(57)【要約】【課題】  デュアルダマシン工程の配線層を安定して製造し、さらに下層配線層を損傷させることのない製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の方法においては、ＢＡＲＣは、無機反射防止層上の有機反射防止層から形成される。配線層が埋め込まれている層絶縁膜（１０２）上に第１のストッパー膜（１０３）を形成し、第１の誘電膜（１０４）を第１のストッパー膜上に形成し、第２のストッパー膜（１０５）を第１の誘電膜上に形成し、第２の誘電膜（１０６）を第２のストッパー膜上に形成し、第２の誘電膜から第１のストッパー膜までビアホールを形成し、無機ＢＡＲＣ（１１２）を第２の誘電膜上に形成し、有機ＢＡＲＣ（１１４）を無機ＢＡＲＣ上に形成し、無機ＢＡＲＣはビアホールの内側の表面を覆い、有機ＢＡＲＣは溶媒を用いて処理される。これにより有機反射防止層は薄くなり、ビアホールの底面に有機材料が埋め込まれる。【選択図】  図４ｅ
2005328065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置を製造する方法であって、
配線層が埋め込まれている層絶縁膜を提供することと、
該層絶縁膜上に第１のストッパー膜を形成することと、
該第１のストッパー膜上に第１の誘電膜を形成することと、
該第１の誘電膜上に第２のストッパー膜を形成することと、
該第２のストッパー膜上に第２の誘電膜を形成することと、
該第２の誘電膜上に無機ＢＡＲＣ膜を形成することと、
該無機ＢＡＲＣ膜から該第１のストッパー膜までビアホールを形成することと、
該ビアホールの内部表面を覆う該無機ＢＡＲＣ上に有機ＢＡＲＣを形成することと、
該有機ＢＡＲＣを溶媒を用いて処理することと
を包含する方法。
【請求項２】
前記溶媒は、希硫酸溶液、僅かにアルカリ性の溶液、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコール、モノエチルエーテルアセテート、シクロヘキサンおよびγ‐ブチロラクトンから成るグループから選択された少なくとも１つの溶媒である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記有機ＢＡＲＣは、ＰＭＭＡを備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記無機ＢＡＲＣは、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンを備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記配線層は、アルミニウム、銅またはアルミニウム−銅合金のうち少なくとも１つを備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体は、二酸化シリコンを備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のストッパー膜および前記第２のストッパー膜は、窒化シリコンを備えた、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶媒を用いたトレンチエッチングの後にフェンシング（ｆｅｎｃｉｎｇ）なしに改良されたデュアルダマシンのプロフィールを得ることに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の各次世代はそのスピードおよび微細化は増す。２つの要素が、半導体回路における信号送信のスピードを支配する：１）トランジスタ部分におけるスイッチング時間、および２）電気信号が回路において伝播される時間（配線遅延コンポーネント）である。スイッチング時間コンポーネントは、トランジスタサイズの縮小によって減少傾向にあるが、配線遅延コンポーネントは、微細化によって増加傾向にあり、つまり、配線層のサイズの減少と、配線回路機構の複雑性の増加がある。配線遅延は、配線容量Ｃおよび配線抵抗Ｒの積（Ｃ×Ｒ）によって決定され、配線の材料にＣｕを用いることは、配線遅延を制限する手段として熱心に研究されてきた。なぜならば、Ｃｕは、従来使用されてきたＡｌよりも低い抵抗を有するからである。
【０００３】
ダマシンは、相互接続金属線が、絶縁する誘電体によって位置決めするプロセスに関係する。ダマシン法は、リソグラフィおよびエッチングによってではなく化学機械的平坦化（ＣＭＰ）によって行われる。ダマシン法では、相互接続パターンが始めに、誘電体層においてリソグラフィを用いて規定され、それから金属が堆積されて、その生じたトレンチを埋める。そして、余分な金属は化学機械的研磨（平坦化）を用いて除去される。
【０００４】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）は、化学機械的平坦化とも呼ばれるが、表面の平坦化および金属相互接続パターンの規定を目的として行われる化学機械的研磨によって固体層を除去する方法を参照する。
【０００５】
デュアルダマシンは、ダマシンプロセスの改良バージョンであり、このダマシン法は、金属エッチングの代わりにＣＭＰプロセスを用いて金属相互接続の幾何学的な形状を形成するために使用される。デュアルダマシンでは、２つの層間絶縁膜のパターニングステップと１つのＣＭＰステップとがパターンを形成するが、別な方法で、従来のダマシンプロセスを用いると２つのパターニングステップと２つの金属ＣＭＰステップとが要求される。
【０００６】
図１（ａ）から図１（ｄ）は、デュアルダマシン構造の配線を有する半導体装置を製造する通常の方法を説明する図である。
【０００７】
図１（ａ）に示された半導体を製造する第１の通常方法では、第１のシリコン窒化（Ｓｉ３Ｎ４）膜３、第１のシリコン酸化膜４、第２のシリコン窒化（Ｓｉ３Ｎ４）膜５および第２のシリコン酸化膜６が、第１の配線層１が埋め込まれる層絶縁膜２の上に連続的に形成される。第１の配線層は基板上に形成されるが、図面には簡潔さのために図示されていない。
【０００８】
次に、図１（ｂ）に示されるように、ビアホール８を空けるための異方性ドライエッチングは、マスクとして第１のフォトレジスト７を用いて行われる。このエッチングは、第１の窒化膜３がビアホール８の内部において露出するまで行われる。ビアホール８はまた、コンタクトホールと呼ばれる。第１の窒化膜３は、図１（ｂ）に示されるように、このエッチングプロセスでのエッチングストッパー膜として機能する。
【０００９】
ビアホール８をあけるためのエッチングが終了すると、第１のフォトレジスト７は第２のシリコン酸化膜６の上から除去される。必要に応じて、図１（ｃ）に示されるように、配線スロット１０に対応する開口部分を有する第２のフォトレジスト９が、その場所に形成される。
【００１０】
次に、配線スロット１０を空けるための異方性ドライエッチングは、第２のフォトレジスト９をマスクとして使用して行われる。このエッチングは、シリコン酸化膜がシリコン窒化膜に対する大きな選択比で除去され得る状況下で行われる。この時点で、第１のシリコン窒化膜３および第２の窒化膜５は、供にエッチングストッパー膜として用いられる。次に、配線スロット１０の底面において露出された第２のシリコン窒化膜５と、ビアホール８の底面において露出された第１のシリコン窒化膜３とを除去する目的としたエッチングが行われる。このプロセスが適切になされると、図１（ｄ）に示されるように、第１の配線層１の表面を露出するビアホール８と、ビアホール８につながる配線スロット１０とが形成される。
【００１１】
最近の世代（サブ０．２５マイクロメートル技術およびさらに細かい技術の）半導体では、遠紫外リソグラフィ技術が、ゲートおよびビアホールの微細構造をパターン化するために用いられる。反射防止膜（ＡＲＣ）は、広く、ポリシリコンとフォトレジストとの間に適用され、所望されない反射を軽減する。
【００１２】
従来技術のプロセスでは、ビアホールのレジストパターンを形成する方法は、図２（ａ）および図２（ｂ）で示されるように、有機または無機ＡＲＣ膜１１を適用することを含む。ＡＲＣは、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）またはポリカーボネートといった有機ポリマーであり得る。ＡＲＣはまた、ＳｉＯＮまたはＴａ２Ｏ５といった無機材料であり得る。これは、プロセスを簡素化するが、ビアホールの側壁に付着している反射防止膜は、ビアホールの周りの層絶縁膜をエッチングするときマスクになり、またビアホールの周りにフェンス構造を有する層絶縁膜の残留物１２が生じる。図３は、ビアホールの周りのフェンスを示す。フェンス構造を有する膜残留物のそのような層は、配線層の抵抗値にバリエーションを与える。
【００１３】
この前に記載したプロセスを用いる場合、エッチングバックプロセスにおいて反射防止膜１１の深さを制御することは困難である。このエッチングバックプロセスが酸素プラズマにおいて行われるとき、エッチングの速度は、エッチング速度の平面分布が不均一であることが原因で、非常に速くなる。さらに、この方法で酸素プラズマを用いてエッチングすると、ドライエッチング装置の反応チャンバーの壁面に付着する材料が、酸素プラズマへの露出が原因で剥がれる。この残骸は、半導体または装置基板に付着する粒子となり、これにより、欠陥形成といった汚染問題を引き起こす。このような問題は、特別なドライエッチング装置においてエッチバックプロセスを行うことによって少なくとも部分的に避けされ得るが、半導体の製造プロセスは、それによって非常に複雑になり、よって製造費用を増加させる。
【００１４】
示されてきたように、従来の半導体プロセッシングは、ビアホールの周りにフェンス構造を形成し、配線層に不利な抵抗バリエーションを起こす。さらに、従来の半導体プロセッシングは、汚染問題および関連した欠陥の過形成を引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、本発明の課題は、デュアルダマシン工程の配線層を安定して製造し、さらに下層配線層を損傷させることのない製造プロセスを達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、一部で、ＢＡＲＣの有機層の最上部に溶媒処理することを受ける有機／無機二重層ＢＡＲＣを利用して、従来技術に関わるフェンシング問題を解決する。
【００１７】
本発明は、一部で、配線層が埋め込まれている層絶縁膜上に第１のストッパー膜を形成する半導体装置を製造する方法に関し、第１の誘電膜を第１のストッパー膜上に形成し、第２のストッパー膜を第１の誘電膜上に形成し、第２の誘電膜を第２のストッパー膜上に形成し、第２の誘電膜から第１のストッパー膜までビアホールを形成し、無機ＢＡＲＣを第２の誘電膜上に形成し、有機ＢＡＲＣを無機ＢＡＲＣ上に形成し、無機ＢＡＲＣは、ビアホールの内側の表面を覆い、そして、有機ＢＡＲＣは溶媒を用いて処理される。
【００１８】
本発明は、一部で、希硫酸溶液、僅かにアルカリ性の溶液、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコール、モノエチルエーテルアセテート、シクロヘキサンおよびγ‐ブチロラクトンから選択された少なくとも１つの溶媒を用いた溶媒処理に関する。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、一部で、有機ＢＡＲＣはＰＭＭＡを備え得、無機ＢＡＲＣは窒化シリコンまたは酸窒化シリコンを備える。配線層は、アルミニウム、銅またはアルミニウム−銅合金のうち少なくとも１つを備え得る。第１の誘電体と第２の誘電体とは、二酸化シリコンを備え得る。第２のストッパー膜は、窒化シリコンまたはｌｏｗ−ｋ材料を備え得る。
【００２０】
（項目１）
半導体装置を製造する方法であって、
配線層が埋め込まれている層絶縁膜を提供することと、
該層絶縁膜上に第１のストッパー膜を形成することと、
該第１のストッパー膜上に第１の誘電膜を形成することと、
該第１の誘電膜上に第２のストッパー膜を形成することと、
該第２のストッパー膜上に第２の誘電膜を形成することと、
該第２の誘電膜上に無機ＢＡＲＣ膜を形成することと、
該無機ＢＡＲＣ膜から該第１のストッパー膜までビアホールを形成することと、
該ビアホールの内部表面を覆う該無機ＢＡＲＣ上に有機ＢＡＲＣを形成することと、
該有機ＢＡＲＣを溶媒を用いて処理することと
を包含する方法。
【００２１】
（項目２）
上記溶媒は、希硫酸溶液、僅かにアルカリ性の溶液、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコール、モノエチルエーテルアセテート、シクロヘキサンおよびγ‐ブチロラクトンから成るグループから選択された少なくとも１つの溶媒である、項目１に記載の方法。
【００２２】
（項目３）
上記有機ＢＡＲＣは、ＰＭＭＡを備えた、項目１に記載の方法。
【００２３】
（項目４）
上記無機ＢＡＲＣは、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンを備えた、項目１に記載の方法。
【００２４】
（項目５）
上記配線層は、アルミニウム、銅またはアルミニウム‐銅合金のうち少なくとも１つを備えた、項目１に記載の方法。
【００２５】
（項目６）
上記第１の誘電体および上記第２の誘電体は、二酸化シリコンを備えた、項目１に記載の方法。
【００２６】
（項目７）
上記第１のストッパー膜および上記第２のストッパー膜は、窒化シリコンを備えた、項目１に記載の方法。
（摘要）
半導体装置は、ビアホール周囲のフェンス形成を最小化するＢＡＲＣ（底部反射防止膜）を用いて形成される。ＢＡＲＣは、無機反射防止層上の有機反射防止層から形成される。有機反射防止層はまた、ビアホールの内部表面を覆う。希水性または有機溶媒を用いたその後の処理によって、有機反射防止層は薄くなり、かつ、ビアホールの底面に有機材料が埋め込まれる。その結果生成された半導体は、従来技術を特徴付けるビアホールのフェンス形成から免れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
前記の一般的な説明および以下の詳細な説明は、例示的かつ説明的なものであり、請求通りに本発明の説明をさらに提供するよう意図されるものであることを理解されたい。
【００２８】
添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれる。図面は、本発明の実施形態を説明し、本発明の実施形態の原理を説明するために提供される。
【００２９】
本発明の利点は、これ以降で与えられる詳細な説明からより明白になる。しかしながら、詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、説明するためだけに与えられたものであって、本発明の精神および範囲内で種々の変更および修正が、この詳細な説明から当業者にとって明白になることを理解されたい。
【００３０】
図４（ａ）から図４（ｄ）は、本発明の好ましい実施形態に従った半導体装置を製造する方法を説明する図面である。
【００３１】
図４（ａ）に示された半導体を製造するための好ましい実施形態では、第１のストッパー膜１０３、第１のシリコン酸化膜１０４、第２のストッパー膜１０５および第２のシリコン酸化膜１０６および無機ＢＡＲＣ層１１２は、配線層１０１が埋め込まれている層絶縁膜１０２上に連続的に形成される。配線層１０１は、銅、アルミニウムまたはアルミニウム‐銅合金を備え得る。第１の配線層は基板上に形成されるが、簡潔さのために図示されていない。ストッパー膜１０３、１０５は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）または酸窒化シリコンを備え得るが、これら材料に限られない。配線層１０１はアルミニウムまたは銅を備え得るが、好ましくは銅である。
【００３２】
次に、図４（ｂ）に示されるように、ビアホール１０８をあけるための異方性ドライエッチングが、第１のフォトレジスト１０７をマスクとして用いて行われる。このエッチングは、第１のストッパー膜１０３がビアホール１０８の内部で露出されるまで行われる。第１のストッパー膜１０３は、このエッチングプロセスにおいてエッチングのプロセスを停止させる。
【００３３】
ビアホール１０８を空けるためのエッチングが終了すると、第１のフォトレジスト１０７は第２のシリコン酸化膜１０６上から除去される。必要に応じて、配線スロットに対応する開口部分を有する第２のフォトレジストが形成される（図示せず）。
【００３４】
図４（ｃ）は、半導体装置へのＢＡＲＣ（底部反射防止膜）の供給を示す。無機ＢＡＲＣ層１１２の上に有機ＢＡＲＣ層１１４が形成される。
【００３５】
有機ＢＡＲＣ層１１４は、たとえばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）が含まれるがこれに限定されない高分子材料を備え得る。ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）は、高分子膜１１４に使用され得るが、いかなる高分子材料、または放射線に曝されることによって分解する混合物が用いられ得る。これら高分子材料は、ポリカーボネート、ポリイソブチレン、ポリ‐α‐メチルスチレン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリメタクリルアミド、ポリ塩化ビニリデン、セルロース、セルロースポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンまたは一般的にビニリデン型モノマー高分子および共重合体（コポリマー）を含む。
【００３６】
有機ＢＡＲＣ層１１４は、ビアホール１０８の内部表面全体をコーティングし、後に続くプロセッシングのための保護皮膜を形成する。
【００３７】
有機ＢＡＲＣ層１１４は、たとえば回転塗布といった適切な方法によって供給され得る。ビアホール１０８は、第２のストッパー膜１０５において、またはそれ以下において、約４０００Å以下の深さまでの水準まで、有機ＢＡＲＣ層１１４で埋められる。
【００３８】
回転塗布は通常、４つのステップで行われる。第１のステップは、施すステップであり、ここで材料がウエーハ上に施されるが、ウエーハは静止しているか、もしくは非常に低速で回転している。第２のステップは、スピンアップであり、ここでウエーハは急速に加速され毎分回転数を高めて、材料をウエーハ表面全体に拡散させる。第３のステップは、スピンオフであり、ここで余分な材料は振り落とされ、ウエーハ上に均一な皮膜を得る。第４のステップは溶媒蒸発であり、ここでウエーハは一定の毎分回転数で、溶媒が蒸発するまで回転を継続する。低速回転は、たったの１００ｒｐｍ〜２００ｒｐｍであり得るが、通常の最終回転速度は、４０００ｒｐｍまでなり得る。
【００３９】
次に、図４（ｄ）に示されるように、第２のストッパー層１０５の上のビアホールの壁面に付着した有機ＢＡＲＣ層１１４は、溶媒を供給することによって除去される。溶媒は、希硫酸溶液、または代わりに僅かにアルカリ性の溶液であり得る。溶媒はまた、たとえばＥＧＭＥＡ（エチレングリコール  モノメチルエーテル  アセテート）、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコール  モノエチルエーテル  アセテート）、シクロヘキサン、γ‐ブチロラクトンまたは他の適切な溶媒といった有機溶媒であり得る。ウエーハは、溶媒が有機ＢＡＲＣ層１１４に供給される間、回転され得る。溶媒は、前述の回転塗布方法を用いて供給され得る。溶媒はスプレーすることによって供給され得る。
【００４０】
図４（ｅ）は、溶媒処理後の結果を示す。観察可能なフェンシング現象を有さないビアホール１０８が形成される。無機ＢＡＲＣ層１１２上の有機ＢＡＲＣ層１１４は、溶媒処理によって薄くされている。ビアホール１０８は、第２のストッパー膜１０５において、またはそれ以下において、約４０００Ａまたはそれ以下の深さまでの水準まで、有機ＢＡＲＣ層１１４で埋められる。
【００４１】
有機ＢＡＲＣは、２つの利点を有する。一つは、底部反射防止膜であり、他の一つは、配線スロットエッチングの間の第１のストッパー膜への保護皮膜である。
【００４２】
前述の実施形態および利点は、単に例示的なものであり、本発明を制限するものと解釈されない。本教示は、他タイプの装置にも容易に適用され得る。本発明の記載は説明的であることを意図しており、請求項の範囲を制限するものとは意図されていない。多くの代案、修正および変更が、当業者にとって明白である。前述の説明およびここで示された特定の実施形態は、単に本発明の最良の形態およびその原理を説明するだけのものであると理解され、よって、添付の請求項の範囲によってのみ制限されるものと理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１ａ】従来技術に従った半導体装置を製造する方法を示す。
【図１ｂ】従来技術に従った半導体装置のビアホールを形成するステップを示す。
【図１ｃ】従来技術に従った半導体装置の配線スロット構造を形成するステップを示す。
【図１ｄ】従来技術に従った半導体装置の配線スロットをエッチングするステップを示す。
【図２ａ】従来技術に従った半導体装置のＡＲＣ（反射防止膜）上のビアフォト層の形成を示す。
【図２ａ−１】スロットフォトを配線する前に、ＢＡＲＣ（ボトム反射防止膜）を形成するステップが用いられることを示す。
【図２ｂ】従来技術に従った半導体装置のフォトレジスト層およびＡＲＣのエッチングを示す。
【図３】従来技術に従った半導体装置のビアホール周囲のフェンシング構造の不利な形成を示す。
【図４ａ】本発明の好ましい実施形態に従った半導体装置を製造する方法を示す。
【図４ｂ】本発明の好ましい実施形態に従った半導体装置のビアホールを形成するステップを示す。
【図４ｃ】従来プロセスの好ましい実施形態に従ったＢＡＲＣ（ボトム反射防止膜）を形成するステップを示す。
【図４ｄ】本発明の好ましい実施形態に従ったＢＡＲＣを溶媒処理するステップを示す。
【図４ｅ】本発明の好ましい実施形態に従った溶媒処理された後の半導体装置を示す。
【符号の説明】
【００４４】
１０１  配線層
１０２  層絶縁膜
１０３、１０５  ストッパー膜
１０４、１０６  シリコン酸化膜
１０７  第１のフォトレジスト
１０８  ビアホール
１１２  無機ＢＡＲＣ層
１１４  有機ＢＡＲＣ層
【図１ａ】
2005328065.tif 000003
【図１ｂ】
2005328065.tif 000004
【図１ｃ】
2005328065.tif 000005
【図１ｄ】
2005328065.tif 000006
【図２ａ】
2005328065.tif 000007
【図２ａ−１】
2005328065.tif 000008
【図２ｂ】
2005328065.tif 000009
【図３】
2005328065.tif 000010
【図４ａ】
2005328065.tif 000011
【図４ｂ】
2005328065.tif 000012
【図４ｃ】
2005328065.tif 000013
【図４ｄ】
2005328065.tif 000014
【図４ｅ】
2005328065.tif 000015