(57)【要約】      （修正有）【課題】集束イオン・ビーム・システムを使用した半導体デバイスの平面デプロセッシング方法およびシステムを提供する。【解決手段】除去するターゲット・エリアを画定するステップであり、ターゲット・エリアが、半導体デバイスの銅と誘電体の混合層の少なくとも一部分を含むステップと、ターゲット・エリアに向かって前駆体ガスを導くステップ４０４と、前駆体ガスの存在下で、ターゲット・エリアに向かって集束イオン・ビームを導き４０６、それによって銅と誘電体の第１の混合層の少なくとも一部分を除去し、ミリングされたターゲット・エリア内に均一に平滑な底部を形成するステップ４０８とを含む。この前駆体ガスによって、集束イオン・ビームは、誘電体と実質的に同じ速度で銅をミリングする。好ましくは、前駆体ガスがニトロ酢酸メチルを含む。【選択図】図４
2014232876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅と誘電体の１つまたは複数の混合層をターゲットのエリアから除去する方法であって、
除去するターゲット・エリアを画定するステップであり、前記ターゲット・エリアが、半導体デバイスの銅と誘電体の混合層の少なくとも一部分を含むステップと、
前記ターゲット・エリアに向かって前駆体ガスを導くステップと、
前記前駆体ガスの存在下で、前記ターゲット・エリアに向かって集束イオン・ビームを導き、それによって銅と誘電体の第１の混合層の少なくとも一部分を除去し、ミリングされた前記ターゲット・エリア内に均一に平滑な底部を形成するステップと
を含み、前記前駆体ガスによって、前記集束イオン・ビームが、前記誘電体と実質的に同じ速度で前記銅をミリングする
方法。
【請求項２】
前記前駆体ガスが、酢酸メチル、ニトロ酢酸メチル、酢酸エチル、ニトロ酢酸エチル、酢酸プロピル、ニトロ酢酸プロピル、ニトロエチルアセテート、メトキシ酢酸メチルおよびメトキシアセチルクロリドを含むグループから選択された、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
銅と誘電体の２つ以上の混合層を除去する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記銅と誘電体の２つ以上の混合層が誘電体層によって分離されている、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
銅と誘電体のそれぞれの混合層を除去し、ミリングされた前記ターゲット・エリア内に実質的に均一な底部を形成し、その後に銅と誘電体の次の混合層をミリングする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記誘電体が低誘電率誘電体を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記誘電体が、炭素がドープされた二酸化シリコン、多孔質二酸化シリコンおよび炭素がドープされた多孔質二酸化シリコンを含むグループから選択された、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
ミリングされた前記ターゲット・エリアの前記底部が、少なくとも長さ５０マイクロメートル×幅５０マイクロメートルである、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ターゲット・エリアが炭化シリコン（ＳｉＣ）キャッピング層を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
複数の材料層を除去する集束イオン・ビーム・システムであって、
イオン源と、
前記イオン源から半導体デバイス上のターゲット・エリアに向かってイオンの集束ビームを導くイオン・ビーム・カラムであり、前記集束イオン・ビームを導いて、前記ターゲット・エリアの少なくとも一部分をミリングによって除去し、実質的に平面の均一な表面を有するミリング底部を形成するようにプログラムされたイオン・カラムと、
前記ターゲット・エリアに向かって前駆体ガスを導くガス注入システムと
を備え、前記前駆体ガスによって、前記集束イオン・ビームが、銅と誘電体の混合層中の前記銅と前記誘電体を実質的に同じ速度でミリングする
集束イオン・ビーム・システム。
【請求項１１】
前記イオン源がプラズマ・イオン源である、請求項１０に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項１２】
前記イオン・ビーム中の前記イオンが、Ｘｅ+、Ｇａ+、Ａｒ+、Ｋｒ+、Ｏ+、Ｏ2+、Ｎ+、ＮＯ+、ＮＯ2+、Ａｕ+、Ｂｉ+、Ｓｉ+、Ｇｅ+を含むグループから選択された、請求項１０または１１に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項１３】
前記前駆体ガスが、酢酸メチル、ニトロ酢酸メチル、酢酸エチル、ニトロ酢酸エチル、酢酸プロピル、ニトロ酢酸プロピル、ニトロエチルアセテート、メトキシ酢酸メチルおよびメトキシアセチルクロリドを含むグループから選択された、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項１４】
前記誘電体が低誘電率誘電体を含む、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項１５】
前記誘電体が、炭素がドープされた二酸化シリコン、多孔質二酸化シリコンおよび炭素がドープされた多孔質二酸化シリコンを含むグループから選択された、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム処理の分野に関し、詳細には、集束イオン・ビームを使用して導体および誘電体の複数の層を半導体回路から均一に除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロプロセッサなどの半導体デバイスは、いくつかのレベルにわたって枝分かれし、誘電材料層によって互いから電気的に分離された細い金属線によってそれぞれが相互接続された数百万個ものトランジスタからなることがある。新しい半導体設計を半導体製造設備において最初に製造するとき、その設計は期待どおりには動作しないと判明するのが普通である。その場合、デバイスを設計した技術者は、所望の機能を達成するために、自身の設計を試験し、「配線し直す」必要がある。半導体製造設備において半導体デバイスを構築する複雑さのため、設計し直したデバイスを製造するのには一般に数週間または数か月かかる。また、実施された変更はしばしばその設計の問題を解決せず、またはその設計の別の問題点を露顕させる。この試験、再設計および再製造の一連の工程が、新しい半導体デバイスを市場に出すまでの時間を著しく長くすることがある。
【０００３】
回路全体を製造し直す必要なしに回路の開発中にその回路を変更する工程である回路編集（ｃｉｒｃｕｉｔ  ｅｄｉｔｉｎｇ）は、処理コストと開発サイクル時間の両方を低減させることにより、非常に大きな経済的利益をもたらす。ほとんどの場合、変更する特徴部分（ｆｅａｔｕｒｅ）は、他の材料、例えば絶縁層や「フリップ・チップ」の場合の半導体層などの下に埋まっている。したがって、隣接する回路特徴部分を傷つけることなく関心の金属特徴部分に到達するためには一般に、これらの材料層を貫いて下方へミリング（ｍｉｌｌ）する必要がある。これはデプロセッシング（ｄｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）として知られている。デプロセッシングは回路編集用途だけに限定されない。他の材料の下に位置する埋め込まれた特徴部分に到達する必要がある他の用途でデプロセッシングを使用することもできる。例えば、パッシブ電位コントラスト（ｐａｓｓｉｖｅ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｏｎｔｒａｓｔ）を使用した故障分離（ｆａｕｌｔ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を実施する目的で隠れた金属の下層に到達することを可能にするために、または電気プロービング（ｐｒｏｂｉｎｇ）を実施する目的で特徴部分を露出させるために、ＦＩＢベースの故障解析（Ｆａｉｌｕｒｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）（ＦＡ）がデプロセッシングを必要とすることもあろう。
【０００４】
過去１０年にわたり、設計を完成させるこの手順に必要な時間を集束イオン・ビーム（Ｆｏｕｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）（ＦＩＢ）システムが短縮することを可能にする技法が開発されてきた。ＦＩＢシステムは、一般に陰極線管と同様のラスタ方式で試験体を走査する荷電粒子（以後、イオンと呼ぶ）の細い集束ビームを生成する。市販のＦＩＢシステムは一般に、液体金属イオン源またはプラズマ・イオン源からの正に帯電したイオンを使用する。最新のＦＩＢシステムを使用して、電子顕微鏡とよく似た方式でサンプル表面の画像を形成することができる。画像のそれぞれの点の強度は、基板上の対応する点においてイオン・ビームによって追い出された２次電子または他の粒子の電流によって決定される。イオン・ビームを使用して、サンプル表面から材料を除去し、または（一般に、イオン・ビームの存在下で分解し、サンプル表面に材料を付着させるガスを使用することにより）材料を堆積させることもできる。材料を除去する目的に使用されたとき、集束イオン・ビーム中のイオンは、スパッタリングによって、すなわち入来イオンからサンプル表面の原子への運動量の移動によって、サンプル表面から原子または分子を物理的に追い出す。
【０００５】
デバイス内に埋め込まれた層を露出させるために、ＦＩＢ機器を使用して、半導体デバイスのターゲット・エリアをミリングによって除去することができる。一般に導体と誘電体との混合層を含むターゲット・エリアは、イオン・ビームによって関心の領域にわたってラスタ走査することによりミリングすることができる。ビームは一般に、ビームを点から点へステップ式に移動させるディジタル電子回路を使用して、ミリングするエリアにわたって走査する。この点と点の間の距離は画素間隔と呼ばれる。均一な切削および平滑な仕上げを達成しようとする試みにおいて、画素間隔は一般にビームのスポット・サイズよりも小さい。すなわち、後続のそれぞれのビーム位置が直前のビーム位置と部分的に重なる。この方法は「デフォルトミリング（Ｄｅｆａｕｌｔ  Ｍｉｌｌｉｎｇ）」と呼ばれている。ミリング方法は、例えばＳｗａｎｓｏｎ他の「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」という名称の米国特許第５，１８８，７０５号明細書に詳細に記載されている。
【０００６】
一般的には、回路編集または故障解析（ＦＡ）のためのＦＩＢ処理の間に、同じそれぞれの層に銅材料と誘電材料とが埋め込まれた複数の層の比較的に大きなエリアに対してデプロセッシングを実施しなければならない。このタイプの混合層がＦＩＢによってスパッタリングされると、銅と誘電材料の間のスパッタリング速度の差によって、ミリング底部（ｍｉｌｌｉｎｇ  ｆｌｏｏｒ）が不均一になる傾向がある。
【０００７】
ある種の材料を選択的に攻撃する化学反応（ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）であって、ある種のガスの存在下でイオン・ビーム単独よりも速くその材料をスパッタリングさせる化学反応が開発された。このプロセスは当技術分野でよく知られており、一般的にはガス支援エッチング（Ｇａｓ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）（ＧＡＥ）と呼ばれている。ＧＡＥは除去工程の速度を速めるため、ＧＡＥを使用して例えば、観察や試験のために、１つまたは複数の表面層の比較的に大きなエリアをミリングしてその下の層を露出させることができる。しかしながら、混合された材料を含む表面層の比較的に大きなエリアをＧＡＥを使用してミリングすることの１つの欠点は、ＦＩＢミリングを支援するために使用される化学反応が一般に、別の材料が存在する状況で１つの材料の除去を増強することである。１つの材料が残りの材料よりも速い速度で選択的にエッチングされ、それによって不均一なミリング底部の問題が悪化する。例えば、米国特許第７，８８３，６３０号明細書は、銅除去用の化学反応に関するが、平面デプロセッシング（ｐｌａｎａｒ  ｄｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）のために理想的な１：１の除去率ではなく、誘電体に比べて銅の方が選択的に除去されることを強調している。Ｓｉ3Ｎ4エッチング・ストップを有する半導体デバイス上では、水を使用して平面デプロセッシングを実施することができるが、ＳｉＣキャッピング（ｃａｐｐｉｎｇ）層を有する最新のデバイス上では水は有効ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，１８８，７０５号明細書
【特許文献２】米国特許第７，８８３，６３０号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８５１，４１３号明細書
【特許文献４】米国特許第５，４３５，８５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
銅ミリングの均一性を向上させるいくつかの技法が知られているが、それらの技法はいずれも、銅と誘電体の混合層を貫通するミリングの課題を十分には解決しない。したがって、銅と誘電体の複数の混合層を貫通するより均一なミリングを可能にする、集束イオン・ビームを使用した平面デプロセッシングのための改良された技法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、導体および誘電体の複数の層を、これらの層の下に埋め込まれた有効な特徴部分に到達することを可能にするような方式でより均一に除去する、例えば銅および低誘電率誘電体からなる複数の層を除去する、限定はされないが回路編集および故障解析を含む用途向けの方法を提供することにある。本発明の一実施形態は、銅と誘電体の１つまたは複数の混合層をターゲットのエリアから除去する方法を対象とする。この方法は、除去するターゲット・エリアを画定するステップであり、ターゲット・エリアが、半導体デバイスの銅と誘電体の混合層の少なくとも一部分を含むステップと、ターゲット・エリアに向かって前駆体ガスを導くステップと、前駆体ガスの存在下で、ターゲット・エリアに向かって集束イオン・ビームを導き、それによって銅と誘電体の第１の混合層の少なくとも一部分を除去し、ミリングされたターゲット・エリア内に均一に平滑な底部を形成するステップとを含む。この前駆体ガスによって、集束イオン・ビームは、誘電体と実質的に同じ速度で銅をミリングする。好ましい一実施形態では、前駆体ガスがニトロ酢酸メチルを含む。代替実施形態では、前駆体ガスが、酢酸メチル、酢酸エチル、ニトロ酢酸エチル、酢酸プロピル、ニトロ酢酸プロピル、ニトロエチルアセテート、メトキシ酢酸メチルまたはメトキシアセチルクロリドである。
【００１１】
本発明の他の実施形態は、複数の材料層を除去する集束イオン・ビーム・システムを対象とする。このシステムは、イオン源と、イオン源から半導体デバイス上のターゲット・エリアに向かってイオンの集束ビームを導くイオン・ビーム・カラムであり、集束イオン・ビームを導いて、ターゲット・エリアの少なくとも一部分をミリングによって除去し、実質的に平面の均一な表面を有するミリング底部を形成するようにプログラムされたイオン・ビーム・カラムと、ターゲット・エリアに向かって前駆体ガスを導くガス注入システムとを備え、この前駆体ガスによって、集束イオン・ビームは、銅と誘電体の混合層中の銅と誘電体を実質的に同じ速度でミリングする。好ましい一実施形態では、前駆体ガスがニトロ酢酸メチルを含む。代替実施形態では、前駆体ガスが、酢酸メチル、酢酸エチル、ニトロ酢酸エチル、酢酸プロピル、ニトロ酢酸プロピル、ニトロエチルアセテート、メトキシ酢酸メチルまたはメトキシアセチルクロリドである。
【００１２】
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広く概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の同じ目的を達成するために他の構造を変更しまたは設計するベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。
【００１３】
次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一般的な集積回路１１０の一部分を概略的に示す断面図である。
【図２】成功したデプロセッシング事象後の集積回路の一部分を概略的に示す断面図である。
【図３】不成功に終わったデプロセッシング事象後の集積回路の一部分を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の好ましい一実施形態のステップを示す流れ図である。
【図５】本発明の好ましい一実施形態において使用される一般的な集束イオン・ビーム・システムを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好ましい一実施形態は、混合された導体と誘電体の複数の層を、これらの層の下に埋め込まれた有効な特徴部分に到達することを可能にするような方式で均一に除去する、例えば銅および低誘電率誘電体からなる複数の層を除去する、限定はされないが回路編集および故障解析を含む用途向けの方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態は、材料、特に半導体デバイス内の銅ベースの特徴部分をミリングする目的に使用される方法を対象とする。以下の説明の多くの部分は、銅のミリング、具体的には半導体デバイス内の銅のミリングを対象としているが、本発明の装置および方法は、他の材料のミリングにおいても等しく利用することができる。本明細書に記載された技法は、単独で、または他の技法と組み合わせて使用することができる。したがって、本発明の範囲は、単に銅ベースの構造体のミリングだけに限定されない。
【００１７】
図１は、一般的な集積回路１１０の一部分を概略的に示す断面図である。図１に示されているように、集積回路１１０は複数の層Ｌ１〜Ｌ３を含む。層Ｌ１〜Ｌ３はそれぞれ、誘電材料１１４によって分離された複数の銅導体１１２を含む。集積回路１１０の表面はキャッピング層１１６によって覆われている。バイア１１７が、１つの層の導体１１２を隣接する層の導体１１２に接続している。ターゲット・ボックス（ｔａｒｇｅｔ  ｂｏｘ）１１８が、除去されるべき混合された金属と誘電体のエリアの２つの次元（例えば幅および深さ）を示している。ターゲット・ボックス１１８の第３の次元（この場合には長さ）は紙面の内部へ延びており、図１には示されていない。
【００１８】
図２は、成功したデプロセッシング事象後の集積回路の一部分を概略的に示す断面図である。デプロセッシングの間にターゲット・ボックス１１８内の導体１１２および誘電体１１４（ならびにパッシベーション層１１６のターゲット・ボックス１１８内の部分）だけが除去された。ターゲット・ボックス１１８の外側の導体１１２はデプロセッシングの影響を受けなかった。ミリング底部２１０は平滑かつ均一であり、断面の垂直方向の表面変動はあまりなく、層Ｌ２の露出した特徴部分を明瞭に見ることができる。
【００１９】
図３は、不成功に終わったデプロセッシング事象後の集積回路の一部分を概略的に示す断面図である。デプロセッシングの間にターゲット・ボックス１１８の外側の導体１１２の一部分およびターゲット・ボックス１１８の外側の誘電体１１４の一部分が除去された。また、ミリング底部３１０は平滑でも均一でもない。ミリング底部３１０が不均一であると、層内の構造体の視覚化および識別がより困難になる。ミリング底部３１０が不均一であるとさらに、回路素子の電気プロービングの困難さが増し、例えば違う素子をプロービングしてしまったり、および／またはプローブが不均一なミリング底部のピークの１つと短絡したりするなど、誤りの可能性が増大する。さらに、ターゲット・ボックス１１８は、層Ｌ１がミリングされて層Ｌ２の特徴部分が露出するように選択されている。図３に示されている事象などの不成功に終わったデプロセッシング事象では、不均一なミリングによって、（調べることになっている）層Ｌ２の一部分が完全に除去され、（調べることになっていない）層Ｌ３の一部分が露出する。
【００２０】
異なる材料を含むターゲット・エリアを従来の集束イオン・ビーム・ミリングを使用してデプロセッシングすると、図３に示されているように、ミリング底部は不均一になり、デプロセッシング事象は不成功に終わる。ミリング底部が不均一になるのは、イオン・ビームの影響下で異なる材料が異なる速度でミリングされる（すなわち材料のスパッタリング速度が異なる）ためである。既知のエッチング支援ガスは、別の材料が存在する状況で１つの材料の除去を増強するため、既知のエッチング支援ガスの使用は問題を悪化させる。知られているエッチング支援ガスのこのような選択的なミリングは、異なる材料を含むターゲット・エリアの不均一なイオン・ビーム・ミリングの問題を悪化させる。
【００２１】
それによってターゲット・エリア内の異なる材料がイオン・ビームの影響下で同じ速度でミリングされるようになる前駆体ガスを使用すると、図２に示されている例のように、ミリング底部はより均一になり、デプロセッシング事象はより成功すると考えられる。銅導体と低誘電率誘電体の混合層を含むターゲット・エリアに関して、短鎖炭化水素とアセテート（ａｃｅｔａｔｅ）／ニトロアセテート（ｎｉｔｒｏａｃｅｔａｔｅ）とを含む化合物を前駆体ガスとして使用すると、集束イオン・ビームが、銅導体と低誘電率誘電体を、実質的に同程度のミリング速度でミリングすることを本出願の出願人は見出した。これらの化合物の分子サイズおよび炭素含量は付着しきい値にあり、これによって誘電体のミリング速度は低下し、その結果、誘電体のミリング速度が銅のミリング速度と実質的に同程度になる。ニトロ官能基（ＮＯ2）は、化合物の沸点を上昇させ、蒸気圧を低下させる。それによって化合物は、イオン・ビーム・システムの真空室内で使用するのにより適したものになる。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態では、多孔質超低誘電率誘電材料中に銅を含み、炭化シリコン（ＳｉＣ）キャッピング層を有する集積回路（ＩＣ）デバイス上の「混合フィールド材料（ｍｉｘｅｄ  ｆｉｅｌｄ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」を除去するための前駆体ガスとして、ニトロ酢酸メチル（ｍｅｔｈｙｌ  ｎｉｔｒｏａｃｅｔａｔｅ）（ＭＮＡ）が使用される。ＭＮＡは、銅および誘電材料に対するＦＩＢミリングの選択性を低下させ、ＦＩＢが、異なる材料を、実質的に同程度のミリング速度でミリングし、それによってより均一なミリング底部を形成することを可能にする。例示的な低誘電率誘電材料には、限定はされないが、炭素がドープされた二酸化シリコン、多孔質二酸化シリコンおよび炭素がドープされた多孔質二酸化シリコンなどがある。代替実施形態では、前駆体ガスとして、酢酸メチル、酢酸エチル、ニトロ酢酸エチル、酢酸プロピル、ニトロ酢酸プロピル、ニトロエチルアセテート、メトキシ酢酸メチルまたはメトキシアセチルクロリドを使用することができる。
【００２３】
図４は、複数の混合フィールド材料層をミリングによって除去する目的に使用することができる本発明の好ましい一実施形態に含まれるステップを示す流れ図４００である。ステップ４０２で、サンプル上のミリングするターゲット・エリアの位置を特定する。一般に、回路編集または故障解析作業を可能にするために、銅および誘電体の１つまたは複数の層を半導体デバイスから除去しなければならない場合、ターゲット・エリアは、埋め込まれた適当な有効な特徴部分を編集のために露出させるのに十分な大きさの修理ボックス（ｒｅｐａｉｒ  ｂｏｘ）を含む。さらに、銅および誘電体の２層より多くの層を除去しなければならない場合、最初のターゲット・エリアは、最終的な所望の修理ボックスよりも大きな修理ボックスとして画定されることが好ましいであろう。例えば、最終的な層に対して２０μｍ×２０μｍの修理ボックスが必要な場合、最初のターゲット・エリアは、２０μｍ×２０μｍよりも大きな修理ボックスとして画定されることが好ましいであろう。修理ボックスの縁で起こる望ましくないオーバエッチングを補償するため、２つの層が除去されるたびに修理ボックスを２〜３μｍずつ小さくして、最終的な２０μｍ×２０μｍの修理ボックスに対するエッジ強調（ｅｄｇｅ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）を排除することができる。例えば、８つの層を除去する場合、最初の修理ボックスを３０μｍ×３０μｍとすることができる。（８番目のダミーの銅層を除去するときに使用する）最終的な修理ボックスが２０μｍ×２０μｍになるように、２つの層を除去するたびに、修理ボックスを２〜３μｍずつ小さくすることができる。
【００２４】
ステップ４０４で、ターゲット・エリアに向かって前駆体ガスを導く。前駆体ガスは、ガス注入システム（ｇａｓ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）（ＧＩＳ）を使用してターゲット・エリアに導くことができる。ＧＩＳのノズルは、ガスの流れをターゲット・エリアの位置に正確に導くことができる。前述のとおり、本発明の好ましい実施形態では、ニトロ酢酸メチル（ＭＮＡ）が前駆体ガスとして使用される。代替実施形態では、前駆体ガスとして、酢酸メチル、酢酸エチル、ニトロ酢酸エチル、酢酸プロピル、ニトロ酢酸プロピル、ニトロエチルアセテート、メトキシ酢酸メチルまたはメトキシアセチルクロリドを使用することができる。ステップ４０６で、前駆体ガスの存在下で集束イオン・ビームをターゲット・エリアに向かって導く。この前駆体ガスによって、イオン・ビームは、誘電体層をよりゆっくりとミリングし、誘電体のミリング速度が銅のミリング速度と実質的に同程度となるような態様で誘電体のミリング速度を低下させる。ステップ４０８で、集束イオン・ビームが、前駆体ガスの存在下で、ターゲット・エリアの少なくとも一部分をミリングによってサンプルから除去し、実質的に均一なミリング底部を有するトレンチを残す。一般的なミリング底部は５０μｍ×５０μｍだが、複数の層に関して上で詳細に説明したように、ミリング底部のサイズは変更することができる。この方法はターミネータ４１０で終了となる。
【００２５】
図５は、本発明を実施する目的に使用される一般的な集束イオン・ビーム・システム１０を示す。集束イオン・ビーム・システム１０は、上部ネック部１２を有する排気された囲い１１を含み、上部ネック部１２内には液体金属イオン源１４および集束カラム１６が位置し、集束カラム１６は、引出し電極および静電光学系を含む。源１４を出たイオン・ビーム１８は、カラム１６を通過し、２０に概略的に示されている静電偏向手段間を通り抜けて、下室２６内の可動Ｘ−Ｙステージ２４上に配置されたサンプル２２、例えば半導体デバイスを含むサンプル２２に向かって進む。イオン・ポンプ２８を使用してネック部１２を排気することができる。室２６は、真空コントローラ３２の制御の下、ターボ分子および機械ポンピング・システム３０によって排気される。この真空システムは、室２６に、約１×１０-7トルから５×１０-4トルの間の真空を提供する。前駆体ガスを使用するときには、室のバックグラウンド圧力が典型的には約１×１０-5トルまで上昇することがある。
【００２６】
液体金属イオン源１４と、約１ｋｅＶから６０ｋｅＶのイオン・ビーム１８を形成し下方へ導く集束カラム１６内の適当な電極とに高圧電源３４が接続されている。パターン発生器３８によって提供される決められたパターンに従って動作する偏向コントローラおよび増幅器３６が偏向板２０に結合されており、それによって、対応するパターンをサンプル２２の上面に描くようにビーム１８を制御することができる。いくつかのシステムでは、当技術分野ではよく知られているように、偏向板が、最後のレンズの前に配置される。
【００２７】
源１４は、イオン・ビーム中で使用されるイオンを提供する。本発明の好ましい実施形態では、キセノン（Ｘｅ+）イオン源などのプラズマ・イオン源が使用される。代替実施形態では、ガリウム（Ｇａ+）イオン源などの液体金属イオン源が使用される。イオン・ミリング、強化されたエッチングもしくは材料付着によってサンプル２２を改変するため、またはサンプル２２を画像化するために、源を一般に、サンプル２２の位置における幅が１／１０ミクロン未満のビームに集束させることができる。画像化のために２次イオンまたは２次電子の放出を検出する目的に使用される荷電粒子増倍器４０がビデオ回路および増幅器４２に接続されており、ビデオ回路および増幅器４２はビデオ・モニタ４４に駆動信号を供給し、ビデオ回路および増幅器４２はさらにコントローラ３６から偏向信号を受け取る。室２６内における荷電粒子増倍器４０の位置は実施形態によって変更することができる。例えば、荷電粒子増倍器４０はイオン・ビームと同軸とすることができ、イオン・ビームが通り抜けることを可能にする穴を含むことができる。任意選択で、ＦＩＢシステム１０は、走査電子顕微鏡４１および走査電子顕微鏡４１の電源および制御装置４５を備える。
【００２８】
ガス蒸気を導入しサンプル２２に向かって導くためにガス送達システム４６が下室２６内へ延びている。本発明の譲受人に譲渡されたＣａｓｅｌｌａ他の「Ｇａｓ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」という名称の米国特許第５，８５１，４１３号明細書は適当な流体送達システム４６を記載している。別のガス送達システムが、やはり本発明の譲受人に譲渡されたＲａｓｍｕｓｓｅｎの「Ｇａｓ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許第５，４３５，８５０号明細書に記載されている。ガス送達システム４６はターゲット・エリアに向かって前駆体ガスを導く。
【００２９】
ステージ２４上にサンプル２２を挿入するため、および内部ガス供給リザーバが使用される場合には内部ガス供給リザーバの整備作業のために、扉６０が開かれる。ステージ２４は加熱または冷却されていることがある。システムが真空状態にある場合に開かないように、この扉はインタロックされる。イオン・ビーム１８にエネルギーを与え集束させるため、高電圧電源は、イオン・ビーム・カラム１６内の電極に適当な加速電圧を印加する。イオン・ビーム１８がサンプル２２に当たると、材料がスパッタリングされる。すなわちサンプルから材料が物理的に追い出される。集束イオン・ビーム・システムは例えば、本出願の譲受人であるＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ（米オレゴン州Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ）から販売されている。
【００３０】
本発明の実施形態は、銅と誘電体の１つまたは複数の混合層をターゲットのエリアから除去する方法を対象とする。この方法は、除去するターゲット・エリアを画定するステップであり、ターゲット・エリアが、半導体デバイスの銅と誘電体の混合層の少なくとも一部分を含むステップと、ターゲット・エリアに向かって前駆体ガスを導くステップと、前駆体ガスの存在下で、ターゲット・エリアに向かって集束イオン・ビームを導き、それによって銅と誘電体の第１の混合層の少なくとも一部分を除去し、ミリングされたターゲット・エリア内に均一に平滑な底部を形成するステップとを含み、この前駆体ガスによって、集束イオン・ビームは、誘電体と実質的に同じ速度で銅をミリングする。
【００３１】
この方法は、酢酸メチル、ニトロ酢酸メチル、酢酸エチル、ニトロ酢酸エチル、酢酸プロピル、ニトロ酢酸プロピル、ニトロエチルアセテート、メトキシ酢酸メチルおよびメトキシアセチルクロリドを含むグループから選択された前駆体ガスを含むことができる。
【００３２】
この方法は、銅と誘電体の２つ以上の混合層を除去するステップを含むことができる。この銅と誘電体の２つ以上の混合層は誘電体層によって分離されていてもよい。銅と誘電体のそれぞれの混合層を除去し、ミリングされたターゲット・エリア内に実質的に均一な底部を形成し、その後に銅と誘電体の次の混合層をミリングすることができる。
【００３３】
この方法は、低誘電率誘電体を含む誘電体を含むことができる。この誘電体は、炭素がドープされた二酸化シリコン、多孔質二酸化シリコンおよび炭素がドープされた多孔質二酸化シリコンを含むグループから選択される。
【００３４】
この方法は、ミリングされたターゲット・エリアの底部が少なくとも長さ５０マイクロメートル×幅５０マイクロメートルとなるようにミリングするステップを含むことができる。
【００３５】
この方法は、炭化シリコン（ＳｉＣ）キャッピング層を含むターゲット・エリアを含むことができる。
【００３６】
本発明の他の実施形態は、複数の材料層を除去する集束イオン・ビーム・システムを対象とする。このシステムは、イオン源と、イオン源から半導体デバイス上のターゲット・エリアに向かってイオンの集束ビームを導くイオン・ビーム・カラムであり、集束イオン・ビームを導いて、ターゲット・エリアの少なくとも一部分をミリングによって除去し、実質的に平面の均一な表面を有するミリング底部を形成するようにプログラムされたイオン・カラムと、ターゲット・エリアに向かって前駆体ガスを導くガス注入システムとを備え、この前駆体ガスによって、集束イオン・ビームは、銅と誘電体の混合層中の銅と誘電体を実質的に同じ速度でミリングする。
【００３７】
この集束イオン・ビーム・システムは、プラズマ・イオン源であるイオン源を含むことができる。
【００３８】
この集束イオン・ビーム・システムは、Ｘｅ+、Ｇａ+、Ａｒ+、Ｋｒ+、Ｏ+、Ｏ2+、Ｎ+、ＮＯ+、ＮＯ2+、Ａｕ+、Ｂｉ+、Ｓｉ+、Ｇｅ+を含むグループから選択されたイオン・ビーム中のイオンを含むことができる。この集束イオン・ビーム・システムは、酢酸メチル、ニトロ酢酸メチル、酢酸エチル、ニトロ酢酸エチル、酢酸プロピル、ニトロ酢酸プロピル、ニトロエチルアセテート、メトキシ酢酸メチルまたはメトキシアセチルクロリドを含むグループから選択された前駆体ガスを含むことができる。
【００３９】
この集束イオン・ビーム・システムは、低誘電率誘電体を含む誘電体を含むことができる。この誘電体は、炭素がドープされた二酸化シリコン、多孔質二酸化シリコンおよび炭素がドープされた多孔質二酸化シリコンを含むグループから選択することができる。
【００４０】
本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００４１】
１０  集束イオン・ビーム・システム
１４  液体金属イオン源
１６  集束カラム
１８  イオン・ビーム
２２  サンプル
２４  Ｘ−Ｙステージ
【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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【外国語明細書】
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2014232876000002.pdf
2014232876000003.pdf
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