(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に有機ケイ酸塩ガラス層を形成するステップと、
前記有機ケイ酸塩ガラス層の上に第１のハードマスク層を形成するステップと、
前記第１のハードマスク層の上に第２のハードマスク層を形成するステップと、
前記第２のハードマスク層の上に第１のフォトレジスト層を形成するステップと、
前記第１のフォトレジスト層の領域を除去するステップと、
第１のプラズマ・エッチング・プロセスを用いて、前記第２のハードマスク層が前記第１のフォトレジスト層によって保護されない前記第２のハードマスク層の領域を除去し、
該第２のハードマスク層内にワイヤ・パターンを定めるステップと、
前記第１のフォトレジスト層を除去するステップと、
前記第２のハードマスク層及び前記第１のハードマスク層の露出面の上に第２のフォト
レジスト層を形成するステップと、
前記第２のフォトレジスト層の領域を除去するステップと、
第２のプラズマ・エッチング・プロセスであって、前記有機ケイ酸塩ガラス層が前記第１のハードマスク層によって保護されない該有機ケイ酸塩ガラス層の第１の領域の全体より少ない部分を除去する第２のプラズマ・エッチング・プロセスを実行して、該第１のハードマスク層の領域を除去し、前記ワイヤ・パターン内に少なくとも部分的に位置合わせされたビア・パターンを該第１ のハードマスク層内に定めるステップと、
前記第２のフォトレジスト層を除去するステップと、
第３のプラズマ・エッチング・プロセスであって、前記第２のハードマスク層によって保護されない前記第１のハードマスク層の領域内にある該第１のハードマスク層を除去し、前記ワイヤ・パターンの周囲内にある前記有機ケイ酸塩ガラス層の第２の領域の全体より少ない部分を除去し、該有機ケイ酸塩ガラス層の前記第１の領域内にある該有機ケイ酸塩ガラス層の全体より少ない付加的な部分を除去する第３のプラズマ・エッチング・プロセスを実行するステップと、
第４のプラズマ・エッチング・プロセスであって、前記有機ケイ酸塩ガラス層の前記第２の領域内にある該有機ケイ酸塩ガラス層の全体より少ない付加的な部分を除去してワイヤ・トレンチを形成し、該有機ケイ酸塩ガラス層の前記第１の領域内にある該有機ケイ酸塩ガラス層の残りの全ての部分を除去してビア開口部を形成する、第４のプラズマ・エッチング・プロセスを実行するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第４のプラズマ・エッチング・プロセスは、酸素非含有種又は窒素非含有種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ワイヤ・トレンチ及びビア開口部を形成する前記ステップの後、該ワイヤ・トレンチ及びビアを導電性材料で充填するステップと、
化学機械的研磨を実行して前記第１のハードマスク層を除去し、該第１のハードマスク層の上面及び前記導電性材料の上面を同一平面上にするステップと
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記有機ケイ酸塩ガラス層は、１０体積％から７０体積％までのボイドを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記有機ケイ酸塩ガラス層は、１０％から４０％までのシリコン、０％から３０％までの炭素、０％から３０％までの窒素、及び２０％から５０％までの水素から構成される、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記有機ケイ酸塩ガラス層と前記基板との間にキャップ層を形成するステップと、
前記第４のプラズマ・エッチングを実行する前記ステップの後、酸素非含有種又は窒素非含有種を含む第５ のプラズマ・エッチング・プロセスを用いて、前記有機ケイ酸塩ガラス層によって保護されない前記キャップ層の領域内にある該キャップ層を除去するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記有機ケイ酸塩ガラス層と前記第１のハードマスク層との間に接着層を形成するステップと、
前記第２のプラズマ・エッチングを実行する間、前記第１のハードマスク層によって保護されない前記接着層の第１の領域を除去するステップと、
前記第３のプラズマ・エッチングを実行する間、前記第２のハードマスク層によって保護されない前記接着層の第２の領域を除去するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第一ハードマスク領域が再加工条件に耐性がない場合には、前記第１のハードマスク層と前記第２のハードマスク層との間に再加工保護層を形成するステップと、
前記第２のプラズマ・エッチングを実行する間、前記第１のハードマスク層によって保護されない前記再加工保護層の第１の領域を除去するステップと、
前記第３のプラズマ・エッチングを実行する間、前記第２のハードマスク層によって保護されない前記再加工保護層の第２の領域を除去するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のハードマスク層と前記第１のフォトレジスト層との間に第１の反射防止用コーティングを形成するステップと、
前記第１のプラズマ・エッチングを実行する間、前記第１のフォトレジスト層によって保護されない前記第１の反射防止用コーティングの領域を除去するステップと、
前記第１のフォトレジスト層を除去する前記ステップの間、残りの全ての第１の反射防止用コーティングを除去するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のハードマスク層及び前記第１のハードマスク層の露出面と前記第２のフォトレジスト層との間に第２の反射防止用コーティングを形成するステップと、
前記第３のプラズマ・エッチングを実行する間、前記第２のフォトレジスト層によって
保護されない前記第２ の反射防止用コーティングの第１ の領域を除去するステップと、
前記第２のフォトレジスト層を除去する前記ステップの間、残りの全ての第２の反射防止用コーティングを除去するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のプラズマ・エッチング・プロセス、前記第２のフォトレジスト層を除去する前記ステップの何れか、或いは、該第２のプラズマ・エッチング・プロセス及び該第２のフォトレジスト層を除去する該ステップの両方が、前記有機ケイ酸塩ガラス層の損傷領域を生成し、前記損傷領域は、第２のプラズマ・エッチング又は第２のプラズマ・フォトレジスト剥離に用いられるＯ２又は酸素含有種によってもたらされる炭素が欠乏したＯＳＧ材料を含み、前記第３のプラズマ・エッチング・プロセス、前記第４ のプラズマ・エッチング・プロセス、又は該第３のプラズマ・エッチング・プロセス及び第４ のプラズマ・エッチング・プロセスの両方が、該有機ケイ酸塩ガラス層の他のどの領域にも損傷を与えずに、前記損傷領域を除去する、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路の製造分野に関し、より具体的には、有機ケイ酸塩ガラス・ベースの誘電体層内に相互接続構造体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、集積回路チップは、互いの上部に積み重ねられた誘電体層内に形成された相互接続構造体の層によって回路内に一緒に配線された、抵抗器、キャパシタ、インダクタ、ダイオード、及びトランジスタのような複数のデバイスを含む。
【０００３】
相互接続構造体における信号伝搬の速度に影響を与える２つの制約要因、すなわち、相互接続部の抵抗（Ｒ）及び誘電体層の静電容量（Ｃ）が存在し、これらは、ＲＣ遅延として現れる。１つの族が有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）と呼ばれる低誘電率（ｋ）の誘電体を用いることによって、信号遅延を減少させることができる。
【０００４】
しかしながら、ＯＳＧ材料は、一般的な集積回路製造プロセスに容易に組み込まれない。ＯＳＧ材料をプラズマ・ベースのプロセスにさらすことで、ＯＳＧ材料からのアミンの放出によりフォトレジスト層内に画像制御の問題が生じることがある（例えば、フォトレジスト・ポイズニング）。プラズマ・ベースの処理はまた、ＯＳＧ材料の炭素欠乏も生じさせ、このことは、ＯＳＧ材料の層内の接続されていない相互接続構造体間の漏れ電流を増大させ、かつ、相互接続冶金／ＯＳＧ界面の接着性が失われる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，１４７，００９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３１２，７９３号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７５６，３２３号明細書
【特許文献４】米国特許第６，７６８，２００号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、フォトレジスト・ポイズニングをもたらさず、ＯＳＧの炭素欠乏による影響を受けにくく、相互接続部／ＯＳＧ界面の接着の損傷にあまり影響を受けない、相互接続構造体をＯＳＧ誘電体内に形成する方法に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、基板の上に有機ケイ酸塩ガラス層を形成するステップと、有機ケイ酸塩ガラス層の上に第１のハードマスク層を形成するステップと、第１のハードマスク層の上に第２のハードマスク層を形成するステップと、第２のハードマスク層の上にフォトレジスト層を形成するステップと、フォトレジスト層の領域を除去するステップと、第１のプラズマ・エッチング・プロセスを用いて、第２のハードマスク層がフォトレジスト層によって保護されない第２のハードマスク層の領域を除去するステップと、フォトレジスト層を除去するステップと、第２のプラズマ・エッチング・プロセスを用いて、第１のハードマスク層が第２のハードマスク層によって保護されない第１のハードマスク層を除去し、第１のハードマスク層によって保護されない有機ケイ酸塩ガラス層の領域内にある該有機ケイ酸塩ガラス層の全体より少ない部分を除去するステップと、第３のプラズマ・エッチング・プロセスを用いて、第１のハードマスク層によって保護されない有機ケイ酸塩ガラス層の領域内にある有機ケイ酸塩ガラス層の残りの全ての部分を除去し、有機ケイ酸塩ガラス層を完全に貫通して延びるトレンチを形成するステップとを含む方法である。
【０００８】
本発明の第２の態様は、基板の上に有機ケイ酸塩ガラス層を形成するステップと、有機ケイ酸塩ガラス層の上に第１のハードマスク層を形成するステップと、第１のハードマスク層の上に第２のハードマスク層を形成するステップと、第２のハードマスク層の上に第１のフォトレジスト層を形成するステップと、第１のフォトレジスト層の領域を除去するステップと、第１のプラズマ・エッチング・プロセスを用いて、第２のハードマスク層が第１のフォトレジスト層によって保護されない第２のハードマスク層の領域を除去し、第２のハードマスク層内にワイヤ・パターンを定めるステップと、第１のフォトレジスト層を除去するステップと、第２のハードマスク層及び第１のハードマスク層の露出面の上に第２のフォトレジスト層を形成するステップと、第２のフォトレジスト層の領域を除去するステップと、第２のプラズマ・エッチング・プロセスであって、有機ケイ酸塩ガラス層が第１のハードマスク層によって保護されない有機ケイ酸塩ガラス層の第１の領域の全体より少ない部分を除去する第２のプラズマ・エッチング・プロセスを実行して、第１のハードマスク層の領域を除去し、ワイヤ・パターン内に少なくとも部分的に位置合わせされたビア・パターンを第１のハードマスク層内に定めるステップと、第２のフォトレジスト層を除去するステップと、第３のプラズマ・エッチング・プロセスであって、第２のハードマスク層によって保護されない第１のハードマスク層の領域内にある第１のハードマスク層を除去し、ワイヤ・パターンの周囲内にある有機ケイ酸塩ガラス層の第２の領域の全体より少ない部分を除去し、有機ケイ酸塩ガラス層の第１の領域内にある有機ケイ酸塩ガラス層の全体より少ない付加的な部分を除去する第３のプラズマ・エッチング・プロセスを実行するステップと、第４のプラズマ・エッチング・ステップであって、有機ケイ酸塩ガラス層の第２の領域内にある有機ケイ酸塩ガラス層の全体より少ない付加的な部分を除去してワイヤ・トレンチを形成し、有機ケイ酸塩ガラス層の第１の領域内にある該有機ケイ酸塩ガラス層の残りの全ての部分を除去してビア開口部を形成する、第４のプラズマ・エッチング・ステップを実行するステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の特徴は、添付の特許請求の範囲に説明される。しかしながら、本発明自体は、添付図面と併せて読まれたときに、例証となる実施形態に関する以下の詳細な説明を参照することによって、最も良く理解されるであろう。
【００１０】
本発明による相互接続構造体は、ダマシン・プロセスによって形成されるものであり、シングル・ダマシン相互接続構造体又はデュアル・ダマシン相互接続構造体のいずれかである。本発明の種々の実施形態を説明するために、ワイヤ、ビア、及びビア・バーが、考えられるタイプの相互接続構造体である。一般的なビアは、全体的におおよそ正方形又は円形であるが、ビア・バーは、細長い、又は、おおよそ矩形形状のビアである。相互接続構造体は、層間誘電体（ｉｎｔｅｒｌｅｖｅｌ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ、ＩＬＤ）と呼ばれることが多い絶縁層内に形成される。
【００１１】
ダマシン・プロセスは、ワイヤ・トレンチ又はビア開口部が誘電体層内に形成され、トレンチを充填するのに十分な厚さの導体が誘電体の上面上に堆積され、化学機械的研磨（ＣＭＰ）プロセスを実行して、余分な導体を除去し、導体の表面を誘電体層の表面と同一平面上にし、ダマシン・ワイヤ（又はダマシン・ビア）を形成するというものである。トレンチ及びワイヤ（又はビア開口部及びビア、或いはビア・トレンチ及びビア・バー）だけが形成されるとき、このプロセスは、シングル・ダマシンと呼ばれる。（ビア開口部もトレンチとみなし得ることに注意されたい。）
【００１２】
デュアル・ダマシン・プロセスは、ビア開口部が、誘電体層の全厚を通して形成され、その後、任意の所定の断面内に誘電体層を通ってトレンチ部分が形成されるというものである。全てのビア開口部が、上方にある一体のワイヤ・トレンチ及び下方にあるワイヤ・トレンチと交差するが、全てのトレンチが、ビア開口部と交差する必要はない。トレンチ及びビア開口部を充填するのに十分な厚さの導体が、誘電体の上面上に堆積され、ＣＭＰプロセスを実行して、トレンチ内の導体の表面を誘電体層の表面と同一平面上にし、デュアル・ダマシン・ワイヤ及び一体のデュアル・ダマシン・ビアを有するデュアル・ダマシン・ワイヤを形成する。
【００１３】
ＯＳＧ材料が、本発明の種々の実施形態に用いられる。ＯＳＧ材料をウェハ又は基板に回転塗布し、ＯＳＧ層を形成することができ、又は、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）によって、ウェハ又は基板上にＯＳＧ材料を形成し、ＯＳＧ層を形成することができる。
【００１４】
回転塗布に好適なＯＳＧ材料の例は、水素シルセスキオサン・ポリマー（ＨＳＱ）、メチル・シルセスキオキサン・ポリマー（ＭＳＱ）、米国カリフォルニア州、Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ所在のＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社によって製造されるＢｌａｃｋ  Ｄｉａｍｏｎｄ（商標）（メチル・ドープされたシリカ、又はＳｉＯｘ（ＣＨ３）ｙ、又はＳｉＣｘＯｙＨｙ、又はＳｉＯＣＨ）、及び多孔質ＯＳＧを含む。多孔質ＯＳＧ材料は、約１ｎｍから約２５ｎｍまでの間のサイズ分布を有するボイド又は孔を含むＯＳＧである。
【００１５】
当該技術分野に公知の多数の方法により、回転塗布されたＯＳＧ材料内に孔を導入することができる。一例においては、ポロゲン（孔生成剤）を硬化されていないＯＳＧ樹脂と混合し、混合物の層を形成し、ＯＳＧ樹脂が加熱硬化された（ポリマーに変換された）ときに（ポロゲンの揮発又は分解によって）ポロゲンを除去することによって、孔がＯＳＧ材料内に導入される。ボイドは、ポロゲンが最初にあったＯＳＧ内に残される。
【００１６】
第１の例において、ＯＳＧ材料は、５より小さい誘電率を有する。第２の例において、ＯＳＧ材料は、３．５より小さい誘電率を有する。第３の例において、ＯＳＧ材料は、３より小さい誘電率を有する。
【００１７】
シルセスキオサン・ベースのＯＳＧ材料のさらなる例が、構造（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）、及び（ＩＶ）で表すことのできる樹脂（低分子量ポリマー又はオリゴマー）、或いはポリマーである。
【００１８】
【化１】
0005382990.tif 000002
【化２】
0005382990.tif 000003
【化３】
0005382990.tif 000004
【化４】
0005382990.tif 000005
【００１９】
ここで、Ｒ´は、１個から３個までの炭素原子を有するアルキル基、６個から１２個までの炭素原子を有するアリール基、及び６個から１２個までの炭素原子を有するシクロアルキル基から成る群から選択され、ここで、Ｒ´´は、１個から２個までの炭素原子を有するアルキレン基、及び６個から１２個までの炭素原子を有するシクロアルキレン基から成る群から選択される。
【００２０】
構造（Ｉ）は、式−（ＳｉＯ２）ｎ−によって表すことができ、構造（ＩＩ）は、式−（Ｒ´ＳｉＯ３／２）ｎ−によって表すことができ、構造（ＩＩＩ）は、式−（Ｒ´２ＳｉＯ）ｎ−によって表すことができ、構造（ＩＶ）は、式−（Ｒ´´Ｓｉ２Ｏ３）ｎ−によって表すことができる。
【００２１】
一例においては、本発明の種々の実施形態に用いられるＯＳＧ材料の原子組成は、約１０％から約４０％までのシリコン、約０％から約３０％までの炭素、約０％から約３０％までの窒素、及び約２０％から約５０％までの水素から構成される。
【００２２】
ＰＥＣＶＤによって形成されるＯＳＧ材料の例は、２０００年１１月１４日に発行され、高密度ＳｉＣＯＨの層を形成することに向けられ、全体が引用によりここに組み入れられる、Ｇｒｉｌｌ他による特許文献１に見出すことができる。ＰＥＣＶＤによって多相又は多孔質ＯＳＧを形成する例は、２００１年１１月６日に発行された、Ｇｒｉｌｌ他による特許文献２、２００４年６月２９日に発行されたＧｒｉｌｌ他による特許文献３、及び２００４年７月２７日に発行されたＧｒｉｌｌ他による特許文献４に見出され、これらの全体が、引用によりここに組み入れられる。
【００２３】
ＰＥＣＶＤによって形成されるＯＳＧ材料の例は、構造（Ｖ）及び（ＶＩ）によって表すことができる。
【００２４】
【化５】
0005382990.tif 000006
【化６】
0005382990.tif 000007
【００２５】
ＰＥＣＶＤ  ＯＳＧは、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＨ原子の少なくとも幾つかを含む分子から選択された第１の前駆体を用いて形成することができる。Ｏ２又はＮ２Ｏのような酸化分子を第１の前駆体に添加することができる。第１の前駆体は、１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ又はＣ４Ｈ１６Ｏ４Ｓｉ４）、テトラエチルシクロテトラシロキサン（Ｃ８Ｈ２４Ｏ４Ｓｉ４）、Ｏ２又はＮ２Ｏのような酸化剤と混合されたメチルシランのデカメチルシクロペンタシロキサン（Ｃ１０Ｈ３０Ｏ５Ｓｉ５）分子、或いはＳｉ、Ｏ、及びＣを含む前駆体混合物といった、環構造をもつ分子から選択されることが好ましい。前駆体を、ガスとして直接反応器に供給し、気化された液体として直接反応器内に供給し、或いはヘリウム又はアルゴンのような不活性キャリアガスによって移送することができる。前駆体混合物は、窒素、フッ素、又はゲルマニウムのような元素をさらに含むことができる。
【００２６】
第１の前駆体の混合物、並びに、Ｃ原子及びＨ原子を含む分子から選択された第２の前駆体のガス混合物を用いて、ＰＥＣＶＤ多孔質ＯＳＧを形成することができる。随意的に、Ｏ原子、Ｎ原子、又はＦ原子を分子内に含ませることができ、或いは、このような原子を含む分子を前駆体混合物に添加することができる。一例においては、第２の前駆体は、環状炭化水素、環状アルコール、環状エーテル、環状アルデヒド、環状ケトン、環状エステル、フェノール、環状アミンのようなＣ原子及びＨ原子を含む、環構造を備えた分子、或いは、環状炭化水素を含む他のＯ原子、Ｎ原子、又はＦ原子から成る群から選択される。第２の前駆体分子は、約６個から１２個までの炭素原子を含む多環状の（又は多環式の）炭化水素であることがより好ましく、好ましい例は、２，５−ノルボナジエン（ビシクロ[２．２．１]ヘプタ−２，５−ジエンとしても周知である）、ノルボルニレン−２，５−ノルボルナジエン（同じく、ビシクロ[２．２．１]ヘプタ−２，５−ジエンとしても周知である）、ノルボルナン（同じく、ビシクロ［２．２．１］ヘプタンとしても周知である）である。他の例は、トリシクロ［３．２．１．０］オクタン、トリシクロ［３．２．２．０］ノナン、スピロ［３．４］オクタン、スピロール［４．５］ノナン、スピロ［５．６］デカン等のような結合された環式炭化水素である。代替的に、５個から１２個までの炭素原子を含む環状炭化水素（シクロペンタン、シクロヘキサン等）、及び同じく６個から１２個までのＣ原子を含む環状芳香族炭化水素（ベンゼン、トルエン、キシレン等）を用いることもできる。随意的に、分子内又は前駆体混合物に添加されたこのような原子を含む分子内に、Ｏ原子又はＦ原子を含ませることができる。
【００２７】
図１乃至図１０は、本発明の第１の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。図１において、基板１００は、バルク・シリコン（Ｓｉ）基板又はシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板とすることができる。一例において、基板１００は、Ｓｉ、シリコン・ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、Ｓｉの層、ＳｉＧｅの層、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、又はこれらの組み合わせを含む。基板１００は、抵抗器、キャパシタ、インダクタ、ダイオード、トランジスタのようなデバイスを含み、これらのデバイス又は基板に接触することができる。図１において、誘電体層１０５が、基板１００の上に形成され、一例として、コンタクト１１０を含む。一例において、誘電体層１０５はＳｉＯ２を含み、コンタクト１１０はタングステン（Ｗ）を含む。任意のキャップ層１１５が、誘電体層１１０の上に形成される。一例において、キャップ層１１５は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、シリコン・オキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、ＳｉＯ２、ＯＳＧ、低Ｋ誘電体、又はこれらの層の組み合わせを含み、約２ｎｍから約３０ｎｍまでの間の厚さを有する。キャップ層１１５は、防湿層、イオン汚染防止障壁、銅拡散障壁、又はこれらの組み合わせとして働くことができる。低Ｋ誘電体は、約３又はそれより低い誘電率をもつ誘電体である。
【００２８】
ＯＳＧ層又は多孔質ＯＳＧ層１２０が、キャップ層１１５の上に形成される。以下、ＯＳＧ層という用語は、上に説明されるようなＯＳＧ材料の層又は多孔質ＯＳＧ材料の層のいずれかを含む。一例において、多孔質ＯＳＧ層は、約１０体積％から約７０体積％までのボイドを含む。一例において、ＯＳＧ層１２０は、約１００ｎｍから約１５００ｎｍまでの間の厚さである。
【００２９】
任意の接着層１２５が、ＯＳＧ層１２０の上に形成される。第１のハードマスク層１３０が、接着層１２５の上に形成される。任意の再加工保護層１３５が、第１のハードマスク層１３０の上に形成される。第２のハードマスク層１４０が、再加工保護層１３５の上に形成される。
【００３０】
ＯＳＧ層の上面にプラズマ前処理を施し、接着層１２５を形成することによって、或いは、第１のハードマスク層１３０を堆積する前に、ＯＳＧ層の上に接着層１２５を堆積又は塗布することによって、ＯＳＧ層１２０への第１のハードマスク層１３０の接着を強化することができる。
【００３１】
第１のハードマスク層１３０は、多数の目的に役立つ。ハードマスク層１３０は、下に説明されるような化学機械的研磨（ＣＭＰ）停止層として、ＯＳＧ層１２０を湿気及びスラリー溶剤から保護する障壁層として、ＯＳＧ層のパターン形成を可能にするテンプレートとして働く。一例において、第１のハードマスク１３０は、Ｓｉ３Ｎ４、ＳＣ、ＳｉＯＣ、水素化シリコンカーバイド（ＳｉＯＣＨ）、ＳｉＯ２、ＯＳＧ、低Ｋ誘電体、又はこれらの層の組み合わせを含む。
【００３２】
ＣＭＰ後に第１のハードマスク１３０又はその層が保持されるという事実に鑑みると、有効なスタック全体の誘電率を低く保持するように、低Ｋ材料をハードマスクとして有することが有利である。この要件の主な欠点は、この条件を満たす材料が、一般に酸素ベースのプラズマ剥離条件を伴うフォトレジスト・再加工条件に影響を受けやすいことである。したがって、フォトレジスト剥離条件を損なうことから第１のハードマスク層１３０を保護するために、再加工保護層１３５を用いることができる。一例において、再加工保護層１３５は、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、他の高融点金属、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、他の高融点金属窒化物、又はこれらの層の組み合わせを含む。しかしながら、第１のハードマスク層１３０が、フォトレジスト・再加工条件に耐性がある場合には、再加工保護層１３５は必要とされない。一例において、フォトレジスト・再加工は、Ｏ２又は酸素含有種を含むプラズマ・プロセスを用いるフォトレジストの除去を含む。
【００３３】
一例において、第２のハードマスク層１４０は、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、酸窒化シリコン（ＳｉＸＯＹＮＺ）、又はこれらの層の組み合わせを含む。
【００３４】
図２において、任意の反射防止用コーティング（ＡＲＣ）１４５が第２のハードマスク層１４０上に形成され、フォトレジスト層１５０がＡＲＣ１４５上に形成される。従来のフォトリソグラフィ処理（例えば、パターン形成されたマスクを通してフォトレジスト層を化学線にさらし、露出されたフォトレジト又は露出されていないフォトレジストを除去する）によって、フォトレジスト層内に開口部１５５が形成され、よって、ＡＲＣ１４５の上面１６０が露出される。
【００３５】
一例において、ＡＲＣ１４５は、Ｊａｐａｎ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｒｕｂｂｅｒ（ＪＳＲ）社から入手可能な４１４Ｊを含む。
【００３６】
図３において、第１のプラズマ・エッチングを行い、露出されたＡＲＣ１４５（図２を参照されたい）を除去し、次に露出される第２のハードマスク層１４０を除去し、続いて第１のプラズマ・フォトレジスト剥離が行われ、フォトレジスト層１５０及び残りのあらゆるＡＲＣ１４５（図２を参照されたい）を除去し、よって、第２のハードマスク層１４０内に開口部１６５が形成され、再加工保護層１３５の上面１７０が露出される。（再加工保護層１３５が存在しない場合には、第１のハードマスク１３０の上面が開口部１６５内に露出される。）第１のプラズマ・フォトレジスト剥離の後、水又は酸性水溶液の中で任意の湿式洗浄が行われる。一例において、任意の湿式洗浄は、第２のハードマスク層１４０の約２０Åまで除去するというものである。
【００３７】
一例において、塩素含有ガス状化合物、塩素（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、フッ素含有ガス状化合物、モノ・フルオロメタン（ＣＨ３Ｆ）、ジ・フルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、又は、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）と混合されたそれらの組み合わせ、或いはこれらの組み合わせを用いて、第１のプラズマ・エッチングが行われる。一例において、Ｏ２、Ｎ２、Ｈ２、又はこれらの組み合わせを用いて、第１のプラズマ・フォトレジスト剥離プロセスが行われる。
【００３８】
図４において、任意のＡＲＣ１７５が、第２のハードマスク層１４０の開口部１６５内に露出された再加工保護層１３５の上面１７０、かつ、残りの第２のハードマスク層１４０の上面１８０の上に形成される。ＡＲＣ１７５は、上のＡＲＣ１４５について説明されたものと同じ材料を含むことができる。一例において、ＡＲＣ１７５は平坦なものであり、すなわち、開口部１６５の上の、ＡＲＣ１７５の上面１８２には、くぼみがない。
【００３９】
図５において、フォトレジスト層１８５が、ＡＲＣ１７５上に形成される。上に説明されるような従来のフォトリソグラフィ処理によって、フォトレジスト層内に開口部１９０が形成され、よって、ＡＲＣ１７５の上面１９５が露出される。
【００４０】
図６において、第２のプラズマ・エッチングを行い、露出されたＡＲＣ１７５を除去し、再加工保護層１３５、第１のハードマスク層１３０、接着層１２５を貫通するが、ＯＳＧ層１２０を完全には貫通しないように、開口部２００をエッチングする。開口部２００の底部２０５において、ＯＳＧ層１２０のＯＳＧ材料が露出される。開口部２００は、第２のハードマスク層１４０の開口部１６５内に位置合わせされる。一例において、フッ素含有ガス状化合物、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、又はＯ２、Ｎ２、Ｈ２と混合されたそれらの組み合わせ、或いはこれらの組み合わせを用いて、第２のプラズマ・エッチングが行われる。一例において、第２のプラズマ・エッチングは、ＡＲＣ１７５、再加工保護層１３５、第１のハードマスク層１３０、接着層１２５、及びＯＳＧ層１２０に対する選択性をもたない。
【００４１】
図７において、第２のプラズマ・フォトレジスト剥離が行われ、フォトレジスト層１８５及び残りのあらゆるＡＲＣ１７５（図６を参照されたい）を除去する。一例において、Ｏ２、Ｎ２、Ｈ２、又はこれらの組み合わせを用いて、第２のプラズマ・フォトレジスト剥離プロセスが行われる。
【００４２】
ＯＳＧ層１２０の損傷領域２１０が、開口部２００の底部２０５からＯＳＧ層１２０内に延びるように形成される。損傷領域２１０は、第２のプラズマ・エッチング及び／又は第２のプラズマ・フォトレジスト剥離に用いられるＯ２又は酸素含有種によってもたらされる炭素が欠乏したＯＳＧ材料を含むことができる。
【００４３】
図８において、第２のハードマスク層１４０に対して選択的に、再加工保護層１３５、第１のハードマスク層１３０、接着層１２５、及びＯＳＧ層１２０をエッチングする第３のプラズマ・エッチングが行われる。第３のプラズマ・エッチングは、第２のハードマスク層１４０内の開口部１６５をマスクとして用いて、再加工保護層１３５、第１のハードマスク層１３０、接着層１２５、及びＯＳＧ層１２０内に開口部２１５を定める。同時に、開口部２００（図７を参照されたい）の深さが延長され、ＯＳＧ層１２０内に開口部２２０を形成し、損傷領域２１０（図７を参照されたい）が除去される。第３のプラズマ・エッチングが、ＯＳＧ層１２０にさらなる損傷を引き起こさないように（実際には、既に存在するあらゆる損傷を除去するように）、第３のプラズマ・エッチングは、Ｏ２含有種又は酸素含有種を含まない。一例において、第３のプラズマ・エッチングは、ポリマー形成エッチングである。ポリマー形成エッチングは、エッチングされた開口部の側壁及び底部上にフッ化炭素ポリマーを形成するものであり、このフッ化炭素ポリマーは、開口部が次第に深くエッチングされるにつれて、連続的に除去され、該開口部の底部上に再堆積される。一例において、第３のプラズマ・エッチングは、フッ素含有ガス状化合物、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＸＦＹ（ここで、Ｘ及びＹは正の整数）、又は、Ｎ２、Ｈ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅと混合されたそれらの組み合わせ、或いはこれらの組み合わせを用いて行われる。
【００４４】
開口部２１５及び２２０内に露出されたＯＳＧ層１２０の領域は、第３のプラズマ・エッチングによって「損傷されない」ことに注目すべきである。
【００４５】
図９において、ＯＳＧ層１２０が、第２のハードマスク層１４０及びキャップ層１１５に対して選択的にエッチングされる、第４のプラズマ・エッチングが行われる。第４のプラズマ・エッチングがＯＳＧ層１２０にさらなる損傷を引き起こさないように、第４のプラズマ・エッチングは、Ｏ２又は酸素含有種を含まない。別の例において、第４のプラズマ・エッチングは、Ｏ２、酸素含有種、又はＮ２を含まない。一例において、第４のプラズマ・エッチングは、フッ素含有ガス状化合物、ＣＸＦＹ（ここで、Ｘ及びＹは正の整数）、又は不活性ガス、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅと混合されたそれらの組み合わせ、或いはこれらの組み合わせを用いて行われる。
【００４６】
ビア開口部２２０Ａからキャップ層１１５を除去するために、ＯＳＧ層１２０が第２のハードマスク層１４０及びキャップ層１１５に対して選択的にエッチングされる第５のプラズマ・エッチングが行われる。第５のプラズマ・エッチングがＯＳＧ層１２０にさらなる損傷を引き起こさないように、第５のプラズマ・エッチングは、Ｏ２又は酸素含有種を含まない。一例において、第５のプラズマ・エッチングは、フッ素含有ガス状化合物、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＸＦＹ（ここで、Ｘ及びＹは正の整数）、又はＮ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅと混合されたそれらの組み合わせ、或いはこれらの組み合わせを用いて行われる。
【００４７】
第４及び第５のプラズマ・エッチングは、開口部２１５及び２２０（図８を参照されたい）の深さを、デュアル・ダマシン相互接続部を形成するのに必要とされる深さまで延ばすことによって、ワイヤ・トレンチ２１５Ａ及びビア開口部２２０Ａを定める。ビア開口部２２０Ａ及びワイヤ・トレンチ２１５Ａ内に露出されるＯＳＧ層１２０の領域は「損傷されない」ことに注目すべきである。
【００４８】
図１０において、デュアル・ダマシン・ワイヤ２２５が、それぞれ、上に説明されるワイヤ・トレンチ２１５Ａ（図９を参照されたい）及びビア開口部２２０Ａ（図９を参照されたい）内に形成されたワイヤ部分２３０及びビア部分２３５を含む。第２のハードマスク１４０及びレジスト保護層１３５が、デュアル・ダマシン・プロセスに用いられるＣＭＰプロセスによって除去される。第１のハードマスク１３０が、ＣＭＰ停止層として働く。一例において、デュアル・ダマシン・ワイヤ２２５が、ライナ２４０及びコア導体２４５を含む。一例において、ライナ２４０は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、又はこれらの組み合わせを含む。一例において、コア導体２４５は、Ｃｕを含む。デュアル・ダマシン・ワイヤ２２５は、例示的なコンタクト１１０と直接物理的及び電気的に接触した状態で示される。
【００４９】
第４及び第５のプラズマ・エッチングは、別個のプロセスとして説明されたが、小さいビア開口部の場合、第５のプラズマ・エッチングの使用によりプラズマ負荷の影響が減少され、ビア開口部の寸法制御が改善されるものの、第５のプラズマ・エッチングを排除し、第４のプラズマ・エッチング時間を増大させ、キャップ層１１５を通して同様にエッチングすることができる。
【００５０】
図１１及び図１２は、本発明の第２の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。本発明の第１の実施形態は、デュアル・ダマシン・プロセスに向けられたものであるが、本発明の第２の実施形態は、シングル・ダマシン・プロセスに向けられている。図１、図２及び図３に示され、上に説明されるステップが、図１１及び図１２に示されるステップのすぐ前に行われる。
【００５１】
図１１において、上に説明される第３のエッチング・プロセスが行われる。第３のプラズマ・エッチングは、第２のハードマスク層１４０に対して選択的に再加工保護層１３５、第１のハードマスク層１３０、接着層１２５、及びＯＳＧ層１２０をエッチングする。第４のプラズマ・エッチングは、第２のハードマスク層１４０及びキャップ層１１５に対して選択的にＯＳＧ層１２０をエッチングする。本発明の第２の実施形態の第４のプラズマ・エッチング・プロセスは、上に説明される本発明の第１の実施形態の第５のエッチング・プロセスと本質的に同じエッチング・プロセスである。ワイヤ・トレンチ（又はビア開口部）２５０をＯＳＧ層１２０及びキャップ層１１５内に定めるために、第２のハードマスク層１４０内の開口部１６５が用いられる。
【００５２】
図１２において、シングル・ダマシン・ワイヤ（又はビア、或いはビア・バー）２５５は、ライナ２４０及びコア導体２４５を含み、コンタクト１１０と直接物理的及び電気的に接触した状態にある。シングル・ダマシン・プロセスに用いられるＣＭＰプロセスによって、第２のハードマスク１４０及びレジスト保護層１３５が除去される。第１のハードマスク１３０は、ＣＭＰ停止層として働く。
【００５３】
第３及び第５のプラズマ・エッチングは、別個のプロセスとして説明されたが、第５のプラズマ・エッチングを排除し、第３のプラズマ・エッチング時間を増大させ、キャップ層１１５を通して同様にエッチングすることができる。
【００５４】
図１３は、本発明の第１の実施形態による相互接続構造体を形成する方法のフローチャートである。ステップ３００において、少なくとも第１及び第２のハードマスク層が、基板上のＯＳＧ層（多孔質ＯＳＧ層とすることができる）の上に形成され、第１のハードマスク層は、第２のハードマスク層とＯＳＧ層との間にある。任意のキャップ層を、ＯＳＧ層と第１のハードマスク層との間に形成することができる。任意の接着層を、ＯＳＧ層と第１のハードマスク層との間に適用／形成することができる。任意の再加工保護層を第１のハードマスク層と第２のハードマスク層との間に形成することができる。
【００５５】
ステップ３０５において、第１のフォトレジスト層が第２のハードマスク層上に適用される。フォトレジスト層が第１のＡＲＣに適用される場合、第１のフォトレジスト層を適用する前に、任意の第１のＡＲＣを第２のハードマスク層に適用することができる。
【００５６】
ステップ３１０において、第１のフォトレジスト層がパターン形成され、第１のプラズマ・エッチング・プロセスを用いて、パターンが第２のハードマスク層に転写される。ステップ３１５において、第１のフォトレジスト層が除去される。
【００５７】
ステップ３２０において、第２のフォトレジスト層が、第１及び第２のハードマスク層の露出面に適用され、パターン形成される。第２のフォトレジスト層が第２のＡＲＣ適用される場合、第２のフォトレジスト層を適用する前に、任意の第２のＡＲＣを第１及び第２のハードマスク層の露出面に適用することができる。
【００５８】
ステップ３２５において、第２のプラズマ・エッチング・プロセスを用いて、第２のフォトレジスト・パターンが、第１のハードマスク層を通してＯＳＧ層内に転写され、ビア開口部を定める。キャップ層、再加工保護層、接着層及び／又は第２のＡＲＣ層が存在する場合には、同様にパターンがこれらの層を通して転写される。ステップ３３０において、第２のフォトレジスト層が除去される。
【００５９】
ステップ３３５において、第３のプラズマ・エッチング（Ｏ２又は酸素含有種を用いない）が行われ、第２のハードマスク層内のパターンをＯＳＧ層（及び全ての介在層）内に延ばし、該ＯＳＧ層内にワイヤ・トレンチを形成し、該ＯＳＧ層内のビア開口部の深さを延ばす。
【００６０】
ステップ３４０において、酸素非含有種又は窒素非含有種（すなわち、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、ＮＨ３、或いは他の酸素又は窒素含有分子、ラジカル、又はイオンを含まない）を用いて、第４のプラズマ・エッチングが行われ、ワイヤ・トレンチの深さをその最終の深さまで延ばし、ＯＳＧ層を通してビア開口部を延ばす。酸素非含有種又は窒素非含有種（すなわち、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、ＮＨ３、或いは他の酸素又は窒素含有分子、ラジカル、又はイオンを含まない）を用いて、第５のプラズマ・エッチングも行われ、存在する場合にはキャップ層を通してビア開口部を延ばす。代替的に、第５のプラズマ・エッチングを排除し、第４のプラズマ・エッチングを用いて、キャップ層を通してエッチングすることもできる。
【００６１】
ステップ３４５において、ワイヤ・トレンチ及びビア開口部が、金属又は他の導電性材料で充填され、平坦化され、デュアル・ダマシン・ワイヤ及びビアを形成する。
【００６２】
図１４は、本発明の第２の実施形態による相互接続構造体を形成する方法のフローチャートである。ステップ３５０において、少なくとも第１及び第２のハードマスク層が、基板上のＯＳＧ層（多孔質ＯＳＧ層とすることができる）の上に形成され、第１のハードマスク層が、第２のハードマスクとＯＳＧ層との間にある。任意のキャップ層をＯＳＧ層と第１のハードマスク層との間に形成することができる。任意の接着層をＯＳＧ層と第１のハードマスク層との間に適用／形成することができる。任意の再加工保護層を第１のハードマスク層と第２のハードマスク層との間に形成することができる。
【００６３】
ステップ３５５において、フォトレジスト層が第２のハードマスク層上に適用される。フォトレジスト層がＡＲＣに適用される場合、フォトレジスト層を適用する前に、任意のＡＲＣを第２のハードマスク層に適用することができる。
【００６４】
ステップ３６０において、フォトレジスト層がパターン形成され、第１のプラズマ・エッチング・プロセスを用いて、パターンが第２のハードマスク層に転写される。ステップ３６５において、第１のフォトレジスト層が除去される。
【００６５】
ステップ３６５において、第２のプラズマ・エッチング・プロセスを用いて、第２のハードマスク・パターンが第１のハードマスク層を通してＯＳＧ内に転写され、ワイヤ・トレンチ、又はビア、或いはビア開口部を定める。キャップ層、再加工保護層、接着層、及び／又はＡＲＣ層が存在する場合には、同様にパターンがこれらの層を通して転写される。
【００６６】
ステップ３７０において、酸素非含有種又は窒素非含有種（すなわち、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、ＮＨ３、或いは他の酸素又は窒素含有分子、ラジカル、又はイオンを含まない）を用いて、第３のプラズマ・エッチングが行われ、第２のハードマスク層内のパターンをＯＳＧ層（及び全ての介在層）内に延ばし、ＯＳＧ層内のワイヤ・トレンチ又はビア開口部を完成させる。第４のプラズマ・エッチングも行われ、存在する場合にはキャップ層を通してワイヤ・トレンチ又はビア開口部を延ばす。代替的に、第４のプラズマ・エッチングを排除し、第３のプラズマ・エッチングを用い、キャップ層を通してエッチングすることもできる。（第２の実施形態の第４のプラズマ・エッチングは、第１の実施形態の第５のプラズマ・エッチングと本質的に同じものであることに注目されたい。）
【００６７】
ステップ３７５において、ワイヤ・トレンチ及びビア開口部が、金属又は他の導電性材料で充填され、平坦化され、シングル・ダマシン・ワイヤ、ビア、又はビア・バーを形成する。
【００６８】
したがって、フォトレジスト・ポイズニングをもたらさない相互接続構造体をＯＳＧ誘電体内に形成する本発明の方法の種々の実施形態は、ＯＳＧの炭素欠乏による影響を受けにくく、相互接続部／ＯＳＧ界面の接着の損傷にあまり影響を受けない。
【００６９】
本発明の実施形態の上記の説明は、本発明の理解のために与えられるものである。本発明は、ここに説明された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく当業者に明らかとなる種々の修正、再構成、及び置換が可能であることが理解されるであろう。したがって、上記の特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲内にあるものとして、このような修正及び変更の全てを網羅することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態による相互接続構造体の製造を示す断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態による相互接続構造体を形成する方法のフローチャートである。
【図１４】本発明の第２の実施形態による相互接続構造体を形成する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
１００：基板
１０５：誘電体層
１１０：コンタクト
１１５：キャップ層
１２０：ＯＳＧ層
１２５：接着層
１３０：第１のハードマスク層
１３５：再加工保護層
１４０：第２のハードマスク層
１４５、１７５：反射防止用コーティング（ＡＲＣ）
１５０、１８５：フォトレジスト層
１５５、１６５、１９０、２００、２１５、２２０：開口部
２１５Ａ、２５０：ワイヤ・トレンチ
２２０Ａ：ビア開口部
２２６、２５５：デュアル・ダマシン・ワイヤ
２４０：ライナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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