(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の絶縁膜上に第１幅の開口部を有する第１フォトレジスト膜パターンを形成する段階と、
前記第１フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとしてエッチング工程を行い、前記絶縁膜において前記第１幅を有するとともに一定の深さまで窪んだ溝を形成する段階と、
前記溝を有する絶縁膜上の前記第１フォトレジスト膜パターンを除去する段階と、
前記溝を有する絶縁膜上にフォトレジスト膜を形成する段階と、
前記フォトレジスト膜に光が照射される領域の幅が前記溝の第１幅と同一となるように前記フォトレジスト膜を露光するとともに、現像して第２フォトレジスト膜パターンを形成する段階と、
前記第２フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとしてエッチング工程を行い、前記溝と連結され、前記第１幅と同一の幅を有するとともに、前記半導体基板の表面を露出させるコンタクトホールを形成する段階と、
前記第２フォトレジスト膜パターンを除去する段階と、を含むことを特徴とする半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法。
【請求項２】
前記絶縁膜は、酸化膜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デュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法。
【請求項３】
前記コンタクトホール形成のためのエッチング工程として、ドライエッチング工程を用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法。
【請求項４】
半導体基板上の絶縁膜上に第１幅の開口部を有する第１フォトレジスト膜パターンを形成する段階と、
前記第１フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとしてエッチング工程を行い、前記絶縁膜において前記第１幅を有するとともに一定の深さまで窪んだ溝を形成する段階と、
前記溝を有する絶縁膜上の前記第１フォトレジスト膜パターンを除去する段階と、
前記溝を有する絶縁膜上にフォトレジスト膜を形成する段階と、
前記フォトレジスト膜に光が照射される領域の幅が前記溝の第１幅よりも大きい第２幅となるように前記フォトレジスト膜を露光するとともに、現像して第２フォトレジスト膜パターンを形成する段階と、
前記第２フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとしてエッチング工程を行い、前記溝と連結され、前記第２幅と同一の幅を有するとともに、前記半導体基板の表面を露出させるコンタクトホールを形成する段階と、
前記第２フォトレジスト膜パターンを除去する段階と、を含むことを特徴とする半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法。
【請求項５】
前記絶縁膜は、酸化膜であることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法。
【請求項６】
前記コンタクトホール形成のためのエッチング工程として、ドライエッチング工程を用いることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子のコンタクトホール形成方法に係り、特に、半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路素子の金属配線を形成するに当たって、デュアルダマシン工程が広く用いられている。デュアルダマシンとは、配線溝とコンタクトホールの両方に対して導電性物質を一度に充填することを意味する。
【０００３】
このデュアルダマシン工程は、一般に、配線領域を限定するコンタクトホールを形成する段階と、物理的な蒸着工程を行って前記配線領域に導電性物質を充填することによりデュアルダマシン配線を完成する段階とを含む。
【０００４】
図１は、従来の半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホールを示したレイアウト図である。また、図２ないし図４は、従来の半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法を説明するために図１のII-II'線に沿って示した断面図である。
【０００５】
まず、図２に示されたように、半導体基板１００上に絶縁膜、例えば酸化膜１１０を形成し、この酸化膜１１０上にフォトレジスト膜パターン１２０を形成する。このフォトレジスト膜パターン１２０は、幅が「Ｍ」である開口部を有する。次に、このフォトレジスト膜パターン１２０をエッチングマスクとしてエッチング工程を行えば、図３に示されたように、幅が「Ｍ」である溝１５０を有する酸化膜パターン１１１が形成される。次に、酸化膜パターン１１１上にフォトレジスト膜パターン１３０を形成する。このフォトレジスト膜パターン１３０は、酸化膜パターン１１１の溝１５０の底面の一部を露出させる幅「Ｃ」の開口部を有する。次に、このフォトレジスト膜パターン１３０をエッチングマスクとしてエッチング工程を行えば、図４に示されたように、幅が「Ｍ」である溝１５０と、この溝１５０内で幅が「Ｍ」よりも小さい「Ｃ」であるコンタクトホール１６０とを有する酸化膜パターン１１２が形成される。次に、前記フォトレジスト膜パターン１３０を除去した後、コンタクトホール１６０及び溝１５０内に金属膜１４０を充填する。一方、コンタクトホール１６０の縁部から溝１５０の縁部までの幅は「Ｏ」である。
【０００６】
ところで、このようなダマシン配線工程を行うに当たって、前記コンタクトホール１６０を形成するためには、図３に示されたように、溝１５０が形成された酸化膜パターン１１１上において、幅が「Ｃ」である開口部を有するフォトレジスト膜パターン１３０を形成しなければならない。ところで、このフォトレジスト膜パターン１３０が有するべき開口部の位置により、酸化膜パターン１１１の表面を完全に露出できない場合が生じる場合がある。これをより詳細に説明すれば、下記の通りである。
【０００７】
図５及び図６は、従来のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法における前記のような問題を説明するために示した図である。なお、図５及び図６において、図２ないし図４と同一の参照符号は同一の要素を表わす。
【０００８】
まず、図５を参照すれば、図３に示されたフォトレジスト膜パターン１３０を形成するために、フォトレジスト膜１３０'を酸化膜パターン１１１上に形成する。次に、マスクパターン３００を用いて光３１０をフォトレジスト膜１３０'の一部の表面に照射する。ここで、前記マスクパターン３００は、酸化膜パターン１１１の溝の側壁と一定距離以上に離隔された第１コンタクトホール３０１と、酸化膜パターン１１１の側壁に近づいた第２コンタクトホール３０２とを形成するための各々の開口部を有するものとする。
【０００９】
ところで、酸化膜パターン１１１の溝１５０内に形成されたフォトレジスト膜１３０'の厚さｄは、酸化膜パターン１１１の溝１５０以外に形成されたフォトレジスト膜１３０'の厚さよりも相対的に厚い。そして、溝１５０内に形成されたフォトレジスト膜１３０'の厚さｄが、溝１５０以外に形成されたフォトレジスト膜１３０'の厚さよりも厚いため、溝１５０内に形成されたフォトレジスト膜の溝１５０の底面付近に入射する光の強度は、溝１５０以外に形成せれた部分に比べて弱い。一般に、膜１５０内のフォトレジスト膜１３０'の内部（溝１５０の底面方向）へ近づくほど、入射する光の強度は次第に弱くなる。すなわち、フォトレジスト膜１３０'の表面部分における光の強度３２１が最も強く、フォトレジスト膜１３０'の中間深さにおける光の強度３２２は表面部分における光の強度３２１よりも弱い。また、フォトレジスト膜１３０'の溝１５０の底面深さにおける光の強度３２３は最も弱い。このため、このような露光を行った後に現像を行い、フォトレジスト膜パターンを形成すれば、光の強度が弱い部分、すなわち、溝１５０内に形成されたフォトレジスト膜１３０'の底面の部分が現像されず、酸化膜パターン１１１の表面を完全に露出させない第１コンタクトホールが形成される。図６には、このようにオープンされていない第１コンタクトホール３０１'が示されている。
【００１０】
一方、酸化膜パターン１１１の溝１５０の側壁に近づいた第２コンタクトホール３０２は酸化膜パターン１１１の表面の一部を露出させるように形成される。その理由は、酸化膜パターン１１１の溝１５０の側壁から反射された光３３０がフォトレジスト膜１３０'の底面部分における光の強度を補償するからである。
【００１１】
図６には、前記のようにオープンされていない第１コンタクトホール３０１'とオープンされた第２コンタクトホール３０２'とが形成されたフォトレジスト膜パターン１３５が示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、デュアルダマシン配線のための溝内にコンタクトホールを形成する際に、溝内に形成されたフォトレジスト膜が溝以外に形成されたフォトレジスト膜の厚さよりも相対的に厚くなり溝の底面付近に入射する光の強度が弱いためにオープンされていないコンタクトホールが生じるという問題点を解決できる半導体素子のデュアルダマシンのためのコンタクトホール形成方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第１実施例による半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法は、半導体基板上の絶縁膜上に第１幅の開口部を有する第１フォトレジスト膜パターンを形成する段階と、前記第１フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとしてエッチング工程を行い、前記絶縁膜において前記第１幅を有するとともに一定の深さまで窪んだ溝を形成する段階と、前記溝を有する絶縁膜上の前記第１フォトレジスト膜パターンを除去する段階と、前記溝を有する絶縁膜上にフォトレジスト膜を形成する段階と、前記フォトレジスト膜に光が照射される領域の幅が前記溝の第１幅と同一となるように前記フォトレジスト膜を露光するとともに、現像して第２フォトレジスト膜パターンを形成する段階と、前記第２フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとしてエッチング工程を行い、前記溝と連結され、前記第１幅と同一の幅を有するとともに、前記半導体基板の表面を露出させるコンタクトホールを形成する段階と、前記第２フォトレジスト膜パターンを除去する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明の第２実施例による半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法は、半導体基板上の絶縁膜上に第１幅を有する第１フォトレジスト膜パターンを形成する段階と、前記第１フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとしてエッチング工程を行い、前記絶縁膜において前記第１幅を有するとともに一定深さまで窪んだ溝を形成する段階と、前記溝を有する絶縁膜上の前記第１フォトレジスト膜パターンを除去する段階と、前記溝を有する絶縁膜上にフォトレジスト膜を形成する段階と、前記フォトレジスト膜に光が照射される領域の幅が前記溝の第１幅よりも大きい第２幅となるように前記フォトレジスト膜を露光するとともに、現像して第２フォトレジスト膜パターンを形成する段階と、前記第２フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとしてエッチング工程を行い、前記溝と連結され、前記第２幅と同一の幅を有するとともに、前記半導体基板の表面を露出させるコンタクトホールを形成する段階と、前記第２フォトレジスト膜パターンを除去する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
前記第１及び第２実施例において、前記絶縁膜は酸化膜であることが望ましい。また、前記コンタクトホール形成のためのエッチング工程としては、ドライエッチング工程を用いることが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照し、本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。後述する実施例は各種の形態に変形でき、本発明の範囲が後述する実施例に限定されることはない。本発明の実施例は、当業界における通常の知識を有した者に対して本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００１７】
図７は、本発明の第１実施例による半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホールを示したレイアウト図である。そして、図８ないし図１１は、本発明の第１実施例による半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法を説明するために図７のVI-VI'線に沿って示した断面図である。
まず、図８に示されたように、半導体基板５００上に絶縁膜、例えば酸化膜５１０を形成し、この酸化膜５１０上にフォトレジスト膜パターン５２０（第１フォトレジスト膜パターン）を形成する。なお、前記半導体基板５００と酸化膜５１０との間には他の金属膜が形成されている場合もある。前記フォトレジスト膜パターン５２０は幅が「Ｍ'」（第１幅）である開口部を有し、通常のフォトリソグラフィー法を用いた露光及び現像を行って形成できる。
【００１８】
次に、図９に示されたように、前記フォトレジスト膜パターン（図８の５２０）をエッチングマスクとしてエッチング工程、例えばドライエッチング工程を行えば、幅が「Ｍ'」であり所定の深さまで窪んだ溝５３０を有する酸化膜パターン５１１が形成される。前記酸化膜パターン５１１を形成した後、フォトレジスト膜パターン５２０を除去する。
【００１９】
次に、図１０に示されたように、酸化膜パターン５１１上に再び新たなフォトレジスト膜パターン５４０（第２フォトレジスト膜パターン）を形成する。このフォトレジスト膜パターン５４０は、酸化膜パターン５１１の溝５３０の底面を全て露出させる幅が「Ｃ'」である開口部を有する。本実施例においては、フォトレジスト膜パターン５４０の開口部の幅Ｃ'は、酸化膜パターン５１１の溝５３０の幅Ｍ'（第１幅）と同一である。
【００２０】
このように、フォトレジスト膜パターン５４０を形成するためには、まず、酸化膜パターン５１１上にフォトレジスト膜を形成する。次に、所定の開口部、すなわち、酸化膜パターン５１１の溝５３０の幅Ｍ'と同一幅の開口部を有するマスク膜パターンを用いてフォトレジスト膜の一部に光を照射する。すなわち、フォトレジスト膜に光が照射される幅が溝５３０の幅Ｍ'（第１幅）と同一となるようにフォトレジスト膜を露光する。この場合、本来であれば、上述したように溝５３０内のフォトレジスト膜は、溝５３０以外の他の部分におけるフォトレジスト膜よりも相対的に厚く、露光工程時にフォトレジスト膜の底部に入射する光の強度はフォトレジスト膜の上部及び中間部よりも弱い。しかしながら、本実施例によれば、光が照射される領域の縁部が溝５３０の側壁とほとんど一致するため、この側壁から反射された光がフォトレジスト膜の底部における光の強度を補償する。したがって、たとえ光の照射強度を変えることなくとも、この補償効果によって溝５３０内の底部付近までも十分に露光することができる。この結果、露光に次ぐ現像工程時に、光が照射された部分が十分に除去され、結局、酸化膜パターン５１１の表面を完全に露出させるオープンされたフォトレジスト膜パターン５４０が形成される。
【００２１】
次に、図１１に示されたように、前記フォトレジスト膜パターン５４０をエッチングマスクとしてエッチング工程、例えばドライエッチング工程を行えば、溝５３０と、この溝５３０内で溝５３０の幅Ｍ'（第１幅）と同一の幅Ｃ'のコンタクトホール５５０とを有する酸化膜パターン５１２が形成される。次に、前記フォトレジスト膜パターン５４０を除去した後、コンタクトホール５５０及び溝５３０内に金属膜５6０を充填すれば、ダマシン配線が完成される。なお、図１１における点線は溝５３０とコンタクトホール５５０との境界を表示するためのものである。
【００２２】
図１２ないし図１５は、本発明の第２実施例による半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法を説明するために示した断面図である。
【００２３】
まず、図１２に示されたように、半導体基板７００上に絶縁膜、例えば酸化膜７１０を形成し、この酸化膜７１０上にフォトレジスト膜パターン７２０（第１フォトレジスト膜パターン）を形成する。前記半導体基板７００と酸化膜７１０との間には他の金属膜が形成されている場合もある。前記フォトレジスト膜パターン７２０は幅が「Ｍ"」（第１幅）である開口部を有し、通常のリソグラフィー法を用いた露光及び現像を行って形成できる。
【００２４】
次に、図１３に示されたように、図１２のフォトレジスト膜パターン７２０をエッチングマスクとしてエッチング工程、例えば、ドライエッチング工程を行えば、幅が「Ｍ"」（第１幅）であり所定の深さまで窪んだ溝７３０を有する酸化膜パターン７１１が形成される。前記酸化膜パターン７１１を形成した後、フォトレジスト膜パターン７２０を除去する。
【００２５】
次に、図１４に示されたように、酸化膜パターン７１１上に再び新たなフォトレジスト膜パターン７４０（第２フォトレジスト膜パターン）を形成する。このフォトレジスト膜パターン７４０は、酸化膜パターン７１１の溝７３０の底部を全て露出させる幅が「Ｃ"」である開口部を有する。本実施例においては、フォトレジスト膜パターン７４０の開口部幅Ｃ"は酸化膜パターン７１１の溝７３０の幅Ｍ"（第１幅）よりも少し大きい第２幅である。
【００２６】
このように、フォトレジスト膜パターン７４０を形成するためには、まず、酸化膜パターン７１１上にフォトレジスト膜を形成する。次に、所定の開口部、すなわち、幅が酸化膜パターン７１１の溝７３０の幅Ｍ"よりも少し大きい第２幅の開口部を有するマスク膜パターンを用いてフォトレジスト膜の一部に光を照射する。すなわち、フォトレジスト膜に光が照射される幅が溝７３０の幅Ｍ"（第１幅）よりも大きい第２幅となるようにフォトレジスト膜を露光する。この場合も、本来であれば、上述したように溝７３０の内部のフォトレジスト膜は、溝５３０以外の他の部分におけるフォトレジスト膜よりも相対的に厚いため、特に、フォトレジスト膜の底部における光の強度はフォトレジスト膜の上部及び中間部よりも弱い。しかしながら、本実施例によれば、光が照射される領域に溝７３０の側壁が含まれるため（光が照射される領域と溝７３０の側壁とが重複するため）、この側壁から反射された光がフォトレジスト膜の底部における光の強度を補償する。このため、たとえ光の照射強度を変えることなくとも、この補償効果によって溝７３０内の底部付近までも十分に露光することができる。この結果、露光に次ぐ現像工程時に、光が照射された部分が十分に除去され、結局、酸化膜パターン７１１の表面を完全に露出させるオープンされたフォトレジスト膜パターン７４０が形成される。
【００２７】
次に、図１５に示されたように、前記フォトレジスト膜パターン７４０をエッチングマスクとしてエッチング工程、例えばドライエッチング工程を行えば、コンタクトホール７４０が形成される。この時、溝７３０は「Ｍ"」の幅（第１幅）よりも大きくなった「Ｃ"」、すなわち第２幅と同一の幅を有する。次に、前記フォトレジスト膜パターン７４０を除去した後に、コンタクトホール７５０及び溝７３０内に金属膜（図示せず）を充填させれば、ダマシン配線が完成される。なお、図１５における点線は、溝７３０とコンタクトホール７５０との境界を表示するためのものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法によれば、光が照射される部分と溝の側壁とが一致するため、あるいは光が照射される部分に溝の側壁が含まれるため、フォトレジスト膜の厚い部分の底部における光の強度が溝の側壁から反射される光により補償され、その結果、オープンされたコンタクトホールが形成できるという利点がある。
【００２９】
以上、本発明は望ましい実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の技術的な思想の範囲内において、当分野における通常の知識を有した者にとって各種の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホールを示したレイアウト図である。
【図２】  従来の半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法を説明するために図１のII-II'線に沿って示した断面図である。
【図３】  図２に後続する工程を示す断面図である。
【図４】  図３に後続する工程を示す断面図である。
【図５】  従来のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法の問題点を説明するために示した図である。
【図６】  従来のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法により形成されたコンタクトホールを示した断面図である。
【図７】  本発明の第１実施例による半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホールを示したレイアウト図である。
【図８】  本発明の第１実施例による半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法を説明するために図７のVI-VI'線に沿って示した断面
図である。
【図９】  図８に後続する工程を示す断面図である。
【図１０】  図９に後続する工程を示す断面図である。
【図１１】  図１０に後続する工程を示す断面図である。
【図１２】  本発明の第２実施例による半導体素子のデュアルダマシン配線のためのコンタクトホール形成方法を説明するために示した断面図である。
【図１３】  図１２に後続する工程を示す断面図である。
【図１４】  図１３に後続する工程を示す断面図である。
【図１５】  図１４に後続する工程を示す断面図である。
【符号の説明】
５００，７００・・・半導体基板、
５１０，７１０・・・酸化膜（絶縁膜）、
５２０，７２０・・・第１フォトレジスト膜パターン、
５３０，７３０・・・溝、
５４０，７４０・・・第２フォトレジスト膜パターン。
【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】
0003859482.tif 000014
【図１４】
0003859482.tif 000015
【図１５】
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