JP2007173826A - デュアル・ダマシン構造を製作する方法 - Google Patents

デュアル・ダマシン構造を製作する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】デュアル・ダマシン構造を製作する方法を提供すること。
【解決手段】この方法は、第1フォトレジスト層および第2フォトレジスト層を備える多層フォトレジスト・スタックを提供するステップを含む。各フォトレジスト層は、別個のドーズ・クリア値を有する。この方法はさらに、前記フォトレジスト・スタックを1つまたは複数の所定のパターンの光で露光するステップと、前記フォトレジスト層を現像して、フォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む。
【選択図】図22

Description

本発明は、一般に超大規模集積回路(VLSI)または極超大規模集積回路(ULSI)の製作に関し、より詳細には、多層フォトレジスト・スタックと多レベル露光を合わせて用いるデュアル・ダマシン構造の製作に関する。
超大規模集積回路(VLSI)または極超大規模集積回路(ULSI)の製作は、半導体チップ内の個々のデバイスを相互に接続する金属配線を利用することに関わるものである。このような回路の配線相互接続網は、チップ全体にわたる距離を横切るライン・フィーチャおよび異なる層内のラインを互いに接続するビア・フィーチャという2つのフィーチャを含む。従来、いずれの層も、無機ガラス様二酸化シリコン(SiO)、あるいはプラズマ増強化学気相成長法(PECVD)によって被着させたフッ素化シリカ被膜でできている。
このような微細スケールで配線網を生成する一方法は、図1〜図7に概略的に示すデュアル・ダマシン(DD)工程として知られている。標準のDD工程では、図1に示すように、基板1−100上に、ビア・レベル誘電体1−110およびライン・レベル誘電体1−120の2つの層として示す層間誘電体(ILD)を形成する。これら2つの誘電体層1−110、1−120は、工程の流れの説明をわかりやすくするために別々に示す。これら2つの誘電体層は、同じ絶縁被膜または異なる絶縁被膜で作製することができ、前者の場合には、単一モノリシック層として塗布し得る。当技術分野でよく知られているように、任意選択で、エッチングの選択性を助長するためにハード・マスク層1−130を採用し、研磨停止部として機能させることができる。
図2および図4に示すように、デュアル・ダマシン工程では、ライン1−150およびビア1−170の位置は、フォトレジスト層1−140内でリソグラフィにより画定することができ、反応性イオン・エッチング工程を利用してハード・マスク1−130およびILD層1−110、1−120内に転写される。図1〜図7に示す工程のシーケンスは、「ライン・ファースト(line−first)」手法として知られている。というのは、図3に示すように、ライン・フィーチャを収容するトレンチ1−160を最初にエッチングするからである。図4を参照すると、トレンチを形成した後で、リソグラフィを利用して、フォトレジスト層1−140内に、ビア開口1−180を生成するために誘電体層1−110、1−120内に形成されるビア・パターン1−170が画定される。
図5に、フォトレジスト層1−140を除去した後のデュアル・ダマシン・ビア構造1−190およびトレンチ構造1−191を示す。これらの構造1−190、1−191には、導体金属のラインおよびビアを保護し、この導体とILDの間の粘着層として働く導電ライナ材料または導電ライナ材料スタック1−200を被覆する。次いで、パターン化した基板の表面全体にわたって陥凹部に導電充填物材料1−210を充填する。この充填物1−210は、電気メッキによる銅によって実現し得るが、化学気相成長法(CVD)などの他の方法、ならびにAlまたはAuなどの他の材料も使用し得る。次いで、図6に示すように、充填物1−210およびライナ材料1−200に化学機械研磨(CMP)を施して、ハード・マスク1−130の表面と同一平面にする。
図7に示すように、金属充填物1−210の上に、キャップ材料またはブランケット被膜1−220を被着させて、露出した金属充填物表面1−210を不動態化し、かつ、金属充填物1−210と、被膜1−220の上に被着させる任意の追加のILD層との間の拡散障壁として働かせる。PECVDによって被着させる窒化シリコン、炭化シリコン、および炭窒化シリコンの被膜は一般に、キャップ材料1−220として用いられる。このデバイス上の相互接続部の各レベルごとに、この工程のシーケンスを繰り返す。2つの相互接続フィーチャを画定して、1回の研磨ステップで絶縁体内に導体インレーを形成するので、図1〜図7の工程をデュアル・ダマシン工程と呼ぶ。
デュアル・ダマシン構造用の上記の製造方法は一般に、最低2回のリソグラフィ露光ステップおよび2回の反応性イオン・エッチング・ステップ、ならびに図1〜図7に示すものなどの被着ステップを必要とする。典型的には、2つのリソグラフィ・ステップを必要とする。各リソグラフィ・ステップごとに、反射防止被覆、ハード・マスク・スタック、および誘電体材料自体を開口させるのに必要とされるいくつかの反応性イオン・エッチング・ステップを行うことがある。
図8に、単一階調フォトレジスト内に多段構造を生成するための多透明度レチクルを使用する従来方法を示す。図8に示すように、それぞれ0%、30%、100%の3種類の別個の透明度領域を有する3種類の材料2−92、2−94、2−96を含むレチクル2−90に1回の露光2−98を露光して空間像2−100を生成し、それによって、現像後、フォトレジスト2−102内に、3種類の別個の厚さ2−104、2−106、2−108を有する多段構造が残る。この工程では、階調型レジストにおいて被覆−露光−現像のシーケンスを用いる。階調型レジストの厚さ−ドーズ・コントラスト曲線は一般に直線である。そのため、レチクル製作に、必要以上の工程許容範囲をもたせることが課される。
図9〜図11に、多層レジスト構造を使用して基板内に多段構造を生成する従来の方法を示す。図9に示すように、先に現像したレジスト3−71の上にレジスト3−81を被覆し、次いで、マスク3−83を通して光3−82を露光する。図10に示すように、レジスト3−71、3−81を現像して、基板3−51上にパターン化すべき材料3−52を有する多段構造3−162を形成する。図11では、当技術分野で周知の工程に従って、多段構造3−162を材料3−52内に転写して、元の多段構造3−162に等しい最終構造3−163を生成する。この工程では、2種類のレジストを使用して、被覆−露光−現像−被覆−露光−現像のシーケンスを用いる。この工程は、互いに独立している第1レジスト層3−71および第2レジスト層3−81を必要とし、第2レジスト層3−81は、第1レジスト層3−71内に先に画像化したパターンの底部のところまで現像が完全に行われるように、優れたレジスト・コントラストおよび溶解特性を有するものとする。この工程は、2種類のマスクを投影して、レジストが順に被覆され、露光され、現像されることを必要とする。この場合、1回のエッチング・ステップだけ処理が減るが、再加工の複雑さが追加される。
本発明は、多透明度レクチルおよび多層フォトレジストを用いる高効率で高精度なデュアル・ダマシン構造の製法を提供する。
本明細書で説明する本発明の実施形態の例は概ね、NレベルのレチクルおよびNレベルのフォトレジスト・スタックを使用して多段構造を製作する方法、より詳細には、NレベルのレチクルおよびNレベルのフォトレジスト・スタックを使用してデュアル・ダマシン構造を製作する方法を含む。
本発明の態様によれば、デュアル・ダマシン構造を製作する方法が提供される。この方法は、半導体基板上に形成された複数のフォトレジスト層を備えるフォトレジスト・スタックを提供するステップを含む。各フォトレジスト層は、別個のドーズ・クリア値を有する。この方法はさらに、前記フォトレジスト・スタックを第1の所定のパターンの光で露光するステップと、前記フォトレジスト層を現像して、フォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む。
本発明の別の態様では、この方法はさらに、この多段構造を半導体基板の層間誘電体層内に転写するステップを含む。
本発明の別の態様では、このフォトレジスト・スタックはさらに、上部反射防止層および下部反射防止層を備える。
本発明の別の態様では、前記フォトレジスト層の各々は、1つの同一波長の光に反応し、前記フォトレジスト層の各々は、異なる別個のドーズ・クリア値を有し、前記第1の所定のパターンの光は、前記同一波長の光を含む。
本発明の別の態様では、第1の所定のパターンの光は、ライン−スペース・パターンおよびビア・パターンを有する像を含む。
本発明の別の態様では、この方法はさらに、複数の別個の透明度領域を有するレチクルを提供するステップを含む。前記フォトレジスト・スタックを露光するステップは、前記レチクルを通して光を通過させて、前記第1の所定のパターンの光を生成するステップを含む。
本発明の別の態様では、このレチクルは、光学的近接効果補正パターン、アシスト・フィーチャ、および位相シフト・パターンのうち1つまたは複数を含む。
本発明の別の態様では、フォトレジスト層は互いに独立している。
本発明の別の態様では、これらのフォトレジスト層はポジ型レジストであり、各フォトレジスト層の露光ドーズ閾値は、上部フォトレジスト層から下部フォトレジスト層まで単調増加し、上部フォトレジスト層は光源に最も近い。
本発明の別の態様では、これらのフォトレジスト層はネガ型レジストであり、各フォトレジスト層の露光ドーズ閾値は、上部フォトレジスト層から下部フォトレジスト層まで単調減少し、上部フォトレジスト層は光源に最も近い。
本発明の別の態様では、前記フォトレジスト層の各々は、異なる波長の光に反応する。この方法はさらに、前記フォトレジスト・スタックを複数の所定のパターンの光で露光するステップを含み、各パターンの光は、前記異なる波長の光の中の1つの光を含む。
本発明の別の態様によれば、デュアル・ダマシン構造を製作するシステムが提供される。このシステムは、半導体基板上に形成された複数のフォトレジスト層を含むフォトレジスト・スタックを備える。各フォトレジスト層は、別個のドーズ・クリア値を有する。このシステムはさらに、複数の別個の透明度領域を有するレチクルを備える。光は、前記レチクルを通過して、前記フォトレジスト・スタックをライン−スペース・パターンおよびビア・パターンを有する所定のパターンの光で露光する。
本発明の別の態様によれば、デュアル・ダマシン構造を製作する方法が提供される。この方法は、半導体基板の上部に形成された第2フォトレジスト層の上部に第1フォトレジスト層を備えるフォトレジスト・スタックを提供するステップを含む。前記第1フォトレジスト層は第1波長の光に反応し、前記第2フォトレジスト層は第2波長の光に反応する。この方法はさらに、前記フォトレジスト・スタックを、前記第1波長を含む第1の所定のパターンの光で露光するステップと、前記フォトレジスト・スタックを、前記第2波長を含む第2の所定のパターンの光で露光するステップと、前記フォトレジスト層を現像してフォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む。
本発明の別の態様では、この方法はさらに、この多段構造を半導体基板の層間誘電体層内に転写するステップを含む。前記層間誘電体層は、前記第2フォトレジスト層の下にある。
本発明の別の態様では、第1および第2の所定のパターンの光は、ライン−スペース・パターンおよびビア・パターンを有する像を形成する。
本発明の別の態様では、この方法はさらに、前記第1フォトレジスト層と第2フォトレジスト層の間に不透明層を提供するステップと、前記第1の所定のパターンの光で前記露光を行った後で、前記不透明層に一括露光を施して、前記不透明層を透明にするステップとを含む。
本発明の別の態様によれば、デュアル・ダマシン構造を製作する方法が提供される。この方法は、半導体基板の上部に形成された第2フォトレジスト層の上部に第1フォトレジスト層を備えるフォトレジスト・スタックを提供するステップを含む。前記第1および第2のフォトレジスト層は1つの同一波長の光に反応し、前記第1および第2のフォトレジスト層の各々は、異なる別個のドーズ・クリア値を有する。この方法はさらに、前記フォトレジスト・スタックを、前記波長の光を含む第1の所定のパターンの光で露光するステップと、前記フォトレジスト層を現像してフォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む。
本発明の別の態様では、この方法はさらに、この多段構造を半導体基板の層間誘電体層内に転写するステップを含む。前記層間誘電体層は、前記第2フォトレジスト層の下にある。
本発明の別の態様では、第1フォトレジスト層および前記第2フォトレジスト層は、実質的に異なる露光感度を有する。前記第1の所定のパターンの光を生成するために第1マスクが提供される。この方法はさらに、第2マスクを使用して前記第1の所定のパターンの光と実質的に異なる強度の第2の所定のパターンの光を生成して、前記フォトレジスト・スタックを前記第2の所定のパターンの光で露光するステップを含む。
本発明の別の態様では、第2フォトレジスト層は、ライン・レベルのレジストであり、この方法はさらに、前記露光の後で前記第2フォトレジスト層をブリーチング(bleaching)させるステップを含む。
本発明の別の態様では、この方法はさらに、前記第1フォトレジスト層と第2フォトレジスト層の間に不透明層を提供するステップと、前記第1の所定のパターンの光で前記露光を行った後で、前記不透明層に一括露光を施して、前記不透明層を透明にするステップと、前記フォトレジスト・スタックを第2の所定のパターンの光で露光するステップとを含む。
本発明の別の態様では、この方法はさらに、不透明領域、半透明領域、および開放領域を有するレチクルを提供するステップを含む。光は前記レチクルを通過して、前記フォトレジスト・スタックは前記第1の所定のパターンの光で露光される。
本発明の別の態様では、フォトレジスト層はポジ型レジストであり、前記第2フォトレジスト層は、前記第1フォトレジスト層よりも大きな露光ドーズ閾値を有する。
本発明の別の態様では、フォトレジスト層はネガ型レジストであり、前記第2フォトレジスト層は、前記第1フォトレジスト層よりも小さな露光ドーズ閾値を有する。
本発明の別の態様では、第1の所定のパターンの光は、ライン−スペース・パターンおよびビア・パターンを有する像を形成する。
本明細書で説明する本発明の実施形態の例には概ね、nレベル・レチクルおよびnレベル・レジスト被覆を使用してデュアル・ダマシンを生成する方法が含まれる。多数の実施形態が可能であるが、ここではその一部を詳細に説明する。わかりやすくするために、本明細書では、当業者には周知の実際の実施形態の特徴をすべて詳細に説明することはしない。
本発明の実施形態によれば、異なるリソグラフィ用フォトレジストの光学特性を利用する。典型的には、短波長用フォトレジストは、短波長および長波長のいずれにも透明であるが、長波長用フォトレジストは、短波長において吸収性を示す傾向がある。例えば、フェノール樹脂は、248nmで比較的透明であり、193nmで吸収性を示すが、ノルボレン(norborene)系レジストは、248nmおよび193nmで透明性を示す傾向がある。フォトレジスト層として有用な多くの材料は、吸収のピークを調整可能である。一例は、アントラセン様の発色団であり、これは、ピーク吸光度を400nm未満に調整し得る。アントラセンは、365nm領域において高い吸収性を示し、193nmなどの短波長でも吸収性を示し得る。
本発明の別の実施形態では、異なるリソグラフィ用フォトレジストのドーズ・クリア値を利用する。ドーズ・クリア値は、フォトレジストを完全に現像するのに必要とされる露光量の尺度である。ドーズ・クリア応答が明瞭な材料は一般に、急峻な露光−現像曲線を有し、ドーズ・クリア値未満の露光に対して潜像を形成しない。レジストの感光度は、光酸濃度の差、塩基使用量の差、ポリマー構造の差、溶解機序の差、溶解阻害剤の量または有効性の差、およびネガ型レジストの場合には架橋剤濃度の差のうちの1つまたは複数によって変調することができる。
本発明の実施形態による多段レチクルは、デュアル・ダマシン構造におけるライン−スペース・パターンおよびビア・パターンに等しい空間像を投影することができる。このような多段レチクルは、当技術分野で知られているように、光学的近接効果補正パターン、アシスト・フィーチャ、および位相シフト・パターンの1つまたは複数を含む。
図12〜図16は、本発明の実施形態の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。より具体的には、図12〜図16に示すフォトリソグラフィ工程は、2種類の被覆、2回の露光、および単一現像シーケンスを用い、それによって、図9〜図11に示すフォトリソグラフィ工程よりも1ステップだけ処理を少なくする。図12〜図16に示す工程では、連続階調コントラスト曲線ではなく、別個のドーズ・クリア値を有する多層フォトレジスト・スタックを使用することによって、図8に示すものよりも工程許容範囲が改善される。見やすいように、図12〜図16には、混合および潜像プロフィールの強調などの適合性の問題に利用し得る任意選択の中間層は示さない。
次に図12を参照すると、層間誘電体(ILD)4−110と、第1波長の光に反応する第1フォトレジスト4−120および第2波長の光に反応する第2フォトレジスト4−130を含むフォトレジスト・スタックとを被覆した基板4−100を備える半導体デバイス4−99が示されている。本発明の一実施形態では、第1フォトレジスト4−120は248nm用のレジストであり、第2フォトレジスト4−130は193nm用のレジストである。これらの波長感光度は例であり、本発明の実施形態の範囲には、他の波長感光度のフォトレジストも含まれる。
次に図13を参照すると、第2波長の光を使用して投影像4−140をデバイス4−99に露光する。この光は、第2フォトレジスト4−130に投影されるが、比較的薄い層内の第1フォトレジスト4−120によって吸収される。第2フォトレジスト4−130が193nm用のレジストである実施形態では、この光の波長は193nmになる。次に図14を参照すると、第1波長の第2投影光パターン4−150は、第2フォトレジスト4−130の露光部分を貫通して第1フォトレジスト4−120内に入ることができ、それによって、第1フォトレジスト4−120内で類似の潜像が得られる。第1フォトレジスト4−120が248nm用のレジストである実施形態では、この光の波長は248nmになる。
露光後ベークを短時間実施した後で、投影光の潜像が化学反応して、図15で示すように、第1フォトレジスト層4−120および第2フォトレジスト層4−130内の領域4−190が現像液に対して可溶性になる。次いで、単一ステップで、2つのフォトレジスト層4−120、4−130を従来型の現像液中で現像して、図16に示すように、レジスト内にデュアル・ダマシン・パターン4−200を形成することができる。本発明の一実施形態による典型的な現像液は、0.26Mの水性塩基現像液であるが、当技術分野で周知の他の現像液も使用し得る。次いで、周知の方法を利用して、得られたパターン4−200を、下にある層間誘電体4−110または(図示しない)多レベル構造を必要とする他の用途の他の材料内に転写することができる。任意選択で、フォトレジスト4−120、4−130が標準の誘電体の要件を満足する場合、このデュアル・ダマシン像が最終構造になる。
図17〜図20は、本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。より具体的には、図17〜図20に示すフォトリソグラフィ工程は、2種類の被覆、1回の露光、および単一現像シーケンスを用いる2層スタックを使用する。この場合も、図17〜図20に示す工程では、図8に示す工程で用いる階調型の結像よりも工程許容範囲が改善され、図9〜図11に示すフォトリソグラフィ工程よりも工程のステップが2つ少ない。
図17を参照すると、半導体デバイス5−99は基板5−100を含み、その上にILD 5−110が被着され、さらに、第1フォトレジスト5−120および第2フォトレジスト5−130を含むフォトレジスト・スタックで被覆される。フォトレジスト5−120および5−130は、同じ波長に反応するが、異なる別個のドーズ・クリア値を有する。レチクル5−140は、図18に示すように、不透明な領域5−160、半透明な領域5−170、および開放領域5−150からなる。光がレチクルを通して投影されると、強度プロフィール5−180が観察される。このプロフィールは、2層レジスト・スタックである第1および第2のフォトレジスト5−120、5−130内に投影されて、図19に示す現像可能なレジストの領域5−190が生成される。領域5−190は、現像を行うために露光後ベークを必要とすることがある。現像後、図20に示すように、デュアル・ダマシン・パターン5−200が形成される。次いで、この場合も、周知の方法を利用して、このパターン5−200を下にあるILD 5−110内に転写し得る。任意選択で、レジスト5−120、5−130を誘電体層として使用し得る場合には、このデュアル・ダマシン・パターン5−200が最終構造になる。
2つのレベルについて示す図17〜図20を参照して説明した方法は、Nレベルのパターン化に拡張し得る。図21および図22は、本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。より具体的には、図21および図22に示すフォトリソグラフィ工程は、N種類の被覆、1回の露光、および単一現像シーケンスを用いるNレベルの結像工程である。
図21に、ILD 6−110上に被覆されたN層フォトレジスト・スタック6−120および基板6−100を備える半導体デバイス6−99を示す。スタック6−120内の各層は、同じ波長に反応するが、異なる別個のドーズ・クリア値を有する。さらに、k=1、...、Nで参照されるスタック6−120内の各層は、その上下の層と独立しているものとすべきである。例えば、図21では、フォトレジスト層k=1は、その上に被覆されたフォトレジスト層k=2と独立しており、下の誘電体6−110または基板6−100とも独立している。同様に、図21では、フォトレジスト・スタック6−120内の(i)番目の層は、その上に被覆された(i+1)番目の層と独立しており、下に被覆された(i−1)番目のレジスト層とも独立している。フォトレジスト・スタック6−120内の(i−1)番目の層と(i+1)番目の層の間の混合性は、多層半導体デバイス6−99の構築の妨げにならない。
図22に示すように、複数の別個の透明度領域を有する多段レチクル6−140を使用して、フォトレジスト・スタック6−120上に多段空間像プロフィール6−180を投影することができる。デュアル・ダマシン・パターン6−200は、図に示すように、現像によって形成し得る。この場合も、このパターン6−200は、下にあるILD 6−110内に転写し得る。任意選択で、フォトレジスト・スタック6−120が標準誘電体の要件を満足する場合には、このデュアル・ダマシン・パターン6−200が最終構造になる。
図21および図22で表す実施形態では、ポジ型レジスト系を使用する実施形態を仮定している。ポジ型レジスト系では、上部層、すなわち光源により近い層は、光に対してより大きく反応するはずであり、ネガ型レジスト系ではその逆であることに留意されたい。
本発明の実施形態の別の例では、図17〜図20に示す方法を変更して、上層および下層は1つの同一波長の光に反応するが、第1露光または第1塗布後ベークの結果、上層がブリーチングし、吸収性が悪くなる2層フォトレジスト・スタックが得られる。この実施形態では、ライン・レベルの露光を最初に行うべきであり、その後、ブリーチングが生じる露光または露光後ベークなどの工程を行う。
本発明の実施形態の別の例では、図12〜図16または図17〜図20のいずれかに示す方法は、パターンなし一括露光に反応するブリーチング層を利用し得るように変更することができる。光化学ブリーチングは、ジアゾナフトキノン(DNQ)系のi線レジストで普通に利用する一般的な現象である。この実施形態では、化学的な切替えが生じるまで層は不透明であり、この切替えの結果、所望の波長が透過する。例えば、第1フォトレジストと第2フォトレジストの間に層を配置して、切替えプロセスが生じるまで上にあるフォトレジストの露光から下にあるフォトレジストを保護することができる。この中間層が透明になった後で、下にあるフォトレジストを露光し得る。
本発明の実施形態の別の例によれば、フォトレジストは、光結像型層間誘電体を含む。例えば、図12〜図22に示すフォトレジストが層間誘電体として機能し得る場合、現像後のレジスト・パターン内のトポグラフィは、デュアル・ダマシン構造のトポグラフィになり、その中に、当技術分野で周知の工程に従って金属を被着させることができる。本発明の実施形態による多層−多重露光工程の利点はいずれも、反応性イオン・エッチングにより従来の非光結像型層間誘電体に構造を転写することを不要にすることによって強調し得る。
本発明の別の実施形態は、図12〜図22に示す方法を置換することを含む。これらの方法は、ライン・ファースト、ビア・ファースト、または混合階調フォトレジストの組合せ、あるいはこれらすべての組合せを用いる。実質的に異なる感光するフォトレジストを使用し、単一波長、2つのマスク、および2回の露光を用いて、図16に示すものに類似の構造を生成することもできる。図12〜図16に示す実施形態は、i線(365nm)フォトレジストまたはg線(412nm)フォトレジスト上で248nm用フォトレジストを使用して実施することもできる。図21および図22に示す実施形態は、波長感光度が異なる複数のフォトレジスト層を使用して実施することもできる。この場合、フォトレジスト・スタック6−120に、これらのフォトレジスト層の感光度に対応する波長の複数の光パターンを露光する。中間層を使用して全体的な構造を最適化することができ、上部反射防止層または下部反射防止層などの他の層を含めることによって工程許容範囲を改善することができる。見やすいように、これらの追加の層は、図面には示していない。
上記で説明した実施形態のすべての例では、4−200、5−200、6−200などのデュアル・ダマシン・パターンを誘電体4−110、5−110、6−110内に転写した後で、このデュアル・ダマシン・パターンによって誘電体4−110、5−110、6−110内で形成される構造を、Ta、Ru、W、TaNなどの従来型ライナおよびCuなどの導電シード層による周知の方法に従って内側を覆うことができる。誘電体4−110、5−110、6−110内で形成された構造をCuでメッキし、研磨して、デュアル・ダマシン相互接続構造を露出させることができる。
あるいは、現像したデュアル・ダマシン・パターン4−200、5−200、6−200が誘電体として機能し得る場合、あるいは、フォトレジスト・スタックがILDを含まない場合、現像によって形成されたデュアル・ダマシン・パターンを、Al、Cu、Ag、またはそれらの合金などの金属内に転写して構造を形成することができる。これらによって形成された構造の上に誘電体を被着させ、研磨し、金属相互接続構造を露出させることができる。
上記で開示した本発明の実施形態による工程の応用例には、回折格子、マイクロ流体アレイ、および光通信構造が含まれる。光通信構造の例には、波長分割マルチプレクサ、波長分割デマルチプレクサ、波長ルータ、波長選択器、および導波路が含まれるが、これらに限定されるものではない。
本明細書で説明したこれら特定の実施形態は、多レベルかつ多波長による手法の多用性および柔軟性を示すものである。さらに、単一現像ステップを用いることによって、個々のレベルについての平坦化および焦点深度を緩和することができる。
上記で開示した特定の実施形態は単なる例であり、当業者には明らかな実行可能なあらゆる置換形態を包含するものではない。上記のやり方とは異なるが、本明細書の教示の利点をもたらす当業者には明らかな均等なやり方で本発明を改変し実施することができる。さらに、添付の特許請求の範囲に記載する以外の、本明細書で示す構造または設計の細部に対して限定を加えることは意図していない。したがって、明らかに、上記で開示した特定の実施形態は変更または改変することができ、このようなあらゆる変形形態が本発明の範囲および趣旨に含まれるとみなされる。したがって、添付の特許請求の範囲には、本明細書で保護しようとするものを記載する。
従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。 従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。 従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。 従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。 従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。 従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。 従来のデュアル・ダマシン製作工程を示す図である。 単一レジストを使用する従来の2層結像工程を示す図である。 2種類の被覆、2回の露光、2つの現像のシーケンスを用いる従来の2層結像工程を示す図である。 2種類の被覆、2回の露光、2つの現像のシーケンスを用いる従来の2層結像工程を示す図である。 2種類の被覆、2回の露光、2つの現像のシーケンスを用いる従来の2層結像工程を示す図である。 本発明の実施形態の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。 本発明の実施形態の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。 本発明の実施形態の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。 本発明の実施形態の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。 本発明の実施形態の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。 本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。 本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。 本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。 本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。 本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。 本発明の実施形態の別の例によるフォトリソグラフィ工程を示す概略図である。
符号の説明
1−100 基板
1−110 ビア・レベル誘電体
1−120 ライン・レベル誘電体
1−130 ハード・マスク層
1−140 フォトレジスト層
1−150 ライン
1−160 トレンチ
1−170 ビア
1−180 ビア開口
1−190 デュアル・ダマシン・ビア構造
1−191 トレンチ構造
1−200 導電ライナ材料
1−210 導電充填物材料
1−220 キャップ材料またはブランケット被膜
2−90 レチクル
2−92 材料
2−94 材料
2−96 材料
2−98 露光
2−100 空間像
2−102 フォトレジスト
2−104 厚さ
2−106 厚さ
2−108 厚さ
3−51 基板
3−52 材料
3−71 レジスト
3−81 レジスト
3−82 光
3−83 マスク
3−162 多段構造
3−163 最終構造
4−99 半導体デバイス
4−100 基板
4−110 層間誘電体
4−120 第1フォトレジスト
4−130 第2フォトレジスト
4−140 投影像
4−150 第2投影光パターン
4−190 領域
4−200 デュアル・ダマシン・パターン
5−99 半導体デバイス
5−100 基板
5−110 ILD
5−120 第1フォトレジスト
5−130 第2フォトレジスト
5−140 レチクル
5−150 開放領域
5−160 不透明な領域
5−170 半透明な領域
5−180 強度プロフィール
5−190 領域
5−200 デュアル・ダマシン・パターン
6−99 半導体デバイス
6−100 基板
6−110 ILD
6−120 フォトレジスト・スタック
6−140 レチクル
6−180 空間像プロフィール
6−200 デュアル・ダマシン・パターン

Claims (26)

  1. デュアル・ダマシン構造を製作する方法であって、
    半導体基板上に形成された複数のフォトレジスト層を備えるフォトレジスト・スタックを提供するステップを含み、各フォトレジスト層は別個のドーズ・クリア値を有し、前記方法はさらに、
    前記フォトレジスト・スタックを第1の所定のパターンの光で露光するステップと、
    前記フォトレジスト層を現像して、前記フォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む、方法。
  2. 前記多段構造を前記半導体基板の層間誘電体層内に転写するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記フォトレジスト・スタックはさらに、上部反射防止層および下部反射防止層を備える、請求項1に記載の方法。
  4. 前記フォトレジスト層の各々は、1つの同一波長の光に反応し、前記フォトレジスト層の各々は、異なる別個のドーズ・クリア値を有し、前記第1の所定のパターンの光は、前記同一波長の光を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記第1の所定のパターンの光は、ライン−スペース・パターンおよびビア・パターンを有する像を含む、請求項1に記載の方法。
  6. 複数の別個の透明度領域を有するレチクルを提供するステップをさらに含み、前記フォトレジスト・スタックを露光するステップは、前記レチクルを通して光を通過させて、前記第1の所定のパターンの光を生成するステップを含む、請求項5に記載の方法。
  7. 前記レチクルは、光学的近接効果補正パターン、アシスト・フィーチャ、および位相シフト・パターンのうち1つまたは複数を含む、請求項6に記載の方法。
  8. 前記フォトレジスト層は互いに独立している、請求項1に記載の方法。
  9. 前記フォトレジスト層はポジ型レジストであり、各フォトレジスト層の露光ドーズ閾値は、上部フォトレジスト層から下部フォトレジスト層まで単調増加し、前記上部フォトレジスト層は光源に最も近い、請求項1に記載の方法。
  10. 前記フォトレジスト層はネガ型レジストであり、各フォトレジスト層の露光ドーズ閾値は、上部フォトレジスト層から下部フォトレジスト層まで単調減少し、前記上部フォトレジスト層は光源に最も近い、請求項1に記載の方法。
  11. 前記フォトレジスト層の各々は、異なる波長の光に反応し、前記方法はさらに、前記フォトレジスト・スタックを複数の所定のパターンの光で露光するステップを含み、各パターンの光は、前記異なる波長の光の中の1つの光を含む、請求項1に記載の方法。
  12. デュアル・ダマシン構造を製作するシステムであって、複数の別個の透明度領域を有するレチクルを備え、前記レチクルを通過する光は、ライン−スペース・パターンおよびビア・パターンを含む所定のパターンの光を形成する、システム。
  13. 半導体基板上に形成された複数のフォトレジスト層を含むフォトレジスト・スタックをさらに備え、各フォトレジスト層は別個のドーズ・クリア値を有し、前記フォトレジスト・スタックを、前記レチクルを通過する前記所定のパターンの光で露光して、前記フォトレジスト層内に前記ライン−スペース・パターンおよびビア・パターンの潜像を形成する、請求項12に記載のシステム。
  14. デュアル・ダマシン構造を製作する方法であって、
    半導体基板の上部に形成された第2フォトレジスト層の上部に第1フォトレジスト層を備えるフォトレジスト・スタックを提供するステップを含み、前記第1フォトレジスト層は第1波長の光に反応し、前記第2フォトレジスト層は第2波長の光に反応し、前記方法はさらに、
    前記フォトレジスト・スタックを、前記第1波長を含む第1の所定のパターンの光で露光するステップと、
    前記フォトレジスト・スタックを、前記第2波長を含む第2の所定のパターンの光で露光するステップと、
    前記フォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む、方法。
  15. 前記多段構造を前記半導体基板の層間誘電体層内に転写するステップをさらに含み、前記層間誘電体層は、前記第2フォトレジスト層の下にある、請求項14に記載の方法。
  16. 前記第1および第2の所定のパターンの光は、ライン−スペース・パターンおよびビア・パターンを有する像を形成する、請求項14に記載の方法。
  17. 前記第1フォトレジスト層と第2フォトレジスト層の間に不透明層を提供するステップと、前記第1の所定のパターンの光で前記露光を行った後で、前記不透明層に一括露光を施して、前記不透明層を透明にするステップとをさらに含む、請求項14に記載の方法。
  18. デュアル・ダマシン構造を製作する方法であって、
    半導体基板の上部に形成された第2フォトレジスト層の上部に第1フォトレジスト層を備えるフォトレジスト・スタックを提供するステップを含み、前記第1および第2のフォトレジスト層は1つの同一波長の光に反応し、前記第1および第2のフォトレジスト層の各々は、異なる別個のドーズ・クリア値を有し、前記方法はさらに、
    前記フォトレジスト・スタックを、前記波長の光を含む第1の所定のパターンの光で露光するステップと、
    前記フォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層内に多段構造を形成するステップとを含む、方法。
  19. 前記多段構造を前記半導体基板の層間誘電体層内に転写するさらにステップを含み、前記層間誘電体層は、前記第2フォトレジスト層の下にある、請求項18に記載の方法。
  20. 前記第1フォトレジスト層および前記第2フォトレジスト層は、実質的に異なる露光感度を有し、前記第1の所定のパターンの光を生成するために第1マスクが提供され、前記方法はさらに、第2マスクを使用して前記第1の所定のパターンの光と実質的に異なる強度の第2の所定のパターンの光を生成して、前記フォトレジスト・スタックを前記第2の所定のパターンの光で露光するステップを含む、請求項18に記載の方法。
  21. 前記第2フォトレジスト層は、ライン・レベルのレジストであり、前記方法はさらに、前記露光の後で前記第2フォトレジスト層をブリーチングさせるステップを含む、請求項18に記載の方法。
  22. 前記第1フォトレジスト層と第2フォトレジスト層の間に不透明層を提供するステップと、前記第1の所定のパターンの光で前記露光を行った後で、前記不透明層に一括露光を施して、前記不透明層を透明にするステップと、前記フォトレジスト・スタックを第2の所定のパターンの光で露光するステップとをさらに含む、請求項18に記載の方法。
  23. 不透明領域、半透明領域、および開放領域を有するレチクルを提供するステップをさらに含み、光は前記レチクルを通過して、前記フォトレジスト・スタックは前記第1の所定のパターンの光で露光される、請求項18に記載の方法。
  24. 前記フォトレジスト層はポジ型レジストであり、前記第2フォトレジスト層は、前記第1フォトレジスト層よりも大きな露光ドーズ閾値を有する、請求項18に記載の方法。
  25. 前記フォトレジスト層はネガ型レジストであり、前記第2フォトレジスト層は、前記第1フォトレジスト層よりも小さな露光ドーズ閾値を有する、請求項18に記載の方法。
  26. 前記第1の所定のパターンの光は、ライン−スペース・パターンおよびビア・パターンを有する像を形成する、請求項18に記載の方法。
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