(57)【要約】【課題】フォトレジストパターンの側壁にスペーサ膜を形成し、スペーサをエッチングマスクとして用いて微細金属パターンを形成すると同時に、金属配線の断線部分は前記フォトレジストパターン間の間隔を狭めて前記スペーサが接し合うようにし、微細金属パターンが形成されることを防止する半導体素子の金属配線方法の提供。【解決手段】半導体基板上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜を含んだ全体構造上に複数（多数）の平行な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の側壁にスペーサを形成する段階と、前記フォトレジストパターンを除去して前記絶縁膜を露出させる段階と、前記露出する絶縁膜をエッチングしてダマシンパターンを形成する段階と、前記スペーサを除去する段階と、前記ダマシンパターンを含んだ全体構造上に金属物質を形成した後、平坦化して金属配線を形成する段階とを含む、半導体素子の金属配線形成方法を提供する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜を含んだ全体構造上に複数の平行な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の側壁にスペーサを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを除去して前記絶縁膜を露出させる段階と、
前記露出する絶縁膜をエッチングしてダマシンパターンを形成する段階と、
前記スペーサを除去する段階と、
前記ダマシンパターンを含んだ全体構造上に金属物質を形成した後、平坦化して金属配線を形成する段階とを含むことを特徴とする、半導体素子の金属配線形成方法。
【請求項２】
前記金属配線のうち、分離される部分が形成される領域上に形成された前記フォトレジストパターンは、同一の金属配線線上に備えられ、切れる部分で端部がずれるように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子の金属配線形成方法。
【請求項３】
前記端部間の距離は前記スペーサの幅の２倍よりも小さいことを特徴とする、請求項２に記載の半導体素子の金属配線形成方法。
【請求項４】
前記フォトレジストパターンのピッチは、前記金属配線のピッチの２倍であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子の金属配線形成方法。
【請求項５】
前記絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜上に第１、第２ハードマスク膜および反射防止膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子の金属配線形成方法。
【請求項６】
前記第１ハードマスク膜および前記第２ハードマスク膜はそれぞれＳＯＣ膜、およびＭＦＨＭ（Ｓｉを含有したＢＡＲＣ）膜で形成することを特徴とする、請求項５に記載の半導体素子の金属配線形成方法。
【請求項７】
半導体基板上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜を含んだ全体構造上に複数の平行なフォトレジストパターンを形成するが、金属配線が分離される領域に隣接した前記フォトレジストパターンは前記金属配線が分離される領域の方向に突出した部分を持つように形成する段階と、
前記フォトレジストパターンの側壁にスペーサを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを除去して前記絶縁膜を露出させる段階と、
前記露出する絶縁膜をエッチングしてダマシンパターンを形成する段階と、
前記スペーサを除去する段階と、
前記ダマシンパターンを含んだ全体構造上に金属物質を形成した後、平坦化して金属配線を形成する段階とを含むことを特徴とする、半導体素子の金属配線形成方法。
【請求項８】
前記フォトレジストパターンのうち、金属配線が分離される領域に隣接したフォトレジストパターンの突出部間の間隔は、前記スペーサの幅の２倍よりも小さいことを特徴とする、請求項７に記載の半導体素子の金属配線形成方法。
【請求項９】
前記フォトレジストパターンのピッチは、前記金属配線のピッチの２倍であることを特徴とする、請求項７に記載の半導体素子の金属配線形成方法。
【請求項１０】
前記絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜上に第１、第２ハードマスク膜および反射防止膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の半導体素子の金属配線形成方法。
【請求項１１】
前記第１ハードマスク膜および前記第２ハードマスク膜はそれぞれＳＯＣ膜、およびＭＦＨＭ（Ｓｉを含有したＢＡＲＣ）膜で形成することを特徴とする、請求項１０に記載の半導体素子の金属配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の金属配線形成方法に係り、特に、微細な金属配線ピッチを持つ半導体素子の金属配線形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体素子製造時の金属配線の形成方法は、ダマシンスキーム(damascene scheme)とタングステン（Ｗ）エッチングスキームに大別される。特に、最近では半導体素子の高集積化に伴って線幅が微細化しつつある。
【０００３】
金属配線の線幅を微細に形成するためには、ダマシンパターンを微細に形成しなければならない。ところが、半導体素子の製造工程のうち、光を用いる写真工程で形成されるパターンの最小ピッチは、露光装置に用いられる露光光の波長によって決定される。したがって、半導体装置の高集積化が加速化する現状況でさらに小さいピッチのパターンを形成するためには、現在用いられる光より波長が短い光を使用しなければならない。このためにＸ線または電子ビームを使用することが好ましいが、技術的な問題や生産性などによって、現在は実験室の水準に止まっている実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の目的は、フォトレジストパターンの側壁にスペーサ膜を形成し、スペーサをエッチングマスクとして用いて微細金属パターンを形成すると同時に、金属配線の断線部分は前記フォトレジストパターン間の間隔を狭めて前記スペーサが互いに接し合うようにし、微細金属パターンが形成されることを防止する半導体素子の金属配線方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜を含んだ全体構造上に複数（多数）の平行な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の側壁にスペーサを形成する段階と、前記フォトレジストパターンを除去して前記絶縁膜を露出させる段階と、前記露出する絶縁膜をエッチングしてダマシンパターンを形成する段階と、前記スペーサを除去する段階と、前記ダマシンパターンを含んだ全体構造上に金属物質を形成した後、平坦化して金属配線を形成する段階とを含むことを特徴とする。
【０００６】
前記金属配線のうち、分離される部分が形成される領域上に形成された前記フォトレジストパターンは、同一の金属配線線上に備えられ、切れる部分で端部がずれるように形成される。
【０００７】
前記端部間の距離は前記スペーサの幅の２倍よりも小さい。
【０００８】
前記フォトレジストパターンのピッチは、前記金属配線のピッチの２倍である。
【０００９】
前記絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜上に第１、第２ハードマスク膜および反射防止膜を形成する段階をさらに含む。
【００１０】
前記第１ハードマスク膜および前記第２ハードマスク膜はそれぞれＳＯＣ(spin on carbon)膜、およびＭＦＨＭ{Multi-Functional Hard Mask；（Ｓｉを含有したＢＡＲＣ（Bottom Anti Reflective Coating; 下部反射防止膜））}膜で形成する。
【００１１】
また、本発明の他の実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜を含んだ全体構造上に複数（多数）の平行なフォトレジストパターンを形成するが、金属配線が分離される領域に隣接した前記フォトレジストパターンは前記金属配線が分離される領域の方向に突出した部分を持つように形成する段階と、前記フォトレジストパターンの側壁にスペーサを形成する段階と、前記フォトレジストパターンを除去して前記絶縁膜を露出させる段階と、前記露出する絶縁膜をエッチングしてダマシンパターンを形成する段階と、前記スペーサを除去する段階と、前記ダマシンパターンを含んだ全体構造上に金属物質を形成した後、平坦化して金属配線を形成する段階とを含むことを特徴とする。
【００１２】
前記フォトレジストパターンのうち、金属配線が分離される領域に隣接したフォトレジストパターンの突出部間の間隔は、前記スペーサの幅の２倍よりも小さい。
【００１３】
前記フォトレジストパターンのピッチは、前記金属配線のピッチの２倍である。
【００１４】
前記絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜上に第１、第２ハードマスク膜、および反射防止膜を形成する段階をさらに含む。
【００１５】
前記第１ハードマスク膜および前記第２ハードマスク膜はそれぞれＳＯＣ膜、およびＭＦＨＭ（Ｓｉを含有したＢＡＲＣ）膜で形成する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一実施例によれば、フォトレジストパターンの側壁にスペーサ膜を形成し、スペーサをエッチングマスクとして用いて微細金属パターンを形成すると同時に、金属配線の断線部分は前記フォトレジストパターン間の間隔を狭めて前記スペーサが互いに接し合うようにし、微細金属パターンが形成されることを防止することにより、露光装備の解像力ピッチ以下の線幅を持つ金属配線を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。ところが、これらの実施例は様々な形に変形できるが、本発明の範囲を限定するものではない。これらの実施例は、本発明の開示を完全たるものにし且つ当該技術分野における通常の知識を有する者に本発明の範疇をより完全に知らせるために提供されるものである。但し、本実施例は、通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明の範囲は本願の特許請求の範囲によって理解されるべきである。
【００１８】
図１〜図５は本発明の一実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するための素子の断面図および平面図である。
【００１９】
図１（ａ）を参照すると、半導体基板１００上に絶縁膜１０１、第１ハードマスク膜１０２、第２ハードマスク膜１０３、および反射防止膜１０４を順次形成する。
【００２０】
絶縁膜１０１は酸化膜で形成することが好ましい。第１ハードマスク膜１０２はＳＯＣ(spin on carbon)膜で形成することが好ましい。第２ハードマスク膜１０３はＭＦＨＭ{Multi-Functional Hard Mask；（Ｓｉを含有したＢＡＲＣ（Bottom Anti Reflective Coating; 下部反射防止膜））}膜で形成することが好ましい。ＭＦＨＭ膜は、Ｓｉを含有しているため、後続のエッチング工程の際に、ＳＯＣ膜で形成された第１ハードマスク膜１０３とエッチング率の差異が発生する。また、ＭＦＨＭ膜が透明であって、後続のフォトレジストパターン形成工程の際にパターン整列のための別途のキーオープン工程が省略される。
【００２１】
その後、反射防止膜１０４を含んだ全体構造上にフォトレジスト膜を塗布した後、露光および現像工程を行ってフォトレジストパターン１０５、１０５Ａ、１０５Ｂを形成する。この際、フォトレジストパターン１０５のピッチは、最終形成しようとする金属配線のピッチの２倍である。
【００２２】
フォトレジストパターン形成工程の際に金属配線の連結が切れる部分は、フォトレジストパターン１０５Ａ、１０５Ｂ間の間隔Ｘを後続に形成されるスペーサ膜の厚さの２倍よりも小さくすることが好ましい。
【００２３】
図１（ｂ）を参照すると、複数（多数）のフォトレジストパターン１０５、１０５Ａ、１０５Ｂは互いに平行に形成され、金属配線の連結が切れる部分のフォトレジストパターン１０５Ａ、１０５Ｂは互いに同一の金属配線線上に切れる部分で互いにずれるように形成される。
【００２４】
即ち、金属配線のうち、分離される部分が形成される領域上に形成されたフォトレジストパターン１０５Ａ、１０５Ｂは、同一の金属配線線上に備えられ、切れる部分で端部がずれるように形成される。
【００２５】
図２（ａ）および図２（ｂ）を参照すると、フォトレジストパターン１０５、１０５Ａ、１０５Ｂの側壁にスペーサ１０６を形成する。この際、金属配線の連結が切れる部分はフォトレジストパターン１０５Ａ、１０５Ｂ間の空間（間隔Ｘ）がスペーサ１０６の厚さの２倍よりも小さくて互いに接触し合ってスペーサ１０６で完全に充填される。即ち、金属配線の切れる部分の端部間の距離はスペーサ１０６の幅の２倍よりも小さく設定される。
【００２６】
スペーサ１０６は、フォトレジストパターン１０５、１０５Ａ、１０５Ｂを含んだ全体構造上に酸化膜を蒸着した後、エッチング工程を行ってフォトレジストパターン１０５、１０５Ａ、１０５Ｂの側壁に酸化膜を残留させて形成することが好ましい。
【００２７】
図３（ａ）および図３（ｂ）を参照すると、ストリップ工程を行ってフォトレジストパターンを除去する。その後、露出する反射防止膜を除去する。これにより、スペーサ１０６と反射防止膜１０４とが積層されたエッチングパターン１０６、１０４が形成される。エッチングパターン１０６、１０４のピッチは上述したフォトレジストパターンのピッチの１／２である。
【００２８】
図４（ａ）および図４（ｂ）を参照すると、エッチングパターンをエッチングマスクとして用いるエッチング工程によって第１および第２ハードマスク１０３および１０４を順次エッチングしてハードマスクパターンを形成する。その後、ハードマスクパターンを用いたエッチング工程によって絶縁膜１０１をパターニングし、金属配線を形成するためのダマシンパターンを形成する。
【００２９】
図５（ａ）および図５（ｂ）を参照すると、ダマシンパターンが形成された絶縁膜１０１を含んだ全体構造上に金属物質を形成する。その後、絶縁膜１０１の上部が露出するように平坦化工程を行ってダマシンパターン内に金属物質を残留させて金属配線１０７を形成する。
【００３０】
図６〜図１０は本発明の他の実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するための素子の断面図および平面図である。
【００３１】
図６（ａ）を参照すると、半導体基板２００上に絶縁膜２０１、第１ハードマスク膜２０２、第２ハードマスク膜２０３、および反射防止膜２０４を順次形成する。即ち、絶縁膜２０１を形成した後、該絶縁膜２０１上に第１、第２ハードマスク膜２０２，２０３および反射防止膜２０４を形成する。
【００３２】
絶縁膜２０１は、酸化膜で形成することが好ましい。第１ハードマスク膜２０２は、ＳＯＣ(spin on carbon)膜で形成することが好ましい。第２ハードマスク膜２０３は、ＭＦＨＭ（Ｓｉを含有したＢＡＲＣ）膜で形成することが好ましい。ＭＦＨＭ膜は、Ｓｉを含有しているため、後続のエッチング工程の際に、ＳＯＣ膜で形成された第１ハードマスク膜２０３とエッチング率の差異が発生する。また、ＭＦＨＭ膜が透明であって、後続のフォトレジストパターン形成工程の際にパターン整列のための別途のキーオープン工程が省略される。
【００３３】
その後、反射防止膜２０４を含んだ全体構造上にフォトレジスト膜を塗布した後、露光および現像工程を行ってフォトレジストパターン２０５、２０５Ａ、２０５Ｂを形成する。この際、フォトレジストパターン２０５のピッチは、最終形成しようとする金属配線のピッチの２倍である。
【００３４】
フォトレジストパターン形成工程の際に、金属配線の連結が切れる部分に隣接したフォトレジストパターン２０５Ａ、２０５Ｂ間の間隔Ｘを後続に形成されるスペーサ膜の厚さの２倍よりも小さくすることが好ましい。
【００３５】
図６（ｂ）を参照すると、複数（多数）のフォトレジストパターン２０５、２０５Ａ、２０５Ｂは互いに平行に形成され、金属配線の連結が切れる部分に隣接したフォトレジストパターン２０５Ａ、２０５Ｂは金属配線の連結が切れる部分が突出して形成される。
【００３６】
即ち、金属配線が分離される領域に隣接したフォトレジストパターン２０５Ａ、２０５Ｂは該金属配線が分離される領域の方向に突出した部分を持つように形成され、そのフォトレジストパターン２０５Ａ、２０５Ｂの突出部間の間隔は、スペーサ２０６の幅の２倍よりも小さくなるように設定される。
【００３７】
図７（ａ）および図７（ｂ）を参照すると、フォトレジストパターン２０５、２０５Ａ、２０５Ｂの側壁にスペーサ２０６を形成する。この際、金属配線の連結が切れる部分はフォトレジストパターン２０５Ａ、２０５Ｂ間の空間がスペーサ２０６の厚さの２倍よりも小さくて互いに接触し合ってスペーサ２０６で完全に充填される。
【００３８】
スペーサ２０６は、フォトレジストパターン２０５、２０５Ａ、２０５Ｂを含んだ全体構造上に酸化膜を蒸着した後、エッチング工程を行ってフォトレジストパターン２０５、２０５Ａ、２０５Ｂの側壁に酸化膜を残留させて形成することが好ましい。
【００３９】
図８（ａ）および図８（ｂ）を参照すると、ストリップ工程を行ってフォトレジストパターンを除去する。その後、露出する反射防止膜を除去する。これにより、スペーサ２０６と反射防止膜２０４とが積層されたエッチングパターン２０６、２０４が形成される。エッチングパターン２０６、２０４のピッチは上述したフォトレジストパターンのピッチの１／２である。
【００４０】
図９（ａ）および図９（ｂ）を参照すると、エッチングパターンをエッチングマスクとして用いるエッチング工程によって第１および第２ハードマスク膜２０２、２０３を順次エッチングしてハードマスクパターンを形成する。その後、ハードマスクパターンを用いたエッチング工程によって絶縁膜２０１をパターニングし、金属配線を形成するためのダマシンパターンを形成する。
【００４１】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照すると、ダマシンパターンが形成された絶縁膜２０１を含んだ全体構造上に金属物質を形成する。その後、絶縁膜２０１の上部が露出するように平坦化工程を行ってダマシンパターン内に金属物質を残留させて金属配線２０７を形成する。
【００４２】
以上、本発明の技術思想は好適な実施例によって具体的に記述されたが、これらの実施例は本発明を説明するためのものに過ぎず、制限するためのものではない。また、本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想の範囲内において種々の変更を加え得ることが理解できるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の活用例として、半導体素子の金属配線形成方法に適用出来、特に、微細な金属配線ピッチを持つ半導体素子の金属配線形成方法に適用出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するための素子の断面図および平面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するための素子の断面図および平面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するための素子の断面図および平面図である。
【図４】本発明の一実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するための素子の断面図および平面図である。
【図５】本発明の一実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するための素子の断面図および平面図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するための素子の断面図および平面図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するための素子の断面図および平面図である。
【図８】本発明の他の実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するための素子の断面図および平面図である。
【図９】本発明の他の実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するための素子の断面図および平面図である。
【図１０】本発明の他の実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するための素子の断面図および平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００、２００…半導体基板
１０１、２０１…絶縁膜
１０２、２０２…第１ハードマスク膜
１０３、２０３…第２ハードマスク膜
１０４、２０４…反射防止膜
１０５、２０５…フォトレジストパターン
１０６、２０６…スペーサ
１０７、２０７…金属配線
【図１】
2009158904.tif 000003
【図２】
2009158904.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009158904.tif 000008
【図７】
2009158904.tif 000009
【図８】
2009158904.tif 000010
【図９】
2009158904.tif 000011
【図１０】
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