JP2007110069A - コンタクトホール形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重大な寸法の制御機能を増大することができるコンタクトホールの形成方法を提供する。
【解決手段】先ず、基板１００を設ける。マスク層１０２が基板１００上に形成され、トレンチ１０５がマスク層１０２に形成される。トレンチ１０５の深さは、マスク層１０２の厚さ以下であり、トレンチ１０５は、ｙ方向に延在する。その後、トレンチ１１２がマスク層１０２に形成される。トレンチ１１２の深さは、マスク層１０２の厚さ以下であり、トレンチ１１２は、ｘ方向に延在する。トレンチ１０５とトレンチ１１２とが交差する位置にマスク層１０２の開口１１６が存在する。開口１１６は基板１００を露出する。その後、開口１１６によって露出した基板１００の部分は、基板１００にコンタクトホールを形成するために除去される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、マスクを用いたコンタクトホールの形成方法に関する。

集積回路製造技術の急速な発展に伴い、装置の小型化は、製造業における明らかな傾向であるとともに重要な目的である。しかしながら、装置のサイズが小さくなるに従って、種々の装置に連結する相互接続線の寸法及び幅も減少する。したがって、これら装置の製造工程がますます困難なものとなっている。

例えば、サイズの減少に起因して、材料の光学的な特性は、評価が更に困難になり、ホトリソグラフ工程は、ある種の機械加工の制約及び光学的な特性の物理的な制約が課される。その結果、ホトリソグラフ技術を用いたコンタクトホールの形成工程がますます困難になり、コンタクトホールの重大な寸法及び位置決め精度の制御がますます困難になっている。その結果、製造コストが上昇し続けるとともに歩留まりが減少し続ける。

コンタクトホールの重大な寸法を制御する機能を増大するために、コンタクトホールの形成方法を、現在の装置及び形成条件の下で向上する必要がある。また、製造コストを低減するためにプロセスウィンドウを増大する必要がある。

したがって、本発明の少なくとも一つの目的は、重大な寸法の制御機能を増大することができるコンタクトホールの形成方法を提供することである。

本発明の少なくとも他の目的は、プロセスウィンドウを増大するとともにコストを減少することができるコンタクトホールの形成方法を提供することである。

ここで実施され及び広く説明される本発明のこれら及び他の利点を達成するために、本発明は、コンタクトホールの形成方法を提供する。先ず、基板を設ける。マスク層を基板上に形成し、少なくとも一つの第１のトレンチをマスク層に形成する。第１のトレンチの深さは、マスク層の厚さ以下であり、第１のトレンチは、第１の方向に延在する。その後、少なくとも一つのトレンチをマスク層に形成する。第２のトレンチの深さは、マスク層の厚さ以下であり、第２のトレンチは、第２の方向に延在する。第２の方向は、第１の方向に交差する。第１のトレンチと第２のトレンチとが交差する位置にマスク層の開口が存在する。開口は基板を露出する。その後、開口によって露出した基板の部分を、基板にコンタクトホールを形成するために除去する。

本発明の一例において、少なくとも一つの第１のトレンチを形成するステップは、第１のパターン化されたホトレジスト層のマスク層上への形成を含む。その後、第１のパターン化されたホトレジスト層をマスクとして用いることによって、マスク層の一部を除去して、少なくとも一つの第１のトレンチをマスク層に形成する。その後、第１のパターン化されたホトレジスト層を除去する。

本発明の一例において、第１のパターン化されたホトレジスト層を、例えば、ポジ型ホトレジスト材料又はネガ型ホトレジスト材料を用いて形成する。

本発明の一例において、少なくとも一つの第２のトレンチをマスク層に形成するステップは、第２のパターン化されたホトレジスト層のマスク層上への形成を含む。その後、第２のパターン化されたホトレジスト層をマスクとして用いることによって、マスク層の一部を除去して、少なくとも一つの第２のトレンチをマスク層に形成する。

本発明の一例において、第２のトレンチをマスク層に形成した後であるとともに開口によって露出した基板の部分を除去する前に、第２のパターン化されたホトレジスト層を除去するステップも含む。

本発明の一例において、第１のトレンチは基板の一部を露出する。

本発明の一例において、第２のパターン化されたホトレジスト層を、例えば、ポジ型ホトレジスト材料又はネガ型ホトレジスト材料を用いて形成する。

本発明の一例において、マスク層を、例えば、窒化ケイ素で構成する。

ホトリソグラフィにおいて、コンタクトホールの形成工程は、ライン又はトレンチの形成よりも困難である。したがって、本発明は、マスク層の安定性及び高いエッチング選択性を利用する。ホトリソグラフ工程において、コンタクトホールを形成するマスクを構成するのにトレンチパターンを使用し、その結果、コンタクトホールは、更に大きなプロセスウィンドウを有することができる。このようにして、コンタクトホールを形成するプロセスは、ライン又はトレンチを形成するのと同一機能を有する。さらに、ホトマスクの形成の際に、ラインパターンは、ドット状パターンに比べて形成が著しく容易であるとともに精度が著しく高く、その結果、製造コストを著しく減少することができる。さらに、ホトマスクの設計の際に、ラインパターンの光学的な特性の扱いが著しく容易になり、その結果、設計時間が短縮され、各ホトマスクに関連する情報量が著しく減少する。さらに、本発明は、製造工程の際の困難の程度も低減し、安定性の高い構造を形成する処理工程を簡単にする。

本発明は、他のコンタクトホールの形成方法も提供する。先ず、基板を設ける。マスク層を基板上に形成し、第１のホトレジスト層をマスク層上に形成する。その後、第１のホトマスクを用いて、第１のホトレジスト層の第１の露出プロセス及び第１の現像プロセスを順に実行して、マスク層を露出する少なくとも一つのトレンチを第１のホトレジスト層に形成する。第１のホトマスクは、少なくとも一つの第１のライン状開口を有する。ホトマスクの第１のライン状開口及び第１のホトレジスト層の第１のトレンチは、第１の方向に延在する。その後、第１のホトレジスト層をマスクとして用いることによって、第１のエッチング処理を実行して、少なくとも一つの第２のトレンチをマスク層に形成する。第２のトレンチは、マスク層の厚さ以下の深さを有する。その後、第１のホトレジスト層を除去し、第２のホトレジスト層を基板上に形成する。その後、第２のホトマスクを用いることによって、第２のホトレジスト層の第２の露出プロセス及び第２の現像プロセスを順に実行して、マスク層を露出する少なくとも一つの第３のトレンチを第２のホトレジスト層に形成する。第２のホトマスクは、少なくとも一つの第２のライン状開口を有する。第２のホトマスクの第２のライン開口及び第２のホトレジスト層の第３のトレンチは、第１の方向に交差する第２の方向に延在する。その後、第２のホトレジスト層をマスクとして用いることによって、第２のエッチング処理を実行し、第４のトレンチをマスク層に形成する。第４のトレンチは、マスク層の厚さ以下の深さを有する。さらに、第２のトレンチと第４のトレンチとが交差する位置は、基板を露出する。最後に、露出した基板の部分を除去する。

本発明の一例において、第４のトレンチを形成した後であるとともに露出した基板の部分を除去する前に、第２のホトレジスト層を除去するステップを更に具える。

本発明の一例において、第１のホトレジスト層は、例えば、ポジ型ホトレジスト材料又はネガ型ホトレジスト材料を用いて構成される。

本発明の一例において、第２のパターン化されたホトレジスト層は、例えば、ポジ型ホトレジスト材料又はネガ型ホトレジスト材料を用いて構成される。

本発明の一例において、マスク層は、例えば、窒化ケイ素を用いて構成される。

本発明によれば、トレンチパターンを有するマスク層及びパターン化されたホトレジストそうを有する二つの個別のマスクを用いて、基板にコンタクトホールを形成し、その結果、ホトリソグラフ工程において形成が困難となるコンタクトホールは、更に広いプロセスウィンドウを有することができる。さらに、ライン状パターンの光学的な特性は、ドット状パターンに比べて扱いが著しく容易となり、その結果、ホトマスク上へのライン状パターンの設計及び形成が更に簡単になる。その結果、製造コストを著しく低減することができる。

一般的な説明と詳細な説明のいずれもが例示であり、特許請求の範囲に記載したような発明を更に説明することを意図したものである。

本発明の好適な実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。同一又は同様な部分に関連する図面及び記載において、同一符号を用いる。

図１Ａ〜１Ｅは、本発明の第１の実施の形態によってコンタクトホールを基板に形成するステップを示す斜視図である。用語「コンタクトホール」は、ホール又は同様な構造を有する他のタイプのものを通じた全ての種類のコンタクトホールに対する一般的な用語である。

先ず、図１Ａに示すように、基板１００を設ける。基板１００は、例えば、半導体装置又はそこに露出した金属インターコネクト（図示せず）を有する。最上層を、例えば、層間誘電体（ＩＬＤ、図示せず）層とする。コンタクト層は層間強誘電体（ＩＬＤ）層に形成され、その結果、半導体装置又は金属インターコネクトは、外部と電気的に接続することができる。その後、マスク層１０２が基板１００の上に形成される。マスク層１０２は、層間誘電体（ＩＬＤ）層と著しく異なるエッチング選択性を有する材料を用いて構成される。ＩＬＤ層を酸化ケイ素で構成する場合、マスク層１０２を、好適には、化学的蒸着プロセスによって形成した窒化ケイ素層とする。その後、パターン化されたホトレジスト層１０４を、マスク層１０２上に形成する。パターン化されたホトレジスト層１０４を、例えば、ポジ型ホトレジスト又はネガ型ホトレジストを用いて構成する。パターン化されたホトレジスト層１０４の形成方法は、マスク層１０２の上への第１のホトレジスト層（図示せず）の形成を含む。その後、露出工程を、ｙ方法にライン状開口を有するホトマスク（図示せず）を用いて実行し、現像工程を実行して、第１のホトレジスト層でｙ方法に延在する少なくとも一つのトレンチ１０５を形成する。トレンチ１０５は、マスク層１０２の一部を露出する。その後、マスク層１０２の一部を除去し、パターン化されたホトレジスト層１０４をマスクとして用いることによって、マスク層１０２に（図１Ｂで見ることができる）複数のトレンチ１０６を形成する。トレンチ１０６は、互いに平行に配置される。マスク１０２の一部を除去することによって、例えば、ドライエッチング処理１０８を実行する。

図１Ｂに示すように、トレンチ１０６は、マスク層１０２の厚さｔより小さい深さｄ１を有し、ｙ方向に延在する。その後、パターン化されたホトレジスト層１０４を除去する。パターン化されたホトレジストを除去する方法は、アッシング工程の実行と、例えばＲＣＡ用材を洗浄剤として用いる洗浄工程の実行とを含む。

図１Ｃに示すように、他のパターン化されたホトレジスト層１１０を、マスク層１０２上に形成する。パターン化されたホトレジスト層１１０は、例えば、ポジ型ホトレジスト材料又はネガ型ホトレジスト材料を用いて構成される。パターン化されたホトレジスト層１１０を形成することによって、マスク層１０２上に第２のホトレジスト層（図示せず）が形成される。その後、露出工程を、ｘ方向にライン状開口を有するホトマスク（図示せず）を用いることによって実行し、現像工程を実行して、ｘ方向に延在するとともに第２のホトレジスト層のマスク層１０２を露出する少なくとも一つのトレンチ１０７を形成する。ｘ方向及びｙ方向は互いに交差する。その後、マスク層１０２の一部を除去し、パターン化されたホトレジスト層１１０をマスクとして用いることによって、マスク層１０２に（図１Ｄに示す）複数のトレンチ１１２を形成する。トレンチ１１２は、互いに平行に配置される。マスク層１０２の一部を除去する方法は、例えば、ドライエッチング工程１１４の実行を含む。

図１Ｄに示すように、トレンチ１１２は、マスク層１０２の厚さｔ以下の深さｄ２を有し、ｘ方向に延在する。さらに、トレンチ１１２及びトレンチ１０６が交差する位置に開口１１６を有する。開口１１６は、基板１００の一部を露出する。開口１１６の下の基板１００は、次の工程でコンタクトホールを形成する位置である。パターン化されたホトレジスト層１１０及びマスク層１０２をマスク層として用いることによって、基板１００の一部を除去して、基板１００にコンタクトホールを形成する。基板１００の一部を除去するとともに基板１００にコンタクトホールを形成するようマスク層１０２のみをマスクとして用いるために、パターン化されたホトレジスト層１１０を除去することもできる。明らかに、パターン化されたホトレジスト層１１０の除去の必要性は、実際のプロセスの要求に依存する。パターン化されたホトレジスト層１１０を除去する方法は、アッシング工程の実行と、例えばＲＣＡ用材を洗浄剤として用いる洗浄工程の実行とを含む。開口１１６によって露出された基板１００の部分を除去する方法は、例えば、ドライエッチング工程１１８の実行を有する。

マスク層１０２の任意の部分の厚さを、ドライエッチング１１８に耐えるよう十分大きくする必要がある。図２は、図１Ｄの上面図である。図２に示すように、基板１００を領域Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤに分割することができる。領域Ａに対してドライエッチング１０８と１１４のいずれも行われていないため、領域Ａのマスク層１０２は元の厚さを有する。トレンチ１０６と１１２を形成するために、領域Ｂ及びＤのマスク層１０２は、マスク層１０２の元の厚さより小さい厚さを有するが、ドライエッチング工程１１８に耐えるには十分な厚さを有する。領域Ｃの開口１１６が、開口１１６を通じて基板１００の一部を露出するので、領域Ｃのマスク層１０２は完全に除去される。

図２及び１Ｅに示すように、上記ステップの後、複数のコンタクトホール１２０が基板１００に既に形成されている。領域Ｂ及びＤのマスク層１０２が、ドライエッチング１１８に耐えるのに十分な厚さを有する必要があるので、トレンチ１０６及び１１２のエッチング深さは、マスク層１０２の厚さｔ以下になる。これによって、ドライエッチング１１８は、領域Ｂ及びＤのマスク層１０２にダメージを与えず、基板１００を露出する。したがって、コンタクトホール１２０の実際の寸法及び設計寸法が整合するよう保証され、トレンチが基板１００の上に形成されることによって次に形成するコンタクトプラグに電気的な問題が生じるのを防止する。

一般に、同一ホール径及びソース波長を有する露出光学系に対して、マイクロレンズ及びトレンチのパターン寸法を、更に精度よく形成することができるが、ホールパターンは、制御が著しく困難な光学特性を有する。本発明によれば、マスク層の非常に安定した特性及び高いエッチング選択特性を利用し、コンタクトホールを形成するためのマスクを構成するためにトレンチパターンをリソグラフ工程で用いる。したがって、コンタクトホールの中心深さ及び露出耐性が増大する。その結果、コンタクトホールを形成するための処理機能は、ライン又はトレンチの処理と同等である。さらに、ホトマスクの製造の際に、ライン状パターンの形成は、ドット状パターンの形成よりも容易かつ正確であり、したがって、製造が更に廉価なものとなる。さらに、ホトマスクの設計の際に、ライン状パターンの光学的な特性は、ドット状パターンの光学的な特性よりも扱うのが簡単になる。したがって、ライン状パターンの設計の際に著しい時間が省略され、各ホトマスクに関連する情報量が著しく減少する。さらに、本発明は、処理工程の際の困難の程度を著しく低減するとともに処理工程を簡単にするだけでなく、更に安定した構造を提供する。

図３Ａ〜３Ｄは、本発明の他の実施の形態によってコンタクトホールを基板に形成するステップを示す斜視図である。用語「コンタクトホール」は、ホール又は同様な構造を有する他のタイプのものを通じた全ての種類のコンタクトホールに対する一般的な用語である。

先ず、図３Ａに示すように、基板２００を設ける。基板２００は、例えば、半導体装置又はそこに露出した金属インターコネクト（図示せず）を有する。最上層を、例えば、層間誘電体（ＩＬＤ、図示せず）層とする。コンタクトは層間誘電体（ＩＬＤ）層に形成され、その結果、半導体装置又は金属インターコネクトは、外部と電気的に接続することができる。その後、マスク層２０２を基板２００上に形成する。マスク層２０２は、層間誘電体（ＩＬＤ）層と著しく異なるエッチング選択性を有する材料を用いて構成される。ＩＬＤ層を酸化ケイ素で構成する場合、マスク層２０２を、好適には化学的蒸着工程によって形成される窒化ケイ素層とする。その後、パターン化されたホトレジスト層２０４を、マスク層２０２上に形成する。パターン化されたホトレジストオス２０４を、第１の実施の形態と同一の方法によって形成し、例えば、ポジ型ホトレジスト又はネガ型ホトレジストを用いて形成することができる。その後、マスク層２０２の一部を、パターン化されたホトマスク２０４をマスクとして用いることによって、マスク層２０２の（図３Ｂに見える）複数のトレンチ２０６から除去することができる。トレンチ２０６は、例えば、互いに平行に配置される。マスク層２０２の一部を除去する方法は、例えば、ドライエッチング工程２０８の実行を含む。

図３Ｂに示すように、トレンチ２０６は、ａ方向に延在し、基板２００の一部を露出する。その後、パターン化されたホトレジスト層２０４が除去される。パターン化されたホトレジスト層２０４を除去する方法は、例えば、アッシング工程の実行と、例えばＲＣＡ用材を洗浄剤として用いる洗浄工程の実行とを含む。

図３Ｃに示すように、他のパターン化されたホトレジスト層２１０を、基板２００及びマスク層２０２に形成する。パターン化されたホトレジスト層２１０を、例えば、ポジ型ホトレジスト材料又はネガ型ホトレジスト材料を用いて構成することができる。パターン化されたホトレジスト層２１０は、複数のトレンチ２１２を有する。トレンチ２１２は、互いに平行に配置され、ｂ方向に延在し、ｂ方向はａ方向に交差する。さらに、トレンチ２１２がトレンチ２０６に交差する交差位置２１４は、基板２００を露出する。

図３Ｄに示すように、エッチング工程２１６を実行し、マスク層２０２及びパターン化されたホトレジスト層２１０をマスクとして用いることによって交差位置２１４の露出した基板２００の部分を除去する。したがって、上記工程は、基板２００に複数のコンタクトホール２１８を形成する。

要約すると、本発明は、基板にコンタクトホールを形成するために、トレンチパターンを有するマスク層及びパターン化されたホトレジスト層を有する二つの個別のマスクを利用し、その結果、ホイトリソグラフィ工程で形成が困難なコンタクトホールパターンが、更に広いプロセスウィンドウを有することができる。さらに、ホトマスクの形成及び設計に際し、ライン状パターンの光学的な特性は、ドット状パターンに比べて扱いが著しく容易であり、その結果、ホトマスクのライン状パターンの設計及び形成が著しく簡単になる。その結果、製造コストを著しく低減することができる。

本発明の範囲を逸脱することなく本発明の構成に対する種々の変更及び変形が可能であることは、当業者によって理解することができる。既に説明したように、本発明の変更及び変形が、添付した請求の範囲及びその等価物の範囲内にある場合には、本発明は、本発明の変更及び変形をカバーする。

図１Ａ〜１Ｅは、本発明の第１の実施の形態によってコンタクトホールを基板に形成するステップを示す斜視図である。 図１Ｄの上面図である。 図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の第２の実施の形態によってコンタクトホールを基板に形成するステップを示す斜視図である。

Claims (13)

1. 基板を設けるステップと、
   マスク層を前記基板上に形成するステップと、
   そのマスク層の厚さ以下であるとともに第１の方向に延在する、少なくとも一つの第１のトレンチを前記マスク層に形成するステップと、
   前記マスク層の厚さ以下であるとともに前記第１の方向に交差する第２の方向に延在する、少なくとも一つの第２のトレンチを前記マスク層に形成し、前記第１のトレンチと前記第２のトレンチとの間の交差位置にある基板の部分を露出する開口が存在するステップとを具えることを特徴とするコンタクトホール形成方法。
2. 前記少なくとも一つの第１のトレンチを前記マスク層に形成するステップが、
   第１のパターン化されたホトレジスト層を前記マスク層に形成するステップと、
   前記少なくとも一つの第１のトレンチを前記マスク層に形成するために、前記第１のパターン化されたホトレジスト層をマスクとして用いて前記マスク層の一部を除去するステップと、
   前記第１のパターン化されたホトレジスト層を除去するステップとを具えることを特徴とする請求項１記載のコンタクトホール形成方法。
3. 前記第１のパターン化されたホトレジスト層を構成する材料が、ポジ型ホトレジスト又はネガ型ホトレジストを含むことを特徴とする請求項２記載のコンタクトホール形成方法。
4. 前記少なくとも一つの第２のトレンチを前記マスク層に形成するステップが、
   第２のパターン化されたホトレジスト層を前記マスク層に形成するステップと、
   前記少なくとも一つの第２のトレンチを前記マスク層に形成するために、前記第２のパターン化されたホトレジスト層をマスクとして用いることによって、前記マスク層の一部を除去するステップとを具えることを特徴とする請求項１記載のコンタクトホール形成方法。
5. 前記第２のトレンチを前記マスク層に形成した後であるとともに前記開口によって露出された基板の部分を除去する前に、前記第２のパターン化されたホトレジスト層を除去するステップを更に具えることを特徴とする請求項４記載のコンタクトホール形成方法。
6. 前記第２のパターン化されたホトレジスト層を構成する材料が、ポジ型ホトレジスト又はネガ型ホトレジストを含むことを特徴とする請求項４記載のコンタクトホール形成方法。
7. 前記第１のトレンチが前記基板を露出することを特徴とする請求項１記載のコンタクトホール形成方法。
8. 前記マスク層を構成する材料が窒化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１記載のコンタクトホール形成方法。
9. 基板を設けるステップと、
   マスク層を前記基板上に形成するステップと、
   第１のホトレジスト層を前記マスク層上に形成するステップと、
   第１方向に延在する少なくとも一つの第１のライン状開口を有する第１のホトマスクを用いることによって、前記第１のホトレジスト層に対する第１の露出工程を実行するステップと、
   前記第１のホトレジスト層のマスク層を露出するとともに前記第１の方向に延在する少なくとも一つの第１のトレンチを形成するために、第１の現像工程を実行するステップと、
   前記マスク層の厚さ以下の深さを有する少なくとも一つの第２のトレンチを前記マスク層に形成するために、前記第１のホトレジスト層をマスクとして用いることによって第１のエッチング処理を実行するステップと、
   前記第１のホトレジスト層を除去するステップと、
   第２のホトレジスト層を前記基板上に形成するステップと、
   前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する少なくとも一つの第２のライン状開口を有する第２のホトマスクを用いることによって、前記第２のホトレジスト層に対する第２の露出工程を実行するステップと、
   前記マスク層を露出する少なくとも一つの第３のトレンチを前記第２のホトレジスト層に形成するために、第２の露出工程を実行するステップと、
   前記マスク層の厚さ以下の深さを有する少なくとも一つの第４のトレンチを前記マスク層に形成するために、前記第２のホトレジスト層をマスクとして用いることによって第２のエッチング処理を実行し、前記第２のトレンチと前記第４のトレンチとの間の交差領域が前記基板の一部を露出するステップと、
   露出した基板の部分を除去するステップとを具えることを特徴とするコンタクトホール形成方法。
10. 前記第４のトレンチを形成した後であるとともに前記露出した基板の部分を除去する前に、第２のホトレジスト層を除去するステップを更に具えることを特徴とする請求項９記載のコンタクトホール形成方法。
11. 前記第１のホトレジスト層を構成する材料が、ポジ型ホトレジスト又はネガ型ホトレジストを含むことを特徴とする請求項９記載のコンタクトホール形成方法。
12. 前記第２のホトレジスト層を構成する材料が、ポジ型ホトレジスト又はネガ型ホトレジストを含むことを特徴とする請求項９記載のコンタクトホール形成方法。
13. 前記マスク層を構成する材料が窒化ケイ素を含むことを特徴とする請求項９記載のコンタクトホール形成方法。

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