(57)【要約】【課題】  低いコンタクト抵抗及び向上した信頼性を有する複合スタッド・コンタクト接続のための方法及び構造体を提供する。【解決手段】  フッ素含有ガスを含む選択的なドライ・エッチングが用いられる。コンタクトの抵抗は、Ｍ１のＲＩＥプロセスの後又は間に、タングステン・コンタクトを部分的にドライ・エッチバックすることによって低減される。窪んだコンタクトは、続いて、Ｍ１ライナ／めっきプロセス中にメタライズされる。タングステン・コンタクトの高さは、それが完全に形成された後に縮小される。【選択図】      図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスを作製する方法であって、
その上にコンタクトが形成される基板を準備するステップと、
第１導電材料を含み、前記基板上の酸化物の内部に形成される導電性ビアを設けるステップと、
前記導電性ビアの上に誘電体層を設けるステップと、
前記誘電体層の上に酸化物層を設けるステップと、
前記酸化物層の上にフォトレジスト層を設けるステップと、
前記フォトレジスト層内に開口部を形成するステップと、
前記フォトレジスト層を除去し、前記開口部内で前記誘電体層及び前記酸化物層並びに前記第１導電材料の一部分をフッ素含有ガスを用いて除去するステップと、
前記開口部内に第２導電材料を堆積させて、前記第１導電材料及び前記第２導電材料を含む複合導電性ビアを形成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記フッ素含有ガスは、ＮＦ３、Ｆ２及びＳＦ６からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記誘電体層は低ＫＳｉＣＯＨ材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記低ＫＳｉＣＯＨ材料は多孔質超低Ｋ材料である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１導電材料はタングステンであり、前記第２導電材料は銅である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記フッ素含有ガスによる除去は、５００ｓｃｃｍのアルゴン及び５０ｓｃｃｍのＮＦ３を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記フッ素含有ガスによる除去は、１０ｓｃｃｍの酸素及び５０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記フッ素含有ガスによる除去の圧力は、１００ｍＴｏｒｒから２００ｍＴｏｒｒまでである、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
電子デバイスを作製する方法であって、
その上にコンタクトが形成される基板を準備するステップと、
第１導電材料を含み、前記基板上の酸化物の内部に形成される導電性ビアを設けるステップと、
前記導電性ビアの上に誘電体層を設けるステップと、
前記誘電体層の上に酸化物層を設けるステップと、
前記酸化物層の上にフォトレジスト層を設けるステップと、
前記フォトレジスト層内に開口部を形成するステップと、
前記開口部内で前記誘電体層及び前記酸化物層をフルオロカーボン含有ガスを用いて除去するステップと、
前記フォトレジスト層を除去するステップと、
前記開口部内の前記第１導電材料の一部分をフッ素含有ガスを用いて除去するステップと、
前記開口部内に第２導電材料を堆積させて、前記第１導電材料及び前記第２導電材料を含む複合導電性ビアを形成するステップと
を含む方法。
【請求項１０】
前記フッ素含有ガスは、ＮＦ３、Ｆ２及びＳＦ６からなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記誘電体層は低ＫＳｉＣＯＨ材料である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記低ＫＳｉＣＯＨ材料は多孔質超低Ｋ材料である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１導電材料はタングステンであり、前記第２導電材料は銅である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記フッ素含有ガスによる除去は、５００ｓｃｃｍのアルゴン及び５０ｓｃｃｍのＮＦ３を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記フッ素含有ガスによる除去は、１０ｓｃｃｍの酸素及び５０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記フッ素含有ガスによる除去の圧力は、１００ｍＴｏｒｒから２００ｍＴｏｒｒまでである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
電子デバイスを作製する方法であって、
その上にコンタクトが形成される基板を準備するステップと、
第１導電材料を含み、前記基板上の酸化物の内部に形成される導電性ビアを設けるステップと、
前記導電性ビアの上に誘電体層を設けるステップと、
前記誘電体層の上に酸化物層を設けるステップと、
前記酸化物層の上にフォトレジスト層を設けるステップと、
前記フォトレジスト層内に開口部を形成するステップと、
前記開口部内で前記誘電体層及び前記酸化物層をフルオロカーボン含有ガスを用いて除去するステップと、
前記フォトレジスト層を除去し、前記開口部内で前記第１導電材料の一部分をフッ素含有ガスを用いて除去するステップと、
前記開口部内に第２導電材料を堆積させて、前記第１導電材料及び前記第２導電材料を含む複合導電性ビアを形成するステップと
を含む方法。
【請求項１８】
前記フッ素含有ガスは、ＮＦ３、Ｆ２及びＳＦ６からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記誘電体層は低ＫＳｉＣＯＨ材料である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記低ＫＳｉＣＯＨ材料は多孔質超低Ｋ材料である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１導電材料はタングステンであり、前記第２導電材料は銅である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記フッ素含有ガスによる除去は、５００ｓｃｃｍのアルゴン及び５０ｓｃｃｍのＮＦ３を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記フッ素含有ガスによる除去は、１０ｓｃｃｍの酸素及び５０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記フッ素含有ガスによる除去の圧力は、１００ｍＴｏｒｒから２００ｍＴｏｒｒまでである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
電子デバイスであって、
基板上に形成されたポリシリコン・ゲートと、
前記ポリシリコン・ゲートと接触し、第１部分及び第２部分を有する複合スタッド・ビア構造体と
を備える電子デバイス。
【請求項２６】
前記第１部分はタングステンからなり、前記第２部分は銅からなる、請求項２５に記載の電子デバイス。
【請求項２７】
前記第１部分だけが前記ポリシリコン・ゲートと接触する、請求項２６に記載の電子デバイス。
【請求項２８】
前記複合スタッド・ビア構造体は、１００ナノメートルの幅及び２０００オングストロームの高さを有する、請求項２７に記載の電子デバイス。
【請求項２９】
前記第１部分は、５００オングストロームの高さを有する、請求項２７に記載の電子デバイス。
【請求項３０】
前記第１部分は、前記ポリシリコン・ゲート及び導電金属相互接続と接触する、請求項２６に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造に向けられ、特に、集積回路デバイスのメタラジ（金属配線）の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、半導体デバイスのメタラジ相互接続の形成に関し、特に、銅ベースの金属で形成されたメタラジと接続する、半導体表面に形成されたコンタクトの形成に関する。現在、実施されているプロセスにおいて、局所的相互接続トレンチが、活性デバイスを有する基板の上部に堆積させた第１絶縁層内にエッチングされる。エッチングされたトレンチは、ライナ／タングステン・コアで充填されて基板デバイスの幾つかの部分に接触し、第１絶縁層と同一平面になるように研磨されて、局所的相互接続（ＭＣ）を形成する。
【０００３】
第２絶縁層を堆積させ、その中にスタッド・コンタクト・ホールがエッチングされる。エッチングされたスタッド・コンタクト・ホールは、ライナ／タングステン・コアで充填され、第２絶縁層と同一平面になるように研磨されて、絶縁層に埋め込まれたスタッド・コンタクト（ＣＡ）を形成し、これが局所的相互接続（ＭＣ）及びデバイスの付加的な部分とも接触する。次に、堆積及び減法エッチングにより、又は第３層を必要とするダマシン・プロセスによって、第１配線層（Ｍ１）が形成される。このＭ１配線層は、スタッド・コンタクト（ＣＡ）と接触する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
テクノロジが９０ｎｍノード・サイズから６５ｎｍ及び４５ｎｍノード・サイズへ進むに連れて、ＣＡ（スタッド・コンタクト）のコンタクト抵抗の増加が問題になっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様は、電子デバイスを作製する方法であって、その上にコンタクトが形成される基板を準備するステップと、第１導電材料を含み、基板上の酸化物の内部に形成される導電性ビアを設けるステップと、導電性ビアの上に誘電体層を設けるステップと、誘電体層の上に酸化物層を設けるステップと、酸化物層の上にフォトレジスト層を設けるステップと、フォトレジスト層内に開口部を形成するステップと、フォトレジスト層を除去し、開口部内で誘電体層及び酸化物層、並びに第１導電材料の少なくとも一部分をフッ素含有ガスを用いて除去するステップと、開口部内に第２導電材料を堆積させて、第１導電材料及び第２導電材料を含む複合導電性ビアを形成するステップとを含む方法を提供する。
【０００６】
本発明は、テクノロジが９０ｎｍノード・サイズから６５ｎｍ及び４５ｎｍノード・サイズへ進むに連れて増加している、ＣＡ（スタッド・コンタクト）のコンタクト抵抗の増加の問題を改善することができる。本発明はまた、幾つかの公知のデバイスにおけるものより信頼度が高いコンタクトを提供することができる。
【０００７】
フッ素含有ガスは、好ましくはＮＦ３、Ｆ２又はＳＦ６である。好ましい実施形態において、誘電体層は、低ＫＳｉＣＯＨ材料である。低ＫＳｉＣＯＨ材料は、多孔質超低Ｋ材料とすることができる。好ましい実施形態において、第１導電材料はタングステンであり、第２導電材料は銅である。しかしながら、本発明はタングステンの局所相互接続を用いることに限定されない。好ましい実施形態において、フッ素含有ガスは、約５００ｓｃｃｍのアルゴン及び約５０ｓｃｃｍのＮＦ３を含む。フッ素含有ガスは、約１００ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒまでの圧力において約１０ｓｃｃｍの酸素及び５０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆを更に含むことができる。
【０００８】
本発明の第２の態様は、電子デバイスを作製する方法であって、その上にコンタクトが形成される基板を準備するステップと、第１導電材料を含み、基板上の酸化物の内部に形成される導電性ビアを設けるステップと、導電性ビアの上に誘電体層を設けるステップと、誘電体層の上に酸化物層を設けるステップと、酸化物層の上にフォトレジスト層を設けるステップと、フォトレジスト層内に開口部を形成するステップと、開口部内で誘電体層及び酸化物層をフルオロカーボン含有ガスを用いて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、開口部内で第１導電材料の少なくとも一部分をフッ素含有ガスを用いて除去するステップと、開口部内に第２導電材料を堆積させて、第１導電材料及び第２導電材料を含む複合導電性ビアを形成するステップとを含む方法を提供する。
【０００９】
本発明の別の態様は、電子デバイスを作製する方法であって、その上にコンタクトが形成される基板を準備するステップと、第１導電材料を含み、基板上の酸化物の内部に形成される導電性ビアを設けるステップと、導電性ビアの上に誘電体層を設けるステップと、誘電体層の上に酸化物層を設けるステップと、酸化物層の上にフォトレジスト層を設けるステップと、フォトレジスト層内に開口部を形成するステップと、開口部内で誘電体層及び酸化物層をフルオロカーボン含有ガスを用いて除去するステップと、フォトレジスト層を除去し、開口部内で第１導電材料の一部分をフッ素含有ガスを用いて除去するステップと、開口部内に第２導電材料を堆積させて、第１導電材料及び第２導電材料を含む複合導電性ビアを形成するステップとを含む方法を提供する。
【００１０】
本発明はさらに、別の態様において、基板上に形成されたポリシリコン・ゲートと、ポリシリコン・ゲートに接触し、第１部分及び第２部分を有する複合スタッド・ビア構造体とを備える電子デバイスを提供する。好ましい実施形態において、第１部分はタングステンからなり、第２部分は銅からなる。好ましい実施形態において第１部分だけがポリシリコン・ゲートと接触する。好ましい実施形態において、複合スタッド・ビア構造体は、約１００ナノメートルの幅及び約２０００オングストロームの高さを有する。第１部分は、約５００オングストロームの高さを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、以下で例証のために添付の図面を参照してより詳細に説明される。
図面は例示のためだけのものであり、一定の尺度で描かれてはいない。
【００１２】
本発明は、Ｍ１のＲＩＥプロセスの後又はその間に、タングステンＣＡコンタクトを部分的にドライ・エッチバックすることによって、ＣＡコンタクト抵抗を減少させるものである。次に、窪んだＣＡコンタクトは、続いてＭ１ライナ／めっきプロセスの間にメタライズされる。本発明は、タングステンＣＡが完全に形成された後にタングステンＣＡの高さを減少させる。ＣＡの高さの低減は、ＣＡコンタクト抵抗に重要な影響を及ぼす。
【００１３】
例えば、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）ハードマスク（ＨＭ）を有するＳｉＣＯＨ材料内のＭ１を考える。ＴＥＯＳ（ＨＭとＣＡのＴＥＯＳとの両方）をエッチングしない（又は、遥かに低い速度でエッチングする）選択的なＳｉＣＯＨエッチング化学剤が存在する。このＳｉＣＯＨエッチング化学剤は、ＮＦ３ベースのものであり、Ｗを容易にエッチングすると期待される。
【００１４】
本発明は、タングステン・コンタクトの抵抗を低くするために、Ｍ１の誘電体エッチングにおけるエッチバックを開示する。本発明は、高アスペクト比の構造部を確実に充填することができる従来のライナ／シード／めっきプロセスを用いるので、タングステンの窪みは、後のメタライゼーションに対して問題とはならない。
【００１５】
図をより詳細に参照すると、特に図１を参照すると、酸化物２０の内部に導電性ビア（ＣＡ）１５が示される。好ましい実施形態において、導電材料は、タングステン（Ｗ）となる。ここで図２を参照すると、次に、次層の金属配線を従来のダマシン・プロセスによって形成することができるが、このプロセスは低Ｋ誘電体膜（Ｍ１誘電体）３０の堆積で始まり、続いて酸化物ハードマスク（Ｍ１ハードマスク）４０及びＭ１フォトレジスト５０の堆積が行われる。
【００１６】
ここで図３を参照すると、レジスト剥離を含む反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）による、誘電体３０へのＭ１ライン・パターン６０の転写が示される。ここで図４を参照すると、ライナ７０及びＭ１配線金属８０を形成するためのライナ／シード／めっきの従来のプロセス・ステップが示される。ここで図５を参照すると、Ｍ１配線９０を形成するためのＣＭＰの最後の従来のプロセス・ステップが示される。
【００１７】
本発明は、図２に示されたのと同じ低ｋ材料３０及び酸化物ハードマスク４０の誘電体堆積ステップと、それに続く同じリソグラフィ・ステップに用いて利用することができる。本発明は、ＲＩＥステップ中又はその後において、既知の技術から離れる。
【００１８】
図６を参照すると、本発明の第１の実施形態は、ＮＦ３、Ｆ２、又はＳＦ６のようなフッ素含有ガス（フルオロカーボン・ベースのガスではなく）を使用して、酸化物２０に対して低Ｋ誘電体３０を選択的にエッチングするものである。好ましい実施形態において、低Ｋ誘電体３０は、ＳｉＣＯＨ類似の材料であり、多孔質の超低Ｋ材料とすることができる。このＲＩＥステップ中のレジスト選択性は低くなり、この場合の限界寸法（ＣＤ）制御は、これらフッ素ベースの化学剤中において低いエッチング速度を示す酸化物ハードマスク４０によって与えられる。ＣＡタングステン１５の上方の低ｋ材料３０が除去されると、フッ素ベースの化学剤はまた、ＣＡタングステン１５及びＣＡライナ１０をエッチングすることができる。従って、低Ｋオーバー・エッチングを用いて、所望の深さまでＣＡタングステン・ビアを窪ませることができる。これらの化学剤中においてレジストのエッチンウグ速度は高いので、低Ｋオーバー・エッチングの前又はその間に、レジストは完全に消費され、付加的なレジスト剥離は不要となる。
【００１９】
この選択的Ｍ１のＲＩＥプロセスは、平行平板及び中密度プラズマＲＩＥツールのような通常のエッチング・ツールと適合する。好ましい実施形態においては、エッチング・ガスは、約５００ｓｃｃｍのＡｒと、約５０ｓｃｃｍのＮＦ３とを含む。さらに、少量のＯ２及びＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆを添加することができる。例えば、約１０ｓｃｃｍのＯ２及び約５０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆである。後者の添加は、限界寸法を維持するか、又は酸化物ハードマスク又はレジストに対する選択性を増大させるのに役立つ。好ましい実施形態において、圧力は、約１００ｍＴｏｒｒから２００ｍＴｏｒｒであり、電力は、２７ＭＨｚ及び２ＭＨＺの両方の周波数に対して約５００Ｗである。
【００２０】
本発明の別の実施形態は、リソグラフィ・ステップの後に公知の技術を続けることである。言い換えると、フルオロカーボン・ベースの化学剤を用いてトレンチを画定し、レジスト剥離によりフォトレジスト材料を除去する。この段階で、酸化物ハードマスク２０及びＣＡのＴＥＯＳに対して選択的にＣＡタングステン１５及びライナ１０を窪ませるために、フッ素ベースの化学剤（ＮＦ３、Ｆ２、ＳＦ６）に切り替えることができる。
【００２１】
本発明の別の実施形態においては、公知の技術がリソグラフィ・ステップの後に続けられる。この場合、低Ｋ誘電体３０の内部にトレンチを画定するためにフルオロカーボン・ベースの化学剤を用いることができ、レジスト剥離は省略することができる。次のステップは、ＣＡタングステン１５およびライナ１０を窪ませることであり、これはまた残留フォトレジスト材料５０を剥離する。
【００２２】
図６は、最終結果を断面図で示す。図７は、これら３つの実施形態の上面図を示し、低Ｋ誘電体３０及び酸化物ハードマスク４０の内部に形成された窪んだトレンチ内の、部分的に露出したＣＡタングステン１５およびライナ１０を示している。この構造体のメタライゼーションは、上述の公知の技術によって達成される。
【００２３】
図８を参照すると、ライナ７０及びＭ１配線金属８０のライナ／シード／めっき後の構造体が示される。図９を参照するとＣＭＰ後の構造体が示される。
【００２４】
本発明の新規な特徴は、図５と図９を比較することにより理解することができる。ＣＡがＭ１ラインの直接下方に窪まされ、そしてＣＡスタッド内のタングステンの体積１５のかなりの部分が銅８０で置き換えられている。銅８０のより低い抵抗率は、より低いスタッド抵抗をもたらす。その上、ＣＡスタッド１５とＭ１ライン８０の間の接触面積が新しい構造体では著しく大きいので、より信頼性の高い接続を生じることになる。このことは、デバイスへの接続が変わらず、材料が同じである（バリア及びＷ）という重要な信頼性の利点を提供する。
【００２５】
図９に示すように、ここでＣＡスタッド相互接続は２つの導電材料の複合構造体となる。好ましい実施形態において、導電材料はタングステン及び銅である。好ましい実施形態において、複合スタッド構造体は、約１００ナノメートルの幅及び約２０００オングストロームの高さを有し、タングステン部分は、約５００オングストロームの高さを有する。
【００２６】
この複合ＣＡスタッド・コンタクトは、従来のコンタクトよりも低いコンタクト抵抗を有することになる。例えば、２０００オングストロームの高さ及び９５ｎｍ幅の従来のタングステンＣＡスタッドは、１９オームのコンタクト抵抗をもつと見積られる。この抵抗の約３分の１がＷの導電率からのものである。タングステンＣＡが５００オングストロームの高さまでエッチバックされると、コンタクト抵抗は１９オームから１３オームに下がる。もう１つの利点は、任意の調整不良の（及び窪んだ）ＣＡスタッドとＭ１ラインとの間の接触面積が増すことである。さらに銅ラインとＣＡスタッドの間のより低い接触抵抗もまたより信頼性の高いコンタクトをもたらす。
【００２７】
本明細書で具体的に説明された実施形態以外の、本発明の他の修正を本発明の趣旨から逸脱することなく施すことができることは、この開示に関わる当業者には明らかであろう。従って、そのような修正は、添付の請求項において説明される本発明の範囲内にあると見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】スタッド・コンタクト相互接続を形成するための従来のプロセスを示す。
【図２】スタッド・コンタクト相互接続を形成するための従来のプロセスを示す。
【図３】スタッド・コンタクト相互接続を形成するための従来のプロセスを示す。
【図４】スタッド・コンタクト相互接続を形成するための従来のプロセスを示す。
【図５】スタッド・コンタクト相互接続を形成するための従来のプロセスを示す。
【図６】本発明によるスタッド・コンタクト相互接続を形成する方法を示す。
【図７】本発明によるスタッド・コンタクト相互接続を形成する方法を示す。
【図８】本発明によるスタッド・コンタクト相互接続を形成する方法を示す。
【図９】本発明によるスタッド・コンタクト相互接続を形成する方法を示す。
【符号の説明】
【００２９】
１０：ＣＡライナ
１５：導電性ビア（ＣＡ）（ＣＡタングステン）
２０：酸化物
３０：低Ｋ誘電体膜（Ｍ１誘電体）
４０：酸化物ハードマスク（Ｍ１ハードマスク）
５０：Ｍ１フォトレジスト
６０：Ｍ１ライン・パターン
７０：ライナ
８０：Ｍ１配線金属（銅）
９０：Ｍ１配線
【図１】
2009505385.tif 000003
【図２】
2009505385.tif 000004
【図３】
2009505385.tif 000005
【図４】
2009505385.tif 000006
【図５】
2009505385.tif 000007
【図６】
2009505385.tif 000008
【図７】
2009505385.tif 000009
【図８】
2009505385.tif 000010
【図９】
2009505385.tif 000011
【国際調査報告】
2009505385.tif 000012
2009505385.tif 000013
2009505385.tif 000014