(57)【要約】【課題】集積回路製作で用いられる二重食刻プロセスで、リッジとクラウンとを作らずにビアと溝とを形成する方法を提供する。【解決手段】第１の誘電層（３０）と第２の誘電層（４０）とをエッチング停止層（２０）の上に形成する。前記第２の誘電層の上にハードマスク層（５０）を形成し、前記第１の誘電層（３０）と第２の誘電層（４０）の中にビア（６２）を形成する。溝（８５）を部分的にエッチングし、ＢＡＲＣをビア（６２）から完全にまたは部分的に除去して溝（８５）をほとんど第２の誘電層（４０）内に形成し、溝エッチング・プロセスを完了する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重食刻構造を形成する方法であって、
半導体基板上にエッチング停止層を形成し、
前記エッチング停止層の上に第１の誘電層を形成し、
前記第１の誘電層の上に第２の誘電層を形成し、
前記第２の誘電層の上にハードマスク層を形成し、
前記第１および第２の誘電層を通して第１の幅のビアをエッチングし、
前記ビアをＢＡＲＣで部分的に満たし、
前記第２の誘電層内に第２の幅の溝を部分的にエッチングし、前記第２の幅は前記第１の幅より大きく、前記溝は前記ビアの上に置かれ、
前記ＢＡＲＣを前記ビアから完全にまたは部分的に除去し、
前記溝の前記エッチングを完了し、前記溝はほとんど前記第２の誘電層内に形成される、
ことを含む二重食刻構造を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路製作において金属被覆のための二重食刻構造を形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路のデバイスの高速化要求が高いので、集積回路を相互接続する金属線の間にまたは金属線により信号を送るときに存在する抵抗器・コンデンサ（ＲＣ）遅れを減らすために払われている努力は非常に大きい。ＲＣ遅れを減らすため、銅を用いて金属相互接続を形成し、また低Ｋ誘電材料を用いて金属相互接続の間を絶縁する。複雑な集積回路は一般に、多レベルの低Ｋ誘電絶縁体により分離された多レベルの銅相互接続を必要とする。多レベルの銅相互接続を形成するのに最も多く用いられるのは食刻技術である。食刻技術では、集積回路上にまず誘電層（すなわち、低Ｋ誘電層）を形成する。誘電層内に溝を形成して銅で満たす。過剰の銅は化学機械研磨（ＣＭＰ）などの方法を用いて除去する。１つのレベルの相互接続の銅金属線と、その下にある別の銅金属線とを接続するには、中間にある低Ｋ誘電層内にビアを形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
溝とビアとを必要とする集積回路では、二重食刻プロセスと呼ばれる修正食刻プロセスが用いられることが多い。二重食刻プロセスでは、まず多重の低Ｋ誘電層内にビアを形成する。次に頂部の誘電層内のビアの上に溝を形成する。次に、溝とビアとを同時に銅で満たして銅溝およびビアを形成する。二重食刻プロセスを用いる際に大きな制限になるのは、溝のエッチング・プロセス中に、低Ｋ誘電層内にリッジとクラウンとが形成されることである。リッジとクラウンとが存在するとその後の銅相互接続の溝とビアとの形成が妨げられ、回路の性能が劣化する。したがって、リッジとクラウンとを作らないようにして二重食刻構造を形成する方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は集積回路上に二重食刻構造を形成する方法である。二重食刻は、集積回路を構成する金属相互接続に用いられる銅構造を形成するのに用いられる。この方法は半導体基板上にエッチング停止層を形成することを含む。エッチング停止層の上に第1および第２の誘電層を形成し、これらの誘電層の上にハードマスク層を形成する。エッチングにより、両方の誘電層を通してビアを形成する。ビアをＢＡＲＣで部分的に満たし、ビアの上に溝を部分的にエッチングする。ＢＡＲＣを完全にまたは部分的に除去すると溝の形成が完了する。ビアと溝の中にライナ材料を形成し、銅を用いて溝とビアとを満たす。過剰の銅は化学機械研磨を用いて除去する。
【０００５】
本発明について、図１（ａ）−１（ｅ）を参照して説明する。各図に示す構造は集積回路の一部として形成された金属相互接続構造を表す。下側の半導体基板と、基板内および基板上に製作されるデバイスとは、簡単のために示さない。
【０００６】
図１（ａ）は、集積回路を構成する金属相互接続線の一部として形成された銅層１０を示す。銅層１０は半導体基板上に形成され、銅層１０と半導体基板との間に多くの他の金属線や誘電層が散在してよい。したがって、銅層１０は集積回路を構成する複数の金属層の１つを表す。図１（ａ）に示すように、銅層１０の上にエッチング停止層２０を形成する。エッチング停止層は、窒化珪素や、炭化珪素や、炭化珪素と窒化珪素との交代層や、その他の適当な誘電材料すなわち絶縁材料で構成してよい。
【０００７】
二重食刻プロセスでは、エッチング停止層２０の上に第１の誘電層３０を形成する。第１の誘電層３０はレベル間誘電（ＩＬＤ）層として機能し、二酸化珪素や、シロキサンＳＯＧ、シルセスキオキサン、ケージ・シルセスキオキサン、キセロゲルなどのスピン・オン・グラス（ＳＯＧ）の種々の形や、その他の適当な誘電材料で構成してよい。一般に、第１の誘電層は低Ｋ誘電材料で構成するのが好ましい。ここで、低Ｋ誘電材料は二酸化珪素の誘電率（すなわち、３．９）より低い誘電率を有する材料と定義する。
【０００８】
図１（ａ）に示すように、第１の誘電層３０の上に第２の誘電層４０を形成する。第２の誘電層４０は金属間誘電（ＩＭＤ）層として機能し、二酸化珪素や、シロキサンＳＯＧ、シルセスキオキサン、ケージ・シルセスキオキサン、キセロゲルなどのスピン・オン・グラス（ＳＯＧ）の種々の形や、その他の適当な誘電材料で構成してよい。一般に、第２の誘電層は低Ｋ誘電材料で構成するのが好ましい。ここで、低Ｋ誘電材料は二酸化珪素の誘電率（すなわち、３．９）より低い誘電率を有する材料と定義する。次に図１（ａ）に示すように、第２の誘電層４０の上にハードマスク層５０を形成する。ハードマスク層５０は、窒化珪素や、炭化珪素や、炭化珪素と窒化珪素との交代層や、その他の適当な材料で構成してよい。
【０００９】
図１（ａ）に示す誘電体の積重ね構造を形成した後、図１（ｂ）に示すようにＩＬＤ層３０とＩＭＤ層４０の中にビア６２をエッチングする。ビア６２をエッチングするとき、ハードマスク層５０の上に裏側反射防止膜（ＢＡＲＣ）層５５を形成し、ＢＡＲＣ層５５の上にパターン化されたホトレジスト層６０を形成する。パターン化されたホトレジスト層６０を形成するとき、まずＢＡＲＣ層５５の上にホトレジスト６０のブランケット層を形成する。次にホトレジスト６０のブランケット層をパターン化し、現像して、ビア６２のエッチングに用いるパターンを定義する。好ましい実施の形態では、ＢＡＲＣ層５５と、ハードマスク層５０と、下側の誘電層３０および４０とを、プラズマ・エッチング・プロセスを用いてエッチングする。
【００１０】
好ましい実施の形態では、ＢＡＲＣ層５５の露出領域をエッチングするのに用いられるプラズマ・エッチング・プロセスは、１０００−１８００ワットの電力レベルのＡｒ，Ｏ2，ＣＦ4，Ｎ2を含んでよい。ハードマスク層５０の露出領域は、１０００−１８００ワットの電力レベルのＡｒ，Ｏ2，ＣＦ4，ＣＨＦ3，Ｎ2を含むプラズマ・エッチング・プロセスを用いてエッチングしてよい。好ましい実施の形態では、誘電層３０および４０は共に１０００−１８００ワットの電力レベルのＡｒ，Ｏ2や、Ｃ4Ｆ8，Ｃ5Ｆ5，ＣＯ，ＣＦ4の任意の組合わせを含むプラズマ・エッチング・プロセスを用いてエッチングしてよい。パターン化されたホトレジスト層６０とＢＡＲＣ層５５とはビア・エッチング・プロセスの後で除去する。
【００１１】
次の溝エッチング・プロセス中にビア６２の底表面６４を保護するため、図１（ｃ）に示すようにＢＡＲＣ７０を用いてビア６２の一部を満たす。ビア充満プロセス中に、ハードマスク層５０の上にＢＡＲＣ層６５を形成する。図１（ｃ）に示すように、ＢＡＲＣ層６５の上にパターン化されたホトレジスト層８０を形成し、これを用いて溝エッチング・プロセス中に溝を定義する。
【００１２】
パターン化されたホトレジスト層８０を形成した後、図１（ｄ）に示すようにＩＭＤ層４０内に部分的に溝８５をエッチングする。図１（ｄ）に示すように、溝８５の幅はビア６２の幅より広い。好ましい実施の形態では、１０００−１８００ワットの電力レベルのＡｒ，Ｏ2，ＣＦ4，Ｎ2を含むプラズマ・エッチング・プロセスを用いてＢＡＲＣ層６５の露出領域をエッチングしてよい。露出ハードマスク層５０は、１０００−１８００ワットの電力レベルのＡｒ，Ｏ2，ＣＦ4，ＣＨＦ3，Ｎ2を含むプラズマ・エッチング・プロセスを用いてエッチングしてよい。好ましい実施の形態では、ＩＭＤ層４０は１０００−１８００ワットの電力レベルのＡｒ，Ｏ2や、Ｃ4Ｆ8，Ｃ5Ｆ5，ＣＯ，ＣＦ4の任意の組合わせを含むプラズマ・エッチング・プロセスを用いて部分的にエッチングしてよい。
【００１３】
ＩＭＤ層４０の部分的なエッチングの後、プラズマ・アシュ・プロセスを用いてＢＡＲＣ７０をビア６２から完全にまたは部分的に除去する。好ましい実施の形態では、アシュ・プロセスは酸素、窒素、水素または同様な気体類を含むプラズマにＢＡＲＣを曝すことを含む。また図１（ｄ）に示すように、アシュ・プロセスはパターン化されたホトレジスト層８０の厚さを減らす。プラズマ・アシュ・プロセスの後、プラズマ・エッチング・プロセスを用いて図１（ｅ）に示すように溝８５の形成を完了する。溝８５の形成を完了するのに用いられるプラズマ・エッチング・プロセス中は、残留するホトレジストおよび／またはハードマスク層５０はエッチング・マスクとして機能して、ＩＭＤ層４０の望ましくないエッチングを防ぐ。
【００１４】
図１（ｅ）の構造では、ビア６２はほとんどＩＬＤ層３０内に形成され、溝８５はほとんどＩＭＤ層４０内に形成されることに注意していただきたい。したがって、ビア６２の一部はＩＭＤ層４０内に延び、溝８５の一部はＩＬＤ層３０内に延びることがある。溝８５とビア６２とを形成した後、プラズマ・エッチング・プロセスを用いてエッチング停止層２０の露出領域を除去する。次に銅１００を用いてビア６２と溝８５とを満たし、図１（ｆ）に示すように金属相互接続の層を形成する。
【００１５】
或る実施の形態では、銅導体１００を形成するのにまず溝８５とビア６２内にライナ層９０を形成する。好ましい実施の形態では、ライナ９０は窒化チタンまたは他の適当な材料で構成する。ライナ９０を形成した後、銅を用いてビア６２と溝８５とを満たす。過剰の銅は化学機械研磨を用いて除去し、図１（ｆ）に示す銅構造１００を得る。ビア６２内の銅は、溝８５内の銅と下側の銅層１０との間を電気的に接続することに注意していただきたい。本発明の方法は、集積回路の製作において任意の数の銅層とビアとを形成するのに用いることができる。
【００１６】
本発明について例示の実施の形態を参照して説明したが、この説明は制限的な意味に解釈してはならない。この説明を参照すれば、例示の実施の形態の種々の修正や、組合わせや、本発明の他の実施の形態は当業者に明らかである。したがって、特許請求の範囲はかかる修正や実施の形態を全て含むものである。
【００１７】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）  二重食刻構造を形成する方法であって、
半導体基板上にエッチング停止層を形成し、
前記エッチング停止層の上に第１の誘電層を形成し、
前記第１の誘電層の上に第２の誘電層を形成し、
前記第２の誘電層の上にハードマスク層を形成し、
前記第１および第２の誘電層を通して第１の幅のビアをエッチングし、
前記ビアをＢＡＲＣで部分的に満たし、
前記第２の誘電層内に第２の幅の溝を部分的にエッチングし、前記第２の幅は前記第１の幅より大きく、前記溝は前記ビアの上に置かれ、
前記ＢＡＲＣを前記ビアから完全にまたは部分的に除去し、
前記溝の前記エッチングを完了し、前記溝はほとんど前記第２の誘電層内に形成される、
ことを含む二重食刻構造を形成する方法。
【００１８】
（２）  前記第１の誘電層は低Ｋ誘電材料で構成する、第１項記載の二重食刻構造を形成する方法。
（３）  前記第２の誘電層は低Ｋ誘電材料で構成する、第１項記載の二重食刻構造を形成する方法。
（４）  前記ハードマスク層は窒化珪素と炭化珪素から成るグループから選択された材料で構成する、第１項記載の二重食刻構造を形成する方法。
（５）  前記ＢＡＲＣの前記除去はプラズマ・アシュ・プロセスを含む、第１項記載の二重食刻構造を形成する方法。
（６）  更に、
前記溝とビアの中にライナを形成し、
前記ビアと溝とを銅で満たし、
化学機械研磨を用いて前記過剰の銅を除去する、
ことを含む、第１項記載の二重食刻構造を形成する方法。
【００１９】
（７）  集積回路の銅構造を形成する方法であって、
半導体基板上にエッチング停止層を形成し、
前記エッチング停止層の上に第１の低Ｋ誘電層を形成し、
前記第１の誘電層の上に第２の低Ｋ誘電層を形成し、
前記第２の誘電層の上にハードマスク層を形成し、
前記第１および第２の誘電層を通して第１の幅のビアをエッチングし、
前記ビアをＢＡＲＣで部分的に満たし、
前記第２の誘電層内に第２の幅の溝を部分的にエッチングし、前記第２の幅は前記第１の幅より広く、前記溝は前記ビアの上に置かれ、
前記ＢＡＲＣを前記ビアから完全にまたは部分的に除去し、
前記溝のエッチングを完了し、前記溝はほとんど前記第２の誘電層内に形成され、
前記ビアと溝の中にライナを形成し、
前記ビアと溝とを銅で満たし、
化学機械研磨を用いて前記過剰の銅を除去する、
ことを含む集積回路の銅構造を形成する方法。
【００２０】
（８）  前記ハードマスク層は窒化珪素を含む、第８項記載の集積回路の銅構造を形成する方法。
（９）  前記ＢＡＲＣの前記除去はプラズマ・アシュ・プロセスを含む、第８項記載の集積回路の銅構造を形成する方法。
【００２１】
（１０）  第１の誘電層（３０）と第２の誘電層（４０）とをエッチング停止層（２０）の上に形成する。前記第２の誘電層の上にハードマスク層（５０）を形成し、前記第１の誘電層（３０）と第２の誘電層（４０）の中にビア（６２）を形成する。溝（８５）を部分的にエッチングし、ＢＡＲＣをビア（６２）から完全にまたは部分的に除去して溝（８５）をほとんど第２の誘電層（４０）内に形成し、溝エッチング・プロセスを完了する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明とその利点を完全に理解するため、添付の図面と共に説明を参照していただきたい。図中、同じ参照番号は同じ機能を表す。
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
２０  エッチング停止層
３０  第１の誘電層
４０  第２の誘電層
６２  ビア
８５  溝
【図１】
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