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JP2004064053A - Dualdamascene structure - Google Patents

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Publication number
JP2004064053A
JP2004064053A JP2003142465A JP2003142465A JP2004064053A JP 2004064053 A JP2004064053 A JP 2004064053A JP 2003142465 A JP2003142465 A JP 2003142465A JP 2003142465 A JP2003142465 A JP 2003142465A JP 2004064053 A JP2004064053 A JP 2004064053A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
dielectric layer
trench
forming
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003142465A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Chia-Chi Chung
鍾 嘉 麒
Seisei Hei
薛 正 誠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Macronix International Co Ltd
Original Assignee
Macronix International Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Macronix International Co Ltd filed Critical Macronix International Co Ltd
Publication of JP2004064053A publication Critical patent/JP2004064053A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a dualdamascene structure without failure in positioning. <P>SOLUTION: A semiconductor chip 20 comprises a substrate, a conductive layer 22, a protective layer 24, a dielectric layer 26, and a trench carved in the dielectric layer. A photo-resist layer 32 is deposited on the surface of the dielectric layer to fill in the trench. A limited aperture 32a is carved through the photo-resist layer approximately on the trench to expose the dielectric layer. A capping layer 34, which reduces the caliber of the aperture to a size within the trench, is deposited on the photo-resist layer. With a mask of the capping layer, the dielectric layer 26 and the protective layer 24 are etched to remove them until the conductive layer is exposed and then a contact hole is formed. The contact hole is filled with metal material to form the dualdamascene structure. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デュアルダマシーン構造の製造方法に関し、特に位置合せ不良(misalign)を避けるデュアルダマシーン構造の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
デュアルダマシーン工程は、同時に誘電層の中に、金属導線と金属プラグが上下になる堆積構造を形成する方法である。デュアルダマシーン構造は、主に上のトレンチと下のコンタクトホール(via)を含み、半導体チップの中にある各層間の異なるデバイスと導線を接続することとして使われ、更に周りの中間層誘電材料で他のデバイスと互いに隔たる。集積回路における精密化と複雑化の発展に従って、デュアルダマシーン構造の歩留まりをどう維持するかは、半導体工程の中に一つ重要な課題である。
【0003】
図1から図3までを参照するに、図1から図3までは、従来技術による半導体チップの上でデュアルダマシーン構造の製造方法を表す説明図である。図1に示すように、半導体チップ10は、基板11と、基板11の中に形成される導電層12と、基板11及び導電層12の表面に順に堆積される保護層13、第一誘電層14、蝕刻中止層15、第二誘電層16及び第一フォトレジスト層17を含む。更に第一フォトリソグラフィ工程を行い、第一フォトレジスト層17の中に複数の第一開口17aを形成する。
【0004】
続いて、図2に示すように、第一蝕刻工程を行い、第一フォトレジスト層17に被さっていない第二誘電層16を除くことによって、第二誘電層16の中に複数のトレンチを形成する。そして、第二誘電層16の上に第二フォトレジスト層18を塗布し、更に前記複数のトレンチを埋め込み、続いて、第二フォトリソグラフィ工程を行い、第二フォトレジスト層18の中に複数の第二開口18aを形成する。理想的な状況の下で、第二開口18aが完全に第二誘電層16のトレンチの中にある。しかし、第二開口18aを定義する時に、工程技術の制限或いは他の原因で位置合せ不良を生じ、部分の第二開口18aが第二誘電層16のトレンチの外に形成されてしまう。
【0005】
図3に開示するように、第二開口18aに沿い、順に蝕刻中止層15、第一誘電層14及び保護層13を除去し、更に第二フォトレジスト層18を除去し、デュアルダマシーン構造を形成し、最後に完成したデュアルダマシーン構造の中に金属を埋め込み、化学機械研磨工程による平坦化プロセスを行うことによって、金属導線19と金属プラグ19aの製作を完成する。
【0006】
前に述べたように、第二フォトレジスト層18の中に第二開口18aを形成する時に、工程の原因で(例えば、フォトマスク欠陥或いは、フォトレジスト厚みの不均等)位置合せ不良を生じ、部分の第二開口18aが第二誘電層16の中にあるトレンチの外に形成されてしまう。この状態は、金属プラグ19と導電層12との接触面積を縮小させ、更に金属プラグ19の抵抗を上げる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、位置合せ不良を避けるデュアルダマシーン構造の製造方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者は従来の技術に見られる欠点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、半導体チップは、基板と、前記基板の表面に設けられる導電層と、前記基板と前記導電層の上に被さる保護層と、前記保護層の上に設けられる誘電層と、前記誘電層の表面層の中に形成されるトレンチとを含み、前記誘電層の表面に、前記トレンチを埋めるフォトレジスト層を形成し、前記フォトレジスト層の中における大体前記トレンチの開口に対応される位置に、前記誘電層を露出する限定開口を形成し、前記フォトレジスト層の表面に、前記限定開口の口径を前記トレンチの口径範囲内に縮小させるキャップ層を形成し、前記キャップ層をマスクとして前記導電層を露出するまでに前記誘電層と前記保護層を蝕刻し、前記キャップ層と前記フォトレジスト層を除去し、デュアルダマシーン構造のコンタクトホールを形成し、前記デュアルダマシーン構造のコンタクトホールの中に金属材料を埋め込み、デュアルダマシーン構造を形成する方法によって課題を解決できる点に着眼し、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。
【0009】
以下、この発明について具体的に説明する。
【0010】
請求項1に記載する半導体チップの表面にデュアルダマシーン構造を造る方法であって、前記半導体チップは、基板と、前記基板の表面に設けられる導電層と、前記基板と前記導電層の上に被さる保護層と、前記保護層の上に設けられる誘電層と、前記誘電層の表面層の中に形成されるトレンチとを含み、前記誘電層の表面に、前記トレンチを埋めるフォトレジスト層を形成し、前記フォトレジスト層の中における大体前記トレンチの開口に対応される位置に、前記誘電層を露出する限定開口を形成し、前記フォトレジスト層の表面に、前記限定開口の口径を前記トレンチの口径範囲内に縮小させるキャップ層を形成し、前記キャップ層をマスクとして前記導電層を露出するまでに前記誘電層と前記保護層を蝕刻し、前記キャップ層と前記フォトレジスト層を除去し、デュアルダマシーン構造のコンタクトホールを形成し、前記デュアルダマシーン構造のコンタクトホールの中に金属材料を埋め込み、デュアルダマシーン構造を形成する。
【0011】
請求項2に記載する方法は、請求項1におけるトレンチを形成する方法であって、前記誘電層の表面にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィ工程を行い、前記フォトレジストの中に、前記トレンチの位置を定義する開口を形成し、蝕刻工程を行い、前記開口を介して、前記誘電層の中にある予定深さを除去し、前記誘電層の中に前記トレンチを形成し、前記フォトレジスト層を除去する。
【0012】
請求項3に記載する方法は、請求項1における保護層が窒化珪素から構成される。
【0013】
請求項4に記載する方法は、請求項1における誘電層が酸化珪素から構成される。
【0014】
請求項5に記載する方法は、請求項1における誘電層がフッ化珪酸塩ガラスから構成される。
【0015】
請求項6に記載する方法は、請求項1における誘電層は、誘電係数が3より低い誘電材料から構成される。
【0016】
請求項7に記載する方法は、請求項1におけるキャップ層が低温化学気相成長工程によって形成され、前記低温化学気相成長工程が高密度プラズマ蝕刻装置の中で行われ、その工程パラメータは、(1)気体における炭素とフッ素の比率(C/F)が0.25より大きい或いは等しい、(2)工程温度が100°Cより低い、(3)圧力範囲が1〜100(m torr)であり、(4)ソースパワー範囲が500〜2000ワットであり、(5)バイアスパワー範囲が0〜1200ワットである。
【0017】
請求項8に記載する方法は、請求項7における低温化学気相成長工程で選ばれる気体は、C、CF、C、C及びCを含む。
【0018】
請求項9に記載する方法は、請求項8における低温化学気相成長工程で選ばれる気体は、更に一酸化炭素とアルゴンを含む。
【0019】
請求項10に記載する方法は、半導体チップの表面にデュアルダマシーン構造を造る方法であって、表面に順番に導電層、保護層、誘電層が設けてある基板を提供し、前記誘電層の表面に第一フォトレジスト層を形成し、第一フォトリソグラフィ工程を行い、前記第一フォトレジスト層の中にトレンチの位置を定義する第一開口を形成し、第一蝕刻工程を行い、前記第一開口を介して、前記誘電層の中にある予定深さを除去し、前記誘電層の中に前記トレンチを形成し、その後に、前記第一フォトレジスト層を除去し、前記誘電層の表面に第二フォトレジスト層を塗布し、更に前記トレンチを埋め、第二フォトリソグラフィ工程を行い、前記第二フォトレジスト層の中における大体前記トレンチの開口に対応される位置に、前記誘電層を露出する第二開口を形成し、低温化学気相成長工程を行い、前記第二フォトレジスト層と前記第二開口の内壁の上にキャップ層を堆積し、前記キャップ層が前記トレンチの口径範囲内に前記第二開口の口径を縮小させ、第二蝕刻工程を行い、前記第二開口を介して、前記導電層の表面を露出するまでに順に前記誘電層と前記保護層を蝕刻し、前記キャップ層と前記第二フォトレジスト層を除去し、デュアルダマシーン構造のコンタクトホールを形成し、前記デュアルダマシーン構造のコンタクトホールの中に金属層を埋め込み、デュアルダマシーン構造を形成する。
【0020】
請求項11に記載する方法は、請求項10における保護層が窒化珪素から構成される。
【0021】
請求項12に記載する方法は、請求項10における誘電層が酸化珪素から構成される。
【0022】
請求項13に記載する方法は、請求項10における誘電層がフッ化珪酸塩ガラスから構成される。
【0023】
請求項14に記載する方法は、請求項10における記誘電層は、誘電係数が3より低い誘電材料から構成される。
【0024】
請求項15に記載する方法は、請求項10における低温化学気相成長工程が高密度プラズマ蝕刻装置の中で行われ、その工程パラメータは、(1)気体における炭素とフッ素の比率が0.25より大きい或いは等しい、(2)工程温度が100°Cより低い、(3)圧力範囲が1〜100(m torr)であり、(4)ソースパワー範囲が500〜2000ワットであり、(5)バイアスパワー範囲が0〜1200ワットである。
【0025】
請求項16に記載する方法は、請求項15における低温化学気相成長工程で選ばれる気体は、C、CF、C、C及びCを含む。
【0026】
請求項17に記載する方法は、請求項16における低温化学気相成長工程で選ばれる気体は、更に一酸化炭素とアルゴンを含む。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明は、デュアルダマシーン構造の製造方法に関し、特に不良位置合せを避けるデュアルダマシーン構造の製造方法に関し、半導体チップは、基板と、前記基板の表面に設けられる導電層と、前記基板と前記導電層の上に被さる保護層と、前記保護層の上に設けられる誘電層と、前記誘電層の表面層の中に形成されるトレンチとを含み、前記誘電層の表面に、前記トレンチを埋めるフォトレジスト層を形成し、前記フォトレジスト層の中における大体前記トレンチの開口に対応される位置に、前記誘電層を露出する限定開口を形成し、前記フォトレジスト層の表面に、前記限定開口の口径を前記トレンチの口径範囲内に縮小させるキャップ層を形成し、前記キャップ層をマスクとして前記導電層を露出するまでに前記誘電層と前記保護層を蝕刻し、前記キャップ層と前記フォトレジスト層を除去し、デュアルダマシーン構造のコンタクトホールを形成し、前記デュアルダマシーン構造のコンタクトホールの中に金属材料を埋め込むことによって、デュアルダマシーン構造を形成する。
【0028】
かかるデュアルダマシーン構造の製造方法を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図示を参照して以下に説明する。
【0029】
【実施例】
図4から図9までを参照するに、図4から図9までは、本発明による半導体チップの上でデュアルダマシーン構造の製造方法を表す説明図である。図4に示すように、半導体チップ20は、導電層基板22と、導電層基板22の上に形成される保護層24と、保護層24の上に形成される誘電層26とを含む。まず、誘電層26の表面にフォトレジスト層28を塗布し、更に露光、現像及び洗浄などの手順を含むフォトリソグラフィ工程を介して、フォトレジスト層28の中に開口28aを形成し、デュアルダマシーン構造にあるトレンチを定義する。本発明による好ましい実施例の中で、導電層基板22が銅で構成され、誘電層26が酸化珪素、フッ化珪酸塩ガラス(FSG)、或いは誘電係数が3より低い誘電材料(例えばSiLKTM)から構成され、保護層24が窒化珪素から構成される。
【0030】
図5に示すように、続いて、蝕刻マスクとされるフォトレジスト層28によって、蝕刻工程を行い、フォトレジスト層28の中にある開口28aに沿い、誘電層26を蝕刻し、誘電層26の中にトレンチ30を形成し、その後にフォトレジスト層28を除去する。次に、図6に示すように、誘電層26の表面にフォトレジスト層32を塗布し、更にフォトレジスト層32がトレンチ30を埋め込み、そして、露光、現像及び洗浄などの手順を含むフォトリソグラフィ工程を介して、フォトレジスト層32の中に開口32aを形成し、開口32aがデュアルダマシーン構造のコンタクトホールの位置を定義することとして使われ、この時の開口32aの口径が工程において必要される大きさよりやや大きい。
【0031】
次に、図7に示すように、低温化学気相成長工程を行い、キャップ層34は、フォトレジスト層32と開口32aの内壁に堆積され、開口32aの開口口径を工程において必要される大きさまでに縮小させることとして使われる。本発明による好ましい実施例の中に、キャップ層34が炭素とフッ素を含む高分子薄膜である。
【0032】
次に、図8に示すように、蝕刻マスクとされるキャップ層34によって、蝕刻工程を行い、開口32aを沿い、順に誘電層26及び保護層24を除去し、そして、コンタクトホール36が誘電層26及び保護層24の中に形成される。次に、キャップ層34とフォトレジスト層32を除去し、ついにデュアルダマシーン構造を完成する。最後に、図9に示すように、デュアルダマシーン構造の中に金属層38を埋め込み、更に化学機械研磨工程による全面的な平坦化プロセスを行うことによって、誘電層26の表面にある金属層38を完全に除去し、デュアルダマシーン構造の中にある金属層38の上端が誘電層26の表面と大体同様の高さである。
【0033】
前に述べた低温化学気相成長工程は、DiRECT(Dielectric Resolution Enhancement Coating Technique) 低温化学気相成長による方法である。この低温化学気相成長工程は、高密度プラズマ蝕刻装置の中で行われ、その工程パラメータが 気体における炭素とフッ素の比率(C/F)が0.25より大きい或いは等しい、工程温度が100°Cより低い、圧力範囲が1〜100(m torr)であり、ソースパワー範囲が500〜2000ワットであり、バイアスパワー範囲が0〜1200ワットである。この低温化学気相成長工程で選ばれる気体は、C、CF、C、C及びCを含み、更に一酸化炭素とアルゴンを含む。
【0034】
【発明の効果】
従来技術と比べて、本発明は、フォトリソグラフィ工程によって工程で必要される開口口径よりやや大きい開口32aを形成し、デュアルダマシーン構造の中にあるコンタクトホールの位置を定義し、更に低温化学気相成長工程によって、キャップ層34をフォトレジスト層32と開口32aの内壁に堆積し、開口32aの開口口径を工程において必要される大きさまでに縮小させる。即ち、キャップ層34によって開口32aの位置を微調整し、開口32aが完全に誘電層26のトレンチ30の中に入ることができ、コンタクトホールを定義する時に、位置合せ不良が発生することを避け、又はフォトリソグラフィ工程での位置合せのマージンを増やす。他に、フォトリソグラフィ工程では、比較的に大きい露光量でコンタクトホールを定義することによって、生じる浮き滓を減少し、更に位置合せ不良が発生しない。その他、低温化学気相成長工程の温度が100°Cより低いので、定義されたフォトレジスト層32の上に薄膜を堆積することができ、半導体チップの上でもっと小さいパターンを作らせ、同時にフォトレジストを破壊することをしない。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術による半導体チップの上でデュアルダマシーン構造の製造方法を表す説明図である。
【図2】従来技術による半導体チップの上でデュアルダマシーン構造の製造方法を表す説明図である。
【図3】従来技術による半導体チップの上でデュアルダマシーン構造の製造方法を表す説明図である。
【図4】本発明による半導体チップの上でデュアルダマシーン構造の製造方法を表す説明図である。
【図5】本発明による半導体チップの上でデュアルダマシーン構造の製造方法を表す説明図である。
【図6】本発明による半導体チップの上でデュアルダマシーン構造の製造方法を表す説明図である。
【図7】本発明による半導体チップの上でデュアルダマシーン構造の製造方法を表す説明図である。
【図8】本発明による半導体チップの上でデュアルダマシーン構造の製造方法を表す説明図である。
【図9】本発明による半導体チップの上でデュアルダマシーン構造の製造方法を表す説明図である。
【符号の説明】
10   半導体チップ
11   基板
12   導電層
13   保護層
14   第一誘電層
15   蝕刻中止層
16   第二誘電層
17   第一フォトレジスト層
17a  第一開口
18   第二フォトレジスト層
18a  第二開口
19   金属導線
19a  金属プラグ
20   半導体チップ
22   導電層基板
24   保護層
26   誘電層
28   フォトレジスト層
28a  開口
30   トレンチ
32   フォトレジスト層
32a 開口
34   キャップ層
36   コンタクトホール
38   金属層
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a dual damascene structure, and more particularly to a method of manufacturing a dual damascene structure that avoids misalignment.
[0002]
[Prior art]
The dual damascene process is a method of simultaneously forming a stacked structure in which a metal conductor and a metal plug are vertically arranged in a dielectric layer. The dual damascene structure mainly includes an upper trench and a lower contact hole (via), and is used as a connection between a different device between each layer and a conductor in a semiconductor chip, and furthermore, a surrounding intermediate layer dielectric material. To separate from other devices. As the precision and complexity of integrated circuits develop, how to maintain the yield of the dual damascene structure is an important issue in semiconductor processing.
[0003]
Referring to FIGS. 1 to 3, FIGS. 1 to 3 are explanatory views showing a method of manufacturing a dual damascene structure on a semiconductor chip according to the related art. As shown in FIG. 1, a semiconductor chip 10 includes a substrate 11, a conductive layer 12 formed in the substrate 11, a protective layer 13 sequentially deposited on the surfaces of the substrate 11 and the conductive layer 12, and a first dielectric layer. 14, an etch stop layer 15, a second dielectric layer 16, and a first photoresist layer 17. Further, a first photolithography step is performed to form a plurality of first openings 17 a in the first photoresist layer 17.
[0004]
Subsequently, as shown in FIG. 2, a first etching process is performed to form a plurality of trenches in the second dielectric layer 16 by removing the second dielectric layer 16 not covering the first photoresist layer 17. I do. Then, a second photoresist layer 18 is applied on the second dielectric layer 16, and the plurality of trenches are buried. Subsequently, a second photolithography process is performed, and a plurality of second photoresist layers 18 are formed in the second photoresist layer 18. The second opening 18a is formed. Under ideal circumstances, the second opening 18a is completely within the trench of the second dielectric layer 16. However, when defining the second opening 18a, misalignment may occur due to process technology limitations or other causes, and the second opening 18a may be partially formed outside the trench of the second dielectric layer 16.
[0005]
As shown in FIG. 3, along the second opening 18a, the etch stop layer 15, the first dielectric layer 14, and the protective layer 13 are removed in this order, and the second photoresist layer 18 is further removed to form a dual damascene structure. A metal is buried in the formed dual damascene structure, and a flattening process is performed by a chemical mechanical polishing process, thereby completing the manufacture of the metal conductor 19 and the metal plug 19a.
[0006]
As described above, when forming the second opening 18a in the second photoresist layer 18, misalignment occurs due to a process (for example, a photomask defect or an uneven photoresist thickness). A portion of the second opening 18a is formed outside the trench in the second dielectric layer 16. This condition reduces the contact area between the metal plug 19 and the conductive layer 12, and further increases the resistance of the metal plug 19.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a dual damascene structure that avoids misalignment.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present inventor has conducted extensive studies in view of the drawbacks found in the prior art, and as a result, the semiconductor chip is covered on the substrate, the conductive layer provided on the surface of the substrate, and the substrate and the conductive layer. A protective layer, a dielectric layer provided on the protective layer, and a trench formed in a surface layer of the dielectric layer, a photoresist layer filling the trench is formed on a surface of the dielectric layer. Forming a limited opening for exposing the dielectric layer at a position in the photoresist layer substantially corresponding to the opening of the trench, and forming a diameter of the limited opening on the surface of the photoresist layer by a diameter of the trench; Forming a cap layer to reduce the size within the range, etching the dielectric layer and the protective layer until the conductive layer is exposed using the cap layer as a mask, the cap layer and the photoresist layer The present inventors have found that the problem can be solved by a method of forming a dual damascene structure by removing a contact hole having a dual damascene structure, filling a metal material in the contact hole having the dual damascene structure, and forming a dual damascene structure. Based on the above, the present invention has been completed.
[0009]
Hereinafter, the present invention will be described specifically.
[0010]
2. A method for forming a dual damascene structure on a surface of a semiconductor chip according to claim 1, wherein the semiconductor chip includes a substrate, a conductive layer provided on a surface of the substrate, and a conductive layer provided on the substrate and the conductive layer. Forming a photoresist layer on the surface of the dielectric layer, the photoresist layer including a protective layer to cover, a dielectric layer provided on the protective layer, and a trench formed in a surface layer of the dielectric layer. A limited opening that exposes the dielectric layer is formed at a position in the photoresist layer that roughly corresponds to the opening of the trench, and the aperture of the limited opening is formed on the surface of the photoresist layer. Forming a cap layer for reducing the diameter of the cap layer within the range of the diameter, etching the dielectric layer and the protective layer until the conductive layer is exposed using the cap layer as a mask, Removing the Torejisuto layer, a contact hole is formed in a dual damascene structure, embedding a metallic material into the contact hole of the dual damascene structure, forming a dual damascene structure.
[0011]
3. The method according to claim 2, wherein the trench is formed in the photoresist by forming a photoresist layer on a surface of the dielectric layer and performing a photolithography process. Forming an opening defining the location of the substrate, performing an etching process, removing a predetermined depth in the dielectric layer through the opening, forming the trench in the dielectric layer; Remove the layer.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, the protective layer in the first aspect is made of silicon nitride.
[0013]
According to a fourth aspect, in the first aspect, the dielectric layer comprises silicon oxide.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the dielectric layer is made of fluorosilicate glass.
[0015]
According to a sixth aspect, in the first aspect, the dielectric layer is made of a dielectric material having a dielectric coefficient lower than 3.
[0016]
The method according to claim 7, wherein the cap layer according to claim 1 is formed by a low-temperature chemical vapor deposition process, and the low-temperature chemical vapor deposition process is performed in a high-density plasma etching apparatus, and the process parameters are: (1) The ratio of carbon to fluorine in the gas (C / F) is greater than or equal to 0.25, (2) the process temperature is lower than 100 ° C., (3) the pressure range is 1 to 100 (m torr). Yes, (4) the source power range is 500-2000 watts, and (5) the bias power range is 0-1200 watts.
[0017]
The method according to claim 8, the gas chosen at a low temperature chemical vapor deposition process in claim 7, the C 4 F 8, CF 2 H 2, C 3 F 8, C 4 F 6 and C 5 F 8 Including.
[0018]
In the method according to the ninth aspect, the gas selected in the low temperature chemical vapor deposition step according to the eighth aspect further includes carbon monoxide and argon.
[0019]
The method according to claim 10, wherein a dual damascene structure is formed on a surface of a semiconductor chip, wherein a substrate provided with a conductive layer, a protective layer, and a dielectric layer in order on the surface is provided. Forming a first photoresist layer on the surface, performing a first photolithography step, forming a first opening defining a position of a trench in the first photoresist layer, performing a first etching step, Removing, through an opening, a predetermined depth in the dielectric layer, forming the trench in the dielectric layer, and thereafter removing the first photoresist layer; Applying a second photoresist layer, further filling the trench, performing a second photolithography step, exposing the dielectric layer at a position in the second photoresist layer generally corresponding to the opening of the trench Forming a second opening, performing a low-temperature chemical vapor deposition process, depositing a cap layer on the inner wall of the second photoresist layer and the second opening, the cap layer is within the diameter range of the trench The diameter of the second opening is reduced, a second etching step is performed, and the dielectric layer and the protective layer are sequentially etched through the second opening until the surface of the conductive layer is exposed, and the cap layer And removing the second photoresist layer, forming a contact hole having a dual damascene structure, and burying a metal layer in the contact hole having the dual damascene structure to form a dual damascene structure.
[0020]
According to a eleventh aspect of the present invention, the protective layer in the tenth aspect is made of silicon nitride.
[0021]
In a twelfth aspect, the dielectric layer in the tenth aspect is made of silicon oxide.
[0022]
A method according to claim 13 wherein the dielectric layer according to claim 10 comprises fluorosilicate glass.
[0023]
According to a fourteenth aspect, in the tenth aspect, the dielectric layer is made of a dielectric material having a dielectric constant lower than 3.
[0024]
In the method according to claim 15, the low temperature chemical vapor deposition step in claim 10 is performed in a high-density plasma etching apparatus, and the process parameters are (1) the ratio of carbon to fluorine in the gas is 0.25. Greater or equal, (2) process temperature below 100 ° C., (3) pressure range from 1 to 100 (m torr), (4) source power range from 500 to 2000 watts, (5) The bias power range is 0-1200 watts.
[0025]
In the method according to a sixteenth aspect, the gas selected in the low-temperature chemical vapor deposition step in the fifteenth aspect is C 4 F 8 , CF 2 H 2 , C 3 F 8 , C 4 F 6, and C 5 F 8 . Including.
[0026]
In the method described in claim 17, the gas selected in the low-temperature chemical vapor deposition step in claim 16 further includes carbon monoxide and argon.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a dual damascene structure, and more particularly to a method for manufacturing a dual damascene structure that avoids misalignment, wherein a semiconductor chip includes a substrate, a conductive layer provided on a surface of the substrate, Including a protective layer overlying a conductive layer, a dielectric layer provided on the protective layer, and a trench formed in a surface layer of the dielectric layer, filling the trench on the surface of the dielectric layer Forming a photoresist layer, forming a limited opening exposing the dielectric layer at a position in the photoresist layer substantially corresponding to the opening of the trench, and forming the limited opening on the surface of the photoresist layer; Forming a cap layer for reducing the diameter to within the diameter range of the trench, and using the cap layer as a mask, exposing the conductive layer to expose the dielectric layer and the protective layer. Forming a dual damascene structure by removing the cap layer and the photoresist layer, forming a contact hole having a dual damascene structure, and embedding a metal material in the contact hole having the dual damascene structure. I do.
[0028]
In order to describe the manufacturing method of such a dual damascene structure in detail, a specific embodiment will be described below with reference to the drawings.
[0029]
【Example】
Referring to FIGS. 4 to 9, FIGS. 4 to 9 are explanatory views showing a method of manufacturing a dual damascene structure on a semiconductor chip according to the present invention. As shown in FIG. 4, the semiconductor chip 20 includes a conductive layer substrate 22, a protective layer 24 formed on the conductive layer substrate 22, and a dielectric layer 26 formed on the protective layer 24. First, a photoresist layer 28 is applied to the surface of the dielectric layer 26, and an opening 28a is formed in the photoresist layer 28 through a photolithography process including procedures such as exposure, development, and cleaning. Define a trench in the structure. In a preferred embodiment according to the present invention, the conductive layer substrate 22 is made of copper and the dielectric layer 26 is made of silicon oxide, fluorosilicate glass (FSG), or a dielectric material having a dielectric constant lower than 3 (for example, SiLK ). And the protective layer 24 is made of silicon nitride.
[0030]
As shown in FIG. 5, subsequently, an etching process is performed by using a photoresist layer 28 serving as an etching mask, and the dielectric layer 26 is etched along the opening 28a in the photoresist layer 28. A trench 30 is formed therein, after which the photoresist layer 28 is removed. Next, as shown in FIG. 6, a photoresist layer 32 is applied to the surface of the dielectric layer 26, the photoresist layer 32 fills the trench 30, and a photolithography process including procedures such as exposure, development, and cleaning is performed. , An opening 32a is formed in the photoresist layer 32, and the opening 32a is used to define the position of the contact hole of the dual damascene structure, and the diameter of the opening 32a at this time is required in the process. Slightly larger than size.
[0031]
Next, as shown in FIG. 7, a low-temperature chemical vapor deposition process is performed, and a cap layer 34 is deposited on the photoresist layer 32 and the inner wall of the opening 32a, and the opening diameter of the opening 32a is reduced to a size required in the process. Used to reduce to. In a preferred embodiment according to the present invention, the cap layer 34 is a polymer thin film containing carbon and fluorine.
[0032]
Next, as shown in FIG. 8, an etching process is performed using a cap layer 34 serving as an etching mask, the dielectric layer 26 and the protective layer 24 are removed along the opening 32a, and the contact hole 36 is removed. 26 and the protective layer 24. Next, the cap layer 34 and the photoresist layer 32 are removed, and finally a dual damascene structure is completed. Finally, as shown in FIG. 9, a metal layer 38 is embedded in the dual damascene structure, and is further subjected to a full planarization process by a chemical mechanical polishing process. Is completely removed, and the upper end of the metal layer 38 in the dual damascene structure is almost as high as the surface of the dielectric layer 26.
[0033]
The low-temperature chemical vapor deposition process described above is a method based on DiRECT (Dielectric Resolution Enhancement Coating Technology) low-temperature chemical vapor deposition. This low-temperature chemical vapor deposition process is performed in a high-density plasma etching apparatus. The process parameters are such that the ratio of carbon to fluorine in gas (C / F) is greater than or equal to 0.25, and the process temperature is 100 °. C, the pressure range is 1-100 (m torr), the source power range is 500-2000 watts, and the bias power range is 0-1200 watts. Gas chosen in this low-temperature chemical vapor deposition process includes C 4 F 8, CF 2 H 2, C 3 F 8, C 4 F 6 and C 5 F 8, further comprising carbon monoxide and argon.
[0034]
【The invention's effect】
Compared to the prior art, the present invention forms an opening 32a slightly larger than the opening diameter required in the process by a photolithography process, defines the position of the contact hole in the dual damascene structure, and furthermore, By the phase growth process, the cap layer 34 is deposited on the photoresist layer 32 and the inner wall of the opening 32a, and the diameter of the opening 32a is reduced to a size required in the process. That is, the position of the opening 32a is finely adjusted by the cap layer 34 so that the opening 32a can completely enter the trench 30 of the dielectric layer 26, and the occurrence of misalignment when the contact hole is defined is avoided. Alternatively, the alignment margin in the photolithography process is increased. In addition, in the photolithography process, by defining a contact hole with a relatively large exposure amount, generated scum is reduced, and no misalignment occurs. In addition, since the temperature of the low temperature chemical vapor deposition process is lower than 100 ° C., a thin film can be deposited on the defined photoresist layer 32, and a smaller pattern can be formed on the semiconductor chip, and at the same time, the photolithography can be performed. Do not destroy resist.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a method of manufacturing a dual damascene structure on a semiconductor chip according to a conventional technique.
FIG. 2 is an explanatory view showing a method of manufacturing a dual damascene structure on a semiconductor chip according to a conventional technique.
FIG. 3 is an explanatory view showing a method of manufacturing a dual damascene structure on a semiconductor chip according to a conventional technique.
FIG. 4 is an explanatory view illustrating a method of manufacturing a dual damascene structure on a semiconductor chip according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing a method of manufacturing a dual damascene structure on a semiconductor chip according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view showing a method of manufacturing a dual damascene structure on a semiconductor chip according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view illustrating a method of manufacturing a dual damascene structure on a semiconductor chip according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory view illustrating a method of manufacturing a dual damascene structure on a semiconductor chip according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory view showing a method of manufacturing a dual damascene structure on a semiconductor chip according to the present invention.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 10 semiconductor chip 11 substrate 12 conductive layer 13 protective layer 14 first dielectric layer 15 etching stop layer 16 second dielectric layer 17 first photoresist layer 17a first opening 18 second photoresist layer 18a second opening 19 metal conductor 19a metal Plug 20 Semiconductor chip 22 Conductive layer substrate 24 Protective layer 26 Dielectric layer 28 Photoresist layer 28a Opening 30 Trench 32 Photoresist layer 32a Opening 34 Cap layer 36 Contact hole 38 Metal layer

Claims (17)

半導体チップの表面にデュアルダマシーン構造を造る方法において、
前記半導体チップは、基板と、前記基板の表面に設けられる導電層と、前記基板と前記導電層の上に被さる保護層と、前記保護層の上に設けられる誘電層と、前記誘電層の表面層の中に形成されるトレンチとを含み、
前記誘電層の表面に、前記トレンチを埋めるフォトレジスト層を形成し、
前記フォトレジスト層の中における大体前記トレンチの開口に対応される位置に、前記誘電層を露出する限定開口を形成し、
前記フォトレジスト層の表面に、前記限定開口の口径を前記トレンチの口径範囲内に縮小させるキャップ層を形成し、
前記キャップ層をマスクとして前記導電層を露出するまでに前記誘電層と前記保護層を蝕刻し、
前記キャップ層と前記フォトレジスト層を除去し、デュアルダマシーン構造のコンタクトホールを形成し、
前記デュアルダマシーン構造のコンタクトホールの中に金属材料を埋め込み、デュアルダマシーン構造を形成することを特徴とする方法。
In a method of forming a dual damascene structure on a surface of a semiconductor chip,
The semiconductor chip includes a substrate, a conductive layer provided on a surface of the substrate, a protective layer covering the substrate and the conductive layer, a dielectric layer provided on the protective layer, and a surface of the dielectric layer. A trench formed in the layer;
Forming a photoresist layer filling the trench on the surface of the dielectric layer;
Forming a limited opening exposing the dielectric layer at a position substantially corresponding to the opening of the trench in the photoresist layer;
Forming a cap layer on the surface of the photoresist layer to reduce the diameter of the limited opening within the diameter range of the trench,
Etching the dielectric layer and the protective layer until the conductive layer is exposed using the cap layer as a mask,
Removing the cap layer and the photoresist layer to form a contact hole having a dual damascene structure,
A method comprising burying a metal material in a contact hole of the dual damascene structure to form a dual damascene structure.
前記トレンチを形成する方法において、
前記誘電層の表面にフォトレジスト層を形成し、
フォトリソグラフィ工程を行い、前記フォトレジストの中に、前記トレンチの位置を定義する開口を形成し、
蝕刻工程を行い、前記開口を介して、前記誘電層の中にある予定深さを除去し、前記誘電層の中に前記トレンチを形成し、
前記フォトレジスト層を除去することを特徴とする請求項1に記載の方法。
In the method of forming the trench,
Forming a photoresist layer on the surface of the dielectric layer,
Performing a photolithography process, forming an opening in the photoresist that defines the location of the trench,
Performing an etching process, removing a predetermined depth in the dielectric layer through the opening, forming the trench in the dielectric layer;
The method of claim 1, wherein said photoresist layer is removed.
前記保護層が窒化珪素から構成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein said protective layer comprises silicon nitride. 前記誘電層が酸化珪素から構成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the dielectric layer comprises silicon oxide. 前記誘電層がフッ化珪酸塩ガラスから構成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the dielectric layer is comprised of fluorosilicate glass. 前記誘電層は、誘電係数が3より低い誘電材料から構成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the dielectric layer comprises a dielectric material having a dielectric constant less than three. 前記キャップ層が低温化学気相成長工程によって形成され、前記低温化学気相成長工程が高密度プラズマ蝕刻装置の中で行われ、その工程パラメータは、
(1) 気体における炭素とフッ素の比率(C/F)が0.25より大きい或いは等しい、
(2) 工程温度が100°Cより低い、
(3) 圧力範囲が1〜100(m torr)であり、
(4) ソースパワー範囲が500〜2000ワットであり、
(5) バイアスパワー範囲が0〜1200ワットであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
The cap layer is formed by a low-temperature chemical vapor deposition process, and the low-temperature chemical vapor deposition process is performed in a high-density plasma etching apparatus.
(1) the ratio of carbon to fluorine in the gas (C / F) is greater than or equal to 0.25,
(2) the process temperature is lower than 100 ° C.
(3) The pressure range is 1 to 100 (m torr),
(4) the source power range is 500-2000 watts,
The method of claim 1, wherein the bias power range is from 0 to 1200 watts.
前記低温化学気相成長工程で選ばれる気体は、C、CF、C、C及びCを含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。Gas selected by said cold chemical vapor deposition process, according to claim 7, characterized in that it comprises a C 4 F 8, CF 2 H 2, C 3 F 8, C 4 F 6 and C 5 F 8 Method. 前記低温化学気相成長工程で選ばれる気体は、更に一酸化炭素とアルゴンを含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。9. The method according to claim 8, wherein the gas selected in the low temperature chemical vapor deposition step further includes carbon monoxide and argon. 半導体チップの表面にデュアルダマシーン構造を造る方法において、
表面に順番に導電層、保護層、誘電層が設けてある基板を提供し、
前記誘電層の表面に第一フォトレジスト層を形成し、
第一フォトリソグラフィ工程を行い、前記第一フォトレジスト層の中にトレンチの位置を定義する第一開口を形成し、
第一蝕刻工程を行い、前記第一開口を介して、前記誘電層の中にある予定深さを除去し、前記誘電層の中に前記トレンチを形成し、その後に、前記第一フォトレジスト層を除去し、
前記誘電層の表面に第二フォトレジスト層を塗布し、更に前記トレンチを埋め、
第二フォトリソグラフィ工程を行い、前記第二フォトレジスト層の中における大体前記トレンチの開口に対応される位置に、前記誘電層を露出する第二開口を形成し、
低温化学気相成長工程を行い、前記第二フォトレジスト層と前記第二開口の内壁の上にキャップ層を堆積し、前記キャップ層が前記トレンチの口径範囲内に前記第二開口の口径を縮小させ、
第二蝕刻工程を行い、前記第二開口を介して、前記導電層の表面を露出するまでに順に前記誘電層と前記保護層を蝕刻し、
前記キャップ層と前記第二フォトレジスト層を除去し、デュアルダマシーン構造のコンタクトホールを形成し、
前記デュアルダマシーン構造のコンタクトホールの中に金属層を埋め込み、デュアルダマシーン構造を形成することを特徴とする方法。
In a method of forming a dual damascene structure on a surface of a semiconductor chip,
Providing a substrate on which a conductive layer, a protective layer, and a dielectric layer are sequentially provided on the surface,
Forming a first photoresist layer on the surface of the dielectric layer,
Performing a first photolithography step, forming a first opening defining a location of the trench in the first photoresist layer,
Performing a first etching step, removing a predetermined depth in the dielectric layer through the first opening, forming the trench in the dielectric layer, and thereafter, forming the first photoresist layer And remove
Applying a second photoresist layer on the surface of the dielectric layer, further filling the trench,
Performing a second photolithography step, forming a second opening exposing the dielectric layer at a position in the second photoresist layer approximately corresponding to the opening of the trench,
Performing a low-temperature chemical vapor deposition process, depositing a cap layer on the inner wall of the second photoresist layer and the second opening, and the cap layer reduces the diameter of the second opening within the diameter range of the trench. Let
Performing a second etching step, etching the dielectric layer and the protective layer in order until the surface of the conductive layer is exposed through the second opening,
Removing the cap layer and the second photoresist layer to form a contact hole having a dual damascene structure,
A method of forming a dual damascene structure by burying a metal layer in the contact hole of the dual damascene structure.
前記保護層が窒化珪素から構成されることを特徴とする請求項10に記載の方法。The method of claim 10, wherein the protective layer is comprised of silicon nitride. 前記誘電層が酸化珪素から構成されることを特徴とする請求項10に記載の方法。The method of claim 10, wherein the dielectric layer comprises silicon oxide. 前記誘電層がフッ化珪酸塩ガラスから構成されることを特徴とする請求項10に記載の方法。The method of claim 10, wherein the dielectric layer comprises fluorosilicate glass. 前記誘電層は、誘電係数が3より低い誘電材料から構成されることを特徴とする請求項10に記載の方法。The method of claim 10, wherein the dielectric layer comprises a dielectric material having a dielectric constant less than three. 前記低温化学気相成長工程が高密度プラズマ蝕刻装置の中で行われ、その工程パラメータは、
(1) 気体における炭素とフッ素の比率が0.25より大きい或いは等しい、
(2) 工程温度が100°Cより低い、
(3) 圧力範囲が1〜100(m torr)であり、
(4) ソースパワー範囲が500〜2000ワットであり、
(5) バイアスパワー範囲が0〜1200ワットであることを特徴とする請求項10に記載の方法。
The low-temperature chemical vapor deposition process is performed in a high-density plasma etching apparatus, and the process parameters include:
(1) the ratio of carbon to fluorine in the gas is greater than or equal to 0.25,
(2) the process temperature is lower than 100 ° C.
(3) The pressure range is 1 to 100 (m torr),
(4) the source power range is 500-2000 watts,
The method of claim 10, wherein the bias power range is 0-1200 watts.
前記低温化学気相成長工程で選ばれる気体は、C、CF、C、C及びCを含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。Gas selected by said cold chemical vapor deposition process, according to claim 15, characterized in that it comprises a C 4 F 8, CF 2 H 2, C 3 F 8, C 4 F 6 and C 5 F 8 Method. 前記低温化学気相成長工程で選ばれる気体は、更に一酸化炭素とアルゴンを含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。17. The method of claim 16, wherein the gas selected in the low temperature chemical vapor deposition step further comprises carbon monoxide and argon.
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