(57)【要約】【課題】  非晶質炭素膜及びシリコンフォトレジスト膜を用いたパターン形成方法を提供する。【解決手段】  基板上の材料層上に非晶質炭素膜、反射防止膜及びシリコンフォトレジスト膜を順次形成する段階と、前記シリコンフォトレジスト膜をパターニングしてシリコンフォトレジスト膜パターンを形成する段階と、前記シリコンフォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜及び非晶質炭素膜を選択的にエッチングすることによって、非晶質炭素膜パターンを形成する段階と、前記非晶質炭素膜パターンをエッチングマスクとして前記基板上の材料層を選択的にエッチングすることによって、前記基板上の材料層にパターンを形成する段階と、を含むパターン形成方法である。【選択図】図１０
2005175500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に材料層を形成する段階と、
前記材料層上に非晶質炭素膜を形成する段階と、
前記非晶質炭素膜上に反射防止膜を形成する段階と、
前記反射防止膜上にシリコンフォトレジスト膜を形成する段階と、
前記シリコンフォトレジスト膜をパターニングしてシリコンフォトレジスト膜パターンを形成する段階と、
前記シリコンフォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜及び非晶質炭素膜を選択的にエッチングすることによって非晶質炭素膜パターンを形成する段階と、
前記非晶質炭素膜パターンをエッチングマスクとして前記基板上の材料層を選択的にエッチングすることによって前記基板上の材料層にパターンを形成する段階と、を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記シリコンフォトレジスト膜をパターニングしてシリコンフォトレジスト膜パターンを形成する段階後に、前記シリコンフォトレジスト膜パターンの表面を予備酸化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記非晶質炭素膜パターンをエッチングマスクとして前記基板上の材料層を選択的にエッチングすることによって前記基板上の材料層にパターンを形成する段階後に、アッシング及びストリップ処理を実施する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記基板上の材料層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはポリシリコンよりなることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記シリコンフォトレジスト膜は、Ｃ、Ｈ、Ｏ及びＳｉを主成分として含有し、梯形の網構造を有することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記シリコンフォトレジスト膜パターンは、配線を形成するためのパターンであることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記シリコンフォトレジスト膜パターンは、コンタクトを形成するためのパターンであることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記シリコンフォトレジスト膜パターンは、トレンチを形成するためのパターンであることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記シリコンフォトレジスト膜パターンは、ビアを形成するためのパターンであることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記シリコンフォトレジスト膜は、ＫｒＦ、ＡｒＦまたはＦ２露光用のフォトレジスト膜であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記非晶質炭素膜の厚さは、１０００ないし５０００Åであることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項１２】
前記シリコンフォトレジスト膜の厚さは、５００ないし２０００Åであることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項１３】
前記非晶質炭素膜のエッチング時にエッチングガスとしてはＯ２、ＨｅＯ２またはＮ２Ｏを使用し、前記エッチングガスに添加剤としてＮ２、Ｈｅ、ＨＢｒ、ＡｒまたはＮｅをさらに添加することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項１４】
前記シリコンフォトレジスト膜パターンの表面を予備酸化させる段階で酸化用ガスとしてはＯ２、ＨｅＯ２またはＮ２Ｏを使用し、前記酸化用ガスにＮ２、Ｈｅ、ＡｒまたはＮｅをさらに添加することを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項１５】
前記シリコンフォトレジスト膜パターンの表面を予備酸化させる工程及び前記反射膜及び非晶質炭素膜をエッチングする工程は、同じチャンバ内でインサイチューで実施することを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項１６】
前記シリコンフォトレジスト膜パターンの表面を予備酸化させる工程に使われる設備として二重周波数に電力を分離できる高密度プラズマソース型または二重周波数プラズマソース型の設備を使用することを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項１７】
前記シリコンフォトレジスト膜パターンの表面を予備酸化させる段階で予備酸化設備内のチャックにかかる電力は０Ｗないし５０Ｗであり、前記予備酸化設備のソース部位及び上部にかかる電力は３００Ｗないし１５００Ｗであることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項１８】
前記シリコンフォトレジスト膜パターンの表面を予備酸化させる段階で予備酸化時間は５秒ないし３０秒であることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項１９】
上部に障壁金属層及び配線用金属層が形成された基板上にシリコン窒化膜を形成する段階と、
前記シリコン窒化膜上に非晶質炭素膜を形成する段階と、
前記非晶質炭素膜上に反射防止膜を形成する段階と、
前記反射防止膜上にシリコンフォトレジスト膜を形成する段階と、
前記シリコンフォトレジスト膜をパターニングしてシリコンフォトレジスト膜パターンを形成する段階と、
前記フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜及び非晶質炭素膜をエッチングして非晶質炭素膜パターンを形成する段階と、
前記非晶質炭素膜パターンをエッチングマスクとして前記シリコン窒化膜を選択的にエッチングすることによってシリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
アッシング及びストリップ処理を実施する段階と、
前記シリコン窒化膜パターンをエッチングマスクとして前記配線用金属層及び障壁金属層を選択的にエッチングすることによって金属配線を形成する段階と、を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２０】
前記シリコンフォトレジスト膜をパターニングしてシリコンフォトレジスト膜パターンを形成する段階後に、前記フォトレジスト膜パターンの表面を予備酸化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載のパターン形成方法。
【請求項２１】
前記反射防止膜及び前記非晶質炭素膜のエッチング段階は、異方性エッチングで行うことを特徴とする請求項１９に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に、非晶質炭素膜（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ ｌａｙｅｒ）とシリコンフォトレジスト膜（Ｓｉ−ｐｈｏｔｏ  ｒｅｓｉｓｔ  ｌａｙｅｒ）を用いた半導体装置のパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高集積化及び高性能化につれて半導体装置の製造に使われる材料または工程技術に対する要求度が非常に高まっている。特に、半導体基板上に形成された様々な層または領域に微細パターンを形成する工程に対する要求事項が非常に強化されている。半導体装置の製造において、パターンの形成は、通常フォトリソグラフィーという工程を通じて具現される。例えば、パターンが形成される材料層上に、エッチングマスクとしてのハードマスク層、反射防止膜及びフォトレジスト膜を積層した後、露光、現像、エッチング、アッシング及びストリップ工程を行って前記材料層に所望のパターンを形成しうる。このようなフォトリソグラフィー工程を通じて高集積化されて高性能化された素子をさらに精度よく効率的に製造するために多様な工程技術と材料が開発されている。
【０００３】
現在、半導体装置の製造工程で使用している非晶質炭素膜／シリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ）／反射防止膜／フォトレジスト膜の多層構造は８２ｎｍ級半導体装置などサブミクロン（ｓｕｂ−ｍｉｃｒｏｎ）以下の高集積半導体装置の微細パターンを形成するために使われている。このような多層構造は、非晶質炭素膜下にある基板上の材料層（例えば、酸化膜または窒化膜など）を精密にパターニングするために使われる。すなわち、露光及び現像工程を通じて形成されたフォトレジスト膜パターンは反射防止膜及びＳｉＯＮ膜に転写され、ＳｉＯＮ膜パターンをエッチングマスクとして使用して前記パターンを非晶質炭素膜に転写させることによって、基板上の材料層をパターニングするためのエッチングマスクとして非晶質炭素膜パターンを形成する。このように形成された非晶質炭素膜パターンを通じてその下の材料層を選択的にエッチングした後、残余非晶質炭素膜及び不純物を除去するようにアッシング及びストリップ工程を実施することによって、前記材料層に所望のパターンが精密に形成される。特許文献１には非晶質炭素膜をエッチングマスクとして使用して基板上の材料層をパターニングする方法を開示している。前記特許文献１に開示されたように、非晶質炭素膜は反射防止膜としても使用できるが、酸化物または窒化物を微細にパターニングするのに適したエッチングマスクとしても使われうる。
【０００４】
このような従来の非晶質炭素膜を用いたパターン形成方法で、ＳｉＯＮ膜は耐性が強い非晶質炭素膜をエッチングするためのエッチングマスクとして使われる。アクリレート構造（ａｃｒｙｌａｔｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する既存のフォトレジスト膜としては、耐性が強い非晶質炭素膜をエッチングするためのエッチングマスクとして使用できないために、非晶質炭素膜をエッチングするためのハードマスクとしてＳｉＯＮ膜が必要なものである。
【０００５】
ところで、前述したように基板上の材料層上に非晶質炭素膜及びＳｉＯＮ膜が蒸着された構造では、非晶質炭素膜パターンを用いて材料層をエッチングした後、後続のアッシング及びストリップ処理を実施すれば、ウェーハの縁部に該当するベベル（ｂｅｖｅｌ）部位でＳｉＯＮ膜がリフティング（ｌｉｆｔｉｎｇ）される問題点が発生する。
【０００６】
図１ないし図６Ｃは、従来の非晶質炭素膜／ＳｉＯＮ膜／反射防止膜／フォトレジスト膜の積層構造を用いたパターン形成方法を説明するための断面図である。
【０００７】
まず、図１を参照すれば、基板１上にパターニングされる材料層、例えば、シリコン窒化膜５が形成されており、その上にシリコン窒化膜５をパターニングするための非晶質炭素膜６／ＳｉＯＮ膜７／反射防止膜８／フォトレジスト膜９の積層構造が形成されている。この際、微細パターン形成のために使われるフォトレジスト膜９はＡｒＦ露光用のフォトレジスト膜としてアクリレート構造よりなっている。
【０００８】
次いで、図２Ａに示されたように、露光及び現像工程を通じてフォトレジスト膜パターン９ａを形成する。この際、実質的にパターンが形成されないウェーハ縁部、すなわち、ベベル部位の断面状態が図２Ｂに示されている。図２Ｂに示されたように、ベベル部位では基板１上にシリコン窒化膜５、非晶質炭素膜６及びＳｉＯＮ膜７が形成されている。ベベル部位ではパターンを形成しないために、フォトレジスト膜が不要である。したがって、基板全面にフォトレジスト膜を塗布した後にはベベル部位に形成されたフォトレジスト膜部分を除去して後続工程でパーティクル汚染源として作用しないようにする。
【０００９】
次いで、図３に示されたように、フォトレジスト膜パターン９ａを通じて下の反射防止膜８及びＳｉＯＮ膜７を選択的にエッチングして反射防止膜パターン８ａ及びＳｉＯＮ膜パターン７ａを形成する。その後、図４に示されたように、前記ＳｉＯＮ膜パターン７ａをエッチングマスクとして非晶質炭素膜６を選択的にエッチングすることによって非晶質炭素膜パターン６ａを形成する。この非晶質炭素膜パターン６ａはその下のシリコン窒化膜５を微細にパターニングするのに適したハードマスク膜としての役割を行える。
【００１０】
次いで、図５に示されたように、非晶質炭素膜パターン６ａをエッチングマスクとしてシリコン窒化膜５を選択的にエッチングすることによって、シリコン窒化膜パターン５ａを形成する。その後、図６ａに示されたように、残余非晶質炭素膜及び不純物を除去するようにアッシング及びストリップ処理を実施する。アッシング処理はＯ２またはＮ２プラズマを用いて残余不純物などを除去する工程であるが、非晶質炭素膜はこのようなアッシング処理により容易に除去されうる。
【００１１】
ところで、このようにアッシング及びストリップ処理を実行する過程でウェーハベベル部位でＳｉＯＮ膜がリフティングされる問題が発生する。図６Ｂは、シリコン窒化膜５をエッチングしてアッシング処理を実施した後のウェーハベベル部位の断面図を示す。図６Ｂに示されたように、アッシング処理によりベベル部位の背面で非晶質炭素膜６の一部が除去されうる。これはアッシング処理時にＯ２またはＮ２プラズマがベベル部位の背面でＳｉＯＮ膜７と基板１との間に侵入して非晶質炭素膜６をエッチングさせるためである。このような状況で湿式によるストリップ（ｗｅｔ  ｓｔｒｉｐ）処理を行えば、図６Ｃに示されたように、ベベル部位の背面にあるＳｉＯＮ膜の一部７’が取られるリフティング現象が発生しうる。これは非晶質炭素膜６が除去されたベベル部位の背面にあるＳｉＯＮ膜７は機械的に非常に不安定でストリップ処理時に薬液の流動によるストレスを受けて容易に取られてしまうからである。このようなＳｉＯＮ膜のリフティング現象を防止するために非晶質炭素膜を蒸着した後、ＳｉＯＮ膜の形成前にベベル部位の非晶質炭素膜を除去するウェーハエッジ処理工程を行える。しかし、このようなウェーハエッジ処理工程によってさらなる工程時間及びコストが発生する。
【特許文献１】米国特許第６、５７３、０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前記問題点を解決するためのものであって、ウェーハベベル部位でＳｉＯＮ膜のリフティング現象が発生せず、ＳｉＯＮ膜のリフティング現象を防止するためのウェーハエッジ処理工程など追加的な工程も要らない非晶質炭素膜を用いたパターン形成方法を提供することである。また、ＳｉＯＮ膜の蒸着及びＳｉＯＮ膜のエッチング工程を省略してパターン形成のための工程数を減少させることによって、半導体装置の量産性を高めてコストを節減させるパターン形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記技術的課題を達成するために本発明の一側面に係るパターン形成方法は、基板上の材料層を形成する段階と、前記材料層上に非晶質炭素膜を形成する段階と、前記非晶質炭素膜上に反射防止膜を形成する段階と、前記反射防止膜上にシリコンフォトレジスト膜を形成する段階と、前記シリコンフォトレジスト膜をパターニングしてシリコンフォトレジスト膜パターンを形成する段階と、前記シリコンフォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜及び非晶質炭素膜を選択的にエッチングすることによって非晶質炭素膜パターンを形成する段階と、前記非晶質炭素膜パターンをエッチングマスクとして前記基板上の材料層を選択的にエッチングすることによって前記基板上の材料層にパターンを形成する段階と、を含む。
【００１４】
本発明のパターン形成方法によれば、前記シリコンフォトレジスト膜をパターニングしてシリコンフォトレジスト膜パターンを形成する段階後に、前記シリコンフォトレジスト膜パターンの表面を予備酸化させる段階をさらに含みうる。また、前記非晶質炭素膜パターンをエッチングマスクとして前記基板上の材料層を選択的にエッチングすることによって、前記基板上の材料層にパターンを形成する段階後に、アッシング及びストリップ処理を実施する段階をさらに含みうる。
【００１５】
前記技術的課題を達成するための本発明の他の側面に係るパターン形成方法は、上部に障壁金属層及び配線用金属層が形成された基板上にシリコン窒化膜を形成する段階と、前記シリコン窒化膜上に非晶質炭素膜を形成する段階と、前記非晶質炭素膜上に反射防止膜を形成する段階と、前記反射防止膜上にシリコンフォトレジスト膜を形成する段階と、前記シリコンフォトレジスト膜をパターニングしてシリコンフォトレジスト膜パターンを形成する段階と、前記フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜及び非晶質炭素膜をエッチングして非晶質炭素膜パターンを形成する段階と、前記非晶質炭素膜パターンをエッチングマスクとして前記シリコン窒化膜を選択的にエッチングすることによってシリコン窒化膜パターンを形成する段階と、アッシング及びストリップ処理を実施する段階と、前記シリコン窒化膜パターンをエッチングマスクとして前記配線用金属層及び障壁金属層を選択的にエッチングすることによって、金属配線を形成する段階と、を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シリコンフォトレジスト膜パターンを通じて反射防止膜及び非晶質炭素膜パターンを形成し、非晶質炭素膜パターンをエッチングマスクとしてその下の材料層に所望のパターンを形成することによって、前記材料層に微細なパターンが精巧に形成される。これにより、非晶質炭素膜上にＳｉＯＮ膜などの中間層を導入する必要がないので、ＳｉＯＮ膜の蒸着工程及びＳｉＯＮ膜のエッチング工程を省略でき、追加的なウェーハエッジ処理工程が不要であってベベル部位でのＳｉＯＮ膜のリフティング現象を防止しうる。また、パターン形成工程の工数減少で半導体装置の製造コスト及び時間を節減でき、量産性を向上させうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。以下に例示される実施例は色々な他の形に変形でき、本発明の保護範囲が後述される実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。明細書全体に亙って同一な参照符号は同一な構成要素を示す。図面において、層及び領域の大きさは、説明の明瞭性のために誇張されたものでありうる。
【００１８】
図７ないし図１２は、本発明の一実施例によってシリコン窒化膜パターンを形成する方法を説明するための断面図である。これにより形成されるシリコン窒化膜パターンはその下にあるＷなどの金属層をパターニングして配線パターンを形成することに使用されうる。
【００１９】
まず、図７を参照すれば、半導体基板上に形成されたＳｉＯ２よりなる層間絶縁膜１０１上にＴｉ／ＴｉＮよりなる障壁金属層１０２、Ｗよりなる配線用金属層１０３及びシリコン窒化膜１０５を形成した後、非晶質炭素膜１０６、反射防止膜１０８及びシリコンフォトレジスト膜１０９を順次形成する。非晶質炭素膜１０６は、例えば、１０００ないし５０００Å程度の厚さに形成でき、反射防止膜１０８は、例えば、２００ないし６００Å程度の厚さに形成でき、シリコンフォトレジスト膜１０９は、例えば、５００ないし２０００Åの厚さに形成しうる。この際、使用するシリコンフォトレジスト膜１０９としてはＫｒＦまたはＡｒＦ用のフォトレジスト膜を使用しうる。また、光源がＡｒＦからＦ２に変化するとしても、Ｆ２用のシリコンフォトレジスト膜が既に開発されているために、Ｆ２を光源として使用する場合にも本発明が容易に適用されうる。
【００２０】
次いで、図８を参照すれば、露光及び現像工程を通じてシリコンフォトレジスト膜１０９をパターニングしてシリコンフォトレジスト膜パターン１０９ａを形成する。その後、図９に示されたように、非晶質炭素膜エッチング時に非晶質炭素膜のエッチング選択比が向上できるようにＯ２プラズマでシリコンフォトレジスト膜パターン１０９ａの表面を予備酸化（ｐｒｅ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）させてフォトレジスト膜の表面上に酸化膜１１０を形成する。
【００２１】
このような予備酸化工程で使われる酸化用ガスとしてはＯ２、ＨｅＯ２またはＮ２Ｏを使用でき、酸化用ガスにＮ２、Ｈｅ、ＡｒまたはＮｅなどが添加されうる。予備酸化工程に使われる設備としては、プラズマ方式の設備を使用でき、特に、二重周波数（ｄｕａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に電力を分離できる高密度プラズマ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ；ＨＤＰ）または二重周波数プラズマ（ｄｕａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｐｌａｓｍａ）ソース型の設備を使用できる。予備酸化時の酸化速度を高めるためにチャックにかかる電力は０ないし５０Ｗとし、予備酸化設備のソース部位及び上端部位にかかる電力は３００Ｗないし１５００Ｗとすることが望ましい。予備酸化時間は、５秒ないし３０秒程度とすることが望ましい。シリコンフォトレジスト膜１０９の厚さが十分であれば、前記フォトレジスト膜パターン１０９ａの表面を予備酸化させる工程を省略しても関係ない。
【００２２】
次いで、図１０を参照すれば、表面が予備酸化されたシリコンフォトレジスト膜パターン１０９ａをエッチングマスクとして反射防止膜１０８及び非晶質炭素膜１０６を選択的にエッチングする。これによって、所望の形態の非晶質炭素膜パターン１０６ａを得る。非晶質炭素膜１０６のエッチング時にエッチングガスとしては酸素ラジカル（ｏｘｙｇｅｎ  ｒａｄｉｃａｌ）を作れるＯ２、ＨｅＯ２またはＮ２Ｏを使用でき、添加剤としてＮ２、Ｈｅ、ＨＢｒ、ＡｒまたはＮｅなどを前記エッチングガスに添加しうる。前述したシリコンフォトレジスト膜パターン１０９ａの予備酸化工程及び非晶質炭素膜１０６のエッチング工程は同じチャンバでインサイチュー（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で進めうる。
【００２３】
次いで、図１１を参照すれば、非晶質炭素膜パターン１０６ａをエッチングマスクとしてシリコン窒化膜１０５を選択的にドライエッチングしてシリコン窒化膜パターン１０５ａを形成する。この際、非晶質炭素膜パターン１０６ａ上に形成されていた反射防止膜パターン１０８ａ及びシリコンフォトレジスト膜パターン１０９ａも共に除去されうる。
【００２４】
次いで、図１２を参照すれば、残っている非晶質炭素膜パターン１０６ａ及び不純物を除去するようにアッシング及び湿式ストリップ処理を実施する。その後にはシリコン窒化膜パターン１０５ａを用いてその下にある配線用金属層１０３及び障壁金属層１０２をパターニングして金属配線パターンを形成しうる。  
【００２５】
図１３は、本発明の一実施例によって形成された非晶質炭素膜パターンの断面を示す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図１３を参照すれば、シリコン窒化膜１０５上に非晶質炭素膜パターン、反射防止膜パターン及びシリコンフォトレジスト膜パターンが形成されている。図１３から分かるように、非晶質炭素膜パターンの厚さ（Ｈ１；例えば、約２０００Å）がシリコンフォトレジスト膜パターンの厚さ（Ｈ３；例えば、約６００Å）及び反射防止膜パターンの厚さ（Ｈ２；例えば、約３００Å）に比べて相対的に大きいとしても非晶質炭素膜パターンが非常に精巧に形成されうる。
【００２６】
図１４は、図１３の非晶質炭素膜パターンを用いて形成したタングステン（Ｗ）配線パターンの断面を表すＳＥＭ写真である。図１４を参照すれば、ＳｉＯ２よりなる層間絶縁膜１０１上にＴｉ／ＴｉＮよりなる障壁金属層パターン１０２ａ、Ｗよりなる配線パターン１０３ａ及びシリコン窒化膜パターン１０５ａが形成されている。前記障壁金属層パターン１０２ａ及び配線パターン１０３ａは非晶質炭素膜パターン（図１３の参照符号‘Ｈ１’参照）を用いて形成したシリコン窒化膜パターン１０５ａをエッチングマスクとしてパターニングすることによって形成されたものである。このＳＥＭ写真で見られる配線パターン１０３ａは３０ｎｍ線間幅の超微細タングステン配線をなす。図１４から分かるように、本発明のパターン形成方法によれば、微細な配線パターンを非常に精巧に形成しうる。
【００２７】
本発明によるパターン形成方法は、配線パターンの形成時だけでなく、コンタクトパターンまたはビアパターンの形成時にも使用しうる。
【００２８】
図１５ないし図１８は、本発明の他の実施例によってビアパターンを形成する方法を説明するための断面図である。本実施例はロジック回路部に適用されうるビアパターンの形成方法に関する。
【００２９】
まず、図１５を参照すれば、基板２０１上の下部絶縁膜２０２内に形成されたＣｕ配線２０３上に第１エッチング阻止膜５０、金属間絶縁膜２０４及び第２エッチング阻止膜６０が形成されている。このような断面構造を有する結果物からビアパターンを形成するために、第２エッチング阻止膜６０上に非晶質炭素膜２０６、反射防止膜２０８及びシリコンフォトレジスト膜を順次に形成した後、露光及び現像工程などを通じてビアホールの形成のためのシリコンフォトレジスト膜パターン２０９ａを形成する。この時、使用するシリコンフォトレジスト膜は、使われる光源によってＫｒＦ、ＡｒＦまたはＦ２用のシリコンフォトレジスト膜であり得る。
【００３０】
次いで、図１６に示されたように、シリコンフォトレジスト膜パターン２０９ａを用いて反射防止膜２０８及び非晶質炭素膜２０６を選択的にエッチングすることによって、非晶質炭素膜パターン２０６ａを形成する。非晶質炭素膜２０６のエッチング時、エッチングガスとしては酸素ラジカルを作れるＯ２、ＨｅＯ２またはＮ２Ｏを使用でき、添加剤としてＮ２、Ｈｅ、ＨＢｒ、ＡｒまたはＮｅなどを前記エッチングガスに添加しうる。図９を参照して前述したように、本実施例でも反射防止膜２０８及び非晶質炭素膜２０６をエッチングする前にシリコンフォトレジスト膜パターン２０９ａの表面を予備酸化させる工程を追加することもできる。このような予備酸化工程を追加する場合には予備酸化工程と非晶質炭素膜２０６のエッチング工程とを同じチャンバでインサイチューで進めうる。
【００３１】
次いで、図１７に示されたように、非晶質炭素膜パターン２０６ａをエッチングマスクとして使用して第２エッチング阻止膜６０及び層間絶縁膜２０４を異方性ドライエッチングすることによって、金属間絶縁膜２０４にビアホール２１０を形成する。その後、図１８に示されたように、残っている非晶質炭素膜パターン２０６ａ及び不純物を除去するようにアッシング及び湿式ストリップ処理を実施する。引き続き、露出された第１エッチング阻止膜５０をエッチングした後、ビアホールを埋込むようにＣｕを蒸着し、ＣＭＰで平坦化する（図示せず）。これでＣｕ配線２０３と接するビアパターンが形成される。
【００３２】
本発明に係るパターン形成方法は、ダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）工程でのトレンチパターン形成にも適用されうる。図１９ないし図２４は、本発明のさらに他の実施例によってダマシン工程のトレンチパターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【００３３】
まず、図１９を参照すれば、基板３０１上の下部絶縁膜３０２内に形成されたＣｕ配線３０３上にエッチング阻止膜７０、金属間絶縁膜３０４及びキャッピング膜８０が順次形成されている。また、金属絶縁膜３０４内に形成されているビアホールにはＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）等の流動性（fluid；フルーイド）酸化膜３０５が完全に埋込められてキャッピング膜８０の上面を塗布している。このような断面構造を有する結果物からダマシン工程のトレンチパターンを形成するために、流動性酸化膜３０５上に非晶質炭素膜３０６、反射防止膜３０８及びシリコンフォトレジスト膜を順次形成した後、露光及び現像工程を通じてシリコンフォトレジスト膜パターン３０９ａを形成する。
【００３４】
次いで、図２０を参照すれば、シリコンフォトレジスト膜パターン３０９ａをエッチングマスクとして反射防止膜３０８及び非晶質炭素膜３０６を選択的にエッチングすることによって、非晶質炭素膜パターン３０６ａを形成する。図９に基づいて説明したように、本実施例でも反射防止膜３０８及び非晶質炭素膜３０６のエッチング前にシリコンフォトレジスト膜パターン３０９ａの表面を予備酸化させる工程を追加しても良い。
【００３５】
次いで、図２１を参照すれば、非晶質炭素膜パターン３０６ａをエッチングマスクとして流動性酸化膜３０５、キャッピング膜８０を異方性ドライエッチングすることによって、トレンチ３１０を形成する。その後、図２２に示されたように、残っている非晶質炭素膜パターン３０６ａ及び不純物を除去するようにアッシング及び湿式ストリップ処理を実施する。
【００３６】
次いで、図２３を参照すれば、キャッピング膜８０ａ上に残っている流動性酸化膜３０５ａ及びトレンチ３１０の下に残っている流動性酸化膜３０５ｂを湿式処理により除去してトレンチ３１０と連結されたビアホールを形成する。その後、図２４に示されたように、キャッピング膜８０ａをエッチングマスクとしてドライエッチングすることによって、Ｃｕ配線３０３上のエッチング阻止膜７０を選択的に除去する。これにより、Ｃｕ配線３０３を露出させるビアホール及びトレンチパターンが形成される。その後、ビアホール及びトレンチ３１０をＣｕ膜で埋込んだ後、平坦化することによってＣｕ配線構造が完成される。
【００３７】
前述したように、本発明に係るパターン形成方法では、基板上の材料層にパターンを形成するためのエッチングマスクとして非晶質炭素膜パターンを使用するが、非晶質炭素膜上にＳｉＯＮ膜など中間層を介在させない。すなわち、シリコンフォトレジスト膜パターンを通じて直接非晶質炭素膜をパターニングすることによって、ＳｉＯＮ膜を導入させる必要がない。これにより、ＳｉＯＮ膜の蒸着及びＳｉＯＮ膜のエッチング工程を省略でき、後続のアッシング及び湿式ストリップ処理時、ウェーハベベル部位でのリフティング現象が発生しなくなる。したがって、本発明におけるシリコンフォトレジスト膜パターンは非晶質炭素膜をエッチングするためのエッチングマスクとして使われ、選択的なエッチングにより形成された非晶質炭素膜パターンは基板上の材料層に微細なパターンを形成可能にするエッチングマスクとして使われうる。
【００３８】
以上、本発明を具体的な実施例を通じて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の技術的思想内で当業者によりその変形や改良が可能であることが明白である。例えば、本発明に係るパターン形成方法によりパターニング可能な基板上の材料層は既に説明したシリコン窒化膜、シリコン酸化膜だけでなく、ポリシリコン層などとなりうる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は半導体素子の製造方法に用いられ、特に、半導体素子製造工程のうちパターン形成段階で用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の非晶質炭素層／ＳｉＯＮ膜／反射防止膜／フォトレジスト膜の積層構造を用いたパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図２Ａ】従来の非晶質炭素層／ＳｉＯＮ膜／反射防止膜／フォトレジスト膜の積層構造を用いたパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図２Ｂ】従来の非晶質炭素層／ＳｉＯＮ膜／反射防止膜／フォトレジスト膜の積層構造を用いたパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図３】従来の非晶質炭素層／ＳｉＯＮ膜／反射防止膜／フォトレジスト膜の積層構造を用いたパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図４】従来の非晶質炭素層／ＳｉＯＮ膜／反射防止膜／フォトレジスト膜の積層構造を用いたパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図５】従来の非晶質炭素層／ＳｉＯＮ膜／反射防止膜／フォトレジスト膜の積層構造を用いたパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図６Ａ】従来の非晶質炭素層／ＳｉＯＮ膜／反射防止膜／フォトレジスト膜の積層構造を用いたパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図６Ｂ】従来の非晶質炭素層／ＳｉＯＮ膜／反射防止膜／フォトレジスト膜の積層構造を用いたパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図６Ｃ】従来の非晶質炭素層／ＳｉＯＮ膜／反射防止膜／フォトレジスト膜の積層構造を用いたパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の一実施例によってシリコン窒化膜パターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の一実施例によってシリコン窒化膜パターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の一実施例によってシリコン窒化膜パターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の一実施例によってシリコン窒化膜パターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の一実施例によってシリコン窒化膜パターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の一実施例によってシリコン窒化膜パターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の一実施例によって形成された非晶質炭素膜パターンの断面を示すＳＥＭ（ＳＥＭ）写真である。
【図１４】図１３の非晶質炭素膜パターンを用いて形成したタングステン（Ｗ）配線パターンの断面を示すＳＥＭ写真である。
【図１５】本発明の他の実施例によってビアパターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の他の実施例によってビアパターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図１７】本発明の他の実施例によってビアパターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図１８】本発明の他の実施例によってビアパターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図１９】本発明のさらに他の実施例によってダマシン工程のトレンチパターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図２０】本発明のさらに他の実施例によってダマシン工程のトレンチパターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図２１】本発明のさらに他の実施例によってダマシン工程のトレンチパターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図２２】本発明のさらに他の実施例によってダマシン工程のトレンチパターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図２３】本発明のさらに他の実施例によってダマシン工程のトレンチパターンを形成する方法を説明するための断面図である。
【図２４】本発明のさらに他の実施例によってダマシン工程のトレンチパターン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】
【００４１】
１０１        層間絶縁膜
１０２        障壁金属層
１０３        配線用金属層
１０５        シリコン窒化膜
１０６ａ        非晶質炭素膜パターン
１０８ａ        反射防止膜パターン
１０９ａ        シリコンフォトレジスト膜パターン
１１０        酸化膜
【図１】
2005175500.tif 000003
【図２Ａ】
2005175500.tif 000004
【図２Ｂ】
2005175500.tif 000005
【図３】
2005175500.tif 000006
【図４】
2005175500.tif 000007
【図５】
2005175500.tif 000008
【図６Ａ】
2005175500.tif 000009
【図６Ｂ】
2005175500.tif 000010
【図６Ｃ】
2005175500.tif 000011
【図７】
2005175500.tif 000012
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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