(57)【要約】  マスク層の下にアンダーカット形状を形成するエッチングプロセスによって基板にビアが形成される。ビアはコンフォーマルな絶縁層で覆われ、この構造にエッチングプロセスを実施して水平面から絶縁層を取り除くと共にビアの垂直な側壁の絶縁層を残す。ビアの上部領域はエッチバックプロセスの際、アンダーカットハードマスクによって保護される。
2013520830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に構造を形成する方法であって：
ａ．前記基板において、側壁にオーバーハングを有するビア又はトレンチパターンをエッチングすることと、
ｂ．前記側壁と前記オーバーハングの下側の一部とを覆う絶縁層を蒸着することと、を含む方法。
【請求項２】
前記ビア又はトレンチパターンをエッチングする前に、前記基板においてマスクパターンを形成することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エッチングのプロセスが、前記オーバーハングを形成するための等方性エッチングを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記エッチングのプロセスが、プラズマエッチング、レーザーエッチング、ウエットエッチング、イオンミリング及びリアクティブイオンミリングのうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記絶縁層が、前記オーバーハング及び前記側壁を覆うコンフォーマルな層を形成する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記絶縁層が、側壁に、エッチング後の該側壁の表面より滑らかな表面を与える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ａ．側壁においてオーバーハングを備えるビア又はトレンチパターンを有する基板を設けることと、
ｂ.前記側壁及び前記オーバーハングの下側の一部を覆う絶縁層を蒸着することと、
ｃ．該絶縁層を異方性エッチングすることと、を含む方法。
【請求項８】
前記オーバーハングが、マスク層及び等方的エッチングのプロセスから形成された請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記絶縁層が、前記オーバーハング及び前記側壁を覆うコンフォーマルな層を形成する請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記オーバーハングが、前記側壁を覆う前記絶縁層の一部が取り除かれないように前記異方性エッチングを阻止する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記絶縁層の蒸着のプロセスが、化学気相蒸着、電気化学蒸着、プラズマ化学気相蒸着、原子層蒸着、ナノ層蒸着、スピンオン蒸着及び物理気相蒸着のうちの少なくとも１つを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記絶縁層がパリレン絶縁層を有する請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記絶縁層を蒸着する前に二酸化ケイ素二酸化ケイ素層を蒸着することを更に含む請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記異方性エッチングが前記ビア又はトレンチパターンの上面において前記絶縁層を取り除く請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
前記オーバーハングが、マスク層から形成され、前記異方性エッチングが、前記ビア又はトレンチパターンの上面における絶縁層と前記マスク層の側壁を覆う絶縁層の一部とを取り除く請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
前記オーバーハングがマスク層から形成され、前記異方性エッチングが、前記マスク層の前記側壁を覆う前記絶縁層を取り除く請求項７に記載の方法。
【請求項１７】
前記オーバーハングがマスク層から形成され、前記異方性エッチングが、マスク開口部の内部及び該マスク開口部の下部の一部の前記絶縁層を取り除く請求項７に記載の方法。
【請求項１８】
前記異方性エッチングが、前記ビア又はトレンチパターンの上面における前記絶縁層と底面の一部又は全部における前記絶縁層とを取り除く請求項７に記載の方法。
【請求項１９】
前記オーバーハングがマスク層から形成され、前記異方性エッチングが、前記ビア又はトレンチパターンの上面における前記絶縁層と、前記マスク層の前記側壁を覆う前記絶縁層と、前記ビア又はトレンチパターンの底面における前記絶縁層と、を取り除く請求項７に記載の方法。
【請求項２０】
前記オーバーハングがマスク層から形成され、前記異方性エッチングが、前記ビア又はトレンチパターンの上面における前記絶縁層と、前記マスク層の前記側壁を覆う前記絶縁層と、マスク開口部の下の前記絶縁層の一部と、前記ビア又はトレンチパターンの底面における前記絶縁層と、を取り除く請求項７に記載の方法。
【請求項２１】
前記ビア又はトレンチパターンが、次に蒸着されたフィルムのためのアンカー（anchor）として機能するアンカーを前記側壁において具備する請求項７に記載の方法。
【請求項２２】
前記アンカーが、スキャロップ状の壁、前記ビア又はトレンチ形状、及び、側壁における凹部のうちの１つを具備する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
シリコン基板におけるシリコン貫通相互接続を形成する方法であって、
ａ．前記シリコン基板におけるマスク層のパターン形成と、
ｂ．少なくともビア又はトレンチ構造を形成すると共に、前記マスク層が前記ビア又はトレンチ構造の側壁においてオーバーハングを形成する前記シリコン基板のエッチングと、
ｃ．前記側壁及び前記オーバーハングの下側の一部分を覆うパリレン絶縁層の蒸着と、
ｄ．前記オーバーハングによって保護されていない領域からの前記パリレン絶縁層の異方性エッチングと、
ｅ．導電接続フィルムの蒸着と、を含む方法。
【請求項２４】
前記マスク層が、ハードマスク及びフォトレジストマスクのうちの少なくとも１つを具備する請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記シリコン基板のエッチングが、エッチングとパッシベーションとの交互のプロセスを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記エッチングとパッシベーションとの交互のプロセスがスキャロップ状の側壁を形成する請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記パリレン絶縁層が、側壁に、エッチング後の該側壁の表面より滑らかな表面を与える請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記パリレン絶縁層の蒸着の前に、二酸化ケイ素二酸化ケイ素層の蒸着を更に含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記パリレン絶縁層の蒸着の前に、接着層の蒸着を更に含む請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記異方性エッチングが、前記ビア又はトレンチパターンの上面において前記パリレン絶縁層を取り除く請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記異方性エッチングが、前記ビア又はトレンチパターンの上面における前記パリレン絶縁層と前記マスク層の前記側壁を覆う前記パリレン絶縁層の一部とを取り除く請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記異方性エッチングが、前記マスク層の前記側壁を覆う前記パリレン絶縁層を取り除く請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記異方性エッチングが、前記パリレン絶縁層を、マスク開口部の内部及び該マスク開口部の下部で異方的に取り除く請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
前記異方性エッチングが、前記パリレン絶縁層を、前記ビア又はトレンチパターンの上面において及び底面における一部又は全部において取り除く請求項２３に記載の方法。
【請求項３５】
前記異方性エッチングが、前記ビア又はトレンチパターンの上面における前記パリレン絶縁層と、前記マスク層の前記側壁を覆う前記パリレン絶縁層と、該ビア又はトレンチパターンの底面における前記パリレン絶縁層と、を取り除く請求項２３に記載の方法。
【請求項３６】
前記導電接続フィルムの蒸着の前にバリヤー層の蒸着を更に含む請求項２３に記載の方法。
【請求項３７】
前記導電接続フィルムの蒸着の前にシード層の蒸着を更に含む請求項２３に記載の方法。
【請求項３８】
前記シリコン基板のエッチングが、前記側壁においてアンカーを形成する請求項２３に記載の方法。
【請求項３９】
前記パリレン絶縁層が、前記導電接続フィルムのためにアンカーとして機能するアンカーを前記側壁において形成する請求項２３に記載の方法。
【請求項４０】
前記アンカーが、１つのスキャロップ状の壁と、前記ビア又はトレンチの形状と、側壁における凹部と、を具備する請求項３９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロエレクトロニクス、ナノエレクトロニクス、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）、ナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）、光学デバイス、その他のタイプのデバイスにおけるビア及び他のパターン形成構造にコンフォーマルな（conformal）電気的絶縁を設ける方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の離散的な電子デバイスを単一パッケージ内に組み合わせることに対する関心から、それらのデバイスを３次元的（３Ｄ）に積層して連結することを可能にするようにデバイス基板を貫通する電気接点を設ける新しい方法が開発された。デバイスが並置された上面の接点の間を通常のワイヤボンディングで連結するマルチチップ・モジュールと異なり、基板を貫通するビア（vias）は、離散的な３Ｄ積層によって基板を貫通してデバイス間の電気的接触を形成することを可能にする。例えば、マイクロプロセッサとメモリチップを単一のパッケージ内で組み合わせて、２つの離散的なコンポーネントが占めるスペースを減らすことが可能になる。ワイヤボンディングやその他の側方連結方式で連結される並置されて横並びでパッケージされるデバイスに比べて、積層形態では２つ以上の連結されたデバイス間の信号伝送が改善され、それに関連して電力消費を減らすことができる。さらに、多数のデバイスの３Ｄパッケージングは、横並びにパッケージされるデバイスに比べてチップパッケージが少なくなり、多数の離散的なデバイスの利用が可能になり、これは、コンパクトな製品サイズと長いバッテリー寿命が必要な携帯電話、ネットブック、その他の携帯電子装置にとって重要な利点である。
【０００３】
多数のチップが共に積層されるシステム・イン・パッケージ（ＳｉＰ）アーキテクチャは、基板の表側から裏側へ貫通する連結を生む加工方法を発展させている。集積方法製造の一環として、個々のデバイスの基板を貫通するビアを作り出すことと、デバイス間の中間層として用いられるインターポーザ（interposer）がある。ビアの主たる目的は、積層されたチップ間で電気信号を搬送する導電プラグのアレイ形成を可能にすることである。電流が流れる導電プラグは、電子デバイスの製造で最も広く用いられる基板材料であるシリコンなどの導電性基板材料を用いる構成では基板から絶縁されなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、エッチングされた構造の側壁において高いスループットを備えるコンフォーマルな絶縁層を形成するというこの産業におけるニーズに応えるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ある実施形態では、本発明は高いエッチング速度とスキャロップ状（scalloped）側壁を与えるサイクリックエッチングプロセスの利用を可能にする。技術の現状では、サイクリックプロセスと非サイクリックプロセスを用いて、側壁の粗さ又はスキャロップ（scalloping）を小さくしてあとで蒸着される絶縁層の不十分な被覆を補償するようにしている。側壁の粗さを小さくするために開発されたエッチングプロセスは、普通は遅く、そのためにスループットも遅くなる。ある実施形態では、本発明は高いエッチング速度とそれに対応する高い生産スループットで特徴づけられるエッチングプロセスを利用する。さらに、この産業における現行の方法ではコンフォーマリティが低い絶縁層が用いられ、そのために側壁の連続した一様なコーティングが難しい。ある実施形態で、本発明は一様な厚さの連像なフィルムを生成する高分子フィルムを使用し、現在の絶縁蒸着技術では一様なコーティングが難しい高いアスペクト比のビア及びエッチングされた構造でもこのようなコーティングを生成できる。
【０００６】
高スループットのエッチングプロセスと高度にコンフォーマルなフィルムの使用に加えて、本発明の実施形態におけるエッチングされた構造はオーバーハングの形成を可能にし、それによりビア及びエッチングされた構造を生成するのに用いられたと同じマスク・パターンを用いて、オーバーハングがない場合には劣化に敏感な構造部位を保護することが可能になり、またコンフォーマルに蒸着された絶縁層を、その後の加工では必要とされない部位から取り除くことも可能になる。
【０００７】
ある実施形態で、本発明のプロセスは、半導体デバイスの製造で用いられる構造の側壁に絶縁層を形成する方法を提供する。ある例示的プロセスにおいて、マスクを備える構造で予め形成されたオーバーハングを作り出す方法と、マスク上及びマスク下並びに構造内にコンフォーマルなフィルムを蒸着する方法と、次のプロセスでそのフィルムが必要でない領域又はデバイスのデバイス構造に必要でない領域からコンフォーマルなフィルムを取り除くエッチングプロセスと、が提供される。半導体デバイス製造で最もよく用いられる２つの絶縁体、すなわち二酸化ケイ素と窒化ケイ素では、同様のアプローチが利用できない。これらのフィルムでは、被覆するフィルムのコンフォーマリティが低く、これらの材料を複雑な３次元構造から選択的に取り除くプロセスが存在しないためである。
【０００８】
ある実施形態で、本発明は、エッチングされた側壁にコンフォーマルに蒸着された絶縁層を生成する方法であって、ビアのエッチングの際にビアの側壁の粗さを低くするという制約条件を大きく緩和する又はなくする方法を提供する。例えばシリコン層のような現在用いられる方法は、シリコンにおけるビアのエッチングで生成される側壁の輪郭にぴったりと追従する。きわめてコンフォーマルな方法で蒸着され得るパリレンコーティングやその他の材料の使用は、典型的なエッチングプロセスで生ずる粗さを平滑化する傾向があり、コンフォーマルフィルムのように側壁の粗さを平滑化する傾向を有しない絶縁材料に比べて非常に強いエッチング条件を用いて加工コストを減らすことを可能にする。典型的なシリコンエッチング速度は、粗い側壁を形成するプロセスでは２０μｍ／ｍｉｎを超えるのに対し、滑らかな側壁を形成するプロセスでは５μｍ／ｍｉｎより低い。ある実施形態では、本発明のプロセスは、本発明のプロセスを用いるプロセスフローにおいて、それだけに限定されないが、高いエッチング速度のプロセスを使用してスループットを最大にし、製造コストを減らすことを可能にする。
【０００９】
本発明のプロセスの実施形態では高いエッチング速度のプロセスを柔軟に用いることができるので、基板側壁に絶縁層を、そして絶縁層に導電性のフィルムやプラグを、機械的に固定する手段を導入することが可能になり、材料の膨張係数の差の結果として、本発明の方法で製造される構造におけるフィルムの接着の低さによって、さらに本発明のプロセスの後のデバイス製造プロセスにおけるフィルム性質の変化によって生ずる問題を解決できる。
【００１０】
現在の技術では、エッチングの際の側壁の粗さを小さくしてその後形成される絶縁層の粗さを小さくしようという努力の他に、マスク層のアンダーカットを小さくしようとすることに一般に注意が払われているが、これもやはり加工コストの増加につながる。アンダーカットをほとんど全く生じないようなプロセスは、普通は遅くなり、したがってコストがかさむ。
【００１１】
マスクのアンダーカットは普通、酸化ケイ素のコーティングの実施を面倒なものにする。それはこのコーティングで観察されるコンフォーマリティが低く、これらのフィルムを蒸着するのによく用いられる方法では空洞又はアンダーカット構造にコーティングできないためである。本発明の実施形態では、マスクの制御されたアンダーカットが本発明のプロセスの重要な要素になる。高いエッチング速度を生じさせて全体の加工時間を最小にするアグレッシブなエッチング方法を用いることができ、コンフォーマルなフィルムを用いて本発明のプロセスで必要な空洞やアンダーカット構造を容易に埋めることができる。マスク層の意図的なアンダーカットは、コンフォーマルなフィルムを、特にパリレンコーティングにおいて、上部のエッチングされた構造４０の外側部位、及びマスク３０の端部の部分から取り除くために好ましく必要な幾何形状を生成し、再マスキングプロセスの必要がなくなる。コンフォーマルなフィルムが以後の加工で必要とされない部位から取り除かれるエッチバックプロセス１５０の際、マスクのアンダーカットは絶縁層と基板の界面を、現在の加工方法では利用できないような仕方で保護する。
【００１２】
ある実施形態では、最初に基板のエッチングプロセスでエッチング構造４０を画定するために用いられた同じマスクで側壁絶縁層２０を保護するようにマスク層３０が再利用されることに、製造プロセスにおけるプロセス数を減らし、製造コストを減らすという利点がある。マスク層３０は側壁５０における絶縁側壁２０を保護するために用いられ、同時にマスク層３０の上部から、構造４０の上部におけるマスク開口内の部分から、さらに実施形態によっては以後の加工に必要でない領域のエッチング構造４０の底部の水平面５２から、絶縁層２０を取り除くことを可能にする。
【００１３】
ある実施形態では、マスク層３０はエッチバックプロセス１５０の後に取り除く必要がない。マスク層３０は完成されたデバイスにおいて絶縁層２０と共に一体的な絶縁層として利用され得る。この付加的な再利用も製造コストを更に低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】１ａ）パターン形成された構造を施した後、１ｂ）コンフォーマルなフィルムを蒸着した後、１ｃ）コンフォーマルなコーティングのエッチバックをした後、といった本発明のプロセスを示す断面図である。
【図２】本発明のプロセスのプロセスシーケンスである。
【図３】パリレン蒸着モジュールを示す概略図である。
【図４】本発明のプロセスのある実施形態を用いて絶縁側壁層が生成されたエッチング構造を示す断面図である。
【図５】本発明のプロセスの別の実施形態を示す図である。
【図６】本発明のプロセスに用いることができるエッチングされたビア構造を示す様々な断面図である。
【図７】コンフォーマルな絶縁体蒸着プロセス後のビア構造を示す断面図である。
【図８】絶縁層のコンフォーマリティの例を示す図である。
【図９】本発明のプロセスを用いて形成された絶縁側壁を有するビアを示す図である。
【図１０】本発明のプロセスのある好ましい実施形態を示す図である。
【図１１】コンフォーマルな絶縁層を取り除くための異方性エッチングの例を示す図である。
【図１２】本発明のプロセスのある実施形態を用いて機械的に固定された絶縁層と充填物（fill）を含む絶縁側壁層が生成されたエッチングされた構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のプロセスのある実施形態１０２が図１と図２に示されている。図１には、本発明のプロセスにおけるステップを通してエッチングされた構造の進行が示されている。図１に示されたステップに関連するプロセスフローが図２に示されている。
【００１６】
本発明のプロセスのある実施形態１０２では、少なくともひとつのエッチングされた構造を備えるパターン形成された基板９５が、図１ａに示されたような１０１を設けられる。この好ましい実施形態では、基板９５は、マスク層３０からのオーバーハング６０を備える少なくともひとつのパターン形成された構造４０を有する。好ましい実施形態では、マスク層３０は酸化ケイ素又は窒化ケイ素である。この好ましい実施形態では、パターン形成された基板９５は基板貫通電極又はシリコン貫通電極（ＴＳＶ）である。ＴＳＶｓを形成するために普通に用いられる方法は、サイクリックエッチングプロセスであり、エッチングと蒸着が交互に行われるプロセスでシリコン基板に孔が形成される。最初に、基板の上面に形成されたパターン形成されたマスキング層によってシリコンが除去される。露出したシリコンを、短時間、概して２秒から１０秒で等方的に取り除くため、６フッ化硫黄（ＳＦ6）などの腐食性気体を用いてエッチングがシリコンを貫通して進行し、それに続いてＣ４Ｆ８などの炭化フッ素を含む気体を用いたパッシベーションステップが行われてエッチングされたシリコンの側壁に薄い層が蒸着され、その後のサイクルにおける側方へのエッチングを防ぐ。引き続く第２のサイクルで、ＳＦ6エッチングステップは薄い炭化フッ素の層を進展するビア及びその他のエッチングされた構造の底の水平表面から除去し、さらに目的の用途で許されるシリコンの側方エッチングによって決まる目標の厚さのシリコンを除去しなければならない。等方的なエッチングプロセスでは、垂直方向と側方のエッチング深さはほぼ等しく、したがってサイクリックプロセスでＳＦ6エッチングステップの時間が増すにつれてシリコンにおける側方と垂直方向のエッチング深さも増加する。各サイクルにおける側方のエッチング深さは、ＳＦ6エッチングステップの際に、進行するビア及びその他のパターン形成された構造の側壁に生じた、概してスキャロップと呼ばれるある程度の粗さを生ずる。
【００１７】
この好ましい実施形態では、コンフォーマルな絶縁層が、図１ｂに示されるようにパターン形成された基板９５に蒸着されて１４０、マスク層３０とエッチングされた構造４０の露出した表面にコーティングして構造９６が生成される。この好ましい実施形態では、コンフォーマルなコーティング２０はパリレンであり、コーティングはエッチングされた構造４０のスキャロップ状の側壁５０上に施される。パリレンは様々な蒸着されたポリ（ｐ−キシリレン）ポリマーの商標名である。
【００１８】
シリコン・ビア、トレンチ、その他のパターン形成された構造におけるスキャロップ状の側壁は、集積回路製造でよく用いられる絶縁材料であるコンフォーマルな低温の酸化ケイ素ではコーティングするのが難しいことがある。基板貫通電極などの形成で用いられる深いビアは、アスペクト比が１０：１を超えることがある（ここで、アスペクト比はビア深さ対ビア幅と定義される）。１：１という小さなアスペクト比で、ビアなどのエッチングされた構造の上部と底部の間でフィルムカバレージ（被覆）の顕著な差が、プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）された酸化ケイ素層で観測されている。ビアの上部と底部の間の観測されたフィルム厚の差は、ビアの側壁への絶縁層の蒸着に続くその後のデバイス製造プロセスにおける以後のステップの有効性に大きく影響する。例えば、ビアの上部における絶縁フィルムの厚さがビアのボトムにおけるフィルムの２から３倍の厚さであると、狭いビアの上部における開口への酸化物の厚い侵食がビアの底部における側壁に、入ってくる蒸着材料からの影を生じてビアの底部まで連続した絶縁層を形成することを困難にする可能性がある。
【００１９】
したがって、この産業では、半導体デバイスの製造で用いられる構造の側壁に過剰な蒸着材料の集積で妨げられないように絶縁層を形成する方法、又はこの集積に対処できるプロセス、が必要とされている。本発明のプロセスでは、マスクを用いて構造におけるオーバーハングを予め形成し、マスクの上及び下、及び構造内にコンフォーマルなフィルムを蒸着する方法と、その後の加工においてフィルムが必要ない領域からコンフォーマルなフィルムを取り除くエッチングプロセスと、が提供される。半導体デバイスの製造で最もよく用いられる２つの絶縁体、すなわち二酸化ケイ素と窒化ケイ素、では同様のアプローチは利用できない。それは、これらのフィルムのカバレージ（被覆）のコンフォーマリティが低く、複雑な３次元構造からこれらのフィルムを選択的に除去できるプロセスがないためである。
【００２０】
ビアをコーティングするのに適当な絶縁フィルムは、一般に高い絶縁破壊電圧を有し、一様な厚さで一様なフィルム性質を有する連続なピンホールのない層として蒸着される。多くの用途で、不可欠ではないが、ビア又はエッチングされた構造４０の上部における絶縁フィルムの厚さがビア又はエッチングされた構造４０の底部における絶縁フィルムの厚さにほぼ等しいことが好適である。ビアの底部で水平面に蒸着されたフィルムは、普通、プロセスフローのどこかの時点で除去される。蒸着された絶縁フィルムの表面のなめらかさを制御できるということもＴＳＶ用途で用いられる絶縁材料の重要な特性である。粗い側壁表面は、粗い側壁表面形態に蒸着される絶縁層のフィルム厚に大きなばらつきを生ずる可能性がある。コンフォーマルに蒸着されたフィルムは、表面粗さを強調するよりも、粗い表面を滑らかにする傾向がある。蒸着されたフィルムのコンフォーマリティは一般に、化学気相蒸着プロセスにおいて基板に到達する分子種の付着係数とリンクしている。付着係数は０と１の間の値をとり、ある特定の材料とプロセスに関するその値は、ある程度、衝突する気体分子が成長しているフィルムの表面に付着する確率の目安となる。付着係数はプロセス設備の形態、及びプロセス条件、例えば基板温度など、によって左右される。付着係数が低い又は０に近い場合、蒸着されるフィルムはコンフォーマルになる傾向がある。逆に付着係数が高い又は１に近い場合、成長するフィルムのコンフォーマリティは一般にきわめて低くなる。低いコンフォーマリティは一般にＴＳＶ構造におけるステップ被覆の不良につながる。
【００２１】
パリレンについて。パリレンは、普通は粉末の形で生産される前述の[2,2]パラシクロファン・ダイマー、から形成される。パリレン-Ｎとして普通知られる置換されない分子形態で、この材料はまたジ・パラ・キシリレンとも呼ばれる。パリレン-Ｎダイマーの分子構造は、パラ位置で付着した炭素ブリッジで接合された２つのベンゼン環から成っている。パリレンの他の変型も誘導されており、例えば、パリレンＣとパリレンＤがあり、そこでは塩素が分子構造に存在する。例えば、パリレンＣは各ベンゼン環にひとつの塩素原子が付着しており、パリレンＤは各環に２つの塩素原子を含む。いくつかのフッ化パリレンも生成されている。パリレンモノマーの分子構造における他の元素の存在は、一般にパリレンフィルムの性質に影響する。例えば、フッ化パリレンで作られるフィルムは、フッ素を含まないパリレンフィルムに比べて高温用途で高い許容度を有する。
【００２２】
パリレン薄フィルムの蒸着は一般に、[2,2]パラシクロファン・ダイマーに熱源を印加して１６０℃から１８０℃という周囲温度を発生して蒸気を形成し、それを温度が５５０℃から７５０℃という範囲の分解炉に通してダイマー分子をモノマー形態に分割することによって実行される。モノマーは分解炉から普通は室温以下の基板に導かれる。パリレンの蒸着速度は基板温度に逆比例する。典型的な基板温度は−４０℃から＋３０℃の範囲にあるが、もっと低い温度も使用できる。−４０℃より低い温度は大きな蒸着速度を達成でき、もっと高い温度に比べて高い蒸着速度を実現するために低温を利用できるが、低い温度を生ずるために必要なハードウエアのコストと運転コストも増加する。液体窒素温度という低い（７７Ｋ）蒸着速度も報告されている。モノマーの蒸気が分解炉から冷却された基板に達すると、蒸気はウエハーに凝縮し、自発的に集まって長鎖ポリマーになる。全プロセスは真空中の低圧で行われる。パリレン蒸着チャンバーにおける典型的な圧力は１０ｍＴｏｒｒから２００ｍＴｏｒｒの範囲にある。パリレン蒸着システムの典型的なコンポーネントを示す模式図が図３に示されている。
【００２３】
図３は、好ましい実施形態におけるプロセスモジュールの概略を示しており、それを用いてコンフォーマルなパリレン絶縁層１４０を蒸着し、現場(in-situ)エッチバック１５０を行うことができる。この好ましい実施形態では、パリレンが絶縁体蒸着プロセス１４０で蒸着された絶縁層２０として用いられ、現場エッチバックプロセス１５０によって絶縁層２０を絶縁層が必要でない又は望ましくない部位から取り除く。
【００２４】
図２に示された本発明のプロセスの好ましい実施形態では、絶縁層２０はパリレンであり、図３に模式図で示したようなプロセスモジュールを用いて蒸着される。図３は、管状炉２４０と分解炉２５０にスロットル弁２３０を通して接続されたダイマーアンプル２２０を備えるダイマー蒸発オーブン２１０を有するパリレン蒸着システムを示す。運転時、ダイマーアンプル２２０がダイマーオーブン２１０で、概して１６０℃から１８０℃の範囲の温度に加熱されてダイマー蒸気を発生し、次にそれがダイマーの流れを調節するスロットル弁２３０を通して分解炉２５０に運ばれる。ダイマー分解炉２５０は、典型的には５５０℃から７５０℃の範囲の温度で運転されて、蒸着されるフィルムの前駆材料であるパリレン蒸気のダイマー分子をモノマー分子に分解する。分解炉２５０からモノマーのパリレンがプロセスチャンバーに入り、必ずしも常にではないが普通はひとつ以上の隔離弁２６０を通してプロセスモジュール２００に運ばれる。基板３００は電極３１０上に置かれており、温度制御装置３２０によって−４０℃から＋３０℃の範囲の典型的な温度に冷却されている。電極３１０は、必ずしもそれに限られないが好ましくは静電気又は機械的に固定された電極で、基板３００の温度をより良く制御するためにヘリウム、窒素、又はアルゴンによって裏側から気体で冷却できるようになっている。例えば、真空下で半導体及びＭＥＭＳウエハーにパリレンをコーティングするには、ウエハーを静電気又は機械的クランプで固定して所望のウエハー温度に、特に周囲条件よりも低い温度に維持することができる。裏側の熱輸送気体を用いてウエハーを冷却し、ウエハー温度のさらに精密な制御を可能にすることもできる。実際には、低温は高い蒸着速度と高いスループットを実現する手段となる。
【００２５】
パリレン蒸着プロセスは容易に０．５ミクロン／分を超えることができ、典型的なＰＥＣＶＤ酸化物プロセスに比肩する。
【００２６】
他のプロセスモジュールを本発明の実施形態で用いてパリレン絶縁体２０を蒸着し、蒸着プロセス１４０の後でパリレン２０のエッチ１５０を生成して本発明の範囲にとどまることができる。例えば、Indianapolis IndianaのSpecialty Coating Systemが製造しているようなパリレン蒸着設備を用いても、絶縁体２０を提供できる。図３に示されたモジュールのような単一ウエハープロセスモジュールは、Specialty Coating Systemによって製造されたシステムのようなバッチシステムにおいて、向上されたプロセスの繰り返し性と制御とを提供する。さらに、図３に示されたような単一ウエハー構成は、基板３００の裏側の望まないコーティングを排除できる。単一ウエハー装置は、蒸着ステップの終了の合図を出す自動制御システムによってプロセスモジュールに結合されるエンドポイントシステムで構成してプロセスの繰り返し性を向上させることができる。単一ウエハー処理装置は、パリレン蒸着の間に、基板を冷却する能力と基板３００の温度の一様性をより良く制御できる能力とによって、バッチシステムよりも高い蒸着速度とフィルム性質の高い一様性とを可能とする。
【００２７】
この好ましい実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０を蒸着するステップ１４０の後に、エッチバックステップ１５０が続き、そこでは図１ｃに示されるように、エッチバックステップ１５０で用いられるプラズマへの視線上にある基板３００の領域からコンフォーマルなフィルム２０が取り除かれる。この好ましい実施形態では、エッチバックステップ１５０は、酸素を含むプラズマによってコーティングが必要でない基板９６の領域からコンフォーマルなパリレン絶縁層を除去して基板９７を生成する異方性エッチングのプロセスである。異方性エッチングプロセス１５０の使用は、コンフォーマルなパリレンフィルム２０の除去を、図１ｃに示されるようにマスク層３０の開口に対して完全に垂直な視線又はほぼ垂直な視線を有する表面に限定することが好ましい。この酸化プロセスは酸化ケイ素や窒化ケイ素などの堅いマスク材料に比べてコンフォーマルな高分子フィルム２０の除去に関してきわめて選択的であるため、構造の再マスキングは必要ない。
【００２８】
必要というわけではないが、本発明のプロセスのある実施形態では、プロセスの後でマスク層３０を構造に一体化された部分としてそのままその位置に保持することができるようにしている。
【００２９】
図１ｃは、コンフォーマルな絶縁層２０がマスク層３０の上面から、マスク層３０の開口の端部から、そしてエッチングされた構造４０の底面から除去された基板９７を示している。オーバーハング６０が側方へコンフォーマルな絶縁フィルム２０の厚さに比べてエッチングされた構造４０の中へ伸びる度合に応じてコンフォーマルな絶縁層２０の露出した表面からの付帯的な又は意図的な材料の除去も行われる。側壁上のコンフォーマルなフィルム２０がオーバーハング６０の幅よりも厚くなっている実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０のある程度の除去が予想される。コンフォーマルなフィルム２０がオーバーハング６０の幅よりも薄い実施形態では、コンフォーマルなフィルム２０の除去はごくわずかであるか、又は全くない。
【００３０】
コンフォーマルな絶縁層２０が薄くて側壁５０のスキャロップ又は粗さを平滑化することができない実施形態では、エッチバックステップ１５０によってコンフォーマルなコーティング２０の意図的な又は意図しない平滑化がなされるかもしれない。これは特に、オーバーハング６０の幅がコンフォーマルなコーティング２０の厚さにほぼ等しく、コンフォーマルコーティング２０が異方性エッチングステップ１５０で露出している実施形態にあてはまる。
【００３１】
粗い側壁、普通は高スループットのシリコンエッチングプロセスの産物である粗い側壁の利用は、本発明の実施形態では推奨される。
【００３２】
基板貫通ビアを有するデバイス構造について。図４には、基板貫通電極の製造に本発明のプロセス１０２を組み込んだデバイス構造５００の断面図が示されている。本発明のプロセス１０２はシリコン貫通電極の製造に好適であるが、その応用はシリコン貫通電極に限定されない。
【００３３】
図４に示された例では、絶縁層２０が側壁５０上に蒸着され、バリヤー層７４がコンフォーマルな絶縁層２０上に蒸着され、シード層７６がバリヤー層７４上に蒸着されている。導電性プラグ７２が基板１０のビア４０を充填して基板１０を貫通する導電路を形成しているのが見られる。デバイス構造５００はまた、基板１０の一部が取り除かれて、図４のような向きで導電性プラグ７２と絶縁体２０の底部を露出させていることを示す。
【００３４】
図４に示された例では、エッチングされた構造４０に絶縁性の側壁が設けられる本発明のプロセス１０２のある実施形態が示されている。本発明のプロセスは、アンダーカット形状を施すエッチングプロセスを含むコンフォーマルなコーティングの使用と、その後のプロセスでコーティングが必要でないデバイス構造の領域からコンフォーマルなコーティングを取り除くことと、を組み合わせている。マスク層３０は、基板１０にエッチングされた構造４０を形成することと、その後絶縁層２０が必要でないデバイス構造５００の領域から絶縁層を取り除くという二重の目的でエッチングマスクを設ける。エッチングステップ１５０で絶縁層２０を除去できて再パターニングを必要としない領域は、異方性プラズマへの視線上(line-of-sight)にある領域である。マスク層３０の上面の単数又は複数の平面の上の構造部分から、エッチングされた構造４０を生成するために用いられるパターン開口の内部から、そして実施形態によっては、エッチングされた構造４０の底部の水平な面５２から、絶縁層１０が全部又は一部除去される。
【００３５】
３Ｄデバイス積層アプリケーションで基板を貫通する導電性プラグを形成するためにこの産業で用いられている方法は、１）シリコンのような基板をプラズマ・エッチングのプロセスのため露出させビアの配列を形成し、２）絶縁層がビア側壁に形成され、３）ビア内で絶縁層上に導電性材料が蒸着されてビアの上部から底部まで基板を貫通する導電路を形成する、といった一体化されたプロセスステップの組合せを用いる。導電性材料はビアを完全に又は部分的に充填して導電路を形成する。絶縁層は、理想的には小さな静電容量で電気抵抗があるバリヤーを導電性プラグと基板の間に形成して、導電性プラグと基板が電気的に短絡されることを防ぐ。積層されたデバイスの間で導電性プラグを通って伝送される電気信号の減衰を最小にするために導電性プラグと基板の間で生ずる静電容量が小さい絶縁層が好ましい。したがって、誘電率が小さな材料が好ましい。
【００３６】
意図せずに生じ得る、絶縁層２０を横切る金属の有害な拡散を防ぎ、ビア内での導電性材料の蒸着を容易にするために、付加的なプロセスステップも実施される。導電性プラグ７２から基板への銅などの金属の移動を防ぐために、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＴｉＡＩＮ及びＮｉＢなどのフィルムのひとつ以上の層から成る拡散バリヤー７４が、概して絶縁層２０上に蒸着される。銅はよく用いられる導電性プラグ材料であり、シリコンへの銅の拡散は電気デバイスの性能に有害な影響を及ぼす可能性がある。物理的蒸気、原子層蒸着、ナノ層蒸着、電気化学蒸着及びその他の蒸着技術によって蒸着されたシード層７６も、導電性プラグ材料の電気化学蒸着を開始させるために用いられる。シード層７６は、プラグ材料と同じ材料であっても、同じ材料でなくてもよい。無電解蒸着のような方法においてはシード層は必要ない。
【００３７】
電気デバイスの製造に現在最もよく用いられる基板材料はシリコンである。シリコンが基板材料として用いられる場合、ビアは普通、シリコン貫通電極（ＴＳＶｓ）と呼ばれる。これらのビアは製造プロセスでシリコン基板を完全に貫通してもよいが、より一般的な方法は、エッチングを基板の底に達する前に止め、図４に示されるような次のプロセス統合ステップでビアの下に残っているシリコンを除去して導電性プラグとの接点を形成する。
【００３８】
基板１０は、単一の材料、積層された材料、又はデバイス構造の積層、の少なくともひとつを含み得る。ある実施形態では、基板１０は絶縁性基板であり、シリコンその他の半導体材料の薄い層がガラスなどの絶縁基板に取り付けられている。別の実施形態では、基板は、半導体、絶縁体、及び金属フィルムの単一の層又は多重層から成る。さらに別の実施形態では、基板は、電子デバイス、マイクロ電気機械デバイス、又はその他のデバイスを半導体、絶縁体、又は導電性の層又は基板と組み合わせたものである。さらに別の実施形態では、基板は多数の離散的なデバイスの組合せである。さらに別の実施形態では、基板は、キャパシタ、インダクタ、抵抗、トランジスタ、マイクロ電気機械デバイス、ナノ電気機械デバイス、及び光学デバイスの少なくともひとつを含む構造である。さらに別の実施形態では、基板は、キャパシタ、インダクタ、抵抗、トランジスタ、マイクロ電気機械デバイス、ナノ電気機械デバイス、及び光学デバイス、の少なくともひとつ、及び半導体、絶縁体、及び導電性の層の少なくともひとつを含む構造である。その他の材料及び材料の組合せを基板として用いることができ、それらも本発明のプロセスの範囲内にある。
【００３９】
本発明のプロセスの文脈では、ビアはエッチングされた構造４０である。エッチングされた構造４０とは、基板１０に形成された孔又は空洞である。構造４０は円筒状のビアである必要はない。エッチングされた構造４０の形状は、上から見たとき、又は基板の表面に平行にとられた幾何的平面からの断面で、円、卵形、正方形、長方形、八角形、六角形、台形、三角形、又は組合せた形状のシリンダーであってよい。ビア又はエッチングされた構造４０の形状は、エッチング深さに対して一様である必要はなく、基板１０への深さによって徐々に変化していてもよい。ビア又は構造４０の形状は、上部から底部まで同じである必要はない。
【００４０】
プロセスの流れについて。図５は、選択的ステップを追加した本発明のプロセスの好ましい実施形態を、基板貫通電極、特にシリコン貫通電極の製造で典型的に用いられる図２で説明したプロセスフローと比較して示している。図５に示された本発明のプロセスシーケンス１０５は、基板のエッチングされた構造の側壁にコンフォーマルな絶縁層を形成する本発明のいくつかの必要なステップをいくつかのオプションのステップと組合せたものである。
【００４１】
図５におけるマスクパターン形成ステップ１００では、開いた領域とマスクされた領域を含むパターン形成されたマスク層が設けられる。マスク形成された領域は、マスクの下にある基板と下にあるフィルムをエッチングプロセス１１０への直接露光から保護する。逆に、マスク層の開いている部分は、マスクの下にある基板とフィルム構造への直接のアクセスを可能にし、エッチングプロセス１１０で材料の除去を可能にする。マスク層及びパターンを設ける方法は当業者に周知であり、本発明の範囲内にある。
【００４２】
ある好ましい実施形態では、マスク層はハードマスクであり、好ましくは酸化ケイ素又は窒化ケイ素から成る。さらに別の実施形態では、フォトレジストマスクが用いられる。さらに別の実施形態では、フォトレジストのマスクとハードマスクの組合せを用いてパターン形成されたマスク層３０とする。さらに別の実施形態では、金属マスク層が用いられる。さらに別の実施形態では、ひとつ以上の絶縁層、金属層、及び半導体層の組合せによるマスク構造が用いられる。さらに別の実施形態では、本来マスクとして用いることを意図した又は意図していないが、本発明のプロセスと十分に両立してマスクとして用いることができる、製造されたデバイスのフィルム構造のひとつ以上の層をパターン形成してビアマスクが形成される。さらに別の実施形態では、ビアマスクは製造されたデバイスのフィルム構造のひとつ以上の層の上にパターン形成されたＰＲ層である。下にある基板又はフィルム構造からの材料の除去を可能にするために少なくともひとつのマスク層又はフィルム構造の下にある基板又はフィルム構造へのアクセスを与えるためにパターン形成された開口が作られる他の実施形態もマスクパターン形成ステップ１００の範囲内にある。
【００４３】
サイクリックエッチングについて。本発明のプロセスのステップ１１０は、基板にエッチングされた構造を作るエッチングのプロセスである。この好ましい実施形態では、エッチングされた構造はシリコン貫通電極である。別の実施形態では、エッチングされた構造は基板貫通電極であり、基板は少なくともひとつのシリコン層とひとつのガラス層から成る。さらに別の実施形態では、エッチングされた構造は基板貫通電極であり、基板は少なくともひとつの半導体層とひとつの絶縁材料の層から成る。さらに別の実施形態では、エッチングされた構造は基板貫通電極であり、基板はキャパシタ、インダクタ、抵抗、トランジスタ、マイクロ電気機械デバイス、ナノ電気機械デバイス、光学デバイス、及びバイオＭＥＭＳデバイスの少なくともひとつを含む構造である。さらに別の実施形態では、エッチングされた構造は基板貫通電極であり、基板はキャパシタ、インダクタ、抵抗、トランジスタ、マイクロ電気機械デバイス、及びナノ電気機械デバイスの少なくともひとつ、及び半導体層、絶縁層、及び金属層を含むデバイス構造から成る。ステップ１１０は基板１０を貫通、又は、部分的にエッチングすることができる。
【００４４】
さらに別の実施形態では、エッチングされた構造４０は基板に形成されたトレンチである。
【００４５】
ある好ましい実施形態では、サイクリックエッチングステップ１１０は、エッチングされた構造４０の内部からシリコンの薄い層を取り除くためのＳＦ6プラズマエッチング露光と、サイクリックエッチングプロセス１１０におけるその後のＳＦ6エッチングステップにおける側方エッチングを防ぐ、又は遅くするために側壁５０をパッシベーションする又は被覆するＣ４Ｆ８プラズマ蒸着ステップ露光を含む。
【００４６】
シリコンにおける側方エッチングは、ＳＦ6エッチングステップの等方性によって生じる。シリコンを取り除くためにＳＦ6などの等方性エッチング化学材料を用いることは、できるだけ最高の垂直エッチング速度を達成するために普通に行われる。側方エッチングは必要ではない、又は望ましくないが、フッ素とシリコンの間の高い反応性の結果である。エッチングステップと蒸着ステップが交互になされるサイクリックエッチングプロセスでは、進展するビアの基底部における側壁は、小刻みなＳＦ6等方性エッチングステップの間保護されず、その後のパッシベーションステップに露出されて側壁がＣ４Ｆ８プラズマからの炭化フッ素生成物の薄い層で覆われるまで露出されたままである。この炭化フッ素層がその後のＳＦ6エッチングステップにおけるエッチングことから側壁を保護する。
【００４７】
シリコンエッチング液としてのＳＦ6と薄い炭化フッ素パッシベーション層を与えるＣ４Ｆ８との組合せによるシリコン基板におけるサイクリックエッチングプロセスで得られる輪郭は、スキャロップ状の側壁を有する垂直又はほぼ垂直な形状となる。この方法は、大きなシリコン基板に数百ミクロンの深さにビア、トレンチ、その他の構造をエッチングするために用いられてきた。
【００４８】
サイクリックエッチングプロセスにおける等方性エッチングステップの持続時間はエッチングされた構造４０の側壁の粗さ、又はスキャロップ、の度合を決める重要な因子である。等方性エッチングステップの持続時間が短いと、対応する側壁の粗さを小さくできる。シリコンをエッチングするサイクリックエッチングプロセスで用いられる等方ＳＦ6エッチングステップの持続時間が２秒の場合、持続時間が５秒のＳＦ6エッチングステップに比べてスキャロップがずっと浅くなる。エッチングステップの持続時間が増加すると、基板１０への側方浸透の度合が増し、スキャロップ状側壁５０の側壁粗さの深さも増加する。スキャロップ状側壁５０の峰と谷の差によって表される側壁粗さの制御は、サイクリックプロセスを、サイクリックプロセスの変動と共に、絶縁層や導電フィルムがエッチングされた構造４０及びビア４０の側壁に蒸着されるその後のステップと統合する際に考慮すべき重要な因子である。
【００４９】
この好ましい実施形態では、エッチングステップ１１０はシリコンにビア構造４０を作るため、エッチングステップと蒸着ステップが交互になされるサイクリックエッチングである。
【００５０】
別の実施形態において、サイクリックエッチングステップ１１０は、構造４０から薄い層を取り除くためのＳＦ6プラズマエッチング露光と、サイクリックエッチングのプロセス１１０の次のＳＦ6エッチングステップにおける側方エッチングを防ぐため又は速度を落とすためのパッシベーション又は側壁５０のコーティングのためのＣ４Ｆ８プラズマ蒸着ステップのための露光と、サイクリックプロセス１１０において次のＳＦ6プラズマエッチングステップの前にエッチング構造４０の底部で水平面５２から孔又は一部におけるＣ４Ｆ８パッシベーション層を取り除くための酸素を含むプラズマステップのための露光と、を含む。
【００５１】
さらに別の実施形態では、サイクリックエッチングステップ１１０は、構造４０内からシリコンの薄い層を取り除くＳＦ6プラズマエッチング露光と、側壁５０をパッシベーション又はコーティングしてサイクリックエッチングプロセス１１０の以後のＳＦ6エッチングステップで側方エッチングを防止する又は遅くするためのＣ４Ｆ８プラズマ・蒸着・ステップ露光と、エッチングされた構造４０の基底部の水平表面５２からＣ４Ｆ８パッシベーション層を全部又は一部取り除くためのＳＦ6と酸素を含むプラズマ露光を含む。
【００５２】
さらに別の実施形態では、サイクリックエッチングステップ１１０は、構造４０内からシリコンの薄い層を取り除くＳＦ6プラズマエッチング露光と、側壁５０をパッシベーション又はコーティングしてサイクリックエッチングプロセスの以後のＳＦ6エッチングステップで側方エッチングを防止する又は遅くするためのＣ４Ｆ８プラズマ蒸着ステップ露光と、エッチングされた構造４０の基底部の水平表面５２からＣ４Ｆ８パッシベーション層を全部又は一部取り除くためのＳＦ6と酸素を含むプラズマ露光を含む。
【００５３】
さらに別の実施形態では、サイクリックエッチングステップ１１０は、構造４０内からシリコンの薄い層を取り除くＳＦ6プラズマエッチング露光と、側壁５０をパッシベーション又はコーティングしてサイクリックエッチングプロセスの以後のＳＦ6エッチングステップで側方エッチングを防止する又は遅くするためのＣ４Ｆ８プラズマ蒸着ステップ露光と、エッチングされた構造４０の基底部の水平表面５２からＣ４Ｆ８パッシベーション層を全部又は一部取り除くためのＣ４Ｆ８と酸素を含むプラズマ露光を含む。
【００５４】
さらに別の実施形態では、サイクリックエッチングステップ１１０は、構造４０内からシリコンの薄い層を取り除くＳＦ6プラズマエッチング露光と、側壁５０をパッシベーション又はコーティングしてサイクリックエッチングプロセス１１０の以後のＳＦ6エッチングステップで側方エッチングを防止する又は遅くするためのＣＨＦ３プラズマ蒸着ステップ露光を含む。
【００５５】
さらに別の実施形態では、サイクリックエッチングステップ１１０は、構造４０内から基板の薄い層を取り除くプラズマエッチング露光と、炭化フッ素層によって側壁５０をパッシベーション又はコーティングしてサイクリックエッチングプロセス１１０の以後のプラズマエッチングステップで側方エッチングを防止する又は遅くするためのプラズマ蒸着ステップ露光と、エッチングされた構造４０の基底部の水平表面５２から炭化フッ素パッシベーション層を全部又は一部取り除くための酸素を含むプラズマ露光を含む。
【００５６】
さらに別の実施形態では、サイクリックエッチングステップ１１０は、構造４０内から基板の薄い層を取り除くプラズマエッチング露光と、側壁５０をパッシベーション又はコーティングしてサイクリックエッチングプロセス１１０の以後のプラズマエッチングステップで側方エッチングを防止する又は遅くするためのプラズマ蒸着ステップ露光を含む。
【００５７】
本発明のプロセス１０２を用いる実施形態の利点は、高い側方エッチング速度のプロセスの利用にある。本発明のプロセスで高い垂直及び側方エッチング速度が可能になるため、サイクリックエッチングプロセスで側壁をパッシベーションするために、コンフォーマルな蒸着ステップで表面粗さに対する許容度が増すので、ＣＨＦ３などの安価な気体を利用することができる。本発明のプロセスは、ＣＨＦ３などの安価な気体を用いるプロセスを必要としないが、その使用を可能にし、実施形態によってはパッシベーションステップを排除することが可能になる。
【００５８】
最もよく用いられるＳＦ6とＣ４Ｆ８の、酸素を含むことも含まないこともある、組合せの他に、他の気体混合物を用いてシリコン基板にエッチングされた構造４０を生成することもできる。例えば、もっとよく用いられるＣ４Ｆ８の代わりに、ＣＨＦ３をパッシベーションステップのための炭化フッ素パッシベーション層の源として用いることができる。酸素を含む及び含まないＳｉＦ4やＨＢｒなどの他の添加物も、サイクリックエッチングプロセスにおけるパッシベーションを可能にする。
【００５９】
短い酸素含有エッチングステップの追加、又はＳＦ6エッチングステップへの酸素の添加は、進展するビアの底部の水平面からの炭化フッ素層の除去を加速するために利用できる。また、酸素は炭化フッ素パッシベーションステップでも添加できるが、実際には進展するビア又はエッチングされた構造４０の基底部における炭化フッ素層を取り除くために特定の酸素含有エッチングステップを設ける別のやり方ほど効率的ではない。
【００６０】
進展中のエッチング構造の基底部の水平面における炭化フッ素パッシベーション層を取り除くための酸素の利用は、シリコンエッチング速度のアスペクト比依存性を減少させる又はなくすことが見出された。一般に、エッチング速度は基板に入り込む深さが増すにつれて減少する。高いアスペクト比の構造では、サイクリックエッチングプロセスに酸素を取り入れると、達成できるエッチング深さが著しく増加することが示されている。エッチングステップと蒸着ステップが交替するサイクリックエッチングプロセスで酸素を取り入れないと、シリコン除去速度が著しく小さくなる、又は、高アスペクト比のビア底部で、特に狭い開口（例えば、＜１０ｍ）では、エッチングがストップすることもあり得る。酸素が取り入れられると、サイクリックエッチングプロセスの蒸着ステップで炭化フッ素のパッシベーションを用いるエッチングプロセスの場合、高いアスペクト比の構造でエッチング深さを基板の中へより深く延ばすことができる。例えば、ＳＦ6エッチングステップと炭化フッ素蒸着ステップから成るサイクリックエッチングプロセスでは、酸素を含むステップが普通、炭化フッ素蒸着ステップに続く。
【００６１】
一般に、サイクリックエッチングプロセスにおけるＳＦ6エッチングステップで進展しているビア底部の水平面から炭化フッ素パッシベーション層を取り除く効率は、サイクリックエッチングプロセスにおけるひとつ以上のステップでプラズマに酸素又は酸素含有気体種を取り売れることによって向上する。
【００６２】
特定の酸素含有炭化フッ素を追加した又は追加しない、エッチングステップと蒸着ステップとを交互に行うサイクリックエッチングプロセスで、ひとつ以上のステップにおけるひとつ以上のプロセスパラメータのプロセス持続時間にわたる変形例は、本発明の範囲内で利用できる。サイクリックエッチングプロセスの持続時間にわたって系統的又は非系統的に変えられる特定プロセスパラメータとしては、気体流量、チャンバー気体圧力、プラズマ源の電力、バイアス電力、サイクル時間、エッチング蒸着比、エッチング時間、及びパッシベーション層蒸着時間などがあげられる。水平面５２から炭化フッ素パッシベーション層を取り除くための特定の酸素含有エッチングステップが組み込まれた実施形態では、炭化フッ素エッチング時間もサイクリックエッチングプロセス１１０の持続時間にわたって変えられそうである。他のパッシベーション材料が用いられる実施形態では、パッシベーション材料エッチングの時間も、水平面５２からパッシベーション層を取り除く特定ステップが組み込まれた実施形態で、サイクリックエッチングプロセス１１０の持続時間にわたって変えられてもよい。
【００６３】
サイクリックエッチングプロセスを用いて基板にエッチングされた構造を形成する多くの方法が当業者には公知であり、本発明の範囲内にある。
【００６４】
非サイクリックエッチングについて。さらに別の実施形態では、エッチングステップ１１０は非サイクリック反応性イオン・エッチングステップである。さらに別の実施形態では、エッチングステップ１１０は基板１０をエッチングするプロセス気体又は気体混合物を用いる非サイクリック反応性イオンエッチングステップである。さらに別の実施形態では、エッチングステップ１１０は、Ｃｌ2，ＨＢｒ，ＳｉＦ4，ＳＦ6，ＣＦ4，ＣＨＦ３，Ｃ４Ｆ８，ＮＦ3，Ｂｒ2，Ｆ2，及びＢＣｌ3の少なくともひとつを用いる非サイクリック反応性イオン・エッチングステップである。さらに、アルゴン、ヘリウム、酸素、窒素、水素及びメタンのひとつ以上をプロセス気体に添加することができる。さらに別の実施形態では、エッチングステップ１１０は、シリコンをエッチングするためにＣｌ2，ＨＢｒ，ＳｉＦ4，ＳＦ6，ＣＦ4，ＮＦ3，Ｂｒ2，Ｆ2，及びＢＣｌ3の少なくともひとつを用いる非サイクリック反応性イオン・エッチングステップである。この気体混合物に、アルゴン、ヘリウム、酸素、窒素、水素及びメタンのひとつ以上を添加することができる。
【００６５】
非サイクリック・プロセスにおける側壁のパッシベーション層の蒸着速度は低温で著しく増加する。ＳＦ6を低温で酸素と組み合わせて用いて側壁の粗さが小さいエッチングされた構造４０を生成することができ、Ｃ４Ｆ８などのより大きな炭化フッ素分子で得られる厚い非揮発性パッシベーション層は必要ない。さらに、必要なら、低温でＳｉＦ4をＳＦ6及び酸素と組み合わせて用いて側壁のパッシベーションを向上させることができる。
【００６６】
エッチングされた構造の好適実施形態について。さらに別の実施形態では、エッチングステップ１１０は、構造４０の少なくとも一部がエッチングされる非サイクリックエッチングステップとサイクリックプロセスを用いて構造４０の少なくとも一部をエッチングするサイクリックエッチングステップとの組合せである。サイクリックプロセスと非サイクリックプロセスの組合せを用いて、本発明のプロセスに特に好適に形成されスキャロップ状とされた側壁５０を生成できる。例えば、ＳＦ6又はＳＦ6と酸素の混合物を含む最初の非サイクリックエッチングステップを用いて、ある実施形態では、構造４０の上部にあるマスク層３０の開口部に隣接する構造４０を拡げ、続いてＳＦ６エッチングステップとＣ４Ｆ８蒸着ステップから成るサイクリックプロセスによって構造４０の残りの部分をエッチングできる。あるいはまた、ＳＦ６エッチングステップとＣ４Ｆ８蒸着・ステップから成るサイクリックプロセスのパラメータを変えて、マスク層の近くでは大きなスキャロップを生じ、エッチングされた構造４０の残り全体にわたって小さなスキャロップが生ずる最小のパッシベーションが得られるようにできる。サイクリックプロセスと非サイクリックプロセスの他の組合せを用いて、本発明の範囲内でエッチングステップ１１０が得られるようにすることができる。
【００６７】
エッチングステップ１１０のさらに別の実施形態では、湿式化学エッチングを用いて基板にエッチングされた構造４０の全部又は一部が生成される。さらに別の実施形態では、湿式化学エッチングとひとつ以上のサイクリック及び非サイクリックプラズマエッチングとの組合せを用いて、基板材料１０におけるアンダーカットとマスク層３０におけるオーバーハングが生成される。
【００６８】
さらに別の実施形態では、基板１０は，ＧａＡｓ，ＳｉＣ，Ｓｉ，石英，又はガラスのひとつ以上の組合せである。さらに別の実施形態では、エッチングステップ１１０は、基板１０にエッチングされた構造４０を生成するために用いられるサイクリック、非サイクリック、又はサイクリックと非サイクリックエッチングプロセスの組合せである。
【００６９】
図６ａから図６ｋまでには、本発明のプロセスの好ましい実施形態のエッチングステップ１１０を用いてエッチングされた構造４０の例が示されている。
【００７０】
図６ａでは、構造４０が、構造４０においてほぼ垂直な側壁形状を有するスキャロップ状側壁５０と共に示されている。マスク構造３０がオーバーハング６０と共に示されている。図６ａに示されたエッチングされた構造４０でスキャロップ状側壁を備えるほぼ垂直な側壁形状は、例えば、サイクリックエッチングプロセスで生成される。
【００７１】
図６ａから図６ｋまでのエッチングされた構造４０は、実際には、構造４０の深さは構造４０の幅よりも小さかったり、構造４０の幅と等しかったり、構造４０の幅よりも大きかったりすることがあるということを考えると、必ずしも正しい縮尺で描かれていない。例えば、シリコン貫通電極の構造の幅は、典型的には数マイクロメータから５０マイクロメータまでの範囲にあり、これらの構造の深さは基板に数百マイクロメータまで伸びていることがある。シリコンその他の基板における他のエッチングされた構造は、数十ナノメータから数十ミリメータまでにわたる。
【００７２】
ビア又はエッチングされた構造４０の形は、エッチング深さによって一様である必要はなく、基板内への深さと共に徐々に変化してもよい。ビア又は構造の形は、上部から底部まで同じである必要はない。
【００７３】
図６ｂには、構造４０は、スキャロップ状側壁５０が構造４０においてテーパーがついた又は非垂直な側壁形状を有する形で示されている。マスク構造３０はオーバーハング６０と共に示されている。図６ｂに示されたエッチングされた構造４０におけるスキャロップ状側壁の角度を有した側壁形状は、例えば、サイクリックエッチングプロセスによって生成される。
【００７４】
図６ｃには、構造４０は、スキャロップ状側壁５０が側壁５０の底部でほぼ垂直な側壁形状を有し、構造４０の上部で大きな非垂直スキャロップ７０を有する形で示されている。大きなスキャロップ７０を有する図６ｃに示された構造４０の側壁形状は、例えば、大きなスキャロップ７０を形成するのに十分な時間にわたる非サイクリック等方性エッチングステップと、図６ｃに示された構造４０のほぼ垂直な底部を形成するサイクリックエッチングステップを含むエッチングプロセスによって生成される。
【００７５】
図６ｄでは、構造４０は、スキャロップ状側壁５０が側壁５０の底部でテーパーがついた又は角度を有した側壁形状を有し、構造４０の上部で大きなスキャロップ７０を有する形で示されている。大きなスキャロップ７０を有する図６ｄに示された構造４０の側壁形状は、例えば大きなスキャロップ７０を形成するのに十分な時間にわたる非サイクリック等方性エッチングステップと、図６ｄに示された構造４０のテーパーがついた又は角度を有した底部を形成するサイクリックエッチングステップを含むエッチングプロセス１１０によって生成される。
【００７６】
図６ｅでは、構造４０は、非スキャロップ状側壁８０がほぼ垂直な形状を有する形で示されている。マスク構造３０はオーバーハング６０と共に示されている。図６ｅに示されたエッチングされた構造４０におけるほぼ垂直な側壁形状と非スキャロップ状側壁は、例えば、ＳＦ6又はＳＦ6と酸素の混合物などの非等方非サイクリックエッチングプロセスによって生成される。なお、ＳＦ6又はＳＦ6と酸素の混合物を低い基板温度（＜０℃）と組み合わせて用いることができよう。
【００７７】
図６ｆ(a)と図６ｆ(b)では、構造４０は、非スキャロップ状側壁８０が、テーパーのついた又は角度を有した形状を有する形で示されている。図６ｆ(a)では、オーバーハング６０が図６ｆ(b)より広くなっているが、その理由はやがて明らかにされる。マスク構造３０はオーバーハング６０と共に示されている。図６ｆ(a)と図６ｆ(b)に示されたエッチングされた構造４０におけるテーパーがついた又は角度を有した側壁形状と非スキャロップ状側壁８０は、例えば、非サイクリックエッチングプロセスで生成される。
【００７８】
図６ｇでは、構造４０は、非スキャロップ状側壁８０が曲がった側壁形状を有する形で示されている。マスク構造３０はオーバーハング６０と共に示されている。図６ｇの曲がったエッチングされた形状は、例えば側方エッチングと丸められた側壁を生ずる等方的非サイクリックエッチングプロセスによって生成される。
【００７９】
図６ｈでは、構造４０は、スキャロップ状側壁５０とテーパーがついた又は角度を有した側壁形状が示されており、構造４０の上部における幅が構造４０の底部における幅より狭くなっている。マスク構造３０はオーバーハング６０と共に示されている。図６ｈに示された角度を有したエッチング形状は、例えば、サイクリックエッチングプロセスで生成される。
【００８０】
図６ｉにおいて、構造４０は、スキャロップ状側壁５０が構造４０の上部で大きなスキャロップ７０を有し、底部でテーパーが付いた側壁形状を有し、開いた構造４０の上部における幅が大きなスキャロップ７０の下でエッチングされた構造４０の底部より狭くなっている。マスク構造３０はオーバーハング６０と共に示されている。図６ｉに示されたエッチングされた形状は、例えば大きなスキャロップ７０を生ずるのに十分な持続時間の少なくともひとつの非サイクリック等方性エッチングステップと、図６ｉに示された構造４０のテーパーがついた又は角度を有した底部を形成する少なくともひとつのサイクリックエッチングステップを含むエッチングプロセス１１０によって生成される。
【００８１】
図６ｊ(a)と図６ｊ(b)では、構造４０は、スキャロップ状側壁５０が構造４０の上部と底部でほぼ垂直な形状を有し、構造４０の上部と底部の間の中間距離で大きなスキャロップ７０を有する形で示されている。マスク構造３０はオーバーハング６０と共に示されている。図６ｊ(a)と図６ｊ(b)に示されたエッチングされた形状は、例えば、垂直な上部をエッチングする少なくともひとつのエッチングステップと、大きなスキャロップ７０を形成する等方的な非サイクリックエッチングステップと、図６ｊ(a)と図６ｊ(b)に示された構造４０の垂直底部をエッチングする少なくともひとつのサイクリックエッチングステップを含むエッチングプロセス１１０によって生成される。
【００８２】
図６ｋでは、構造４０は、スキャロップ状側壁５０と大きなスキャロップ形状７０が、エッチングされた構造４０の側壁５０の異なる深さにおいて示されている。マスク構造３０はオーバーハング６０と共に示されている。図６ｋに示されたエッチングされた形状は、例えば、構造４０の上部に大きなスキャロップを形成する少なくともひとつの非サイクリック等方性エッチングステップと、側壁５０の上部のほぼ垂直な部分を形成する少なくともひとつのサイクリックエッチングステップと、中間スキャロップを形成する少なくともひとつの非サイクリック等方性エッチングステップと、側壁５０の底部にほぼ垂直な部分を形成する少なくともひとつのサイクリックエッチングステップと、側壁５０の底部に大きなスキャロップを形成する少なくともひとつの非サイクリック等方性エッチングステップを含むエッチングプロセス１１０によって生成される。
【００８３】
ひとつ以上の大きなスキャロップ７０を含む同様な構造は、テーパーが付いた側壁によっても生成できる。
【００８４】
図６ａから図６ｋまでに示された例は代表的なものである。各ステップと各プロセスのその他の組合せを用いてマスク層３０の下にオーバーハング６０を有する構造４０を生成でき、やはり本発明のプロセスの範囲に含まれる。
【００８５】
絶縁体を基板に機械的に固定するメカニズムについて。さらに、図６ａから図６ｋまでに示された例で、オーバーハング６０は、絶縁層２０が下にある基板１０に対してスリップすることを防ぐ機械的な固定メカニズムになっている。例えば、温度の変化によって絶縁体２０と基板１０の界面又は絶縁体２０と絶縁層２０の上に蒸着された金属層の界面で構造がスリップする条件が生まれる可能性がある。
【００８６】
例えば、図６ｃ、図６ｄ、図６ｉ、図６ｊ、及び図６ｋに示された大きなスキャロップ構造７０は、絶縁層を基板に機械的に固定して、絶縁層２０を構造４０に蒸着した後の温度サイクリングで発生する可能性がある基板１０と絶縁層２０の間のスリップを防ぐ手段となる。温度サイクリングは、例えば、絶縁体２０を蒸着した後のプロセスステップで、デバイス製造の間及びその後の一連の周囲条件にさらされて、且つ、最終製品におけるデバイスの使用で生ずる一連の温度にさらされて起こりうる。
【００８７】
図６ｃ、図６ｄ、図６ｉ及び図６ｋでは、大きなスキャロップ７０がマスク層３０のすぐ下に位置している。基板１０から基板材料を大きなスキャロップ７０に余分に取り除くことによって、絶縁層２０でそれが充填されたときに、大きなスキャロップがない構造４０に比べてより大きな機械的な支持がえられる。これらの例における大きなスキャロップ７０における深いアンダーカットはまた、大きなスキャロップがない構造に比べて界面における高い絶縁破壊電界強度を与える。
【００８８】
図６ａから図６ｋまでに見られる大きなスキャロップ７０は、四分円又は半円の断面を有する。エッチングプロセスステップ１１０でより多くの基板材料が除去される他の断面も生成され、本発明の範囲に含まれる。
【００８９】
構造の深さは、図６ａから図６ｋまでに示される深さに比べてもっと大きく、又は、著しく大きくすることができ、さらに強い機械的な固定が得られる。
【００９０】
図６ｉは、エッチング構造４０において絶縁体２０と基板１０の間でさらに強い機械的固定を実現する形態の組合せを示している。マスク層３０の近くの大きなスキャロップ７０を、構造４０の上部の大きなスキャロップ７０の下でのエッチング幅が構造４０の底部におけるエッチング幅より小さくなっている非垂直側壁と組み合わせている。図６ｉの構造の形態は、絶縁層がどの方向にも自由に動けない構造になっている。
【００９１】
温度サイクルについて。デバイスの製造で用いられるバックエンド（back end）製造ステップは、しばしば、例えば、金属接点を合金化する焼きなましにおいてデバイス構造を４５０℃という高い温度にさらす。また、化学気相蒸着されたバリヤー層やシード層も３００℃以上の温度に達することがある。
【００９２】
マイクロプロセッサなどのデバイスは、最終製品の動作中にかなりの量の熱を発生し、共にパッケージされたデバイスを広範囲の様々な温度にさらす可能性がある。
【００９３】
このような温度の変動は、構造９６，９７及び完成されたデバイス構造に応力を発生し、それが基板と絶縁層の間、及び絶縁層とそれを覆う単数又は複数のフィルムの間の界面でスリップを引き起こす可能性がある。スキャロップ状側壁５０のスキャロップ表面は、スキャロップがない側壁に比べてスリップに対してある程度の抵抗を生むと期待され、接着増強層を組み込むことで界面における動きはさらに抑制される。しかし、エッチングされた構造４０の形の構造デザイン及び大きなスキャロップ７０などのエッチング形態を利用した機械的固定によってさらに強い機械的な支持が得られる。実施形態によっては、本発明のプロセスにおける機械的固定メカニズムで得られる応力の再配分によって、側壁のスキャロップの必要や接着増強蒸着ステップ１３０の必要を減らす又は全くなくすことができる。
【００９４】
基板、絶縁体、及び、絶縁体を覆う金属層の間でひとつ以上の熱膨張係数に大きな違いがある用途においては、例えば、大きなスキャロップ７０又は図６ｉに示されたような構造形状が絶縁体を側壁に機械的に固定する手段となりうる。スキャロップ７０によって得られる機械的固定はデバイス構造４０内で基板１０と絶縁体２０の間で応力を好適に分配して、ひとつ以上の温度係数に大きな変動がある用途や構造が温度の変動にさらされてそれが界面の動きにつながる用途におけるスリップをなくす。
【００９５】
構造５００の様々な材料の間の膨張係数の違いの他に、例えば、機械的な固定の手段を設ける他の潜在的な理由がある。例えば、絶縁体２０と基板１０の間の接着の弱さは、効果的な機械的固定メカニズムによって対処できる。いくつかの実施形態では、効果的な機械的固定方法によって接着増強層の必要がなくなる。大きなスキャロップ構造７０などの構造は、絶縁体を側壁に機械的に固定する手段となって、絶縁体と下にある基板側壁との間の接着が不十分な場合に応力を好適に分配し、構造が温度の変動にさらされたときのスリップを防止する。
【００９６】
大きなスキャロップ構造７０も、絶縁体を側壁に機械的に固定する手段を与え、それによってコンフォーマルな絶縁層２０又は以後のプロセスステップで層２０の上に蒸着される層のフィルム性質がその後のプロセスステップ、周囲条件の変化、又はデバイスの動作による変化にさらされた結果として変化する用途で、応力が好適に分配される。これらの変化は、例えば温度の変化にさらされた結果として起こる。変化するフィルム性質の例としては密度や結晶構造がある。
【００９７】
材料の温度係数の変動、接着の弱さ、及びフィルム性質の変化を補償する例は、単なる例としてあげられる。絶縁層２０を基板１０に機械的に固定する手段がエッチングされた構造４０にある実施形態が他の実施形態より好ましい他の理由もあり、本発明の範囲内にある。
【００９８】
クリーンステップについて。図５における本発明のプロセスのステップ１２０は、基板にエッチングされた構造４０を形成した後ビアの側壁をクリーニングするオプションのステップである。好ましい実施形態では、オプションとしてクリーニングステップ１２０は基板のシリコン材料をエッチングするために炭化フッ素パッシベーションステップを含むサイクリックエッチングプロセスの後で、ビアとトレンチの側壁から炭化フッ素を取り除くための酸素含有プラズマ露光である。好ましい実施形態では、クリーニングステップ１２０は、パリレン蒸着モジュールにおいてパリレン絶縁層の蒸着１４０の前に現場で行われる酸素プラズマ露光である。別の実施形態では、クリーニングステップ１２０は、パリレン蒸着モジュールが、コンフォーマルフィルム２０を蒸着するために配置されている統合処理システムにおける、別のモジュールで行われる。その場合、統合プロセスシーケンスが、例えば酸素プラズマ中のクリーニングステップ１２０を実行させ、その後で同じ設備における蒸着モジュールでコンフォーマルフィルムが蒸着される。さらに別の実施形態では、クリーニングステップ１２０は蒸着装置と別の装置で行われる。
【００９９】
他の実施形態では、クリーニングステップ１２０は、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏといった酸素含有気体、Ｈ2、ＮＨ3、ＣＨ4といった水素含有気体、及びＣＦ4、ＳＦ6、又はＮＦ3といったフッ素含有気体の少なくともひとつを含むプラズマへのパターン形成された基板材料の、少なくとも一回の露光である。窒素、アルゴン及びヘリウムも単独で、又は、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏといった酸素含有気体、Ｈ2、ＮＨ3、ＣＨ4という水素含有気体、及びＣＦ4、ＳＦ6、又はＮＦ3というフッ素含有気体の少なくともひとつと組み合わせて用いてもよい。これらの実施形態におけるプラズマは、容量結合ｒｆ電力、誘導結合ｒｆ電力又はマイクロ波電力によって発生させることができる。別の実施形態では、クリーニングステップ１２０はオゾン源露光である。
【０１００】
他の実施形態では、クリーニングステップ１２０は、蒸着システムにおいて現場でＯ2、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏといった酸素含有気体、Ｈ2、ＮＨ3、ＣＨ4といった水素含有気体、及びＣＦ4、ＳＦ6、又はＮＦ3といったフッ素含有気体の少なくともひとつを用いて行われる。窒素、アルゴン及びヘリウムも単独で、又は、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏといった酸素含有気体、Ｈ2、ＮＨ3、ＣＨ4といった水素含有気体、及びＣＦ4、ＳＦ6、又はＮＦ3といったフッ素含有気体の少なくともひとつと組み合わせて用いてもよい。
【０１０１】
他の実施形態では、クリーニングステップ１２０は、コンフォーマルなフィルム２０を蒸着するための蒸着モジュールも配置されている統合処理システムにおける別のモジュールで、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏといった酸素含有気体、Ｈ2、ＮＨ3、ＣＨ4といった水素含有気体、及びＣＦ4、ＳＦ6又はＮＦ3といったフッ素含有気体の少なくともひとつを用いて行われる。窒素、アルゴン及びヘリウムも単独で、又は、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏといった酸素含有気体、Ｈ2、ＮＨ3、ＣＨ4といった水素含有気体、及び、ＣＦ4、ＳＦ6又はＮＦ3といったフッ素含有気体の少なくともひとつと組み合わせて用いてもよい。
【０１０２】
他の実施形態では、クリーニングステップ１２０は、別の装置で、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏといった酸素含有気体、Ｈ2、ＮＨ3、ＣＨ4という水素含有気体、及びＣＦ4、ＳＦ6又はＮＦ3といったフッ素含有気体の少なくともひとつを用いて行われる。窒素、アルゴン及びヘリウムも単独で又はＯ2、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏといった酸素含有気体、Ｈ2、ＮＨ3、ＣＨ4といった水素含有気体及びＣＦ4、ＳＦ6又はＮＦ3といったフッ素含有気体の少なくともひとつと組み合わせて用いてもよい。
【０１０３】
乾式エッチング後に炭化フッ素をクリーニングする方法は当業者に公知であり、エッチングステップ１１０後にエッチングされた構造４０の側壁をクリーニングするために用いることができる。同様に、非炭化フッ素によるケミストリー後のポストエッチングクリーニングの方法も当業者に公知であり、エッチングされた構造の側壁をクリーニングするために用いることができ、本発明のプロセスの範囲内にある。
【０１０４】
さらに他の実施形態では、クリーニングステップ１２０は湿式化学処理である。さらに別の実施形態では、クリーニングステップ１２０はフッ化水素酸又はフッ化水素酸と水の混合物露光である。さらに別の実施形態では、クリーニングステップ１２０はフッ化水素酸の蒸気露光である。さらに別の実施形態では、クリーニングステップ１２０はＨＦプラズマ露光である。さらに別の実施形態では、クリーニングステップ１２０は脱イオン水にさらされる。別の実施形態では、クリーニングステップ１２０はフッ化水素酸、塩化水素酸、硝酸、又は硫酸、又はフッ化水素酸、塩化水素酸、硝酸、又は硫酸のひとつ以上を含むクリーニング混合物、の少なくともひとつにさらされる。エッチング残渣のポストエッチングクリーニングに関しては多くの方法が当業者に公知であり、本発明のプロセスのオプションとしてのクリーニングステップに関する別の様々なアプローチの利用は本発明の範囲内にある。
【０１０５】
接着層蒸着について。図５の本発明のプロセスにおけるステップ１３０は、絶縁層２０と基板１０の間の接着を増強するための接着層９０の蒸着というオプションのステップである。好ましい実施形態では、ステップ１３０はSilane A-174 (化学名[3-(メタクリロイルオキシ)プロピル]トリメトキシシラン)又はＨＭＤＳ(化学名ヘキサメチルジシラザン)をコーティングして図７ａに示された接着層９０を形成して絶縁層２０と基板１０の間の接着を高める蒸着ステップである。この好ましい実施形態では、接着層９０は統合処理システムにおける専用プロセスモジュールで蒸気又は液体の形で蒸着される。別の実施形態では、接着層９０は絶縁層２０を蒸着する蒸着モジュールで絶縁層２０の蒸着の前に現場で蒸着される。さらに別の実施形態では、接着層９０は、本発明のプロセスの他のステップを実施するのに用いられるプロセス設備とは別の独立の装置で蒸着される。例えば、ＨＭＤＳを蒸着するプロセス設備がたいていの半導体製造施設には存在し、ＨＭＤＳの蒸着のためにこのシステムを利用することが予期される。
【０１０６】
別の実施形態では、図５の本発明のプロセスにおけるステップ１３０は絶縁層２０と基板１０の間の接着を増強するために蒸気又は液体の形である化学材料をコーティングするオプションのステップである。さらに別の実施形態では、接着層９０は、統合処理システムのプロセスモジュールで液体又は蒸気の形でコーティングされる化学材料である。別の実施形態では、接着層９０は、絶縁層２０をコーティングする蒸着モジュールにおいて絶縁層２０の蒸着の前に現場で蒸気の形で蒸着される。さらに別の実施形態では、接着層９０は、本発明のプロセスの他のステップを実施するために用いられるプロセス設備と独立な装置で蒸着される。
【０１０７】
別の実施形態では、図５の本発明のプロセスにおけるステップ１３０は、絶縁層２０と基板１０の間の接着を増強するために金属、絶縁体、又は半導体の層９０を蒸着するオプションのステップである。
【０１０８】
さらに別の実施形態では、統合処理システムの接着層蒸着・モジュールで、金属、絶縁体、又は半導体をコーティングするための吸着蒸着、物理気相蒸着、化学気相蒸着、原子層蒸着、ナノ層蒸着、又はその他の蒸着方法によって、蒸着される金属、絶縁体、又は半導体の層である。
【０１０９】
別の実施形態では、接着層９０は、絶縁層２０をコーティングするための蒸着モジュールで、絶縁層２０の蒸着の前に、金属、絶縁体、又は半導体をコーティングするための吸着蒸着、物理気相蒸着、化学気相蒸着、原子層蒸着、ナノ層蒸着、又はその他の蒸着方法によって、現場で蒸着される金属、絶縁体、又は半導体の層である。
【０１１０】
さらに別の実施形態では、接着層９０は、本発明のプロセスの他のステップを実施するのに用いられるプロセス設備とは別の独立の装置で、金属、絶縁体、又は半導体をコーティングするための吸着蒸着、物理気相蒸着、化学気相蒸着、原子層蒸着、ナノ層蒸着、又はその他の蒸着方法によって、蒸着される金属、絶縁体、又は半導体の層である。原子層蒸着及びナノ層蒸着方法を用いる際、蒸着された材料は接着層に必要な化学量論的性質を得るために蒸着ステップの他に処理ステップを必要とすることがある。
【０１１１】
フィルムと基板との間の接着を増強する方法は当業者に公知であり、オプションとして接着層９０を蒸着する他の方法を使用することは本発明の範囲内にある。
【０１１２】
コンフォーマルなフィルムの蒸着について。本発明のプロセスのステップ１４０は、エッチングされた構造の一部又はすべての露出した表面にコンフォーマルな絶縁層を蒸着するための蒸着プロセスである。図７ａから図７ｋまでに、本発明のプロセスの蒸着ステップ後の実施形態の例が示されている。図示された各例で、蒸着された絶縁層は、マスク３０の上部水平面上、ビア４０の上部の開口のまわりと下、垂直又はほぼ垂直なステップ状側壁に沿ってビア４０の底部まで、そしてビア４０の底部の水平面に連続なコーティングを形成している。
【０１１３】
コンフォーマリティについて。好ましい実施形態では、コンフォーマルに蒸着された絶縁層はパリレン-Ｎ、パリレン-Ｃ、パリレン-Ｄ、パリレン-ＨＴ（Specialty Coating Systems製造）、パリレン-ＸｉＳ（Kisco製造）、及びフッ素添加パリレン（フッ素は蒸着が行われるプロセスモジュール内、上、又はその近くで添加される）を含むその他のパリレンから成る。
【０１１４】
ＴＳＶ用途にＰＥＣＶＤ酸化物よりもパリレンを用いることの別の利点は、パリレンでは誘電率が小さく、その結果、基板との間のキャパシタンスが小さくなり、積層された電気コンポーネントの間で伝送される信号の減衰が小さくなることである。パリレンのさらに別の利点は、コンフォーマルな蒸着プロセスで自然に平滑化するという性質である。すなわち、フィルムがコンフォーマルに蒸着されると、蒸着の厚さが増すにつれてフィルムは表面の空所や不規則箇所を充填して表面はやがて平滑になる。この特徴は、ＰＥＣＶＤ酸化ケイ素など、コンフォーマルに蒸着されないフィルムには見られない。
【０１１５】
ＴＳＶ用途にパリレンを用いることにあるさらに別の利点は、それが普通−４０℃から＋３０℃といった範囲の温度で蒸着されるということである。一般に低温のプロセスは高温のプロセスより、特に製造されたデバイスを含む基板では好ましい。ほとんどのＰＥＣＶＤ酸化ケイ素プロセスは、１５０℃から４００℃という範囲の温度で行われる。低い温度でのＰＥＣＶＤプロセスは、高い温度でのプロセスに比べてフィルム性質が劣り、特にスキャロップ状のトレンチやビアの側壁に沿ったフィルム性質が劣る。許容される最高蒸着温度が１５０℃である多くのＴＳＶ用途があり、材料の構造によってはこの温度は１００℃以下になることがある。例えば、ＣＭＯＳイメージセンサの形成には、しばしば画素スケールのマイクロレンズが必要であるが、それは約１５０℃より高い温度で溶融又は変形する。パリレン薄フィルムはまた、大きな応力なく蒸着されるが、これに対してＰＥＣＶＤ酸化ケイ素では蒸着された状態での応力が顕著になることがある。
【０１１６】
パリレンの絶縁破壊強度は、蒸着された酸化ケイ素の絶縁破壊強度の〜４０％なので、同じ破壊電圧を実現するためにはパリレンの最小フィルム厚を大きくしなければならない。例えば、蒸着された状態で酸化ケイ素の絶縁破壊強度が１０ＭＶ／ｃｍであると、〜１４ｎｍというフィルム厚で絶縁破壊せずに１０ボルトまで耐えることができる。それに対応する１０ボルトまで耐えるパリレンのフィルム厚は〜３６ｎｍである。この比較では同じ電圧に耐えるために必要な厚さはパリレンの方が大きいが、実際には、この例で用いられる酸化物蒸着プロセスの非コンフォーマル挙動のために、コンフォーマリティ２０％で蒸着された場合、ビアの底部で必要な最小フィルム厚を得るためには構造４０の上部で〜５倍の厚さ、すなわち７０ｎｍ、が必要になる。（この例では、コンフォーマリティ２０％のフィルムとは同じエッチングされた構造で観測される最大厚さの２０％の最小厚さを有するフィルムと定義される。この具体的例では、最小厚さはエッチングされた構造の底部のすぐ近くの垂直な側壁で観測される。）逆に、酸化ケイ素とパリレンの絶縁耐力の違いは同じ破壊強度を実現するのにパリレンの厚さにわずか２．５倍の増加、すなわち３５ｎｍ、しか必要としない。１：１又は２：１よりも大きなアスペクト比のビアやトレンチでは、酸化ケイ素の厚さの増加によってコンフォーマリティの低さを補償することは非実際的であり、構造の開口上部における蒸着された酸化ケイ素の突出がビア開口の幅で制限される可能性がある。ビアの幅が小さい場合、コンフォーマリティの低さはビアの上部で開口を閉じてしまう可能性がある。
【０１１７】
一般に、薄フィルムのコンフォーマリティの大きさは、蒸着されるフィルムのタイプとそれらのフィルムを蒸着する方法の間の比較の手段になる。１００％のコンフォーマリティでは、フィルムは比較のためにフィルム厚が測定される構造の中及びまわりのすべての箇所で同じ厚さを有すると言える。ＣＶＤパリレンプロセスは、典型的なＴＳＶ構造、及び、アスペクト比が４０：１以上の構造で、ほぼ１００％コンフォーマルなフィルムを生成できる。このような高いコンフォーマリティは、低いコンフォーマリティのフィルムに比べて、側壁の底部で十分な厚さを補償するためにビアの上部で過剰な厚さのフィルムを蒸着する必要がない。パリレンなどのコンフォーマルなフィルムで得られる形状は、構造４０の上部と底部でほとんど厚さに差がなく、その後のバリヤー層やシード層の蒸着・プロセスでパリレンを十分に被覆することもきわめて簡単になる。
【０１１８】
コンフォーマリティは、普通、ある構造の同じ層、又は重なった層における最小厚さの最大厚さに対する比によって決められるパーセンテージと説明される。１００％に満たないコンフォーマリティでは、蒸着されるフィルム厚は構造のすべての箇所で同じではない。ここで構造とは、表面、特徴、特徴の組合せ、多数の特徴を含む基板全体、であってもよい。
【０１１９】
本発明のプロセスでは、特定レベルのコンフォーマリティは必要条件ではない。
【０１２０】
本発明のプロセス１０２の文脈では、フィルムのコンフォーマリティは１００％、又はほぼ１００％である必要はない。１００％のコンフォーマリティは、エッチングされた構造４０におけるフィルム、又は積層されたフィルムの最小厚さでの厚さが、同じエッチングされた構造４０におけるフィルム、又は積層されたフィルムの最大厚さでの厚さと等しい状態と定義される。１００％のコンフォーマリティからの多少のずれの方が、実際には１００％のコンフォーマリティで蒸着されるフィルムよりも典型的である。
【０１２１】
本発明のプロセスとして通用する絶縁フィルム２０を蒸着するプロセスで観測されそうなコンフォーマリティの変形例が、図８ａから図８ｄまでに示されている。
【０１２２】
図８ａでは、エッチングされた構造４０においてきわめてコンフォーマルな絶縁フィルム２０が示されている。図８ａに示された例では、フィルム厚は示された構造４０のいたるところでほぼ同じである（注：スキャロップに基因するフィルム厚の違いは考慮されない）。蒸着されたフィルムは、図８ａに示されたものよりコンフォーマリティが低い、場合によっては著しく低いが、それでもなお本発明のプロセスを実施するという点で容認されるレベルのコンフォーマリティを備えていることがあり得る。
【０１２３】
図８ｂ、図８ｃ、図８ｄには、図８ａに示されたものより低いコンフォーマリティのフィルムに見られそうな被覆のばらつきが示されている。これらの図は、低いが、本発明のプロセスを実施するという点で容認されるレベルのコンフォーマリティの例を示している。
【０１２４】
本発明のプロセスを実施する点で容認されるレベルのコンフォーマリティは、側壁５０が少なくとも側壁５０上の絶縁フィルム２０の連続したコーティングとして十分な厚さまでコーティングされていることだけを要求する。コーティング２０の厚さは考慮しなければならない他の設計上の制約を受ける。絶縁フィルムの厚さは構造４０の底部の水平面５２で、及び絶縁表面、すなわち、エッチングされた構造４０内のマスク層３０の下側、及び側壁の導電性でない部分で、連続である必要はない。
【０１２５】
図８ｂでは、エッチングされた構造４０の底部の水平面には蒸着はほとんど全く見られないが、側壁は被覆されている。しかし、絶縁層２０の厚さはフィルム構造４０への深さが増すにつれて減少する。図８ｂに示されたこの例では、垂直な側壁５０上で絶縁層２０の最小厚さはエッチングされた構造４０の底部の最も近くにあり、したがってこの点での最小厚さがこの領域での連続なフィルムを得るために十分でなければならない。蒸着されたフィルムは、絶縁フィルムがもっと厚いと考えられる側壁の他の部分でも連続でなければならない。コンフォーマリティに関していうと、フィルムは側壁５０上で連続なフィルムを生成するのに必要な絶縁層２０の最小厚さを生ずるに十分なコンフォーマリティを有しなければならない。
【０１２６】
図８ｂに示された例では、エッチングされた構造４０の底部における水平面５２上のフィルム２０は、一般にその後の処理ステップで除去される。ＴＳＶ製造のために提案されている多くのプロセスフローでは、図８から図８ｄまでの向きでエッチングされた構造４０の底部における水平表面５２の水平面及び水平面の下にある基板材料は、図４に示されるようにその後の処理ステップで除去される。
【０１２７】
場合によっては、エッチングされた構造４０の底部における水平面５２の水平面上にある一部の基板材料が除去される。エッチングされた構造４０の底部における水平面の上にある材料が除去される実施形態では、容認される最小のコンフォーマリティは、導電プラグと基板１０の間に絶縁フィルムがある側壁５０に沿った最も下方の点に対応する深さまで基板に連続なフィルムが得られるための少なくとも最小の厚さの絶縁フィルム２０を垂直な側壁５０上に与える。
【０１２８】
図８ｃには、側壁５０上の絶縁層２０の最も薄い被覆が、図８ｃに示されるように向いた構造では側壁５０の上部に近いマスク層３０の傍にある実施形態が示されている。側壁５０の上部に近い絶縁層２０の最小厚さは側壁５０の上部の近くに連続な層を十分に形成できなければならない。図８ｃに示される向きで、マスク層３０の下側は絶縁フィルム２０の連続な層を必要としない。
【０１２９】
図８ｄには、図８ｄの向きで、マスク層３０の上面上のフィルムと比較して絶縁フィルム２０が構造４０内でより薄い実施形態が示されている。この実施形態では、フィルム２０の厚さはエッチングされた構造４０内に連続な側壁のコーティングを十分に与えられるものでなければならない。
【０１３０】
ＴＳＶ用途におけるように、導電プラグ７２と基板１０の間に電界が印加される応用では、デバイスの動作の間に絶縁層２０の破壊を防ぐためには連続なフィルムでは十分でないことがある。連続なフィルムという条件は、本発明のプロセスの応用で必要なコンフォーマリティの定義として設けられている。
【０１３１】
絶縁基板１０，又はひとつ以上の絶縁層を含む多層基板１０が用いられる実施形態では、フィルム２０に必要な厚さは、導電耐又は半導体の基板１０を用いる場合に比べて著しく小さくなることがある。絶縁基板１０，又はひとつ以上の絶縁層を含む多層基板１０が用いられるいくつかの実施形態では、層２０はエッチングされた構造のうち絶縁基板に対応する部分を被覆する必要がないこともあり、エッチングされた構造内で連続である必要もないことがある。
【０１３２】
蒸着技術について。本発明のプロセスの好ましい実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０はパリレンであり、化学気相蒸着によって蒸着される。
【０１３３】
別の実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０はポリマーであり、化学気相蒸着によって蒸着される。別の実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０はポリマーであり、プラズマ化学気相蒸着によって蒸着される。
【０１３４】
別の実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０はポリマーであり、電気化学蒸着プロセスによって蒸着される。
【０１３５】
別の実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０は原子層蒸着によって蒸着される。別の実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０はナノ層蒸着によって蒸着される。別の実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０は前述の蒸着ステップと処理ステップが交互して必要な厚さのコンフォーマルな絶縁層２０を小刻みに生成するプロセスによって蒸着される。別の実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０はスピンオン（spin-on）蒸着法によって蒸着される。別の実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０は物理気相蒸着によって蒸着される。
【０１３６】
別の実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０は、化学気相蒸着、物理気相蒸着、電気化学蒸着、原子層蒸着、ナノ層蒸着、スピンオン蒸着、及び小刻みな厚さの前駆体を蒸着する蒸着ステップと、蒸着された前駆体フィルムを目的のフィルムに変換する処理ステップが交互に行われる蒸着プロセスの少なくともひとつを用いて蒸着される。
【０１３７】
別の実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０は、化学気相蒸着、プラズマ化学気相蒸着、物理気相蒸着、電気化学蒸着、原子層蒸着、ナノ層蒸着、スピンオン蒸着、及び蒸着ステップと処理ステップが交互して小刻みな厚さの前駆体を蒸着し、蒸着された前述のフィルムを適当なコンフォーマル絶縁層２０に変換するサイクリック蒸着ステップ、の少なくともひとつによって蒸着されるひとつ以上の層を含む。
【０１３８】
別の実施形態では、コンフォーマルな絶縁層２０は、化学気相蒸着、プラズマ化学気相蒸着、物理気相蒸着、電気化学蒸着、原子層蒸着、ナノ層蒸着、スピンオン蒸着、及び蒸着ステップと処理ステップが交互して小刻みな厚さの前述の蒸着をし、蒸着された前述のフィルムを適当なコンフォーマル絶縁層２０に変換するサイクリック蒸着ステップ、の少なくともひとつによって蒸着されるひとつ以上の層の積層体である。
【０１３９】
別の実施形態では、コンフォーマルな層２０は、ひとつ以上の層を含み、そのうち少なくともひとつは絶縁性である。
【０１４０】
別の実施形態では、コンフォーマルな層２０は、化学気相蒸着、プラズマ化学気相蒸着、物理気相蒸着、電気化学蒸着、原子層蒸着、ナノ層蒸着、スピンオン蒸着、及び蒸着・ステップと処理ステップが交互するサイクリック蒸着ステップ、の少なくともひとつによって蒸着されるひとつ以上の層を含み、そのうち少なくともひとつは絶縁性である。
【０１４１】
別の実施形態では、コンフォーマルな層２０は、化学気相蒸着、プラズマ化学気相蒸着、物理気相蒸着、電気化学蒸着、原子層蒸着、ナノ層蒸着、スピンオン蒸着、及び蒸着・ステップと処理ステップが交互するサイクリック蒸着ステップ、の少なくともひとつによって蒸着されるひとつ以上の同時蒸着されたポリマー材料の複合体である。
【０１４２】
さらに別の実施形態では、コンフォーマルな層２０は、コンフォーマルポリマーと、化学気相蒸着、プラズマ化学気相蒸着、物理気相蒸着、電気化学蒸着、原子層蒸着、ナノ層蒸着、スピンオン蒸着及び蒸着ステップと処理ステップが交替するサイクリック蒸着ステップ、の少なくともひとつによって蒸着される酸化ケイ素と窒化ケイ素のひとつ以上から成る層である。
【０１４３】
フィルムを蒸着する方法は当業者に公知であり、コンフォーマルな層２０を蒸着するために用いられる他の方法も本発明の範囲内にある。
【０１４４】
異方性エッチングプロセスについて。図５に示された本発明のプロセスのステップ１５０は、マスクされない部分から絶縁層２０を取り除くために用いられる異方性エッチングプロセスである。図９ａから図９ｋまでに、異方性エッチングプロセス１５０に露光された後のエッチングされた構造が示されている。図９ａから図９ｋまでに示される構造は、同じ参照番号の図７ａから図７ｋまでの構造に対応する。例えば、図７ａは絶縁層２０を蒸着するためのコンフォーマルフィルム蒸着ステップ１４０後の構造４０を示し、図９ａは等方性エッチングステップ１５０後の対応する構造を示す。同様に、図７ｂは絶縁層２０を蒸着するためのコンフォーマルフィルム蒸着ステップ１４０後の構造４０を示し、図９ｂは等方性エッチングステップ１５０後の対応する構造を示す。図９ｃから図９ｋまでは、図７ｃから図７ｋまでに示された構造が、異方性エッチングステップ１５０後にどのようになるかを示している。
【０１４５】
好ましい実施形態では、絶縁層２０を含む構造４０は酸素含有プラズマを用いる異方性エッチングプロセス１５０で露光されて、パリレンコーティング２０がプラズマへの直接視線を有する構造部分からコンフォーマルパリレン絶縁層２０が除去される。異方性エッチングプロセスを用いて、好ましくは、プラズマから直角に入射するイオンからマスクされない又は保護されない表面へのコンフォーマルパリレンコーティングの除去を制限する。
【０１４６】
図９ａから図９ｋまでには、本発明のプロセスを用いて形成されたエッチングされた構造の例が示されている。図９ａには、図７ａに示された構造をエッチングプロセス１５０で露光して絶縁層２０が非等方プラズマにさらされる構造部分から絶縁層２０が除去された後の実施形態が示されている。図９ａに示された実施形態では、エッチングプロセス１５０で、マスク層３０の上部水平面から、マスク層３０の開口内のマスクの端部から、そしてエッチングされた構造４０の底部の水平面から絶縁層２０が取り除かれる。さらに、異方性エッチングの条件は側方へのエッチング速度を制限するように選ぶことができるが、エッチングされた構造４０の側壁に沿って露出した絶縁材料２０の一部は意図的に又は意図せずに取り除かれる。なお、エッチングプロセス１１０は、側壁５０上の絶縁層２０からの意図しない除去を最小にするように大きなオーバーハングを生ずるような条件で選択できる。あるいは、側壁５０上の絶縁層２０の意図的な又は意図しない除去を補償するように、絶縁層２０をより厚い層に蒸着することができる。
【０１４７】
高アスペクト比のエッチングされた構造４０では、エッチングされた構造４０の底部の水平面における絶縁層２０のエッチング速度が、エッチングされた構造４０の外側のマスク層３０上のエッチング速度よりも低くなることがある。別の実施形態では、エッチングプロセス１５０はマスク層３０の上部水平面及びマスク層の開口内のマスクの端部から絶縁層２０を取り除く。この実施形態では、エッチングされた構造４０の底部の水平面５２上の絶縁材料２０はエッチバックプロセス１５０でエッチングされず、又は、部分的にしかエッチングされない。
【０１４８】
図９ｂから図９ｋまでには、様々なエッチングされた構造４０にエッチングステップ１５０が及ぼす同様な効果を示す他の実施形態が示されている。図９ａから図９ｋまでに示された実施形態は、様々な形状、様々な側壁形状角度、様々な度合のスキャロップと表面粗さ、及びひとつ以上のエッチングされた構造４０内に蒸着された材料を固定させる様々な手段、を用いることができ、本発明の範囲内にある。他の形状、形状角度、スキャロップと表面粗さの度合、及びエッチングされた構造４０内に蒸着された材料を固定させる手段、を用いることができ、本発明の範囲内にある。同様に、形状、形状角度、スキャロップと表面粗さの度合及び材料を固定させる手段の組合せも用いることができ、本発明の範囲内にある。
【０１４９】
好ましい実施形態では、コンフォーマルなパリレンフィルム２０は、酸素から成るプラズマエッチングプロセス１５０で除去される。本発明のプロセスの他の実施形態では、コンフォーマルなパリレンフィルム２０は、酸素、窒素、ＣＯ、ＣＯ2、ヘリウム、アルゴン、ネオン又はキセノンなどの不活性気体、水素、メタン、アンモニアなどの反応性気体、及び、反応性ハロゲン含有気体、すなわち、フッ素（例えば、ＳＦ6、ＣＦ4、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８、Ｃ2Ｆ6、ＳｉＦ4、ＮＦ3）、及び塩素（例えば、Ｃｌ2、ＣＣｌ2、ＳｉＣｌ4、ＢＣｌ3）、臭素（ＨＢｒ、Ｂｒ2）含有気体、の少なくともひとつから成るプラズマエッチングプロセス１５０で除去される。本発明のプロセスの顕著な利点は、ペリレンをその後の処理又は最終デバイス構造で必要とされない部分から選択的に取り除くのに基板をそれ以上マスキングする必要がないということである。
【０１５０】
本発明のプロセスの好ましい実施形態では、パリレンを必要でない部分から取り除くプラズマ露光は、パリレン蒸着の直後に続けてパリレンを蒸着するのに用いた同じプロセスモジュール内で行うことができるが、同じモジュールでの除去は必要ではない。パリレンのエッチバックを同じ蒸着モジュールで行う利点は、エッチングを行うのに用いた同じ蒸着モジュールをパリレンが蒸着したと思われるウエハーのまわりのチャンバーパーツ上の不要な材料の除去に同時に使用できることである。
【０１５１】
エッチバックプロセス１５０は現場で、別の独立したエッチング装置、例えばTegal Corporationによって製造された９０１シリーズのエッチング装置で、又は、例えばTegal Corporation of Petaluma, Californiaによって製造された６５００シリーズ又はCompactシリーズ装置といったクラスター装置の付属モジュールで行うことができる。一般に、基板３００で高いバイアス電力又はバイアス電圧を発生するエッチングプロセス条件で、高いエッチング速度が得られる。また、パリレンなどのポリマーは高濃度のプラズマでより速やかにエッチングされる傾向がある。本発明のある実施形態では、エッチングスキャロップ１５０のため、ひとつ以上の周波数を用いて高濃度のプラズマを発生させ、ひとつ以上の周波数を用いて基板にバイアスを発生させる多重周波数形態が用いられる。プラズマ発生のためのソース形態は容量性、誘導性、又はマイクロ波であってもよい。下流プラズマソースをプロセスモジュール２００に結合してパリレンやその他のポリマー絶縁層の高いエッチング速度を実現させることができる。
【０１５２】
高いプラズマ濃度を生成する構成は、最終的に高いエッチング速度と高いスループットにつながるが、図３に示された好ましい実施形態は、マッチング・ネットワーク２８０によってｒｆ電力発生器２９０から電極３１０へと周波１３．５６ＭＨｚで供給されるｒｆ電力で、４００ｎｍ／分を超えるパリレン・エッチング速度を生ずることを示している。好ましい実施形態では、酸素プラズマを１−５０００ｍＴ、さらに好ましくは５０−５００ｍＴという圧力範囲で用いて、コンフォーマル・パリレンフィルム２０を取り除く。もっと高い電力レベルではもっと高いパリレン・エッチング速度も実現できる。他の周波数のｒｆ電力を０．１から１００ＭＨｚの範囲で用いてコンフォーマルな層２０を取り除くこともできる。チャンバー壁の内部又はその近くに、場合によっては基板３００の上の壁又は電極に位置する永久磁石による磁気閉じこめを用いてプラズマ濃度を高め絶縁層２０の高いエッチング速度を実現することができる。
【０１５３】
図３に示された好ましい実施形態では、酸素ガスは、エッチングプロセス１５０の間、気体入口２７０を通ってプロセスチャンバーに供給される。ガスはスロットルバルブ又はオリフィス３３０とオプションとしてのコールドトラップ３４０を通して、プロセスチャンバー２００から排気され、真空ライン３５０を通って粗引きポンプ３６０に運ばれる。酸素ガスの流量は１０から３０００ｓｃｃｍの範囲にある。一般に、高い酸素流量はポリマーフィルムの高いエッチング速度を生ずる。達成可能な流量は一般に、ポンプシステムのコストなど、他の要因によって制限される。例えば、フォトレジスト除去モジュールには、２０００−３０００ｓｃｃｍの範囲の酸素流量を用いてフォトレジストフィルムの除去速度を最大にするものがある。パリレンや他のポリマーフィルムもエッチング速度でフォトレジストと同様な傾向を示すが、全体的なエッチング速度はもっと低い。
【０１５４】
図９ａから図９ｋまでには、パリレンエッチバックプロセス１５０を用いて、以後の処理で必要でない部分からパリレンを除去した後の、エッチングされた構造４０が示されている。エッチングされた構造４０がビアである実施形態では、エッチングプロセス１５０後の構造は円筒状の側壁を示し、絶縁層、好ましい実施形態ではパリレンが、スキャロップ状の円筒状側壁５０上に残っている。これらの好ましい実施形態では、マスク層３０の上面で、ビアの外側及びビア４０の底部の水平面に蒸着されていたパリレンが除去されている。ハードマスクの端部に蒸着され、ビアの上部の開口のサイズを減少させたパリレンも除去される。マスク層がエッチバックプロセスで用いられるプラズマの化学材料によって除去されない層である、例えば二酸化ケイ素、窒化ケイ素、その他の酸化物や窒化物、又は絶縁フィルム、半導体フィルム、金属フィルム、又はこれらのタイプのフィルムの組合せである構造では、開口のサイズはプラズマ露光によって影響されない、又は、きわめてわずかしか影響されない。マスク層３０の開口の寸法は、エッチバックプロセスの化学材料によってあまりエッチングされないマスク材料の場合、あまり変わらない。マスク層３０は、ビア４０の側壁上のパリレンが非等方エッチバックプロセス１５０の際に保護されることを確実とし得る。残りのマスク層も、ビア４０の上部におけるパリレンを非等方プラズマからのイオンの直接の衝突から保護されるように利用される。このプラズマは、ハードマスク３０におけるオーバーハング６０がない場合、パリレンをビアの上部から取り除くが、それが基板１０とその後の処理ステップで蒸着される導電プラグの間の短絡につながる恐れがある。
【０１５５】
図１０ａから図１０ｃまでには、好ましい実施形態が示されている。図１０ａでは、側壁５０はエッチングされた構造４０のマスク層３０の開口とほぼ整列しており、大きなスキャロップ７０がオーバーハング６０を作っているのが示されている。この好ましい実施形態の図１０ｂには、コンフォーマルな絶縁層２０が大きなスキャロップ７０をほとんど充填していることが示されている。図１０ｃには、この好ましい実施形態が、異方性エッチング１５０においてコンフォーマルな絶縁層が、マスク層３０の上面から、マスク層３０の内部から、マスク層３０の下のエッチングされた構造４０の内部から除去された後で示されている。異方性エッチングプロセス１５０によるマスク層３０の下の絶縁層２０の除去は、その後の充填とコーティングプロセスに好適な構造を生み出す。コンフォーマルな層２０は、次の充填とコーティングプロセスとにおいて影効果を作り得る全ての材料がなくなるまで、マスク層３０の開口内部及び下部から取り除かれる。図１０ｃに示されたショルダー５９は、本発明の他の実施形態において、特に、側壁の絶縁層２０が側方へと、エッチングされた構造４０内のマスク層３０の開口部を越えて延在した実施形態に適用できる。絶縁層がマスク層３０における開口部の中へと延在する他の実施形態も可能であり、本発明の範囲内にある。
【０１５６】
図１１には、参考としていくつかの画像が示されており、いくつかの画像は、本発明の範囲内にある異方性エッチングプロセスの変形例で示されている。図１１ａと図１１ｂはそれぞれエッチングプロセス１１０と蒸着プロセス１４０の後の構造９５と９６であり、参考として示されている。図１１ｂに示された実施形態は、大きなスキャロップ７０を示し、それはコンフォーマルな絶縁体２０によって部分的に充填され、凹部が残されており、充填材料の機械的な固定の手段になる。図１１ｃから図１１ｈまでの実施形態は、異方性エッチングステップ１５０の可能な変形例の数例である。
【０１５７】
図１１ｃには、マスク層３０の上のコンフォーマルな絶縁層の部分が除去された異方性エッチングステップ１５０後の構造９７が示されている。図１１ｄには、マスク層３０の上のコンフォーマルな層とマスク層３０の開口内のコンフォーマルな層２０との一部が、異方性エッチングステップ１５０で除去された構造９７が示されている。図１１ｅには、マスク３０の上及びマスク層内からコンフォーマルな層２０が異方性エッチングステップ１５０で除去された構造９７が示されている。図１１ｆには、マスク層３０のコンフォーマルな層２０，マスク層３０の開口内のコンフォーマルな層２０、及びマスク層３０の下のマスク層の一部が異方性エッチングステップ１５０で除去された構造９７が示されている。図１１ｇには、マスク層３０のコンフォーマルな層２０、マスク層３０の開口内のコンフォーマルな層２０、マスク層の下のマスク層の一部及びエッチングされた構造４０の底部の水平面上のコンフォーマルな層２０が、異方性エッチングステップ１５０で除去された構造９７が示されている。図１１ｇにおけるショルダー５９からの材料の除去は、いくつかの構造で、特にショルダーが直接に異方性エッチングプロセス１５０で用いられるプラズマへの視線を有する構造で起こり得る。図１１ｈには、マスク層３０のコンフォーマルな層２０、マスク層３０の開口内のコンフォーマルな層２０、マスク層の下のマスク層の一部及びエッチングされた構造４０の底部の水平面上のコンフォーマルな層２０が、異方性エッチングステップ１５０で、ショルダー５９からのコンフォーマルな層２０の一部と共に除去された構造９７が示されている。
【０１５８】
導電プラグの機械的固定メカニズムについて。図９ｆ（ｂ）、図８ｈ（ｂ）、図９ｉ（ｂ）及び図９ｊ（ｂ）には、絶縁層２０上に蒸着された導電プラグの機械的固定の手段が示されている。これらの実施形態で側壁に作られた凹部５５は、完成したデバイス構造がシリコン貫通電極で用いられる導電プラグなどの充填材料の動きを引き起こすような条件にさらされたときに、それらの充填材料の動きを防止する手段となる。
【０１５９】
デバイスの製造における最終段階の製造ステップで、例えば金属接点を合金化する焼きなましにおいて、しばしばデバイス構造は４５０℃という高い温度にさらされる。また、化学気相蒸着されるバリヤー層やシード層は、３００℃以上の温度に達することがある。
【０１６０】
マイクロプロセッサなどのデバイスは、最終製品における動作の間にかなりの量の熱を発生し、それはまた一緒にパッケージされたデバイスを広い範囲の温度にさらす可能性がある。
【０１６１】
これらの温度変化は、例えば図４に示された構造などの実施形態において応力を発生し、それが絶縁層２０と絶縁層を覆う単数又は複数のフィルムとの界面でのスリップに導く可能性がある。基板、絶縁体及び絶縁層を覆う金属層の間で、ひとつ以上の熱膨張係数に大きな違いがある応用では、絶縁層２０を覆う層を機械的に固定させる手段が有益である。
【０１６２】
図９ｆ（ｂ）、図９  ｈ（ｂ）、及び図９ｉ（ｂ）には、機械的固定メカニズムとなる手段がエッチバックプロセス１５０の後で絶縁層における凹部５５によって生成される。図９ｆ（ｂ）、図９ｈ（ｂ）及び図９ｉ（ｂ）の実施形態は、蒸着された絶縁層２０の厚さより大きな構造であって、側壁５０が非垂直形状を有するビア構造４０に特定の形を与えると共に、エッチングされた構造４０の開口部におけるマスク層３０の端部に対して側方深さを与える組合せによって機械的な固定が達成され得る構造を示している。
【０１６３】
図９ｊ（ｂ）と図９ｋには、機械的固定メカニズムとなる手段がエッチングプロセス１１０の間に側壁５０に大きなスキャロップ７０を導入することによって生成される。大きなスキャロップ７０は、図９ｊ（ｂ）に示されるような蒸着ステップ１４０の後、エッチングされた構造４０の上部の開口部において、マスク層３０の端部に対して絶縁層２０において凹部を生成するために使用され得る。図９ｊ（ｂ）の実施形態は、側壁が垂直又は垂直に近い形状を有するビア構造に形を与え、エッチングされた構造４０の開口部におけるマスク層３０の端部に対して、蒸着された絶縁層２０の厚さよりも大きなスキャロップ７０の側方深さを与えるという組み合わせによって機械的な固定を達成する構造を示している。
【０１６４】
側壁５０の大きなスキャロップ７０に対応する絶縁層２０における凹部は、絶縁体蒸着ステップ１４０とエッチバックステップ１５０の後に蒸着された充填材料を絶縁層２０に機械的に固定する手段となる。側壁の絶縁体２０における凹部によって生成される機械的固定メカニズムは、例えば、基板と構造９７内で蒸着されたフィルムとに熱膨張係数の１又は複数の大きな変化がある適応例、及び、構造が温度変化する適応例、において生じ得る界面スリップをなくすために、絶縁体２０とエッチバックの後の蒸着プロセスで蒸着された材料との間で応力を好適に分散させる。
【０１６５】
図９ｊ（ｂ）における大きなスキャロップ７０は、半円形の断面を有するように示されている。異方性エッチングステップ１５０の後、エッチング構造４０内に蒸着された材料を機械的に固定するため、基板１０において側壁５０の形状の主な輪郭を越えて側方に延在する少なくともひとつのはっきりした凹部が形成された他の断面も生成されることができ、本発明の範囲内にある。同様に、機械的に充填材料を固定する手段を提供するためにエッチング構造４０内へと内方に延在する側方突出部も、本発明の範囲に属する。
【０１６６】
絶縁層２０の蒸着の後、エッチングされた構造４０の側壁に生成される凹部５５も、絶縁層２０の後エッチングされた構造４０内に蒸着される層又は充填材料を機械的に固定させる手段となる。この機械的固定手段は、構造が温度の変動にさらされたときのスリップを防ぐのにその後蒸着される材料と絶縁層２０の間の接着が不十分である用途で応力を好ましい形で分散させることができる。
【０１６７】
絶縁層２０の蒸着の後、エッチングされた構造４０の側壁に生成される凹部５５も、絶縁層２０の後でエッチングされた構造４０内に蒸着される層又は充填材料を機械的に固定させる手段となる。この機械的固定手段は、コンフォーマルな絶縁層２０又は層２０の上にその後のプロセスステップで蒸着された層、のフィルム性質が、以後の処理ステップ、周囲条件の変化、又はデバイスの使用による変化、にさらされた結果として変化する用途で、応力を好ましい形で分散させることができる。このような変化は、例えば温度変化にさらされた結果として起こる。変化する可能性があるフィルム性質の例としては密度や結晶構造がある。
【０１６８】
材料の温度係数の違い、接着の弱さ、及びフィルム性質の変化を補償する例は例示にすぎない。エッチングされた構造４０において充填材料を絶縁層２０に機械的に固定させる手段として側壁の凹部を有する実施形態が他の実施形態より好ましい他の理由があるかもしれず、それも本発明の範囲内にある。
【０１６９】
図１２には、絶縁層２０の上にバリヤー層とシード層が蒸着され、シード層の上に導電プラグが蒸着され、基板の一部が除去されたシリコン貫通電極が示されている。図１２に示された画像は、基板１０の上部にあるデバイスを他の基板又は基板１０の下にあるデバイスに導電プラグによって結合するのに用いることができる代表的な完成されたビア構造４０である。この例では、エッチングされた構造４０はビアである。マスク構造３０はオーバーハング６０と共に示されている。絶縁層２０を基板１０に固定させ、導電プラグを絶縁層２０に固定させるための機械的な固定手段が側壁５０に設けられている。
【図１ａ】
2013520830.tif 000003
【図１ｂ】
2013520830.tif 000004
【図１ｃ】
2013520830.tif 000005
【図２】
2013520830.tif 000006
【図３】
2013520830.tif 000007
【図４】
2013520830.tif 000008
【図５】
2013520830.tif 000009
【図６ａ】
2013520830.tif 000010
【図６ｂ】
2013520830.tif 000011
【図６ｃ】
2013520830.tif 000012
【図６ｄ】
2013520830.tif 000013
【図６ｅ】
2013520830.tif 000014
【図６ｆ（ａ）】
2013520830.tif 000015
【図６ｆ（ｂ）】
2013520830.tif 000016
【図６ｇ】
2013520830.tif 000017
【図６ｈ（ａ）】
2013520830.tif 000018
【図６ｈ（ｂ）】
2013520830.tif 000019
【図６ｉ（ａ）】
2013520830.tif 000020
【図６ｉ（ｂ）】
2013520830.tif 000021
【図６ｊ（ａ）】
2013520830.tif 000022
【図６ｊ（ｂ）】
2013520830.tif 000023
【図６ｋ】
2013520830.tif 000024
【図７ａ】
2013520830.tif 000025
【図７ｂ】
2013520830.tif 000026
【図７ｃ】
2013520830.tif 000027
【図７ｄ】
2013520830.tif 000028
【図７ｅ】
2013520830.tif 000029
【図７ｆ（ａ）】
2013520830.tif 000030
【図７ｆ（ｂ）】
2013520830.tif 000031
【図７ｇ】
2013520830.tif 000032
【図７ｈ（ａ）】
2013520830.tif 000033
【図７ｈ（ｂ）】
2013520830.tif 000034
【図７ｉ（ａ）】
2013520830.tif 000035
【図７ｉ（ｂ）】
2013520830.tif 000036
【図７ｊ（ａ）】
2013520830.tif 000037
【図７ｊ（ｂ）】
2013520830.tif 000038
【図７ｋ】
2013520830.tif 000039
【図８ａ】
2013520830.tif 000040
【図８ｂ】
2013520830.tif 000041
【図８ｃ】
2013520830.tif 000042
【図８ｄ】
2013520830.tif 000043
【図９ａ】
2013520830.tif 000044
【図９ｂ】
2013520830.tif 000045
【図９ｃ】
2013520830.tif 000046
【図９ｄ】
2013520830.tif 000047
【図９ｅ】
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【図９ｆ（ａ）】
2013520830.tif 000049
【図９ｆ（ｂ）】
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【図９ｇ】
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【図９ｈ（ａ）】
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【図９ｈ（ｂ）】
2013520830.tif 000053
【図９ｉ（ａ）】
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【図９ｉ（ｂ）】
2013520830.tif 000055
【図９ｊ（ａ）】
2013520830.tif 000056
【図９ｊ（ｂ）】
2013520830.tif 000057
【図９ｋ】
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【図１０ａ】
2013520830.tif 000059
【図１０ｂ】
2013520830.tif 000060
【図１０ｃ】
2013520830.tif 000061
【図１１ａ】
2013520830.tif 000062
【図１１ｂ】
2013520830.tif 000063
【図１１ｃ】
2013520830.tif 000064
【図１１ｄ】
2013520830.tif 000065
【図１１ｅ】
2013520830.tif 000066
【図１１ｆ】
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【図１１ｇ】
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【図１１ｈ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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