(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デュアル・ダマシン構造を製作する方法であって、
半導体基板上の層間誘電体層上に第１のポジ型フォトレジスト層を形成するステップであって、前記第１のポジ型フォトレジスト層は、第１波長の光に反応する、ステップと、
前記第１のポジ型フォトレジスト層の上に、不透明層を形成するステップと、
前記不透明層の上に、第２のポジ型フォトレジスト層を形成するステップであって、前記第２のポジ型フォトレジスト層は第２波長の光に反応する、ステップと、
前記第２のポジ型フォトレジスト層をライン−スペース・パターンを含む前記第２波長の光で露光するステップと、
前記不透明層を一括露光することにより、前記不透明層を透明にするステップと、
前記第１のポジ型フォトレジスト層をビア・パターンを含む前記第１波長の光で露光するステップと、
前記第２のポジ型フォトレジスト層及び前記第１のポジ型フォトレジスト層を現像して前記第２のポジ型フォトレジスト層及び前記第１のポジ型フォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記多段構造を前記層間誘電体層内に転写するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
デュアル・ダマシン構造を製作する方法であって、
半導体基板上の層間誘電体層上に第１のネガ型フォトレジスト層を形成するステップであって、前記第１のネガ型フォトレジスト層は、第１波長の光に反応する、ステップと、
前記第１のネガ型フォトレジスト層の上に、不透明層を形成するステップと、
前記不透明層の上に、第２のネガ型フォトレジスト層を形成するステップであって、前記第２のネガ型フォトレジスト層は第２波長の光に反応する、ステップと、
前記第２のネガ型フォトレジスト層をライン−スペース・パターンを含む前記第２波長の光で露光するステップと、
前記不透明層を一括露光することにより、前記不透明層を透明にするステップと、
前記第１のネガ型フォトレジスト層をビア・パターンを含む前記第１波長の光で露光するステップと、
前記第２のネガ型フォトレジスト層及び前記第１のネガ型フォトレジスト層を現像して前記第２のネガ型フォトレジスト層及び前記第１のネガ型フォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む、方法。
【請求項４】
前記多段構造を前記層間誘電体層内に転写するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
デュアル・ダマシン構造を製作する方法であって、
半導体基板上の層間誘電体層上に第１のポジ型フォトレジスト層を形成するステップと、
前記第１のポジ型フォトレジスト層の上に、不透明層を形成するステップと、
前記不透明層の上に、第２のポジ型フォトレジスト層を形成するステップであって、前記第１のポジ型フォトレジスト層及び前記第２のポジ型フォトレジスト層は同一波長の光に反応し、前記第１のポジ型フォトレジスト層を完全に現像するのに必要な露光量が、前記第２のポジ型フォトレジスト層よりも多い、ステップと、
前記第２のポジ型フォトレジスト層を透明度が異なる複数の領域を有するレチクルを通して露光するステップと、
前記不透明層を一括露光することにより、前記不透明層を透明にするステップと、
前記第１のポジ型フォトレジスト層を前記レチクルを通して露光するステップと、
前記第２のポジ型フォトレジスト層及び前記第１のポジ型フォトレジスト層を現像して前記第２のポジ型フォトレジスト層及び前記第１のポジ型フォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む、方法。
【請求項６】
前記多段構造を前記層間誘電体層内に転写するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記レチクルは、ライン−スペース・パターンを規定する不透明な領域及びビア・パターンを規定する半透明な領域を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のポジ型フォトレジスト層を前記ライン−スペース・パターンを通して露光し、前記第１のポジ型フォトレジスト層を前記ビア・パターンを通して露光する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
デュアル・ダマシン構造を製作する方法であって、
半導体基板上の層間誘電体層上に第１のネガ型フォトレジスト層を形成するステップと、
前記第１のネガ型フォトレジスト層の上に、不透明層を形成するステップと、
前記不透明層の上に、第２のネガ型フォトレジスト層を形成するステップであって、前記第１のネガ型フォトレジスト層及び前記第２のネガ型フォトレジスト層は同一波長の光に反応し、前記第１のネガ型フォトレジスト層を完全に現像するのに必要な露光量が、前記第２のネガ型フォトレジスト層よりも少ない、ステップと、
前記第２のネガ型フォトレジスト層を透明度が異なる複数の領域を有するレチクルを通して露光するステップと、
前記不透明層を一括露光することにより、前記不透明層を透明にするステップと、
前記第１のネガ型フォトレジスト層を前記レチクルを通して露光するステップと、
前記第２のネガ型フォトレジスト層及び前記第１のネガ型フォトレジスト層を現像して前記第２のネガ型フォトレジスト層及び前記第１のネガ型フォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む、方法。
【請求項１０】
前記多段構造を前記層間誘電体層内に転写するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記レチクルは、ライン−スペース・パターンを規定する不透明な領域及びビア・パターンを規定する半透明な領域を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
請前記第２のネガ型フォトレジスト層を前記ライン−スペース・パターンを通して露光し、前記第１のネガ型フォトレジスト層を前記ビア・パターンを通して露光する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）または極超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）の製作に関し、より詳細には、多層フォトレジスト・スタックと多レベル露光を合わせて用いるデュアル・ダマシン構造の製作に関する。
【背景技術】
【０００２】
超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）または極超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）の製作は、半導体チップ内の個々のデバイスを相互に接続する金属配線を利用することに関わるものである。このような回路の配線相互接続網は、チップ全体にわたる距離を横切るライン・フィーチャおよび異なる層内のラインを互いに接続するビア・フィーチャという２つのフィーチャを含む。従来、いずれの層も、無機ガラス様二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、あるいはプラズマ増強化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって被着させたフッ素化シリカ被膜でできている。
【０００３】
このような微細スケールで配線網を生成する一方法は、図１〜図７に概略的に示すデュアル・ダマシン（ＤＤ）工程として知られている。標準のＤＤ工程では、図１に示すように、基板１−１００上に、ビア・レベル誘電体１−１１０およびライン・レベル誘電体１−１２０の２つの層として示す層間誘電体（ＩＬＤ）を形成する。これら２つの誘電体層１−１１０、１−１２０は、工程の流れの説明をわかりやすくするために別々に示す。これら２つの誘電体層は、同じ絶縁被膜または異なる絶縁被膜で作製することができ、前者の場合には、単一モノリシック層として塗布し得る。当技術分野でよく知られているように、任意選択で、エッチングの選択性を助長するためにハード・マスク層１−１３０を採用し、研磨停止部として機能させることができる。
【０００４】
図２および図４に示すように、デュアル・ダマシン工程では、ライン１−１５０およびビア１−１７０の位置は、フォトレジスト層１−１４０内でリソグラフィにより画定することができ、反応性イオン・エッチング工程を利用してハード・マスク１−１３０およびＩＬＤ層１−１１０、１−１２０内に転写される。図１〜図７に示す工程のシーケンスは、「ライン・ファースト（ｌｉｎｅ−ｆｉｒｓｔ）」手法として知られている。というのは、図３に示すように、ライン・フィーチャを収容するトレンチ１−１６０を最初にエッチングするからである。図４を参照すると、トレンチを形成した後で、リソグラフィを利用して、フォトレジスト層１−１４０内に、ビア開口１−１８０を生成するために誘電体層１−１１０、１−１２０内に形成されるビア・パターン１−１７０が画定される。
【０００５】
図５に、フォトレジスト層１−１４０を除去した後のデュアル・ダマシン・ビア構造１−１９０およびトレンチ構造１−１９１を示す。これらの構造１−１９０、１−１９１には、導体金属のラインおよびビアを保護し、この導体とＩＬＤの間の粘着層として働く導電ライナ材料または導電ライナ材料スタック１−２００を被覆する。次いで、パターン化した基板の表面全体にわたって陥凹部に導電充填物材料１−２１０を充填する。この充填物１−２１０は、電気メッキによる銅によって実現し得るが、化学気相成長法（ＣＶＤ）などの他の方法、ならびにＡｌまたはＡｕなどの他の材料も使用し得る。次いで、図６に示すように、充填物１−２１０およびライナ材料１−２００に化学機械研磨（ＣＭＰ）を施して、ハード・マスク１−１３０の表面と同一平面にする。
【０００６】
図７に示すように、金属充填物１−２１０の上に、キャップ材料またはブランケット被膜１−２２０を被着させて、露出した金属充填物表面１−２１０を不動態化し、かつ、金属充填物１−２１０と、被膜１−２２０の上に被着させる任意の追加のＩＬＤ層との間の拡散障壁として働かせる。ＰＥＣＶＤによって被着させる窒化シリコン、炭化シリコン、および炭窒化シリコンの被膜は一般に、キャップ材料１−２２０として用いられる。このデバイス上の相互接続部の各レベルごとに、この工程のシーケンスを繰り返す。２つの相互接続フィーチャを画定して、１回の研磨ステップで絶縁体内に導体インレーを形成するので、図１〜図７の工程をデュアル・ダマシン工程と呼ぶ。
【０００７】
デュアル・ダマシン構造用の上記の製造方法は一般に、最低２回のリソグラフィ露光ステップおよび２回の反応性イオン・エッチング・ステップ、ならびに図１〜図７に示すものなどの被着ステップを必要とする。典型的には、２つのリソグラフィ・ステップを必要とする。各リソグラフィ・ステップごとに、反射防止被覆、ハード・マスク・スタック、および誘電体材料自体を開口させるのに必要とされるいくつかの反応性イオン・エッチング・ステップを行うことがある。
【０００８】
図８に、単一階調フォトレジスト内に多段構造を生成するための多透明度レチクルを使用する従来方法を示す。図８に示すように、それぞれ０％、３０％、１００％の３種類の別個の透明度領域を有する３種類の材料２−９２、２−９４、２−９６を含むレチクル２−９０に１回の露光２−９８を露光して空間像２−１００を生成し、それによって、現像後、フォトレジスト２−１０２内に、３種類の別個の厚さ２−１０４、２−１０６、２−１０８を有する多段構造が残る。この工程では、階調型レジストにおいて被覆−露光−現像のシーケンスを用いる。階調型レジストの厚さ−ドーズ・コントラスト曲線は一般に直線である。そのため、レチクル製作に、必要以上の工程許容範囲をもたせることが課される。
【０００９】
図９〜図１１に、多層レジスト構造を使用して基板内に多段構造を生成する従来の方法を示す。図９に示すように、先に現像したレジスト３−７１の上にレジスト３−８１を被覆し、次いで、マスク３−８３を通して光３−８２を露光する。図１０に示すように、レジスト３−７１、３−８１を現像して、基板３−５１上にパターン化すべき材料３−５２を有する多段構造３−１６２を形成する。図１１では、当技術分野で周知の工程に従って、多段構造３−１６２を材料３−５２内に転写して、元の多段構造３−１６２に等しい最終構造３−１６３を生成する。この工程では、２種類のレジストを使用して、被覆−露光−現像−被覆−露光−現像のシーケンスを用いる。この工程は、互いに独立している第１レジスト層３−７１および第２レジスト層３−８１を必要とし、第２レジスト層３−８１は、第１レジスト層３−７１内に先に画像化したパターンの底部のところまで現像が完全に行われるように、優れたレジスト・コントラストおよび溶解特性を有するものとする。この工程は、２種類のマスクを投影して、レジストが順に被覆され、露光され、現像されることを必要とする。この場合、１回のエッチング・ステップだけ処理が減るが、再加工の複雑さが追加される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、多透明度レクチルおよび多層フォトレジストを用いる高効率で高精度なデュアル・ダマシン構造の製法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書で説明する本発明の実施形態の例は概ね、ＮレベルのレチクルおよびＮレベルのフォトレジスト・スタックを使用して多段構造を製作する方法、より詳細には、ＮレベルのレチクルおよびＮレベルのフォトレジスト・スタックを使用してデュアル・ダマシン構造を製作する方法を含む。
【００１２】
本発明の態様によれば、デュアル・ダマシン構造を製作する方法が提供される。この方法は、半導体基板上に形成された複数のフォトレジスト層を備えるフォトレジスト・スタックを提供するステップを含む。各フォトレジスト層は、別個のドーズ・クリア値を有する。この方法はさらに、前記フォトレジスト・スタックを第１の所定のパターンの光で露光するステップと、前記フォトレジスト層を現像して、フォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む。
【００１３】
本発明の別の態様では、この方法はさらに、この多段構造を半導体基板の層間誘電体層内に転写するステップを含む。
【００１４】
本発明の別の態様では、このフォトレジスト・スタックはさらに、上部反射防止層および下部反射防止層を備える。
【００１５】
本発明の別の態様では、前記フォトレジスト層の各々は、１つの同一波長の光に反応し、前記フォトレジスト層の各々は、異なる別個のドーズ・クリア値を有し、前記第１の所定のパターンの光は、前記同一波長の光を含む。
【００１６】
本発明の別の態様では、第１の所定のパターンの光は、ライン−スペース・パターンおよびビア・パターンを有する像を含む。
【００１７】
本発明の別の態様では、この方法はさらに、複数の別個の透明度領域を有するレチクルを提供するステップを含む。前記フォトレジスト・スタックを露光するステップは、前記レチクルを通して光を通過させて、前記第１の所定のパターンの光を生成するステップを含む。
【００１８】
本発明の別の態様では、このレチクルは、光学的近接効果補正パターン、アシスト・フィーチャ、および位相シフト・パターンのうち１つまたは複数を含む。
【００１９】
本発明の別の態様では、フォトレジスト層は互いに独立している。
【００２０】
本発明の別の態様では、これらのフォトレジスト層はポジ型レジストであり、各フォトレジスト層の露光ドーズ閾値は、上部フォトレジスト層から下部フォトレジスト層まで単調増加し、上部フォトレジスト層は光源に最も近い。
【００２１】
本発明の別の態様では、これらのフォトレジスト層はネガ型レジストであり、各フォトレジスト層の露光ドーズ閾値は、上部フォトレジスト層から下部フォトレジスト層まで単調減少し、上部フォトレジスト層は光源に最も近い。
【００２２】
本発明の別の態様では、前記フォトレジスト層の各々は、異なる波長の光に反応する。この方法はさらに、前記フォトレジスト・スタックを複数の所定のパターンの光で露光するステップを含み、各パターンの光は、前記異なる波長の光の中の１つの光を含む。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、デュアル・ダマシン構造を製作するシステムが提供される。このシステムは、半導体基板上に形成された複数のフォトレジスト層を含むフォトレジスト・スタックを備える。各フォトレジスト層は、別個のドーズ・クリア値を有する。このシステムはさらに、複数の別個の透明度領域を有するレチクルを備える。光は、前記レチクルを通過して、前記フォトレジスト・スタックをライン−スペース・パターンおよびビア・パターンを有する所定のパターンの光で露光する。
【００２４】
本発明の別の態様によれば、デュアル・ダマシン構造を製作する方法が提供される。この方法は、半導体基板の上部に形成された第２フォトレジスト層の上部に第１フォトレジスト層を備えるフォトレジスト・スタックを提供するステップを含む。前記第１フォトレジスト層は第１波長の光に反応し、前記第２フォトレジスト層は第２波長の光に反応する。この方法はさらに、前記フォトレジスト・スタックを、前記第１波長を含む第１の所定のパターンの光で露光するステップと、前記フォトレジスト・スタックを、前記第２波長を含む第２の所定のパターンの光で露光するステップと、前記フォトレジスト層を現像してフォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む。
【００２５】
本発明の別の態様では、この方法はさらに、この多段構造を半導体基板の層間誘電体層内に転写するステップを含む。前記層間誘電体層は、前記第２フォトレジスト層の下にある。
【００２６】
本発明の別の態様では、第１および第２の所定のパターンの光は、ライン−スペース・パターンおよびビア・パターンを有する像を形成する。
【００２７】
本発明の別の態様では、この方法はさらに、前記第１フォトレジスト層と第２フォトレジスト層の間に不透明層を提供するステップと、前記第１の所定のパターンの光で前記露光を行った後で、前記不透明層に一括露光を施して、前記不透明層を透明にするステップとを含む。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、デュアル・ダマシン構造を製作する方法が提供される。この方法は、半導体基板の上部に形成された第２フォトレジスト層の上部に第１フォトレジスト層を備えるフォトレジスト・スタックを提供するステップを含む。前記第１および第２のフォトレジスト層は１つの同一波長の光に反応し、前記第１および第２のフォトレジスト層の各々は、異なる別個のドーズ・クリア値を有する。この方法はさらに、前記フォトレジスト・スタックを、前記波長の光を含む第１の所定のパターンの光で露光するステップと、前記フォトレジスト層を現像してフォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む。
【００２９】
本発明の別の態様では、この方法はさらに、この多段構造を半導体基板の層間誘電体層内に転写するステップを含む。前記層間誘電体層は、前記第２フォトレジスト層の下にある。
【００３０】
本発明の別の態様では、第１フォトレジスト層および前記第２フォトレジスト層は、実質的に異なる露光感度を有する。前記第１の所定のパターンの光を生成するために第１マスクが提供される。この方法はさらに、第２マスクを使用して前記第１の所定のパターンの光と実質的に異なる強度の第２の所定のパターンの光を生成して、前記フォトレジスト・スタックを前記第２の所定のパターンの光で露光するステップを含む。
【００３１】
本発明の別の態様では、第２フォトレジスト層は、ライン・レベルのレジストであり、この方法はさらに、前記露光の後で前記第２フォトレジスト層をブリーチング（ｂｌｅａｃｈｉｎｇ）させるステップを含む。
【００３２】
本発明の別の態様では、この方法はさらに、前記第１フォトレジスト層と第２フォトレジスト層の間に不透明層を提供するステップと、前記第１の所定のパターンの光で前記露光を行った後で、前記不透明層に一括露光を施して、前記不透明層を透明にするステップと、前記フォトレジスト・スタックを第２の所定のパターンの光で露光するステップとを含む。
【００３３】
本発明の別の態様では、この方法はさらに、不透明領域、半透明領域、および開放領域を有するレチクルを提供するステップを含む。光は前記レチクルを通過して、前記フォトレジスト・スタックは前記第１の所定のパターンの光で露光される。
【００３４】
本発明の別の態様では、フォトレジスト層はポジ型レジストであり、前記第２フォトレジスト層は、前記第１フォトレジスト層よりも大きな露光ドーズ閾値を有する。
【００３５】
本発明の別の態様では、フォトレジスト層はネガ型レジストであり、前記第２フォトレジスト層は、前記第１フォトレジスト層よりも小さな露光ドーズ閾値を有する。
【００３６】
本発明の別の態様では、第１の所定のパターンの光は、ライン−スペース・パターンおよびビア・パターンを有する像を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本明細書で説明する本発明の実施形態の例には概ね、ｎレベル・レチクルおよびｎレベル・レジスト被覆を使用してデュアル・ダマシンを生成する方法が含まれる。多数の実施形態が可能であるが、ここではその一部を詳細に説明する。わかりやすくするために、本明細書では、当業者には周知の実際の実施形態の特徴をすべて詳細に説明することはしない。
【００３８】
本発明の実施形態によれば、異なるリソグラフィ用フォトレジストの光学特性を利用する。典型的には、短波長用フォトレジストは、短波長および長波長のいずれにも透明であるが、長波長用フォトレジストは、短波長において吸収性を示す傾向がある。例えば、フェノール樹脂は、２４８ｎｍで比較的透明であり、１９３ｎｍで吸収性を示すが、ノルボレン（ｎｏｒｂｏｒｅｎｅ）系レジストは、２４８ｎｍおよび１９３ｎｍで透明性を示す傾向がある。フォトレジスト層として有用な多くの材料は、吸収のピークを調整可能である。一例は、アントラセン様の発色団であり、これは、ピーク吸光度を４００ｎｍ未満に調整し得る。アントラセンは、３６５ｎｍ領域において高い吸収性を示し、１９３ｎｍなどの短波長でも吸収性を示し得る。
【００３９】
本発明の別の実施形態では、異なるリソグラフィ用フォトレジストのドーズ・クリア値を利用する。ドーズ・クリア値は、フォトレジストを完全に現像するのに必要とされる露光量の尺度である。ドーズ・クリア応答が明瞭な材料は一般に、急峻な露光−現像曲線を有し、ドーズ・クリア値未満の露光に対して潜像を形成しない。レジストの感光度は、光酸濃度の差、塩基使用量の差、ポリマー構造の差、溶解機序の差、溶解阻害剤の量または有効性の差、およびネガ型レジストの場合には架橋剤濃度の差のうちの１つまたは複数によって変調することができる。
【００４０】
本発明の実施形態による多段レチクルは、デュアル・ダマシン構造におけるライン−スペース・パターンおよびビア・パターンに等しい空間像を投影することができる。このような多段レチクルは、当技術分野で知られているように、光学的近接効果補正パターン、アシスト・フィーチャ、および位相シフト・パターンの１つまたは複数を含む。
【００４１】
図１２〜図１６は、本発明の実施形態の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。より具体的には、図１２〜図１６に示すフォトリソグラフィ工程は、２種類の被覆、２回の露光、および単一現像シーケンスを用い、それによって、図９〜図１１に示すフォトリソグラフィ工程よりも１ステップだけ処理を少なくする。図１２〜図１６に示す工程では、連続階調コントラスト曲線ではなく、別個のドーズ・クリア値を有する多層フォトレジスト・スタックを使用することによって、図８に示すものよりも工程許容範囲が改善される。見やすいように、図１２〜図１６には、混合および潜像プロフィールの強調などの適合性の問題に利用し得る任意選択の中間層は示さない。
【００４２】
次に図１２を参照すると、層間誘電体（ＩＬＤ）４−１１０と、第１波長の光に反応する第１フォトレジスト４−１２０および第２波長の光に反応する第２フォトレジスト４−１３０を含むフォトレジスト・スタックとを被覆した基板４−１００を備える半導体デバイス４−９９が示されている。本発明の一実施形態では、第１フォトレジスト４−１２０は２４８ｎｍ用のレジストであり、第２フォトレジスト４−１３０は１９３ｎｍ用のレジストである。これらの波長感光度は例であり、本発明の実施形態の範囲には、他の波長感光度のフォトレジストも含まれる。
【００４３】
次に図１３を参照すると、第２波長の光を使用して投影像４−１４０をデバイス４−９９に露光する。この光は、第２フォトレジスト４−１３０に投影されるが、比較的薄い層内の第１フォトレジスト４−１２０によって吸収される。第２フォトレジスト４−１３０が１９３ｎｍ用のレジストである実施形態では、この光の波長は１９３ｎｍになる。次に図１４を参照すると、第１波長の第２投影光パターン４−１５０は、第２フォトレジスト４−１３０の露光部分を貫通して第１フォトレジスト４−１２０内に入ることができ、それによって、第１フォトレジスト４−１２０内で類似の潜像が得られる。第１フォトレジスト４−１２０が２４８ｎｍ用のレジストである実施形態では、この光の波長は２４８ｎｍになる。
【００４４】
露光後ベークを短時間実施した後で、投影光の潜像が化学反応して、図１５で示すように、第１フォトレジスト層４−１２０および第２フォトレジスト層４−１３０内の領域４−１９０が現像液に対して可溶性になる。次いで、単一ステップで、２つのフォトレジスト層４−１２０、４−１３０を従来型の現像液中で現像して、図１６に示すように、レジスト内にデュアル・ダマシン・パターン４−２００を形成することができる。本発明の一実施形態による典型的な現像液は、０．２６Ｍの水性塩基現像液であるが、当技術分野で周知の他の現像液も使用し得る。次いで、周知の方法を利用して、得られたパターン４−２００を、下にある層間誘電体４−１１０または（図示しない）多レベル構造を必要とする他の用途の他の材料内に転写することができる。任意選択で、フォトレジスト４−１２０、４−１３０が標準の誘電体の要件を満足する場合、このデュアル・ダマシン像が最終構造になる。
【００４５】
図１７〜図２０は、本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。より具体的には、図１７〜図２０に示すフォトリソグラフィ工程は、２種類の被覆、１回の露光、および単一現像シーケンスを用いる２層スタックを使用する。この場合も、図１７〜図２０に示す工程では、図８に示す工程で用いる階調型の結像よりも工程許容範囲が改善され、図９〜図１１に示すフォトリソグラフィ工程よりも工程のステップが２つ少ない。
【００４６】
図１７を参照すると、半導体デバイス５−９９は基板５−１００を含み、その上にＩＬＤ  ５−１１０が被着され、さらに、第１フォトレジスト５−１２０および第２フォトレジスト５−１３０を含むフォトレジスト・スタックで被覆される。フォトレジスト５−１２０および５−１３０は、同じ波長に反応するが、異なる別個のドーズ・クリア値を有する。レチクル５−１４０は、図１８に示すように、不透明な領域５−１６０、半透明な領域５−１７０、および開放領域５−１５０からなる。光がレチクルを通して投影されると、強度プロフィール５−１８０が観察される。このプロフィールは、２層レジスト・スタックである第１および第２のフォトレジスト５−１２０、５−１３０内に投影されて、図１９に示す現像可能なレジストの領域５−１９０が生成される。領域５−１９０は、現像を行うために露光後ベークを必要とすることがある。現像後、図２０に示すように、デュアル・ダマシン・パターン５−２００が形成される。次いで、この場合も、周知の方法を利用して、このパターン５−２００を下にあるＩＬＤ  ５−１１０内に転写し得る。任意選択で、レジスト５−１２０、５−１３０を誘電体層として使用し得る場合には、このデュアル・ダマシン・パターン５−２００が最終構造になる。
【００４７】
２つのレベルについて示す図１７〜図２０を参照して説明した方法は、Ｎレベルのパターン化に拡張し得る。図２１および図２２は、本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。より具体的には、図２１および図２２に示すフォトリソグラフィ工程は、Ｎ種類の被覆、１回の露光、および単一現像シーケンスを用いるＮレベルの結像工程である。
【００４８】
図２１に、ＩＬＤ  ６−１１０上に被覆されたＮ層フォトレジスト・スタック６−１２０および基板６−１００を備える半導体デバイス６−９９を示す。スタック６−１２０内の各層は、同じ波長に反応するが、異なる別個のドーズ・クリア値を有する。さらに、ｋ＝１、．．．、Ｎで参照されるスタック６−１２０内の各層は、その上下の層と独立しているものとすべきである。例えば、図２１では、フォトレジスト層ｋ＝１は、その上に被覆されたフォトレジスト層ｋ＝２と独立しており、下の誘電体６−１１０または基板６−１００とも独立している。同様に、図２１では、フォトレジスト・スタック６−１２０内の（ｉ）番目の層は、その上に被覆された（ｉ＋１）番目の層と独立しており、下に被覆された（ｉ−１）番目のレジスト層とも独立している。フォトレジスト・スタック６−１２０内の（ｉ−１）番目の層と（ｉ＋１）番目の層の間の混合性は、多層半導体デバイス６−９９の構築の妨げにならない。
【００４９】
図２２に示すように、複数の別個の透明度領域を有する多段レチクル６−１４０を使用して、フォトレジスト・スタック６−１２０上に多段空間像プロフィール６−１８０を投影することができる。デュアル・ダマシン・パターン６−２００は、図に示すように、現像によって形成し得る。この場合も、このパターン６−２００は、下にあるＩＬＤ  ６−１１０内に転写し得る。任意選択で、フォトレジスト・スタック６−１２０が標準誘電体の要件を満足する場合には、このデュアル・ダマシン・パターン６−２００が最終構造になる。
【００５０】
図２１および図２２で表す実施形態では、ポジ型レジスト系を使用する実施形態を仮定している。ポジ型レジスト系では、上部層、すなわち光源により近い層は、光に対してより大きく反応するはずであり、ネガ型レジスト系ではその逆であることに留意されたい。
【００５１】
本発明の実施形態の別の例では、図１７〜図２０に示す方法を変更して、上層および下層は１つの同一波長の光に反応するが、第１露光または第１塗布後ベークの結果、上層がブリーチングし、吸収性が悪くなる２層フォトレジスト・スタックが得られる。この実施形態では、ライン・レベルの露光を最初に行うべきであり、その後、ブリーチングが生じる露光または露光後ベークなどの工程を行う。
【００５２】
本発明の実施形態の別の例では、図１２〜図１６または図１７〜図２０のいずれかに示す方法は、パターンなし一括露光に反応するブリーチング層を利用し得るように変更することができる。光化学ブリーチングは、ジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）系のｉ線レジストで普通に利用する一般的な現象である。この実施形態では、化学的な切替えが生じるまで層は不透明であり、この切替えの結果、所望の波長が透過する。例えば、第１フォトレジストと第２フォトレジストの間に層を配置して、切替えプロセスが生じるまで上にあるフォトレジストの露光から下にあるフォトレジストを保護することができる。この中間層が透明になった後で、下にあるフォトレジストを露光し得る。
【００５３】
本発明の実施形態の別の例によれば、フォトレジストは、光結像型層間誘電体を含む。例えば、図１２〜図２２に示すフォトレジストが層間誘電体として機能し得る場合、現像後のレジスト・パターン内のトポグラフィは、デュアル・ダマシン構造のトポグラフィになり、その中に、当技術分野で周知の工程に従って金属を被着させることができる。本発明の実施形態による多層−多重露光工程の利点はいずれも、反応性イオン・エッチングにより従来の非光結像型層間誘電体に構造を転写することを不要にすることによって強調し得る。
【００５４】
本発明の別の実施形態は、図１２〜図２２に示す方法を置換することを含む。これらの方法は、ライン・ファースト、ビア・ファースト、または混合階調フォトレジストの組合せ、あるいはこれらすべての組合せを用いる。実質的に異なる感光するフォトレジストを使用し、単一波長、２つのマスク、および２回の露光を用いて、図１６に示すものに類似の構造を生成することもできる。図１２〜図１６に示す実施形態は、ｉ線（３６５ｎｍ）フォトレジストまたはｇ線（４１２ｎｍ）フォトレジスト上で２４８ｎｍ用フォトレジストを使用して実施することもできる。図２１および図２２に示す実施形態は、波長感光度が異なる複数のフォトレジスト層を使用して実施することもできる。この場合、フォトレジスト・スタック６−１２０に、これらのフォトレジスト層の感光度に対応する波長の複数の光パターンを露光する。中間層を使用して全体的な構造を最適化することができ、上部反射防止層または下部反射防止層などの他の層を含めることによって工程許容範囲を改善することができる。見やすいように、これらの追加の層は、図面には示していない。
【００５５】
上記で説明した実施形態のすべての例では、４−２００、５−２００、６−２００などのデュアル・ダマシン・パターンを誘電体４−１１０、５−１１０、６−１１０内に転写した後で、このデュアル・ダマシン・パターンによって誘電体４−１１０、５−１１０、６−１１０内で形成される構造を、Ｔａ、Ｒｕ、Ｗ、ＴａＮなどの従来型ライナおよびＣｕなどの導電シード層による周知の方法に従って内側を覆うことができる。誘電体４−１１０、５−１１０、６−１１０内で形成された構造をＣｕでメッキし、研磨して、デュアル・ダマシン相互接続構造を露出させることができる。
【００５６】
あるいは、現像したデュアル・ダマシン・パターン４−２００、５−２００、６−２００が誘電体として機能し得る場合、あるいは、フォトレジスト・スタックがＩＬＤを含まない場合、現像によって形成されたデュアル・ダマシン・パターンを、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、またはそれらの合金などの金属内に転写して構造を形成することができる。これらによって形成された構造の上に誘電体を被着させ、研磨し、金属相互接続構造を露出させることができる。
【００５７】
上記で開示した本発明の実施形態による工程の応用例には、回折格子、マイクロ流体アレイ、および光通信構造が含まれる。光通信構造の例には、波長分割マルチプレクサ、波長分割デマルチプレクサ、波長ルータ、波長選択器、および導波路が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００５８】
本明細書で説明したこれら特定の実施形態は、多レベルかつ多波長による手法の多用性および柔軟性を示すものである。さらに、単一現像ステップを用いることによって、個々のレベルについての平坦化および焦点深度を緩和することができる。
【００５９】
上記で開示した特定の実施形態は単なる例であり、当業者には明らかな実行可能なあらゆる置換形態を包含するものではない。上記のやり方とは異なるが、本明細書の教示の利点をもたらす当業者には明らかな均等なやり方で本発明を改変し実施することができる。さらに、添付の特許請求の範囲に記載する以外の、本明細書で示す構造または設計の細部に対して限定を加えることは意図していない。したがって、明らかに、上記で開示した特定の実施形態は変更または改変することができ、このようなあらゆる変形形態が本発明の範囲および趣旨に含まれるとみなされる。したがって、添付の特許請求の範囲には、本明細書で保護しようとするものを記載する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。
【図２】従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。
【図３】従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。
【図４】従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。
【図５】従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。
【図６】従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。
【図７】従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。
【図８】単一レジストを使用する従来の２層結像工程を示す図である。
【図９】２種類の被覆、２回の露光、２つの現像のシーケンスを用いる従来の２層結像工程を示す図である。
【図１０】２種類の被覆、２回の露光、２つの現像のシーケンスを用いる従来の２層結像工程を示す図である。
【図１１】２種類の被覆、２回の露光、２つの現像のシーケンスを用いる従来の２層結像工程を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。
【図１３】本発明の実施形態の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。
【図１４】本発明の実施形態の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。
【図１５】本発明の実施形態の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。
【図１６】本発明の実施形態の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。
【図１７】本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。
【図１８】本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。
【図１９】本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。
【図２０】本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。
【図２１】本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。
【図２２】本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６１】
１−１００  基板
１−１１０  ビア・レベル誘電体
１−１２０  ライン・レベル誘電体
１−１３０  ハード・マスク層
１−１４０  フォトレジスト層
１−１５０  ライン
１−１６０  トレンチ
１−１７０  ビア
１−１８０  ビア開口
１−１９０  デュアル・ダマシン・ビア構造
１−１９１  トレンチ構造
１−２００  導電ライナ材料
１−２１０  導電充填物材料
１−２２０  キャップ材料またはブランケット被膜
２−９０  レチクル
２−９２  材料
２−９４  材料
２−９６  材料
２−９８  露光
２−１００  空間像
２−１０２  フォトレジスト
２−１０４  厚さ
２−１０６  厚さ
２−１０８  厚さ
３−５１  基板
３−５２  材料
３−７１  レジスト
３−８１  レジスト
３−８２  光
３−８３  マスク
３−１６２  多段構造
３−１６３  最終構造
４−９９  半導体デバイス
４−１００  基板
４−１１０  層間誘電体
４−１２０  第１フォトレジスト
４−１３０  第２フォトレジスト
４−１４０  投影像
４−１５０  第２投影光パターン
４−１９０  領域
４−２００  デュアル・ダマシン・パターン
５−９９  半導体デバイス
５−１００  基板
５−１１０  ＩＬＤ
５−１２０  第１フォトレジスト
５−１３０  第２フォトレジスト
５−１４０  レチクル
５−１５０  開放領域
５−１６０  不透明な領域
５−１７０  半透明な領域
５−１８０  強度プロフィール
５−１９０  領域
５−２００  デュアル・ダマシン・パターン
６−９９  半導体デバイス
６−１００  基板
６−１１０  ＩＬＤ
６−１２０  フォトレジスト・スタック
６−１４０  レチクル
６−１８０  空間像プロフィール
６−２００  デュアル・ダマシン・パターン
【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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【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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