(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レベルの導体構造と第２レベルの導体構造とを有する集積回路を製造する集積回路の製造方法において、
１つ以上の集積回路装置を包含する基板を設けるステップと、
上記基板上に層間誘電体層を設けるステップと、
上記層間誘電体層上にエッチ・ストップ層を設けるステップと、
上記エッチ・ストップ層をパターン化して、第１レベルの導体構造が形成されるべき位置に対応する開口部をパターン化されたエッチ・ストップ層に画定するステップと、
このパターン化されたエッチ・ストップ層上に金属間誘電体層を設けるステップと、
第２レベルの導体構造が形成されるべき位置に対応する開口部を有する第２レベルのマスクを上記金属間誘電体層上に形成するステップと、
上記第２レベルのマスクの開口部を通してエッチングを行って上記金属間誘電体層に第２レベルの導体開口部を形成するとともに、上記パターン化されたエッチ・ストップ層の開口部を通してエッチングを行って上記層間誘電体層に第１レベルの導体開口部を形成し、さらに上記パターン化されたエッチ・ストップ層の開口部には、このパターン化されたエッチ・ストップ層の開口部の上側部分の直径が下側部分の直径より大きくなるようにテーパをつけるステップと、
上記第２レベル導体開口部及び第１レベル導体開口部の中に金属を設けるステップと、
を備えたことを特徴とする集積回路の製造方法。
【請求項２】
上記金属間誘電体層の上から金属を除去し、上記第２レベル導体開口部と第１レベル導体開口部との中に金属を残すステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の集積回路の製造方法。
【請求項３】
上記金属を除去するステップは、上記金属間誘電体層の周囲部分と同一の平面内に存在する上面を有する金属プラグを上記第２レベル導体開口部中に残すことを特徴とする請求項２に記載の集積回路の製造方法。
【請求項４】
上記金属を除去するステップは、上記金属プラグおよび上記金属間誘電体層の上に平らにされた表面を残すことを特徴とする請求項３に記載の集積回路の製造方法。
【請求項５】
上記金属を除去するステップは、化学機械研磨又はエッチングを含むことを特徴とする請求項４に記載の集積回路の製造方法。
【請求項６】
上記金属を除去するステップは、化学機械研磨により達成されることを特徴とする請求項４に記載の集積回路の製造方法。
【請求項７】
上記層間誘電体および金属間誘電体は酸化珪素から成ることを特徴とする請求項１に記載の集積回路の製造方法。
【請求項８】
上記エッチ・ストップ層は窒化珪素から成ることを特徴とする請求項７に記載の集積回路の製造方法。
【請求項９】
上記第２レベルのマスクの開口部は、上記パターン化されたエッチ・ストップ層の開口部より直径が大きいことを特徴とする請求項１に記載の集積回路の製造方法。
【請求項１０】
上記パターン化されたエッチ・ストップ層は、上記層間誘電体をエッチングするための硬質マスクとして作用することを特徴とする請求項１に記載の集積回路の製造方法。
【請求項１１】
上記層間誘電体と金属間誘電体とは酸化珪素から成り、上記エッチ・ストップ層は窒化珪素から成り、上記エッチ・ストップ層は上記層間誘電体層と金属間誘電体層との両方に接していることを特徴とする請求項１に記載の集積回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、集積回路装置における配線構造の形成に関し、特に、二重ダマスカス(Damascene)法による路、相互に連結した金属処理された物及び配線の形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高度に集積された半導体回路の多くは、装置内の領域同士を結合させるとともに該集積回路内の１個以上の装置同士を結合させるための多レベル配線構造を利用する。その様な構造を形成する際には、第１の、即ち下側のレベルの配線又は連結構造を設け、次にその第１レベルの配線又は連結構造と接触させて第２レベルの配線を形成するのが普通である。第１レベルの連結部を、集積回路装置の基板内のドーピングされた領域と接触させて形成することもできる。また、第１レベルの連結部を、集積回路装置の基板内の又はその上の１つ以上の装置構造と接触しているポリシリコン又は金属配線へ形成することもできる。１つ以上の連結部が通常は第１レベル配線又は連結部と集積回路装置の他の部分との間に又は該集積回路装置に付いている外部構造へ形成される。これは、部分的には、第２レベルの配線を通して実現される。
【０００３】
２レベル配線構造を形成するための１つの従来の方式が図８ないし図１４に示されている。始めに図８を参照すると、集積回路の装置構造が形成されている基板１０の上に２レベル連結構造が形成されている。普通は、基板１０は、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタ等の構造と、集積回路の他の部分又は集積回路のために設けられているＩ／Ｏ端子に結合されるべきドーピングされている接点領域とを含んでいる。基板１０の表面は、１つ以上のドーピングされた領域を含むシリコン装置構造の表面であり、或いは基板１０の表面は絶縁層である。通常、基板１０の表面が絶縁層である場合には、その層の厚みは１，０００Åを上回り、その層は該基板内の装置に結合された導体で満たされた垂直連結部を含む。酸化物層１２は、通常、２レベル連結構造を形成するプロセスの最初の工程としてＴＥＯＳソースガスから化学蒸着(chemical vapor deposition(CVD))により基板１０の上に４，０００〜６，０００Åの厚みに設けられる。
【０００４】
第１レベル連結構造の位置は、第１レベル連結構造が形成されることになる位置で酸化物層１２に開口部１４を形成する(図９)従来の写真製版プロセスにより画定される。一般に、開口部１４は、それに連結部が形成されることになる基板内の導体又はドーピングされた領域の全体又は一部を露出させる。開口部１４は金属性連結部１６で満たされるが、それは、例えば、接点開口部１４の内面と基板１０の露出された表面との上の薄い”にかわ”又は接着材層から成る。適当な接着材層は、窒化チタン（titanium nitride）や、超硬合金を含有するその他の伝導性材料を包含する。開口部１４の残りの部分は連結部１６を形成するタングステン等の金属で満たされる。連結部のタングステン部分は、ＣＶＤ又は選択的ＣＶＤを行い、次にエッチバック又は研磨プロセスを行うことにより形成されることができる。その結果としての構造が図１０に示されている。
【０００５】
次に図１１を参照すると、酸化物層１２の表面と金属プラグ１６との上に第２レベルの配線に適する厚みの金属層１８が設けられる。金属層１８は、パターン化されて第２レベルの配線とされるものであって、アルミニウムの単一の層であり、或いは層１８は、超硬合金を含む多層配線構造であるか又は他の割合に安価な金属とともに超硬合金を含む化合物である。第２レベルの配線２０は、金属層１８の上にフォトレジストの層を設け、マスクを通してそのフォトレジストを露光し、露光したフォトレジストの層の部分を除去してフォトレジストのエッチマスクを形成することにより、従来の写真製版プロセスで画定される。フォトレジスト・マスクの開口部により露出される金属層１８の部分がエッチングにより除去され、フォトレジスト・マスクが灰化により除去されて図１２に示されている構造が形成される。図１２に示されている２レベル連結構造が形成された後、集積回路装置を更に処理し得るようにするために、第２レベル配線同士の間にあり且つ第２レベル配線を覆う金属間誘電体(ＩＭＤ：intermetal dielectric)層を設ける必要がある。この金属間誘電体層は、プラズマ強化化学蒸着(plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD))又はその他のＣＶＤプロセスにより設けられる酸化物の１つ以上の層から成っていてよい。この様にして形成された金属間誘電体層２２は一般に、図１３に示されているように、不均一な表面形状を持っている。従って、例えば化学機械研磨(chemical mechanical polishing (CMP))により金属間誘電体層２２を平らにして、図１４に示されているように平らな金属間誘電体層２４を形成しなければならない。
【０００６】
図１４の２レベル連結構造を形成するために使われる方法にはいろいろな欠点がある。導体又は配線の中に銅を使用するような将来のアプリケーションについては、適当なエッチング薬剤及び方法が未だ確認されていないので、銅金属のエッチングは非常に困難である。従って、化学的エッチングプロセスで金属層をパターン化する方法に依存しないような配線形成方法を利用することが望ましい。装置の寸法が小さいことも、上記の配線形成方法に困難を生じさせる。誘電体層中の開口部に金属を装入したり誘電体材料を金属線間の割合に狭い開口部に装入することは、空隙が生じたり不純物を捕獲してしまうことのある困難なプロセスである。連結部及び配線が小さくされ、配線間の間隔が狭くされるに連れて、特にこのことが言える。この様な事情があるので、図１４の構造を形成するプロセスはかなり高率の欠陥の発生を示し、それは設計尺度が小さくなるに従って大きくなると予想される。図８〜図１４のプロセスは、配線間のスペースを蒸着プロセスで充填することを必要とするので、図８〜図１４のプロセスは、装置の製造に用いられる設計尺度を更に小さくするのには向いていない。また、２レベル連結構造の完成後に金属間誘電体層に所要の平坦面を設けるために付加的な処理工程が必要である。処理工程の数を減らせば、装置を製造するのに必要な時間が短くなり、また処理工程を無くせば歩留まりが向上してコストが低下するのであるから、できれば、装置を形成するために必要な処理工程の数を減らすのが望ましい。これらの事情から、多レベル連結構造を作る他の方法が開発されている。
【０００７】
従来の連結構造形成プロセスに代わる１つのプロセスは、いわゆる二重ダマスカス(Dual Damascene)プロセスである。二重ダマスカスプロセスは小さな設計尺度に容易にスケーリングすることが可能であり、殆どの二重ダマスカスプロセスは当然に連結構造上に平らな最終面を作る。従って、二重ダマスカスプロセスを使用する場合には、図８〜図１４に示されている方法よりも少数のプロセス工程で、更なる処理工程を行うのに適した面を得ることができる。二重ダマスカスプロセスのいろいろな局面が図１５〜図２１に示されている。図８〜図１４に示されている普通の連結プロセスの場合と同じく、二重ダマスカスプロセスも、図１５に示されているように、始めに酸化物層１２を基板１０の上に設ける。後のエッチング工程に用いられる割合に薄い窒化珪素エッチ・ストップ層３０が酸化物層１２の上に設けられる(図１６)。図１７に示されているように、金属間誘電体(intermetal dielectric)層３２がエッチ・ストップ層３０の上に設けられる。通常、この金属間誘電体材料として酸化珪素が選択されるので、第２レベルの連結部のための開口部が酸化物金属間酸化物層３２に設けられるときに下側の窒化珪素層３０は効果的なエッチ・ストップとなる。金属間酸化物層３２の厚みとしては、第２レベルの金属配線に適する厚みが選択され、それは通常は４，０００〜６，０００Å以上である。
【０００８】
一連の写真製版工程が実行され、始めに第２レベルの配線のパターンが画定され、次に連結構造の第１レベル内の連結部のパターンが画定される。金属間酸化物層３２上にマスクが形成され、そのマスクは第２レベルの配線のための配線パターンに対応する開口部のパターンを含んでいる。次にそのフォトレジスト・マスクの開口部を通してエッチングを行うことにより金属間酸化物層３２に開口部３４が形成される。エッチング工程は始めに金属間酸化物層３２を通して進行して、開口部３４同士の間に金属間酸化物層の残存部分３６を残す。この始めのエッチング工程は窒化珪素層３０上で停止し、次にエッチングは開口部３４と整列して行われて窒化珪素層３０を貫通し、開口部３４の両側に窒化珪素層の残存部分３８を残す。次に灰化によりフォトレジスト・マスクが除去されて、図１８に示されている構造が作られる。一般に、後の写真製版工程で第１レベルの連結部を画定する必要があるので、一般に、パターン化された金属間酸化物層３６における開口部３４の幅は写真製版分解能限界より大きくなければならない。開口部３４を分解能限界より大きく形成しておけば、第１レベルの連結部を形成するために使用される工程についてのプロセス自由度が大きくなる。
【０００９】
次に図１９を参照すると、従来の写真製版法により図１８の装置の上にフォトレジスト・マスク４０が形成される。開口部３４内にある第１酸化物層１２の選択された部分を露出させる開口部４２がマスク４０に設けられる。フォトレジスト・マスク４０の開口部４２内で露出している第１酸化物層１２に対してエッチングが実行されて、連結構造の第１レベルを形成する連結部のパターンが画定される。次にフォトレジスト・マスク４０は灰化により除去される。次に、金属の層４４が装置上に設けられて、金属間酸化物層３６の開口部を満たすとともに第１酸化物層１２の開口部を満たす。図２０に示されているように金属間酸化物３６及び第１酸化物層１２の両方の開口部が完全に満たされることを保証するために、普通は金属間酸化物層３６の開口部３４を過充填する。その後、通常はＣＭＰプロセスで余分の金属が除去されて、図２１に示されている２レベル連結構造の第２レベルの金属配線４６と第１レベル連結部４８とが設けられる。図２１に示されているように、最後のＣＭＰ工程の結果として、その後の処理工程に良く適する平らな表面が設けられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図１５〜図２１に示されている二重ダマスカスプロセスは、図８〜図１４に示されている従来のプロセスに比べると幾つかの利点を与える。しかし、図１５〜図２１に示されているプロセスは、プロセス技術の観点からは非常に負担が大きい。従って、より広いプロセス自由度を持っていて、大量生産プロセスに容易に適合させることのできる二重ダマスカスプロセスを開発するのが望ましい。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の１つの方針によると、第１レベル及び第２レベルの導体構造を含む集積回路が、１つ以上の集積回路装置を包含する基板上に形成される。始めに層間誘電体層が、次にエッチ・ストップ層が該基板上に設けられる。第１レベルの導体構造が形成されるべき位置に対応する開口部を該エッチ・ストップ層に画定するために該エッチ・ストップ層がパターン化される。次にこのパターン化されたエッチ・ストップ層の上に金属間誘電体層が設けられる。第２レベルの導体構造が形成されるべき位置に対応する開口部を有する第２レベルのマスクが該金属間誘電体層の上に形成される。この方法では、次にこの第２レベルのマスクの開口部を通してエッチングを行って該金属間誘電体層に第２レベル導体開口部を形成するとともに、パターン化されたエッチ・ストップ層の開口部を通してエッチングを行って該層間誘電体層に第１レベル導体構造を形成する。金属が該第２レベル導体開口部と該第１レベル導体構造との中に設けられる。
【００１２】
図１５〜図２１に示されている従来の二重ダマスカスプロセスは、図１８の構造の不均一な形状の上に厚いフォトレジスト層４０を形成することを必要とする。従って、フォトレジスト・マスク４０に明瞭に画定された開口部４２を設けるためにフォトレジスト・マスク４０の厚み全体を露光させるには、長い焦点深度を持っていなければならない。現代の製造プロセスに好都合な種類の高分解能パルスモーター（steppers）では、図１９に示されているフォトレジスト・マスクの形成に必要な焦点深度を提供するのは非常に困難である。このプロセス工程は、集積回路装置の上に通常存在する不均一な表面形状の上で実行されるときには、なおさら困難である。この発明の好ましい実施の形態では、金属間酸化物層を付ける前に従来の二重ダマスカスプロセスのエッチ・ストップ層をパターン化することによって、その様な厚いフォトレジスト・マスクの必要を無くするとともに、それに伴う長焦点深度写真製版プロセスを行う必要を無くする。この様に、この発明の好ましい実施の形態では、従来の二重ダマスカスプロセスの図１９に示されている構造より遥かに平らな構造の上にフォトレジスト・マスクを形成する。すると、より均一な厚みを持ったフォトレジスト・マスクを設けることができるとともに、最高の分解能のパルスモーターを用いるのに好都合であるように、より小さな焦点深度でマスク露光工程を実行することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の特に好ましい実施の形態では、第１酸化物層を基板の上に設け、該第１酸化物層をエッチ・ストップ層で覆うことにより２レベル連結構造が形成される。このエッチ・ストップ層は、２レベル連結構造の第１レベルに後に形成されるべき連結部のパターンに対応する開口部を形成するためにパターン化される。エッチ・ストップ層がパターンされた後、金属間酸化物層がエッチ・ストップ層の上に設けられ、その中に第２レベルの配線が形成されることになる。エッチ・ストップ層は比較的に薄いので、エッチ・ストップ層内の連結部パターン化により金属間酸化物層の表面に形成される形状は比較的に小さい。次に金属間酸化物層の上にマスクが形成され、そのマスクの開口部は、連結構造の第２レベルに設けられるべき配線のパターンで該金属間酸化物層のいろいろな部分を露出させる。金属間酸化物層はエッチングされ、このエッチングのプロセスは第１酸化物層の、エッチ・ストップ層の開口部に対応して該第１酸化物層に開口部を形成するためにエッチ・ストップ層の開口部を通して露出される部位の中まで継続する。要するに、エッチ・ストップ層は第１酸化物層に連結部パターンをエッチングするプロセスのために硬質マスクとして作用する。この様に、単一のエッチング工程で第２レベルの配線と第１レベルの連結部との両方のための開口部が画定される。次に金属が該構造の上に堆積され、最終２レベル連結構造を画定するために余分の金属は例えば研磨により除去される。
【００１４】
次に、特に図１〜図７を参照してこの発明の好ましい実施の形態について説明をする。以下の記述は第１レベルの連結部と第２レベルの配線とに関してなされているけれども、２層の配線間の接点及び隣り合っていない導体層同士の間の接点の形成にこの発明の特徴を適用することができることが理解されるべきである。従って、配線構造の第１レベルと第３レベル又はその他のレベルとの間の連結部を形成するのにこの発明の特徴を用いることが可能である。この発明の連結部形成方法は、基板５０の中に集積回路装置が形成された後に開始されるのが好ましい。この連結部形成方法は、最初に基板５０の表面上に層間誘電体層(interlayer dielectric layer)５２を付ける(図１)。層間誘電体層５２は、ＰＥＣＶＤプロセス、低圧化学蒸着(a low pressure chemical vapor deposition (ＬＰＣＶＤ))プロセス、又はその他の誘電体蒸着プロセスによって数千オングストローム以上の厚みに蒸着された酸化物層であってよい。これらのプロセスのいずれも、例えばＴＥＯＳソースガスを使用することができる。しばしば、基板５０の表面は、集積回路装置内の装置構造に対応する不均一な形状となっている。従って、２レベル連結構造を形成する前に層間誘電体層５２の表面を平らにするのが好ましい。平坦化をエッチバック・プロセスにより行うことができるけれども、ＣＭＰを使用して行うのがもっと好都合である。層間誘電体層５２の最終の厚みは、下側の集積回路装置の形状によって決まるので、デザインによりまちまちである。層５２を通して形成される連結部の高さは、層間誘電体層５２の厚みにより決まる。
【００１５】
層間誘電体層５２の平らにされた表面の上にエッチ・ストップ層５４が付けられる(図２)。エッチ・ストップ層５４の材料としては、該エッチ・ストップ層の下の層間誘電体層５２及び該エッチ・ストップ層の上に形成される後述の金属間誘電体層５８のいずれとも異なる材料を選ぶのが好ましい。通常、層間誘電体層５２と金属間誘電体層５８とはともに酸化物であるのが好都合であるので、エッチ・ストップ層５４として適当なのは窒化珪素である。エッチ・ストップ層として役立つために酸化珪素とは十分に異なっている上に、窒化珪素には絶縁体であるという別の利点もあって、このことは、エッチ・ストップ層が一般に完成した連結構造中に残されていて異なる配線間に広がるものであるので、望ましいことである。エッチ・ストップ層５４は、後の処理工程で装置の表面形状に対するエッチ・ストップ層の影響をなるべく小さくするために、薄くされるのが好ましい。一方、エッチ・ストップ層５４は、金属間誘電体層及び層間誘電体層の両方のエッチングの工程全体を通じてエッチ・ストップ層として機能するために充分に厚くなければならない。また、エッチ・ストップ層は、層間誘電体層５２中の連結開口部をエッチングするときに硬質マスクとして作用するために充分な厚みを持っていなければならない。窒化珪素エッチ・ストップ層５４の適当な厚みは約２００〜１，５００Åであろう。
【００１６】
次に、層間誘電体層５２内の第１レベルの連結部が形成されるべき位置に対応してエッチ・ストップ層５４に開口部を設けるためにエッチ・ストップ層５４がパターン化される。従って、窒化珪素層５４の連結部が形成されるべき部位を露出させる適当な開口部を提供するマスクが窒化珪素層５４の上に形成され、次に層間誘電体層５２のいろいろな部位を露出させる開口部５６を設けるために窒化珪素エッチ・ストップ層５４がエッチングされる。まだ形成されていない金属間誘電体層の表面形状に対するエッチ・ストップ層５４を通しての開口部５６の影響をなるべく少なくするために、窒化珪素エッチ・ストップ層５４を通して開口部５６を形成するエッチングのプロセスは層間酸化物層５２の、下にある面上で停止するのが好ましい。開口部５６を形成するプロセスにおいて層間酸化物層５２の表面に凹部が形成されないのが好ましい。この発明の誘電体層及びエッチ・ストップ層に対して実行されるこのエッチング工程及びその他のエッチング工程は、ラムリサーチ・レインボーシステム(the Lam Research Rainbow system)等のエッチング・システムで有利に実行することのできる工程である。このラムリサーチ・レインボーシステムは、エッチング・プロセスの選択度を調節するためにいろいろな量のＨＢｒ及びＨｅ等の他のガスと混合されたＳＦ６又はＣ２Ｆ６等の１種類以上のソースガスから得られるエッチング液を使用する。この様なシステムでは、酸化珪素と窒化珪素との間のエッチ・プロセスの選択度を広範囲にわたって自動的に調節することができる。従って、窒化珪素エッチ・ストップ層５４をエッチングするために使用されるエッチング・プロセスでは、窒化珪素をエッチングするけれども酸化珪素はなるべくエッチングしないように選択度が調節される。このときの層間酸化珪素層５２のエッチングは後の写真製版プロセスでより大きな焦点深度を必要とするので、今のところは望まれてはいないけれどもいろいろなバリエーションが可能である。次に、窒化珪素エッチ・ストップ層５４をパターン化するために使われたマスクが除去されて、図３に示されている構造が形成される。
【００１７】
次に金属間誘電体層(intermetal dielectric layer)５８が、パターン化されたエッチ・ストップ層５４の上に付けられる(図４)。既に説明したように、金属間誘電体層５８は、層間誘電体層５２と同じ材料とエッチ・ストップ層５４とは異なる材料とから形成されるのが好ましい。この様なものであるので、金属間誘電体層５８は酸化珪素の層であるのが好ましい。第２レベルの配線の厚みは金属間酸化物層の厚みにより決定されることになるので、金属間酸化物層５８は、ＣＶＤプロセスによりＴＥＯＳ前駆物質又はＳｉＨ４ソースガスから第２レベルの配線に適当な厚みに蒸着されてもよい。この装置構造では、第２レベルの配線の厚みは４，０００〜８，０００Å程度であろうから、金属間酸化物層５８は４，０００〜８，０００Å程度の厚みに蒸着される。エッチ・ストップ層５４の開口部５６の存在に対応して金属間酸化物層５８の表面に割合に小さな凹部６０が形成される。凹部６０の深さは、例えば図１８に示されているような、従来の二重ダマスカスプロセスに存在する形状より遥かに小さいので、凹部６０は、第２レベルの配線のためのパターンを画定するのに使用される写真製版工程において金属間誘電体層５８の上に設けられるフォトレジスト層を通して焦点を維持する上で割合に小さな問題となるに過ぎない。
【００１８】
ここで図５を参照すると、フォトレジスト・マスク６２が金属間酸化物層５８の上に形成される。マスク６２は、金属間酸化物層５８に形成されるべき第２レベルの配線のパターンに対応する開口部のパターンを有する。フォトレジスト・マスク６２の開口部６４の幾つかは、エッチ・ストップ層５４の、第１レベルの連結部が第２レベルの配線の部分の下に形成されるべき開口部５６の上に配置されている。フォトレジスト・マスク６２の他の開口部６６は、第２レベルの配線が形成されるけれども第１レベルの連結部は形成されない位置の上に形成される。エッチ・ストップ層５４の開口部５６の上のフォトレジスト・マスク６２の開口部６４を僅かに広く形成するのが好ましいかも知れない。この様にフォトレジスト・マスク６２の開口部６４がより広ければ金属間酸化物層５８により広い開口部が形成されることになるので、製造プロセスにおいて幾つかの利点を得ることができる。第１に、エッチ・ストップ層の開口部５６に関して、従って第１レベルの連結部に関して、第２レベルの配線のアライメントをとるのが容易になる。また、金属間酸化物層５８に生じる開口部がより広ければ、金属蒸着プロセスで充填されるべき穴の縦横比が小さくなり、従って第１レベルの連結部を形成するプロセスにおいて穴を満たすのが容易となる。
【００１９】
次に、酸化物に対して非常に選択度の高いプロセスにより、即ち、酸化物を容易にエッチングするけれどもエッチ・ストップ層５４の材料(窒化珪素)をなるべくエッチングしないエッチング・プロセスにより、フォトレジスト・マスク６２の開口部６４、６６を通して金属間酸化物層５８がエッチングされる。適当な選択度を有するエッチング・プロセスを、例えば、ＣＨＦ３、Ａｒ又はＮ２と混合されたＣ４Ｆ８／ＣＯ又はＣＦ４を含むソースガスの混合物から得られるエッチング液を用いて達成することができる。この様にして、第２レベルの配線が形成されるべき開口部を金属間誘電体層５８内に画定するために、エッチング・プロセスにより金属間酸化物層５８のフォトレジスト・マスクにより露出されている部分が全て除去される。このエッチング・プロセスは、フォトレジスト・マスク開口部６６の、頑丈なエッチ・ストップ層５４の上に位置する部分の中の窒化珪素エッチ・ストップ層５４上で停止する。窒化珪素エッチ・ストップ層５４の開口部５６の上に位置するフォトレジスト・マスク開口部６４の中では、エッチング・プロセスは層間誘電体酸化物層５２の中まで進行してエッチ・ストップ・マスク開口部５６と整列した開口部６８が形成され、エッチ・ストップ層５４は部分的にこのプロセスのための硬質マスクとして作用する。層間誘電体酸化物層５２は後に装置の第１レベル連結部を設けるために金属で満たされる。
【００２０】
第２レベルの配線と第１レベルの連結部とを形成するのに使用されるエッチング・プロセスは、酸化物に対して高い選択度を持っているけれども窒化珪素エッチ・ストップ層５４を実質的にはエッチングしない。高い選択度を持ってはいるけれども、金属間酸化物層５８に開口部を形成するのに使用されるエッチング・プロセスは、窒化珪素エッチ・ストップ層５４の露出している表面をなお少しエッチングする。従って、露出しているエッチ・ストップ層５４の表面がエッチングされて、エッチ・ストップ層の開口部の上に位置しないフォトレジスト・マスクの開口部６６の中に僅かな窪み７０が生じる。エッチ・ストップ層５４の開口部５６の縁もこのプロセスで僅かにエッチングされて、エッチ・ストップ層の開口部にテーパ付きの縁７２が生じる。エッチ・ストップ層５４の開口部にこの様なテーパ付きの縁７２が生じると、金属間誘電体層５２の中の開口部６８を満たす能力が向上するので、この様なテーパ付きの縁の形成は好都合である。テーパ付きの縁７２が存在するために金属間誘電体層５２の開口部６８の上にオーバーハングを形成する傾向が減退する。この様な事情があるので、金属間酸化物層５８と層間酸化物層５２とをエッチングするのに使用されるプロセスがエッチ・ストップ層５４の開口部５６の縁に沿ってテーパ７２を生じさせないのであれば、金属間誘電体層５８をエッチングした後にエッチ・ストップ層５４の開口部の縁に対して等方性エッチング・プロセスを行ってエッチ・ストップ層の開口部にテーパ付き側壁を形成するのが望ましいであろう。
【００２１】
図５の構造が完成した後、フォトレジスト・マスク６２が灰化により除去されて、図６に示されているように、金属間誘電体層５８と層間誘電体層５２との開口部を満たすためにこの構造に対して金属層７４を設けることのできる状態となる。金属層７４は、スパッタリングにより付けられたアルミニウム等の単一の金属でもよく、また他の低コストの金属でもよい。しかし、高密度集積回路装置が配線構造に課す要求は複雑であり、図５の構造の開口部を満たすのに多層配線構造を使用するのが一般的である。例えば、開口部６４、６６の中に露出している開口部の内面に薄い”にかわ”又は接着剤の層を設けるのが望ましいであろう。このにかわ層は、後の一定の種類のプラグ金属の付着を強化することができる。また、このにかわ層は、主として連結構造の金属と基板との間の相互拡散を防ぐ障壁として作用することもできる。適当なにかわ層は、チタン、タングステン、チタン及びタングステンの固溶体、又は代わりの化合物を含み、その多くは窒化チタン等の超硬合金も含む。これらのにかわ層金属は、にかわ層として用いられる金属の性質に応じて、ＣＶＤ又は物理的蒸着(a physical vapor deposition)プロセスにより蒸着され得るものである。この薄いにかわ又は接着剤の層が誘電体層の開口部の内面に形成された後、開口部の残りの部分は、通常はにかわ層として使用される金属とは異なるプラグ金属で満たされる。プラグ金属は、形成される装置及びその装置を形成するために使用されるプロセスの制約条件に応じて、例えば、タングステン、アルミニウム、アルミニウムを含む合金、銅、銅を含む合金、及び他のいろいろな金属である。この技術分野で知られているように、一般にスパッタリング等の物理的蒸着プロセスによってこれらの金属を蒸着することができるけれども、或る種の金属はＣＶＤによって蒸着するのがもっと好ましい。構造上に設けられる金属層７４は、図６に示されているように過充填されるのが好ましい。
【００２２】
好ましくは金属ＣＭＰプロセスで金属層７４の余分の部分を除去することにより、２レベル連結構造の画定が完了する。この研磨プロセスの最終結果は、第２レベル配線７６と金属間誘電体層５８とを横断して広がる平らな面を設けることである。この様にして、第１レベルの連結構造７８と第２レベルの配線７６との両方が、金属線間に誘電体材料を付けることを要することなく、単一の酸化物エッチング工程により、設けられる。また、２レベル連結構造を形成するための図１〜図７のプロセスでフォトレジスト・マスクが形成される表面がより平らであれば、写真製版工程をより高い精度で行うことができる。最後に、この発明のプロセスは、当然ながら図７に示されているように後の処理工程を容易にする平らな面を設ける。後の処理は、普通は、図７に示されている構造の表面上に更なるレベルの配線を付ける処理を含んでいる。通常、にかわ金属の層が装置の表面に蒸着され、追加の金属がブランケット蒸着され、次に該金属層が第３レベルの配線を画定するためにパターン化される。
【００２３】
好ましい実施の形態を特別に参照してこの発明を説明したけれども、これらの実施の形態は例として取り上げられているに過ぎないことが理解されなければならない。この発明の基本的教示内容から逸脱せずに、これらの実施の形態から変形や修正を行えることを当業者は容易に理解するであろう。従って、この発明の範囲は、説明を行った好ましい実施の形態に限定されるべきではなくて、この発明の範囲は特許請求の範囲の欄の請求項により決定されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の好ましい実施の形態である二重ダマスカスプロセスによる集積回路の製造方法を示す図である。
【図２】  図１に続く製造方法を示す図である。
【図３】  図２に続く製造方法を示す図である。
【図４】  図３に続く製造方法を示す図である。
【図５】  図４に続く製造方法を示す図である。
【図６】  図５に続く製造方法を示す図である。
【図７】  図６に続く製造方法を示す図である。
【図８】  ２レベル連結構造を形成するための従来の集積回路の製造方法を示す図である。
【図９】  図８に続く製造方法を示す図である。
【図１０】  図９に続く製造方法を示す図である。
【図１１】  図１０に続く製造方法を示す図である。
【図１２】  図１１に続く製造方法を示す図である。
【図１３】  図１２に続く製造方法を示す図である。
【図１４】  図１３に続く製造方法を示す図である。
【図１５】  ２レベル連結構造を形成するための二重ダマスカスプロセスによる従来の集積回路の製造方法を示す図である。
【図１６】  図１５に続く製造方法を示す図である。
【図１７】  図１６に続く製造方法を示す図である。
【図１８】  図１７に続く製造方法を示す図である。
【図１９】  図１８に続く製造方法を示す図である。
【図２０】  図１９に続く製造方法を示す図である。
【図２１】  図２０に続く製造方法を示す図である。
【符号の説明】
５０  基板、５２  層間誘電体層、５４  エッチ・ストップ層、５６，６４，６６，６８  開口部、５８  金属間誘電体層、６２  フォトレジスト・マスク、７２テーパ付きの縁、７４  金属層、７６  第２レベル配線、７８  第１レベル連結構造。
【図１】
0003778508.tif 000002
【図２】
0003778508.tif 000003
【図３】
0003778508.tif 000004
【図４】
0003778508.tif 000005
【図５】
0003778508.tif 000006
【図６】
0003778508.tif 000007
【図７】
0003778508.tif 000008
【図８】
0003778508.tif 000009
【図９】
0003778508.tif 000010
【図１０】
0003778508.tif 000011
【図１１】
0003778508.tif 000012
【図１２】
0003778508.tif 000013
【図１３】
0003778508.tif 000014
【図１４】
0003778508.tif 000015
【図１５】
0003778508.tif 000016
【図１６】
0003778508.tif 000017
【図１７】
0003778508.tif 000018
【図１８】
0003778508.tif 000019
【図１９】
0003778508.tif 000020
【図２０】
0003778508.tif 000021
【図２１】
0003778508.tif 000022