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JPH1174356A - 改良二重ダマスク構造体 - Google Patents

改良二重ダマスク構造体

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JPH1174356A
JPH1174356A JP10184057A JP18405798A JPH1174356A JP H1174356 A JPH1174356 A JP H1174356A JP 10184057 A JP10184057 A JP 10184057A JP 18405798 A JP18405798 A JP 18405798A JP H1174356 A JPH1174356 A JP H1174356A
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dielectric layer
conductive
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイア−ライン開口においてフェンスを形成
させない二重ダマスク構造体。 【解決手段】 二重ダマスク構造の新規製造方法には、
半導体基板上に犠牲物質層を形成する段階、半導体基板
上に金属間誘電層を形成する段階、金属間誘電層に導電
性ライン開口をエッチングする段階、そして犠牲物質層
を除去する段階が含まれる。 【効果】 二重ダマスク構造体により、装置の密度を増
大させ、高密度で組み込まれた半導体装置の積層相互接
続段が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造、さ
らに詳細には、二重ダマスク構造体の形成に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体装置には、多数の回路が
含まれ、これらが集積回路を形成している。集積回路
は、コンピュータおよび電子機器にとって有用であり、
数百万個のトランジスタおよび他の回路素子を含むこと
があり、これらをシリコン単結晶半導体装置、すなわち
チップ上に製造することができる。装置を作動させるた
めには、信号路の複雑なネットワークが、通常、装置の
表面に分布させられた回路素子を接続するように経路決
定することになる。装置全体に亘る前記の信号の効率的
な経路決定は、集積回路の複雑性が増すよりも一層困難
になる。したがって、二重ダマスク構造体として周知の
多段または多層の配列は、装置の密度を増大させ、した
がって高密度で組み込まれた半導体装置の積層相互接続
段を可能にする性能により望ましい。
【０００３】二重ダマスク構造体で集積回路を製造する
場合、半導体装置の酸化シリコンのような絶縁物質また
は誘電物質が、通常、たとえば、数千の開口でパターン
化されて、導電性ライン開口およびバイア開口を形成さ
せる。次いで、集積回路の能動素子および／または受動
素子を相互接続させるために、導電性ライン開口および
バイア開口を、導電性金属層、たとえばアルミニウムで
充填することができる。また、二重ダマスク構造体は、
半導体装置を取付けることができる多層基板の絶縁層、
たとえばポリイミド中に、金属、たとえば銅の多層導電
性ラインを形成させるのに利用することもできる。
【０００４】二重ダマスク構造の製造方法は既知であ
る。たとえば、米国特許第5,422,309号；同第5,529,953
号；同第5,602,423号；および同第5,614,765号を参照さ
れたい。一般に、標準二重ダマスク構造体は、まず、反
射防止膜（ＡＲＣ）およびフォトレジスト層によって絶
縁層をコーティングすることによって製造することがで
きる。次いで、フォトレジストは、バイア開口の画像パ
ターンを持つ第１マスクによって露光され、前記のパタ
ーンが、絶縁層によって異方性にエッチングされて、下
にある導電性層を露光する。バイア開口をエッチングし
た後、残りのＡＲＣおよびフォトレジストが除去され
る。次いで、ＡＲＣおよびフォトレジストの新しい層が
付着させられる。このレジストは、導電性ライン開口の
画像パターンを持つ第２マスクによって露光される。第
２画像パターンは、一般に、導電性ライン開口によって
バイア開口を包囲するように第１マスクパターンと位置
合わせされることになる。導電性ライン開口が形成され
ることになるレジストの部分が除去されて、バイア開口
および絶縁層を露光する。次いで、露光された絶縁層
は、エッチングされて、導電性ラインの高さに等しい所
望の深さにされる。エッチングが完了すると、バイア開
口および導電性ライン開口の２つを、導電性金属層で充
填することができる。
【０００５】ＡＲＣおよびフォトレジスト層の第２の付
着によってバイアをＡＲＣで充填し、導電性ライン開口
を形成する次のエッチングの間、バイア内にポリマーを
沈着させる。原則として、小さくなるにつれて、前記ポ
リマーの沈着により、バイアおよび導電性ライン開口の
境界面にＳｉＯ2フェンスが形成されることになる。フ
ェンスの存在は金属がバイアへ流入するのを遮断し、そ
こに空隙を形成させる。このような空隙により、バイア
抵抗および場合によってはバイア不良が増大することに
なる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記により、バイア−
ライン開口においてフェンスを形成させない二重ダマス
ク構造体を提供するという課題が課された。
【０００７】
【課題を解決するための手段】半導体基板上に犠牲物質
層を形成する段階、半導体基板上に金属間誘電層を形成
する段階、金属間誘電層に導電性ライン開口をエッチン
グする段階、そして犠牲物質層を除去する段階が含まれ
る二重ダマスク構造を製造する新規方法が見出された。
【０００８】特に有用な実施態様において、この方法に
は下記の段階が含まれる： ａ）半導体基板の少なくとも１部分の上に犠牲物質層を
形成する； ｂ）犠牲物質層を少なくとも１つのスタッド中にパター
ン化する； ｃ）半導体基板の少なくとも１部分の上に金属間誘電層
を形成する； ｄ）金属間誘電層中に少なくとも１つの導電性ライン開
口をエッチングする； ｅ）金属間誘電層から少なくとも１つのスタッドを除去
する；および ｆ）金属間誘電層の少なくとも１つのスタッドを導電性
物質と取替える。
【０００９】好ましい実施例の説明 二重ダマスク構造体を製造する方法の好ましい実施例を
図面を参照しながら以下に述べる。
【００１０】本発明は、集積回路（ＩＣ）の組立てに関
するものである。この種のＩＣには、たとえば、ランダ
ムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（Ｄ
ＲＡＭ）、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、スタ
ティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、および読出し専用メモリ
（ＲＯＭ）のような記憶回路が含まれる。他のＩＣも
は、プログラム可能論理アレイ（ＰＬＡ）、用途特定Ｉ
Ｃ（ＡＳＩＣ）のような論理装置あるいは任意の回路装
置を含んでいる。本発明により、導電性ライン開口とバ
イア開口の境界面において、実質的に不完全に規定され
たエッジのない二重ダマスク構造体が得られる。代表的
には、複数のＩＣは、シリコンウエ−ハのような半導体
基板上に並列に製造される。処理後、ＩＣを分割して複
数の個々のチップにするためにウエ−ハが賽の目に切断
される。次いで、チップはパッケージされて、たとえ
ば、コンピュータシステム、携帯電話、個人用携帯情報
機器（ＰＤＡ）のような消費者製品および他の製品で使
用するための最終製品にされる。
【００１１】１つの実施例では、この発明には、二重ダ
マスク構造が形成されている誘電物質と連結する犠牲物
質の利用が含まれる。この場合、二重ダマスク構造が形
成されている層が金属間誘電体（ＩＭＤ）として表され
る。不完全に規定されたエッジは、ＩＭＤと比較してよ
り高速のウエットエッチング速度および／またはドライ
エッチング速度である犠牲物質を選択することによって
回避される。
【００１２】図１では、半導体基板２０の一部が得られ
ている。基板は、たとえば、シリコンウエ−ハから成
る。また、ひ化ガリウム、絶縁体上のシリコン、ゲルマ
ニウム、あるいは他の半導体材料のような他の基板も有
用である。基板２０には、その上に形成されたＩＣ（図
示されていない）が含まれる。ＩＣは、処理工程のどの
段階でもよい。基板には、金属化層のような導電性領域
２２が下に置かれている。また、導電性領域は、ハイド
ープポリシリコン層あるいはトランジスタのソースまた
はドレーン領域のような能動素子の任意の部分である。
１つの実施態様では、導電性領域はＤＲＡＭチップのビ
ットラインを表している。導電性領域は、たとえば、誘
電物質によって絶縁されている。代表的には、上表面３
０は平坦な上表面が得られるように平坦にされる。ＩＣ
には、付加的な装置、回路および他の相互接続レベルが
含まれることがある。
【００１３】図示されているように、犠牲物質層１５は
表面３０上の半導体基板２０の上に形成されている。犠
牲物質層１５に適した物質には、当業者に周知の任意の
従来物質が含まれる。１つの実施態様において、層１５
を形成するのに利用される物質には、流動性酸化物、Ｃ
ＶＤ酸化物、ＢＳＧ、ＳｉＮ、およびパリレン、ポリイ
ミド（たとえば感光性ポリイミド）、ＰＢＯのような非
シリコン含有物質等が含まれる。ここに記載された方法
で使用された犠牲物質は、以下に記載される半導体基板
２０の上に引き続き形成されるＩＭＤ層よりもはるかに
高速なウエットエッチング速度および／またはドライエ
ッチング速度である。
【００１４】厚さの適切な均一性を達成するために、通
常、犠牲物質層１５は、ほぼ平坦にされることになる。
必要であれば、たとえば、ＣＭＰのような別個の平坦化
工程を利用することができる。代表的には、半導体基板
２０の上に形成された犠牲物質層１５の厚さは、通常、
ここで記載された方法にしたがって形成されたバイア開
口の期待された高さに少なくとも等しいか、それより大
きくなる。犠牲物質層１５の厚さは約１０００Å〜約１
００００Å、好ましくは約１０００Å〜薬８０００Å、
より好ましくは約３０００Å〜約６０００Åになること
がある。もちろん、この厚さは設計のパラメータに依存
して変わることがある。
【００１５】図２では、犠牲層が、バイアホールまたは
開口が形成されることになる少なくとも１つのスタッド
１２を形成するようにパターン化されている。基板の例
示部分には、３つのスタッドが形成されている。しか
し、当業者には、ＩＣの製造の際に、複数のスタッド
が、下にある導電性領域に接触するように形成できるこ
とは自明のことである。犠牲層のパターン化には、たと
えば、ＡＲＣおよびホトレジスト層の付着およびスタッ
ドが形成されることになる場所以外の領域のホトレジス
トを露光源を用いて選択的に露光することが含まれる。
レジスト層は現像され、かつ露光部分が除去される。次
いで、基板は、たとえば、反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）によって異方性エッチングされる。レジストによ
って保護されていない犠牲層部分は除去され、導電性領
域２２と接触するバイア部に対応するスタッドが残る。
ポジ型レジストについて述べたが、ネガ型レジストの利
用もまた有用である。
【００１６】代表的には、導電性層とスタッドとの距離
は、通常、所定の導体（以下に記載されるそれぞれのス
タッド１２で代替されることになる導電性物質）にとっ
ての電流要件によって変動することになるので、たとえ
ばエレクトロマイグレーションのような信頼性の問題を
回避することができる。しかし、低電流が期待される場
合、導体のサイズおよび間隔は、所定の半導体装置およ
び／または半導体製造工程に固有の最小幅に限定される
ことになる。それぞれのスタッド１２間の幅は、通常、
約０．１５ミクロン（μｍ）〜約１．０ミクロン、好ま
しくは約０．１５μｍ〜約０．３５μｍ、そしてより好
ましくは約０．１５μｍ〜約０．２５μｍになる。
【００１７】少なくとも１つのスタッド１２のパターン
化に続いて、ＩＭＤ層５が半導体基板２０の表面上に、
スタッド１２の上表面を覆って形成される（図３参
照）。ここに記載された方法で利用されるＩＭＤ物質
は、当業者には公知の任意の適切な誘電物質をも含むこ
とがある。１つの実施態様では、ＩＭＤ物質には、Ａ４
１８ＳＯＧ，ＨＳＧ−Ｒ７ＳＯＧ、有機ドープＣＶＤ酸
化物、変換ＣＶＤ酸化物、シリコン含有物、非ドープケ
イ酸塩ガラス、ＢＣＢのような有機物質等が含まれる。
【００１８】ＩＭＤ層５は、通常、半導体基板２０上
に、スタッド１２の上表面を覆って、ほぼ平坦な層とし
て形成させることができる。ほぼ平坦な層は、たとえ
ば、膜上のスピンの場合のような形成工程によって直接
にかまたはＩＭＤ層の形成後、化学−機械研摩（ＣＭ
Ｐ）のような平坦化技術を適用することによって達成す
ることができる。ＩＭＤの厚さは、スタッドおよび上に
ある導電性ラインを収容するのに十分である。ＩＭＤ
は、たとえば、スタッドの高さよりｈだけ大きい厚さで
あるが、ただしｈは導電性ラインの高さにほぼ等しいも
のとする。もちろん、ｈは設計パラメータに依存する。
代表的には、金属間誘電層５の厚さは、約２０００Å〜
約２００００Å、好ましくは約３０００Å〜約１２００
０Å、そしてより好ましくは約４０００Å〜約９０００
Åまでになる。金属間誘電層５を形成する技術は、当業
者に公知の範囲内である。
【００１９】また、ＩＭＤ層は、ほぼスタッドの厚さよ
り少し小さいかまたは等しい。平坦化後、第２のＩＭＤ
層がその上に形成される。第２のＩＭＤ層の厚さは、代
表的には導電性ラインの高さにほぼ等しい。第２のＩＭ
Ｄ層は、選択的にエッチングされて第１のＩＭＤ層にで
きる物質から成る。二重のＩＭＤ層を備えることによっ
て、第１のＩＭＤ層は、上にある導電性ラインを形成す
るエッチングに対するエッチングストップとして作用す
る。
【００２０】図４では、ＩＭＤ層が、導電性ライン開口
９を形成するようにパターン化されている。導電性ライ
ン開口のパターン化は通常のリソグラフィック技術およ
びエッチング技術を利用して完成される。このような技
術には、たとえば、ＡＲＣおよびホトレジスト層の付着
および引き続く、露光源からの深紫外線（ＤＵＶ）また
は極紫外線（ＥＵＶ）のような照射線を用いるレジスト
層の選択的な露光が含まれる。他の波長の照射線もまた
有用である。次いで、レジスト層の露光領域は、現像の
間に除去され、ライン開口９に対応するＩＭＤ面を露光
する。ＲＩＥは、開口９を形成するように実行される。
ＲＩＥは、スタッドの頂部に達するのに十分な深さにエ
ッチングするよう時間調節された時間で終了させられる
かまたは二重ＩＭＤ層が利用される場合には、エッチン
グストップ技術を用いて終了させられるかのいずれかで
ある。
【００２１】次に、それぞれのスタッド１２は、ウエッ
トエッチング工程またはドライエッチング工程によっ
て、導電性ライン開口９の中から選択的に除去されて、
図５に示されるように、バイア開口１１が形成される。
本発明によれば、スタッドは選択的にエッチングされて
ＩＭＤ層にすることができる。スタッドとＩＭＤとの間
のエッチング選択性は、ＩＭＤ層を効率的に除去せず
に、スタッドを除去することが十分に可能である。１つ
の実施態様では、スタッドとＩＭＤと間のエッチング選
択性は約≧８：１、より好ましくは約≧１２：１、なお
好ましくは約≧２０：１である。バイア開口１１の形成
のためのパラメータ（たとえば、腐食液のタイプ、腐食
液の濃度、時間、温度等）は、当業者に公知の範囲内で
ある。腐食液の選択はスタッドの構造を含む多数の要因
に依存する。適切な腐食液には、ＢＨＦ、ＣＤＥおよび
酸素が含まれる。表１は、スタッドの除去に利用できる
物質の組合わせと腐食液のタイプの実例のリストであ
る。
【００２２】
【表１】
【００２３】バイア開口１１の形成に続いて、図６に示
されるように、導電性物質２５をバイア開口１１および
導電性ライン開口９の中に付着させ、かつ充填させる。
導電性物質２５を、たとえば、選択的化学蒸着法（ＣＶ
Ｄ）のような任意の公知の方法または常法によって形成
させることもできる。ここでは任意の通常の導電性物質
を利用することができる。導電性物質２５の形成に適す
る物質には、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、
Ｐｄ等が含まれるが、これらに限定されるものではな
い。好ましい物質は、ＷおよびＡｌである。
【００２４】上記の実施例に関して、ある程度詳細に本
発明を記載したが、前記の説明を読めば、変更および変
法が可能なことは当業者には明らかである。したがっ
て、本発明の要旨および範囲から逸脱することなく、こ
こに詳細に記載された以外にも本発明は行われうるもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体基板に形成された犠牲物質層を示す断面
図。
【図２】半導体基板上のスタッドにパターン化された犠
牲物質層を示す断面図。
【図３】半導体基板表面にスタッドの上表面を覆って形
成された金属間誘電層を示す断面図。
【図４】エッチングした導電性ライン開口を示す断面
図。
【図５】スタッドを除去された導電性ライン開口を示す
断面図。
【図６】導電性金属層で満たされた導電性ライン開口お
よびバイア開口を示す断面図。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 二重ダマスク構造体を製造するための方
    法において、 ａ）少なくとも１つの導電性領域を含む半導体基板上
    に、犠牲物質層を形成させ、 ｂ）導電性領域を覆う少なくとも１つのスタッドが得ら
    れるよう犠牲物質層をパターン化させ、 ｃ）半導体基板上に少なくとも１つのスタッドを包囲す
    る誘電層を形成させ、 ｄ）金属間誘電層に導電性ライン開口を形成させ、少な
    くとも１つのスタッドの部分を開口内で露光する ことから成ることを特徴とする、二重ダマスク構造体の
    製造方法。
  2. 【請求項２】 犠牲物質層が、金属間誘電層より高速の
    エッチング速度を有する、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 犠牲物質層を、流動性酸化物、ＣＶＤ酸
    化物、ＢＳＧ、ＳｉＮ、パリレン、ポリイミドおよびＰ
    ＢＯから成るグループから選択された物質から製造す
    る、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 金属間誘電層を、有機ドープＣＶＤ酸化
    物、ＣＶＤ酸化物およびシリコン含有有機物質から成る
    グループから選択された物質から製造する、請求項１に
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 さらに、導電性ライン開口を形成する前
    に、金属間誘電層を平坦化する工程を含む、請求項１に
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 さらに、 ｅ）バイアを得るため金属間誘電層から少なくとも１つ
    のスタッドを除去する工程、 ｆ）バイアの中に導電性物質を付着させる工程 とを含む、請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 導電性物質を、ＷとＡｌとから成るグル
    ープから選択する、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 除去工程に、少なくとも１つのスタッド
    のエッチングを含む、請求項６に記載の方法。
  9. 【請求項９】 ＢＨＦと酸素とから成るグループから選
    択された腐食液を、エッチング工程で使用とする、請求
    項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 二重ダマスク構造体を製造する方法に
    おいて、 ａ）半導体基板の少なくとも１部分の上に、少なくとも
    １つのスタッドにパターン化されている犠牲物質層を形
    成させ、 ｂ）半導体基板の少なくとも１部分の上に、表面が平坦
    な金属間誘電層を形成させて、少なくとも１つのスタッ
    ドを包囲させかつ覆わせ、 ｃ）金属間誘電層をエッチングして、少なくとも１つの
    導電性ライン開口を形成させ、かつ ｄ）金属間誘電層から少なくとも１つのスタッドを除去
    して、バイアを形成すさせる ことを含むことを特徴とする、二重ダマスク構造体の製
    造方法。
  11. 【請求項１１】 犠牲物質層が、金属間誘電層より高速
    のエッチング速度を有する、請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 犠牲物質層を、流動性酸化物、ＣＶＤ
    酸化物、ＢＳＧ、ＳｉＮ、パリレン、ポリイミドおよび
    ＰＢＯから成るグループから選択された物質から製造す
    る、請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 金属間誘電層を、有機ドープＣＶＤ酸
    化物、ＣＶＤ酸化物およびシリコン含有有機物質から成
    るグループから選択された物質から製造する、請求項１
    ０に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 除去工程に、少なくとも１つのスタッ
    ドのエッチングを含む、請求項１０に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 ＢＨＦと酸素とから成るグループから
    選択された腐食液を、エッチング工程で使用する、請求
    項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 さらに、金属間誘電層中のバイアを導
    電性物質で充填する工程を含む、請求項１０に記載の方
    法。
  17. 【請求項１７】 導電性物質を、ＷとＡｌとから成るグ
    ループから選択する、請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 二重ダマスク構造体の形成に有用な構
    造体が、 基板と、 基板上に形成された第１エッチング速度をを有する犠牲
    物質のスタッドと、 第１エッチング速度が第２エッチング速度より高速であ
    る第２エッチング速度を有し、かつスタッドを包囲して
    いる金属間誘電層と、 金属間誘電層中に形成され、かつスタッドの１部分を露
    光する導電性ライン開口とを有することを特徴とする、
    二重ダマスク構造体の形成に有用な構造体。
  19. 【請求項１９】 基板が導体を含み、かつスタッドは導
    体の部分の上に位置ぎめされている、請求項１８に記載
    の構造体。
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