(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体構造を形成する方法であって、
非導電性構造内に導電性構造を露出させる開口を形成することであって、前記非導電性構造が上面を有する、前記開口を形成することと、
前記非導電性構造に接するように第１の導電性層を堆積することであって、前記第１の導電性層が前記開口をライニングし、かつ前記導電性構造に接する、前記第１の導電性層を堆積することと、
前記第１の導電性層に接するように第２の導電性層を堆積することと、
前記非導電性構造の前記上面を露出させ、前記開口内にビアを形成するように、前記第２の導電性層と前記第１の導電性層とを除去することであって、前記ビアがキャビティを有する、前記第２の導電層と前記第１の導電層とを除去することと、
前記非導電性構造に接し、前記ビアキャビティをライニングするように第３の導電性層を堆積することと、
前記第３の導電性層に接し、前記ビアキャビティを充填するように第４の導電性層を堆積することと、
前記非導電性構造の前記上面を露出させるように、前記第４の導電性層と前記第３の導電性層とを除去することと、
を含み、
前記第４の導電性層と前記第３の導電性層とが除去された後に前記非導電性構造の上面と前記ビアの上面とが実質的に共通の面にある、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記第４の導電性層と前記第３の導電性層とが除去された後に前記ビアの上面の全てが実質的に平坦である、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１の導電性層と前記第３の導電性層とが同じ導電性材料を含み、
前記第２の導電性層と前記第４の導電性層とが同じ導電性材料を含む、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記第２の導電性層と前記第１の導電性層とが化学機械研磨により除去され、
前記第４の導電性層と前記第３の導電性層とが化学機械研磨により除去される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１の導電性層と前記第３の導電性層とがチタン／窒化チタンであり、
前記第２の導電性層と前記第４の導電性層とがタングステンである、方法。
【請求項６】
半導体構造を形成する方法であって、
非導電性構造内に導電性構造を露出させる開口を形成することであって、前記導電性構造が上面を有する、前記開口を形成することと、
前記非導電性構造に接するように第１の導電性層を堆積することであって、前記第１の導電性層が、前記開口をライニングし、かつ前記導電性構造に接する、前記第１の導電性層を堆積することと、
前記第１の導電性層に接するように第２の導電性層を堆積することと、
前記非導電性構造の前記上面を露出させ、前記開口内にビアを形成するように、前記第２の導電性層と前記第１の導電性層とを除去することであって、前記ビアがキャビティを有する、前記第２の導電層と前記第１の導電層とを除去することと、
前記非導電性構造に接し、前記ビアキャビティをライニングするように第３の導電性層を堆積することであって、前記第１の導電性層と前記第３の導電性層とが同じ導電性材料を含む、前記第３の導電性層を堆積することと、
前記第３の導電性層に接し、前記ビアキャビティを充填するように第４の導電性層を堆積することと、
前記非導電性構造の前記上面を露出させるように前記第４の導電性層と前記第３の導電性層とを除去することであって、前記第４の導電性層と前記第３の導電性層とを除去した後に前記非導電性構造の前記上面と前記ビアの前記上面とが実質的に共通の面にある、前記第４の導電性層と前記第３の導電性層とを除去することと、
を含む、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記第２の導電性層と前記第４の導電性層とが同じ導電性材料を含む、方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、
前記第２の導電性層と前記第１の導電性層とが化学機械研磨により取り除かれ、
前記第４の導電性層と前記第３の導電性層とが化学機械研磨により取り除かれる、方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、
前記第１の導電性層と前記第３の導電性層とがチタン／窒化チタンであり、
前記第２の導電性層と前記第４の導電性層とがタングステンである、方法。
【請求項１０】
導電性構造と、
非導電性構造と、
上面とキャビティとを有するビアと、
を含む半導体構造であって、
前記ビアが、
前記導電性構造と前記非導電性構造とに接する第１の導電性材料と、
前記第１の導電性材料に接し、前記非導電性構造から間隔を空けて配置されている、第２の導電性材料と、
前記第２の導電性材料に接し、前記ビアキャビティをライニングし、前記第１の導電性材料から間隔を空けて配置されている、第３の導電性材料と、
前記第３の導電性材料に接し、前記ビアキャビティを充填し、前記第２の導電性材料から間隔を空けて配置されている、第４の導電性材料と、
を有し、
前記非導電性構造の上面と前記ビアの上面とが実質的に共通の面にある、半導体構造。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体構造であって、
前記第１の導電性材料と前記第３の導電性材料とが、実質的に同一であり、前記第２の導電性材料とは異なる、半導体構造。
【請求項１２】
請求項１０に記載の半導体構造であって、
前記第１の導電性材料と前記第３の導電性材料とがチタン／窒化チタンであり、前記第２の導電性材料がタングステンである、半導体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビア及びビアを形成する方法に関し、更に特定して言えば、実質的に平坦な上面を備えたビア、及び実質的に平坦な上面を備えたビアを形成する方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ビアは、シリコン領域、シリサイド化した領域、又は金属トレースの上面に接し、そこから、金属相互接続構造内の上にある金属トレースの底面に接するように垂直に上に伸びる、周知の金属構造である。シリコン領域又はシリサイド化した領域の上面に接するビアは、コンタクトとしても知られる。
【０００３】
図１Ａ〜図１Ｄは、ビアを形成する従来技術の方法を図示する断面図を示す。図１Ａに示すように、この方法は、従来のように形成された半導体ウエハ１００を用い、半導体ウエハ１００は、半導体構造１１２内に形成される導電性構造１１０、及び導電性構造１１０及び半導体構造１１２に接し、これらの上にある非導電性構造１１４を含む。導電性構造１１０は、ソース又はドレイン領域などのシリコン領域、シリコン又はポリシリコン上に形成されるシリサイド化した領域、又は金属トレースを表し得る。
【０００４】
更に図１Ａに示すように、この方法は、パターニングされたフォトレジスト層１２０を非導電性構造１１４の上面上に形成することから始まる。パターニングされたフォトレジスト層１２０は従来の方式で形成され、この方式は、フォトレジストの層を堆積すること、マスクとして知られるパターニングされた黒／透明ガラスプレートを介して光を投射して、光に曝されたフォトレジスト領域を軟化させるフォトレジストの層上に、パターニングされた画像を形成すること、及び軟化されたフォトレジスト領域を取り除いて、非導電性構造１１４の上面上の領域を露出させることを含む。（明確にするため１つの露出された領域のみを示す。）
【０００５】
図１Ｂに示すように、パターニングされたフォトレジスト層１２０が形成された後、非導電性構造１１４の露出された領域がエッチングされて、導電性構造１１０の上面を露出させる開口１２２を形成する。開口１２２の形成に続いて、パターニングされたフォトレジスト層１２０が取り除かれる。
【０００６】
図１Ｃに示すように、パターニングされたフォトレジスト層１２０が取り除かれると、チタン／チタン窒化物層１２４が、開口１２２をライニング（line）し、かつ導電性構造１１０の上面に接するように、非導電性構造１１４上にコンフォーマルに堆積される。これに続き、開口１２２を充填するように、タングステン層１２６がチタン／チタン窒化物層１２４上にコンフォーマルに堆積される。チタン／チタン窒化物層１２４及びタングステン層１２６は、化学気相成長、プラズマ気相成長、又は原子層堆積を用いることによるなど、従来の方式で堆積される。
【０００７】
図１Ｃに更に示すように、タングステン層１２６の堆積は、開口１２２の中央に垂直に伸びるシーム１３０を形成する。タングステンが堆積されるにつれて、開口１２２の幅は、開口１２２の側壁上のタングステンが、開口１２２の中央において接するまでだんだんと小さくなり、開口１２２を充填する。そして、シーム１３０は、タングステンが開口１２２の中央において接する地点を表す。
【０００８】
図１Ｄに示すように、タングステン層１２６が堆積された後、タングステン層１２６及びチタン／チタン窒化物層１２４が、従来の化学機械研磨を用いて取り除かれて、非導電性構造１１４の上面が露出され、チタン／チタン窒化物層１２４及びタングステン層１２６の残りの部分を含むビア１３２が形成される。
【０００９】
通常コアリング（coring）として知られる、従来の化学機械研磨に関する問題点の１つは、研磨に用いられる化学薬品が、シーム１３０を頻繁に冒し、図１Ｄに更に示すようにキャビティ１３４を形成することである。従来の金属相互接続構造の形成の間、金属トレースを形成するためのプロセスの一部として、非導電性構造１１４及びビア１３２上に金属の層が堆積される。この堆積された金属の層が、ビア１３２内のキャビティ１３４を充填する。そのため、従来の金属相互接続プロセスでは、キャビティ１３４は大きな問題とはならない。
【００１０】
しかし、金属相互接続構造が、ビア１３２の上面に接するように下に延びることによって閉じられるカーボンナノチューブスイッチを含むとき、キャビティ１３４の存在は、カーボンナノチューブスイッチが、ビア１３２の上面との予測可能な及び信頼性の高い電気的接続を成さないようにさせる恐れがある。
【００１１】
図２Ａ〜図２Ｃは、従来技術のカーボンナノチューブスイッチ２００の例を図示する断面図を示す。図２Ａ〜図２Ｃに示すように、スイッチ２００は、半導体構造２１２内に形成される導電性構造２１０、導電性構造２１０及び半導体構造２１２に接し、導電性構造２１０及び半導体構造２１２の上にある非導電性構造２１４、及び導電性構造２１０とのコンタクトを成すため非導電性構造２１４を介して延びるビア２１６を含む。導電性構造２１０は、ソース又はドレイン領域などのシリコン領域、シリコン又はポリシリコン上に形成されるシリサイド化した領域、又は金属トレースを表し得る。
【００１２】
図２Ａ〜図２Ｃに更に示すように、スイッチ２００は、非導電性構造２１４の上面及びビア２１６に接するサポート層２２０を更に含む。通常窒化物で実装されるサポート層２２０は、ビア２１６の上面を露出させる開口２２２を含む。また、スイッチ２００はカーボンナノチューブ構造２２４を更に含み、カーボンナノチューブ構造２２４は、下方のサポート層２２０に接し、開口２２２にわたって延びる。
【００１３】
図２Ａは、実質的に平坦な上面を備えたビア２１６、及び開スイッチ位置にあるカーボンナノチューブ構造２２４を図示し、図２Ｂは、実質的に平坦な上面を備えたビア２１６、及び閉スイッチ位置にあるカーボンナノチューブ構造２２４を図示する。そのため、図２Ｂに示すように、スイッチ２００が閉じているとき、カーボンナノチューブ構造２２４は、下へ延びて、ビア２１６の実質的に平坦な上面との予測可能で信頼性の高い電気的接続を成す。
【００１４】
しかし、図２Ｃに示すように、ビア２１６がコアリングを受けるとき、ビア２１６はもはや実質的に平坦な上面を有さず、代わりにキャビティ２２６を有する。その結果、スイッチ２００が閉じてカーボンナノチューブ構造２２４がビア２１６へ下に延びるとき、カーボンナノチューブ構造２２４は、ビア２１６の端部のみに接し、従って、ビア２１６との予測可能で及び信頼性の高い電気的接続を成すことができない。
【００１５】
ビアコアリングの問題に対し多数の解決策が提案されている。例えば、米国特許公開番号２００９／０２５６２１７は、キャビティ内に材料をめっきし、キャビティ内にシリコンを形成し、そのシリコンを熱的にサイクリングしてシリコンをシリサイドに変換し、ダマシン又は従来の金属プロセスを介してビアの頂部上に金属キャップを形成することを説明している。
【００１６】
ビアコアリングの問題に対する多数の解決策が提案されているが、依然として、実質的に平坦な上面を備えたビアを形成するための代替のアプローチの必要性がある。
【発明の概要】
【００１７】
実質的に平坦な上面を備えたビアを提供する本発明の半導体構造は、ビアの上面の平坦性によりもたらされる構造を改善する。本発明の半導体構造は、導電性構造及び非導電性構造を含む。この半導体構造は更に、上面を有するビアを含む。ビアの上面全ては実質的に平坦である。このビアは、導電性構造及び非導電性構造に接する第１の導電性材料を有する。このビアは更に、第１の導電性材料に接し、非導電性構造から間隔を空けて配置される第２の導電性材料、及び第２の導電性材料に接し、第１の導電性材料から間隔を空けて配置される第３の導電性材料を有する。
【００１８】
本発明の半導体構造を形成する方法は、非導電性構造内に開口を形成することを含む。この開口は導電性構造を露出させる。この非導電性構造は上面を有する。この方法は、非導電性構造に接するように第１の導電性層を堆積することを更に含む。第１の導電性層は、開口をライニングし、導電性構造に接する。この方法は更に、第１の導電性層に接するように第２の導電性層を堆積すること、及び非導電性構造の上面を露出させ、開口内にビアを形成するように、第２の導電性層及び第１の導電性層を取り除くことを含む。このビアは上面を有する。この方法は更に、非導電性構造及びビアに接するように第３の導電性層を堆積すること、第３の導電性層に接するように第４の導電性層を堆積すること、及び非導電性構造の上面を露出させるように第４の導電性層及び第３の導電性層を取り除くことを含む。
【００１９】
本発明の半導体構造を形成する別の方法は、非導電性構造内に開口を形成することを含む。この開口は導電性構造を露出させる。非導電性構造は上面を有する。この方法は更に、非導電性構造接するように第１の導電性層を堆積することを含む。第１の導電性層は、開口をライニングし、導電性構造に接する。この方法は更に、第１の導電性層に接するように第２の導電性層を堆積すること、及び非導電性構造の上面を露出させ、開口内にビアを形成するように、第２の導電性層及び第１の導電性層を取り除くことを含む。この方法は更に、非導電性構造及びビアに接するように第３の導電性層を堆積することを含む。第１の導電性層及び第３の導電性層は同じ導電性材料を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】ビアを形成する従来技術の方法を図示する断面図である。
【図１Ｂ】ビアを形成する従来技術の方法を図示する断面図である。
【図１Ｃ】ビアを形成する従来技術の方法を図示する断面図である。
【図１Ｄ】ビアを形成する従来技術の方法を図示する断面図である。
【００２１】
【図２Ａ】従来技術のカーボンナノチューブスイッチ２００の一例を図示する断面図である。
【図２Ｂ】従来技術のカーボンナノチューブスイッチ２００の一例を図示する断面図である。
【図２Ｃ】従来技術のカーボンナノチューブスイッチ２００の一例を図示する断面図である。
【００２２】
【図３Ａ】本発明に従ってビアを形成する方法の一例を図示する断面図である。
【図３Ｂ】本発明に従ってビアを形成する方法の一例を図示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図３Ａ〜図３Ｂは、本発明に従ってビアを形成する方法の一例を図示する断面図である。以下により詳細に説明するように、本発明は、ビアの上面全てが実質的に平坦であるように、及びビアの上面が非導電性構造の上面と実質的に同じ面にあるように、非導電性構造内の開口内にあり、下にある導電性構造との電気的接続をつくるように、ウエハ上にビアを形成する。
【００２４】
本発明の方法は、ビア１３２を形成するための図１Ａ〜図１Ｄに示すものと同じ工程に従い、まず、図３Ａに示すように、非導電性構造１１４及びビア１３２上にチタン／チタン窒化物層３１０をコンフォーマルに堆積することにより相違する。そのため、化学機械研磨がキャビティ１３４を形成するとき、チタン／チタン窒化物層３１０がキャビティ１３４をライニングする。
【００２５】
これに続き、チタン／チタン窒化物層３１０上にタングステン層３１２がコンフォーマルに堆積される。そのため、化学機械研磨がキャビティ１３４を形成するとき、タングステン層３１２はキャビティ１３４を充填する。チタン／チタン窒化物層３１０及びタングステン層３１２は、化学気相成長、プラズマ気相成長、又は原子層堆積を用いることによるなど、従来の方式で堆積される。
【００２６】
図３Ｂに示すように、タングステン層３１２が堆積された後、タングステン層３１２及びチタン／チタン窒化物層３１０が、従来の化学機械研磨を用いて取り除かれて、非導電性構造１１４の上面を露出させ、ビア１３２及びチタン／チタン窒化物層３１０及びタングステン層３１２の残りの部分を含むビア３１４を形成する。キャビティ１３４が非常に浅い幾つかの場合において、ビア３１４は、ビア１３２及びチタン／チタン窒化物層３１０の残りの部分のみを含む。
【００２７】
本発明に従って、ビア３１４が、ビア３１４の全上面が実質的に平坦であり、非導電性構造１１４の上面と実質的に同じ面にある上面を有するように、形成される。実験結果は、ビア３１４がコアリングを有さず、ウエハにわたって約＋／−５０Ａまで平坦であることを示している。
【００２８】
そのため、化学機械研磨が、シーム１３０を冒し、キャビティ１３４を備えたビア１３２を形成するとき、本発明は、キャビティ１３４をチタン／チタン窒化物層３１０及びタングステン層３１２で充填し、その後、過剰な材料を第２の化学機械研磨で取り除いてビア３１４を残す。
【００２９】
一方、化学機械研磨がキャビティ１３４のないビア１３２を形成するとき、本発明は、チタン／チタン窒化物層３１０及びタングステン層３１２を堆積し、その後、ビア１３２に何ら損傷を与えることなくこれらの層を取り除く。そのため、本発明は、ビアの上面全体が常に実質的に平坦となるように形成されることを確実にする。
【００３０】
本発明の利点の１つは、実質的に平坦な上面を備えたビアが、特に、カーボンナノチューブ用途に適していることである。例えば、ビアの実質的に平坦な上面により、スイッチ２００などのカーボンナノチューブスイッチが、予測可能に及び確実に閉じることが可能となる。
【００３１】
本発明は、従来技術の解決策と比べ多数の付加的な利点を有する。例えば、本発明は、めっき又はシリサイド形成に関連する時間及びコストを必要としない。更に、ビアの上面を覆う金属キャップの形成は、マスキング工程及びマスキング工程に関連するコストを必要とする。
【００３２】
ダマシンプロセスでは、非導電性の材料が堆積されて、キャップのための開口を形成するよう、その後マスキング及びエッチングされる必要がある。これに続き、金属が堆積され、その後平坦化されてキャップを形成する。同様に、従来の金属プロセスでは、金属の層が堆積され、その後マスキング及びエッチングされてキャップを形成する。
【００３３】
マスキング工程に関連するコストに加え、ビアの上面を覆う金属キャップの形成は、レイアウト依存でもある。これは、ひいては、異なるレイアウトを有する各ウエハが、必然的に付加的なマスキング工程に関連するコストも生じさせることを意味する。これに対し、本発明はレイアウト依存ではなく、あらゆるウエハに適用され得る。
【００３４】
上述の説明は、本発明の例であり、本発明を実施するために本明細書に記載の本発明の種々の代替例を用い得ることを理解されたい。そのため、以下の請求項が本発明の範囲を規定すること、及びこれらの請求項の範囲内の構造及び方法及びそれら等価物がここに包含されることが意図されている。
【図３Ａ】
0005967835.tif 000002
【図３Ｂ】
0005967835.tif 000003
【図１Ａ】
0005967835.tif 000004
【図１Ｂ】
0005967835.tif 000005
【図１Ｃ】
0005967835.tif 000006
【図１Ｄ】
0005967835.tif 000007
【図２Ａ】
0005967835.tif 000008
【図２Ｂ】
0005967835.tif 000009
【図２Ｃ】
0005967835.tif 000010