(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路中に金属被覆部およびコンタクト構造を形成する方法において、
ａ-1）アクティブ領域を有する半導体基体と、その上のゲート構造と、前記ゲート構造に隣接する誘電体スペーサと、
ａ-2）実質上平坦な表面を有するコンタクト誘電体層と、
ａ-3) 上記コンタクト誘電体層上に形成されたトレンチ誘電体層と、
ａ-4) トレンチ誘電体層上に形成されたパターン化されたフォトレジスト層とを具備している複合構造を形成し、
ｂ）前記コンタクト誘電体層を実質上エッチングしないエッチング条件によって前記トレンチ誘電体層をエッチングして前記トレンチ誘電体層中にトレンチを形成し、
ｃ）前記パターン化されたフォトレジスト層を除去し、
ｄ) コンタクト開口マスクを形成し、
ｅ）前記半導体基体の領域と前記誘電体スペーサの少なくとも１つの一部分とを露出する第１のコンタクト開口を形成するために前記ゲート構造を実質上損傷しないエッチング条件下で前記コンタクト誘電体層をエッチングし、
ｆ）前記第１のコンタクト開口と前記トレンチ中へ導電材料を付着させて前記第１のコンタクト開口中にコンタクトを形成し、前記トレンチ中に金属被覆部を形成する集積回路に金属被覆部およびコンタクト構造を形成する方法。
【請求項２】
前記第１のコンタクト開口に対応する第２のコンタクト開口をまず前記トレンチ誘電体層中に形成する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記トレンチ誘電体層は前記トレンチよりも少なくとも１００オングストローム大きい厚さを有している請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記コンタクト誘電体層のエッチングは、前記コンタクト誘電体材料のエッチング速度と前記ゲート構造のエッチング速度との比が少なくとも５：１であるエッチング条件で行われる請求項１記載の方法。
【請求項５】
ライナーと、ウェッティング層と、バリア層の少なくとも１つを前記第１のコンタクト開口および前記トレンチ中に形成するステップをさらに有している請求項１記載の方法。
【請求項６】
ライナーと、ウェッティング層と、バリア層の少なくとも１つは５０オングストローム乃至１０００オングストロームの厚さを有している請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ライナーと、ウェッティング層と、バリア層の少なくとも１つの層は、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、銅、ニッケル、コバルト、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、プラチナ、金、銀、チタニウム−タングステン、窒化タンタル、窒化チタニウムからなるグループから選択された材料を含んでいる請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記導電材料はタングステン、アルミニウム、銅、それらの金属の１つの合金からなるグループから選択されている請求項１記載の方法。
【請求項９】
最上部表面が前記トレンチ誘電体層の最上部表面と実質上同一平面になるまで、前記導電材料を除去するステップをさらに有している請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記同一平面の導電材料と前記トレンチ誘電体層の上に中間層の誘電体層を付着するステップをさらに有している請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記複合構造は前記トレンチ誘電体層と前記パターン化されたフォトレジストとの間に配置された反射防止被覆をさらに有している請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記反射防止被覆は有機材料の反射防止被覆で構成されている請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記反射防止被覆は誘電体材料の反射防止被覆で構成されている請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記トレンチ誘電体層はドープされていないケイ酸塩ガラスで構成されている請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記コンタクト誘電層はドープされたケイ酸塩ガラスで構成されている請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記ドープされたケイ酸塩ガラスのコンタクト誘電体層は、燐酸塩ケイ酸塩ガラス、硼燐酸塩ケイ酸ガラス、フルオロケイ酸ガラスからなるグループから選択された材料で構成されている請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は“デュアルダマスク”状処理を使用して集積回路に金属被覆部およびコンタクト構造を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の処理中、半導体装置のアクティブ領域との間に電気接続が必要である。
【０００３】
１つの処理方法は自己整列コンタクト（ＳＡＣ）技術の使用を含んでおり、この処理方法では誘電体材料を通って半導体装置のアクティブ領域へ開口が形成され、ここでアクティブ領域に隣接するゲート構造は包囲される誘電体材料よりも低いエッチング速度を有する材料でカプセル化されることによりコンタクト開口エッチングステップ中保護される。この方法で、ゲート構造に対する損傷を最少にしながら機能的回路により消費される領域全体を減少させることができるが、この方法はコンタクト孔と下に位置する導電領域との整列における小さいエラーから生じる。
【０００４】
このような開口が形成された後、これは自己整列コンタクトを形成するために導電材料で充填され平坦化される。２以上のＳＡＣが、金属層をパターン化することにより形成される局部トレンチにより電気的に接続されてもよく、それによって、金属層は電気的にＳＡＣを接続し、その後、誘電材料を付着し随意的に平坦化される。
【０００５】
ダマスク金属被覆層は前述のパターン化された金属層に代るものである。“ダマスク”金属層は、トレンチまたはトラフが誘電体材料層に形成され、その後トレンチが導電材料で充填される金属層である。ダマスクプロセスは半導体処理でさらに広く使用されるようになっている。
【０００６】
ダマスク金属被覆により形成されたＳＡＣと相互接続部との間のインターフェイスで観察された問題は、“デュアルダマスク”プロセスを発生し、それにおいてはチャンネルがトレンチ誘電体中に形成され、開口が下に位置するコンタクト誘電体中に形成され、その両者はその後金属で充填される。この技術はコンタクトおよび相互接続部を同時に形成する利点を与え、これは処理ステップを減少させ、コンタクトおよび相互接続部構造との間にさらに高い導電性のインターフェイスを生じる。
【０００７】
米国特許第5,861,676 号明細書（Yen ）は半導体または集積回路の素子間にコンタクトおよび相互接続部を形成する方法について報告している。
【０００８】
米国特許第5,795,823 号明細書（Avanzino）は１つのみのマスクパターンによるデュアルダマスクを使用した導電性ラインと接続バイア孔の製造について報告している。これはまた米国特許第5,614,765 号明細書（Avanzino）によっても報告されている。
【０００９】
米国特許第5,877,076 号明細書（Dai ）では、反対のタイプの２層化されたフォトレジストを使用したデュアルダマスクプロセスについて報告している。
【００１０】
米国特許第5,876,075 号明細書（Dai ）では、単一のフォトレジストプロセスを使用した方法をデュアルダマスクパターンを形成することについて報告している。
【００１１】
米国特許第5,882,996 号明細書（Dai ）では、現像剤可溶性ＡＲＣ侵入型層を使用したデュアルダマスク相互接続部をパターン化する方法について開示している。
【００１２】
米国特許第5,635,423 号明細書（Huang ）では、トレンチ誘電体の最初の開口が拡大され、同時にエッチストップ層を通るバイア開口とバイア誘電体とを通って延在する変形したデュアルダマスクプロセスについて報告している。
【００１３】
米国特許第326,432 号明細書（QiaoとNulty 、1999年６月４日）では、自己整列コンタクトを製造する方法および構造について報告している。
【００１４】
BlosseのIEEE 1999 International Interconnect Technology Conference、215 −217 頁では、ＰＶＤを使用したアルミニウム相互接続部の形成における端ぐりのデュアルダマスクと自己整列されたデュアルダマスクとの比較について報告している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
コンタクトと相互接続部を形成する既知の技術にかかわらず、装置密度の増加、処理の効率の増加に対する要求により、効率よく半導体相互接続部を製造する新たな努力に拍車がかけられている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の１実施形態は、デュアルダマスクプロセスを使用して相互接続部および自己整列されたコンタクト構造を処理する方法を含んでいる。
【００１７】
本発明の別の実施形態は、ゲート構造により制御される半導体装置のアクティブ領域に金属被覆部および自己整列されたコンタクト構造を形成するデュアルダマスク方法を含んでいる。
【００１８】
本発明の別の実施形態は、ゲート構造により制御される半導体装置のアクティブ領域に金属被覆部および自己整列されたコンタクト構造を形成するデュアルダマスク方法を含んでおり、ここでゲートはコンタクト孔のエッチング期間中保護される。
【００１９】
本発明の別の実施形態は、ゲート構造により制御される半導体装置のアクティブ領域に金属被覆部およびコンタクト構造を形成するデュアルダマスク方法を含んでおり、ここでゲートはコンタクト孔のエッチング期間中エッチングから保護され、トレンチ誘電体のエッチングは時間を定められ、コンタクト誘電体の実質的なエッチングが行われる前に停止される。
【００２０】
本発明の別の実施形態は、ゲート構造により制御される半導体装置のアクティブ領域に金属被覆部およびコンタクト構造を形成するデュアルダマスク方法を含んでおり、ここでゲートはコンタクト孔のエッチング中保護され、コンタクト誘電体層を通るコンタクト孔のエッチングはパターン化されたフォトレジストなしで行われることができる。
【００２１】
本発明のこれらおよび他の実施形態は金属相互接続構造および１以上の自己整列されたコンタクトを同時に形成するデュアルダマスク方法により可能にされる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のさらに完全な認識およびその多数の付随する利点は、添付図面と関連して考慮した以下の詳細な説明を参照することによって良好に理解されるであろう。
本発明の１文脈内では、アクティブ領域と誘電体層とを構成しているマルチレベルの基体はトレンチとコンタクト孔の両者を形成するためにエッチングされ、ここではコンタクト孔マスクの整列はＳＡＣ技術を使用して処理許容範囲を与えられる。
【００２３】
本発明にしたがって処理されるマルチレベルの基体は当業者に知られている一般的な方法にしたがって処理されることができる。アクティブ領域、ゲート構造、誘電体層を具備する適切な基体は当業者に知られている一般的な方法により処理されることができる。
【００２４】
開口が形成されてもよいアクティブ領域の限定ではない例はシリコン、ゲルマニウムまたはＧａＡｓ基体（一般的なＮドープ剤［窒素、燐、砒素、アンチモン、ビスマス、テルル、硫黄、その混合物等］またはＰドープ剤［Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、その混合物等］で低濃度、高濃度および／または非常に高濃度にドープされている）のソースおよびドレイン領域と、ケイ化物ソースおよびドレイン領域と、金属被覆または導電（金属）相互接続構造と、フィールド酸化物領域と、ゲートおよびまたは（基体の上の導電材料の第１の機能層中に位置する［ドープされた］ポリシリコンおよび／または一般的な金属ケイ化物で構成されてもよい）ワードライン構造等を含んでいる。
【００２５】
適切なゲート構造は当業者に知られている構造を含んでおり、これらは例えばＭＯＳ構造、（例えば非揮発性トランジスタ用の）フローティングゲート／制御ゲート構造、ＳＯＮＯＳトランジスタ等を含んでいる。
【００２６】
コンタクト誘電体を付着する前に、コンタクト孔をエッチングするときゲートまたは金属被覆構造のエッチングを防止または禁止し、（ソース／ドレイン）ウェルのインプラント中に通常の低濃度でドープされたソース／ドレイン構造を保護するスペーサを形成する。適切なスペーサはＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤにより誘電体スペーサ材料を付着し、それに続いてスペーサを形成するように誘電体スペーサ材料を異方性エッチングする等、当業者に知られている一般的な方法によって形成される。適切な誘電体スペーサ材料は当業者により選択されてもよく、包囲するコンタクト誘電体材料に関して低速度のエッチングを与えることができる。例えば、１つの適切なスペーサ材料は（例えばコンタクト誘電体が酸化物で構成されるとき）窒化シリコン等の窒化物、または（例えばコンタクト誘電体が窒化物または第２の組成的に異なる酸化物で構成されるとき）酸化シリコンで構成される。典型的に、スペーサ層はベースで測定するとき約１００乃至約１，５００オングストローム、通常は約５００乃至約８００オングストロームの幅を有する。
【００２７】
本発明では、ゲート構造、すなわちゲートおよびキャップ誘電体の実質的なエッチングを防止するようにコンタクト開口をエッチングするときにコンタクト誘電体材料のエッチング速度がゲート構造、特にキャップ誘電体のエッチング速度とは十分に異なっていることが望ましい。したがって、コンタクト誘電体材料のエッチング速度とゲート構造（特にキャップ誘電体）のエッチング速度との比率は少なくとも５：１であるように選定されることが好ましい。そのため、コンタクト誘電体層とゲート構造とのエッチング速度の差を増加するように窒化シリコン等の材料でゲートを覆う保護キャップ誘電体層を形成することは本発明の技術的範囲内にある。キャップ誘電体の形成と、適切な材料の選択は当業者のレベル内であり、一般的なＳＡＣ技術に基づいている。
【００２８】
適切なコンタクト誘電体材料は当業者に知られている一般的な方法によりゲート構造を覆って付着され（および選択的に平坦化される）。適切なコンタクト誘電体材料は、コンタクト誘電体のエッチング速度が、誘電体スペーサ材料の実質的なエッチングされない（および／またはコンタクト孔エッチングプロセスからゲート12を確実に保護する）コンタクト誘電体材料の比較的完全なエッチングを許容するようにコンタクト誘電体をエッチングすることに使用される状態下では、ゲート構造を包囲する誘電体スペーサ材料のエッチング速度よりも十分に大きくなるように当業者により選択されることができる。例えばコンタクト誘電体層は二酸化シリコン、またはフルオロケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、硼ケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）、燐酸塩ケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）および／または硼燐酸塩ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）のようなドープされたケイ酸塩ガラスのような誘電体材料の１以上の層を具備している。コンタクト誘電体材料は付着後の高密度化および／または平坦化のリフローステップを受けてもよい。さらに、コンタクト誘電体材料は例えば等方性エッチング、アニールまたは化学機械的研磨（ＣＭＰ）のような、当業者に知られているプロセスによってさらに平坦化されてもよい。
【００２９】
コンタクト誘電体層のさらに別の例は、一般的な酸化物、窒化物、オキシニトライド（oxynitride）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）のような他の誘電体、Ｐドープされた酸化シリコン（Ｐガラス）、窒化シリコン（Ｓｉx Ｎy ）、（例えば（ｘ／２）＋（３ｙ／４）＝ａであるような一般公式Ｓｉa Ｏx Ｎy の）シリコンオキシニトライド、Ａｌ2 Ｏ3 ，窒化アルミニウム（例えばＡｌＮ）のような窒化金属、Ｖ2 Ｏ5 、テトラエチルオルソケイ酸ベースの酸化物、チタニウム酸化物、（例えば（２ｘ／３）＋ｙ＝ｂのような一般式Ａb Ｏx Ｎy の）アルミニウムオキシニトライド、（例えばｘ＝２ａ＋３ｂ／２、ｙ＝４ａ／３＋ｂである一般式［Ｓｉa Ａｌb Ｏx Ｎy ］の）そのアルミノケイ酸塩、硼素および／または３価燐ドープされたアルミン酸塩、アルミノケイ酸塩を含んでいる。好ましくはコンタクト誘電体材料はＰ原子とＳｉ原子の合計に関して１−１５％、好ましくは３−１２％、さらに好ましくは５−１１％のＰ原子％を含んでいるＰＳＧ層を具備する。
【００３０】
コンタクト誘電体層の最終的な厚さは特に限定されないが、好ましくは約０．３乃至３．０μｍ、さらに好ましくは０．４乃至２．０μｍ、さらに好ましくは０．５乃至１．０μｍの範囲内である。０．１８μｍゲート幅技術の典型値は０．６μｍである。コンタクト誘電体層は単一の誘電体材料、あるいは同一または異なる誘電体材料の多数の層で構成されてもよい。
【００３１】
コンタクト誘電体の上にはそこに形成される相互接続構造と同じまたは好ましくはそれよりも大きい厚さのトレンチ誘電体材料が存在する。適切なトレンチ誘電体材料はトレンチ誘電体のエッチングに使用される状態下で、下に位置するコンタクト誘電体材料よりも高いエッチング速度を有している。
【００３２】
トレンチ誘電体材料の例としては、一般的な酸化物、窒化物、オキシニトライド（oxynitride）、硼燐酸塩ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）、硼ケイ酸ガラス（ＢＳＧ）、フルオロケイ酸塩ガラス、燐酸塩ケイ酸塩ガラス、ドープされていないケイ酸塩ガラス、スピンオンガラス（ＳＯＧ）のような他の誘電体、Ｐドープされた酸化シリコン（Ｐガラス）、窒化シリコン（Ｓｉx Ｎy ）、二酸化シリコン、（例えば（ｘ／２）＋（３ｙ／４）＝ａであるような一般式［Ｓｉa Ｏx Ｎy ］の）シリコンオキシニトライド、Ａｌ2 Ｏ3 ，窒化アルミニウム［例えばＡｌＮ］のような窒化金属、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ｖ2 Ｏ5 、テトラエチルオルソケイ酸塩ベースの酸化物、酸化チタニウム、（例えば（２ｘ／３）＋ｙ＝ｂのような一般公式［Ａb Ｏx Ｎy ］の）アルミニウムオキシニトライド、（例えばｘ＝２ａ＋３ｂ／２、ｙ＝４ａ／３＋ｂである一般式［Ｓｉa Ａｌb Ｏx Ｎy ］の）そのアルミノケイ酸塩および窒化物、硼素および／または３価燐ドープされたアルミン酸塩、アルミノケイ酸塩を含んでいる。好ましくは、トレンチ誘電体材料は（テトラエチルオルソケイ酸またはテトラエトキシシランとしても知られている）ＴＥＯＳのプラズマ補助蒸気熱分解により形成され、この蒸気は約０．３乃至約１トルの圧力と約６４０−６６０℃の温度における硼素源としてのトリメチル硼酸塩（ＴＭＢ）および／または燐源としてのホスフィンをさらに含んでもよい。
【００３３】
トレンチ誘電体層の厚さは特に限定されないが、好ましくは約０．０６乃至３．０μｍ、さらに好ましくは０．１０乃至１．５μｍ、さらに好ましくは０．１５乃至１．０μｍの範囲内である。０．１８μｍゲート幅を有するプロセスではトレンチの厚さは約０．２０μｍであってもよい。トレンチ誘電体層は単一の誘電体材料で構成されてもよいが、同一または異なる誘電体材料の複数の層で構成されてもよい。
【００３４】
図１では、半導体構造が示されており、（ｉ）ゲート12と、“キャップ”誘電体13と、随意的にスペーサ２とを含んでいるゲート構造３を包囲しているコンタクト誘電体層１と、（ii）それを覆って位置するトレンチ誘電体層４と、（iii ）反射防止被覆層14とを具備している。図示されていないがアクティブ領域は基体に位置するがゲート構造３に隣接している。
【００３５】
トレンチは通常のフォトリソグラフおよびエッチング技術により半導体構造のトレンチ誘電体層に形成されてもよい。しかしながら、フォトリソグラフ処理中にさらに大きい解像度を得るために、反射防止被覆（ＡＲＣ）層14がトレンチマスクを形成するためにフォトレジスト層５を付着する前にトレンチ誘電体材料の露出表面に付着されてもよい（図２参照）。１つの適切なＡＲＣは下部の反射防止被覆（ＢＡＲＣ）を含み、これはBrewer Science(Rolla,Mo.), Clariant, HitachiまたはTokyo Ohka（例えばSinger Semiconductor International1999年３月、22(3) 巻、55〜59頁参照）から市場で入手可能な材料等の有機物材料であってもよい。代わりに、誘電体ＡＲＣ層（例えばApplied Material、サンタクララ、カリフォルニア州から入手可能なＳｉＯz Ｎy またはＤＡＲＣ（商標名））、犠牲ＡＲＣ層（例えばＴｉＮ）または前述のＡＲＣ層材料からなる多層化構造等の無機物の誘電体層が使用されてもよい。誘電体ＡＲＣ層は約２００オングストローム乃至約１，０００オングストローム、典型的には３００オングストローム乃至約７００オングストロームの厚さであってもよい。
【００３６】
トレンチ誘電体をパターン化するためのフォトレジスト層は、スピン被覆等の当業者に知られている一般的な方法によりトレンチ誘電体またはＡＲＣ層上に形成されることができる。レジスト材料はその後慣例的にパターン化される。
【００３７】
ネガチブレジスト材料はゴムおよび／または例えばゴムによりクロスリンクを形成するように光と反応する光反応剤のような化学的に不活性のポリマー成分を含んでいてもよい。有機物現像剤中に位置されるとき、露出されずポリマーにされていないレジストは溶解し、露光された区域にポリマーのパターンを残す。ネガチブレジスト材料の処理および付着は当業者のレベル内であり、過度の実験をせずに行われることができる。ネガチブレジストシステムの例はクレゾールエポキシノボラックベースのネガチブレジストと、Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 、第３版、17巻の題名“Photoreactive Polymers”、680 〜708 頁に記載されているような１以上の光反応重合体を含むネガチブレジストを含んでいるが特にそれらに限定されていない。
【００３８】
ボジチブレジストは露光される区域で破壊される光反応成分を有する。典型的にレジストは水性のアルカリ性溶液で除去され、この場合、露光区域が溶解する。ボジチブレジスト材料の処理および付着は当業者のレベル内であり、過度の実験せずに実行されることができる。適切なボジチブレジストシステムの例は、Shipley XP9402、JSR KRK-K2G 、JSR KRF-L7のボジチブレジストと、Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 、第３版、17巻の題名“Photoreactive Polymers”、680 〜708 頁に記載されている１以上の光反応重合体を含んでいるボジチブレジストとを含んでいるがそれらに限定されない。
【００３９】
レジスト材料の例は、Bayer （IBM Tech. Discl. Bull(USA)、22巻、No.5、1979年10月、1855頁）、Tabei （米国特許第4,613,404 号明細書）、Taylor（J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、3078−3081頁）、Argitis （J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、3030−3034頁）、Itani （J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、3026−3029頁）、Ohfuji（J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、3022−3025頁）、Trichkov（J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、2986−2993頁）、Capodieci （J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、2963−2967頁）、Zuniga（J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、2957−2962頁）、Xiao（J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、2897−2903頁）、Tan （J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、2539−2544頁）、Mayone（J Vac. Sci. Technol.、12巻、No.6、1995年、1382−1382頁）にも記載されている。レジスト材料の処理および付着を記載している前述の参照文献の関連部分は本発明の参考文献とされる。特定のエッチング状態におけるレジスト材料の選択は当業者のレベル内であり、過度の実験をせずに実行されることができる。
【００４０】
フォトレジスト層は、フォトリソグラフマスクを通過する放射へフォトレジスト層を露出する等による当業者に知られた慣例的なリソグラフステップによってパターン化されることができる。このような選択的な露光と、それに続く慣例的な現像は金属被覆構造の配線パターンに対応してトレンチパターンを発生できる。フォトレジスト材料のタイプ（即ちポジまたはネガ）に基づいて、フォトレジスト材料の選択された部分は適切な現像剤／溶剤で現像されることによって除去されることができ、結果的なパターンはその後のエッチング前に（例えば炉で焼成することにより）加熱されてもよい。
【００４１】
フォトレジストは図２で示されているようにトレンチ（または局部的な相互接続）マスク５を形成するように付着されパターン化される。露出されたＡＲＣ層14とトレンチ誘電体材料層４は下に位置するコンタクト誘電体材料１を実質的にエッチングせずに露出されたトレンチ誘電体材料４を除去する条件下でエッチングされる。特定の条件は当業者により選択されることができ、トレンチの深さと、トレンチ（および必要ならコンタクト）誘電体層の性質または組成に基づいて異なってもよい。トレンチ誘電体材料４は下に位置するコンタクト誘電体層１を実質的にエッチングせずに実効的にエッチングされる。ウェハの後面は５−２０トル、好ましくは約１４トルの圧力でＨｅにより冷却されてもよい。さらに、適切なエッチング条件はQiaoとNulty の米国特許出願第09/326,432号明細書に記載されている。
【００４２】
エッチングガスは典型的に慣例的な反応イオンエッチングで当業者に使用されるガスである。典型的にハロゲン化炭素ガスとしては、ＣＨＦ3 、Ｃ4 Ｆ8 、Ｃ2 Ｆ6 、Ｆ−１３４、Ｆ−１３４ａ、ＣＦ4 、ＳＦ6 、ＮＦ3 、ＳＦ6 、Ｃｌ2 、ＨＦ、ＨＣｌ、ＣＣｌ4 、Ｃn Ｈx Ｆy （ここでｎ≧１、ｙ≧１、ｘ＋ｙ＝２ｎ＋２）（例えば米国特許出願第08/683,407号明細書および／または米国特許第5,468,342 号明細書参照）およびその混合物、好ましくはＣＨＦ3 、Ｃ4 Ｆ8 および／またはＦ−１３４ａ、さらに好ましくはＣＨＦ3 とＣ4 Ｆ8 の混合物（米国特許第09/253,991号明細書、1999年２月22日参照）等がある。一酸化炭素も選択的な成分としてエッチングガスに含まれてもよい。本発明の文脈内では、用語“エッチングガス”は誘電体をエッチングするプラズマのアクティブ成分を発生するガスまたはガス混合物の成分を意味する。ここで説明するエッチングガスの流動率は酸素またはキャリアガスを含まない。
【００４３】
エッチングガスステップの総流動率は典型的に５乃至５００  ＳＣＣＭ、好ましくは１５乃至３００  ＳＣＣＭであり、さらに好ましくは２５乃至２５０ＳＣＣＭである。この流動では、４５０  ＳＣＣＭまで、好ましくは４乃至２００  ＳＣＣＭがＮｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、ＣＯ、ＣＯ2 、ＳＯ2 、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ2 とその混合物を含んでもよい。典型的にプラズマに衝突前のエッチングガスの総流動率は、選択的なフラッシュストライクステップまたは次のエッチ相またはプロセスステップ中に使用されてもよいエッチングガスの総流動率とほぼ同じであるか僅かに大きい。適切な状態は米国特許出願第08/683,407号、第08/577,751号および／または第08/935,705号明細書と、米国特許第5,468,342 号および／または第5,562,801 号明細書に記載されている。
【００４４】
トレンチ誘電体材料の選択されたエッチング条件下で、エッチング速度が決定され、選択された条件のセット下のエッチングは（少なくともコンタクト誘電体材料１をエッチングせずに）予め定められた深さまでトレンチ誘電体層４を実質的に除去するのに十分な時間だけ行われる。このようなエッチングを行う条件と時間の決定は当業者のレベル内であり、典型的にトレンチ誘電体層の厚さおよび組成とプラズマのパラメータを考慮する。適切なエッチング用ガスはＣ2 Ｈ2 Ｆ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＦ4 を含み、エッチングは３，０００オングストロームの厚さのトレンチ誘電体層のうち約２，０００オングストロームである。１例では、Ｆ１３４、ＣＨＦ3 （Ｃ4 Ｆ8 選択的）からなるエッチング剤で、選択的にＡｒによる、１０−３００ｍトル（好ましくは約５５ｍトル）の総圧力で、１０−５０ガウス（好ましくは約３０ガウス）の磁界で、１００−２，５００Ｗ（好ましくは約５００乃至約１，５００Ｗ）のパワーで、約３分の時間におけるＰＳＧコンタクト誘電体層のエッチングは速度３，０００オングストローム／分でトレンチ誘電体層の８，０００乃至９，０００オングストロームを除去するのに十分である。結果としてトレンチ６はトレンチ誘電体層４に形成される。
【００４５】
トレンチ誘電体材料が相互接続構造６の形成を可能にするパターンでエッチングされた後、トレンチフォトレジストマスク５は当業者に知られている一般的な方法により除去され（図３のＡおよびＢ）、コンタクト開口マスク７がそこに形成される（図４のＡ、Ｂ、Ｃおよび図５参照）。図３のＢでは、窒化シリコンの随意的に設けられたエッチストップ層15が示されている。このようなエッチストップ層の形成は当業者のレベル内であり、過度の実験は必要としない。コンタクト開口マスク７を形成するための適切なフォトレジスト材料および方法はトレンチマスクについての前述した説明と同じである。コンタクト開口マスクに形成されるパターンは所望のコンタクト形状に対応し、典型的に円形のパターンである。コンタクト開口マスクのパターン化は当業者に知られている適切な条件で実行されてもよい。前述のＢＡＲＣ層はまたコンタクト孔マスクのパターン化の解像度を強化するために使用されてもよい。
【００４６】
コンタクト開口マスクの形成後、トレンチ誘電体層とＢＡＲＣまたは無機物の反射防止被覆層の露出部分は典型的にエッチングにより除去される。トレンチ誘電体材料は前述した方法で、および選択的にＡＲＣおよび／またはコンタクト誘電体層に関して選択的または非選択的な方法でエッチングされてもよい。ＡＲＣ層の除去はドープされていないケイ酸塩ガラスを約１０秒の総エッチング時間だけエッチングするのに使用される条件と類似の条件である。ＢＡＲＣ層を除去するための例示的なエッチング条件は、エッチングを受けるＢＡＲＣ層部分を、ＣＨＦ3 および／またはＣＦ4 を有するプラズマへ選択的にＦ−１３４（好ましくはその混合物）により約５−２００ｍトルの圧力でＡｒのない１００−１，０００ワットのパワーにおいて露出することを含んでいるがそれに限定されない。磁界のない状態でＨｅによる２−３０トルの圧力における後面冷却が好ましい。
【００４７】
図４の構造の上面図が図５に示されており、ここではトレンチ誘電体層４中に形成されたトレンチ６の側壁の一部がコンタクトマスク７の穴を通じて示されている。
【００４８】
コンタクト開口マスク７を使用して、トレンチ誘電体４の露出部分はトレンチ誘電体材料の除去について前述したような状態下で除去されてもよい。これはトレンチのエッチングがコンタクト誘電体に関してトレンチ誘電体で選択的であるときにコンタクト誘電体を実質的にエッチングせずに行われる。１実施形態では、トレンチ６の下の少なくとも若干のトレンチ誘電体材料はコンタクト誘電体層１上に残る。この実施形態では、エッチングされる領域以外の領域のトレンチ６の下に位置するコンタクト誘電体層は、コンタクト開口のエッチング中にその上に位置するトレンチ誘電体層４（実施形態ではいわゆる“ハードマスク”）によってエッチングから保護される。
【００４９】
この実施形態では、トレンチ誘電体層４はパターン化されたコンタクトフォトレジストマスクの除去後（即ちこれが存在せずに）コンタクト誘電体にコンタクト開口を形成するための“ハードマスク”として使用されることができる。この実施形態では、コンタクトマスク７はコンタクト開口が形成される基体のアクティブ領域を覆って位置するコンタクト誘電体層の区域を露出するためにトレンチ誘電体層４に開口をパターン化するために使用され、その後コンタクトマスク７はコンタクト誘電体層１を通ってコンタクト開口をエッチングする前に除去される。コンタクトマスク層７の除去後、図６で示されているように、半導体構造はコンタクト誘電体層１にコンタクト開口を形成するためにトレンチ６と開口８を有するパターン化されているトレンチ誘電体層を具備している。
【００５０】
トレンチ誘電体層４がコンタクト開口のパターンまたは“ハードマスク”を具備する実施形態では、条件は（ａ）トレンチの厚さよりも大きい厚さ（好ましくは≧１００オングストロームだけ、さらに好ましくは≧２００オングストロームだけ、さらに好ましくは≧３００オングストロームだけ（典型的には約１，０００オングストロームだけ））のトレンチ誘電体の厚さと、（ｂ）どちらの材料もエッチングされるとき、トレンチ誘電体材料とは実質上異なるエッチング速度を有するコンタクト誘電体材料とを含むべきである。この文脈では２つのエッチング速度の比率が５：１以上、好ましくは１０：１以上、さらに好ましくは１５：１以上であるならば、第１の材料のエッチング速度は第２の材料のエッチング速度とは“実質上異なる”（あるいは、エッチングは“選択的”と考えてよい）。
【００５１】
コンタクト開口のエッチング前に、トレンチ層６（選択的に開口８）は必要に応じてＣＦ4 を含んでもよい通常の酸素プラズマエッチングと、その後の通常硫酸ベースのウェットクリーニングによるプラズマクリーニングによって洗浄されてもよい。
【００５２】
自己整列されたコンタクトのエッチングに対する条件は以下の表で列挙されている１以上のものを含んでもよい。
0003637000.tif 000002
一酸化炭素が随意選択的に存在してもよい。
【００５３】
図７を参照すると、コンタクト誘電体層１はゲート構造３に隣接した半導体基体の下に位置するアクティブ領域へコンタクト開口を形成するためにエッチングされる。コンタクト開口９のエッチング中に、パターン化されたトレンチ誘電体層４はコンタクト誘電体層１に対する“ハードマスク”として機能する。トレンチ誘電体層４中の開口８のパターン化中のマスク整列エラーに対するさらに大きい許容度が自己整列されたコンタクト（ＳＡＣ）技術により与えられる。
【００５４】
ハードマスクとしてトレンチ誘電体４を使用したコンタクト誘電体１のエッチングは当業者に知られている条件で実現されることができる。適切なエッチング条件は米国特許出願第09/326,432号明細書（1999年６月４日、QiaoとNulty ）に記載されている。トレンチエッチングステップのエッチングガスと同一または異なるエッチングガスは（好ましくは選択的なエッチングを行うように選択されている）トレンチエッチングステップについて先に列挙したものから選択されてもよく、一般的な反応イオンエッチングで有効であるガスから選択される。
【００５５】
別の実施形態では、トレンチ誘電体層４は予め定められた深さ（好ましくは約０．５ｘ乃至約１．３ｘ、好ましくは約０．７ｘ乃至約１．１ｘの深さ、ここでｘはトレンチ誘電体層の厚さである）までエッチングされてもよく、コンタクトのエッチングステップ中に、コンタクト開口マスク７はエッチングされないトレンチ部分とコンタクト誘電体層の部分を覆って残留する。コンタクト開口がコンタクト開口マスクが存在する状態でエッチングされる時、コンタクト開口の壁は傾斜した形状（図６では図示せず）で形成されてもよい。適切なエッチング条件はQiaoとNulty の米国特許出願第09/326,432号明細書に記載されている。代わりに、この実施形態では、コンタクト誘電体材料に関するトレンチ誘電体材料のエッチングの選択性は臨界的ではなく、１：１程度である。エッチングガスはトレンチおよび／またはコンタクト開口エッチングステップに対して前述したエッチングガスと同一または異なってもよい。コンタクト誘電体層１の開口のエッチング後、コンタクト開口マスク７は当業者に知られている一般的な方法により除去され、その結果は図７に示されている。
【００５６】
図８はコンタクト開口およびトレンチにバルクな導電材料11を付着した後の装置を示している。バルクな導電材料11の付着前に、所望に応じてライナー層、ウェッティング層またはバリア層10のような層が形成されてもよい。層10は誘電材料および、その下の材料またはアクティブ領域に対する導電材料の接着を助ける（例えばタングステン、ＷＳｉx またはＡｌまたはドープされていないポリシリコン等の導電材料）。層10はまたバルクな導電材料と下に位置する基体との間の拡散を防止または禁止するためのバリアの作用を行うように構成されてもよい。層10はまた材料の単一の層、または独立して選択された化学的組成および厚さを有する同一または異なる材料の多数の層で構成されてもよい。
【００５７】
適切なライナー／ウェッティング層／バリア層材料の例には、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、銅、ニッケル、コバルト、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、プラチナ、金、銀等の貴金属と、チタニウム−タングステン、アルミニウム−チタニウムまたはアルミニウム−シリコンのようなそれらの合金と、窒化タンタル、窒化チタニウム等の導電窒化物が含まれるがそれに限定されない。好ましくはライナー／ウェッティング層／バリア層はチタニウム、通常のチタニウム−タングステン合金または窒化チタニウムである。ライナー／ウェッティング層／バリア層がチタニウムであるとき、ライナー／ウェッティング層／バリア層の付着は、その後でＮ2 またはＮＨ3 を有する気圧で急速な熱アニール（ＲＴＡ）を受けることが好ましい。
【００５８】
ライナー／ウェッティング層／バリア層は気相付着またはプラズマ蒸着、イオン化金属プラズマ、スパッタリング等、当業者に知られている一般的な方法により付着されることができる。付着はコリメートされたプロセスにより行われてもよい。ライナー／ウェッティング層／バリア層の厚さは典型的に約５０乃至約１０００オングストロームの厚さであり、好ましくは約１００乃至約６００オングストロームの厚さであり、さらに好ましくは約１５０乃至約５００オングストロームの厚さである。典型的に厚さはコンタクト部外の平面で測定するとき７００オングストロームである。側壁の厚さは典型的に平面の厚さｘに対して０．１ｘであり、コンタクト部に対する下部の厚さは典型的に０．５ｘの平面の厚さである。
【００５９】
ライナー層はウェハの露出される表面全体をカバーするのに十分な量を付着され、本発明の技術的範囲内では、誘電体層の最上部表面と側壁と開口の底部とを覆うのに十分な量を付着されることが好ましい。ライナー／ウェッティング層層の付着中、付着は指向的な方法で行われることが好ましい。指向的付着は例えばコリメートされたスパッタリングまたはイオン金属プラズマ（ＩＭＰ）方法による当業者に知られた通常の方法で実行されてもよい。１実施形態では、コリメーションフィルタが１：１のアスペクト比（高さ：直径）以上のセルを有する。
【００６０】
別々のバリア層がライナー／接着層に付加的に形成されてもよい。ライナー層がＴｉであるとき、ＴｉＮまたはＴｉＷの別のバリア層が好ましい。このようなバリア層は過度の実験をせずに当業者に知られた方法により形成されることができる。
【００６１】
構造が導電材料による金属付着の処理をされ、これは特別に限定されず、例えばアルミニウム、タングステン、銅、チタニウム、合金、ケイ化物等、好ましくはアルミニウム、銅および／またはタングステン、さらに好ましくはタングステンを含んでいる。限定されていない例はＡｌ−０．５％のＣｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ−０．５％のＣｕ合金、Ａｌ°、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｇｅ、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｕ合金を含んでいる。好ましい実施形態では導電材料はＷである。
【００６２】
適切な付着条件は当業者に知られており、導電材料の１つのバルクな層の付着を含んでいる。付着は、カリフォルニア州サンタクララのApplied MaterialによるＥＮＤＵＲＡスパッタリングシステム等の市販のスパッタリング装置等の他の一般的な物理的蒸着装置を使用して行われてもよい。バルクな金属（例えばＡｌまたはＷ）を付着するとき、通常の２つのステップ（冷却および加熱）または３つのステップ（冷却、低速度の加熱、高速度の加熱）プロセスが使用され、ここで“冷却”＝Ｔ1 、“加熱”＝Ｔ2 とすると、Ｔ1 ≦Ｔ2 −４０℃であり、好ましくはＴ1 ≦Ｔ2 −６０℃である。第１の段階の付着では、ＳｉＨ4 が付着雰囲気中に付加され、導電性材料の核生成が生じる。適切な“３ステップ”付着条件は米国特許出願第08/693,978号明細書に記載されている。スパッタリングされるターゲット材料からウェハ表面までの距離は通常約２．５ｃｍから５ｃｍである。
【００６３】
最終的な処理は化学機械的研磨等による当業者に知られた方法によって導電材料11とライナー／ウェッティング層10を平坦化することを含んでおり、結果は図９および図１０のＡおよびＢに示されており、ここで図１０のＡおよびＢは図９で示されている構造の上面図を示している。図１０のＢはコンタクト開口とその下に位置する導電領域との誤整列を特別に示しており、それにもかかわらずＳＡＣ金属被覆の実効的な形成を示している。実効的なＳＡＣ金属被覆は図４のＣで示されている半導体装置から行われる。導電材料はその最上部表面がトレンチ誘電体層の最上部表面と実質上同一平面になるまで平坦化されることが好ましい。その後、この処理方法は当業者に知られている方法によって（同一平面）導電材料とトレンチ誘電体層を覆って中間層の誘電体層を付着することをさらに含んでいる。窒化シリコンを含む中間層の誘電体はボーダレスコンタクト部を有する積層構造の層（多層構造）の間のインターフェイスとして使用されてもよい。好ましい中間層の誘電体層はＴＥＯＳ層を構成するが、トレンチ誘電体層について前述した材料からの任意の適切な誘電体材料が選択される。ボーダレスコンタクト部には低いｋ誘電率の窒化シリコン（またはエッチストップ材料）が使用される。さらに、複数の層（例えばＢＡＲＣ、低いｋの保護層）が多層構造に使用されてもよい。１０００乃至５０００オングストロームの厚さの中間層の誘電体層はその後、さらに処理する前に例えば再流動または化学機械的研磨による当業者に知られている方法により平坦化される。
【００６４】
本発明はまた前述の構造を含んだ集積回路に関する。
【００６５】
この明細書では時間を定められたエッチング処理を使用して集積回路中の金属被覆およびコンタクト部構造を同時に形成する方法を説明している。エッチストップ層を有する集積回路で金属被覆およびコンタクト構造を形成するプロセスは発明の名称“Method of Making Metallization and Contact Structures in an Integrated Circuit Comprising an Etch Stop Layer”の米国特許出願（出願の参照番号第PM99026:Attorney Docket 第7575-0066-77）明細書に記載されている。
【００６６】
本明細書では誘電体材料の多層を通じてコンタクト開口とトレンチ構造を製造するエッチング処理方法を説明した。本明細書では誘電体材料の多層を通じてコンタクト開口とトレンチ構造を製造するエッチング処理方法についても説明した。下に位置する金属被覆構造に金属被覆およびコンタクトまたはバイア孔を同時に形成するための類似の方法を使用することは本発明の技術的範囲内である。
【００６７】
明らかに、本発明の多数の変形および変化が前述の方法を考慮して可能である。それ故、特許請求の範囲の技術的範囲において、本発明がここで特別に説明した以外の方法で実施されてもよいことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンタクト誘電体層と、トレンチ誘電体層と、反射防止被覆層とを具備している半導体構造の部分的断面図。
【図２】パターン化されたトレンチマスクとエッチングされたトレンチ誘電体層とをさらに具備している半導体構造の部分的断面図。
【図３】エッチングされたトレンチ誘電体層を具備している半導体構造と、エッチングされたトレンチ誘電体層と反射防止被覆層とゲート構造の上に位置するエッチング停止層とを具備している半導体構造の部分的断面図。
【図４】エッチングされたトレンチ誘電体層およびパターン化されたコンタクト開口マスクを具備している半導体構造と、エッチングされたトレンチ誘電体層と反射防止被覆層とパターン化されたコンタクト開口マスクを具備する半導体構造と、エッチングされたトレンチ誘電体層と反射防止被覆層とパターン化されたコンタクト開口マスクとを具備し、コンタクトマスク開口はエッチングされたトレンチと完全には整列していない半導体構造との部分的断面図。
【図５】図４で示されている半導体構造の平面図。
【図６】トレンチ誘電体層中にエッチングされたトレンチおよびコンタクト孔開口を具備し、トレンチ誘電体層がコンタクト誘電体層のエッチング用のハードマスクとして機能する半導体構造の部分的断面図。
【図７】トレンチ誘電体層中にエッチングされたトレンチと、コンタクト誘電体層中にエッチングされたコンタクト孔とを具備している半導体構造の部分的断面図。
【図８】ライナー層と連続的な自己整列したコンタクトおよび相互接続構造とをさらに具備している半導体構造の部分的断面図。
【図９】平坦化処理後の連続的な自己整列されたコンタクト部および相互接続構造を具備している半導体構造の部分的断面図。
【図１０】図９で示されている半導体構造と、コンタクト開口がトレンチと完全には整列していない図９で示されている半導体構造の上面図。
【図１】
0003637000.tif 000003
【図２】
0003637000.tif 000004
【図３】
0003637000.tif 000005
【図４】
0003637000.tif 000006
【図５】
0003637000.tif 000007
【図６】
0003637000.tif 000008
【図７】
0003637000.tif 000009
【図８】
0003637000.tif 000010
【図９】
0003637000.tif 000011
【図１０】
0003637000.tif 000012