(57)【要約】      （修正有）【課題】デュアルダマシン工程を利用した低誘電率物質層内のコンタクト構造形成方法を提供する。【解決手段】デュアルダマシン工程を利用したビア形成方法は、リセス部内に低誘電率物質層を覆うようにリセス部の全体側壁上に保護スペーサを保持しつつ、アッシング工程を利用し、低誘電率物質層内のリセス部から対象物質層を除去する。これよって、効果的なコンタクト構造形成方法を提供するデュアルダマシン工程を利用し、低誘電率物質層(low-k materials)内にコンタクト構造を形成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
リセス部内にある低誘電率物質層を覆うように前記リセス部の全体側壁上にある保護スペーサを保持しつつ、アッシング（ａｓｈｉｎｇ）工程を利用して、前記低誘電率物質層内の前記リセス部から対象物質層を除去することを含むことを特徴とするデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項２】
前記対象物質層を除去するのは、前記リセス部から犠牲物質層を除去すること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工程を利用したビア形成方法。
【請求項３】
前記対象物質層を除去するのは、前記リセス部内側から前記犠牲物質層を除去するのと共に前記リセス部周辺からフォトレジスト層を除去することをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項４】
前記フォトレジスト層と前記犠牲物質層は同一な物質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工程を利用したビア形成方法。
【請求項５】
前記フォトレジスト層と前記犠牲物質層は有機ポリマを含むことを特徴とする請求項４に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項６】
前記保護スペーサはシリコン酸化物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工程を利用したビア形成方法。
【請求項７】
前記リセス部から対象物質層を除去するのは、エッチャント（エッチング液）を利用して前記対象物質層をエッチングし、前記リセス部内部の前記保護スペーサを露出させること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工程を利用したビア形成方法。
【請求項８】
前記低誘電率物質層は多孔性ＳｉＣＯＨ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工程を利用したビア形成方法。
【請求項９】
前記リセス部上部にトレンチを形成し、
前記側壁から前記保護スペーサを除去し、
前記リセス部と前記トレンチを銅で充填することをさらに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工程を利用したビア形成方法。
【請求項１０】
保護スペーサを具備したリセス部を有する低誘電率物質層から犠牲物質層を除去し、
前記リセス部上部にトレンチを形成し、
前記側壁スペーサを除去することを含むことを特徴とするデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項１１】
前記保護スペーサは有機ポリマを含むことを特徴とする請求項１０に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項１２】
前記犠牲物質層を除去するのは、エッチャント（エッチング液）を利用して前記犠牲物質層をエッチングし、前記リセス部内部の保護スペーサを露出させることを含むことを特徴とする請求項１０に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項１３】
前記保護スペーサはシリコン酸化物を含むことを特徴とする請求項１０に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項１４】
前記低誘電率物質層は多孔性ＳｉＣＯＨを含むことを特徴とする請求項１０に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項１５】
前記トレンチを形成するのはエッチャント（エッチング液）を利用して前記低誘電率物質層をエッチングし、トレンチを形成することを含むことを特徴とする請求項１０に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項１６】
低誘電率物質層上にハードマスク層を形成し、
前記ハードマスク層によって前記低誘電率物質層内にビア（ｖｉａ）を形成し、
前記ビアの側壁と前記ハードマスク層上に前記ハードマスク層に対しエッチング選択比を有する保護スペーサを形成し、
前記保護スペーサ上の前記ビア内に犠牲物質層を形成し、
前記ビア上に開口部を含む前記ハードマスク層上にフォトレジスト層を形成し、
前記ビア内部から前記保護スペーサが除去されることを防止しつつ前記ビア内部から前記フォトレジスト層と前記犠牲物質層を除去し、
前記保護スペーサを有する前記ビア下部を保持しつつ、前記ビア上にトレンチを形成し、
前記ビア下部から前記保護スペーサを除去し、
前記ビアと前記トレンチを銅で充填することを含むことを特徴とするデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項１７】
前記フォトレジスト層と前記犠牲物質層を除去するのは、前記リセス部内部から前記犠牲物質層を除去するのと共に前記リセス部周辺から前記フォトレジスト層を除去することを含むことを特徴とする請求項１６に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項１８】
前記フォトレジスト層と前記犠牲物質層は同一な物質を含むことを特徴とする請求項１６に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項１９】
前記フォトレジスト層と前記犠牲物質層は有機ポリマを含むことを特徴とする請求項１８に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項２０】
前記保護スペーサはシリコン酸化物を含むことを特徴とする請求項１６に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項２１】
前記低誘電率物質層は多孔性ＳｉＣＯＨを含むことを特徴とする請求項１６に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項２２】
前記ビア上にトレンチを形成するのは
前記ビア下部上に前記保護スペーサを保持しつつ、前記ハードマスク層をエッチングして、前記低誘電率物質層の上部表面と前記上部表面の下の前記低誘電率物質層の一部分から前記ハードマスク層を除去し前記低誘電率物質層内に前記トレンチを形成することを含むことを特徴とする請求項１６に記載のデュアルダマシン工程を利用したビア形成方法。
【請求項２３】
リセス部内の犠牲物質層を除去する間に低誘電率物質層内の前記リセス部の全体側壁上に保護スペーサを保持することを含むことを特徴とするビアファースト・デュアルダマシン工程を利用したコンタクト構造形成方法。
【請求項２４】
前記保護スペーサを保持するのは、前記リセス部内部の前記犠牲物質層を除去して前記リセス部外部からフォトレジスト層を除去する間に、前記低誘電率物質層内の前記リセス部の全体側壁上に前記保護スペーサを保持することを含むことを特徴とする請求項２３に記載のビアファースト・デュアルダマシン工程を利用したコンタクト構造形成方法。
【請求項２５】
前記保護スペーサはシリコン酸化物を含むことを特徴とする請求項２３に記載のビアファースト・デュアルダマシン工程を利用したコンタクト構造形成方法。
【請求項２６】
前記低誘電率物質層は多孔性ＳｉＣＯＨを含むことを特徴とする請求項２３に記載のビアファースト・デュアルダマシン工程を利用したコンタクト構造形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集積回路内に構造等を形成する方法に関するもので、特にデュアルダマシン工程を利用して、集積回路内に構造等を形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路内に配線(interconnection)物質として銅(Cu)を使用するのは、より低い抵抗(resistivity)、集積回路に使用される金属層数の減少および、アルミニウム(Al)またはアルミニウム合金のような他の金属物質と比較する時、より優秀な信頼性(reliability)を有するという長所がある。例えば、図１のグラフは他の物質によって示される典型的な配線遅延(RC delay)ばかりでなく、集積回路内のゲート遅延(gate delay)をも示している。図１に図示されたように、銅の使用は他の形態の配線物質等と比較する時、相対的に低い配線遅延を提供することができる。
【０００３】
しかし、フォトレジスト(photoresist)を金属層上に形成してエッチングし、図２Ｂに図示された配線を提供するのにおいて、例えば図２Ａに図示されたように、従来の乾式エッチング(dry etching)で形成するとき、集積回路内の配線として銅を使うのは複雑なこともある。これとは反対に、図３Ａないし３Ｃに図示されたように、銅を利用したダマシン(damascene)工程が提供され得る。図３Ａないし３Ｃを参照すれば、基板(substrate)はエッチングされ、前記基板内にトレンチ(trench)を提供し、銅はトレンチを充填するために基板上に形成される。
【０００４】
その後、過剰な銅は化学的機械的研磨(CMP:chemical mechanical polishing、以下「CMP」という)されるようにして、図３Ｃのような銅配線を提供する。
【０００５】
配線として銅を使うのは銅が集積回路を製造するのに利用される他の工程段階を汚染する可能性を増加させるだけでなく、これと共に使用される拡散防止層(diffusion barrier layer)の改善を必要とし得る。
【０００６】
従来、配線で銅を使う単一ダマシン工程が図４Ａないし４Ｄに図示されている。図４Ａを参照すれば、基板(400)は下部金属配線(405)と、上部構造(overlying structure)と金属配線(405)の間を電気的にコンタクト(contact)させるビア(410)を含む。図４Ｂを参照すれば、銅は前記ビア(410)内に形成される。図４Ｃを参照すれば、トレンチ(415)は従来の写真エッチング工程(photolithography)とエッチング(etching)技法を利用して形成され得る前記ビア(410)上部に形成される。図４Ｄを参照すれば、銅はビア(410)上にあるトレンチ(415)内に改めて形成され、上部構造と下部金属配線(405)の間に電気的コンタクトを提供する構造(420)を完成する。図４Ａないし４Ｄを参照すれば、ビア(410)とトレンチ(415)は別個の単一ダマシン製造段階により各々銅で充填され得る。
【０００７】
図４Ａないし４Ｄに図示されたような構造を製造するためデュアルダマシン工程を利用するのがよく知られている。特に、図５Ａないし５Ｅには一般的に「トレンチファースト・デュアルダマシン(trench first dual damascene)工程」と呼ばれる従来のデュアルダマシン工程が図示されている。図５Ａを参照すれば、フォトレジスト層(505)はその間に第1エッチング停止層(etch stop layer)(520)を有する下部層(515)上にある上部層(510)上に形成される。第2エッチング停止層(525)は下部層(515)と下部銅配線(535)を含む基板(530)の間に位置する。
【０００８】
図５Ｂを参照すれば、フォトレジスト層(505)は上部層(510)をパターン(pattern)化してエッチングするのに使用され、第1エッチング停止層(520)を露出させるトレンチ(540)を形成して、それ以後フォトレジスト層(505)は除去される。
【０００９】
図５Ｃを参照すれば、第2フォトレジスト層(545)はトレンチ(540)内に形成され、開口部(547)を定義し、これによって下部層(515)をパターン化して、第2エッチング停止層(525)を露出させるトレンチ(540)内のビア下部(550)を形成する。図５Ｄを参照すれば、第2エッチング停止層(525)は除去される。
【００１０】
図５Ｅを参照すれば、第2フォトレジスト層は除去され、所望の構造を完成するためにビア下部(550)とトレンチ(540)内に銅が形成される開口部を定義する。
【００１１】
しかし、よく知られたように、「トレンチファースト(trench first)」法の短所のうちの一つは、もしビア下部(550)を形成するために使用される第2フォトレジスト層がトレンチ(540)内で銅配線(535)に対して整列しなければ、下部銅配線(535)に提供される電気連結によるビアの全体の大きさが減少しうるということである。
【００１２】
前記説明したコンタクト構造を形成するために「ビアファースト(via first)」デュアルダマシン工程と呼ばれる方法を使うこともよく知られている。図６Ａないし6Eを参照すれば、コンタクト構造はその構造の上部としてのトレンチに先立ち下部構造の一部分でビアを先に形成することによって形成されえる。図６Ａを参照すれば、フォトレジスト(605)は上部層(610)上に形成される。第1エッチング停止層(620)は上部層(610)と下部層(615)の間に形成される。第2エッチング停止層(625)は下部層(615)と基板(630)内の銅配線(635)の間に形成される。
【００１３】
図６Ｂを参照すれば、コンタクト構造(650)のビアの部分はフォトレジスト(605)をマスクとして利用してエッチングされ、第2フォトレジスト(645)が上部層(610)上に形成され、図６Ｃに図示されたようにビア(650)を露出させる。図６Ｄを参照すれば、第2フォトレジスト(645)がエッチングマスクとして使用され、ビア(650)上にコンタクト構造の一部分としてトレンチ(640)を形成され、図６Ｅに図示されたようなコンタクト構造が提供される。図５Ａないし５Ｅで説明した「トレンチファースト」デュアルダマシン工程と異なり、「ビアファースト」デュアルダマシン工程でビア(650)上に形成されたトレンチ(640)が不整列(misalignment)であったとしてもビア(650)の全体の大きさを保持しつつ、トレンチの不整列を許容することができる。したがって、「ビアファースト」デュアルダマシン工程が「トレンチファースト」デュアルダマシン工程よりさらに好まれている。
【００１４】
デュアルダマシン工程は、例えば、特許文献１、特許文献２、および特許文献３に開示されている。
【特許文献１】韓国特許第2004-058955号明細書
【特許文献２】米国特許第6,743,713号明細書
【特許文献３】米国特許第6,057,239号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明が成そうとする技術的課題はデュアルダマシン工程を利用し、低誘電率物質層内にコンタクト構造を形成する方法を提供するのにおいて、リセス部内にあるフォトレジストおよび／または犠牲物質層などが除去される間に低誘電率物質層が損傷することを防止することができる効果的な方法を提供することにある。
【００１６】
本発明が成そうとする技術的課題は以上言及した技術的課題に制限されず、言及されていない、また他の技術的課題は下記の記載から当業者に明確に理解できるはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記技術的課題を達成するための本発明によるいくつかの実施形態によれば、デュアルダマシン工程を利用し、低誘電率物質層(low-k materials)内にコンタクト構造を形成する方法を提供する。本発明のある実施形態によれば、デュアルダマシン工程を利用したビア形成方法はリセス部(recess)内に低誘電率物質層を覆うようにリセス部の全体側壁上に保護スペーサ(protective spacer)を保持しつつ、アッシング(ashing)工程を利用し、低誘電率物質層内のリセス部から対象物質層を除去することを含む。
【００１８】
本発明にともなう一部実施形態において、対象物質層を除去するのはリセス部から犠牲物質層(sacrificial material)を除去することを含む。
【００１９】
本発明の一部実施形態において、対象物質層を除去するのは前記リセス部内部から犠牲物質層を除去することと共にリセス部周辺からフォトレジスト層を除去することをさらに含む。本発明の一部実施形態において、フォトレジスト層と犠牲物質層は同一な物質(common material)を含む。本発明の一部実施形態において、フォトレジスト層と犠牲物質層は有機ポリマである。本発明の一部実施形態において、保護スペーサはシリコン酸化物である。本発明の一部実施形態において、低誘電率物質層は多孔性SiCOHである。
【００２０】
本発明の一部実施形態において、リセス部から対象物質層を除去するのはエッチャント(エッチング液)(etchant)を利用し、対象物質層をエッチングしてリセス部内部にある保護スペーサを露出させることをさらに含む。本発明の一部実施形態において、前記エッチングするのはO2とCO2、N2とH2、NH3とO2、NH3とN2、またはNH3とH2を利用して、対象物質層をエッチングすることをさらに含む。本発明の一部実施形態において、前記エッチングするのは約10ないし700mTorrの圧力で行われる。
【００２１】
本発明の一部実施形態において、前記方法はリセス部上部にトレンチを形成して側壁から保護スペーサを除去することをさらに含む。リセス部とトレンチは銅で充填される。
【００２２】
本発明の一部実施形態において、デュアルダマシン工程を利用したビア形成方法は保護スペーサを具備したリセス部を有する低誘電率物質層から犠牲物質層を除去するのとリセス部上部にトレンチを形成するのを含む。側壁スペーサはその後除去される。本発明の一部実施形態において、保護スペーサはシリコン酸化物である。本発明の一部実施形態において、低誘電率物質層は多孔性SiCOHである。
【００２３】
本発明の一部実施形態において、デュアルダマシン工程を利用したビア形成方法は低誘電率物質層上にハードマスク(hard mask)層を形成することを含む。ビアはハードマスク層を介して、低誘電率物質層内に形成される。保護スペーサはビアの側壁とハードマスク層上に形成され、この時保護スペーサはハードマスク層に対しエッチング選択比(etch selectivity)を有する。犠牲物質層は保護側壁上のビア内部に形成される。フォトレジスト層はビア上部に開口部を含むハードマスク層上に形成される。フォトレジスト層と犠牲物質層はビア内部から保護スペーサが除去されるのを防止しつつ、ビア内部から除去される。トレンチはその上に保護スペーサを有するビア下部を保持しつつ、ビア上部に形成される。保護スペーサはビア下部から除去される。ビアとトレンチは銅で充填される。
【００２４】
本発明の一部実施形態において、ビア上部にトレンチを形成するのはビア下部上の保護スペーサを保持しつつ、ハードマスク層をエッチングして上部表面の下にある低誘電率物質層の一部分と低誘電率物質層の上部表面からハードマスク層を除去し、低誘電率物質層内にトレンチを形成することを含む。本発明の一部実施形態において、保護スペーサはシリコン酸化物である。本発明の一部実施形態において、低誘電率物質層は多孔性SiCOHである。
【００２５】
本発明の一部実施形態において、ビアファースト デュアルダマシン工程を利用したコンタクト構造形成方法はリセス部内部の犠牲物質層を除去する間、低誘電率物質層内部にあるリセス部の全体側壁上に保護スペーサを保持することを含む。本発明の一部実施形態において、保護スペーサはシリコン酸化物である。本発明の一部実施形態において、低誘電率物質層は多孔性SiCOHである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の実施形態によれば、デュアルダマシン工程を利用して、集積回路内に構造を形成するのにおいて、対象物質層(例えば、リセス部内にあるフォトレジストおよび／または犠牲物質層)が除去される間に、低誘電率物質層内にあるリセス部内に形成される保護スペーサを保持することによって、低誘電率物質層が損傷することを防止することができる効果的な方法を提供することができる。また、トレンチは‘ビアファースト’デュアルダマシン工程においてコンタクト構造の上部を提供するように形成するのに、トレンチを形成することに先立ちアッシング工程によって、対象物質層(例えば、ビア内のフォトレジストおよび／または犠牲物質層)が除去される間に低誘電率物質層が保護スペーサによって、保護されるようにすることによって、より一層効果的な方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下では本発明の例示される実施形態を示す図面を参照し、本発明をさらに詳細に説明する。しかし、本発明は多くの他の形態で実施されつつ、ここで説明する実施形態によって限定され、解釈されてはならない。このような実施形態は本明細書が充分で完全なようにし、当技術分野の通常の知識を有する者が本発明の範囲を十分に解釈することができるよう提供されているのである。図面において、各層と領域の大きさと相対的な大きさは明確にするために誇張されている。
【００２８】
ある構成要素や層(layer)が他の構成要素や層の「〜上に」、「〜と連結した」および／または「〜とカップリングされた」のように記載されているならば、それは他の構成要素や層と直接または存在する他の中間構成要素や層を介して「〜上に」、「〜と連結した」および／または「〜とカップリングされた」ものと理解しなければならない。
【００２９】
これと比較し、ある構成要素が「直接〜上に」、「〜と直接連結した」、および／または「〜と直接カップリングされた」のように記載されているならば、中間構成要素や層がないのである。同じ図面番号は全明細書にかけて、同じ構成要素を指し示す。以下で使用するように、「および／または」という用語は、関連して言及された要素の一つまたはそれ以上の一部またはすべての組合せを含む。
【００３０】
「第1」、「第2」、「第3」のような用語が多様な構成要素(element)、成分(component)、領域(region)、層(layer)および／または部分(section)を記述するために以下で使用されえるが、たとえそうであっても、このような構成要素、成分、領域、層および／または部分はその用語に限定されないものと理解されなければならない。このような用語は一つの構成要素、成分、領域、層、および／または、部分を他の領域、層および／または部分と区別するために使用されたものである。例えば、以下で言及される第1構成要素、成分、領域、層、および／または、部分は本発明の開示されたことから逸脱しないで第2構成要素、成分、領域、層、および／または、部分を指し示しえる。
【００３１】
例えば、「〜真下に(beneath)」、「〜の下に(below)」、「〜下部の(lower)」、「〜上に(above)」、「〜上部の(upper)」のような空間的に相対的な用語は図面に図示されたようにある構成要素および／または特徴の他の構成要素および／または特徴との相対的な関係を記述することにおいて便利さのために使用されたものである。このような空間的に相対的な用語は使われた装置と他の方向または本図面で図示された方向に追加された動作を包括するためのものであることを理解しなければならない。もし図面に描かれた装置がひっくり返ったら、他の構成要素または特徴の「〜の下に」および／または「〜真下に」と記載された構成要素は他の構成要素や特徴の「〜上に」向かいえる。したがって、「〜の下に」という用語は上方向と下方向のすべてを包括しえる。装置は異なる方向(90度または他の方向)に向けることができ、そしてここで使用される特定の関連する記述語はそれなりに解釈される。
【００３２】
ここに使用された用語はただ特定の実施形態を説明するための目的で使用されたもので、本発明を制限しようとしたものではない。ここに使用された「一つの」のような単数型用語はもし文脈上明確に異なると指摘されない限り、複数形態を含むものである。また、本明細書で使用された「含む」という用語は言及された特性、数(integer)、段階、動作、構成要素または成分などの存在を詳述するものだが、これは一つ以上の特性、数、段階、動作、構成要素、成分またはこれらの集合の追加を排除するものではない。
【００３３】
本発明の実施形態は本発明の好ましい実施形態(そして中間構造等)の図式的な図面の断面図を参照して説明される。製造技術、技法や、所要される時間により図示された形態の多様な変形が予想される。そのため本発明の記述された実施形態は、明示的に定義されない限り、ここに図示された領域の特定の形態に制限され、解釈されてはならず、製造上の差異による形状の差を含む。例えば、四角形で図示された注入領域(implanted region)は典型的に円形や屈曲の形態となりえ、注入された領域と注入されない領域が二分法的に明確に区別されるというよりはその境界の部分で注入濃度の傾斜を有するだろう。
【００３４】
同様に注入によって形成された埋没領域は、埋没領域と注入が起きる表面の間の特定領域でいくらかの注入をもたらす。したがって、図面に図示された領域は図式的なもので、その形状はある装置のある領域の実際形状の図示を意図したものでなく、ここに明示的に定義されない限り本発明の範囲の制限を意図したものではない。
【００３５】
もし他の定義がないならば、ここに使用されるすべての用語(技術的、科学的用語を含む)は本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者に共通に理解されるもののような意味を有する。一般的に使われる辞書で定義された用語は関連技術と本発明に開示の文脈上その意味と一致する意味として解釈され、ここで特別にそのように定義されていない限り理想的であるとか、過度に形式的な観点から解釈されてはならない。
【００３６】
本発明の実施形態において、対象物質層(例えば、リセス部内にあるフォトレジストおよび／または犠牲物質層)が除去される間に、低誘電率物質層内にあるリセス部内に形成された保護スペーサは保持される。フォトレジストおよび／または犠牲物質層の除去はアッシング(ashing)工程によって行いえるが、もし保護スペーサがリセス部内部に保持されないとすれば、低誘電率物質層が損傷しえる。より詳細に説明すれば、リセス部はデュアルダマシン工程を利用して形成された「ビアファースト(via first)」コンタクト構造の下部を提供することができる。したがって、本発明の一部実施形態において、トレンチは「ビアファースト」デュアルダマシン工程においてコンタクト構造の上部を提供するように形成されえる。このようなトレンチはリセス部の外側にある保護スペーサの残存部をエッチングマスクとして利用し形成されえる。したがって、本発明の一部の実施形態において、アッシング工程によって除去される対象物質層は、トレンチを形成することに先立って除去されえるが、これでアッシング工程により対象物質層(例えば、ビア内のフォトレジストおよび／または犠牲物質層)が除去される間に低誘電率物質層が保護スペーサにより保護されえる。ここで、「アッシング(ashing)」という用語はプラズマ(plasma)またはオゾン発生紫外線を利用して、半導体基板からフォトレジスト層のような対象物質層を除去することをいう。
【００３７】
図７Ａないし７Ｌは本発明の一実施例にともなう「ビアファースト」デュアルダマシン工程を利用したコンタクト構造形成方法を図示した断面図である。図７Ａを参照すれば、下部銅配線(705)はビアエッチング停止層(702)を有する基板(700)内に提供される。
【００３８】
低誘電率物質層(710)、第1ハードマスク層(715)および第2ハードマスク層(720)は前記エッチング停止層(702)上に形成される。リセス部(725)は低誘電率物質層(710)、第1ハードマスク層(715)および第2ハードマスク層(720)内に形成され、「ビアファースト」デュアルダマシン工程の一部としてコンタクト構造の下部を提供する。本発明の一部実施形態において、底辺でのリセス部の大きさは約145nmである。本発明の一部実施形態において、低誘電率物質層(710)は多孔性(porous) SiCOH、第1ハードマスク層(715)はSiCOH、第2ハードマスク層(720)はTEOS物質で形成されえる。本発明の一部実施形態において、エッチング停止層(702)はSiCNHで形成されえる。
【００３９】
図７Ｂを参照すれば、保護スペーサ(730)は第2ハードマスク層(720)の上部表面とリセス部(725)の側壁上に形成されるが、特に低誘電率物質層(710)により定義されるリセス部(725)の側壁上に形成される。本発明の一部実施形態において、保護スペーサ(730)はSiO2、TEOS、SiH4酸化物、OMCTS(Octamethylcyclotetrasiloxane:オクタメチルシクロテトラシロキサン)酸化物などで形成される。本発明の一部実施形態において、保護スペーサ(730)は第1ハードマスク層(715)に対して約6のエッチング選択比(etch selectivity)を有する。本発明の一部実施形態において、保護スペーサ(730)は化学気相蒸着法(CVD:chemical vapor deposition、以下「CVD」という)または原子層蒸着法(ALD:atomic layer deposition、以下「ALD」という)を利用し、約10Åないし500Åの厚さを有するように形成される。
【００４０】
図７Ｃを参照すれば、犠牲物質層(735)は保護スペーサ(730)の上部表面上に形成されリセス部(725)を充填し、マスク酸化層(740)は犠牲物質層(735)上に形成される。本発明の一部実施形態において、犠牲物質層(735)は有機ポリマからなりえる。本発明の一部実施形態において、マスク酸化層(740)はSiH4とN2Oの結合によって形成される物質層のような低温SiH4ベース酸化物(based oxide)からなりえる。
【００４１】
図７Ｄを参照すれば、反射防止コーティング膜(ARC:anti-reflective coating、以下「ARC」という)(745)はマスク酸化層(740)上に形成され、その上にフォトレジスト層(750)が形成されパターン化されて、犠牲物質層(735)で充填され保護スペーサ(730)を有するリセス部(725)上部に開口部(755)を提供する。本発明の一部実施形態において、フォトレジスト層(750)はリセス部(725)内に犠牲物質層(735)を形成するのに使用される有機ポリマと同一の物質のような有機ポリマで形成されえる。本発明の一部実施形態において、フォトレジスト層(750)は犠牲物質層(735)と異なる物質ともなりえる。
【００４２】
図７Ｅを参照すれば、マスク酸化層(740)はフォトレジスト層(750)をエッチングマスクとして利用し、開口部(755)を通じて、エッチングされ犠牲物質層(735)を露出させる。図７Ｆを参照すれば、保護スペーサ(730)がリセス部(725)の全体側壁上に保持されつつ、図７Ｅに図示されたように露出した犠牲物質層(735)はリセス部(725)内部でさらにエッチングされるが、これによって犠牲物質層(735)の除去される間に低誘電率物質層(710)が保護されえる。本発明によるいくつかの実施形態により説明すれば、保護スペーサ(730)をリセス部(725)の全体側壁上に保持しつつ、フォトレジスト層(750)また犠牲物質層(735)と共に除去される。本発明の一部実施形態において、犠牲物質層(735)および／またはフォトレジスト層(750)は乾式エッチングされる。
【００４３】
図７Ｇを参照すれば、エッチングを継続し、リセス部の外部に位置した保護スペーサ(730)と第2ハードマスク層(720)の一部分を除去し、リセス部(725)外部の第1ハードマスク層(715)の上部表面を露出させる。したがって、本発明の一部実施形態において、第1ハードマスク層(715)と保護スペーサ(730)は相対的に互いに異なるエッチング選択比を有する。言い換えれば、本発明の一部実施形態において、保護スペーサ(730)はエッチャント(エッチング液)(etchant)の存在下に相対的に早くエッチングされ、これに反して、第1ハードマスク層(715)は同一なエッチャント(エッチング液)の存在下でも相対的にほとんどエッチングがおきない。本発明の一部実施形態において、保護スペーサ(730)は第1ハードマスク層(715)に対して約6のエッチング選択比を有する。本発明の一部実施形態において、保護スペーサ(730)と第2ハードマスク層(720)のエッチングは約45mTorrの圧力でエッチャント(エッチング液)としてAr、N2、C4F8の混合物を使用し乾式エッチングによって提供されえる。
【００４４】
図７Ｈを参照すれば、犠牲物質層(735)はリセス部(725)から除去され、エッチング停止層(702)がリセス部(725)の底辺に露出する。図７Ｆに図示されたように、エッチングは乾式エッチングによって行われる。
【００４５】
図７Ｉを参照すれば、第2ハードマスク層(720)は本明細書で記述した「ビアファースト」デュアルダマシン工程のいくつかの実施形態によるコンタクト構造の上部部分の一部としてトレンチ(760)を形成するようにハードマスクとして使用されえる。図７Ｊを参照すれば、コンタクト構造のビアの部分内部の低誘電率物質層(710)の側壁上に位置した保護スペーサ(730)は除去され、エッチング停止層(702)の露出した部分が除去され、下部銅配線(705)を露出させる。
【００４６】
図７Ｋを参照すれば、銅層(765)がコンタクト構造のビアの部分の内部とその構造のトレンチの部分の内部に形成され、図示されたようにビアとトレンチを充填する。本発明の一部実施形態によれば、銅層は例えば電気メッキ(electroplating)により形成される。特に、シード層(seed layer)はスパッタリング(sputtering)により先に形成することができ、その次に銅層(765)の形成のための電気メッキをすることができる。図７Ｋと図７Ｌを参照すれば、銅層(765)はCMPを利用し平坦化され、図７Ａないし７Ｋを参照し説明した「ビアファースト」デュアルダマシン工程によるコンタクト構造を提供する。図７Ｋに図示されたように、金属バリア層(metal barrier layer)(771)が銅層(765)の真下に形成されえる。
【００４７】
これまで記述した本発明の実施形態を参照すれば、対象物質層(例えば、フォトレジストおよび／またはリセス部内の犠牲物質層)が除去される間に低誘電率物質層内のリセス部内に形成された保護スペーサは保持される。フォトレジストおよび／または犠牲物質層の除去はアッシング工程によって行われるが、もし保護スペーサがリセス部内に存在しないならば低誘電率物質層は損傷しえる。もう少し詳細に説明すれば、リセス部はデュアルダマシン工程を利用し形成された「ビアファースト」コンタクト構造の下部を提供しえる。したがって、本発明の一部実施形態において、トレンチは「ビアファースト」デュアルダマシン工程でコンタクト構造の上部を提供するように形成されえる。トレンチはリセス部外部にある保護スペーサの残存物をエッチングマスクとして利用し形成されえる。したがって、本発明の一部実施形態において、アッシング工程によって、除去される対象物質層はトレンチの形成に先立って除去されえるが、アッシング工程において対象物質層(例えば、ビア内部にあるフォトレジストおよび／または犠牲物質層)が除去される間に低誘電率物質層は保護スペーサによって保護されえる。
【００４８】
上述した明細書において本発明の実施形態を記述してきたが、これは本発明を制限すると解釈してはならない。本発明のいくつかの例示的な実施形態を記述したが、本技術分野の当業者は本発明の新規な教えや長所と実質的に違わないように例示的な実施形態の多様な変形例が可能だということを簡単に知ることが出来るだろう。また、そういう変形例のすべては、本発明の特許請求の範囲で定義した本発明の権利範囲内に含まれるよう意図される。本発明はその中に含まれている特許請求の範囲の均等物と共に特許請求の範囲によって規定される。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、高集積半導体素子製造方法に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】様々な物質層による典型的な配線遅延と集積回路内のゲート遅延を例示的に図示したグラフである。
【図２Ａ】従来の乾式エッチングを利用しビアを形成することを図示した断面図である。
【図２Ｂ】従来の乾式エッチングを利用しビアを形成することを図示した断面図である。
【図３Ａ】従来のダマシン工程を図示した断面図である。
【図３Ｂ】従来のダマシン工程を図示した断面図である。
【図３Ｃ】従来のダマシン工程を図示した断面図である。
【図４Ａ】従来の単一ダマシン工程を図示した断面図である。
【図４Ｂ】従来の単一ダマシン工程を図示した断面図である。
【図４Ｃ】従来の単一ダマシン工程を図示した断面図である。
【図４Ｄ】従来の単一ダマシン工程を図示した断面図である。
【図５Ａ】従来の「トレンチファースト」デュアルダマシン工程を図示した断面図である。
【図５Ｂ】従来の「トレンチファースト」デュアルダマシン工程を図示した断面図である。
【図５Ｃ】従来の「トレンチファースト」デュアルダマシン工程を図示した断面図である。
【図５Ｄ】従来の「トレンチファースト」デュアルダマシン工程を図示した断面図である。
【図５Ｅ】従来の「トレンチファースト」デュアルダマシン工程を図示した断面図である。
【図６Ａ】従来の「ビアファースト」デュアルダマシン工程を図示した断面図である。
【図６Ｂ】従来の「ビアファースト」デュアルダマシン工程を図示した断面図である。
【図６Ｃ】従来の「ビアファースト」デュアルダマシン工程を図示した断面図である。
【図６Ｄ】従来の「ビアファースト」デュアルダマシン工程を図示した断面図である。
【図６Ｅ】従来の「ビアファースト」デュアルダマシン工程を図示した断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施例にともなうデュアルダマシン工程を利用し、コンタクト構造を形成することを図示した断面図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施例にともなうデュアルダマシン工程を利用し、コンタクト構造を形成することを図示した断面図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施例にともなうデュアルダマシン工程を利用し、コンタクト構造を形成することを図示した断面図である。
【図７Ｄ】本発明の一実施例にともなうデュアルダマシン工程を利用し、コンタクト構造を形成することを図示した断面図である。
【図７Ｅ】本発明の一実施例にともなうデュアルダマシン工程を利用し、コンタクト構造を形成することを図示した断面図である。
【図７Ｆ】本発明の一実施例にともなうデュアルダマシン工程を利用し、コンタクト構造を形成することを図示した断面図である。
【図７Ｇ】本発明の一実施例にともなうデュアルダマシン工程を利用し、コンタクト構造を形成することを図示した断面図である。
【図７Ｈ】本発明の一実施例にともなうデュアルダマシン工程を利用し、コンタクト構造を形成することを図示した断面図である。
【図７Ｉ】本発明の一実施例にともなうデュアルダマシン工程を利用し、コンタクト構造を形成することを図示した断面図である。
【図７Ｊ】本発明の一実施例にともなうデュアルダマシン工程を利用し、コンタクト構造を形成することを図示した断面図である。
【図７Ｋ】本発明の一実施例にともなうデュアルダマシン工程を利用し、コンタクト構造を形成することを図示した断面図である。
【図７Ｌ】本発明の一実施例にともなうデュアルダマシン工程を利用し、コンタクト構造を形成することを図示した断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
700  基板
702  エッチング停止層
705  下部銅配線
710  低誘電率物質層
715  第1ハードマスク層
720  第2ハードマスク層
725  リセス部
730  保護スペーサ
735  犠牲物質層
740  マスク酸化層
745  反射防止コーティング膜
750  フォトレジスト層
755  開口部
760  トレンチ
765  銅層
771金属バリア層
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図７Ｊ】
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【図７Ｋ】
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【図７Ｌ】
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