JP3585901B2 - デュアルダマシンの配線形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はデュアルダマシンの配線形成方法に関するもので、より詳しくはデュアルダマシンの工程を適用した配線の形成工程において、半導体基板に接続するバイアホールを形成した後、上層の配線が形成される配線溝のエッチング時、高圧で単一カーボンが含まれたフッ素ガスを用いて横軸へエッチングして配線溝を形成することによって、配線溝とバイアホールの境界領域にポリマーが残留することを防止するデュアルダマシンの配線形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、半導体素子が段々高集積化になることによって、配線と配線との間の高集積化のために、バイアホールだけでなく半導体基板上の配線の広さにかかわる問題が大きく問われている。
【0003】
図1ないし図4は従来のデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【0004】
図1に示すように、半導体基板10上には第1エッチング静止膜20、第1層間絶縁膜30、第2エッチング静止膜40及び第2層間絶縁膜50を順次に積層する。その時、第1層間絶縁膜30と第2層間絶縁膜50はシリコン酸化膜で構成する。
【0005】
そして、前期第2層間絶縁膜50の上部に第1感光膜60をパターニングした後、これをマスクとして第1及び第2層間絶縁膜30と50を第1エッチング静止膜20の上部までエッチングし、洗浄工程を施すことによってバイアホール70が形成される。
【0006】
その後、図2に示すように、前記第1感光膜60の除去後、第2層間絶縁膜50に配線溝の形成のために第2感光膜80をパターニングする。
【0007】
次に、前記第2エッチング静止膜40の上部までエッチングして、洗浄工程を施すことによって第2層間絶縁膜50内に配線溝90が形成される。
【0008】
そして、図3に示すように、前記第2感光膜80をマスクとして大気に露出された第1エッチング静止膜20と第2エッチング静止膜40を除去した後、第2感光膜80を除去する。
【0009】
続いて、図4に示すように、前記バイアホール70と配線溝90の内部を金属膜95で埋込んでデュアルダマシン配線を形成する。
【0010】
ところで、前記のような従来のデュアルダマシンの配線形成方法によれば、エッチング率が同一な層間絶縁膜内に配線溝が形成される。又、層間絶縁膜は第1層間絶縁膜と第2層間絶縁膜に分けられており、その間にはエッチング静止膜である窒化膜を形成して配線溝の形成のためのエッチング工程を制御しなければならない。従って、配線形成工程の段階が複雑になる問題点があった。
【0011】
また、エッチング静止膜である窒化膜は誘電率が6〜7ε程度と大きいので、絶縁膜の誘電常数Kが低い絶縁膜が形成できず、そのために配線間のキャパシタンスが増加され半導体素子の電気的特性が低下する問題点があった。
【0012】
図1ないし図4に示す従来技術の問題点が解決できるデュアルダマシン配線を形成するもう一つの従来の方法として、図5ないし図8に示すような断面図も提示した。
【0013】
図5ないし図8は他の従来のデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【0014】
図5に示すように、半導体基板100上にエッチング静止膜110と層間絶縁膜120を順次に積層した後、第1感光膜(図示しない)を形成しパターニングする。
【0015】
この後、パターニングされた第1感光膜(図示しない)をマスクとして用いてエッチング静止膜110の上部までエッチングしバイアホール130を形成した後、第1感光膜(図示しない)を除去して洗浄工程を行う。
【0016】
そして、図6に示すように、前記バイアホール130が形成された結果物の上に反射防止膜140を積層した後、第2感光膜150を形成し、パターニングする。
【0017】
次に、パターニングされた第2感光膜150をマスクとしてCHF3とCF4及びArガスの混合ガスをエッチングガスとして使用して大気に露出された反射防止膜140を除去する。
【0018】
その時、反射防止膜140の除去時、バイアホール130の内部の反射防止膜140が完全に除去されず、バイアホール130の内部にスペーサー形態で反射防止膜140が残留するようになる。
【0019】
続いて、図7に示すように、前記パターニングされた第2感光膜150をマスクとして100mTorr(13.33Pa)以下の低圧でC4F8ガスとO2及びArガスの混合ガスをエッチングガスとして使用して層間絶縁膜120内に配線溝160を形成する。
【0020】
その時、配線溝160の形成時に使用される多重カーボンを含むフッ素ガスであるC4F8ガスが、前記バイアホール130の内部に残留された反射防止膜140と化学反応を起こして、バイアホール130の開口部の両端に突出した形態のポリマー170が形成される。
【0021】
続いて、図8に示すように、前記第2感光膜150と反射防止膜140を除去した後、前記バイアホール130と配線溝160が形成された層間絶縁膜120をマスクとしてエッチング静止膜110をエッチングする。
【0022】
以後、前記バイアホール130と配線溝160の内部を金属膜180で埋込んでデュアルダマシン配線を形成する。
【0023】
しかし、前記のようなデュアルダマシン配線を形成する従来の方法では、反射防止膜の除去時、前記バイアホールの内部の反射防止膜が完全に除去されず、バイアホールの両内側壁にスペーサー形態で残留される問題点があった。
【0024】
その結果、後続の配線溝形成のためのエッチング工程時、多重カーボンを含むフッ素ガスであるC4F8ガスが前記バイアホールの内部に残留された反射防止膜と化学反応を起こしてバイアホールの両端が突出した形態のポリマーを形成する。従って、このポリマーを除去するための工程を更に行う必要があり、これはデュアルダマシンの配線形成工程がより複雑化する問題点があった。
【0025】
また、前記ポリマーを除去するための配線溝形成のエッチング工程時、O2ガスの流量を増加させると配線の幅が広くなる問題点があった。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題点を解決するための本発明は、デュアルダマシン工程を適用した配線の形成工程において、半導体基板に接続するバイアホールを形成した後、上層の配線で形成される配線溝のエッチング時、高圧で単一カーボンが含まれたフッ素ガスを用いて横軸へエッチングして配線溝を形成することによって、配線溝とバイアホールとの境界領域にポリマーが残留することを防止できるだけでなく、バイアホールエッジの領域が傾斜しているため、後続の金属膜の埋込みが容易であり、その結果、配線プロファイルが改善され配線の幅が広くなることを防止できるようにするデュアルダマシンの配線形成方法を提供することが目的である。
【0027】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために、デュアルダマシンの配線形成方法は半導体基板上にエッチング静止膜と層間絶縁膜を順次に積層した後、第1感光膜を塗布してバイアホールが形成できるようにパターニングし、これをマスクとして用いてエッチング静止膜の上部までエッチングすることによってバイアホールを形成する段階と、前記第1感光膜を除去して反射防止膜を積層した後、配線溝が形成されるように第2感光膜をパターニングし、これをマスクとしてドライエッチングして反射防止膜を除去する段階と、前記第2感光膜をマスクとしてCHF3ガス、CF4ガス及びArガスの混合ガスをエッチングガスとして使用して層間絶縁膜をエッチングすることによって前記バイアホールに連通する配線溝を形成する段階と、前記第2感光膜と反射防止膜を除去した後、前記バイアホールが形成された層間絶縁膜をマスクとしてエッチング静止膜をエッチングし、バイアホールと配線溝の内部を金属膜で埋込む段階と、を含むことを特徴とするデュアルダマシンの配線形成方法を提供する。
【0028】
また、前記バイアホールの形成段階では10〜100mTorr(1.33〜13.33Pa)の圧力でC4F8ガス、O2ガス及びArガスの混合ガスをエッチングガスとして使用してエッチングを行うことが望ましく、その時、前記混合ガスはC4F8ガス10〜30sccm(60×10-5〜180×10-5m3/h)と、O2ガス10〜40sccm(60×10-5〜240×10-5m3/h)及びArガスを300〜500sccm(1800×10-5〜3000×10-5m3/h)の流量で混合してエッチングガスとして使用することが好ましい。
【0029】
また、前記配線溝のエッチング時、500〜1500mTorr(66.66〜199.98Pa)の高圧の雰囲気下でエッチングを行い、その時、前記混合ガスはCHF3ガス10〜100sccm(60×10-5〜600×10-5m3/h)と、CF4ガス100〜200sccm(600×10-5〜1200×10-5m3/h)及びArガスを1000〜2000sccm(6000×10-5〜12000×10-5m3/h)の流量で混合してエッチングガスとして使用することが好ましい。
【0030】
また、前記エッチング静止膜は、10〜100mTorr(1.33〜13.33Pa)の圧力でCHF3ガス、O2ガス及びArガスの混合ガスによってエッチングされることが望ましく、その時前記混合ガスはCHF3ガス10〜50sccm(60×10-5〜300×10-5m3/h)と、CF4ガス10〜50sccm(60×10-5〜300×10-5m3/h)及びArガスを200〜800sccm(1200×10-5〜4800×10-5m3/h)の流量で混合してエッチングガスとして使用することが好ましい。
【0031】
また、前記反射防止膜は、1000〜2000mTorr(133.32〜266.64Pa)の圧力でCHF3ガス、CF4ガス及びArガスの混合ガスによってエッチングされることが望ましく、その時前記混合ガスはCHF3ガス10〜100sccm(60×10-5〜600×10-5m3/h)と、CF4ガス150〜200sccm(900×10-5〜1200×10-5m3/h)及びArガスを1000〜2000sccm(6000×10-5〜12000×10-5m3/h)の流量で混合してエッチングガスとして使用することが好ましい。
【0032】
また、前記バイアホールを形成する時には2段階に分けてエッチングすることが望ましく、その時第1段階のエッチングでは30〜50mTorr(4.00〜6.67Pa)の圧力でC4F8ガス、O2ガス及びArガスの混合ガスによってエッチングが行われることが望ましい。その時、前記混合ガスはC4F8ガス10〜30sccm(60×10-5〜180×10-5m3/h)と、O2ガス10〜30sccm(60×10-5〜180×10-5m3/h)及びArガスを350〜500sccm(2100×10-5〜3000×10-5m3/h)の流量で混合してエッチングガスとして使用することが好ましい。
【0033】
次に、前記バイアホールを形成する時の第2段階のエッチングは、10〜100mTorr(1.33〜13.33Pa)の圧力でCHF3ガス、O2ガス及びArガスの混合ガスによって行われることが望ましく、その時前記混合ガスはCHF3ガス10〜50sccm(60×10-5〜300×10-5m3/h)と、O2ガス10〜50sccm(60×10-5〜300×10-5m3/h)及びArガスを200〜800sccm(1200×10-5〜4800×10-5m3/h)の流量で混合してエッチングガスとして使用することが好ましい。
【0034】
本発明は、配線溝のエッチング時、高圧で単一カーボンが含まれたフッ素ガスを用いて横軸へエッチングして配線溝が形成されることによって、配線溝とバイアホールの境界領域にポリマーが残留することを防止する事を特徴とする。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の望ましい実施の形態について詳細に説明する。また、この発明ならびにそれ以外の関連目的と特徴は添付図面に基づく次の説明と請求範囲中で指摘したその新規事項を読めば明白になる。
【0036】
図9ないし図12は本発明によるデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【0037】
図9に示すように、半導体基板200上にエッチング静止膜210と層間絶縁膜220を順次に積層した後、第1感光膜(図示しない)を形成しパターニングする。
【0038】
その時、エッチング静止膜210はシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜220内に後続のバイアホールを形成する際、エッチングにより半導体基板200の損失を防止するために、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜220に対してエッチング選択比の優れた窒化膜を使用する。
【0039】
以後、前記パターニングされた第1感光膜(図示しない)をマスクとして用いて、エッチング静止膜210の上部まで10〜100mTorr(1.33〜13.33Pa)程度の圧力でC4F8ガスとO2ガス及びArガスの混合ガスをエッチングガスとして使用してドライエッチングしてバイアホール230を形成する。
【0040】
前記ドライエッチング時に使用された混合ガスは、C4F8ガスを10〜30sccm(60×10−5〜180×10−5m3/h)程度、O2ガスが10〜40sccm(60×10−5〜240×10−5m3/h)程度、Arガスを300〜500sccm(1800×10−5〜3000×10−5m3/h)程度の流量比で混合して使用する。
【0041】
以後、第1感光膜(図示しない)を除去した後、NH4OHとCH3COOH及びH2Oを約2:3:30の割合で混合した洗浄液を使用して湿式洗浄工程を行う。
【0042】
一方、前記バイアホールのエッチングは2段階に分けてエッチングすることもできる。
【0043】
まず、第1段階では前記パターニングされた第1感光膜(図示しない)をマスクとして30〜50mTorr(4.00〜6.67Pa)程度の圧力でC4F8ガス10〜30sccm(60×10−5〜180×10−5m3/h)程度、O2ガス10〜30sccm(60×10−5〜180×10−5m3/h)程度、Arガスを350〜500sccm(2100×10−5〜3000×10−5m3/h)程度の流量で混合された混合ガスを使用して層間絶縁膜220をエッチングしてバイアホール230を形成する。
【0044】
そして、第2段階では前記パターニングされた第1感光膜(図示しない)をマスクとして10〜100mTorr(1.33〜13.33Pa)程度の圧力でCHF3ガス10〜50sccm(60×10−5〜300×10−5m3/h)程度と、O2ガス10〜50sccm(60×10−5〜300×10−5m3/h)程度及びArガスを200〜800(1200×10−5〜4800×10−5m3/h)sccm程度の流量で混合した混合ガスをエッチングガスとして使用して、もう一度エッチングすることによってプロファイルの優れたバイアホール230を形成する。
【0045】
そして、図10に示すように、前記バイアホール230が形成された結果物の上に反射防止膜240を積層した後、第2感光膜250を形成しパターニングする。なお、図10に示されているように、第2感光膜250のパターニングは、バイアホール230の開口を含む周辺領域を露出させ、さらにバイアホール230に埋まった反射防止膜240の上面を露出させるように行っている。
【0046】
次に、パターニングされた第2感光膜250をマスクとして大気に露出された反射防止膜240を除去する。
【0047】
その時、反射防止膜240のエッチング時、1000〜2000mTorr(133.32〜266.64Pa)範囲の圧力でCHF3ガスは10〜100sccm(60×10−5〜600×10−5m3/h)程度、CF4ガスは100〜200sccm(600×10−5〜1200×10−5m3/h)程度、Arガスは1000〜2000sccm(6000×10−5〜12000×10−5m3/h)程度の流量を混合したエッチングガスとして使用してエッチングする。
【0048】
続いて、図11に示すように、前記パターニングされた第2感光膜250をマスクとして500〜1500mTorr(66.66〜199.98Pa)範囲の高圧で単一カーボンを含むフッ素ガスであるCHF3ガスとCF4ガス及びArガスの混合ガスをエッチングガスとして使用して層間絶縁膜220内にバイアホール230に連通する配線溝260を形成する。その時、混合ガスはCHF3ガスを10〜100sccm(60×10-5〜600×10-5m3/h)程度、CF4ガスを100〜200sccm(600×10-5〜1200×10-5m3/h)程度、Arガスを1000〜2000sccm(6000×10-5〜12000×10-5m3/h)程度の流量で混合して使用する。
【0049】
それによって、前記バイアホールの開口部230の周辺において、エッチングガスに含まれた多重カーボンと反射防止膜240が化学結合し形成されるポリマーの生成を防止する。
【0050】
続いて、図12に示すように、前記第2感光膜250と反射防止膜240を除去した後、バイアホール230と配線溝260が形成された層間絶縁膜220をマスクとしてエッチング静止膜210をエッチングする。
【0051】
その時、前記エッチング静止膜210のエッチング時、10〜100mTorr(1.33〜13.33Pa)程度の圧力でCHF3ガス10〜50sccm(60×10−5〜300×10−5m3/h)程度と、CF4ガス10〜50sccm(60×10−5〜300×10−5m3/h)程度及びArガス200〜800sccm(1200×10−5〜4800×10−5m3/h)程度の流量で混合された混合ガスをエッチングガスとして使用してエッチングする。
【0052】
そして、前記バイアホール230と配線溝260の内部を金属膜280で埋込んでデュアルダマシン配線を形成する。
【0053】
【発明の効果】
本発明によるデュアルダマシンの配線形成方法を用いれば、上層の配線の配線溝の形成時、高圧で単一カーボンが含まれたフッ素ガスを用いて横軸へエッチングすることで、前記配線溝とバイアホールの境界領域にポリマーが残留されることが防止できるだけでなく、バイアホールエッジの領域が傾斜しているため、後続の金属膜の埋込み時、容易に埋込むことができる。
【0054】
また、その結果、配線プロファイルが改善され配線の幅が広くなることも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【図2】従来のデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【図3】従来のデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【図4】従来のデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【図5】従来の、もう一つの異なるデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【図6】従来の、もう一つの異なるデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【図7】従来の、もう一つの異なるデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【図8】従来の、もう一つの異なるデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【図9】本発明の実施例の形態に係るデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【図10】本発明の実施例の形態に係るデュアルダマシンの配線形成方法説明するために順次に示す断面図である。
【図11】本発明の実施例の形態に係るデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【図12】本発明の実施例の形態に係るデュアルダマシンの配線形成方法を説明するために順次に示す断面図である。
【符号の説明】
200 半導体基板、210 エッチング静止膜、220 層間絶縁膜、230 バイアホール、240 反射防止膜、250 第2感光膜、260 配線溝、280 金属膜。
Claims (14)
- 半導体基板上にエッチング静止膜と層間絶縁膜を順次に積層した後、第1感光膜を形成してパターニングし、前記第1感光膜をマスクとして用いて前記エッチング静止膜の上部までエッチングすることによってバイアホールを形成する段階と、
前記第1感光膜を除去して反射防止膜を積層した後に、第2感光膜を形成してパターニングし、前記第2感光膜をマスクとして用いてドライエッチングすることによって反射防止膜を除去する段階と、
前記第2感光膜をマスクとしてCHF3ガス、CF4ガス、及びArガスの混合ガスをエッチングガスとして使用して前記層間絶縁膜をエッチングすることによって前記バイアホールに連通する配線溝を形成する段階と、
前記第2感光膜と反射防止膜を除去した後、前記バイアホールが形成された前記層間絶縁膜をマスクとして前記エッチング静止膜をエッチングし、前記バイアホールと前記配線溝の内部を金属膜で埋込む段階と、
を含むことを特徴とするデュアルダマシンの配線形成方法。 - 前記バイアホールの形成段階では、10〜100mTorr(1.33〜13.33Pa)の圧力でC4F8ガス、O2ガス、及びArガスの混合ガスをエッチングガスとして使用してエッチングを行うことを特徴とする請求項1に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
- 前記バイアホールを形成するための前記混合ガスは、C4F8ガス10〜30sccm(60×10-5〜180×10-5m3/h)と、O2ガス10〜40sccm(60×10-5〜240×10-5m3/h)及びArガスを300〜500sccm(1800×10-5〜3000×10-5m3/h)を含むことを特徴とする請求項2に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
- 前記配線溝の形成段階では、500〜1500mTorr(66.66〜199.98Pa)の高圧の雰囲気下でエッチングを行うことを特徴とする請求項1に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
- 前記配線溝を形成するための前記混合ガスはCHF3ガス10〜100sccm(60×10-5〜600×10-5m3/h)と、CF4ガス100〜200sccm(600×10-5〜1200×10-5m3/h)及びArガスを1000〜2000sccm(6000×10-5〜12000×10-5m3/h)を含むことを特徴とする請求項4に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
- 前記エッチング静止膜は、10〜100mTorr(1.33〜13.33Pa)の圧力でCHF3ガス、O2ガス及びArガスの混合ガスによってエッチングされることを特徴とする請求項1に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
- 前記エッチング静止膜のエッチングのための前記混合ガスはCHF3ガス10〜50sccm(60×10-5〜300×10-5m3/h)と、CF4ガス10〜50sccm(60×10-5〜300×10-5m3/h)及びArガスを200〜800sccm(1200×10-5〜4800×10-5m3/h)を含むことを特徴とする請求項6に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
- 前記反射防止膜は、1000〜2000mTorr(133.32〜266.64Pa)の圧力でCHF3ガス、CF4ガス及びArガスの混合ガスによってエッチングされることを特徴とする請求項1に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
- 前記反射防止膜のエッチングのための前記混合ガスはCHF3ガス10〜100sccm(60×10-5〜600×10-5m3/h)と、CF4ガス150〜200sccm(900×10-5〜1200×10-5m3/h)及びArガスを1000〜2000sccm(6000×10-5〜12000×10-5m3/h)を含むことを特徴とする請求項8に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
- 前記バイアホールの形成時、2段階に分けてエッチングを行うことを特徴とする請求項1に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
- 前記バイアホールの形成のための第1段階のエッチングは、30〜50mTorr(4.00〜6.67Pa)の圧力でC4F8ガス、O2ガス及びArガスの混合ガスによって行われることを特徴とする請求項10に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
- 前記第1段階のエッチングのための前記混合ガスは、C4F8ガス10〜30sccm(60×10-5〜180×10-5m3/h)と、O2ガス10〜30sccm(60×10-5〜180×10-5m3/h)及びArガスを350〜500sccm(300×10-5〜3000×10-5m3/h)を含むことを特徴とする請求項11に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
- 前記バイアホールの形成のための第2段階のエッチングは、10〜100mTorr(1.33〜13.33Pa)の圧力でCHF3ガス、O2ガス及びArガスの混合ガスによって行われることを特徴とする請求項10に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
- 前記第2段階のエッチングのための前記混合ガスはCHF3ガス10〜50sccm(60×10-5〜300×10-5m3/h)と、O2ガス10〜50sccm(60×10-5〜300×10-5m3/h)及びArガスを200〜800sccm(1200×10-5〜4800×10-5m3/h)を含むことを特徴とする請求項13に記載のデュアルダマシンの配線形成方法。
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