(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に導電性物質が埋立てられているホール又は第１トレンチを備える第１絶縁膜を形成する段階と、
前記第１絶縁膜上に炭素を含み酸素を含まない絶縁物質からなる第１阻止膜及び酸素を含む第２絶縁膜を順次に形成する段階と、
前記第２絶縁膜上に酸素を含み炭素を含む絶縁物質からなる第３絶縁膜を形成する段階と、
前記第３絶縁膜上に酸素を含み炭素を含まない絶縁物質からなるキャッピング膜を形成する段階と、
前記導電性物質が埋立てられたホール又はトレンチの上部に該当する第１阻止膜の一部分が露出するように、前記キャッピング膜、第３絶縁膜、第２絶縁膜の所定部位をエッチングしてビアホールを形成する段階と、
前記ビアホールが形成されているキャッピング膜上に前記ビアホールを含むライン形のトレンチを形成するためのフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクにしてキャッピング膜を部分的にエッチングしながら、前記キャッピング膜をエッチングするためのエッチングガスを前記第１阻止膜と反応させて、前記第１阻止膜上には前記第１阻止膜を保護するに十分なポリマー膜を形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクにし、前記残っているキャッピング膜及び第３絶縁膜を連続的にエッチングして第２トレンチを形成する段階と、
前記フォトレジストパターン及びポリマ膜を除去する段階と、
前記ビアホールの底面に露出された第１阻止膜を除去する段階と、
前記ビアホールおよび第２トレンチに導電物質を埋立てる段階を実施することを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
【請求項２】
前記第３絶縁膜は誘電定数３．５以下である膜で形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項３】
前記第１阻止膜はＳｉＣ膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項４】
前記第３絶縁膜は、炭素がドーピングされたＨＳＱ（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）又は炭素がドーピングされたＭＳＱ（Ｍｅｔｈｙｌ ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）を使用して形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項５】
前記キャッピング膜はＳｉＯ2膜、ＴＥＯＳ膜、ＳｉＯＦ膜又はＢＰＳＧ膜で形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項６】
前記キャッピング膜を部分的にエッチングする工程を実施するとき、前記ビアホールの底面に形成された第１阻止膜がエッチングされないエッチングガスを使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項７】
前記キャッピング膜をエッチングするためのエッチングガスは、ＣｘＦｙガスを含み、前記ＣｘＦｙガスはフッ素と炭素の比であるｙ／ｘが３以下に組合わされたエッチングガスであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項８】
前記キャッピング膜をエッチングするためのエッチングガスはＣ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、Ｃ5Ｆ8であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項９】
前記キャッピング膜をエッチングするためのエッチングガスは、酸素及びＣＯのうちのいずれか一つ以上のガスをさらに加えることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項１０】
前記キャッピング膜をエッチングするためのエッチングガスは不活性ガスをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項１１】
前記不活性ガスはアルゴンガスを含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項１２】
前記第２トレンチを形成するためのエッチングガスは、フッ素と炭素の比であるｙ／ｘが３以下に組合わされたＣｘＦｙガスを含み、酸素、ＣＯ及び窒素のうちのいずれか一つ以上のガスをさらに加えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項１３】
前記ＣｘＦｙガスは、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、Ｃ5Ｆ8であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項１４】
前記第２トレンチを形成するためのエッチングガスのうちの酸素ガスは、前記キャッピング膜を部分エッチングするときに比べて１．５倍乃至３倍の流量を使用することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項１５】
前記第２トレンチを形成するためのエッチングガスは、ＣＨｘＦｙ系ガスをさらに加えることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項１６】
前記ＣＨｘＦｙ系ガスは、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨ3Ｆ、ＣＨＦ3であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項１７】
前記第２トレンチを形成する時にエッチング終末点を知らせるための第２エッチング阻止膜を、前記第２絶縁膜と第３絶縁膜との間にさらに形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項１８】
前記第２エッチング阻止膜はＳｉＮ膜又は炭素を含む膜を含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項１９】
前記フォトレジストパターン及びポリマー膜はプラズマアッシング工程を実施して同時に除去することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項２０】
前記第２トレンチ及びビアホールに埋められる導電物質は銅を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項２１】
前記導電物質を埋立てる段階を実施した以後に、前記第３絶縁膜及び第２トレンチに埋められている導電物質が上部面に露出されるようにする研磨工程をさらに実施することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項２２】
前記導電物質を埋立てる段階を実施した以後に、前記キャッピング膜及び前記第２トレンチに埋められている導電物質が上部面に露出されるようにする研磨工程をさらに実施することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項２３】
前記第３絶縁膜は、炭素がドーピングされたＳｉＯＣ、ＳｉＯＨ又はＳｉＯＣＨ3系物質で形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置での電気的配線の形成方法に関するものであり、より詳細には、コンタクトと導電ラインを同時に形成するデュアルダマシン工程を利用した電気的配線の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、コンピュータのような情報媒体の急速な普及に伴って、半導体装置は飛躍的に発展している。その機能面において、半導体装置は高速で動作すると同時に大容量の貯蔵能力を有することが要求される。これにより、半導体装置は、集積度、信頼度および応答速度などを向上させる方向に製造技術が発展している。前記製造技術うちの電気的配線を形成する技術に関する要求がさらに厳格になっている。
【０００３】
従来の半導体装置での電気的配線は、低いコンタクト抵抗と工程進行の容易性によりアルミニウムを使用する配線構造が主に使用された。しかし、半導体装置が高集積化されながら、アルミニウム配線構造は接合スパイク不良、エレクトロマイグレーション（ｅｌｅｃｔｒｏ    ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）問題などにより使用に限界があったし、また、半導体装置の応答速度向上のために、アルミニウムよりさらに低い抵抗を有する物質が要求されている。
【０００４】
これにより、最近、低抵抗を有しながらエレクトロマイグレーション特性が優れる銅配線の使用と共に、低誘電絶縁膜による電気的配線の形成が常用化されている。しかし、銅はシリコン又は大部分の金属層で速く拡散されるので、従来のフォトリソグラフィ工程を適用できないために、一般的にダマシン工程により電気的配線を形成する。ダマシン工程を使用して電気的配線を形成する時には、導電ラインとコンタクトを同時に形成することができるデュアルダマシン（ｄｕａｌ  ｄａｍａｃｉｎｅ）工程を使用することが経済的である。
【０００５】
デュアルダマシン構造は、下部の導電体と連結させるためのコンタクトが形成される部位であるビアホール（Ｖｉａ  ｈｏｌｅ）と導電ラインが形成される部位であるトレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）が形成された構造として、次のうちのいずれか一つのエッチング方法によりなる。デュアルダマシン構造を形成するためのエッチング方法は、第一に、ビアをまず形成し、その後にトレンチを形成する方法（ビアファースト、Ｖｉａ  ｆｉｒｓｔ）、第二に、トレンチをまず形成し、その後にビアを形成する方法（トレンチファースト、Ｔｒａｎｃｈ  ｆｉｒｓｔ）、第三に、ビアとトレンチを一度に形成する方法（埋め込みトレンチ、ｂｕｒｉｅｄ  Ｔｒｅｎｃｈ）を挙げることができる。
【０００６】
前記の方法は、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程がビア又はトレンチのうち、いずれか一つをまず形成するかにより区分され、これは形成されるトレンチとビアのサイズ、トレンチとビアのミスアライン（ｍｉｓａｌｉｇｎ）許容程度などによって適切な方法を選択することができる。
【０００７】
前記列挙された方法のうちで、ビアホールをまず形成させる（ビアファースト）方法によるデュアルダマシン構造は工程が単純であり、トレンチとビアホールのミスアライン限界を克服できる方法としてよく使用されている。
【０００８】
図１乃至図４は、従来のデュアルダマシン工程を使用した電気的な配線形成方法を説明するための断面図である。
【０００９】
図１に示すように、半導体基板上に導電性物質が埋立てられているホール又はトレンチを備える第１絶縁膜１０を形成する。したがって、第１絶縁膜１０の上部面の所定部位には、導電性物質が埋め立てられることからなる導電性パターン１０ａの上部面が各々露出されている。
【００１０】
続いて、第１絶縁膜１０上に阻止膜１２を形成し、順次に第２絶縁膜１４及び低誘電物質からなる第３絶縁膜１６を形成する。第３絶縁膜１６は一般的に誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｓｔａｎｔ、ｋ）が３．５以下である物質からなる。
【００１１】
第２絶縁膜１４は後続工程により導電体間を連結するためのビアホールが形成され、ビアホール間を絶縁する役割を有する。また、第３絶縁膜１６は後続工程により上部の導電ラインを形成されるためのトレンチが形成され、上部導電ライン間を絶縁する役割を有する。したがって、第３絶縁膜１６は隣接する上部導電ライン間のキャパシタンスが増加することを防止するために、低誘電物質を使用して形成する。一般的に、第３絶縁膜１６は低誘電物質である炭素又は炭素化合物を含む。
【００１２】
図２に示すように、第１絶縁膜１０の所定部位に形成されている導電性パターン１０ａの上部に位置する阻止膜１２の一部が露出されるように第３絶縁膜１６ａ及び第２絶縁膜１４ａの所定部位をエッチングしてビアホール１８を形成する。従って、ビアホール１８の低部に露出される阻止膜１２の基底下に導電性パターン１０ａが位置する。
【００１３】
図３に示すように、第３絶縁膜１６ｂの所定部位をエッチングして、ビアホール１８と重畳される部分を有するライン形のトレンチ２０を形成する。トレンチ２０はエッチングされる部位がビアホール１８を含み、ビアホール１８より広く形成される。トレンチ２０は後続工程により上部の導電ラインに形成される。
【００１４】
炭素又は炭素化合物を含む第３絶縁膜１６ｂをエッチングするためには、ＣｘＦｙガスと共に酸素ガス及び窒素ガスを含む混合ガスを使用してプラズマエッチングを実施しなければならない。しかし、第３絶縁膜１６ｂをエッチングするエッチングガスは、阻止膜１２ａとのエッチング選択比が低い。従って、第３絶縁膜１６ｂのエッチングを実施すると、第３絶縁膜１６ｂのみがエッチングされるものではなく、ビアホール１８ｂの底面に露出されている阻止膜１２ａも同時にエッチングされる。
【００１５】
阻止膜１２ａがエッチングされ、阻止膜１２ａの下の導電性パターン１０ａの上部面の一部が露出されると、露出された導電性パターン１０ａの上部面に高エネルギーを有するプラズマが衝突して、コンタクトよりなるべきものである下部導電性パターン１０ａが損傷される。
【００１６】
図４に示すように、ビアホール１８ｂ底面に残っている阻止膜１２ａを除去し、ビアホール１８ｂとトレンチ２０に導電性物質２２を埋め込ませる。続いて、ビアホール１８ｂ及びトレンチ２０にのみ導電性物質２２が残っているように研磨を実施して電気的配線を形成する。
【００１７】
前記の方法により電気的配線を形成すると、説明したように導電ラインを形成するためのトレンチ２０をエッチングする時、ビアホール１８ｂの底面の阻止膜１２ａも共にエッチングされ、下部の導電性パターン１０ａが損傷される。これにより、低抵抗を有するコンタクトを具現することが困難である。
【００１８】
これを克服するために、ビアホールを形成した以後に有機物からなる反射防止膜を形成し、その後にトレンチをエッチングする方法が提案された。しかし、前記の方法を実施すると、第３絶縁膜でエッチングが実施されなければならない部位であるにも拘わらず、エッチングされない場合が頻繁に発生し、半導体装置の不良が誘発される。
【００１９】
また、他の方法として、ビアホールを形成した後に、スピン−オン−ガラス層を形成する。そして、第３絶縁膜をエッチングしてトレンチを形成し、その後にスピン−オン−ガラス層を除去する方法が米国特許第６，２０４，０９６号に開示されている。前記の方法は、トレンチエッチング時にスピン−オン−ガラス層により下部膜を保護する方法であるが、後続工程で前記スピン−オン−ガラス層のみを除去することが容易でない。また、ビアホールを形成する時にエッチング終了点を知らせてくれるエッチング阻止膜が形成されていないために、プラズマにより下部導電性パターンが損傷することがある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、下部導電性パターンの損傷を最小化し、低いコンタクト抵抗を有するようにデュアルダマシン工程を使用して電気的配線を形成することにある。
【００２１】
【発明を解決するための手段】
上述した本発明の目的を達成するための本発明の方法は、半導体基板上に導電性物質が埋立てられているホール又は第１トレンチを備える第１絶縁膜を形成する。第１絶縁膜上に炭素又は炭素化合物を含む非酸化物系列の絶縁物質からなる第１阻止膜を形成した後、順次に酸化物系列の第２絶縁膜を形成する。第２絶縁膜上に酸化物系列の絶縁物質からなる第３絶縁膜を形成する。第３絶縁膜上に非炭素性酸化物系列の絶縁物質からなるキャッピング膜を形成する。導電性物質が埋立てられたホール又は第１トレンチの上部に該当される第１阻止膜の一部分が露出されるように、キャッピング膜、第３絶縁膜及び第２絶縁膜の所定部位をエッチングしてビアホールを形成する。ビアホールが形成されているキャッピング膜上にビアホールを含むライン形の第２トレンチを形成するためのフォトレジストパターンを形成する。フォトレジストパターンをエッチングマスクにしてキャッピング膜を部分的にエッチングしながら、キャッピング膜をエッチングするためのエッチングガスと反応して、第１阻止膜上には第１阻止膜を保護するに十分なポリマー膜を形成する。フォトレジストパターンをエッチングマスクにし、前記残っているキャッピング膜及び第３絶縁膜を連続的にエッチングして第２トレンチを形成する段階と、フォトレジストパターン及びポリマー膜を除去し、続いて、ビアホールの底面に露出された第１阻止膜を除去する。そして、前記結果物に導電物質を埋立てさせて電気的配線を形成する。
【００２２】
前記の方法によると、キャッピング膜を部分的にエッチングする時、キャッピング膜をエッチングするためのエッチングガスと反応して第１阻止膜上には、ポリマーが十分に形成される。ポリマーは第２トレンチをエッチングする時、第１阻止膜が共にエッチングされないように第１阻止膜を保護して、下部の導電性パターンの損傷を防止する。従って、低いコンタクト抵抗を有する電気的配線を形成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施例をより詳細に説明する。
【００２４】
図５乃至図１５は、本発明の一実施形態によるデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【００２５】
図５に示すように、半導体基板（図示せず）上に導電性物質が埋立てられているホール又はトレンチを備える第１絶縁膜３０を形成する。即ち、第１絶縁膜３０の上部面の所定部位には、ホール又はトレンチに導電性物質が埋立てられて形成される導電性パターン３０ａの上部面が各々露出されている。
【００２６】
具体的に説明すると、半導体基板上に絶縁膜を形成した後、絶縁膜上に導電性パターンが形成される部位にホール又はトレンチを形成する。続いて、ホール又はトレンチの内部に導電性物質を埋立てる。また、導電性物質をエッチバック（ｅｔｃｈ  ｂａｃｋ）又は化学機械的研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）方法によりエッチングし、導電性パターン３０ａが上部面に露出される第１絶縁膜３０を形成する。
【００２７】
他の方法として、絶縁膜が形成されている半導体基板上に導電性物質を蒸着しパターニングして、導電性パターン３０ａを形成し、導電性パターン３０ａ上に絶縁膜を形成する。また、絶縁膜をエッチバック又は化学機械的研磨（ＣＭＰ）方法にエッチングすることにより、導電性パターン３０ａが上部面に露出される第１絶縁膜３０を形成することもできる。
【００２８】
図６に示すように、第１絶縁膜３０上に第１阻止膜３２と第２絶縁膜３４を順次に形成する。
【００２９】
第１阻止膜３２は後続工程で膜をエッチングする時、エッチング終末点を知らせてくれる膜であると同時に、第１阻止膜３２の下に備えられる導電性パターン３０ａを保護する膜である。従って、第１阻止膜３２は第１阻止膜３２上に形成される第２絶縁膜３４とエッチング選択比が大きくて、後続工程で第２絶縁膜３４をエッチングする時に第２絶縁膜３４がエッチングされる速度に比べて、第１阻止膜３２のエッチング速度が相対的に相当に遅いように所定の物質で形成しなければならない。
【００３０】
したがって、第１阻止膜３２は炭素（Ｃ）又は炭素化合物を含む非酸化物系列の絶縁物質で形成することができる。例えば、第１阻止膜３２はＳｉＣ膜で形成することができる。
【００３１】
図７に示すように、第２絶縁膜３４上に第２阻止膜３６と第３絶縁膜３８を順次に形成する。
【００３２】
第３絶縁膜３８は後続のエッチング工程により所定部位に上部の導電ラインを形成するためのトレンチが形成され、トレンチ間を絶縁させる役割を有する。第２阻止膜３６はトレンチを形成するために、第３絶縁膜３８をエッチングする時、正確な地点までエッチングが実施されることができるようにエッチング終末点を知らせてくれる膜である。
【００３３】
第２阻止膜３６は窒化膜（ＳｉＮ）で形成したり、炭素又は炭素化合物を含む非酸化物系列の膜（例えば、ＳｉＣ）で形成することができる。しかし、第２阻止膜３６は工程の単純化のために形成しなくてもよい。
【００３４】
第３絶縁膜３８は低誘電物質が含まれた酸化物系列の絶縁物質からなる。
【００３５】
第３絶縁膜３８は前記で説明したように、後続工程により形成される導電ライン間を絶縁させるが、導電ライン間の離隔される距離が近いために、導電ライン間には導電ライン／第３絶縁膜／導電ラインの形態の寄生キャパシタが形成される。寄生キャパシタは半導体装置の応答速度を低下（ＲＣ  ｄｅｌａｙ）させるために、応答速度及び半導体装置の信頼性向上のために、寄生キャパシタのキャパシタンスを最少化しなければならない。
【００３６】
したがって、第３絶縁膜３８は低誘電物質が含まれた酸化物系列の絶縁物質に形成し、誘電率を減少させキャパシタンスを最少化する。第３絶縁膜３８は誘電定数ｋが３．５以下である物質を使用して形成する。具体的に、第３絶縁膜３８は低誘電物質である炭素又は炭素化合物がドーピングされた酸化物（ｃａｒｂｏｎ−ｄｏｐｅｄ  ｏｘｉｄｅ）、水素系酸化物（ＨＳＱ；ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｚｘａｎｅ）、メチル系酸化物（ＭＳＱ；Ｍｅｔｈｙｌ  ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）を使用して形成することができる。即ち、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＨ、ＳｉＯＣＨ3系の物質で形成することができる。
【００３７】
図８に示すように、第３絶縁膜３８上に炭素又は炭素化合物を含まない非炭素酸化物系列の絶縁物質からなるキャッピング膜４０を形成する。
【００３８】
キャッピング膜４０は、例えば、ドーピングされない酸化膜であるＳｉＯ2、ＰＥＯＸ、ＵＳＧ又はＴＥＯＳ膜で形成することができ、又は非炭素系列の物質がドーピングされた酸化膜であるＳｉＯＦ膜によっても形成することができる。
【００３９】
キャッピング膜４０は炭素又は炭素化合物を含まない酸化物系列の絶縁物質からなるので、炭素又は炭素化合物を含む非酸化物系列の絶縁物質からなる第１阻止膜３２とはエッチングガスによりエッチング選択比の調節が可能である。具体的に、炭素又は炭素化合物がエッチングされないエッチングガスを選択し使用することにより、第１阻止膜３２は殆どエッチングされずに、キャッピング膜４０のみをエッチングすることができる。
【００４０】
図９に示すように、第１絶縁膜３０に形成されている導電性パターン３０ａの上部に位置する第１阻止膜３２の一部が露出されるように、キャッピング膜４０ａ、第３絶縁膜３８ａ、第２阻止膜３６ａ及び第２絶縁膜３４ａの所定部位を連続的にエッチングしてビアホール４２を形成する。
【００４１】
具体的に、キャッピング膜４０ａ上にビアホールが形成される部位を特定するための第１フォトレジストパターン（図示せず）を形成する。第２フォトレジストパターン（図示せず）はエッチングを実施した後に、導電性パターン３０ａの上部に位置する第１阻止膜３２が露出されるように所定の位置に形成される。続いて、第１フォトレジストパターン（図示せず）をエッチングマスクにして、キャッピング膜４０ａ、第３絶縁膜３８ａ、第２阻止膜３６ａ及び第２絶縁膜３４ａを連続的にエッチングし、低部に第１阻止膜３２を露出させるビアホール４２を形成する。ビアホール４２が形成された後には、第１フォトレジストパターン（図示せず）を除去する。
【００４２】
図１０に示すように、ビアホール４２が形成されているキャッピング膜４０ａ上にトレンチが形成される部位を特定するための第２フォトレジストパターン４４を形成する。第２フォトレジストパターン４４でオープンされる部位は、ビアホール４２を含みながらライン形に形成される。
【００４３】
図１１に示すように、第２フォトレジストパターン４４をエッチングマスクにしてキャッピング膜４０ｂを部分的にエッチングし、キャッピング膜４０ｂをエッチングするエッチングガスによりビアホール４２ａの底面には第１阻止膜３２を保護するに十分なポリマー膜４６が形成される。この時、ビアホール４２ａの側面にも若干のポリマーが形成される。
【００４４】
より詳細に説明すると、キャッピング膜４０ｂを部分的にエッチングする時、キャッピング膜４０ｂはエッチングが実施されながら、ビアホール４２ａ底面に露出されている第１阻止膜３２はエッチングが殆ど実施されないか、又はエッチング速度が相対的に相当に遅いエッチングガスを使用してエッチングを行う。即ち、炭素又は炭素化合物を含まない酸化物系列のキャッピング膜４０ｂは、エッチングガスと反応してエッチングが実施され、炭素又は炭素化合物を含む非酸化物系列の第１阻止膜３２はエッチングガスと結合しながら、ポリマー膜４６が形成されるようにするエッチングガスを使用する。従って、条件により工程を実施すると、キャッピング膜４０ｂがエッチングされながら、第１阻止膜３２上には第１阻止膜３２を保護するポリマー膜４６が形成される。
【００４５】
前記の条件を満足させるエッチングガスは、ＣｘＦｙガスを含む。ＣｘＦｙガスはフッ素と炭素の比であるｙ／ｘが３以下に組合わされたエッチングガスを使用する。例えば、エッチングガスはＣ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ6又はＣ5Ｆ8のようなガスを使用することができる。
【００４６】
また、エッチングガスはＣｘＦｙガスに酸素及びＣＯのうちの一つ以上のガスをさらに添加することもできる。また、アルゴン（Ａｒ）を含む不活性ガスもＣｘＦｙとともに供給しても良い。
【００４７】
エッチングガスを使用してエッチングを実施すると、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ2）が結合することからなる酸化物系列のキャッピング膜４０ａは、エッチングガスと反応してＣＦＯ、ＣＯ、ＣＦ２Ｏ、ＳｉＦのような反応ガスが形成されながら、エッチングが実施される。しかし、炭素又は炭素化合物を含む非酸化物系列の第１阻止膜３２上には炭素とフッ素（Ｃ−Ｆ）又は炭素と炭素（Ｃ−Ｃ）が結合してポリマー膜４６が形成される。
【００４８】
キャッピング膜４０ａをエッチングする時は、キャッピング膜４０ｂ全体をエッチングせずに、一部分のみをエッチングして第３絶縁膜３８ａ上にキャッピング膜４０ｂを残す。
【００４９】
この理由は、万一キャッピング膜４０ｂが全てエッチングされると、下部膜である第３絶縁膜３８ａ上にもエッチングガスが伝達される。この時、エッチングガスにより低誘電物質である炭素又は炭素化合物が含まれている酸化物系列の第３絶縁膜３８ａ上にもポリマー膜４６が形成される。第３絶縁膜３８ａ上にポリマー膜４６が形成されると、後続工程により第３絶縁膜３８ａをエッチングする時、ポリマー膜４６が容易にエッチングされないために、正常なエッチングとならない。これにより、工程不良が誘発される。
【００５０】
キャッピング膜４０ｂを形成する際に考慮すべき点は、前記のようにキャッピング膜４０ｂを部分的にエッチングした場合、第１阻止膜３２上に第１阻止膜３２を保護するに十分なポリマー膜４６が形成されなければないという点と、キャッピング膜４０ｂは後続の研磨工程により全て又は一部分のみ残留するように所定の厚さを有しなければならないという点である。
【００５１】
万一、キャッピング膜４０ｂをエッチングする時、ポリマー膜４６が十分に形成されないと、後続工程によりトレンチを形成する際、第１阻止膜３２がエッチングされる。また、ポリマー膜４６を十分に形成するためにキャッピング膜４０ｂを厚く形成した場合、後続の導電ラインを形成させるための研磨工程の以後にもキャッピング膜４０ｂが厚く残留して、寄生キャパシタのキャパシタンスが増加する。これは、キャッピング膜４０ｂは第３絶縁膜に比べて誘電定数が高いためである。従って、これを考慮して、キャッピング膜４０ｂを最初に形成させる厚さ及びキャッピング膜４０ｂを部分的にエッチングする厚さを設定しなければならない。
【００５２】
キャッピング膜４０ｂを部分的にエッチングする工程を一例を挙げて説明する。
【００５３】
キャッピング膜４０ｂは第３絶縁膜上に約２０００Å（オングストローム）が形成されている。また、第２フォトレジストパターン４４をエッチングマスクにしてキャッピング膜４０ｂを約１５００Å程度エッチングする。従って、エッチングが実施された領域のキャッピング膜は約５００Å程度が残留する。この時のエッチングガスはＣｘＦｙガス（この時ｙ／ｘは３以下）を１０乃至２０ｓｃｃｍ、アルゴンガスを０乃至１０００ｓｃｃｍ、酸素ガスを０乃至１０ｓｃｃｍの混合ガスを使用し、５乃至５０ｍＴｏｒｒの圧力下で工程を実施する。前記条件によりキャッピング膜４０ｂをエッチングすると、第１阻止膜３２上には２００乃至５００Åのポリマーが形成される。
【００５４】
図１２に示すように、第２フォトレジストパターン４４をエッチングマスクにして残留するキャッピング膜４０ｃと第３絶縁膜３８ｂを第２阻止膜３６ａが露出されるときまで連続的にエッチングしてトレンチ４８を形成する。トレンチ４８はビアホール４２ｂと重畳されながらライン形で形成され、後続工程により導電ラインに形成される。
【００５５】
トレンチ４８を形成する時、第１阻止膜３２上に形成されたポリマー膜４６の消耗が最少化されるようにするエッチング条件を使用し、ポリマー膜４６により第１阻止膜３２を保護する。即ち、残留しているキャッピング膜４０ｃ及び第３絶縁膜３８ｂをエッチングする速度に比べて、ポリマー膜４６がエッチングされる速度が遅いように、第３絶縁膜３８ｂとポリマー膜４６間のエッチング選択比が高い条件で工程を実施する。
【００５６】
前記の条件を満足させるエッチングガスは、ＣｘＦｙガスを含み、ＣｘＦｙガスはフッ素と炭素の比であるｙ／ｘが３以下に組合わされたエッチングガスを使用する。例えば、エッチングガスはＣ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、又はＣ5Ｆ8のようなガスを使用することができる。また、ＣｘＦｙガスに窒素、酸素又はＣＯガスのうちの一つ以上のガスをさらに添加することができる。また、ＣＨｘＦｙ系ガスをさらに添加することができる。ＣＨｘＦｙ系ガスは、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨ3Ｆ、ＣＨＦ3のようなガスを使用することができる。
【００５７】
一方、キャッピング膜４０ｂを部分的にエッチングする時に酸素を添加したければ、トレンチ４８を形成する時にはキャッピング膜４０ｂを部分的にエッチングする時に酸素の流量の１．５乃至３倍の流量を加える。
【００５８】
具体的に、トレンチ４８を形成するためのエッチング条件の一例は、エッチングガスはＣｘＦｙガス（この時ｙ／ｘは３以下）を１０乃至２０ｓｃｃｍ、アルゴンガスを０乃至１０００ｓｃｃｍ、酸素ガスを０乃至２０ｓｃｃｍ、窒素ガス又はＮ2Ｏガスが１０乃至２００ｓｃｃｍ、また、ＣＨｘＦｙガスを０乃至１０ｓｃｃｍの混合ガスを使用することができ、１０乃至１００ｍＴｏｒｒの圧力下で工程を実施する。
【００５９】
前記の条件により、トレンチ４８を形成すると、ポリマー膜４６により第１阻止膜３２が保護されるので、エッチングを実施する際に高エネルギーを有するイオンと下部の導電性パターン３０ａが衝突して、導電性パターン３０ａの上部面の損傷を防止することができる。従って、低抵抗を有するボーダレス（ｂｏｒｄｅｒｌｅｓｓ）コンタクトを具現することができる。
【００６０】
図１３に示すように、トレンチ４８を形成する時に、エッチングマスクとして使用した第２フォトレジストパターン４４をプラズマを使用するアッシング工程により除去し、この時プラズマによりビアホール４２ｂの底面に露出されているポリマー膜４６もともに除去する。
【００６１】
図１４に示すように、ビアホール４２ｂの底面に露出されている第１阻止膜３２ａをエッチングし、導電性パターン３０ａの上部面を露出させる。この時、トレンチ４８の低部に露出されている第２阻止膜３６ｂもともにエッチングされる。したがって、導電ラインとコンタクトを同時に形成するためのデュアルダマシン構造が完成される。
【００６２】
図１５に示すように、ビアホール４２ｂとトレンチ４８内部を埋め込みながら、導電物質５０を蒸着させる。続いて、蒸着された導電物質５０を研磨し、上部面に第３絶縁膜３８ｂと導電ライン５０ａが露出される電気的配線を形成する。
【００６３】
即ち、トレンチ４８に埋められる導電物質は導電ライン５０ａに形成され、トレンチ４８の所定部位から下部に繋がっているビアホール４２ｂに埋められる導電物質５０は、導電ライン５０ａと下部の導電性パターン３０ａと連結するコンタクト５０ｂの役割を有する。従って、導電ライン５０ａとコンタクト５０ｂとが同時に形成される。
【００６４】
導電物質５０は、低抵抗を有しエレクトロマイグレーション特性が良好な物質を使用することができ、例えば、銅を使用する。
【００６５】
前記蒸着された導電物質５０を研磨する工程の際に、示したように第３絶縁膜３８ｂ上部に残留するキャッピング膜４０ｃが全て研磨され、第３絶縁膜３８ｂが露出される電気的配線を形成することができる。キャッピング膜４０ｃが全て除去される場合には、低誘電物質を含む第３絶縁膜３８ｂにより導電ライン５０ａ間が絶縁され、導電ライン５０ａ間のキャパシタンスの減少効果がある。
【００６６】
図示しなかったが、他の方法により、導電物質５０を研磨する工程時にキャッピング膜４０ｃを一部残留させることもできる。この時、残留しているキャッピング膜４０ｃは５０乃至２００Å以下に残留するようにする。これは過度な研磨により第３絶縁膜３８ｂ及び導電ライン５０ａの損傷を防止するためである。
【００６７】
しかし、望ましくは、研磨により第３絶縁膜３８ｂ及び導電ライン５０ａが損傷されずに、キャッピング膜４０ｃが全て除去されるようにキャッピング膜４０ｃを最初に形成する厚さ、キャッピング膜４０ｃを部分的にエッチングする厚さ及び研磨条件などを調節することが望ましい。
【００６８】
従って、上述したように、デュアルダマシン構造を使用して電気的配線を形成する時、デュアルダマシン構造を形成するためのエッチング工程時に、下部の導電性パターンを保護して導電性パターンの損傷を防止する。したがって、ビアホールに埋められる導電物質と導電性パターン間のコンタクト抵抗を減少させることができる。
【００６９】
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できるであろう。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によると、ビアホールをまず形成するデュアルダマシン工程による電気的配線を形成する際に、上部導電ライン間を絶縁するために備えられる第３絶縁膜上にキャッピング膜をさらに形成する。また、ビアホールが形成した後に導電ラインに形成されるトレンチを形成する前に、キャッピング膜を部分的にエッチングしてビアホールの底面の第１阻止膜上にポリマーを形成する。従って、後続工程により残留しているキャッピング膜及び第３絶縁膜をエッチングしてトレンチを形成する時に、ポリマーが第１阻止膜を保護し、ビアホール底面に露出された第１阻止膜がエッチングされることを防止する。したがって、第１阻止膜の基底に位置する下部導電性パターンが損傷されることを防止することができる。また、第１阻止膜を除去してコンタクトを形成する時に、コンタクト抵抗を減少することができるので、半導体装置の応答速度を含む各種特性が向上される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図２】  従来のデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図３】  従来のデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図４】  従来のデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図５】  本発明の一実施形態によるデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図６】  本発明の一実施形態によるデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図７】  本発明の一実施形態によるデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図８】  本発明の一実施形態によるデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図９】  本発明の一実施形態によるデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図１０】  本発明の一実施形態によるデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図１１】  本発明の一実施形態によるデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図１２】  本発明の一実施形態によるデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図１３】  本発明の一実施形態によるデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図１４】  本発明の一実施形態によるデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【図１５】  本発明の一実施形態によるデュアルダマシン工程を使用した電気的配線の形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
３０    第１絶縁膜
３０ａ    導電性パターン
３２、３２ａ    第１阻止膜
３４、３４ａ、３４ｂ    第２絶縁膜
３６、３４ａ、３６ｂ    第２阻止膜
３８、３８ａ、３８ｂ    第３絶縁膜
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ  キャッピング膜
４２、４２ａ、４２ｂ    ビアホール
４４    第２フォトレジストパターン
４６    ポリマー膜
４８    トレンチ
５０ａ    導電ライン
５０ｂ    コンタクト
【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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