JPH10335456A - 集積回路の製造方法 - Google Patents

集積回路の製造方法

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JPH10335456A
JPH10335456A JP9140353A JP14035397A JPH10335456A JP H10335456 A JPH10335456 A JP H10335456A JP 9140353 A JP9140353 A JP 9140353A JP 14035397 A JP14035397 A JP 14035397A JP H10335456 A JPH10335456 A JP H10335456A
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etch stop
opening
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stop layer
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Suiyo Yu
萃蓉 游
Mosho Ryu
孟昌 劉
Katetsu Ro
火鐵 盧
Shih-Wei Sun
世偉 孫
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広いプロセス自由度を持ち、大量生産プロセ
スに容易に適合可能な二重ダマスカスプロセスによる集
積回路の製造方法を提供する。 【解決手段】 エッチ・ストップ層54を2レベル連結
構造の第1レベルに形成される連結部のパターンに対応
する開口部72を形成するためにパターン化した後、こ
の上に金属間誘電体層58を設け、次にフォトレジスト
・マスク62をこの上に設け、マスク62の開口部6
4、66は連結構造の第2レベルに設けられる配線パタ
ーンに対応し誘電体層58を部分的に露出させる。誘電
体層58はエッチングされこれが進行して層間誘電体層
52のストップ層54の開口部72で露出している部分
に開口部68が生じる。即ち単一のエッチング工程で第
2レベルの配線と第1レベルの連結部の両方のための開
口部が画定される。次に金属が構造上に形成され余分の
金属が除去されて2レベル連結構造が画定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、集積回路装置に
おける配線構造の形成に関し、特に、二重ダマスカス(D
amascene)法による路、相互に連結した金属処理された
物及び配線の形成に関する。
【0002】
【従来の技術】高度に集積された半導体回路の多くは、
装置内の領域同士を結合させるとともに該集積回路内の
1個以上の装置同士を結合させるための多レベル配線構
造を利用する。その様な構造を形成する際には、第1
の、即ち下側のレベルの配線又は連結構造を設け、次に
その第1レベルの配線又は連結構造と接触させて第2レ
ベルの配線を形成するのが普通である。第1レベルの連
結部を、集積回路装置の基板内のドーピングされた領域
と接触させて形成することもできる。また、第1レベル
の連結部を、集積回路装置の基板内の又はその上の1つ
以上の装置構造と接触しているポリシリコン又は金属配
線へ形成することもできる。1つ以上の連結部が通常は
第1レベル配線又は連結部と集積回路装置の他の部分と
の間に又は該集積回路装置に付いている外部構造へ形成
される。これは、部分的には、第2レベルの配線を通し
て実現される。
【0003】2レベル配線構造を形成するための1つの
従来の方式が図8ないし図14に示されている。始めに
図8を参照すると、集積回路の装置構造が形成されてい
る基板10の上に2レベル連結構造が形成されている。
普通は、基板10は、MOSFETやバイポーラトラン
ジスタ等の構造と、集積回路の他の部分又は集積回路の
ために設けられているI/O端子に結合されるべきドー
ピングされている接点領域とを含んでいる。基板10の
表面は、1つ以上のドーピングされた領域を含むシリコ
ン装置構造の表面であり、或いは基板10の表面は絶縁
層である。通常、基板10の表面が絶縁層である場合に
は、その層の厚みは1,000Åを上回り、その層は該
基板内の装置に結合された導体で満たされた垂直連結部
を含む。酸化物層12は、通常、2レベル連結構造を形
成するプロセスの最初の工程としてTEOSソースガス
から化学蒸着(chemical vapor deposition(CVD))により
基板10の上に4,000〜6,000Åの厚みに設け
られる。
【0004】第1レベル連結構造の位置は、第1レベル
連結構造が形成されることになる位置で酸化物層12に
開口部14を形成する(図9)従来の写真製版プロセスに
より画定される。一般に、開口部14は、それに連結部
が形成されることになる基板内の導体又はドーピングさ
れた領域の全体又は一部を露出させる。開口部14は金
属性連結部16で満たされるが、それは、例えば、接点
開口部14の内面と基板10の露出された表面との上の
薄い”にかわ”又は接着材層から成る。適当な接着材層
は、窒化チタン(titanium nitride)や、超硬合金を含
有するその他の伝導性材料を包含する。開口部14の残
りの部分は連結部16を形成するタングステン等の金属
で満たされる。連結部のタングステン部分は、CVD又
は選択的CVDを行い、次にエッチバック又は研磨プロ
セスを行うことにより形成されることができる。その結
果としての構造が図10に示されている。
【0005】次に図11を参照すると、酸化物層12の
表面と金属プラグ16との上に第2レベルの配線に適す
る厚みの金属層18が設けられる。金属層18は、パタ
ーン化されて第2レベルの配線とされるものであって、
アルミニウムの単一の層であり、或いは層18は、超硬
合金を含む多層配線構造であるか又は他の割合に安価な
金属とともに超硬合金を含む化合物である。第2レベル
の配線20は、金属層18の上にフォトレジストの層を
設け、マスクを通してそのフォトレジストを露光し、露
光したフォトレジストの層の部分を除去してフォトレジ
ストのエッチマスクを形成することにより、従来の写真
製版プロセスで画定される。フォトレジスト・マスクの
開口部により露出される金属層18の部分がエッチング
により除去され、フォトレジスト・マスクが灰化により
除去されて図12に示されている構造が形成される。図
12に示されている2レベル連結構造が形成された後、
集積回路装置を更に処理し得るようにするために、第2
レベル配線同士の間にあり且つ第2レベル配線を覆う金
属間誘電体(IMD:intermetal dielectric)層を設け
る必要がある。この金属間誘電体層は、プラズマ強化化
学蒸着(plasma enhanced chemical vapor deposition
(PECVD))又はその他のCVDプロセスにより設けられる
酸化物の1つ以上の層から成っていてよい。この様にし
て形成された金属間誘電体層22は一般に、図13に示
されているように、不均一な表面形状を持っている。従
って、例えば化学機械研磨(chemical mechanical polis
hing (CMP))により金属間誘電体層22を平らにして、
図14に示されているように平らな金属間誘電体層24
を形成しなければならない。
【0006】図14の2レベル連結構造を形成するため
に使われる方法にはいろいろな欠点がある。導体又は配
線の中に銅を使用するような将来のアプリケーションに
ついては、適当なエッチング薬剤及び方法が未だ確認さ
れていないので、銅金属のエッチングは非常に困難であ
る。従って、化学的エッチングプロセスで金属層をパタ
ーン化する方法に依存しないような配線形成方法を利用
することが望ましい。装置の寸法が小さいことも、上記
の配線形成方法に困難を生じさせる。誘電体層中の開口
部に金属を装入したり誘電体材料を金属線間の割合に狭
い開口部に装入することは、空隙が生じたり不純物を捕
獲してしまうことのある困難なプロセスである。連結部
及び配線が小さくされ、配線間の間隔が狭くされるに連
れて、特にこのことが言える。この様な事情があるの
で、図14の構造を形成するプロセスはかなり高率の欠
陥の発生を示し、それは設計尺度が小さくなるに従って
大きくなると予想される。図8〜図14のプロセスは、
配線間のスペースを蒸着プロセスで充填することを必要
とするので、図8〜図14のプロセスは、装置の製造に
用いられる設計尺度を更に小さくするのには向いていな
い。また、2レベル連結構造の完成後に金属間誘電体層
に所要の平坦面を設けるために付加的な処理工程が必要
である。処理工程の数を減らせば、装置を製造するのに
必要な時間が短くなり、また処理工程を無くせば歩留ま
りが向上してコストが低下するのであるから、できれ
ば、装置を形成するために必要な処理工程の数を減らす
のが望ましい。これらの事情から、多レベル連結構造を
作る他の方法が開発されている。
【0007】従来の連結構造形成プロセスに代わる1つ
のプロセスは、いわゆる二重ダマスカス(Dual Damascen
e)プロセスである。二重ダマスカスプロセスは小さな設
計尺度に容易にスケーリングすることが可能であり、殆
どの二重ダマスカスプロセスは当然に連結構造上に平ら
な最終面を作る。従って、二重ダマスカスプロセスを使
用する場合には、図8〜図14に示されている方法より
も少数のプロセス工程で、更なる処理工程を行うのに適
した面を得ることができる。二重ダマスカスプロセスの
いろいろな局面が図15〜図21に示されている。図8
〜図14に示されている普通の連結プロセスの場合と同
じく、二重ダマスカスプロセスも、図15に示されてい
るように、始めに酸化物層12を基板10の上に設け
る。後のエッチング工程に用いられる割合に薄い窒化珪
素エッチ・ストップ層30が酸化物層12の上に設けら
れる(図16)。図17に示されているように、金属間誘
電体(intermetal dielectric)層32がエッチ・ストッ
プ層30の上に設けられる。通常、この金属間誘電体材
料として酸化珪素が選択されるので、第2レベルの連結
部のための開口部が酸化物金属間酸化物層32に設けら
れるときに下側の窒化珪素層30は効果的なエッチ・ス
トップとなる。金属間酸化物層32の厚みとしては、第
2レベルの金属配線に適する厚みが選択され、それは通
常は4,000〜6,000Å以上である。
【0008】一連の写真製版工程が実行され、始めに第
2レベルの配線のパターンが画定され、次に連結構造の
第1レベル内の連結部のパターンが画定される。金属間
酸化物層32上にマスクが形成され、そのマスクは第2
レベルの配線のための配線パターンに対応する開口部の
パターンを含んでいる。次にそのフォトレジスト・マス
クの開口部を通してエッチングを行うことにより金属間
酸化物層32に開口部34が形成される。エッチング工
程は始めに金属間酸化物層32を通して進行して、開口
部34同士の間に金属間酸化物層の残存部分36を残
す。この始めのエッチング工程は窒化珪素層30上で停
止し、次にエッチングは開口部34と整列して行われて
窒化珪素層30を貫通し、開口部34の両側に窒化珪素
層の残存部分38を残す。次に灰化によりフォトレジス
ト・マスクが除去されて、図18に示されている構造が
作られる。一般に、後の写真製版工程で第1レベルの連
結部を画定する必要があるので、一般に、パターン化さ
れた金属間酸化物層36における開口部34の幅は写真
製版分解能限界より大きくなければならない。開口部3
4を分解能限界より大きく形成しておけば、第1レベル
の連結部を形成するために使用される工程についてのプ
ロセス自由度が大きくなる。
【0009】次に図19を参照すると、従来の写真製版
法により図18の装置の上にフォトレジスト・マスク4
0が形成される。開口部34内にある第1酸化物層12
の選択された部分を露出させる開口部42がマスク40
に設けられる。フォトレジスト・マスク40の開口部4
2内で露出している第1酸化物層12に対してエッチン
グが実行されて、連結構造の第1レベルを形成する連結
部のパターンが画定される。次にフォトレジスト・マス
ク40は灰化により除去される。次に、金属の層44が
装置上に設けられて、金属間酸化物層36の開口部を満
たすとともに第1酸化物層12の開口部を満たす。図2
0に示されているように金属間酸化物36及び第1酸化
物層12の両方の開口部が完全に満たされることを保証
するために、普通は金属間酸化物層36の開口部34を
過充填する。その後、通常はCMPプロセスで余分の金
属が除去されて、図21に示されている2レベル連結構
造の第2レベルの金属配線46と第1レベル連結部48
とが設けられる。図21に示されているように、最後の
CMP工程の結果として、その後の処理工程に良く適す
る平らな表面が設けられる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図15〜図21に示さ
れている二重ダマスカスプロセスは、図8〜図14に示
されている従来のプロセスに比べると幾つかの利点を与
える。しかし、図15〜図21に示されているプロセス
は、プロセス技術の観点からは非常に負担が大きい。従
って、より広いプロセス自由度を持っていて、大量生産
プロセスに容易に適合させることのできる二重ダマスカ
スプロセスを開発するのが望ましい。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明の1つの方針に
よると、第1レベル及び第2レベルの導体構造を含む集
積回路が、1つ以上の集積回路装置を包含する基板上に
形成される。始めに層間誘電体層が、次にエッチ・スト
ップ層が該基板上に設けられる。第1レベルの導体構造
が形成されるべき位置に対応する開口部を該エッチ・ス
トップ層に画定するために該エッチ・ストップ層がパタ
ーン化される。次にこのパターン化されたエッチ・スト
ップ層の上に金属間誘電体層が設けられる。第2レベル
の導体構造が形成されるべき位置に対応する開口部を有
する第2レベルのマスクが該金属間誘電体層の上に形成
される。この方法では、次にこの第2レベルのマスクの
開口部を通してエッチングを行って該金属間誘電体層に
第2レベル導体開口部を形成するとともに、パターン化
されたエッチ・ストップ層の開口部を通してエッチング
を行って該層間誘電体層に第1レベル導体構造を形成す
る。金属が該第2レベル導体開口部と該第1レベル導体
構造との中に設けられる。
【0012】図15〜図21に示されている従来の二重
ダマスカスプロセスは、図18の構造の不均一な形状の
上に厚いフォトレジスト層40を形成することを必要と
する。従って、フォトレジスト・マスク40に明瞭に画
定された開口部42を設けるためにフォトレジスト・マ
スク40の厚み全体を露光させるには、長い焦点深度を
持っていなければならない。現代の製造プロセスに好都
合な種類の高分解能パルスモーター(steppers)では、
図19に示されているフォトレジスト・マスクの形成に
必要な焦点深度を提供するのは非常に困難である。この
プロセス工程は、集積回路装置の上に通常存在する不均
一な表面形状の上で実行されるときには、なおさら困難
である。この発明の好ましい実施の形態では、金属間酸
化物層を付ける前に従来の二重ダマスカスプロセスのエ
ッチ・ストップ層をパターン化することによって、その
様な厚いフォトレジスト・マスクの必要を無くするとと
もに、それに伴う長焦点深度写真製版プロセスを行う必
要を無くする。この様に、この発明の好ましい実施の形
態では、従来の二重ダマスカスプロセスの図19に示さ
れている構造より遥かに平らな構造の上にフォトレジス
ト・マスクを形成する。すると、より均一な厚みを持っ
たフォトレジスト・マスクを設けることができるととも
に、最高の分解能のパルスモーターを用いるのに好都合
であるように、より小さな焦点深度でマスク露光工程を
実行することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】この発明の特に好ましい実施の形
態では、第1酸化物層を基板の上に設け、該第1酸化物
層をエッチ・ストップ層で覆うことにより2レベル連結
構造が形成される。このエッチ・ストップ層は、2レベ
ル連結構造の第1レベルに後に形成されるべき連結部の
パターンに対応する開口部を形成するためにパターン化
される。エッチ・ストップ層がパターンされた後、金属
間酸化物層がエッチ・ストップ層の上に設けられ、その
中に第2レベルの配線が形成されることになる。エッチ
・ストップ層は比較的に薄いので、エッチ・ストップ層
内の連結部パターン化により金属間酸化物層の表面に形
成される形状は比較的に小さい。次に金属間酸化物層の
上にマスクが形成され、そのマスクの開口部は、連結構
造の第2レベルに設けられるべき配線のパターンで該金
属間酸化物層のいろいろな部分を露出させる。金属間酸
化物層はエッチングされ、このエッチングのプロセスは
第1酸化物層の、エッチ・ストップ層の開口部に対応し
て該第1酸化物層に開口部を形成するためにエッチ・ス
トップ層の開口部を通して露出される部位の中まで継続
する。要するに、エッチ・ストップ層は第1酸化物層に
連結部パターンをエッチングするプロセスのために硬質
マスクとして作用する。この様に、単一のエッチング工
程で第2レベルの配線と第1レベルの連結部との両方の
ための開口部が画定される。次に金属が該構造の上に堆
積され、最終2レベル連結構造を画定するために余分の
金属は例えば研磨により除去される。
【0014】次に、特に図1〜図7を参照してこの発明
の好ましい実施の形態について説明をする。以下の記述
は第1レベルの連結部と第2レベルの配線とに関してな
されているけれども、2層の配線間の接点及び隣り合っ
ていない導体層同士の間の接点の形成にこの発明の特徴
を適用することができることが理解されるべきである。
従って、配線構造の第1レベルと第3レベル又はその他
のレベルとの間の連結部を形成するのにこの発明の特徴
を用いることが可能である。この発明の連結部形成方法
は、基板50の中に集積回路装置が形成された後に開始
されるのが好ましい。この連結部形成方法は、最初に基
板50の表面上に層間誘電体層(interlayer dielectric
layer)52を付ける(図1)。層間誘電体層52は、P
ECVDプロセス、低圧化学蒸着(a low pressure chem
ical vapor deposition (LPCVD))プロセス、又は
その他の誘電体蒸着プロセスによって数千オングストロ
ーム以上の厚みに蒸着された酸化物層であってよい。こ
れらのプロセスのいずれも、例えばTEOSソースガス
を使用することができる。しばしば、基板50の表面
は、集積回路装置内の装置構造に対応する不均一な形状
となっている。従って、2レベル連結構造を形成する前
に層間誘電体層52の表面を平らにするのが好ましい。
平坦化をエッチバック・プロセスにより行うことができ
るけれども、CMPを使用して行うのがもっと好都合で
ある。層間誘電体層52の最終の厚みは、下側の集積回
路装置の形状によって決まるので、デザインによりまち
まちである。層52を通して形成される連結部の高さ
は、層間誘電体層52の厚みにより決まる。
【0015】層間誘電体層52の平らにされた表面の上
にエッチ・ストップ層54が付けられる(図2)。エッチ
・ストップ層54の材料としては、該エッチ・ストップ
層の下の層間誘電体層52及び該エッチ・ストップ層の
上に形成される後述の金属間誘電体層58のいずれとも
異なる材料を選ぶのが好ましい。通常、層間誘電体層5
2と金属間誘電体層58とはともに酸化物であるのが好
都合であるので、エッチ・ストップ層54として適当な
のは窒化珪素である。エッチ・ストップ層として役立つ
ために酸化珪素とは十分に異なっている上に、窒化珪素
には絶縁体であるという別の利点もあって、このこと
は、エッチ・ストップ層が一般に完成した連結構造中に
残されていて異なる配線間に広がるものであるので、望
ましいことである。エッチ・ストップ層54は、後の処
理工程で装置の表面形状に対するエッチ・ストップ層の
影響をなるべく小さくするために、薄くされるのが好ま
しい。一方、エッチ・ストップ層54は、金属間誘電体
層及び層間誘電体層の両方のエッチングの工程全体を通
じてエッチ・ストップ層として機能するために充分に厚
くなければならない。また、エッチ・ストップ層は、層
間誘電体層52中の連結開口部をエッチングするときに
硬質マスクとして作用するために充分な厚みを持ってい
なければならない。窒化珪素エッチ・ストップ層54の
適当な厚みは約200〜1,500Åであろう。
【0016】次に、層間誘電体層52内の第1レベルの
連結部が形成されるべき位置に対応してエッチ・ストッ
プ層54に開口部を設けるためにエッチ・ストップ層5
4がパターン化される。従って、窒化珪素層54の連結
部が形成されるべき部位を露出させる適当な開口部を提
供するマスクが窒化珪素層54の上に形成され、次に層
間誘電体層52のいろいろな部位を露出させる開口部5
6を設けるために窒化珪素エッチ・ストップ層54がエ
ッチングされる。まだ形成されていない金属間誘電体層
の表面形状に対するエッチ・ストップ層54を通しての
開口部56の影響をなるべく少なくするために、窒化珪
素エッチ・ストップ層54を通して開口部56を形成す
るエッチングのプロセスは層間酸化物層52の、下にあ
る面上で停止するのが好ましい。開口部56を形成する
プロセスにおいて層間酸化物層52の表面に凹部が形成
されないのが好ましい。この発明の誘電体層及びエッチ
・ストップ層に対して実行されるこのエッチング工程及
びその他のエッチング工程は、ラムリサーチ・レインボ
ーシステム(the Lam Research Rainbow system)等のエ
ッチング・システムで有利に実行することのできる工程
である。このラムリサーチ・レインボーシステムは、エ
ッチング・プロセスの選択度を調節するためにいろいろ
な量のHBr及びHe等の他のガスと混合されたSF6
又はC2F6等の1種類以上のソースガスから得られる
エッチング液を使用する。この様なシステムでは、酸化
珪素と窒化珪素との間のエッチ・プロセスの選択度を広
範囲にわたって自動的に調節することができる。従っ
て、窒化珪素エッチ・ストップ層54をエッチングする
ために使用されるエッチング・プロセスでは、窒化珪素
をエッチングするけれども酸化珪素はなるべくエッチン
グしないように選択度が調節される。このときの層間酸
化珪素層52のエッチングは後の写真製版プロセスでよ
り大きな焦点深度を必要とするので、今のところは望ま
れてはいないけれどもいろいろなバリエーションが可能
である。次に、窒化珪素エッチ・ストップ層54をパタ
ーン化するために使われたマスクが除去されて、図3に
示されている構造が形成される。
【0017】次に金属間誘電体層(intermetal dielectr
ic layer)58が、パターン化されたエッチ・ストップ
層54の上に付けられる(図4)。既に説明したように、
金属間誘電体層58は、層間誘電体層52と同じ材料と
エッチ・ストップ層54とは異なる材料とから形成され
るのが好ましい。この様なものであるので、金属間誘電
体層58は酸化珪素の層であるのが好ましい。第2レベ
ルの配線の厚みは金属間酸化物層の厚みにより決定され
ることになるので、金属間酸化物層58は、CVDプロ
セスによりTEOS前駆物質又はSiH4ソースガスか
ら第2レベルの配線に適当な厚みに蒸着されてもよい。
この装置構造では、第2レベルの配線の厚みは4,00
0〜8,000Å程度であろうから、金属間酸化物層5
8は4,000〜8,000Å程度の厚みに蒸着され
る。エッチ・ストップ層54の開口部56の存在に対応
して金属間酸化物層58の表面に割合に小さな凹部60
が形成される。凹部60の深さは、例えば図18に示さ
れているような、従来の二重ダマスカスプロセスに存在
する形状より遥かに小さいので、凹部60は、第2レベ
ルの配線のためのパターンを画定するのに使用される写
真製版工程において金属間誘電体層58の上に設けられ
るフォトレジスト層を通して焦点を維持する上で割合に
小さな問題となるに過ぎない。
【0018】ここで図5を参照すると、フォトレジスト
・マスク62が金属間酸化物層58の上に形成される。
マスク62は、金属間酸化物層58に形成されるべき第
2レベルの配線のパターンに対応する開口部のパターン
を有する。フォトレジスト・マスク62の開口部64の
幾つかは、エッチ・ストップ層54の、第1レベルの連
結部が第2レベルの配線の部分の下に形成されるべき開
口部56の上に配置されている。フォトレジスト・マス
ク62の他の開口部66は、第2レベルの配線が形成さ
れるけれども第1レベルの連結部は形成されない位置の
上に形成される。エッチ・ストップ層54の開口部56
の上のフォトレジスト・マスク62の開口部64を僅か
に広く形成するのが好ましいかも知れない。この様にフ
ォトレジスト・マスク62の開口部64がより広ければ
金属間酸化物層58により広い開口部が形成されること
になるので、製造プロセスにおいて幾つかの利点を得る
ことができる。第1に、エッチ・ストップ層の開口部5
6に関して、従って第1レベルの連結部に関して、第2
レベルの配線のアライメントをとるのが容易になる。ま
た、金属間酸化物層58に生じる開口部がより広けれ
ば、金属蒸着プロセスで充填されるべき穴の縦横比が小
さくなり、従って第1レベルの連結部を形成するプロセ
スにおいて穴を満たすのが容易となる。
【0019】次に、酸化物に対して非常に選択度の高い
プロセスにより、即ち、酸化物を容易にエッチングする
けれどもエッチ・ストップ層54の材料(窒化珪素)をな
るべくエッチングしないエッチング・プロセスにより、
フォトレジスト・マスク62の開口部64、66を通し
て金属間酸化物層58がエッチングされる。適当な選択
度を有するエッチング・プロセスを、例えば、CHF
3、Ar又はN2と混合されたC4F8/CO又はCF
4を含むソースガスの混合物から得られるエッチング液
を用いて達成することができる。この様にして、第2レ
ベルの配線が形成されるべき開口部を金属間誘電体層5
8内に画定するために、エッチング・プロセスにより金
属間酸化物層58のフォトレジスト・マスクにより露出
されている部分が全て除去される。このエッチング・プ
ロセスは、フォトレジスト・マスク開口部66の、頑丈
なエッチ・ストップ層54の上に位置する部分の中の窒
化珪素エッチ・ストップ層54上で停止する。窒化珪素
エッチ・ストップ層54の開口部56の上に位置するフ
ォトレジスト・マスク開口部64の中では、エッチング
・プロセスは層間誘電体酸化物層52の中まで進行して
エッチ・ストップ・マスク開口部56と整列した開口部
68が形成され、エッチ・ストップ層54は部分的にこ
のプロセスのための硬質マスクとして作用する。層間誘
電体酸化物層52は後に装置の第1レベル連結部を設け
るために金属で満たされる。
【0020】第2レベルの配線と第1レベルの連結部と
を形成するのに使用されるエッチング・プロセスは、酸
化物に対して高い選択度を持っているけれども窒化珪素
エッチ・ストップ層54を実質的にはエッチングしな
い。高い選択度を持ってはいるけれども、金属間酸化物
層58に開口部を形成するのに使用されるエッチング・
プロセスは、窒化珪素エッチ・ストップ層54の露出し
ている表面をなお少しエッチングする。従って、露出し
ているエッチ・ストップ層54の表面がエッチングされ
て、エッチ・ストップ層の開口部の上に位置しないフォ
トレジスト・マスクの開口部66の中に僅かな窪み70
が生じる。エッチ・ストップ層54の開口部56の縁も
このプロセスで僅かにエッチングされて、エッチ・スト
ップ層の開口部にテーパ付きの縁72が生じる。エッチ
・ストップ層54の開口部にこの様なテーパ付きの縁7
2が生じると、金属間誘電体層52の中の開口部68を
満たす能力が向上するので、この様なテーパ付きの縁の
形成は好都合である。テーパ付きの縁72が存在するた
めに金属間誘電体層52の開口部68の上にオーバーハ
ングを形成する傾向が減退する。この様な事情があるの
で、金属間酸化物層58と層間酸化物層52とをエッチ
ングするのに使用されるプロセスがエッチ・ストップ層
54の開口部56の縁に沿ってテーパ72を生じさせな
いのであれば、金属間誘電体層58をエッチングした後
にエッチ・ストップ層54の開口部の縁に対して等方性
エッチング・プロセスを行ってエッチ・ストップ層の開
口部にテーパ付き側壁を形成するのが望ましいであろ
う。
【0021】図5の構造が完成した後、フォトレジスト
・マスク62が灰化により除去されて、図6に示されて
いるように、金属間誘電体層58と層間誘電体層52と
の開口部を満たすためにこの構造に対して金属層74を
設けることのできる状態となる。金属層74は、スパッ
タリングにより付けられたアルミニウム等の単一の金属
でもよく、また他の低コストの金属でもよい。しかし、
高密度集積回路装置が配線構造に課す要求は複雑であ
り、図5の構造の開口部を満たすのに多層配線構造を使
用するのが一般的である。例えば、開口部64、66の
中に露出している開口部の内面に薄い”にかわ”又は接
着剤の層を設けるのが望ましいであろう。このにかわ層
は、後の一定の種類のプラグ金属の付着を強化すること
ができる。また、このにかわ層は、主として連結構造の
金属と基板との間の相互拡散を防ぐ障壁として作用する
こともできる。適当なにかわ層は、チタン、タングステ
ン、チタン及びタングステンの固溶体、又は代わりの化
合物を含み、その多くは窒化チタン等の超硬合金も含
む。これらのにかわ層金属は、にかわ層として用いられ
る金属の性質に応じて、CVD又は物理的蒸着(a physi
cal vapor deposition)プロセスにより蒸着され得るも
のである。この薄いにかわ又は接着剤の層が誘電体層の
開口部の内面に形成された後、開口部の残りの部分は、
通常はにかわ層として使用される金属とは異なるプラグ
金属で満たされる。プラグ金属は、形成される装置及び
その装置を形成するために使用されるプロセスの制約条
件に応じて、例えば、タングステン、アルミニウム、ア
ルミニウムを含む合金、銅、銅を含む合金、及び他のい
ろいろな金属である。この技術分野で知られているよう
に、一般にスパッタリング等の物理的蒸着プロセスによ
ってこれらの金属を蒸着することができるけれども、或
る種の金属はCVDによって蒸着するのがもっと好まし
い。構造上に設けられる金属層74は、図6に示されて
いるように過充填されるのが好ましい。
【0022】好ましくは金属CMPプロセスで金属層7
4の余分の部分を除去することにより、2レベル連結構
造の画定が完了する。この研磨プロセスの最終結果は、
第2レベル配線76と金属間誘電体層58とを横断して
広がる平らな面を設けることである。この様にして、第
1レベルの連結構造78と第2レベルの配線76との両
方が、金属線間に誘電体材料を付けることを要すること
なく、単一の酸化物エッチング工程により、設けられ
る。また、2レベル連結構造を形成するための図1〜図
7のプロセスでフォトレジスト・マスクが形成される表
面がより平らであれば、写真製版工程をより高い精度で
行うことができる。最後に、この発明のプロセスは、当
然ながら図7に示されているように後の処理工程を容易
にする平らな面を設ける。後の処理は、普通は、図7に
示されている構造の表面上に更なるレベルの配線を付け
る処理を含んでいる。通常、にかわ金属の層が装置の表
面に蒸着され、追加の金属がブランケット蒸着され、次
に該金属層が第3レベルの配線を画定するためにパター
ン化される。
【0023】好ましい実施の形態を特別に参照してこの
発明を説明したけれども、これらの実施の形態は例とし
て取り上げられているに過ぎないことが理解されなけれ
ばならない。この発明の基本的教示内容から逸脱せず
に、これらの実施の形態から変形や修正を行えることを
当業者は容易に理解するであろう。従って、この発明の
範囲は、説明を行った好ましい実施の形態に限定される
べきではなくて、この発明の範囲は特許請求の範囲の欄
の請求項により決定されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の好ましい実施の形態である二重ダ
マスカスプロセスによる集積回路の製造方法を示す図で
ある。
【図2】 図1に続く製造方法を示す図である。
【図3】 図2に続く製造方法を示す図である。
【図4】 図3に続く製造方法を示す図である。
【図5】 図4に続く製造方法を示す図である。
【図6】 図5に続く製造方法を示す図である。
【図7】 図6に続く製造方法を示す図である。
【図8】 2レベル連結構造を形成するための従来の集
積回路の製造方法を示す図である。
【図9】 図8に続く製造方法を示す図である。
【図10】 図9に続く製造方法を示す図である。
【図11】 図10に続く製造方法を示す図である。
【図12】 図11に続く製造方法を示す図である。
【図13】 図12に続く製造方法を示す図である。
【図14】 図13に続く製造方法を示す図である。
【図15】 2レベル連結構造を形成するための二重ダ
マスカスプロセスによる従来の集積回路の製造方法を示
す図である。
【図16】 図15に続く製造方法を示す図である。
【図17】 図16に続く製造方法を示す図である。
【図18】 図17に続く製造方法を示す図である。
【図19】 図18に続く製造方法を示す図である。
【図20】 図19に続く製造方法を示す図である。
【図21】 図20に続く製造方法を示す図である。
【符号の説明】
50 基板、52 層間誘電体層、54 エッチ・スト
ップ層、56,64,66,68 開口部、58 金属
間誘電体層、62 フォトレジスト・マスク、72テー
パ付きの縁、74 金属層、76 第2レベル配線、7
8 第1レベル連結構造。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1レベルの導体構造と第2レベルの導
    体構造とを有する集積回路を製造する集積回路の製造方
    法において、 1つ以上の集積回路装置を包含する基板を設けるステッ
    プと、 上記基板上に層間誘電体層を設けるステップと、 上記層間誘電体層上にエッチ・ストップ層を設けるステ
    ップと、 上記エッチ・ストップ層をパターン化して、第1レベル
    の導体構造が形成されるべき位置に対応する開口部をパ
    ターン化されたエッチ・ストップ層に画定するステップ
    と、 このパターン化されたエッチ・ストップ層上に金属間誘
    電体層を設けるステップと、 第2レベルの導体構造が形成されるべき位置に対応する
    開口部を有する第2レベルのマスクを上記金属間誘電体
    層上に形成するステップと、 上記第2レベルのマスクの開口部を通してエッチングを
    行って上記金属間誘電体層に第2レベルの導体開口部を
    形成するとともに、上記パターン化されたエッチ・スト
    ップ層の開口部を通してエッチングを行って上記層間誘
    電体層に第1レベルの導体開口部を形成するステップ
    と、 上記第2レベル導体開口部及び第1レベル導体開口部の
    中に金属を設けるステップと、 を備えたことを特徴とする集積回路の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記金属間誘電体層の上から金属を除去
    し、上記第2レベル導体開口部と第1レベル導体開口部
    との中に金属を残すステップをさらに備えたことを特徴
    とする請求項1に記載の集積回路の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記金属を除去するステップは、上記金
    属間誘電体層の周囲部分と同一の平面内に存在する上面
    を有する金属プラグを上記第2レベル導体開口部中に残
    すことを特徴とする請求項2に記載の集積回路の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 上記金属を除去するステップは、上記金
    属プラグおよび上記金属間誘電体層の上に平らにされた
    表面を残すことを特徴とする請求項3に記載の集積回路
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記金属を除去するステップは、化学機
    械研磨又はエッチングを含むことを特徴とする請求項4
    に記載の集積回路の製造方法。
  6. 【請求項6】 上記金属を除去するステップは、化学機
    械研磨により達成されることを特徴とする請求項4に記
    載の集積回路の製造方法。
  7. 【請求項7】 上記層間誘電体および金属間誘電体は酸
    化珪素から成ることを特徴とする請求項1に記載の集積
    回路の製造方法。
  8. 【請求項8】 上記エッチ・ストップ層は窒化珪素から
    成ることを特徴とする請求項7に記載の集積回路の製造
    方法。
  9. 【請求項9】 上記第2レベルのマスクの開口部は、上
    記パターン化されたエッチ・ストップ層の開口部より直
    径が大きいことを特徴とする請求項1に記載の集積回路
    の製造方法。
  10. 【請求項10】 上記パターン化されたエッチ・ストッ
    プ層は、上記層間誘電体をエッチングするための硬質マ
    スクとして作用することを特徴とする請求項1に記載の
    集積回路の製造方法。
  11. 【請求項11】 上記パターン化されたエッチ・ストッ
    プ層の開口部には、このパターン化されたエッチ・スト
    ップ層の開口部の上側部分の直径が下側部分の直径より
    大きくなるようにテーパが付いていることを特徴とする
    請求項1に記載の集積回路の製造方法。
  12. 【請求項12】 上記層間誘電体と金属間誘電体とは酸
    化珪素から成り、上記エッチ・ストップ層は窒化珪素か
    ら成り、上記エッチ・ストップ層は上記層間誘電体層と
    金属間誘電体層との両方に接していることを特徴とする
    請求項1に記載の集積回路の製造方法。
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