JP2008160065A - デュアルダマシンパターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はデュアルダマシンパターンの形成方法に関する。
【解決手段】より詳しくは多機能ハードマスク組成物を用意する段階と、半導体基板の配線層上に窒化膜、第１の低誘電膜、食刻静止膜及び第２の低誘電膜が順次積層された積層構造を形成する段階と、前記配線層の一部が露出するよう積層構造を食刻してビアホールを形成する段階と、前記ビアホールを含む第２の誘電膜の上部に前記多機能ハードマスク組成物を塗布して多機能ハードマスク膜を形成する段階と、第１の誘電膜の一側が露出するよう前記結果構造物に対する食刻工程を行ない、ビアホールより広い幅のトレンチを形成する段階と、前記多機能ハードマスク膜を除去する洗浄工程を行なう段階とを含むことにより、工程段階を短縮することができるデュアルダマシンパターンの形成方法に関する。
【選択図】図４ｂ

Description

本発明は、デュアルダマシン（dual damascene）パターンの形成方法に関するものである。

一般に、半導体産業が超大規模集積素子（Ultra Large Scale Integration：ＵＬＳＩ）に関心が移転しながら、素子のサイズは徐々にサブハーフマイクロ（sub-half-micron）のサイズに縮小される反面、回路の密度（circuit density）は増加している。これに応じて、ＲＣ遅延や銅ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）に伴う問題だけでなく、素子のサイズの縮小によりビットラインパターン等を形成するパターニング工程時にパターンがブリッジ（bridge）されるか、崩壊（collapse）の問題点が発生する。
このような問題を解決すると共に、素子のレイアウト（layout）を満足させるためのデュアルダマシン工程が開発されている。デュアルダマシン工程は、特に素子のサイズの縮小で従来の食刻技術では金属物質のパターニングが不可能であると判断される場合や、従来の金属配線を形成するディップコンタクト（deep contact）食刻工程で低誘電膜物質を埋め込み難い場合に適用することができる。
デュアルダマシン工程によりアルミニウム金属配線と酸化膜コンタクトライン構造や、ＬＳＩ工程でＲＣ遅延を低減させる銅金属配線と低誘電率物質（Low-K）のコンタクトライン構造が形成される。

一方、半導体素子が漸次微細化されるに伴い、８０ｎｍ以下級のパターンを形成するための食刻工程時にハードマスクにポリシリコン、タングステン、窒化膜及び酸化膜の積層構造を用いる代わりに、下部配線層に対し食刻選択比を確保することができ、フォトレジストや反射防止膜より食刻速度の速い絶縁膜／非晶質炭素層の積層構造を用いる。
しかし、前記絶縁膜／非晶質炭素層を用いる工程は工程段階が複雑であるだけでなく、膜形成の際に化学気相蒸着方法（ＣＶＤ）等の工程を行なうため製造コストが高い。
ここに、近来には有機反射防止膜と共にハードマスク膜の役割を同時に果たすことのできる多機能ハードマスク膜を開発して工程を単純化させようとする努力が試みられている。

本発明は、ケイ素が多量含まれている反射防止膜を利用してビアコンタクトホールを埋め込む段階を含むことにより、金属配線工程の段階の単純化をもたらすデュアルダマシンパターンの形成方法を提供することに目的がある。

本発明では、
ケイ素（Ｓｉ）分子の含量が化合物の総重量に対し２０〜４５重量％であるケイ素含有樹脂をベース樹脂に含む多機能ハードマスク組成物を用意する段階と、
前記配線層上に自己整合コンタクト用窒化膜、第１の低誘電膜、食刻静止膜及び第２の低誘電膜が順次積層された積層構造を形成する段階と、
前記配線層が露出するよう積層構造を食刻してビアホールを形成する段階と、
前記ビアホールを含む前記第２の誘電膜の上部に前記多機能ハードマスク組成物をコーティングして多機能ハードマスク膜を形成する段階と、
フォトレジストパターンを食刻マスクに利用して前記第１の誘電膜の一部が露出するよう前記結果構造物に対する食刻工程を行ない、ビアホールより広い幅を有するトレンチを形成する段階とを含むことを特徴とするデュアルダマシンパターンの形成方法を提供する。
前記の方法は多機能ハードマスク膜の除去工程の後、後続する工程で形成されたトレンチの内部を金属物質で埋め込んで金属配線を形成する段階をさらに含むことができる。

本発明では、ビア第１のデュアルダマシン工程でギャップフィル物質として基板の反射率を調節することができる反射防止膜の特性、及びギャップフィル物質の特性を有する多量のケイ素が含まれている多機能ハードマスク物質を用いることにより、反射防止膜の形成工程段階を行なう必要がないので工程の単純化をもたらすだけでなく、多機能ハードマスク組成物内に含まれているケイ素の含有量を調節して低誘電膜に対する適宜な食刻率を得ることができる。

一般のデュアルダマシン工程は、食刻工程で得られる構造の形態に従いトレンチ（trench）第１のデュアルダマシン工程方法とビア（via）第１のデュアルダマシン工程方法に分類することができる。

図１ａ〜図１ｄは、トレンチ第１のデュアルダマシン工程方法を示す図である。
前記方法は、配線層１の上部に自己整合コンタクト（Self Align Contact：以下、「ＳＡＣ」と称する）絶縁膜３、第１の低誘電膜５、窒化膜７、第２の低誘電膜９を順次形成する段階と、第１の低誘電膜５の一部が露出するよう窒化膜７及び第２の誘電膜９を食刻してトレンチ１０を形成する段階（図１ａを参照）と、前記トレンチ１０を含む前記第２の誘電膜９の上部に反射防止膜１１とフォトレジスト膜１３を順次埋め込む段階と、前記配線層１の一部が露出するよう食刻工程を行なって前記トレンチ１０より小さい幅のビアホール１４を形成する段階（図１ｂ及び図１ｃを参照）と、前記反射防止膜１１とフォトレジスト物質１３を全て除去した後、金属物質１５を埋め込んで金属配線を形成する段階（図１ｄを参照）とを含む。
前記の方法は、より低い低誘電率（Low-K）値を得るため、第１及び第２の低誘電膜を食刻速度が既存の誘電膜より高い多孔性（porous）低誘電物質に用いる。その結果、トレンチを埋め込むフォトレジスト物質より食刻速度が一層速く不安定である。

図２ａ〜図２ｄは、ビアコンタクトホールをフォトレジスト物質で埋め込む方法を示す図である。
前記の方法は配線層２１の上部にＳＡＣ絶縁膜２３、第１の低誘電膜２５、窒化膜２７、第２の低誘電膜２９を順次形成する段階と、前記配線層２１が露出するまでＳＡＣ絶縁膜２３、第１の低誘電膜２５、窒化膜２７、第２の低誘電膜２９を順次食刻してビアホール３０を形成する段階（図２ａを参照）と、前記ビアホール３０を含む前記第２の誘電膜２９の上部に反射防止膜（図示省略）とフォトレジスト膜３１を形成する段階と、前記反射防止膜の上部にフォトレジスト膜３１パターンを形成する段階（図２ｂを参照）と、前記第１の誘電膜２５の一側が露出するまで前記フォトレジスト膜３１パターンを食刻マスクに前記結果構造物を食刻してトレンチ３３を形成する段階（図２ｃを参照）と、前記結果物に対する洗浄工程を行なって反射防止膜及びフォトレジスト膜３１パターンを全て除去した後、金属物質３５を埋め込んで金属配線を形成する段階（図２ｄを参照）とを含む。
前記の方法で用いられるフォトレジストは食刻選択比が低いので、後続する食刻工程が不安定である。

図３ａ〜図３ｆは、ビアコンタクトホールを通常のギャップフィル（gap fill）物質で埋め込む方法を示す図である。
前記の方法は配線層４１の上部にＳＡＣ絶縁膜４３、第１の低誘電膜４５、窒化膜４７、第２の低誘電膜４９を順次形成する段階と、前記配線層４１が露出するまでＳＡＣ絶縁膜４３、第１の低誘電膜４５、窒化膜４７、第２の低誘電膜４９を順次食刻してビアホール５０を形成する段階（図３ａを参照）と、前記ビアホール５０を含む前記第２の誘電膜４９の上部にギャップフィル物質５１を形成する段階（図３ｂを参照）と、前記第２の誘電膜４９が露出するまで平坦化工程を行なった後、第２の誘電膜４９及びギャップフィル物質５１を含む全面に反射防止膜５３を形成する段階（図３ｃを参照）と、その上部にフォトレジスト膜５５パターンを形成する段階（図３ｄを参照）と、前記第１の低誘電膜４５が露出するまで前記フォトレジスト膜５５パターンを食刻マスクに結果構造物に対する食刻工程を行なって前記ビアホールより幅の広いトレンチ５６を形成する段階（図３ｅを参照）と、前記結果物に対する洗浄工程を行なってギャップフィル物質５１と、反射防止膜５３及びフォトレジスト膜５５パターンを全て除去した後、金属物質５７を埋め込んで金属配線を形成する段階（図３ｆを参照）とを含む。
前記ギャップフィル物質は、従来の反射防止膜のように基板反射率（substrate reflectivity）を制御する機能がないので、反射防止膜の形成段階を含む。したがって、工程段階が複雑である。

本発明に係る具体的な一実施例では、
i）組成物の総重量に対し３０〜７０重量部のケイ素含有樹脂、及びii）残量の有機溶媒を主成分として含み、選択的にiii）下記式（１）または（２）の化合物を含み、選択的にiv）熱酸発生剤または光酸発生剤をさらに含む多機能ハードマスク組成物を提供する。
前記式で、Ｒ_ａ〜Ｒ_ｄはそれぞれ水素、または置換されたか置換されていない直鎖または側鎖炭素数Ｃ_１〜Ｃ_５のアルキル基を表わし、ｅは５〜５００の整数で、ｆは０〜５の整数であり、ｇは１〜５の整数である。

前記式（１）の化合物の分子量は５００〜５０，０００である。前記式（２）のヒドロキシ化合物の分子量は１００〜１０，０００である。前記ヒドロキシ化合物は、ベンゼン環とディオール（diol）構造を含む化合物で表わすことができるが、例えばレゾルシノール（resorcinol）または１，４−ベンゼンジメタノールで表わすことができる。
前記式（１）または（２）の化合物は、ケイ素樹脂１００重量部に対し２０〜２００重量部の量で含まれる。前記ヒドロキシ化合物は、前記式（１）のシリコン系化合物１００重量部に対し１０〜８０重量部で含まれるのが好ましい。
前記ケイ素樹脂の分子量は３００〜３０，０００であり、前記ケイ素樹脂は樹脂総重量に対し２０〜４５重量％のケイ素分子を含む。

前記ケイ素含有樹脂は、下記式（３）の化合物〜式（７）の化合物の中から選択される１つ以上をベース樹脂として含む。

前記式で、Ｒ_１〜Ｒ_２はそれぞれ水素、または置換されたか置換されていない直鎖または側鎖炭素数Ｃ_１〜Ｃ_５のアルキル基を表わし、ｍ、ｎ及びｏは１〜１０の整数である。

前記式で、Ｒ_３は水素、または置換されたか置換されていない直鎖または側鎖炭素数Ｃ_１〜Ｃ_５のアルキル基、置換されたか置換されていない炭素数Ｃ_３〜Ｃ_８のシクロアルキル基、または置換されたか置換されていない炭素数Ｃ_５〜Ｃ_１２の芳香族基を表わし、ｘ及びｙは０〜５の整数である。

前記式で、Ｒ_３〜Ｒ_９はそれぞれ水素、または置換されたか置換されていない直鎖または側鎖炭素数Ｃ_１〜Ｃ_５のアルキル基を表わし、ａ及びｂは１〜１００の整数であり、ｗ及びｚは０〜５の整数である。

前記Ｒ_１０は（ＣＨ_２）_ｋＳｉ（ＯＲ´）_３であり、このときＲ´は水素、直鎖または側鎖の炭素数Ｃ_１〜Ｃ_１０のアルキルであり、ｋは１〜１０の整数である。

より好ましくは、前記式（４）は［２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル］−ヘプタイソブチルに置換されたＰＳＳ（ＰＳＳ−［２−（３，４−Epoxycyclohexyl）ethyl］−Heptaisobutyl substituted）で、前記式（５）はポリ［ジメチルシロキサン−ｃｏ−（２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル）メチルシロキサン］であり、前記式（６）はオクタ（トリメトキシシリルメチル）に置換されたＰＳＳ（ＰＳＳ−octa（trimethoxysilylmethyl）substituted）、またはオクタ（トリメトキシシリルエチル）に置換されたＰＳＳ（ＰＳＳ−octa（trimethoxysilylethyl）substituted）化合物等を含む。本発明ではＮＣＨ０８７（日産工業化学製）を利用した。

前記有機溶媒はメチル３−メトキシプロピオネート、エチル３−エトキシプロピオネート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、２−ヘプタノン、エチルラクテート及びこれらの組合せでなる群から選択されるものである。

熱酸発生剤または光酸発生剤は、ケイ素含有樹脂１００重量部に対し１〜２０重量部の量で含む。前記熱酸発生剤は、下記式（８）または式（９）の化合物を用いる。
前記式で、Ａはスルホニル基を含む作用基であり、ｊは０または１である。
前記スルホニル基は
または
である。前記熱酸発生剤は２−ヒドロキシヘキシルｐ−トルエニルスルホネート（２−hydroxylhexyl p−toluenylsulfonate）が好ましい。

前記光酸発生剤はフタルイミドトリフルオロメタンスルホネート、ジニトロベンジルトシレート、ｎ−デシルジスルホン、ナフチルイミドトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルパラメトキシフェニルスルホニウムトリフレート、ジフェニルパラトルエニルスルホニウムトリフレート、ジフェニルパライソブチルフェニルスルホニウムトリフレート、トリフェニルヘキサフルオロアルセネート、トリフェニルヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムトリフレート及びジブチルナフチルスルホニウムトリフレートでなる群から１つ以上選択される。

このように、本発明に係る多機能ハードマスク物質は非晶質炭素層や下部層に対する食刻耐性の確保のため多量のケイ素（Ｓｉ）を含んでおり、スピンオンコーティング（Spin On Coating）方法で形成されるので、トポロジー（topology）に対し影響を受けない。さらに、有機反射防止膜の役割も共に行なうため、組成物内で架橋結合を形成するように設計されたヒドロキシ基を含むポリマー、架橋結合を活性化させる触媒として架橋剤や、熱酸発生剤または光酸発生剤を含み、露光光源の波長帯で大きい吸光度を有する光吸収剤を含む。

以下、本発明に係る多機能ハードマスク膜を利用したデュアルダマシンパターンの形成方法の一実施例を、図４ａ〜図４ｅの工程断面図を示して詳しく説明する。

図４ａは、配線層１１１の上部にＳＡＣ絶縁膜１１３、第１の低誘電膜１１５、窒化膜１１７、第２の低誘電膜１１９を順次積層した後、この積層構造を前記配線層１１１の一部が露出するよう順次食刻してビアホール１２０を形成した工程断面図を示す。
このとき、前記第２の低誘電膜は低い低誘電率（Low-K）値を有する物質であれば特に限定されないが、ＨＤＰ酸化膜（High Density Plasma Oxide）、ＢＰＳＧ（Borophosphosilicate Glass）及びＴＥＯＳ（Tetraethoxysilicate Glass）等の酸化膜物質や、ＨＳＱ（Hydrogen Silses-Quioxane）、ＭＳＱ（Methyl Silses-Quioxane）またはＰＳＱ（Phenyl Silses-Quioxane）等のＳＯＧ（Spin-On Glass）物質またはＳｉＯＮ、ＳＲＯＮ（Silicon Rich Oxy-Nitride）等の窒化膜物質のうち１つを用いるのが好ましい。

図４ｂは、前記ビアホール１２０を含む第２の誘電膜１１９の上部にスピンオンコーティング法で多機能ハードマスク膜１２１を形成した構造を示す図である。
通常、基板反射率は物質固有の光学的定数の屈折率（ｎ）、吸光係数（ｋ）及び物質の厚さにより調節することができ、基板反射率が低くなければパターニング工程を容易に行なうことができない。しかし、屈折率（ｎ）値はポリマーの主鎖に依存するため変更が容易でない反面、吸光係数やコーティング時に調節される厚さは工程時に発色団（chromophore）のローディング（loading）量により容易に調節することができる。したがって、基板反射率を低め、線幅（Critical Dimension）の均一度を増大させるためには前記多機能ハードマスク膜の厚さを適宜に調節するのが最も好ましい。

例えば、本発明に係る多機能ハードマスク膜１２１は組成物の総重量部に対し３０〜７０重量部のケイ素樹脂を主成分に含むと共に、屈折率が１．６〜１．８の値を有する物質である。前記ケイ素樹脂は、樹脂総重量に対し２０〜４５％のシリコン分子を含む。前記多機能ハードマスク膜は、基板反射率が１％以下、好ましくは０．０５〜０．００１％の値を得ることができる厚さで形成するのが好ましい。より好ましくはビアホールを全部埋め込みながら、基板反射率を低めるためスピンコーティング方法により前記第２の誘電膜の上部から３００〜１３００Å、好ましくは３００〜５００Å、または８００〜１０００Å、より好ましくは３４０〜４６０Åの厚さで形成する。

このとき、前記多機能ハードマスク膜１２１は従来の反射防止膜のような基板反射率を制御する機能を有するため、後続する工程で反射防止膜を別途形成する必要がないので工程段階の単純化をもたらすことができる。
さらに、前記多機能ハードマスク膜１２１はコーティング効果に優れるので、ビアホール１２０が隔離されている領域や、稠密な領域の埋め込み時にヴォイド（void）または段差が発生しない。なお、フォトレジスト物質との界面で混合される現象（intermixing）が発生しない。

図４ｃは、前記多機能ハードマスク膜１２１の上部の所定領域にフォトレジスト膜１２３パターンを形成した構造を示す図である。
図４ｄは、前記フォトレジスト膜１２３パターンを食刻マスクに前記第１の誘電膜１１５の一側が露出するよう前記結果構造物に対する食刻工程を行ない、ビアホールより広い幅を有するトレンチ１２５を形成した工程断面図を示す。
このとき、前記トレンチは以前の工程から得られたビアホールと上下に積層されているデュアルダマシン配線用トレンチである。
さらに、前記多機能ハードマスク膜及び積層構造に対する食刻工程はＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨＦ_３、Ｏ_２及びＡｒ等を１つ以上混合した食刻ガスを利用して行なわれる。

図４ｅは、前記結果物に対しフォトレジスト膜１２３パターン及び多機能ハードマスク膜１２１を除去する洗浄（strip）工程を行なった後、トレンチ１２５の内部に金属物質１２７を埋め込んで金属配線を形成した構造を示す図である。
このとき、前記洗浄工程はフルオリン（fluorine）やアルカリ系統のケミカルを用いる湿式工程で行なわれる。

前述のように、本発明ではギャップフィル物質として、基板反射率の調節が可能な反射防止膜の特性及びコーティング効果を有する、ケイ素が多量に含まれている多機能ハードマスク物質を用いることにより、反射防止膜の形成工程段階を行なう必要がないので、工程の単純化をもたらす。
さらに、デュアルダマシン工程に用いられるギャップフィル物質は第１及び第２の誘電膜１１５、１１９と比較して適切な食刻速度を有しなければならないが、本発明でギャップフィル物質に用いられる多機能ハードマスクはケイ素の含有量に従い食刻率の調節が可能である。

例えば、トレンチ１２５工程時にギャップフィル物質の食刻速度が第２の低誘電膜１１９より遅い場合、食刻終了後にトレンチの内部の低誘電膜１１９の表面にクラウン（crown）またはフェンス（fence）と呼ばれる欠点が生成される。この欠点は、金属物質のシード（seed）層の蒸着や、プレーティング（plating）効果を低下させる。さらに、トレンチ工程時にギャップフィル物質の食刻速度が第１の低誘電膜１１５より速い場合、ビアホール１２０の下まで食刻され下部配線層１１１に損傷をもたらす。さらに、低誘電膜に多孔性低誘電膜を用いる場合、多機能ハードマスク膜１２１の食刻速度はトレンチ１２５の食刻時より速くなければならない。
したがって、本発明ではケイ素の含有量を調節して適切な食刻率を得ることができる多機能ハードマスクをギャップフィル物質に用いることにより、多様な低誘電膜を用いることができる。

以下、本発明において多機能ハードマスク膜のコーティング特性の程度を実施例により詳しく説明する。但し、実施例は本発明の一部を例示するものであるだけで、本発明が下記の実施例により限定されるものではない。

＜実施例１．多機能ハードマスクのコーティング特性実験＞
半導体基板上にＴｉ／ＴｉＮ／ＴｉＮ ３４０Å、タングステン５００Å及びハードマスク窒化膜１５００Åを順次積層し、食刻してビットラインパターンを形成した後、その上部に１３００Åの厚さで多機能ハードマスク膜（ＮＣＨ０８７、日産工業化学製）をスピンコーティングして形成した。その結果物の断面を、ＳＥＭを利用して９０°及び６０°の傾斜（tilt）角で測定した。
このとき形成された多機能ハードマスク膜は９０°だけでなく（図５ａを参照）、６０°でも（図５ｂを参照）ヴォイド無く平坦に形成されたことが分かる。

＜実施例２．多機能ハードマスク膜コーティング後の基板反射率の測定＞
被食刻層の上部にＨＤＰ酸化膜及びスピンコーティング方法による多機能ハードマスク膜（ＮＣＨ ０８７、日産工業化学製）を厚さを異にして順次積層した後、多機能ハードマスクをスピンコーティング法で形成した。次いで、吸光係数と厚さ（Ｘ軸）に従う基板反射率（Ｙ軸）を測定した。このシミュレーション結果を図６ａ〜図６ｄに示した。
図６ａ〜図６ｃのグラフを検討してみれば、多機能ハードマスク膜の厚さが３００〜５００Å（ｋ値は０．３〜０．６）または８００〜１０００Å（ｋ値は０．２〜０．５）で形成されたとき、基板反射率が１．０％以下の値を有することが分かる。特に、低誘電膜の上部に形成される多機能ハードマスク膜の厚さが３４０〜４６０ÅのときＫ値は０．４〜０．５である。
さらに、図６ｄは７００〜１３００Å厚さのＨＤＰ酸化膜の上部に形成された多機能ハードマスク膜の厚さの変化に応じて得られる吸光係数値を示しているが、これを検討してみれば、安定したパターニング工程条件を得るためにはＨＤＰ厚さに従い多機能ハードマスクの適正な厚さ（３００Å以上）もまた異なることが分かる。
このような結果で低誘電膜の上部に形成された多機能ハードマスク膜の厚さが高い場合、トレンチ食刻時にフォトレジストの損失量が多いので、有機反射防止膜のように最小の厚さに設定されるのが好ましいことが分かる。

トレンチを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 トレンチを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 トレンチを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 トレンチを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 ビアを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 ビアを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 ビアを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 ビアを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 ビアを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 ビアを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 ビアを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 ビアを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 ビアを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 ビアを含むデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 本発明に係るデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 本発明に係るデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 本発明に係るデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 本発明に係るデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 本発明に係るデュアルダマシンパターンの形成方法を示す断面図である。 多機能ハードマスク膜のコーティング特性の結果を示すＳＥＭ写真である。 多機能ハードマスク膜のコーティング特性の結果を示すＳＥＭ写真である。 多機能ハードマスク膜が形成された基板の反射率シミュレーションを示すグラフである。 多機能ハードマスク膜が形成された基板の反射率シミュレーションを示すグラフである。 多機能ハードマスク膜が形成された基板の反射率シミュレーションを示すグラフである。 多機能ハードマスク膜が形成された基板の反射率シミュレーションを示すグラフである。

符号の説明

１、２１、４１、１１１ 配線層
３、２３、４３、１１３ 自己整合コンタクト絶縁膜
５、２５、４５、１１５ 第１の低誘電膜
７、２７、４７、１１７ 窒化膜
９、２９、４９、１１９ 第２の低誘電膜
１０、３３、５６、１２５ トレンチ
１１、５３ 反射防止膜
１３、３１、５５、１２３ フォトレジスト膜
１４、３０、５０、１２０ ビアホール
１５、３５、５７、１２７ 金属物質
５１ ギャップフィル物質
１２１ 多機能ハードマスク物質
１２５ デュアルダマシン工程により形成されたトレンチ

Claims (19)

1. ケイ素（Ｓｉ）分子の含量が化合物の総重量に対し２０〜４５重量％であるケイ素含有樹脂をベース樹脂に含む多機能ハードマスク組成物を用意する段階と、
   半導体基板の配線層上に自己整合コンタクト用窒化膜、第１の低誘電膜、食刻静止膜及び第２の低誘電膜が順次積層された積層構造を形成する段階と、
   前記配線層が露出するよう積層構造を食刻してビアホールを形成する段階と、
   前記ビアホールを含む前記第２の誘電膜の上部に前記多機能ハードマスク組成物をコーティングして多機能ハードマスク膜を形成する段階と、
   フォトレジストパターンを食刻マスクに利用して前記第１の誘電膜の一部が露出するよう前記結果構造物に対する食刻工程を行ない、ビアホールより広い幅を有するトレンチを形成する段階と、
   を含むことを特徴とするデュアルダマシンパターンの形成方法。
2. 前記方法は多機能ハードマスク膜の除去段階、及び前記トレンチの内部を金属物質で埋め込んで金属配線を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のデュアルダマシンパターンの形成方法。
3. 前記多機能ハードマスク組成物はi）組成物１００重量部に対し３０〜７０重量部のケイ素樹脂、及びii）残量の有機溶媒を主成分として含み、
   選択的にiii）下記式（１）または（２）の化合物を含み、
   選択的にiv）熱酸発生剤または光酸発生剤をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のデュアルダマシンパターンの形成方法。
   前記式で、Ｒ_ａ〜Ｒ_ｄはそれぞれ水素、または置換されたか置換されていない直鎖または側鎖炭素数Ｃ_１〜Ｃ_５のアルキル基であり、ｅは５〜５００の整数で、ｆは０〜５の整数であり、ｇは１〜５の整数である。
4. 前記ケイ素樹脂の分子量は３００〜３０，０００であることを特徴とする請求項３に記載のデュアルダマシンパターンの形成方法。
5. 前記ケイ素樹脂は、組成物１００重量部に対し３０〜７０重量部の量で含むことを特徴とする請求項３に記載のデュアルダマシンパターンの形成方法。
6. 前記式（１）または（２）の化合物は、ケイ素樹脂１００重量部に対し２０〜２００重量部で含むことを特徴とする請求項３に記載のデュアルダマシンパターンの形成方法。
7. 前記熱酸発生剤または光酸発生剤は、ケイ素含有樹脂１００重量部に対し１〜２０重量部の量で含むことを特徴とする請求項３に記載のデュアルダマシンパターンの形成方法。
8. 前記ケイ素樹脂は、下記式（３）〜（７）で示される化合物の中から選択される１つ以上の化合物を含むことを特徴とする請求項３に記載のデュアルダマシンパターンの形成方法。
   前記式で、Ｒ_１〜Ｒ_２及びＲ_４〜Ｒ_９はそれぞれ水素、または置換されたか置換されていない直鎖または側鎖炭素数Ｃ_１〜Ｃ_５のアルキル基であり、Ｒ_３はそれぞれ水素、または置換されたか置換されていない直鎖または側鎖炭素数Ｃ_１〜Ｃ_５のアルキル基、置換されたか置換されていない炭素数Ｃ_３〜Ｃ_８のシクロアルキル基、または置換されたか置換されていない炭素数Ｃ_５〜Ｃ_１２の芳香族基であり、Ｒ_１０は（ＣＨ_２）_ｋＳｉ（ＯＲ´）_３で、Ｒ´は水素、直鎖または側鎖の炭素数Ｃ_１〜Ｃ_１０のアルキルであり、ｍ、ｎ、ｏ及びｋは１〜１０の整数で、ｘ、ｙ、ｗ及びｚは０〜５の整数であり、ａ及びｂは１〜１００の整数である。
9. 前記ケイ素含有樹脂は［２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル］−ヘプタイソブチルに置換されたＰＳＳ、ポリ［ジメチルシロキサン−ｃｏ−（２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル）メチルシロキサン］、オクタ（トリメトキシシリルメチル）に置換されたＰＳＳ、及びオクタ（トリメトキシシリルエチル）に置換されたＰＳＳでなる群から選択される１つ以上の化合物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パターンの形成方法。
10. 前記有機溶媒はメチル３−メトキシプロピオネート、エチル３−エトキシプロピオネート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、２−ヘプタノン及びエチルラクテートでなる群から選択されることを特徴とする請求項３に記載のデュアルダマシンパターンの形成方法。
11. 前記熱酸発生剤は、下記式（８）または式（９）の化合物であることを特徴とする請求項３に記載のデュアルダマシンパターンの形成方法。
    前記式で、Ａはスルホニル基を含む作用基であり、Ｊは０または１である。
12. 前記光酸発生剤はフタルイミドトリフルオロメタンスルホネート、ジニトロベンジルトシレート、ｎ−デシルジスルホン、ナフチルイミドトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルパラメトキシフェニルスルホニウムトリフレート、ジフェニルパラトルエニルスルホニウムトリフレート、ジフェニルパライソブチルフェニルスルホニウムトリフレート、トリフェニルヘキサフルオロアルセネート、トリフェニルヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムトリフレート及びジブチルナフチルスルホニウムトリフレートでなる群から１つ以上選択されることを特徴とする請求項３に記載のデュアルダマシンパターンの形成方法。
13. 前記第２の低誘電膜は酸化膜、スピンオングラス物質または窒化膜で形成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パターンの形成方法。
14. 前記酸化膜はＨＤＰ、ＢＰＳＧ及びＴＥＯＳの中で選択されるものであり、
    前記スピンオングラス物質はＨＳＱ、ＭＳＱ及びＰＳＱの中で選択されるものであり、
    前記窒化膜はＳｉＯＮまたはＳＲＯＮであることを特徴とする請求項１３に記載のデュアルダマシンパターンの形成方法。
15. 前記多機能ハードマスク膜の屈折率は１．６〜１．８であ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パターンの形成方法。
16. 前記多機能ハードマスク膜の厚さは、基板の反射率の値が１％以下になるように形成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パターンの形成方法。
17. 前記多機能ハードマスク膜の厚さは、基板の反射率の値が０．０５〜０．００１％になるように形成されることを特徴とする請求項１６に記載のデュアルダマシンパターンの形成方法。
18. 前記トレンチの形成のための食刻工程はＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨＦ_３、Ｏ_２、Ａｒ及びこれらの混合ガスで行なわ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パターンの形成方法。
19. 前記多機能ハードマスクの除去工程は、フルオリンまたはアルカリケミカルを用いる湿式工程で行なわ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パターンの形成方法。