(57)【要約】  デュアルダマシン構造においてＢＡＲＣ層を２工程エッチングするための方法を提供する。一実施形態において、本方法は、基板上に配置されたＢＡＲＣ層で充填されたビアを有する基板をエッチングリアクタ内に配置し、第１ガス混合物をリアクタに供給してビアを充填しているＢＡＲＣ層の第１部位をエッチングし、ＮＨ３ガスを含む第２ガス混合物をリアクタに供給してビア内のＢＡＲＣ層の第２部位をエッチングすることを含む。
2009530869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置されたＢＡＲＣ層で充填されたビアを有する基板をエッチングリアクタ内に配置し、
第１ガス混合物をリアクタに供給してビアを充填しているＢＡＲＣ層の第１部位をエッチングし、
ＮＨ３ガスを含む第２ガス混合物をリアクタに供給してビア内のＢＡＲＣ層の第２部位をエッチングすることを含む、デュアルダマシン構造においてＢＡＲＣ層をエッチングするための方法。
【請求項２】
第１ガス混合物を供給する工程が、
Ｎ２及びＨ２をリアクタに流すことを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
Ｎ２及びＨ２を流す工程が、
Ｎ２を流量約５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍで流し、
Ｈ２を流量約５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍで流すことを更に含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
第１ガス混合物を供給する工程が、
処理圧力を約５ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒで維持し、
基板温度を約０℃から約６０℃に制御し、
プラズマ電力を約３００ワットから約２０００ワットで印加することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
第２ガス混合物を供給する工程が、
ＣＯ及びＯ２の少なくとも１つをリアクタに流すことを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
第２ガス混合物を供給する工程が、
ＮＨ３を流量約５ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍで流すことを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
第２ガス混合物を流す工程が、
ＣＯを流量約５ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍで流し、
Ｏ２を流量約５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍで流すことを更に含む請求項５記載の方法。
【請求項８】
第２ガス混合物を供給する工程が、
処理圧力を約５ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒで維持し、
基板温度を約０℃から約６０℃で制御し、
プラズマ電力を約３００ワットから約２０００ワットで印加することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
ハードマスク層がＢＡＲＣ層上に配置される請求項１記載の方法。
【請求項１０】
ＢＡＲＣ層をエッチングするに先立って、フッ素含有ガスを有するガス混合物をリアクタ内に流して、フォトレジスト層によって規定されたハードマスクをエッチングすることを更に含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】
ＢＡＲＣ層をエッチングするに先立って、フッ素含有ガスを用いてハードマスク層をエッチングすることを更に含む請求項９記載の方法。
【請求項１２】
第１ガス混合物によりリアクタ内の残留フッ素含有ガスをパージすることを更に含む請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
フッ素含有ガスを有するガス混合物が、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、ＳＦ６及びＮＦ３から成る群から選択される請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
第２ガス混合物をＢＡＲＣ層と反応させることでＢＡＲＣ層上に保護高分子を形成することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項１５】
誘電性バルク絶縁層に形成され、かつＢＡＲＣ層で充填されたビアを有する基板をエッチングリアクタ内に配置し、
Ｎ２及びＨ２ガスを有する第１ガス混合物をリアクタに供給してビアを充填しているＢＡＲＣ層の一部位をエッチングし、
ＮＨ３、ＣＯ及びＯ２ガスを含む第２ガス混合物をリアクタに供給してビア内のＢＡＲＣ層の残りの部位を所定の深さまでエッチングすることを含むデュアルダマシン構造においてＢＡＲＣ層をエッチングするための方法。
【請求項１６】
基板を配置する工程が、
ＢＡＲＣ層をエッチングするに先立って、フッ素含有ガスを有するガス混合物をリアクタ内に流してフォトレジスト層によって規定されたＢＡＲＣ層上のハードマスクをエッチングすることを更に含む請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
第１ガス混合物を供給する工程が、
Ｎ２ガスを流量約５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍで流し、
Ｈ２ガスを流量約５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍで流すことを更に含む請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
第２ガス混合物を供給する工程が、
ＮＨ３ガスを流量約５ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍで流し、
ＣＯガスを流量約５ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍで流し、
Ｏ２ガスを流量約５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍで流すことを更に含む請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
第２ガス混合物を供給する工程が、
第２ガス混合物とＢＡＲＣ層とを反応させることでＢＡＲＣ層の側壁又は表面に高分子保護部を形成することを更に含む請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
誘電性バルク絶縁層に形成され、かつＢＡＲＣ層で充填されたビアを有する基板をエッチングリアクタ内に配置することを含み、ここでＢＡＲＣ層の上にはハードマスク層が配置されており、
フッ素含有ガスを有するガス混合物をリアクタに供給することで、パターン形成されたフォトレジスト層を用いてハードマスク層をエッチングしてＢＡＲＣ層の表面を露出させ、
Ｎ２及びＨ２ガスを有する第１ガス混合物をリアクタに供給してビアを充填しているＢＡＲＣ層の一部位をエッチングし、
ＮＨ３、ＣＯ及びＯ２ガスを含む第２ガス混合物をリアクタに供給してビア内のＢＡＲＣ層の残りの部位を所定の深さまでエッチングすることを含む、デュアルダマシン構造においてＢＡＲＣ層をエッチングするための方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して、半導体加工技術、より具体的にはデュアルダマシン・エッチング処理において底部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）層をエッチングするための方法に関する。
（関連技術の説明）
【０００２】
集積回路は、１枚のチップ上に何百万もの構成要素（例えば、トランジスタ、キャパシタ及び抵抗）を含み得る複雑なデバイスへと進化してきた。チップ設計の進化は、常に、より速い回路とより高い回路密度を要求している。より高い回路密度への需要により、半導体回路構成要素の寸法の縮小が必要とされている。
【０００３】
集積回路構成要素の寸法が縮小されるにつれ（例えば、サブミクロン寸法）、こういった構成要素の作製に使用される材料が、その電気的性能に関わってくる。例えば、抵抗の低い金属配線（例えば、銅及びアルミニウム）が、集積回路上の構成要素間の導電路となる。
【０００４】
典型的には、金属配線は、誘電性バルク絶縁材料によって互いに電気的に絶縁されている。隣り合う金属配線間の距離及び／又は誘電性バルク絶縁材料の厚みがサブミクロン寸法であると、こういった配線間で容量結合が起こる可能性がある。隣り合う金属配線間での容量結合によりクロストーク及び／又は抵抗・キャパシタンス（ＲＣ）遅延が起こり、これにより集積回路の全体としての性能が低下する場合がある。
【０００５】
多層配線構造（例えば、デュアルダマシン構造）を含む集積回路構成要素もある。典型的には、デュアルダマシン構造は、互いに積層された誘電性バルク絶縁層と、銅等の導電層を有している。ビア及び／又はトレンチを誘電性バルク絶縁層にエッチングし、続いて銅導電層をそのビア及び／又はトレンチに充填し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等の方法を用いて表面を研磨すると、このビア及び／又はトレンチ内だけに導電性材料が残る。デュアルダマシン式においては、ビアとトレンチの双方を、銅を充填する前に、誘電体層又は異なる誘電体の積層体にパターン形成する。
【０００６】
デュアルダマシン法においては、異なる処理順序でビア及び／又はトレンチを誘電体にエッチングすることが可能である。図１Ａに図示の例示的な実施形態として、ビア及び／又はトレンチをエッチングするための「ビア・ファースト（ｖｉａ−ｆｉｒｓｔ）」処理シーケンスについて説明する。ビア１２８、１３０は、基板１０２上に配置された誘電性積層体１３２に形成される。誘電性積層体１３２は、特徴部密度の低い（例えば、隔絶されたビア１３０）第１領域１１６と、特徴部密度の高い（例えば、密集したビア１２８）第２領域１１８を有する。誘電性積層体１３２には、研磨停止層１１０と、誘電性バリア層１０６上に配置された誘電性バルク絶縁層１０８が含まれる。銅線１０３が、誘電性積層体１３２下の、基板１０２上に配置された別の誘電性積層体又は層１０４内に存在し得る。研磨停止層１１０及び誘電性バリア層１０６は、典型的には、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ２等の誘電体から形成される。誘電性バルク絶縁層１０８は、典型的には、４．０より低い誘電率を有する誘電体、例えばＦＳＧ、高分子材料、炭素含有シリコン層（ＳｉＯＣ）等から形成される。
【０００７】
底部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）層１１２は、トレンチをリソグラフ加工する前にスピン塗布されてビア１２８と１３０を充填し、誘電性積層体１３２を被覆する。ハードマスク層１３４はＢＡＲＣ層１１２上に堆積されて、エッチマスク層として機能する。パターン形成されたフォトレジスト層１１４を用いてハードマスクエッチング処理を実行することで、その下のＢＡＲＣ層１１２を露出させる。フォトレジスト層１１４によって規定されたハードマスク層１３４の露出部がエッチングにより除去された後、トレンチをエッチングする前に、ＢＡＲＣエッチング処理を行ってビア開口部１２８、１３０上のＢＡＲＣ層１１２の一部位をハードマスク層１３４により除去する。しかしながら、スピン塗布されたＢＡＲＣ層１１２は、密集したビア１２８と隔絶されたビア１３０を同じようには充填していない。典型的には、隔絶されたビア１３０は密集したビア１２８よりも容易に充填され、この結果、誘電性積層体１３２の上にある第１及び第２領域１１６と１１８との間でＢＡＲＣの厚みに大きな差が生じる。ビア開口部のＢＡＲＣ層１１２がエッチングにより除去されるにつれ、ハードマスク層１３４によって規定された、誘電性積層体１３２中のハードマスク層下の研磨停止層１１０の一部が、図１Ｂに図示されるようにＢＡＲＣエッチング処理中に露出する。誘電性積層体１３２の上のＢＡＲＣ層１１２の厚みは異なることから、密集したビア１２８上のＢＡＲＣ層１１２は隔絶されたビア１３０上のＢＡＲＣ層１１２の部位よりも、より多くエッチングされる。この不均一なＢＡＲＣ層１１２は、続くトレンチエッチング処理において、不均一なトレンチ深さを招くことになる。図１Ｃに図示されるように、密集したビア１２８のＢＡＲＣ層１１２のほうが、隔絶されたビア１３０におけるＢＡＲＣ層１１２よりも速くエッチングされるため、密集したビア１２８のエッチングされたＢＡＲＣ層１１２は凹部１２０となり、一方、隔絶されたビア１３０のＢＡＲＣ層１１２は十分にエッチングされないまま残る及び／又はビア１３０上に突出した表面１２２として残る。
【０００８】
図２Ａは、隔絶されたビア１３０上の、突出面１２２を伴うＢＡＲＣ層１１２の例示的な構造を示す。ＢＡＲＣ層１１２の突出面１２２が、図２Ｂで更に図示されるように、シャドー効果（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）を作り出し、ＢＡＲＣ層１１２に隣接する誘電性バルク絶縁層１０８の一部が、誘電性絶縁層１０８の残りの部位よりも遅い速度でエッチングされることがある。このため、ハードマスク層１３４及びＢＡＲＣ層１１２を剥離すると、図２Ｃに図示されるように、トレンチにフェンス欠陥１２６が残る。過剰なエッチングによる及び／又は不十分なエッチングによるＢＡＲＣ層の陥没（又は突出）は、トレンチ及び／又はビアの寸法及びプロファイルに影響し、配線集積化における質と、ＩＣデバイスの電気的性能の低下を招く。ＢＡＲＣエッチングを改善することで、これらの悪影響を緩和することができる。
【０００９】
従って、ＢＡＲＣ層を均一にエッチングして構造の寸法とプロファイルを望ましいものとする方法が必要とされている。
【発明の概要】
【００１０】
デュアルダマシン構造においてＢＡＲＣ層を２工程エッチングするための方法を提供する。一実施形態において、デュアルダマシン構造においてＢＡＲＣ層をエッチングするための方法は、基板上に配置されたＢＡＲＣ層で充填されたビアを有する基板をエッチングリアクタ内に配置し、第１ガス混合物をリアクタに供給してビアを充填しているＢＡＲＣ層の第１部位をエッチングし、ＮＨ３ガスを含む第２ガス混合物をリアクタに供給してビア内のＢＡＲＣ層の第２部位をエッチングすることを含む。
【００１１】
別の実施形態において、デュアルダマシン構造においてＢＡＲＣ層をエッチングするための方法は、誘電性バルク絶縁層に形成され、かつＢＡＲＣ層で充填されたビアを有する基板をエッチングリアクタ内に配置し、Ｎ２及びＨ２ガスを有する第１ガス混合物をリアクタに供給してビアを充填しているＢＡＲＣ層の一部位をエッチングし、ＮＨ３、ＣＯ及びＯ２ガスを含む第２ガス混合物をリアクタに供給してビア内のＢＡＲＣ層の残りの部位を所定の深さまでエッチングすることを含む。
【００１２】
更に別の実施形態において、デュアルダマシン構造においてＢＡＲＣ層をエッチングするための方法は、誘電性バルク絶縁層に形成され、かつＢＡＲＣ層で充填されたビアを有する基板をエッチングリアクタ内に配置することを含み、ここでＢＡＲＣ層の上にはハードマスク層が配置されており、本方法は更にフッ素含有ガスを有するガス混合物をリアクタに供給することで、パターン形成されたフォトレジスト層を用いてハードマスク層をエッチングしてＢＡＲＣ層の表面を露出させ、Ｎ２及びＨ２ガスを有する第１ガス混合物をリアクタに供給してビアを充填しているＢＡＲＣ層の一部位をエッチングし、ＮＨ３、ＣＯ及びＯ２ガスを含む第２ガス混合物をリアクタに供給してビア内のＢＡＲＣ層の残りの部位を所定の深さまでエッチングすることを含む。
【詳細な説明】
【００１３】
本発明の実施形態は、デュアルダマシン構造においてＢＡＲＣ層をエッチングするための２工程法を含む。本方法により、エッチング処理中のＢＡＲＣ層のプロファイルと寸法が向上し、これによりデュアルダマシン構造におけるトレンチ形成の精度が上昇する。この２工程エッチング法は、２つの異なるガス混合物をエッチングリアクタに供給し、側壁及び／又は表面を良好に保護しながらＢＡＲＣ層をエッチングすることを含み、これにより異なるパターン密度を有するトレンチをエッチングすることに関連するプロファイルのムラが最小限に抑えられる。
【００１４】
図３は、本発明の実行に適したプラズマソースエッチングリアクタ３０２の一実施形態の概略断面図である。本発明を実行するのに適したこういったエッチングリアクタの１つは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手可能なイネーブラ（ＥＮＡＢＬＥＲ（商標名））処理チャンバである。その他の製造業者からのものを含むその他のエッチングリアクタを適合させて本発明から益することも考えられる。
【００１５】
一実施形態において、リアクタ３０２は、導電性チャンバ壁部３３０を有する処理チャンバ３１０を含む。チャンバ壁部３３０の温度は、壁部３３０内及び／又はその周囲に設置された液体含有導管（図示せず）を用いて制御される。
【００１６】
チャンバ３１０は高真空容器であり、絞り弁３２７を介して真空ポンプ３３６に連結されている。チャンバ壁部３３０は、アース３３４に接続されている。ライナ３３１がチャンバ３１０内に配置され、壁部３３０の内面を被覆している。ライナ３３１により、チャンバ３１０の洗浄能が向上する。
【００１７】
処理チャンバ３１０は、支持台座部３１６とシャワーヘッド３３２も含む。支持台座部３１６は、処理中、基板３００をシャワーヘッド３３２下で離間関係でもって支持する。支持台座部３１６は、基板３００を保持するための静電チャック３２６を含んでいてもよい。静電チャック３２６への電力は、ＤＣ電源３２０によって制御される。
【００１８】
支持台座部３１６は、整合回路３２４を介して高周波（ＲＦ）バイアス電源３２２に連結されている。バイアス電源３２２は、通常、約５０ｋＨｚから約６０ＭＨｚの調節可能な周波数と約０から約５０００ワットのバイアス電力を有するＲＦ信号を発生可能である。任意で、バイアス電源３２２はＤＣ又はパルスＤＣ電源であってもよい。
【００１９】
支持台座部３１６上で支持されている基板３００の温度は、支持台座部３１６の温度を調節することで少なくとも部分的に制御される。一実施形態において、支持台座部３１６は、冷却液を流すための流路がその内部に形成されている冷却板（図示せず）を含む。加えて、ガス供給源３４８からのヘリウム（Ｈｅ）ガス等の背面ガスを基板３００の裏面と静電チャック３２６の表面に形成された溝部（図示せず）との間に配置された流路に供給する。背面Ｈｅガスにより、台座部３１６と基板３００との間で効率的な熱伝達が行われる。静電チャック３２６は、チャック本体内にチャック３２６を熱するための抵抗ヒータ（図示せず）も含んでいてよい。一実施形態において、基板３００は温度約１０℃から約５００℃で維持される。
【００２０】
シャワーヘッド３３２は、処理チャンバ３１０の蓋部３１３に取り付けられる。ガスパネル３３８は、シャワーヘッド３３２と蓋部３１３との間に規定されたプレナム（図示せず）に流体的に連結されている。シャワーヘッド３３２は、ガスパネル３３８からプレナムへと供給されたガスの処理チャンバ３１０への進入を可能にする複数の孔を含む。シャワーヘッド３３２の複数の孔を別々のゾーンに配列し、各種ガスを異なる体積流量でもってチャンバ３１０内へと放出可能としてもよい。
【００２１】
シャワーヘッド３３２及び／又はシャワーヘッドに近接して位置決めされた上部電極３２８は、インピーダンス変成器３１９（例えば、１／４波長整合スタブ）を介してＲＦソース電力３１８に連結されている。ＲＦソース電力３１８は、通常、約１６０ＭＨｚの調節可能な周波数と、約０から５０００ワットのソース電力を有するＲＦ信号を発生可能である。
【００２２】
リアクタ３０２は、チャンバ壁部３３０の外部の、チャンバ蓋部３１３付近に位置決めされた１つ以上のコイルセグメント又は磁石３１２も含んでいてよい。コイルセグメント３１２への電力は、ＤＣ電源又は低周波ＡＣ電源３５４によって制御される。
【００２３】
処理中、チャンバ３１０内部のガス圧は、ガスパネル３３８及び絞り弁３２７を用いて制御される。一実施形態において、チャンバ３１０内部のガス圧は、約０．１から９９９ｍＴｏｒｒで維持される。
【００２４】
中央演算処理装置（ＣＰＵ）３４４、メモリ３４２及びサポート回路３４６を含む制御装置３４０がリアクタ３０２の各種構成要素に連結され、本発明の処理の制御を円滑に行っている。メモリ３４２はいずれのコンピュータ可読性媒体であってもよく、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（商標名）ディスク、ハードディスク、又はリアクタ３０２又はＣＰＵ３４４に対してローカル又はリモートであるその他の形態のデジタルストレージである。サポート回路３４６はＣＰＵ３４４に連結され、慣用のやり方でＣＰＵをサポートする。これらの回路はキャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステム等を含む。メモリ３４２内に保存されたソフトウェアルーチン又は一連のプログラム命令は、ＣＰＵ３４４によって実行されると、リアクタ３０２に本発明の処理を実行させる。
【００２５】
図３は、本発明の実施に使用可能な各種タイプのプラズマリアクタの例示的な一構成を図示しているにすぎない。例えば、異なるタイプのソース電力とバイアス電力を、異なる結合機構を用いてプラズマチャンバに連結することが可能である。ソース電力とバイアス電力の双方を用いることで、プラズマ密度とプラズマに対しての基板のバイアス電圧を独立して制御することが可能となる。応用例によってはソース電力は必要なく、プラズマはバイアス電力だけで維持される。プラズマ密度は、低周波（例えば、０．１―０．５ヘルツ）のＡＣ電流源又はＤＣ電流源で駆動される電磁石を用いて、真空チャンバに磁場を印加することで増強することが可能である。その他の応用例においては、プラズマをその中に基板が配置されているチャンバとは別のチャンバ、例えば遠隔プラズマ源で発生させ、続いて業界で既知の技法を用いてプラズマをチャンバに誘導する。
【００２６】
図４は、本発明の一実施形態による、デュアルダマシン構造におけるＢＡＲＣエッチング処理４００の一実施形態のフロー図を示す。図５Ａ−５Ｄは、ＢＡＲＣエッチング処理４００を図解している、処理４００の異なる段階に対応した概略断面図である。処理４００は命令としてメモリ３４２に保存され、制御装置３４０によって実行されると、処理４００がリアクタ３０２内で実行される。
【００２７】
処理４００は工程４０２から始まり、デュアルダマシン構造を有する基板をリアクタ３０２内に設置する。図５Ａは、基板５０２上に形成された層５０４上に配置された誘電性積層体５１８を有するデュアルダマシン構造を図示している。層５０４には銅線等の少なくとも１つの導電層５０６が埋設されている。誘電性積層体５１８は、研磨停止層５１２と、任意の誘電性バリア層５０８上に配置された誘電性バルク絶縁層５１０を含み得る。この任意の誘電性バリア層５０８が存在しない実施形態においては、誘電性バルク絶縁層５１０をその下の層５０４上に直接的に配置してもよい。ビア５１６は誘電性バルク絶縁層５１０と研磨停止層５１２に慣用のエッチング方法を用いて形成される。一実施形態において、誘電性バルク絶縁層５１０は、４．０未満の誘電率を有する誘電体である。適した材料の例には、アプライドマテリアル社から入手可能なブラックダイヤモンド（商標名）誘電体等の炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）及びポリアミド等のその他の高分子が含まれる。
【００２８】
ＢＡＲＣ層５１４はビア５１６を充填し、誘電性積層体５１８を被覆している。ＢＡＲＣ層５１４を用いて、リソグラフィ中におけるその下の誘電体層及び／又は積層体からの反射を制御する。ＢＡＲＣ層５１４は、例えば、典型的には水素と炭素含有要素を有しているポリアミド及びポリスルホン等の有機材料、又は窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素等の無機材料を含み得る。図５Ａに図示の実施形態において、ＢＡＲＣ層５１４は有機材料であり、トレンチをリソグラフ加工する前に基板５０２にスピン塗布されビア５１６を充填している。別の例示的な実施形態において、ＢＡＲＣ層５１４は、その他いずれの適したやり方でコーティング、堆積、又はビアに充填してもよい。
【００２９】
ハードマスク層５３０をＢＡＲＣ層５１４上に配置し、トレンチのエッチング中のエッチマスクとして機能させるもよい。一実施形態において、研磨停止層５１２はＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＣＮ等の誘電体層である。図５Ａに図示の実施形態において、ハードマスク層５３０は、ＢＡＲＣ層５１４上にスピン塗布されたＳＯＧ層である。
【００３０】
研磨停止層５１２は、誘電性バルク絶縁層５１０上に配置することができる。一実施形態において、ハードマスク層５１２はＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＣＮ等の誘電体層である。研磨停止層５１２が存在しない実施形態においては、ＢＡＲＣ層５１４を誘電性バルク絶縁層５１０の部位５２４（例えば、表面）に直接的に配置して被覆してもよい。
【００３１】
任意の誘電性バリア層５０８は、約５．５以下の誘電率を有する材料から選択される。一実施形態において、誘電性バリア層４０６は炭素含有ケイ素層（ＳｉＣ）、窒素ドープ炭素含有ケイ素層（ＳｉＣＮ）等である。
【００３２】
フォトレジスト層５０６をハードマスク層５３０上に配置して、所定のパターン及び／又は特徴部をエッチング処理により誘電性積層体５１８に転写する。パターン形成されたフォトレジスト層５０６は、集積回路のパターン形成に使用される慣用の炭素系の有機又は高分子材料を含み得る。図５Ａに図示の実施形態において、フォトレジスト層５０６下に配置されたハードマスク層５３０及び／又はＢＡＲＣ層５１４は、フォトレジスト層５０６によって規定された開口部５２０を通してエッチングされ、誘電性積層体５１８内のビア５１６上にトレンチが形成される。
【００３３】
工程４０４で、ハードマスクエッチング処理を行って、開口部５２０内で露出しているハードマスク層５３０をエッチングする。エッチング中、開口部５２０内のハードマスク層５３０は、図５Ｂに図示されるように、その下のＢＡＲＣ層５１４の上面が露出するまで除去することができる。典型的には、ハードマスクエッチング工程中にフォトレジスト層５０６をエッチングにより除去し、ハードマスク層５３０を続くエッチング処理用の残存エッチングマスクとして残す。ハードマスクエッチング処理は、所定の時間が経過した後又は開口部５２０内の下層であるＢＡＲＣ層５１４の部位がプラズマに曝露されているか否かをプラズマからの放出物を監視することで決定する慣用の光学的終点測定技法のいずれかによって終了される。
【００３４】
一実施形態において、ハードマスク層５３０はフッ素含有ガス混合物から発生させたプラズマを用いてエッチングする。適したフッ素含有ガスの例には、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、ＣＦ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、ＮＦ３、ＳＦ６等が含まれるが、これらに限定されるものではない。別の実施形態においては、ハードマスク層５３０を、Ｏ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、インサートガス等の少なくとも１つを含むフッ素含有混合物から発生させたプラズマを用いてエッチングする。ハードマスク層５３０は、図３に図示されるリアクタ３０２等のエッチングチャンバ、又はその他の適したリアクタ内でエッチングすることができる。
【００３５】
一実施形態において、ハードマスクエッチング処理は、ＣＦ４及びＣＨＦ３等のフッ素含有ガスのガス混合物をエッチングリアクタに供給し、約３００ワットから約２０００ワットの電力を印加し、温度を約０℃から約６０℃に維持し、リアクタ内の処理圧力を約１０から約３００ｍＴｏｒｒに制御することで行う。ＣＦ４ガスは、流量約５ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍで供給することができる。ＣＨＦ３ガスは、流量約５ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍで供給することができる。別の実施形態においては、Ｏ２等の少なくとも１つのインサートガスも、フッ素含有ガス混合物と共にリアクタに供給することができる。Ｏ２ガスは、流量約０から約１００ｓｃｃｍで供給することができる。
【００３６】
工程４０６で、第１ＢＡＲＣエッチング工程を実行し、第１ガス混合物をリアクタ３０２に供給することで、ビア５１６を充填しているＢＡＲＣ層５１４の一部位を最初にエッチングする。一実施形態において、リアクタ３０２に供給される第１ガス混合物は水素ガス（Ｈ２）と窒素ガス（Ｎ２）を含有する。第１ガス混合物は、先行の工程４０４からのリアクタ３０２内に残る残留ガス、例えばフッ素含有ガスをパージして、洗い流すためにも使用され、これにより続くエッチング工程における欠陥の発生又は残留フッ素との化学反応を防止する。
【００３７】
一実施形態において、ＢＡＲＣ層５１４は、Ｈ２ガス及びＮ２ガスを含有する第１ガス混合物からプラズマを発生させることで、まずエッチングされる。ＢＡＲＣ層５１４は、図３に図示のリアクタ３０２等のエッチングチャンバ、又はその他の適したリアクタでエッチングすることができる。
【００３８】
第１ガス混合物をリアクタ３０２に供給しながら、幾つかの処理パラメータを工程４０６で調節する。一実施形態において、エッチングリアクタ内のガス混合物の圧力は、約５ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒに調節され、基板温度は約０℃から約６０℃に維持される。ＲＦソース電力は、約３００ワットから約２０００ワットの電力で印加することができる。Ｈ２ガスは、流量約５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍで流すことができる。Ｎ２ガスは、流量約５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍで流すことができる。
【００３９】
一実施形態において、第１ＢＡＲＣエッチング工程は、所定の時間の経過後に終了する。例えば、第１ＢＡＲＣエッチング工程は、約５秒から約５０秒の処理で終了となる。別の実施形態において、第１ＢＡＲＣエッチング工程は、光学放射を監視する又は別の指標によることを含むその他の適した方法で終了となる。
【００４０】
工程４０８で、第２ＢＡＲＣエッチング工程を行って、図５Ｃに図示されるように、ビア５１６を充填しているＢＡＲＣ層５１４の残りの部位を所定の深さまでエッチングする。第２ＢＡＲＣ層エッチング工程４０８は、リアクタ３０２に供給された第２ガス混合物を用いて行う。一実施形態において、ガス混合物はＮＨ３ガスを含む。別の実施形態において、第２ガス混合物はＮＨ３ガスと酸素含有ガスを含む。適した酸素含有ガスにはＣＯ及びＯ２が含まれる。第２ＢＡＲＣエッチング工程は、所定の時間が経過すること、光学放射を監視すること、又はＢＡＲＣ層５１４が誘電性バルク絶縁層５１０の表面５２４下の既定の深さ５２６まで掘り下げられたことを確定する別の指標によって終了となる。一実施形態において、誘電性バルク絶縁層５１０の表面５２４より下に掘り下げられたＢＡＲＣ層５１４の所定の深さ５２６は、約０ｎｍから約２００ｎｍである。
【００４１】
一実施形態において、ＢＡＲＣ層５１４は、ＮＨ３ガスと、ＣＯ及び／又はＯ２等の酸素含有ガスとを含有する第２ガス混合物からプラズマを発生させることでエッチングされる。別の実施形態において、ＢＡＲＣ層５１４は、プラズマをＮＨ３、ＣＯ及びＯ２を含有する第２ガス混合物から発生させることでエッチングされる。ＢＡＲＣ層５１４は、図３に図示のリアクタ３０２等のエッチングチャンバ、又はその他の適したリアクタ内でエッチングすることができる。
【００４２】
第２ガス混合物をリアクタ３０２に供給しながら、幾つかの処理パラメータを工程４０８で調節する。一実施形態において、エッチングリアクタ内のガス混合物の圧力は、約５ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒに調節され、基板温度は約０℃から約６０℃に維持される。ＲＦソース電力は、電力約３００ワットから約２０００ワットで印加することができる。ＮＨ３ガスは、流量約５ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍで流すことができる。Ｏ２ガスは、流量約５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍで流すことができる。ＣＯガスは、流量約５ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍで流すことができる。エッチング時間は、約２０秒から約１００秒であってもよい。
【００４３】
第２ＢＡＲＣエッチング工程中、第２ガス混合物と共に供給されたＮＨ３ガスはＢＡＲＣ層５１４と反応し、ＢＡＲＣ層５１４の表面及び／又は側壁上に保護高分子を形成する。密集したビアにおけるＢＡＲＣ層５１４は隔絶されたビアにおけるＢＡＲＣ層５１４よりも早くエッチングされるため、隔絶されたビアよりも密集したビアにおいて、ＢＡＲＣ層５１４上に相対的により多い保護高分子が蓄積される。密集したビアで蓄積された保護高分子によりＢＡＲＣ層５１４のエッチングが防止され、その一方で、隔絶されたビアのＢＡＲＣ層５１４は、所定の深さに達するまでエッチングされ続ける。基板のパターン密度に関連したエッチング速度の差は、密集したビアと隔絶されたビアで蓄積させる保護高分子量の差によって最小限に抑えられる。このため、実質的に均一的なエッチングプロファイルを、隔絶されたビアと密集したビアを有する双方の領域において達成することができ、これにより慣用のエッチング処理におけるビアパターン密度の違いに関連したフェンス又はＢＡＲＣ層の凹部等の欠陥の発生が防止される。
【００４４】
続いて、開口部表面５２４から所定の深さ５２６までの研磨停止層５１２及び誘電性絶縁層５１０のエッチングを含む幾つかのエッチング処理を行って、必要に応じてトレンチ５２８を形成することができる。トレンチが形成された後、残りのＢＡＲＣ層５１４又はハードマスク層５３０を適した方法により基板から剥離又は除去して、図５Ｄに図示されるように、デュアルダマシン構造を形成する。
【００４５】
従って、本発明は、均一なエッチングプロファイルでもってＢＡＲＣ層をエッチングするための２工程エッチング法を提供する。本方法においては、異なるガス混合物を供給して側壁及び／又は表面を十分に保護しながらＢＡＲＣ層を２工程エッチングすることで、デュアルダマシン構造における隔絶されたビア及び密集したビアの双方でトレンチ及び／又はビアのプロファイルと寸法を改善するものであり、有利である。
【００４６】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他及び更に別の実施形態を創作することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
本発明の上述した構成が得られ、詳細に理解可能なように、上記で簡単に要約された本発明のより具体的な説明が実施形態を参照して行われ、これらは添付図面に記載されている。
【図１Ａ】〜
【図１Ｃ】隔絶され、密集したビアを備えた例示的なデュアルダマシン構造の断面図である。
【図２Ａ】〜
【図２Ｃ】別の例示的なデュアルダマシン構造の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態で使用されるプラズマリアクタの概略断面図である。
【図４】デュアルダマシン構造においてＢＡＲＣ層をエッチングするための２工程エッチング法用の方法の一実施形態を示す処理フロー図である。
【図５Ａ】〜
【図５Ｄ】本発明の一実施形態によって連続的にエッチングされたデュアルダマシン構造の断面図である。
【００４８】
円滑な理解のために、可能な限り、図面で共通する同一要素は同一参照番号を用いて表した。一実施形態における要素と構成は、特に記載することなくその他の実施形態にて有利に利用可能である。
【００４９】
しかしながら、添付図面は本発明の例示的な実施形態だけを図示しており、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
【図１Ａ】
2009530869.tif 000003
【図１Ｂ】
2009530869.tif 000004
【図１Ｃ】
2009530869.tif 000005
【図２Ａ】
2009530869.tif 000006
【図２Ｂ】
2009530869.tif 000007
【図２Ｃ】
2009530869.tif 000008
【図３】
2009530869.tif 000009
【図４】
2009530869.tif 000010
【図５Ａ】
2009530869.tif 000011
【図５Ｂ】
2009530869.tif 000012
【図５Ｃ】
2009530869.tif 000013
【図５Ｄ】
2009530869.tif 000014
【国際調査報告】
2009530869.tif 000015