(57)【要約】  ある実施形態によれば、プラズマリアクタにおいて、有機平坦化層をマスキングするハードマスクを覆うフォトレジストマスク構造を含むレジスト構造の有機平坦化層にトレンチをエッチングする方法が提供される。これには、プラズマリアクタに、Ｎ２、Ｈ２及びＯ２を含むエッチャントガス化学物質を導入する工程と、マスクした有機平坦化層を、エッチャントガス化学物質から形成されたプラズマを用いて、エッチングする工程とが含まれる。これには、１回のエッチング工程で、平坦化層を通してエッチングしてトレンチを形成する工程が含まれる。
2009530863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマリアクタにおいて、有機平坦化層をマスキングするハードマスクを覆うフォトレジストマスク構造を含むレジスト構造の前記有機平坦化層をエッチングする方法であって、
前記プラズマリアクタに、Ｎ２、Ｈ２及びＯ２を含むエッチャントガス化学物質を導入する工程と、
前記マスクした有機平坦化層を、前記エッチャントガス化学物質から形成されたプラズマを用いて、エッチングする工程とを含む方法。
【請求項２】
前記有機平坦化層をエッチングする工程が、前記平坦化層を通してエッチングして、前記有機平坦化層にトレンチを形成する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記平坦化層を通してエッチングして、前記トレンチを形成する工程が、１回のエッチング工程で、前記平坦化層を通してエッチングする工程を含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記有機平坦化層をエッチングする工程が、異なる断面積のトレンチを、実質的に同じエッチングレートでエッチングする工程を含む請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記エッチャントガスを導入する工程が、Ｏ２を導入して、前記有機平坦化材料のエッチング中、エッチングレートマイクロローディングを調節する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
導入する工程が、約１０：１０：ｘ（ｘは約１から約３の範囲内である）の流量比でＮ２：Ｈ２：Ｏ２のエッチャントガス化学物質を導入する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記有機平坦化層をエッチングする工程が、（ａ）約１３．５６ＭＨｚ又は（ｂ）約１３．５６ＭＨｚ未満のうち１つのバイアス電力周波数を用いる工程を含む請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記有機平坦化層をエッチングする工程が、約１００ワットから約１５００ワットのバイアス電力を用いる工程を含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記有機平坦化層をエッチングする工程が、約３００ワットから約２０００ワットのプラズマソース電力を用いる工程を含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
導入する工程が、約１０：１０：１の流量比でＮ２：Ｈ２：Ｏ２のエッチャントガス化学物質を導入する工程を含み、前記有機平坦化層をエッチングする工程が、約２ＭＨｚのバイアス電力周波数を用いる工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
導入する工程が、約１０：１０：２の流量比でＮ２：Ｈ２：Ｏ２のエッチャントガス化学物質を導入する工程を含み、エッチングする工程が、約１３．５６ＭＨｚのバイアス電力周波数、約８００ワットのバイアス電力及び約１２００ワットのプラズマソース電力でエッチングする工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記有機平坦化層をエッチングする工程が、約２ＭＨｚのバイアス電力を用いる工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記有機平坦化層をエッチングする工程が、約１３．５６ＭＨｚ未満のバイアス電力を用いる工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記有機平坦化層をエッチングする工程が、前記有機平坦化層をエッチングしながら、前記フォトレジストをエッチングして取る工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記有機平坦化層をエッチングする工程が、有機ＢＲＡＣをエッチングする工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項１６】
低ｋダマシン集積回路デバイスを製造するために、プラズマリアクタを用いる方法であって、フォトレジストマスクを含むレジスト構造のＢＡＲＣ層を、前記ＢＡＲＣ層をマスキングするハードマスク上からエッチングする工程を含み、前記ＢＡＲＣ層をエッチングする工程が、
約１０：１０：ｘ（ｘは約１〜約３の範囲）の流量比でＮ２：Ｈ２：Ｏ２を含むエッチャントガス化学物質を導入する工程と、
前記エッチャントガス化学物質から形成されたプラズマを用いて、前記ＢＡＲＣ層をエッチングして、前記ＢＡＲＣ層を通してエッチングして、前記ＢＡＲＣ層にトレンチを画定する工程とを含む方法。
【請求項１７】
前記有機平坦化層をエッチングする工程が、異なる断面積のトレンチを、実質的に同じエッチングレートでエッチングする工程を含む請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
導入する工程が、夫々、約１０：１０：２未満の流量比でＮ２：Ｈ２：Ｏ２のエッチャントガス化学物質を導入する工程を含み、エッチングする工程が、約１３．５６ＭＨｚのバイアス電力周波数、約８００ワットのバイアス電力及び約１２００ワットのプラズマソース電力でエッチングする工程を含む請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
プラズマリアクタを用いて、低ｋダマシン集積回路デバイスを形成する有機ＢＡＲＣエッチング方法であって、
基板上のトレンチ金属層上に形成されたエッチングストップ層を有する半導体基板を提供する工程と、
低ｋ誘電体層を前記エッチングストップ層上に形成する工程と、
ビアパターン化フォトレジスト層を前記低ｋ誘電体層上に堆積する工程と、
前記フォトレジスト層を除去した後、前記低ｋ誘電体層を通して、前記エッチングストップ層までエッチングして、ビア開口部を形成する工程と、
有機平坦化層を前記ビア上に形成する工程と、
フォトレジスト層及びハードマスク層からトレンチマスクを前記ＢＡＲＣ有機平坦化層上に形成する工程と、
Ｎ２、Ｈ２及びＯ２を含むエッチャントガス混合物を前記プラズマリアクタに導入する工程と、
前記ＢＡＲＣ有機平坦化層を、前記エッチャント混合物を用いてエッチングして、前記エッチャントガス混合物を用いて、前記ビアの前記ＢＡＲＣ有機平坦化層にトレンチ開口部を形成する工程とを含む方法。
【請求項２０】
Ｎ２：Ｈ２：Ｏ２の前記エッチャントガス混合物流量比が、夫々、約１０：１０：ｘ（ｘは約１から約３の範囲内である）である請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記エッチングされたＢＡＲＣ有機平坦化層をエッチングマスクとして用いて、前記低ｋ誘電体層にトレンチパターンを形成する工程と、
前記ＢＡＲＣ有機平坦化層をストリッピングする工程と、
前記エッチングストップ層をオープンして、前記トレンチ金属層を露出する工程とを含む請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
集積回路（ＩＣ）は、最新の半導体技術の分野において大きな役割を演じている。集積回路の発展により、最新の電気技術と共に現代社会が実現されてきた。集積回路の用途は広がり、その重要性は、携帯電話、デジタルテレビから、カメラのフラッシュメモリチップまで我々の毎日の暮らしに大きく影響している。更なる機能性に対する需要が、込み入った集積回路チップに集積すべきトランジスタの数の増加を必要としている。これらの集積回路は、典型的に、シリコン基板又はウェハに形成され、異なる材料からできた様々な積層のための構造化プロセスを備えた活性半導体デバイスを含み、メモリ機能が可能となっている。
【０００２】
最近、最新の半導体技術において、集積回路は、メモリの多い小さなデバイス（トランジスタ）へと進歩してきた。これには、典型的に、トランジスタのサイズを小さくする必要がある。トランジスタのサイズが減少すると、得られる増大した密度では、集積回路チップ内の相互接続の数を増やす必要がある。半導体集積回路（ＩＣ）の製造では、非導電性材料にビア及びトレンチをエッチングして、それらを、アルミニウム、銅又はその他金属で充填することにより、シリコンウェハに連続的なレベルを作成することができる。典型的に、最新のシリコン集積回路配線においては、銅を低誘電率値の絶縁材料に埋め込むと、早いチップが得られる。
【０００３】
更に、トランジスタの数が増えると、異なるレベルを接続する相互接続ラインとビア間に、相互接続の多数のレベルが必要である。
【０００４】
典型的に、高ルーティング密度を製造する技術のためには、銅低ｋ（誘電体）相互接続を用いる。銅は、良好な導体であることが分かっており、通常、アルミニウムよりも強い。
【０００５】
典型的に、誘電体エッチングは、銅相互接続製造シーケンスに用いられる。この方法の利点は、特定のデバイスを作成するのに必要な金属層の数によって、必要に応じて、何回も繰り返すことができることである。最近、１３０ｎｍのノードから９０ｎｍ以上への移行により、以前よりも大きな多様性の誘電体材料及びフィルムスタックを用いることが促されている。
【０００６】
デュアルダマシンは、銅技術で最も広く実施されている誘電体エッチングアプローチである。ダマシンは、典型的に、金属導体パターンを非導電性（誘電体）材料に埋め込むプロセスとして当業者に知られている。デュアルダマシンにおいて、プロセスは、連続的に、埋め込みビア及びトレンチを作成する。ビアは、回路の１つの層（トレンチ）から次への垂直接続を形成している。誘電体材料にビア及びトレンチをエッチングすると、典型的に、銅をエッチングするのに関連した問題が排除される。代わりに、エッチングされたフィーチャーは、金属化として知られたシーケンスにより銅で充填される。
【０００７】
技術の開発につれ、小型化が進み、技術的な要求や複雑さが、これに常に伴っている。こうした要求に応えるために、反射防止コーティングとして知られている薄膜コーティングが開発された。入手可能な反射防止コーティングとしては、有機か無機のいずれかに基づく上部及び下部コーティング（ＴＡＲＣ及びＢＡＲＣ）が挙げられる。下部有機反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）は、典型的に、スピンオン堆積により適用されて、良好な充填及び平坦化性能を与えるが、有機フォトレジストに比べ、エッチング選択性に乏しい。
【０００８】
下部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）及び／又は有機平坦化層（ＯＰＬ）は、デュアルダマシンエッチングの場合と同様に、予めエッチングされたフィーチャーのパターニングとして機能する。二重層ＢＡＲＣ法は、典型的に、１３０ｎｍに用いられ、典型的に安価である。
【０００９】
設計ルールが、６５ｎｍの技術ノードを超えて、益々厳しくなるにつれ、トレンチＣＤ均一性及びビア制御、トレンチ断面、トレンチ深さ均一性、低−Ｋ誘電体完全性、及び、ＴＥＯＳ／低−Ｋ誘電体（ＳｉＣＯ）とＢＬｏｋエッチングストップ層（ＳｉＣＮ）間のエッチング選択性が、複雑なＢＡＲＣによる低−Ｋデュアルダマシンエッチングプロセスの開発において、重要な様相となっている。銅／低−Ｋ誘電体材料のデュアルダマシンパターニングスキームに関して、デュアルダマシンエッチングにより多くの挑戦がなされている。大きなトレンチＣＤ不均一性、特に、Ｍ２やＭ３といった低レベルの金属線だと、広いＣＤ面積の金属線間の狭すぎる空間を橋架けする金属線か、狭いＣＤ面積の高アスペクト比のトレンチの銅充填にボイドが生じるかのいずれかとなる。
【００１０】
更に、ビアへの適切なＢＡＲＣリセスは、ビアフェンス形成及び過剰のビアファセットを排除するのに重要である。この理由は、後の銅電気めっきプロセスにおいて、フェンスは、不十分な銅バリア及びシード被覆から生じる銅ボイドの核となるからであり、一方、過剰のビアファセットは、低−Ｋ酸化物トレンチエッチング中にＢＬｏＫエッチングストップ層の腐食を生じるからである。不均一なトレンチ深さ及び低−Ｋによる損傷は、ＲＣ遅延を増大し、デバイス性能を落とす。最後に、非選択的ＢＬｏＫエッチングストップ層オープンによって、トレンチ／ビアＣＤが広がり、ＴＥＯＳキャップ層の過剰な腐食を生じて、銅研磨ストップが不十分となって、低ｋ誘電体研磨損傷となる恐れがある。下にある銅線と上部ビア間の不整合はノッチにつながり、銅めっきプロセス中にボイドを生じる恐れがあり、ひいてはデバイス信頼性の問題を生じる。
【００１１】
典型的に、有機ＢＡＲＣオープンプロセスは、良好なＣＤ及び断面制御を利用するＮ２／Ｈ２化学物質に基づくものであった。しかしながら、このプロセスでは、本発明者らは、大きな欠点となり得ることを見出した。Ｎ２／Ｈ２ＢＡＲＣオープンプロセスは、広いトレンチ面積における重い炭化水素ポリマー形成により生じる重大な逆マイクロローディング効果を被る可能性がある。この逆マイクロローディング効果によって、狭いトレンチ面積においては、ビアに過剰のＢＡＲＣリセスが生じるか、広いトレンチ面積においては、ビアへのＢＡＲＣリセスが不十分となる、のいずれかとなる。
【００１２】
このように、デュアルダマシン集積回路の形成において新規なＢＡＲＣエッチングプロセスを開発する必要がある。更に、優れたＣＤ制御及び真っ直ぐな側壁断面で、マイクロローディングフリーの有機ＢＡＲＣオープンを達成する必要がある。また更に、上述した欠点の１つ以上を乗り越えて、低−Ｋデュアルダマシントレンチ断面、ＣＤ均一性及び／又はトレンチ深さ制御を改善するプロセスを提供する必要がある。
【００１３】
当業者であれば、デュアルダマシンエッチングにおいて有機平坦化層をエッチングできる方法が必要とされていることが分かるであろう。かかる方法は、低エッチングレートという望ましくない特性を持たないのが好ましい。また更に、費用効果が高く、高選択性で、適度な高エッチングレートの、デュアルダマシンエッチングにおいて、ＢＡＲＣ有機平坦化層をエッチングする方法が必要とされている。
【概要】
【００１４】
ある実施形態によれば、プラズマリアクタにおいて、有機平坦化層をマスキングするハードマスクを覆うフォトレジストマスク構造を含むレジスト構造の有機平坦化層のトレンチをエッチングする方法が提供される。これには、プラズマリアクタに、Ｎ２、Ｈ２及びＯ２を含むエッチャントガス化学物質を導入する工程と、マスクした有機平坦化層を、エッチャントガス化学物質から形成されたプラズマを用いて、エッチングする工程とが含まれる。これには、１回のエッチング工程で、平坦化層を通してエッチングしてトレンチを形成する工程が含まれる。ある実施形態によれば、Ｏ２の導入を用いて、有機平坦化材料のエッチング中、エッチングレートマイクロローディングを調節することができる。
【００１５】
ある実施形態によれば、Ｎ２：Ｈ２：Ｏ２のエッチャントガス化学物質の流量比は、約１０：１０：ｘ（ｘは約１から約３の範囲内である）である。ある実施形態によれば、Ｎ２：Ｈ２：Ｏ２のエッチャントガス化学物質の流量比は、約１０：１０：１である。他の実施形態によれば、流量比は、約１０：１０：２である。更に、ある実施形態によれば、プラズマ電力周波数は、約１３．５６ＭＨｚ以下であり、ある実施形態によれば、約２ＭＨｚのバイアス電力を用いる。更に、プラズマソース電力は、約３００ワットから約２０００ワットである。一実施形態によれば、約１２００ワットのプラズマソース電力で、約１０：１０：２の比率で、約８００ワットで約１３．５６ＭＨｚのバイアス電力周波数を用いる。
【説明】
【００１６】
ＢＡＲＣによるエッチングプロセスを用いて、低ｋデュアルダマシン構造を形成するある方法において、Ｎ２Ｈ２化学物質を酸素と共に用いて、有機平坦化材料、即ち、ＯＰＬのエッチング中、エッチングレートマイクロローディングを調節する。
【００１７】
この独特のガスエッチャント混合化学物質は、アンダーカット及び断面テーパを調整して、ガス比調整（Ｎ２：Ｈ２比）により、最新のデュアルダマシン構造に広く用いられている三層レジスト一体化スキームのためのＯＰＬエッチングのＣＤ制御を行う。
【００１８】
Ｏ２をこの還元化学物質に添加すると、エッチングレートマイクロローディング（即ち、小さなフィーチャーと大きなフィーチャーにおける異なるエッチングレート）を調節することができる。Ｎ２／Ｈ２のガス混合物のみで、大きなフィーチャーをゆっくりとエッチングすることができるが、これは有利ではない。従って、ある実施形態によれば、Ｏ２の添加によって、大きなフィーチャーのエッチングレートが増大する。更に他の実施形態によれば、このプロセスを、スピンオン低−Ｋ、カーボンハードマスク等といった他の有機材料のエッチングに適用することができる。
【００１９】
図１ａに、ビアパターン化フォトレジスト層の、低ｋ誘電体層４０上への形成を示す、基板の切り欠き側面図を示す。低ｋ誘電体層は、基板１０のエッチングストップ層３０上に形成されている。基板は、第１のトレンチ金属層２０を有している。
【００２０】
図１ａをよく見てみると、ある実施形態による部分的に完成した集積回路デバイスの断面が示されている。デュアルダマシンビアを例示の目的に用いる。半導体基板１０が提供される。図面を簡略化するために、半導体基板１０は単層として示してある。半導体基板１０のベースは、単結晶シリコンを含むのが好ましい。半導体基板１０は、更に、いくつかの追加のマイクロエレクトロニクス層、例えば、導電性層及び絶縁層、相互接続構造、例えば、ビア、コンタクトホール及び導電線、デバイス構造、例えば、ゲート電極及びドープ接合部を含んでいてよい。
【００２１】
金属層２０が、基板１０上に形成される。金属層２０は、銅電極を含むのが好ましい。銅導体は、デュアルダマシン又は図示しないシングルダマシン相互接続構造の一部であってもよいものとも考えられる。銅導体は、当業者に知られた方法により形成することができる。銅層２０は、一連の物理蒸着（ＰＶＤ）、電気めっき及び化学機械研磨（ＣＭＰ）により堆積するのが好ましい。次に、銅層２０は、パターン化されて、銅導体を形成する。
【００２２】
エッチングストップ層３０が、基板金属層２０上に堆積される。ある実施形態において、デュアルダマシントレンチエッチング方法は、このエッチングストップ層３０を用いて、上部レベル、相互接続、トレンチの作成を促す。ある実施形態において、エッチングストップ層３０を用いて、ドライエッチング中、金属層２０の銅導体からの銅が酸化したり、上にある誘電体材料に拡散するのを防ぐこともできる。エッチングストップ層３０は、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、銅バリア低ｋフィルム、アプライドマテリアルズ社製Ｂｌｏｋ（商標名）、炭化ケイ素又は窒化ホウ素を含んでいてよい。エッチングストップ層３０は、アプライドマテリアルズ社製Ｂｌｏｋ（商標名）を含むのが好ましい。エッチングストップ層３０は、約３００オングストローム〜１，０００オングストロームの厚さに堆積する。
【００２３】
低ｋ誘電体層４０が、エッチングストップ層３０上に堆積される。低ｋ誘電体層４０の目的は、後に形成される単一のダマシン相互接続の誘電体バリアを提供することである。好ましくは、低ｋ誘電率は、４．０未満であり、当業者に知られた典型的な方法により形成される。更に、低誘電率の材料を用いることにより、容量負荷及びカップリングの問題を最小にすることができる。第１の低誘電率層４０は、有機材料、カーボンドープ二酸化ケイ素又は水素ドープ二酸化ケイ素を含むのが好ましい。或いは、非ドープ二酸化ケイ素又はフッ素化二酸化ケイ素を用いてもよい。これらの記載に含まれ、第１の低誘電率層６２を形成するのに用いることのできる材料タイプとしては、これらに限られるものではないが、ポーラス有機材料、ノンポーラス有機材料、ポーラスフッ素化有機材料、ノンポーラスフッ素化有機材料、ポーラス水素ドープ二酸化ケイ素、ノンポーラス水素ドープ二酸化ケイ素、ポーラスカーボンドープ二酸化ケイ素及びノンポーラスカーボンドープ二酸化ケイ素が挙げられる。具体的な材料としては、これらに限られるものではないが、ダウケミカル社製ポリ（アリーレン）エーテル、シルク（ＳＩＬＫ）（商標名）、アライドシグナル社又はハネウェル社製フッ素化アリールエーテル、フレア（ＦＬＡＲＥ）（商標名）、デュポン社製アモルファスフルオロカーボン（α−Ｃ：Ｆ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（商標名）、テフロン（商標名）、パリレン−Ｆ、パリレン、アルキルシルセスキオキサン、アリールシルセスキオキサン、ポリ（シラザン）、ポリ（アリーレン）エーテル、アプライドマテリアルズ社製メタンでドープしたシリカ、ブラックダイヤモンド（商標名）、ノベラス社製カーボンドープ二酸化ケイ素、コーラル（商標名）、フッ素化ポリ（アリーレン）エーテル及び水素シルセスキオキサンが挙げられる。好ましくは、低誘電率層は、アプライドマテリアルズ社製ブラックダイヤモンド（商標名）である。第１の低誘電率層４０は、スピンコーティングにより堆積してよい。スピンコーティングの後、エージング、炉又は急速熱アニーリング（ＲＴＡ）機器にて熱処理を行う。第１の低誘電率層４０は、約２，０００オングストローム〜１０，０００オングストロームの厚さで堆積するのが好ましい。
【００２４】
重要な構成として、図１ａに示すように、有機フォトレジスト層５０を、低ｋ誘電体層４０上に堆積する。任意の有機下部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）を適用してもよい。フォトレジスト層５０をパターン化して、ビア又はトレンチ用マスクを形成する。好ましくは、フォトレジスト層は、１９３ｎｍで、十分な吸収特性を備えたパターン化基板表面全体に等しい反射性を与える。フォトレジスト層５０は、業界で一般的に用いられているいくつかの感光性化合物の１つを含んでいてよい。
【００２５】
図１ｂに、ビアリソグラフィー後のフォトレジスト層の除去が示されており、エッチングストップ層で停止した、低ｋ誘電体層への所望のビアエッチング１１０の結果が示されている。
【００２６】
図１Ｄに示すフォトレジスト層５０は、マスクを通して露光する典型的なフォトリソグラフィープロセスを用いてパターン化することができる。現像プロセスにより、不要のフォトレジスト層５０が除去されて、低ｋ誘電体層４０又は任意のＢＡＲＣ層が露出し、トレンチが計画される。
【００２７】
典型的に、フォトレジスト層は、酸素アッシング又は溶剤を用いる等、当業者に知られた方法に従ってストリップされた後、クリーニングされる。
【００２８】
図１ｃの一実施形態の方法は、ビアを完全にカバーするためにスパンされたＢＡＲＣ有機平坦化層及びＳＯＧ層の形成を示している。一実施形態において、ハードマスク層７０が、当業者に知られた任意の方法により、ＢＡＲＣ有機平坦化層上に形成される。典型的に、ハードマスクは、ＬＴＯ、プラズマエンハンスド化学蒸着酸化物又はＰＥＣＶＤ酸化物、ＢＳＧ即ちホウ素ドープスピンオンガラス、その他酸化物ハードマスク、窒化ケイ素又はその他ハードマスクとすることができる。
【００２９】
図１ｄの一実施形態を参照すると、ＳＯＧ／ＢＡＲＣ有機平坦化層にトレンチパターンフォトレジスト層５０を形成する方法が示されている。ここでも、フォトレジスト層５０を、前述した当業者に知られた方法により形成し、トレンチパターンをエッチングする。
【００３０】
図１ｅの一実施形態を参照すると、ＳＯＧエッチング後、ＢＡＲＣ有機平坦化層をオープンして、ＢＡＲＣ有機平坦化層にリセスを設けるビアの形成を示す。Ｎ２：Ｈ２／Ｏ２を含有するエッチャントガス混合物を用いて、この工程中、有機平坦化ＢＡＲＣ層６０をエッチングする。
【００３１】
図１ｅの一実施形態において、ＢＡＲＣ有機平坦化層６０をエッチングするのは、Ｎ２：Ｈ２／Ｏ２である。Ｎ２対Ｈ２、対Ｏ２の比を選択して、所望のエッチングレート及びＢＡＲＣ有機平坦化層６０に対する高選択性が得られるようにする。ＢＡＲＣ有機平坦化層６０は、フォトレジストと同様の内容物を有している。
【００３２】
一実施形態において、三層レジスト一体化スキームによる低Ｋデュアルダマシンエッチングのための従来のＯＰＬエッチングプロセスは、Ｎ２／Ｈ２系であり、Ｈ２が、ＯＰＬ側壁パッシベーションの源であり、Ｎ２が、エッチングラジカルの源である。Ｎ２／Ｈ２比を調整することにより、Ｎ２とＨ２の最適な組み合わせとなり、最良のＣＤ及び断面制御がなされる。ある実施形態において、１：１のＮ２／Ｈ２比で優れた断面が得られた。Ｎ２フローがＨ２フローよりも少ないと、過剰の側壁パッシベーションにより、テーパのあるＯＰＬ断面および下部ＣＤの減少となった。ある実施形態において、Ｎ２フローがＨ２フローよりも多いと、ＯＰＬの上部でプルバックが生じた。これは、パッシベーションが不十分であることを示している。ある実施形態において、約１０ｍＴｏｒｒ〜約２０ｍＴｏｒｒの範囲の低圧が、良好なＣＤ及び断面に必要である。低圧での１：１Ｎ２／Ｈ２プロセスで、良好にＣＤ制御された垂直ＯＰＬ断面が達成されるが、重大な逆マイクロローディングが観察される可能性がある。重い炭化水素ポリマーが形成されると、ＯＰＬエッチングレートが遅くなる。
【００３３】
ある実施形態によれば、Ｎ２／Ｈ２１：２の比を用いることができるが、過剰のＯＰＬ側壁パッシベーション及び負のＣＤバイアスとなる恐れがある。更に、Ｎ２：Ｈ２が２：１の比を用いることができるが、ある実施形態においては、不十分なＯＰＬ側壁パッシベーションが見られる。
【００３４】
典型的なＮ２／Ｈ２ＯＰＬエッチングプロセスにおける逆マイクロローディングの結果、軽い炭化水素ポリマー形成のため、エッチングレートが早くなり、狭いトレンチ面積におけるＯＰＬプラグリセスが大きくなる。これに対し、重い炭化水素ポリマー形成だと、エッチングレートが遅くなり、広いトレンチ面積におけるＯＰＬプラグリセスが小さくなる。
【００３５】
このように、ＯＰＬ部のエッチングレートマイクロローディングは、全体の性能、例えば、全体のＣＤ制御に影響して、ＯＰＬプラグリセスのウィンドウにより定義されるフェンシングバーサスコーナーラウンディング性能に影響する。
【００３６】
様々な実施形態において、Ｏ２をガスエッチャント混合物に添加すると、広いトレンチにおいて、有機平坦化層６０の炭化水素ポリマーをエッチングするのに役立ち、小さなトレンチにおけるよりも広いトレンチにおいてエッチングレートが増大する。
【００３７】
十分量のＯ２は、広いトレンチにおけるエッチングレートを、小さなトレンチと整合する、即ち、マイクロローディングを、ゼロ又はゼロ近くまで減じる。１０：１０：１のＮ２／Ｈ２／Ｏ２ガスフロー比は、低周波数バイアス電力、例えば、２ＭＨｚを用いることにより、広いイオンエネルギー分布と組み合わせると、大幅な改善を示して、高スパッタ成分が、広いトレンチにおいて炭化水素ポリマーを砕く。ある実施形態において、同じガスフロー比だと、高周波数バイアス、例えば、１３．５６ＭＨｚで行うと、高いマイクロローディングとなる。これは、高バイアス周波数により与えられる、平均して低いイオンエネルギーでの狭いイオンエネルギーバンドで説明することができる。従って、スパッタリング成分が減少し、記載した炭化水素ポリマー形成のために、広いトレンチにおいてエッチングレートが遅くなる。
【００３８】
ガスフロー比が１０：１０：１及び２ＭＨｚバイアスでのＮ２／Ｈ２／Ｏ２ＯＰＬエッチングプロセスについてマイクロローディングが減少した結果、狭いトレンチに比べて、広いトレンチにおいて、エッチングレートがやや遅くなる。ＯＰＬプラグリセス差は、ＯＰＬ出発厚さにおける変動のために、より顕著となった。一実施形態において、ガスフロー比が１０：１０：１及び１３ＭＨｚバイアスでのＮ２／Ｈ２／Ｏ２ＯＰＬエッチングプロセスについてマイクロローディングは、Ｎ２／Ｈ２プロセスに比べ減少したが、２ＭＨｚバイアスでのＮ２／Ｈ２／Ｏ２ＯＰＬエッチングに比べてマイクロローディングは増大した。
【００３９】
更に、Ｏ２フローが増大すると（１０：１０：２の比Ｎ２／Ｈ２／Ｏ２）、広いトレンチにおける重い炭化水素ポリマー形成を減じようとして、酸素の役割を強調した、高バイアス周波数プロセスであっても、非常に低いエッチングレートマイクロローディングとなる。
【００４０】
ＲＦ電力レベル（１６２ＭＨｚソース及び２−１３．５６ＭＨｚバイアス）は、エッチングレート及び断面を制御し、ソース電力は、Ｎ２、Ｈ２及びＯ２の解離、エッチングレート及び側壁パッシベーションを制御し、バイアス電力は、全体のイオンエネルギーレベル及びエッチングレートを制御し、バイアス周波数の電力比は、イオンエネルギー解離及びエッチングレートマイクロローディングを制御する。
【００４１】
ソース電力は、約３００ワット〜約２０００ワットの範囲である。バイアス電力は、約１〜約１３．５６ＭＨｚの範囲のバイアス電力周波数で、約１００ワット〜約１５００ワットの範囲である。一実施形態において、１０：１０：２のＮ２／Ｈ２／Ｏ２比で、バイアス電力周波数は約１３．５６ＭＨｚであり、バイアス電力は約８００ワットであり、ソース電力は１２００ワットである。
【００４２】
図１ｆの一実施形態を参照すると、ＢＡＲＣ有機平坦化層をエッチングマスクとして用いてトレンチパターンを形成するのが示されている。ハードマスク層７０、ＢＡＲＣ有機平坦化層６０、任意のキャップ層８０（図２）及び低ｋ誘電体層７０がエッチングされて、相互接続トレンチが形成される。このエッチングは、典型的に、当業者に知られた方法を用いて実施される。
【００４３】
図１ｇの一実施形態を参照すると、低ｋ誘電体層の上部及びビアにあるＢＡＲＣ有機平坦化層のストリッピングで、イン・サイチュでアッシングされる。この工程は、エッチングストップ層３０で停止するのが好ましい。任意のエッチングストップ層３０を用いると、デュアルダマシン構造において、別個の相互接続とビアレベルを容易に形成することができる。
【００４４】
図１ｈの一実施形態を参照すると、図１ｆのデュアルダマシン構造を、下にある金属層に接続することにより、エッチングストップ層３０オープンプロセスの完了を示す。他の実施形態において、最適化された低Ｋ酸化物デュアルダマシントレンチエッチング及び革新的なＳｉＣＮエッチングが、６５ｎｍ技術ノードを超えるもののために開発された。この新たなエッチングプロセスによって、２．９％という良好なＣＤ均一性、５ｎｍ未満のＣＤバイアス、４％という狭いＭ２蛇行抵抗分布が得られた。
【００４５】
図２の一実施形態を参照すると、低ｋ誘電体層４０とＢＡＲＣ有機平坦化層６０の間に任意のキャップ層のある図１ｄが示されている。キャップ層８０は、約５００オングストローム〜約５，０００オングストロームの厚さまで、当業者に知られた方法により堆積されたＴＥＯＳ、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素又は炭化ケイ素を含むのが好ましい。又、任意のＢＡＲＣ層５５は、フォトレジスト５０の下に配置されていてもよい。
【００４６】
本発明を好ましい実施形態を参照して、詳細に示し、説明してきたが、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細における様々な変更を行えることが分かるであろう。同時に、同じ方法を、言及した様々の他の同様のプロセス工程に用いてもよいことは明白である。例えば、本発明のやり方を、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、三重レベル以上のダマシン構造の形成に拡大且つ適用してよい。
【００４７】
更に、ここに示したデュアルダマシン構造は、「ビアファースト」で形成されている。構造はまた、範囲及び精神から逸脱することなく、「トレンチファースト」で、「自己整合ビア」技術を用いて、又は業界に周知の他の技術により形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１ａ】第１のトレンチ金属層を有する基板のエッチングストップ層上に形成された低ｋ誘電体層上に、ビアのパターン化されたフォトレジスト層を形成するのを示す、基板の切り欠き側面図を示す。
【図１ｂ】ビアリソグラフィー後のフォトレジスト層除去と、エッチングストップ層でストップした、低ｋ誘電体層へのビアエッチングを示す、基板の切り欠き側面図を示す。
【図１ｃ】ビアを完全にカバーするようにスパンされたＢＡＲＣ有機平坦化層及びＳＯＧ層の形成を示す、基板の切り欠き側面図を示す。
【図１ｄ】ＳＯＧ／ＢＡＲＣ有機平坦化層上へのトレンチパターンフォトレジスト層の形成を示す、基板の切り欠き側面図を示す。
【図１ｅ】ＳＯＧエッチング後、ＢＡＲＣ有機平坦化層をオープンして、ＢＡＲＣ有機平坦化層にリセスを設けるビアの形成を示す、基板の切り欠き側面図を示す。
【図１ｆ】ＢＡＲＣ有機平坦化層をエッチングマスクとして用いたトレンチパターンの形成を示す、基板の切り欠き側面図を示す。
【図１ｇ】低ｋ誘電体層の上部のＢＡＲＣ有機平坦化層のストリップとビアのイン・サイチュでのアッシングを示す、基板の切り欠き側面図を示す。
【図１ｈ】図１ｆのデュアルダマシン構造を、下の金属層に接続することによるエッチングストップ層オープンプロセスの完成を示す、基板の切り欠き側面図を示す。
【図２】図１ｄで、低ｋ誘電体層とＢＡＲＣ有機平坦化層６０の間の任意のキャップ層のある基板の切り欠き側面図を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図２】
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【国際調査報告】
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