(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１２）上に作られる誘電体材料の層（１６）に形成される開口部（２８）を規定するパターニングされたセグメントを含むフォトレジストマスク（１８）を形成するよう、明るいフィールドのレチクルを用いるための方法であって、
前記半導体基板（１２）上に形成される前記誘電体材料の層（１６）上に前記フォトレジストの層（１８）を形成するステップと、
前記フォトレジストの層（１８）を光にさらすステップとを含み、前記光は前記フォトレジストの層に向かって前記明るいフィールドのレチクルを介して透過され、前記明るいフィールドのレチクルは明るい領域と暗い領域とからなるパターンを有し、前記明るい領域は前記光が通過して前記明るい領域下の前記フォトレジストの層の部分に当ることを可能にし、前記部分は露光された領域（２０）となり、前記暗い領域は前記光が通過して前記暗い領域下の前記フォトレジストの層の他の部分に達するのを防ぎ、前記他の部分は露光されない領域（２２）のままであり、前記方法はさらに、
前記フォトレジストの層（１８）を現像し、それによって、前記フォトレジストの層の前記露光された領域を除去するステップを含み、前記露光されない領域（２２）はそのまま残り、それによって、前記フォトレジストマスク（１８）の前記パターニングされたセグメントを形成し、前記パターニングされたセグメントは前記暗い領域のパターンを複製し、前記方法はさらに、
前記現像後に前記誘電体材料の層（１６）をエッチングしてその中に複数の凸部を形成するステップを含み、凸部（２４）はフォトレジストの前記パターニングされたセグメントの各々の下に形成され、前記方法はさらに、
前記フォトレジストの層（１８）を除去するステップと、
前記誘電体材料の層（１６）上に、平坦化可能な材料からなる層（２６）を堆積するステップと、
前記平坦化可能な材料からなる層（２６）の表層部分を除去することによって、前記誘電体材料の層（１６）において前記複数の凸部の上部を露出させるステップと、
前記誘電体材料の層（１６）における前記複数の凸部をエッチングすることによってその中に前記開口部（２８）を形成するステップとを含み、前記平坦化可能な材料からなる層（２６）はエッチング中においてマスクとして働き、該平坦化可能な材料からなる層（２６）は、フォトレジストからなる第２の層（２６）を含む、明るいフィールドのレチクルを用いるための方法。
【請求項２】
前記平坦化可能な材料からなる層（２６）の表層部分を除去するステップはエッチバックまたは研磨によって達成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記平坦化可能な材料からなる層（２６）の表層部分を除去するステップによって前記平坦化可能な材料からなる層（２６）は平坦化される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記平坦化可能な材料からなる層（２６）は、前記誘導体材料の層（１６）をエッチングしてその中に前記開口部（２８）を形成した後に除去される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記誘電体材料の層（１６）は、酸化物、窒化ホウ素およびポリイミドからなる材料の群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記フォトレジストからなる第２の層（２６）の表層部分を除去するステップはエッチバックによって達成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記開口部（２８）の少なくとも１つは金属で充填される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記平坦化可能な材料からなる層（２６）が前記誘電体材料の層（１６）において各前記凸部（２４）を覆うよう、前記平坦化可能な材料からなる層（２６）は前記誘電体材料の層（１６）上に堆積される、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、一般に、半導体基板上に形成される集積回路において用いられるべきコンタクト、ビアおよび金属配線等の小さい構造物（０．５μｍ以下のサイズ）を作製することに関し、より特定的には、明るいフィールドのレクティルがそのような小さい構造物の形成において用いられることを可能にする方法に関する。
背景技術
ＵＳ−Ａ−５  ３２８  ８１０は、フォトリソグラフィ工程の最小マスキングピッチを低減するための方法を開示している。この工程は主マスクを用いて開始され、１組の犠牲マンドレル片が作られる。次いで、等角ストリンガ層（conformal stringer layer）を堆積し次いで非等方性エッチングすることによって、各マンドレル片の頂部を露出させる。次いでこれらマンドレル片を除去する。
ＵＳ−Ａ−５  ２７０  ２３６およびＥＰ−Ａ−０  ３８４  １４５にも、関連の先行技術が開示されている。
本集積回路装置は、シリコン基板上に形成され、その基板内において、ソースまたはドレイン接続がなされ、ゲート制御領域により分離されるドープされた領域を含む。ソース、ゲートおよびドレイン電極への電気的接続は、たとえば金属相互接続部等、層間誘電体によって基板上に支持される相互接続部によってなされる。
従来の集積回路は複数階層の相互接続部を用いる。たとえば、第１階層のパターニングされた相互接続部は所望されるパターンにおいてソースコンタクトおよびドレインコンタクトならびにゲート電極に接触する。第１階層のパターニングされた相互接続部の形成は、従来的には、半導体基板上における酸化物の堆積が後に続く。この酸化物が上述の層間誘電体を形成する。この酸化物はシーケンスでパターニングされエッチングされて、その中にコンタクト／ビア開口部を形成する。この層間誘電体のこれらコンタクト／ビア開口部は、ブランケット金属堆積を用いて金属プラグで充填され、次いでエッチバックされるかまたは研磨される。第２階層のパターニングされた相互接続部を含むパターニングされた金属配線の層がその層間誘電体上に形成される。金属プラグは、第１階層のパターニングされた相互接続部と第２階層のパターニングされた相互接続との間の電気的接触を形成する。パターニングされた金属配線または相互接続部のさらなる階層を形成してもよく、相互接続部の各階層も層間誘電体層によって分離される。異なる相互接続部階層間の電気的接続は、さらなる金属プラグによって与えられる。
層間誘電体にコンタクト／ビア開口部をエッチングするために、フォトレジストがその上に形成される。このフォトレジストは露光および現像されるが、この際、酸化物の、指定された領域が露出される状態にし、換言すれば、フォトレジストはその上には形成されない。酸化物の露出された領域はエッチングされて、その中にコンタクト／ビア開口部を形成する。
一般的に、このフォトレジストには、下層の材料（たとえば酸化物）を後の処理（たとえばエッチング）にさらすような開口部または小さな窓が形成される。このフォトレジストにおける、下層の材料を露出するような小さな窓は、そのフォトレジストを露光し現像することによって形成される。
原理上、このフォトレジストはポジ形フォトレジストまたはネガ形フォトレジストを含んでもよい。しかしながら、小さな構造物、つまり０．５μｍ以下のサイズをパターニングする場合には、ポジ形フォトレジストが従来的には用いられる。
ポジ形フォトレジストの場合、露光されるフォトレジストの部分が現像される。露光されないフォトレジストの部分はそのまま残り、したがって、直接下に形成される下層の材料を後の処理中において保護するパターニングされたフォトレジストを含むマスクを与える。
対照的に、ネガ形フォトレジストの場合、露光されないフォトレジストの部分が現像される。露光された、フォトレジストの部分はそのまま残り、したがって、直接下に形成される下層の材料を後の処理中において保護するパターニングされたフォトレジストを含むマスクを与える。
しかしながら、小さな構造物、つまり０．５μｍ以下のサイズを規定する際に用いるためのネガ形フォトレジストは入手可能ではない。現在利用可能なネガ形フォトレジストを用いてパターニングされ得る最小の特徴サイズは１．０μｍ以上である。対照的に、現在利用可能なポジ形フォトレジストを用いると、サイズが０．２５〜０．３５μｍと同じほど小さい構造物をパターニングすることができる。この結果、小さな構造物をパターニングする場合、ポジ形フォトレジストが従来的には用いられる。したがって、これ以降は、特に指定しない限り、「フォトレジスト」という語は「ポジ形フォトレジスト」と同等と考える。
フォトレジストを露光するために、所望されるパターンが上に形成されるレクティルマスクを通して紫外線光が送られる。レクティルマスクにおけるこのパターンは、不透明領域および透明領域、つまり暗い領域と明るい領域とを含む。レクティルの明るい領域下のフォトレジストはＵＶ光に露光され、レクティルマスクの暗い領域下のフォトレジストは露光されないままである。
したがって、他の態様では暗い領域を含むレクティルマスクの明るい領域を通してＵＶ光を透過させることにより、フォトレジストつまりポジ形フォトレジストに単一の窓が形成される。明るい領域は暗い領域に取り囲まれる。この結果、このレクティルマスクは従来的には暗いフィールドのレクティルと称される。
暗いフィールドのレクティルの明るい領域直下のフォトレジストは露光され現像される。したがって、フォトレジスト下にある層の材料が後の処理にさらされて、その中に開口部などの特徴を形成し得る。たとえば、ポジ形フォトレジスト下に形成される酸化物にコンタクト開口部をエッチングするために、暗いフィールドのレクティルを用いて、後の酸化物エッチングを可能にするような開口部または窓をそのフォトレジストにおいて現像する。中に窓が形成されたフォトレジストはマスクとして働く。このフォトレジスト内の窓は、酸化物に形成されることが意図されるコンタクト開口部のサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を有する。
対照的に、（フォトレジストにおける窓の代わりに）フォトレジストのパターニングされたセグメントが、下層の材料に形成されることが意図される特徴のサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を有するように、フォトレジストをパターニングし得る。フォトレジストのパターニングされたセグメントは下層の材料（たとえば酸化物）を後の処理（たとえばエッチング）から保護するよう形成される。フォトレジストのパターニングされたセグメントは、他の態様では明るい領域を含むレクティルマスクにおいて暗い領域で輪郭付けされる。このレクティルマスクにおける暗い領域は、このレクティルマスクにおける明るい領域によって取り囲まれる。したがって、このレクティルマスクは、従来的には、明るいフィールドのレクティルと称される。
このレクティルマスクの暗い領域直下のフォトレジストつまりポジ形フォトレジストは、紫外線光に露光されず、したがって現像されない。したがって、このフォトレジスト下の層の材料は後の処理中において保護され、したがってある特徴がその下層の材料に形成されることを可能にする。たとえば、ポジ形フォトレジスト下に形成されるポリシリコンの層に或る特徴を形成するために、明るいフィールドのレクティルを用いる。明るいフィールドのレクティルの暗い領域（つまりレクティルマスク）は直下のフォトレジストが現像されることを防ぎ、したがって、そのフォトレジスト下の層の材料を後の処理から保護するような、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントを形成する。
装置の外形がより小さくなるにつれ、窓を形成するのに用いられる、暗いフィールドのレクティルにおける小さい明るい領域が有する物理的制限から、フォトレジストに窓を作製することはますます困難になる。小さな窓の場合、暗いフィールドのレクティルにおける明るい領域の幅もしたがって小さくなる。この結果、不十分な量の光しか、このレクティルマスクのこれら小さな明るい領域を通過しない。したがって、暗いフィールドのレクティルにおけるパターンと、フォトレジストに結果的に形成されるパターンとの間における忠実度は落ちる。たとえば、正方形のコンタクト／ビア開口部を作るよう意図される暗い領域のレクティルは、代わりに、丸いコンタクト／ビア開口部を生じさせるかもしれない。
暗いフィールドのレクティルは不十分な量の光しか透過しないという問題に対する従来技術の解決法として、フォトレジストが過度に露光される。フォトレジストを過度に露光するためには、ＵＶ源の強度を増すか、またはフォトレジストがより長い時間期間の間露光される。従来、フォトレジストを過度に露光するには、フォトレジストをより長い時間期間の間露光する。
フォトレジストを過度に露光することは、各々が同じサイズであるコンタクト／ビア開口部をパターニングするよう暗いフィールドのレクティルを用いる場合には、許容可能な解決法である。しかしながら、小さい窓および大きい窓の両方が同じフォトレジストマスク上に形成されることになる場合、たとえば、１つのフォトレジストマスクが、小さい、つまり０．５μｍ未満のコンタクト／ビア開口部のパターニングとならんで、任意の長さ、幅および形状を有し得る金属配線（ここで用いられる場合、「金属配線」という語は、同じ階層上において装置を電気的に接続するために用いられる導電線を指す）の形成の両方を行なうよう意図される場合、この解決法では不十分である。小さいコンタクト／ビア開口部の輪郭をとる暗いフィールドのレクティルにおける明るい領域は光スループットを制限する。対照的に、より大きい金属配線の輪郭をとる暗いフィールドのレクティルにおける明るい領域はスループットを不利益には制限しない。この結果、フォトレジストを過度に露光することによって、多すぎる光が、暗いフィールドのレクティルにおけるそのより大きな明るい領域を通って送られて、結果的にパターン歪みをもたらす。暗いフィールドのレクティルにおけるパターンと、フォトレジストに形成される結果のパターンとの間の忠実度は落ちる。フォトレジストにおける窓は拡大され、その一方で、残りのフォトレジストは意図されるよりも小さくなる。フォトレジストの端または角も丸められるかもしれない。
下層の材料に形成されることが意図される特徴のサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を有するフォトレジストからなるパターニングされたセグメントを形成するよう用いられる明るいフィールドのレクティルによって小さい構造物が輪郭をとられる場合、ＵＶ光のスループットはより問題が少ない。マスクがフォトレジストのそのようなパターニングされたセグメントを含む状態では、小さい構造物は、暗いフィールドのレクティルにおける小さな明るい領域に対向するものとしての明るいフィールドのレクティルにおける小さな暗い領域によって輪郭をとられる。フォトレジストのそのようなパターニングされたセグメントを含むマスクを形成するために、ＵＶ光は、明るいフィールドのレクティルにおいて小さな暗い領域を取り囲む幅広い明るい領域を透過する。したがって、過度露光技術に依存することなくフォトレジストを適切に露光するよう十分な光レベルが達成される。フォトレジストの窓またはパターニングされたセグメントのサイズが小さい（０．５μｍ以下）場合、フォトレジストつまりポジ形フォトレジストにおける窓は、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントよりも作製が困難であると結論付けられ得る。この結果、コンタクト／ビア開口部および金属配線の形成は、フォトレジストに形成される窓を有するマスクを用いるよりも、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントを含むマスクを用いての方が、よりよく達成される。
（原則的には、ネガ形フォトレジストを用いて、明るいフィールドのレクティルでコンタクト／ビア開口部および金属配線を形成することができる。しかしながら、上述したように、小さい構造物つまり０．５μｍ以下のサイズを規定する際に使用するためのネガ形フォトレジストは入手可能ではない。）
コンタクト／ビア開口部および金属配線のような小さな構造物のサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を有するポジ形フォトレジストからなるパターニングされたセグメントを用いてそのような小さな構造物を形成するための方法が、先行技術に開示されている。たとえば、１９９４年２月１日発行の米国特許第５，２８３，２０８号には、マンドレルまたは犠牲スタッド、つまり実質的に垂直な側壁を有するブロック状の材料のまわりに絶縁層を形成する１つの方法が開示されている。このマンドレルのサイズおよび位置は、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントによって輪郭を記される。このマンドレルは取除かれ、したがって絶縁層内に空洞を残す。この空洞を材料で充填して所望の構造物を形成する。絶縁層におけるこの空洞は、金属プラグまたは金属配線で充填されてもよい。したがって、マンドレルは、上述されるように、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントによって輪郭を記される金属プラグまたは金属配線のサイズおよび位置を規定する。したがって、金属プラグまたは金属配線は、明るいフィールドのレクティルによって輪郭を記される。この方法は、しかしながら、マンドレルを形成するための犠牲材料からなる層に対する要件によって複雑なものにされる。
したがって、上述の問題のすべてではないにしても大部分を回避するよう、明るいフィールドのレクティルを用いてコンタクト／ビア開口部および金属配線を形成するための代替的方法が依然として要求されている。
発明の開示
本発明に従うと、明るいフィールドのレクティルを用いることにより、フォトレジストからなる第１の層から形成される、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントを含むマスクを形成して、各々が或るサイズ、形状および位置を有する開口部を、半導体基板上に形成される層の材料中にパターニングするための方法を提供する。この方法は、
（ａ）  半導体基板上に形成される層の材料上に、フォトレジストからなる第１の層を形成するステップと、
（ｂ）  露光される領域となるよう、フォトレジストからなる第１の層の部分上に光を向けさせる明るい領域と、露光されない領域のままであるよう、フォトレジストからなる第１の層の部分を露光するのを防ぐ暗い領域とを有する明るいフィールドのレクティルに光を透過させることによって、フォトレジストからなる第１の層を露光するステップとを含み、露光されない領域は、材料の層中に形成されることが意図される開口部のサイズ、形状および位置と実質的に同一であるサイズ、形状および位置を有し、さらに、
（ｃ）  フォトレジストからなる第１の層を現像することによって、フォトレジストからなる第１の層の露光された領域を除去するステップを含み、露光されなかった領域はそのまま残り、露光されなかった領域はフォトレジストからなるパターニングされたセグメントを形成し、フォトレジストからなる各パターニングされたセグメントは、材料の層中に形成されることが意図される開口部のサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を有し、さらに、
（ｄ）  材料の層をエッチングすることによって、その層中において、エッチング中にマスクとして働くフォトレジストのパターニングされたセグメントの各々の直下に段差を形成するステップを含み、各段差は、材料の層中に形成されることが意図される開口部のうちの１つのサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を有し、さらに、
（ｅ）  フォトレジストからなる第１の層を除去するステップと、
（ｆ）  材料の層上に、平坦化可能な材料からなる層を堆積するステップと、
（ｇ）  平坦化可能な材料からなる層の或る部分を除去することによって、材料の層中の各段差を露出させるステップと、
（ｈ）  材料の層をエッチングすることによってその中に開口部を形成するステップとを含み、平坦化可能な材料からなる層はエッチング中においてマスクとして働く。
材料の層をエッチングしてその中に開口部の各々を形成した後、平坦化可能な材料からなる層は除去され得る。これら開口部は、コンタクト、ビアまたは金属配線を形成するよう、金属を充填され得る。開口部が金属で充填される場合、材料の層は、酸化物、窒化物またはポリイミドのような誘電体である。
本発明は、半導体基板上に形成される集積装置において用いられるべき小さな構造物を作製するための方法を提供する。（小さな構造物とは、コンタクト、ビアおよび金属配線など、サイズが０．５μｍ以下の構造物を意味する。）
本発明のこの方法は、コンタクトまたはビアなど、材料の層にパターニングされる特徴の規定を改善する。
上述のように、小さな構造物の場合、フォトレジストにおける開口部または窓は、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントよりも形成が困難である。本発明のこの方法では、明るいフィールドのレクティルを用いることによって、材料の層内に形成されることが意図される特徴のうちの１つのサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を各々が有する、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントを形成する。この方法は、材料の層内に形成されることが意図される特徴のうちの１つのサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を各々が有する窓をフォトレジスト内に形成する暗いフィールドのレクティルを用いる代わりに用いられる。この結果、フォトレジストに小さな窓を形成することの制限が回避される。本発明のこの方法は、したがって、そのような小さな構造物を形成する際の正確度を向上させる。
本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を参照することにより明らかとなる。図中、同じ参照符号は同じ特徴を示す。
【図面の簡単な説明】
本記載にて言及される図面は、特に注記される場合を除き、尺度決めして描かれるものではないことが理解されるべきである。さらに、図面は、本発明に従って作製される集積回路の一部のみを示すことが意図されるものである。
図１〜図８は、本発明に従う半導体基板の処理におけるさまざまな段階での断面図であり、
図１は、第１のマスキングおよびエッチングを行なう前の、従来の半導体構造を示し、
図２は、フォトレジストからなる第１の層を露光し現像した後の構造を示し、
図３は、酸化物をエッチングすることにより形成される酸化物の層における段差を示し、
図４は、フォトレジストからなる第１の層を除去した後の構造を示し、
図５は、酸化物の層上に形成される、フォトレジストからなる第２の層を示し、
図６は、段差を露出させるようエッチングを行なった後の、フォトレジストからなる第２の層を示し、
図７は、酸化物をエッチングすることによって、酸化物の層に形成される開口部を示し、
図８は、フォトレジストからなる第２の層を除去し、開口部を金属で充填した後の構造を示す。
本発明を実施するためのベストモード
ここで、本発明の具体的な実施例を詳細に参照する。これは、本発明を実施するために発明者によって現在企図されるベストモードを示す。さらに、代替的実施例も、適用可能なように簡単に記載する。
本発明は、半導体基板上に形成される集積回路において用いられるべき小さな構造物（コンタクト、ビアおよび金属配線など、サイズが０．５μｍ以下の構造物）を作製するための方法を提供する。小さな構造物を規定する場合には従来的なことではあるが、ポジ形フォトレジスト（以下、フォトレジストと称す）を用いる。
本発明のこの方法は、改善された特徴規定を得るために像反転技法を用いる。材料の層に特徴を形成するのに、明るいフィールドのレクティルを用いることによって、材料の層に形成されることが意図される特徴のうちの１つのサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を各々が有する、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントを形成する。この方法は、材料の層に形成されることが意図される特徴のうちの１つのサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を各々が有する窓をフォトレジスト内に形成する暗いフィールドのレクティルを用いる代わりに用いられる。この明るいフィールドのレクティルは、基板の表面上において、暗いフィールドのレクティルにより生ずる像のネガ形（つまり反転）である像またはパターンを生じさせる。像反転とは、明るいフィールドのレクティルを暗いフィールドのレクティルの代わりに用いて、反転像を伴うパターンを形成することを意味する。
形成されることが意図される特徴のうちの１つのサイズ、形状および位置と実質的に同一なサイズ、形状および位置を各々が有する、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントを含むマスクで、小さなコンタクト／ビア開口部などの小さな構造物が、暗いフィールドのレクティルにおける小さな透明または明るい領域に対立するものとしての明るいフィールドのレクティルにおける小さな不透明または暗い領域によって、輪郭を記される。フォトレジストからなるパターニングされたセグメントを形成するために、明るいフィールドのレクティルにおいて小さな暗い領域を取り囲む幅広い透明領域を通してＵＶ光を透過させる。したがって、過度露光技法に依存することなくフォトレジストを適切に露光するような十分な光レベルが達成される。
特に、本発明のこの方法は、明るいフィールドのレクティルを用いて、フォトレジストからなる第１の層から形成されるフォトレジストのパターニングされたセグメントを含むマスクを形成することにより、半導体基板上に形成される材料の層内に開口部をパターニングする。フォトレジストからなるこのパターニングされたセグメントは下層の材料（たとえば酸化物）を次の処理（たとえばエッチング）から保護する。フォトレジストからなるこのパターニングされたセグメントは明るいフィールドのレクティルにおける暗い領域によって輪郭を記され、これによって、フォトレジストの部分は、紫外線光に露光され現像されることを免れる。本発明に従うと、材料の層内の開口部の各々は、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントのうちの１つと実質的に同一のサイズ、形状および位置を有する。
本発明のこの方法は、
（ａ）  半導体基板上に形成される材料の層上に、フォトレジストからなる第１の層を形成するステップと、
（ｂ）  露光される領域となるよう、フォトレジストからなる第１の層の部分上に光を向けさせる明るい領域と、露光されない領域のままであるよう、フォトレジストからなる第１の層の部分を露光するのを防ぐ暗い領域とを有する明るいフィールドのレクティルに光を透過させることによって、フォトレジストからなる第１の層を露光するステップとを含み、露光されない領域は、材料の層中に形成されることが意図される開口部のサイズ、形状および位置と実質的に同一であるサイズ、形状および位置を有し、さらに、
（ｃ）  フォトレジストからなる第１の層を現像することによって、フォトレジストからなる第１の層の露光された領域を除去するステップを含み、露光されなかった領域はそのまま残り、露光されなかった領域はフォトレジストからなるパターニングされたセグメントを形成し、フォトレジストからなる各パターニングされたセグメントは、材料の層中に形成されることが意図される開口部のサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を有し、さらに、
（ｄ）  材料の層をエッチングすることによって、その層中において、エッチング中にマスクとして働くフォトレジストのパターニングされたセグメントの各々の直下に段差を形成するステップを含み、各段差は、材料の層中に形成されることが意図される開口部のうちの１つのサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を有し、さらに、
（ｅ）  フォトレジストからなる第１の層を除去するステップと、
（ｆ）  材料の層上に、平坦化可能な材料からなる層、たとえばフォトレジストからなる第２の層を堆積するステップと、
（ｇ）  平坦化可能な材料からなる層の或る部分を除去することによって、材料の層中の各段差を露出させるステップと、
（ｈ）  材料の層をエッチングすることによってその中に開口部を形成するステップとを含み、平坦化可能な材料からなる層はエッチング中においてマスクとして働く。
小さな構造物の場合、フォトレジスト内の窓は、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントよりも形成が困難である。したがって、形成されることが意図されるコンタクト／ビア開口部および金属配線のサイズ、形状および位置と実質的に同一なサイズ、形状および位置を各々が有する窓をフォトレジスト内に含むマスクを用いるより、形成されることが意図されるコンタクト／ビア開口部および金属配線のサイズ、形状および位置と実質的に同一なサイズ、形状および位置を各々が有するフォトレジストのパターニングされたセグメントを含むマスクを用いての方が、コンタクト／ビア開口部および金属配線の形成がよりよく達成される。明るいフィールドのレクティルを用いてフォトレジストのパターニングされたセグメントを含むマスクを形成することにより、暗いフィールドのレクティルを用いてフォトレジスト内に小さな窓をパターニングすることの制限が回避される。したがって、明るいフィールドのレクティルを用いてフォトレジストのパターニングされたセグメントを含むマスクを形成する本発明のこの方法は、そのような小さな構造物を形成する正確さを向上させる。
半導体集積回路の作製において、ドープされた領域１０を、図１に示されるように、半導体基板１２の主表面、またはその上に形成されるエピタキシャル層（図示せず）内に形成する。１つの装置を他の装置から分離するために、フィールド酸化物１４などの酸化物領域を形成してもよい。
マスキング、エッチング、ドーピング、酸化物形成などのさまざまな工程によって装置が一旦規定されると、金属相互接続部などの相互接続部を形成して、装置を互いに電気的に接続し、外部回路への導電経路を与えることが必要となる。
従来にあるように、相互接続部形成の前に、誘電体またはパターニング可能な材料１６からなる層を形成する。これは、相互接続部への短絡を防ぐために、フィールド酸化物１４およびすべての下層の導電領域を覆う。これら下層の導電領域は、たとえばゲート制御領域の形成に用いられてもよいポリシリコンと、ソース／ドレイン領域など、半導体基板内のドープされた領域１０とを含んでもよい。誘電体１６の層は第１の層間誘電体と称される。この誘電体層１６は下層の導電領域を絶縁する。
本発明のこの方法はこの誘電体層１６の形成で始まる。この誘電体層１６は酸化物を含んでもよく、したがってここでは酸化物の層と呼ばれる。この酸化物の層１６は、従来の工程によって、本技法において用いられる典型的な厚みに形成される。好ましくは、酸化物層１６は平坦化される。このような平坦化はエッチバックまたは研磨によって達成され得る。研磨は、化学機械研磨を含んでもよい。
本発明に従うと、酸化物層１６に転写されるべき所望のパターンの輪郭を記す、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントを含むマスクが提供される。より具体的には、フォトレジストからなる第１の層１８が酸化物層１６上に形成される。フォトレジストからなる第１の層１８は、露光され現像されて、そこにパターンを形成する。特に、明るい領域と、フォトレジストの第１の層１８に形成されるべきパターンの輪郭を記す暗い領域とを有するレクティルマスクつまり明るいフィールドのレクティルを通してＵＶ光が透過される。明るい領域は透明であり、暗い領域は不透明である。したがって、フォトレジストの第１の層１８の、明るい領域下の部分は、露光されて、図１に示される領域２０のような露光された領域となる。フォトレジストからなる第１の層の、暗い領域下の部分は、露光されず、図１に示される領域２２のような露光されない領域のまま残る。この発明に従うと、露光されない領域２２は、酸化物層１６に形成されることが意図される特徴のサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を有する。フォトレジスト層１８の露光された領域２０は現像される。露光されない領域つまり領域２２はそのまま残る。
一旦パターニングされた、フォトレジストからなる第１の層１８（以下、フォトレジストからなるパターニングされたセグメントと称する）はマスクとして働く。上述のように、フォトレジストからなるパターニングされたセグメント１８は、下層の材料つまり酸化物層１８を、この場合はその酸化物層のエッチングに対応する後の処理から保護する。
上述のように、フォトレジストからなるパターニングされたセグメント１８は、明るいフィールドのレクティルにおける暗い領域によって輪郭を記される。フォトレジストからなるパターニングされたセグメント１８を形成するため、明るいフィールドのレクティルにおいて暗い領域を取り囲む明るい領域を通してＵＶ光が透過される。酸化物層１６にパターニングされるべき構造物が小さい場合、明るいフィールドのレクティルにおける暗い領域はその明るい領域に比して小さい。したがって、過度露光技法に依存することなくフォトレジストを適切に露光するような十分な光レベルが達成される。
図２は、そのようにして形成される、フォトレジストからなる１つのそのようなパターニングされたセグメント１８を示す。フォトレジストからなる１つのそのようなパターニングされたセグメントが図示されているが、実際には、フォトレジストからなる複数のそのようなパターニングされたセグメントが形成されることが当業者には容易に理解されるであろう。図２に示されるフォトレジストからなるパターニングされたセグメントのような、フォトレジストからなるパターニングされたセグメント１８は、後の酸化物層１６のパターニングのためのマスクとして働く。一般に、フォトレジストからなるパターニングされたセグメント１８は、相互接続部または他の小さな構造物の形成が意図される、酸化物層１６内の領域上にある。フォトレジスト１８からなるパターニングされたセグメントのサイズは、フォトレジストの過度露光を必要とすることなしに約０．５μｍ未満であってもよい。
酸化物層１６はエッチングされて、図３に示される段差２４のような段差がそこに形成される。１つのそのような段差２４が酸化物層１６に形成されるよう示されているが、実際には複数のそのような段差が形成されることが当業者には容易に理解されるであろう。この段差は、酸化物層１６の下の部分をエッチングから保護する、フォトレジストからなるパターニングされたセグメント１８下に形成される。この結果、フォトレジストからなるパターニングされたセグメント１８はエッチング中においてマスクとして働く。この発明に従うと、段差２４は、酸化物層１６内に形成されることが意図される特徴のサイズ、形状および位置と実質的に同一のサイズ、形状および位置を有する。
次いで、フォトレジスト１８からなるパターニングされたセグメント１８を除去する。図４は、フォトレジストからなるパターニングされた第１の層１８が除去された後の酸化物層１６における段差２４を示す。
平坦化可能な材料からなる層２６が酸化物層１６上に形成される。本発明の一実施例では、平坦化可能な材料からなる層２６は、フォトレジストからなる第２の層を含む。フォトレジストからなる第２の層２６の厚みは、好ましくは、図５に示されるように段差２４を覆うのに十分なものである。好ましくは、フォトレジストからなる第２の層２６は、スピン・オンのフォトレジストを用いて達成されてもよいような実質的に平らまたは平坦な表面を有する。
スピン・オンのフォトレジストは、堆積の後に乾かされ平坦になる。
先のステップ、つまり酸化物層１６をエッチングした後に、フォトレジストからなるパターニングされたセグメント１８を除去するステップは、フォトレジストからなる平坦化された第２の層２６を設けるのを助ける。フォトレジストからなるパターニングされたセグメント１８が上に形成された段差２４上に、フォトレジストからなる第２の層２６を堆積すると、フォトレジストからなる第２の層がその段差上において一様に滑らかにならない。
フォトレジストからなる第２の層２６は、酸化物層１６における段差２４が図６に示されるように露出されるよう、エッチバックによって平坦化される。
露出された酸化物はエッチングされ、したがって、開口部２８が酸化物層１６において図７に示されるように形成される。１つのそのような開口部２８が酸化物層１６に形成されるよう示されているが、実際には複数のそのような開口部が形成されることが当業者には容易に理解されるであろう。フォトレジストからなる第２の層２６は、酸化物層１６のエッチング中において、エッチングマスクとして働く。したがって、エッチングプロセスは、フォトレジストからなる第２の層２６ではなく、酸化物層１６を選択的にエッチングしなければならない。本発明に従うと、開口部２８は、明るいフィールドのレクティルの暗い領域によって輪郭を記される、フォトレジストからなるパターニングされたセグメント１８によって輪郭を記されるサイズ、形状および位置を有する。
処理のこの段階で、フォトレジストからなる第２の層２６を除去し、開口部２８を金属等の材料で充填して、図８に示されるように相互接続部３０を形成してもよい。本発明の実施において好適に用いられる金属の例としては、タングステンおよびアルミニウムが含まれる。チタニウムおよびチタニウム−タングステンも、相互接続部３０を形成するのに用いられてもよい。しかしながら、相互接続部３０に対して用いられるメタライゼーションは従来のものであり、本発明の一部を形成するものではない。本発明のこの方法は酸化物層１６に開口部２８をエッチングすることに限定されるものではないことが理解される。この発明のこの方法は酸化物以外の材料において特徴をパターニングすることに使用を見出し、したがって、酸化物層１６は、ここでは材料の層として大きく称される。他の誘電体層と並んで、金属および半導体のような他の材料もパターニングされてもよい。
代替的実施例では、段差２４を覆うのに、フォトレジストからなる第２の層を用いない。代わりに、下に記載されるような、フォトレジスト以外の平坦化可能な材料からなる層２６が用いられる。
このプロセスの流れは、酸化物層１６において段差２４をエッチングし、フォトレジストからなるパターニングされたセグメント１８を除去する過程を通しては、上述のステップと同一である。図４は、この処理におけるこの段階での酸化物層１６における段差２４を示す。代替的実施例では、平坦化可能な材料からなる層２６を酸化物層１６上に形成する。フォトレジストからなる第２の層２６の場合と同様、平坦化可能な材料からなる層２６の厚みは、好ましくは、図５に示されるように段差２４を覆うのに十分なものである。
平坦化可能な材料２６からなる層２６は、酸化物層１６における段差２４が図６に示されるように露出されるよう、エッチバックまたは研磨によって平坦化される。
好ましくは、平坦化可能な材料からなる層２６は研磨によって平坦化される。研磨されない、たとえば、スピン・オンのフォトレジストは、乾燥で、ローカル領域上にわたってのみ平坦になる。加えて、スピン・オンのフォトレジストは、大きすぎる孔および／または特徴上に形成される場合には、平らにならない。対照的に、研磨によれば、平坦化可能な材料からなる層２６は、より大きな孔および／または特徴上と並んで、より広い領域上においても、一様に滑らかなものとなる。したがって、研磨によって、平坦化可能な材料からなる層２６は段差２４上にわたって一様に滑らかになり得る。この研磨は化学機械研磨を含んでもよい。
上述したように、露出された酸化物はエッチングされ、それによって、図７に示されるように酸化物層１６において開口部２８を形成する。平坦化可能な材料からなる層２６は酸化物の層１６のエッチング中におけるマスクとして働く。この結果、このエッチングプロセスは、酸化物の層１６を選択的にエッチングし、平坦化可能な材料からなる層２６はエッチングしないようにしなければならない。したがって、エッチバックまたは研磨のいずれかによって平坦化可能であり、かつ材料の層１６をエッチングするのに用いられるエッチング剤に対し耐性のある任意の材料であれば、平坦化可能な材料からなる層２６として用いてよい。この場合、酸化物からなる層１６が材料の層である。したがって、平坦化可能な材料からなる層２６は材料の層１６（酸化物の層）をエッチングするのに用いられるエッチング剤に対し耐性を有していなければならない。この結果、材料の層１６（酸化物の層）は平坦化可能な材料からなる層２６に対して選択的にエッチングされる。
代替的に、平坦化可能な材料からなる層２６は研磨され得る酸化物を含んでもよく、材料の層１６は窒化物、たとえばＢＮ（窒化ホウ素）を含んでもよい。窒化ホウ素は酸化物に対して選択的にエッチングされ得る。他の好適に用いられる平坦化可能な材料を本発明のこの方法に用いてもよい。本発明のこの方法に好適に用いられる別の平坦化可能な材料の例にはポリシリコンが含まれる。材料の層１６が酸化物を含む場合、ポリシリコンも平坦化可能な材料からなる層２６として用いられ得る。ポリシリコンも研磨によって平坦化される。
加えて、材料の層１６が酸化物を含む場合には、平坦化可能な材料からなる層２６としてポリイミドを用いてもよい。ポリイミドは堆積で平らになり、エッチバックされることによって段差２４を露出し得る。逆に、平坦化可能な材料からなる層２６として酸化物を用いてもよく、材料の層１６がポリイミドを含んでもよい。上述したように、酸化物は研磨によって平坦化される。
処理のこの段階で、図８に示されるように、平坦化可能な材料からなる層２４を取除き、開口部２８を金属などの材料で充填して、相互接続部３０を形成してもよい。上述したように、本発明の実施にあたり好適に使用される金属の例には、タングステンおよびアルミニウムが含まれる。相互接続部３０を形成するのに、チタニウムおよびチタニウムタングステンを用いてもよい。相互接続部３０に対して用いられるメタライゼーションは従来のものであり、本発明の一部を形成するものではない。
上述したように、本発明のこの方法は、誘電体からなる層１６、特に酸化物からなる層１６において開口部２８をエッチングすることに限定されるものではないことが理解される。他の誘電体と並んで、金属および半導体のような他の材料もパターニングされてもよい。しかしながら、いずれにしても、フォトレジストからなる第２の層２６であってもよい平坦化可能な材料からなる層２６は、材料の層１６をエッチングするのに用いられるエッチング剤に対して耐性がなければならない。
本発明のこの方法は、コンタクト／ビア開口部および金属配線のような小さな構造を規定することにおいて直接的な適用可能性を見出す。本発明のこの方法は将来の０．２５μｍ技術に適用されてもよい。
産業上の適用可能性
コンタクト、ビアおよび金属配線のような、サイズが０．５μｍ以下の小さな構造物を形成するための本発明のこの方法は、深いサブミクロメータＩＣ技術すべての形成において用いられることが期待される。
本発明の好ましい実施例の前述の記載は例示および説明の目的で与えられたものである。それは、網羅的ではなく、開示される形態そのものに本発明を限定するよう意図されるものでもない。明らかに、数多くの修正および変形が当業者には明らかである。膜および材料の数多くの変形が可能である。本発明は、ＭＯＳまたはバイポーラプロセスにおける他の作製技術において実施されることが可能である。同様に、記載されるいずれのプロセス工程も、同じ結果を達成する目的で、他の工程との相互交換が可能であるかもしれない。実施例の選択および記載は、本発明の原理およびその実際の適用を最もよく説明し、それによって、当業者が、さまざまな実施例に対し、および意図される特定的な使用に適合するさまざまな修正物を伴って、本発明を理解することを可能にするようなされた。本発明の範囲はここに添付される請求の範囲およびそれらの均等物によって規定されることが意図される。
【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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