電パターンを露出させることによって、トレンチ及びビアホールを含むデュアルダマシンパターンを形成する段階と、を含むことを特徴とするデュアルダマシンパターン形成方法を提示する。
【０００６】
請求項１に記載の発明は、デュアルダマシンパターン形成方法において、下部絶縁層に下部導電パターンを形成する段階と、前記下部導電パターン及び下部絶縁層上に第１保護膜、第１絶縁膜、第２絶縁膜及び第３絶縁膜及び第２保護膜を順次に形成する段階と、前記第２保護膜及び第３絶縁膜を貫通して第２絶縁膜の設定深さまで到達するビアホールを形成する段階と、前記第２保護膜及び第３絶縁膜を貫通して第２絶縁膜の設定深さまで到達するトレンチを形成すると同時に、前記ビアホールを第１保護膜が露出される地点まで延長させる段階と、前記ビアホールによって露出された第１保護膜を選択的にエッチングして、前記下部導電パターンを露出させることによってトレンチ及びビアホールを含むデュアルダマシンパターンを形成する段階と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のデュアルダマシンパターン形成方法において、前記第１保護膜は、シリコン窒化物層を含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のデュアルダマシンパターン形成方法において、前記第２絶縁膜は、前記第１絶縁膜又は前記第３絶縁膜に比べて低い誘電常数を有する絶縁物質からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のデュアルダマシンパターン形成方法において、前記第２絶縁膜はフッ素ドーピングシリカガラス（FSG）層を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載のデュアルダマシンパターン形成方法において、前記第１絶縁膜及び前記第３絶縁膜はプラズマＣＶＤにより形成されるシリコン酸化物層を含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のデュアルダマシンパターン形成方法において、前記第２絶縁膜は前記第１絶縁膜又は前記第３絶縁膜に比べて厚く形成されることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のデュアルダマシンパターン形成方法において、前記ビアホールを第２絶縁膜の設定深さまで形成する段階では、ターゲットオーバーエッチを使用することを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のデュアルダマシンパターン形成方法において、前記ターゲットオーバーエッチのターゲットは、前記ビアホールの全深さから前記トレンチ深さの２倍を引いた値に設定することを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載のデュアルダマシンパターン形成方法において、前記ビアホールによって露出された第１保護膜部分を選択的にエッチングする過程で前記第２保護膜を同時に除去することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のデュアルダマシンパターン形成方法において、前記第２保護膜はシリコン窒化物層を含むことを特徴とする。
【００１６】
前記第１保護膜はシリコン窒化物層を含んで形成することができる。
前記第２絶縁膜は前記第１絶縁膜又は前記第３絶縁膜に比べて低い誘電常数を有する絶縁物質で形成することができる。
この場合、第２絶縁膜はFSG層を含んで形成することができ、第１絶縁膜及び前記第３絶縁膜はプラズマシランを蒸着して形成されるシリコン酸化物層を含んで形成されることができる。
前記第２絶縁膜は前記第１絶縁膜又は前記第３絶縁膜に比べて厚く形成することができる。
【００１７】
前記第２絶縁膜の設定深さまでビアホールを形成する段階ではターゲットオーバーエッチを使用することができる。この場合、ターゲットオーバーエッチのターゲットは前記ビアホールの全深さから前記トレンチ深さの２倍を引いた値に設定することができる。
そして、ビアホールによって露出された第１保護膜を選択的にエッチングする過程で前記第２保護膜を同時に除去することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ビアホール及びトレンチを含むデュアルダマシンパターンをより簡単な加工過程で実現することができるという効果を奏する。これにより、半導体素子の収率を向上させることができ、生産原価を節減することができる。また、下部銅配線の汚染又は腐蝕などを防止することができるので素子の信頼度を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態は多様であり、異なる形態に変更することができ、本発明の範囲が下記実施形態によって限定されるものではなく、当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されると解釈されるのが好ましい。
図１乃至図４は本発明の実施形態によるデュアルダマシンパターンを形成する方法を説明するために概略的に示した断面図である。
【００２０】
図１に示すように、半導体基板（図示せず）の上に下部絶縁層１００を形成し、ダマシン工程を利用して下部銅パターン１５０を形成する。例えば、下部絶縁層１００の上部に第１トレンチを形成した後、第１トレンチに充填する銅層を、電気メッキなどで過剰に形成し、化学機械的研磨（CMP）などで上面を研磨して第１トレンチに充填された下部銅パターン１５０を形成する。
【００２１】
その後、下部絶縁層１００上に、後続する工程で、下部銅パターン１５０を保護する第１保護膜２１０を形成する。このような第１保護膜２１０はシリコン窒化物層などで好ましく形成することができる。第１保護膜２１０はまた、後続するビアホール形成工程におけるエッチング時にエッチング停止膜として利用できる。ここで、下部銅パターン１５０は、下部導電パターンの一例である。
【００２２】
第１保護膜２１０上に少なくとも３層の絶縁膜で構成される絶縁層を形成する。例えば、絶縁層は下から、第１絶縁膜３１０、第２絶縁膜３３０及び第３絶縁膜３５０の３層構造で形成することができる。この時、第２絶縁膜３３０は第１絶縁膜３１０及び第３絶縁膜３５０の何れに比べても、乾式エッチング時のエッチング速度が相対的に速い絶縁物質で構成することができ、第１絶縁膜３１０及び第３絶縁膜３５０は互いに、同程度のエッチング速度を有する絶縁物質で構成することができる。
【００２３】
例えば、第１絶縁膜３１０及び第３絶縁膜３５０は、プラズマＣＶＤによって化学気相蒸着法で形成されるシリコン酸化物層であってもよい。これに比べて、第２絶縁膜３３０は、このように形成されるシリコン酸化物層に比べて相対的に低い誘電常数を有する、フッ素ドーピングシリカガラス（FSG）を含むシリコン酸化物層で形成することができる。
【００２４】
この時、第１絶縁膜３１０と第３絶縁膜３５０は、互いに同程度の厚さで形成され、 これら各々より厚くなるように、第２絶縁膜３３０が形成される。
このように第１乃至第３絶縁膜３１０、３３０、３５０をサンドウィッチ構造で形成した後、第３絶縁膜３５０上に第２保護膜２５０を形成する。第２保護膜２５０は好ましくは、第１保護膜２１０と同程度のエッチング速度を示す絶縁物質、例えば、シリコン窒化物で形成することができる。このような第２保護膜２５０は、後続工程で第３絶縁膜３５０の表面が損傷又はエッチングされることを防止して保護する役割をする。
次に、第２保護膜２５０上にビアホールを形成するためのビアエッチングマスクとしての第１フォトレジストパターン４００を形成する。
【００２５】
図２に示すように、第１フォトレジストパターン４００をエッチングマスクとして利用してビアホール４１０を形成する。このようなビアホール４１０は実質的に第３絶縁膜３５０を貫通する深さまで形成することができ、また、第２絶縁膜３３０の一部深さまで延長して形成することができる。このために、ビアホール４１０を形成するエッチング過程は、まず乾式エッチングで、一応、第２保護膜２５０のシリコン窒化物層をエッチングし、連続してその下部の第３絶縁膜３５０をエッチングする。
次に、適当なターゲットオーバーエッチを行う。この時、オーバーエッチのターゲットは{（全ビア深さ）-（２×トレンチ深さ）}に設定することができる。
【００２６】
図３に示すように、第１フォトレジストパターン４００を除去した後、トレンチ４３０形成のためのエッチングマスクとしての第２フォトレジストパターン（図示せず）を形成した後、これをエッチングマスクとして絶縁層をエッチングしてパターニングする。
【００２７】
つまり、第２保護膜２５０、第３絶縁膜３５０、第２絶縁膜３３０及び第１絶縁膜３１０をエッチングする。このようなエッチング過程が進められれば、トレンチ４３０が形成される。
前記トレンチ４３０を形成するエッチングはトレンチ４３０の深さターゲットに合せて行われる。このようなエッチングが行われる間に、ビアホール４１０は下部銅パターン１５０上の第１保護膜２１０を露出させ、この時、第１保護膜２１０はシリコン酸化物に対して高いエッチング選択比を有するシリコン窒化物などで形成されているので、ビアホール４１０エッチングは第１保護膜２１０が露出される時点まで進んで止められる。
その後、第２フォトレジストパターンを除去する。
【００２８】
図４に示すように、最後に下部銅パターン１５０の上側表面を露出させるために前記ビアホール４１０内部の第１保護膜２１０部分をエッチングする。このようなエッチングは前面エッチングで行われるが、この時、第２保護膜２５０部分もまた全面的にエッチング除去される。このような過程によって、ビアホール４１０及びトレンチ４３０からなるデュアルダマシンパターン４５０の全プロファイルが完成する。
また、デュアルダマシンパターン４５０を埋めたてる上部導電層としての上部銅パターンを形成して銅配線を実現する。
【００２９】
以上のことより、ビアホール及びトレンチを含むデュアルダマシンパターンをより簡単な加工過程で実現することができる。これにより、半導体素子の収率を向上させることができ、生産原価を節減することができる。また、下部銅配線の汚染又は腐蝕などを防止することができるので素子の信頼度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態によるデュアルダマシンパターンを形成する方法を説明するために概略的に示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態によるデュアルダマシンパターンを形成する方法を説明するために概略的に示した断面図である。
【図３】本発明の実施形態によるデュアルダマシンパターンを形成する方法を説明するために概略的に示した断面図である。
【図４】本発明の実施形態によるデュアルダマシンパターンを形成する方法を説明するために概略的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００  下部絶縁層
１５０  下部銅パターン
２１０  第１保護膜
２５０  第２保護膜
３１０  第１絶縁膜
３３０  第２絶縁膜
３５０  第３絶縁膜
４００  第１フォトレジストパターン
４１０  ビアホール
４３０  トレンチ
４５０  デュアルダマシンパターン
【図１】
2005197692.tif 000003
【図２】
2005197692.tif 000004
【図３】
2005197692.tif 000005
【図４】
2005197692.tif 000006