(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持層上の絶縁層に少なくとも１つの開口部を、該開口部の側壁にバリア層を堆積させるとともに、実質的に開口部の底面にバリア層を堆積させないように、形成するための半導体デバイスの製造方法であり、該方法が、
上記支持層を、
ａ）少なくとも上記開口部の側壁に上記バリア層を堆積させるための第１の成分であって、１−メチルシラン，２−メチルシラン，３−メチルシラン，４−メチルシラン，ＳｉＨ４及びＮ２の混合物およびそれらの組合せから構成されるグループから選択される成分と、
ｂ）上記絶縁層に開口部を形成するための第２の成分であって、Ｎ２／Ｏ２の混合物，Ｏ２，Ｏ３およびそれらの組合せから構成されるグループから選択される成分と、
ｃ）上記開口部の底面に形成される上記バリア層を除去するための第３の成分であって、ＮＦ３，ＳＦ６，Ｆ２，ＣｌＦ３およびそれらの混合物から構成されるグループから選択される成分と、の少なくとも３つの成分を含むガス状の混合物内で生成されたプラズマに曝し、
上記プラズマで絶縁層をエッチングし、
上記プラズマで開口部の側壁にバリア層を堆積させるとともに、開口部の底面に形成されるバリア層を除去するステップを有している半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
上記ガス状の混合物が、更に、不活性ガスを有する、請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
上記プラズマが、連続的なプラズマである、請求項１又は２に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
上記プラズマが、パルスプラズマである、請求項１〜３のいずれか一に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
上記バリア層が、金属拡散バリア層である、請求項１〜４のいずれか一に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
上記バリア層が、少なくともシリコンカーバイドを有する、請求項５記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】
上記絶縁層が、少なくとも１つの多孔性の材料を有する、請求項１〜６のいずれか一に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項８】
上記絶縁層が、有機体を含む絶縁層である、請求項１〜７のいずれか一に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項９】
上記絶縁層が、無機体を含む絶縁層である、請求項１〜７のいずれか一に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
上記開口部が、上記絶縁層を介して、下にある導電層に対して、若しくは、下にあるバリア層に対して延びるビアホールである、請求項１〜９のいずれか一に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１１】
上記絶縁層を、絶縁層上に形成されるレジストハードマスク層と、該ハードマスク層上に形成されるレジスト層とを有する二層構造体で被覆し、
上記二層構造体をパターニングするステップを更に有する、請求項１〜１０のいずれか一に記載の半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路（ＩＣ）の処理及び製造に関する。開口部の底面にバリア層を実際に配置させることなく、開口部の側壁部にバリア層を配置しつつ、絶縁層に開口部をエッチングするためのデバイス及び方法が提供される。
【０００２】
【従来の技術】
長年、デバイス寸法の縮小，集積回路内の若しくはキャリヤパッケージ上のデバイスの記録密度の増大に伴い、より高速な集積回路が求められてきた。デバイスのレイアウトルールを小さくすることにより、より高速な固有のスイッチング速度を備えたトランジスタを得ることが可能となる。加えて、デバイスを互いにより近接するように搭載することにより、トランジスタデバイス間での通信時間が短くなる。両アプローチは、全体のパフォーマンスを向上させて、回路を組み立てることを可能とする。すなわち、より高速なスイッチング速度は、より機能的な回路を兼ねることになる。加えて、集積回路領域は増大し、任意の領域に統合され得るデバイスよりもずっと高度の機能性を備えた回路になる。
【０００３】
これらのデバイスを接続する構造は、複数の金属レベルを有することができ、該金属レベルは、照準の相互接続パターンに依存して、中間の電気的に絶縁する層により互いに隔てられる、若しくは、これらの絶縁層を介した導電性の接続により互いに接続される。これらの絶縁層は、また、同じ金属レベル上で規定される相互接続構造の分離に加わる。これら相互接続の構造の寸法が小さくなることに加え、付加的な測定が、厳密な速度の仕様に見合うことができるように必要とされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
将来の技術については、集積回路の製造におけるバックエンド処理の影響が増大することが認識される。相互接続構成のＲＣ遅延時間が集積回路の次世代の制限速度因子であることをあらわす、集積回路のデバイスのサイズが縮小し続けることに従い、バックエンド処理における大きな変化が必要になる。この問題に対処すべく、２つの主要なルート、すなわち、より高い導電性をもつ金属の導入及びより低い誘電率をもつ誘電材料の導入が考慮される。
【０００５】
これらの材料の導入は、ドライエッチプロセス，浄化方法，バリアの必要条件が全て適切であるバックエンド処理の方式の見地を変えるものである。
【０００６】
アルミニウム合金及び酸化物が相互接続技術において広く用いられる一方で、銅及び例えば高分子などの新しい低いｋの誘電体が、将来の選択材料として受け入れられるにつれ、マイクロエレクトロニクスにおいて急速に普及してきた。銅は、より低い抵抗をあらわし、多くの処理パラメータ次第で、この低抵抗が、エレクトロマイグレーション（electromigration：電解移動）に対するより良好な抵抗と併用され得る。銅の導入は、ダマシン処理の導入を必要とするもので、それは、導電素子のパターニングを使用する標準的な処理に関して、重要な変化である。ダマシン処理では、絶縁層に溝が形成される。溝のパターニング後、金属層が、溝内及び絶縁層上に配置される。最後に、金属層が、ビア（via）及び金属で充填される溝のみ残して、絶縁層の上面に至るまで研磨される。
【０００７】
相互接続構成における銅の使用には、一般に知られる不都合が伴う。銅は、低いｋの材料などの、周囲の絶縁層にて、非常に速く拡散することが可能で、それが、信頼性及び信号遅延に不利に影響する。この問題を解決すべく、幾つかの解決策が提案されている。近年利用されている技術は、銅と絶縁層との間に、非選択式に、拡散バリア層、例えば、窒化タンタル（ＴａＮ），窒化チタニウム（ＴｉＮ）等の耐火性の金属を配置することにより、周囲の層における銅イオンの移動を抑制する。例えばビア又はコンタクトホール等の、これらの絶縁層における開口部の直立した側壁とともに、水平物すなわち底面は、バリア材料で被覆される。化学的蒸着（ＣＶＤ）技術の場合には、バリアが等角に配置される。物理的蒸着（ＰＶＤ）技術の場合には、開口部の直立した側壁及び底面の被覆範囲は、開口部の上面の被覆範囲と比較して小さい。しかしながら、側壁と水平な被覆との間の比は、成膜パワー及び成膜の偏りなどのプロセスパラメータを変更することにより、ある程度調整可能である。
【０００８】
幾つかの問題は、上述したプロセスに関係するものである。バリア層は常に絶縁層における開口部の直立した側壁及び底面に配置されるので、開口部の底面でのバリア層の存在は、ある不都合をもたらす。金属ラインの導電性を保証するために、開口部の底面におけるバリアは、導電性のある材料で作られる必要がある。バリア層とその下にある導電層との間の接着は、常に良好でなく、それにより、異なる導電レベル間での電流に影響する。開口部が、絶縁層の下側で金属層に接続するために、その後に金属で充填されると、両金属層間のバリア層が、構造のエレクトロマイグレーション（electromigration）の動作に不利に影響する。
【０００９】
加えて、誘電エッチングプラズマに対する標準的な方式の銅の層の露出は、銅の上面の残留物の形成を招来する。同時に、保護されない低いｋの側壁に対する銅スパッタリング（たとえ少量でも）及び再析は回避できない。それ故、低いｋの材料内への銅の拡散を防止するために、絶縁の低いｋの材料においてエッチングされた開口部の側壁から銅を除去するためのエッチング後浄化方法を用いる必要がある。バリアのエッチング後、良好なビア抵抗を得るには、銅の上面の残留物を浄化するために、更なる浄化方法が必要である。使用される異なる浄化方法は、低いｋの材料の存在と矛盾のないもので、また、開口部の側壁への銅のスパッタリングを回避しなければならない。
【００１０】
ダマシン金属被覆方式では、第１のステップが、銅の表面の事前浄化であり、元の場所での事前浄化である。このステップは、低いｋの側壁における銅の再析を伴う高い危険性を有しており、次の高温でのバリアスパッタプロセスの間に、低いｋの材料内への次の拡散を招来し得る。加えて、事前浄化ステップが、低いｋの材料の特性を、例えば、完全なプロセスの完成後のｋの値の増加を招来するように変化させる。ＰＶＤ技術を用いたＴａＮバリア層の形成は、かかるプロセスの固有の制限されたステップカバレージにより、高いアスペクト比の特徴に関して困難である。薄すぎるという悪い品質のＴａＮバリア又は層は、銅バリアのフィルムの局部的な破壊を招き、その結果、銅のための拡散経路を生成する。
【００１１】
ＣＭＰプロセスステップは、銅及びＴａＮのＣＭＰ除去について、それぞれ、２つの異なるスラリー（slurry：懸濁液）を使用する。これにより、ＣＭＰプロセスは、非常に難しく、非常に複雑に、また、時間やスラリーを浪費するようになり、媒体プロセスの品質を維持するには非常にコストがかかる。
【００１２】
開口部が多孔性の絶縁材料内に形成される場合には、開口部の側壁における絶縁材料の孔が互いに交わり、その結果、粗い側壁になる。続いて、バリア層が、開口部の側壁に、例えばＰＶＤにより堆積され、これにより、開口部の粗い側壁と同じ輪郭を有するバリア層が得られることになる。これは、最終的なデバイスのパフォーマンスに不利に影響する。
【００１３】
ＵＳ５８１８０７１号は、拡散バリア層として、シリコンカーバイド層、より詳しくは、約２．５マイクロオーム−センチメートルよりも小さい抵抗を備えた誘電体と導電性の高い金属層との間の層、を組み入れた相互接続構成を開示している。ＵＳ５８１８０７１号は、下にある層、より詳しくは金属層を露出すべく、選択式に、シリコンカーバイド層をパターニングする若しくは除去する方法を開示していない。
【００１４】
ＵＳ５９０４５６５号は、ビア及びダマシン構造をパターニングした後に、ビア又はダマシン構造内にバリア層を選択式に形成する方法を開示する。
ＵＳ５１７６７９０号は、下にある金属のスパッタリングを抑制しつつ、絶縁層を介してエッチングすることにより、集積回路において、ビアを形成するための改良したプロセスを開示している。上記プロセスは、例えば、ガス状のエッチング剤において、化学公式ＣｘＨｙＦｚを有する１つ又はそれ以上の３−６の炭素原子でフッ素化処理された炭化水素を用いることにより、実行される。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
実質的に開口部の底面にバリア層を堆積させることなしに、開口部の側壁にバリア層を堆積させつつ、絶縁層に開口部をエッチングする方法が望ましい。
【００１６】
本発明の第１の形態では、支持層上の絶縁層に、少なくとも１つの開口部を、実質的に開口部の底面にバリア層を堆積させることなしに、開口部の側壁にバリア層を堆積させつつ、形成するための方法が開示されており、該方法は、
上記支持層を、少なくとも上記開口部の側壁に金属バリア層を堆積させるための第１の成分と、上記絶縁層に開口部を形成するための第２の成分と、上記開口部の底面に形成されるバリア層を除去するための第３の成分とからなる少なくとも３つの成分を含むガス状の混合物内で生成されたプラズマにさらし、
上記プラズマで絶縁層をエッチングし、
上記プラズマで開口部の側壁にバリア層を堆積させるステップを有している。
【００１７】
エッチング及び堆積のステップは、実質的に開口部の底面にバリア層を形成することなく、絶縁層に開口部を形成しつつ、バリア層が開口部の側壁に形成されるように、上記プラズマを制御することにより実行される。
【００１８】
第１の形態では、本発明の第１の形態にて具体的に説明される方法が開示され、ここでは、上記第１の成分が、１−メチルシラン，２−メチルシラン，３−メチルシラン，４−メチルシラン，ＳｉＨ４及びＮ２の混合物，ＷＦ６及びＮ２の混合物及びそれらの組合せから構成されるグループの少なくとも１つを有する。
【００１９】
第１の態様では、更に、本発明の第１の形態にて具体的に説明される方法が開示され、ここでは、上記第２の成分が、ＮｘＯｙ，ＣｘＦｙＨｚＯｕ，Ｎ２／Ｏ２，Ｏ２，Ｏ３，ＮＨ３，ＣＯ，ＣＯ２，ＣＨ４及びそれらの組合せから構成されるグループの少なくとも１つを有する。
【００２０】
第１の態様では、また、更に、本発明の第１の形態にて具体的に説明される方法が開示され、ここでは、上記第３の成分が、少なくとも上記エッチングプラズマにおけるハロゲンイオン又は基を形成する化学的な化合物を有する。
【００２１】
第１の態様では、また、更に、本発明の第１の形態にて具体的に説明される方法が開示され、ここでは、上記第３の成分が、ＮＦ３，ＳＦ６，Ｆ２，ＣｌＦ３、及び、ＣｘＦｙＨｚから構成されるグループの少なくとも１つである。
【００２２】
第１の態様では、また、更に、本発明の第１の形態にて具体的に説明される方法が開示され、ここでは、ガス状の混合物が、更に、不活性ガスを有する。
【００２３】
第１の態様では、また、更に、本発明の第１の形態にて具体的に説明される方法が開示され、ここでは、上記プラズマが、連続的なプラズマである。第１の態様では、また、更に、本発明の第１の形態にて具体的に説明される方法が開示され、ここでは、上記プラズマが、パルスプラズマである。
【００２４】
第１の態様では、また、更に、本発明の第１の形態にて具体的に説明される方法が開示され、ここでは、上記バリア層が、金属拡散バリア層である。好ましくは、上記バリア層が、銅拡散バリア層である。上記バリア層は、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｔａ，ＴａＮ，ＴａｘＳｉｙＮｚ，ＷｘＮｙ，ＷｘＣｙＮｚ，ＳｉＣ，ＳｉＯＣ，ハロゲン化されたＳｉＣ，ハロゲン化されたＳｉＯＣ及びそれらの組合せから構成されるグループから選択可能である。
【００２５】
第１の態様では、また、更に、本発明の第１の形態にて具体的に説明される方法が開示され、ここでは、上記絶縁層が、少なくとも１つの多孔性の材料を有する。上記絶縁層は、有機体を含む絶縁層又は無機体を含む絶縁層であってもよい。
【００２６】
第１の態様では、また、更に、本発明の第１の形態にて具体的に説明される方法が開示され、ここでは、上記開口部が、上記絶縁層を介して下にある導電層又は下にあるバリア層に対して延びるビアホールである。
【００２７】
第１の態様では、また、更に、本発明の第１の形態にて具体的に説明される方法が開示され、ここでは、方法が、更に、上記支持層をさらすステップの前に、上記絶縁層を、絶縁層上に形成されるレジストハードマスク層と、該ハードマスク層上に形成されるレジスト層とを有する二層構造体で被覆し、
上記二層構造体をパターニングするステップを有する。
【００２８】
本発明の第２の態様では、開口部を備えた絶縁層を支持層上に有するとともに、開口部の側壁がバリア層で被覆され、開口部の底面が実質的にはバリア層で被覆されないデバイスが開示されており、該デバイスが、
上記支持層を、少なくとも上記開口部の側壁に金属バリア層を堆積させるための第１の成分と、上記絶縁層に開口部を形成するための第２の成分と、上記開口部の底面に形成されるバリア層を除去するための第３の成分とからなる少なくとも３つの成分を含むガス状の混合物内で生成されたプラズマにさらし、
上記プラズマで絶縁層をエッチングし、
上記プラズマで開口部の側壁にバリア層を堆積させるステップを有する方法により取得可能である。
【００２９】
第２の態様では、また、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、上記第１の成分が、１−メチルシラン，２−メチルシラン，３−メチルシラン，４−メチルシラン，ＳｉＨ４及びＮ２の混合物及びそれらの組合せから構成されるグループから選択される。
【００３０】
第２の態様では、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、上記第２の成分が、ＮｘＯｙ，ＣｘＦｙＨｚＯｕ，Ｎ２／Ｏ２の混合物，Ｎ２／Ｈ２の混合物，Ｏ２，Ｏ３及びそれらの組合せから構成されるグループから選択される。
【００３１】
第２の態様では、また、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、上記第３の成分が、上記プラズマにおけるハロゲンイオン又は基を形成する化学的な化合物を有する。
【００３２】
第２の態様では、また、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、上記第３の成分が、ＮＦ３，ＳＦ６，Ｆ２，ＣｌＦ３及びそれらの組合せから構成されるグループから選択される。
【００３３】
第２の態様では、また、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、ガス状の混合物が、更に、不活性ガスを有する。
【００３４】
第２の態様では、また、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、上記プラズマが、連続的なプラズマである。
【００３５】
第２の態様では、また、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、上記プラズマが、パルスプラズマである。
【００３６】
第２の態様では、また、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、上記バリア層が、金属拡散バリア層である。
【００３７】
第２の態様では、また、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、上記バリア層が、シリコンカーバイドを有する。
【００３８】
第２の態様では、また、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、上記絶縁層が、少なくとも１つの多孔性の材料を有する。
【００３９】
第２の態様では、また、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、上記絶縁層が、有機体を含む絶縁層である。
【００４０】
第２の態様では、また、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、上記絶縁層が、無機体を含む絶縁層である。
【００４１】
第２の態様では、また、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、上記開口部が、上記絶縁層を介して下にある導電層又は下にあるバリア層に対して延びるビアホールである。
【００４２】
第２の態様では、また、更に、本発明の第２の形態にて具体的に説明されるデバイスが開示され、ここでは、デバイスを製造する方法が、更に、
上記絶縁層を、絶縁層上に形成されるレジストハードマスク層と、該ハードマスク層上に形成されるレジスト層とを有する二層構造体で被覆し、
上記二層構造体をパターニングするステップを有する。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下の記載及び例は、本発明の好適な実施形態を詳細に示している。当業者は、その範囲に含まれる種々の変形及び改良が可能であることを認識するであろう。したがって、好適な実施の形態の記載は、それが本発明の範囲を制限するものと考えるべきではないものである。
【００４４】
本発明の第１の様相では、支持層上の絶縁層に、少なくとも１つの開口部を、実質的に開口部の底面にバリア層を堆積させることなしに、開口部の側壁にバリア層を堆積させつつ、形成するための方法が開示されており、該方法は、
上記支持層を、少なくとも上記開口部の側壁に金属バリア層を堆積させるための第１の成分と、上記絶縁層に開口部を形成するための第２の成分と、上記開口部の底面に形成されるバリア層を除去するための第３の成分とからなる少なくとも３つの成分を含むガス状の混合物内で生成されたプラズマにさらし、
上記プラズマで絶縁層をエッチングし、
上記プラズマで開口部の側壁にバリア層を堆積させるステップを有している。
【００４５】
ここに引用されるように、本発明の第１の様相に開示されるステップは、また、プラズマエッチング若しくはプラズマエッチプロセスと呼ばれており、このように、少なくとも、支持層をプラズマにさらすステップと、エッチングステップと、堆積ステップとを含んでいる。
【００４６】
エッチング及び堆積ステップは、絶縁層に開口部を形成しつつ、バリア層が、実質的に開口部の底面にバリア層を形成することなく、開口部の側壁に形成されるように、上記プラズマを制御することにより実行される。この文脈で用いられる「実質的に」とは、開口部の底面におけるバリア層が、事実上プラズマにより除去されるものの、形成され得ることを意味する。
【００４７】
「バリア層」は、開口部の側壁の少なくとも一部に存在するいかなる種の層として理解されるべきである。もし開口部が所定の材料で充填されれば、バリア層は、絶縁層と開口部を充填する材料との間の層と理解されるべきである。バリア層は、実質的に、開口部を充填する材料による絶縁層内への拡散を防止すべきである。
【００４８】
「層」は、少なくとも１つの分子の厚さを有するいかなる層を有するものと理解されるべきである。層の例は、これに限定されるものではないが、単分子層，積み重なった単分子層，５０ｎｍより薄いフィルム若しくは５０ｎｍより厚いフィルムを有する。
【００４９】
ここに記載される方法は、絶縁層に開口部をエッチングしつつ、開口部の側壁の少なくとも１つの少なくとも一部におけるバリア層の形成を実現するようにして実行される。好ましくは、プラズマが、バリア層が絶縁材料における開口部の側壁における常置の接着層として形成されるように制御される。このことは、プラズマの特定の状態（イオンエネルギー及び偏り，温度，エッチングガスの圧力及び組成等）が選択される必要がある。その結果、開口部の側壁におけるバリア層は、実質的にプロセスの間にはエッチングされない。好ましくは、ガス混合物の組成及び状態が、開口部の底面に蓄積されるバリア材料を除去することができるように選択される。絶縁層において開口部を形成するために、プラズマが用いられる。プラズマを用いるエッチングは、典型的に、異方性エッチングとなる。プラズマエッチングを実行するには、エッチング反応がイオン衝撃により効率的に刺激されつつ、自発的なエッチングは無視できる程度であることが好ましい。換言すれば、横方向のエッチングは、垂直方向のエッチングの割合と比較して、無視出来るほど小さくあるべきである。更に、プラズマは、バリア層が実質的に開口部の底面に形成されることなく、開口部の側壁に形成されるように、開口部が作られるように制御される。本発明の目的のために、プラズマエッチングは、プラズマ補助エッチング、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）若しくは反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）として理解される。
【００５０】
プラズマエッチング用のガスエッチング混合物は、少なくとも３つの成分、すなわち、少なくとも開口部の側壁にバリア層を堆積させるための第１の成分と、上記絶縁層に開口部を形成するための第２の成分と、上記開口部の底面に形成されるバリア層を除去するための第３の成分とを有する。上記第１，第２及び第３の成分は、化学的に異なる種であってもよい。上記ガス混合物は、１つ又は２つの成分を有することもできる。もしガス成分が１つの成分を有していれば、この成分は、少なくとも開口部の側壁にバリア層を堆積させるための、絶縁層に開口部を形成するための、また、開口部の底面に形成されるバリア層を除去するためのものである。このことは、プラズマにおける化学的な組成及びそれに対応する物理的な動作が事前に選択されるべきであることを意味している。もしガス混合物が少なくとも２つの成分を有していれば、第１の成分は、（ｉ）少なくとも上記開口部の側壁に上記バリア層を堆積させるために、若しくは、（ｉｉ）少なくとも上記開口部の側壁にバリア層を堆積させ、また、開口部の底面に形成されるバリア層を除去するために、あるいは、（ｉｉｉ）上記絶縁層に開口部を形成し、また、開口部の底面に形成されるバリア層を除去するために、選択されるように規定されるべきである。第２の成分は、（ｉ）少なくとも上記開口部の側壁にバリア層を堆積させ、若しくは、（ｉｉ）上記絶縁層に開口部を形成し、あるいは、（ｉｉｉ）上記開口部の底面に形成されるバリア層を除去するためのものである。
【００５１】
第１及び第２の種々の組合せが可能である。
【００５２】
上記支持層は、Ｓｉ，ＧａＡｓ，Ｇｅのような半導体材料、又は、例えばガラススライス等の絶縁材料、若しくは、導電材料の部分的に処理されたあるいはそのままのウエハ又はスライスであってもよい。上記支持層は、パターニングされた導電層を有することができる。特に、上記支持層が、部分的に処理されたウエハ又はスライスである場合には、能動及び／又は受動デバイスの少なくとも一部が形成されても、及び／又は、これらのデバイスを相互接続する構造の少なくとも一部が形成されてもよい。
【００５３】
上記絶縁層は、有機体を含む絶縁層又は無機体を含む絶縁層であり得る。
【００５４】
本願の第１の様相に記載される発明は、半導体の処理に特に適している。
【００５５】
本発明の第１の様相では、支持層上の絶縁層に、少なくとも１つの開口部を、実質的に開口部の底面にバリア層を堆積させることなしに、開口部の側壁にバリア層を堆積させつつ、形成するための方法が開示されており、該方法は、
上記支持層を、少なくとも上記開口部の側壁に金属バリア層を堆積させるための第１の成分と、上記絶縁層に開口部を形成するための第２の成分と、上記開口部の底面に形成されるバリア層を除去するための第３の成分とからなる少なくとも３つの成分を含むガス状の混合物内で生成されたプラズマにさらし、
上記プラズマで絶縁層をエッチングし、
上記プラズマで開口部の側壁にバリア層を堆積させるステップを有している。
【００５６】
上記方法は、更に、その側壁がバリア層でまた導電材料で被覆される上記開口部を充填するステップを有している。
【００５７】
上記支持層は、これに限定されるものでないが、例えばシリコン支持層及びゲルマニウム支持層を含む、半導体処理で用いられる支持層であってよい。上記支持層は、ウエハ，ＩＣ組立のプロセスにおける構造，ＩＣ組立のプロセスにおける支持層上の層，半導体層若しくはＩＣ組立のプロセスにおける半導体層であってよい。
【００５８】
「組立」は、構造のパターニングを指す。より詳しくは、支持層は、ダマシン処理，デュアルダマシン処理、若しくは、フロントエンド処理にさらされ得る。ここで、フロントエンド処理手段は、ソース，ドレイン又はゲート領域における接触をもたらす。
【００５９】
「開口部」は、半導体製造に用いられる支持層において作られたビアホール，トレンチ，溝又はコンタクトホールを含むものと理解されるべきである。もし開口部がビアホールであれば、それは、下にある導電層又は下にあるバリア層へ絶縁層を介して延びる。もし開口部がコンタクトホールであれば、それは下にあるソース，ドレイン又はゲート領域へ接触するように、上記絶縁層を介して延びる。
【００６０】
「絶縁層」は、導電材料で作られる層を互いから電気的に隔離するために用いられる非導電材料で作られる層又は積み重なった層を指す。上記絶縁層は、シリコン酸化物，シリコン窒化物及びシリコンオキシナイトライドを含んでいてもよい。上記絶縁層は、水素化されたシリコンオキシカーバイドとともに、酸素，炭素及びシリコンの様々な濃度を備えたシリコンオキシカーバイドを有する。上記絶縁層は、また、これに限定されるものではないが、ベンジル基，飽和状態になった炭素−炭素バウンド（bound）及びその同様のものを含む材料を含有する有機体を備えた、有機体を含む材料であってよい。上記絶縁層は、多孔性の材料で作られてもよい。
【００６１】
上記バリア層は、（開口部を充填する）導電材料の絶縁層内への拡散を防止する層又は積み重なった層であってよい。バリア層の性質は、開口部を充填する導電材料により決定される。金属が銅である場合には、バリア層は、これに限定されるものでないが、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｔａ，ＴａＮ，ＴａｘＳｉｙＮｚ，ＷｘＮｙ，ＷｘＣｙＮｚ，ＳｉＣ，ＳｉＯＣ，水素化されたＳｉＣ，水素化されたＳｉＯＣ及びそれらの組合せを含んでもよい。堆積したバリア層の厚さは、５０ｎｍより小さく、２０ｎｍより小さく、また、好ましくは１０ｎｍより小さい。最適な実施の形態では、バリア層の厚さは、１〜５ｎｍの間である。上記バリア層は、常置のバリア層である。このことは、開口部の充填後に、バリア層が実質的に開口部の側壁に残ることを意味している。上記バリア層は、開口部の側壁に対して良好な接着性を有する必要がある。
【００６２】
好適な実施の形態の第１の様相では、上記混合物が、少なくとも３つの成分を有する。上記混合物は、ガス混合物であってよい。「成分」とは、反応チャンバ内にあり、プラズマに露出される化学的な分子を含むものと理解されるべきである。少なくともそれら３つの成分をプラズマにもたらすことにより、開口部が絶縁層に形成される。更に、バリア層が、開口部の側壁に形成される。
【００６３】
第１の成分は、バリア層の元の堆積の要因となる化学物質を含んでいる。ＳｉＣバリア層に関して、第１の成分の例は、これに限定されるものでないが、１−メチルシラン（１ＭＳ），２−メチルシラン（２ＭＳ），３−メチルシラン（３ＭＳ）及び４メチルシラン（４ＭＳ）を含む。ＷｘＮｙのバリア層に関しては、第１の成分は、これに限定されるものでないが、ＷＦ６及びＮ２の混合物を含んでもよい。Ｓｉ３Ｎ４のバリア層に関して、第１の成分は、ＳｉＨ４及びＮ２の混合物であってもよい。
【００６４】
第２の成分は、絶縁誘電体の異方性エッチングを化学物質を含んでいる。第２の成分の例は、ＮｘＯｙ，ＣｘＦｙＨｚＯｕ，Ｎ２／Ｏ２，Ｏ２，Ｏ３，ＮＨ３，ＣＯ，ＣＯ２，ＣＨ４及びそれらの組合せである。
【００６５】
第３の成分は、本願の他の実施の形態により、バリア層の異方性エッチングの要因となる化学物質を有する。上記第２の成分は、プラズマにてイオン又は基を形成することができ、また、開口部の底面におけるバリア層と反応することができ、それによって、揮発性の反応生成物が形成される。第３の成分の例は、例えばＮＦ３，ＳＦ６，Ｆ２，ＣｌＦ３等のフッ素を含む化学物質であり、また、酸素などの添加物を備えた若しくは備えない塩素を含む化学物質である。
【００６６】
これらのエッチングプラズマは、更に、ヘリウムやアルゴン等の不活性ガスを有する。
【００６７】
前述した第１の成分，第２の成分及び第３の成分の種々の組合せが可能である。
【００６８】
上記ガス混合物は、また、１つ又は２つの成分を有してもよい。もしガス成分が１つの成分を有すれば、この成分は、少なくとも開口部の側壁にてバリア層を堆積させるための、上記絶縁層にて開口部を形成するための、また、開口部の底面上に形成されるバリア層を除去するためのものである。もしガス混合物が少なくとも２つの成分を有すれば、第１の成分は、（ｉ）少なくとも開口部の側壁においてバリア層を堆積させ、絶縁層に開口部を形成するために、又は、（ｉｉ）少なくとも開口部の側壁にバリア層を堆積させ、開口部の底面に形成されたバリア層を除去するために、若しくは、（ｉｉｉ）絶縁層に開口部を形成し、開口部の底面に形成されるバリア層を除去するために、選択されるように規定されるべきである。第２の成分は、（ｉ）少なくとも開口部の側壁にバリア層を堆積させるための、又は、（ｉｉ）絶縁層に開口部を形成するための、若しくは、（ｉｉｉ）上記開口部の底面に形成されるバリア層を除去するためのものである。第１及び第２の成分の種々の組合せが可能である。
【００６９】
プラズマに支持層を曝すことにより、プラズマを利用した絶縁層のエッチング及びプラズマを利用した開口部の側壁におけるバリア層の堆積が行われる。プラズマは、絶縁層に開口部を得るように、また、開口部の側壁におけるバリア層の堆積を得るように選択される。このことは、エッチングガス，温度，圧力，エッチングガスのイオンエネルギー及びバイアスが事前に選択されることを意味している。更に、プラズマの電子濃度は、プラズマに印加される電力，電力の周波数及び反応器の壁部及び不活性ガスの性質を調整することにより選択される。ガスエッチング混合物が、３つの成分を有してもよい。これらの成分は好ましくは揮発性であり、バリア層の形成に必要な化学原子を含んでいる。
【００７０】
プラズマエッチングにおいて、エッチングされた表面は、ウエハの表面に対して垂直になるように方向付けられて、イオン流束に曝される。プラズマでは、また、基が生成されるが、その基は、ランダムな分布を有する。このイオン流束は、高度の異方性を取得することを目的とするプラズマ内に存在する。プラズマのバルクがウエハ面以上の正のポテンシャルにあるため、垂直になるように方向付けられたイオン流束の源は、プラズマのバルクとウエハ面との間にシースポテンシャル（sheath potential）が存在する中に見出される。プラズマのバルクでは、イオンは、ランダムに分布された方向に移動する。しかしながら、それらがシースにアプローチする毎に、ポテンシャルの差は、イオンが、電界によって、ウエハ面に対して直交するウエハ面上に衝突するように誘導することになる。異方性のエッチングの目的は、エッチング反応が、イオン流束が存在する中で起こり、また、イオン流束に曝されない表面上でのエッチングを防止する、つまり、堆積をもたらすようにすることである。絶縁層をエッチングする間に、絶縁材料は、開口部が形成されるように除去される。開口部は、物理的なプロセス（イオン流束）及び化学反応により形成される。イオン流束は、また、開口部の底面におけるバリア層の直接除去の原因となる。イオン流束は、実質的に開口部の底面におけるバリア層の構成を回避する。エッチングされた開口部の垂直な側壁は、好ましくくは、このイオン流束に曝されず、したがって、エッチングが行われない。
【００７１】
上記エッチングプラズマは、連続的なプラズマであってよい。これは、励起パワーが連続的に混合物に印加されることを意味している。上記プラズマは、また、中断されてもよい。つまり、ガス混合物に印加されるパワーは、規定の周期、例えば１ｍｓから１０ｍｓまでの範囲で加えられる。パルス間の時間（デューティサイクル）は、特定のプラズマ状態に依存している。
【００７２】
また、連続的な低パワーを印加することやパルス状のプラズマを印加することも可能である。
【００７３】
銅拡散バリアが既に堆積するため、ここに記載されるようなプロセスは、エッチングプラズマから絶縁層を保護し、また、同等に重要な絶縁層の側壁への銅スパッタリングが好ましくなくなる。更に、本発明のこの態様に記載されるようなプロセスは、絶縁材料が保護され、開口部の側壁から銅を除去する必要がないため、バリアエッチング後の浄化が容易化されるという利点を有する。
【００７４】
上記発明は、プラズマエッチングステップの前に、更に、（ｉ）絶縁層上に形成されるレジストハードマスク層と、該レジストハードマスク層上に形成されるレジスト層とを有する二層構造体で、絶縁層を被覆し、（ｉｉ）上記二層構造体をパターニングするステップを有している。この発明に記載されるようなプラズマエッチングプロセス後に、開口部は浄化され、後に導電材料で充填され得る。上記導電材料は、これに限定されるものでないが、銅，アルミニウム，金，タングステン及びそれらの組合せなどの金属を含んでいてもよい。
【００７５】
図２は、この発明の実施の形態を示す。実質的に開口部（４）の底面（８）上にバリア層を形成することなく、開口部（４）の側壁（７）上に銅バリア層を形成しつつ、絶縁層（３）における開口部（４）の形成についてのプロセスが提供される。上記開口部が、絶縁層におけるビアホールである。絶縁層は、下にある導電層（２）を被覆する。溝が、導電層に対して延びる。導電層は、バックエンドＩＣ処理された支持層（１）上に形成される。
【００７６】
本発明の実施の形態によれば、銅バリア層は、シリコンカーバイド層を有する。この発明の目的のために、シリコンカーバイドは、少なくともＳｉ及びＣから構成される層（例えばＳｉＣ）、又は、少なくともＳｉ，Ｃ及びＯから構成される層（すなわち、例えばＳｉＯＣ等のシリコンオキシカーバイド）、若しくは、少なくともＳｉ，Ｃ及びＨから構成される層（例えばＳｉＣ：Ｈの無定形の水素化されたシリコンカーバイド）を有するように理解される。支持層は、反応イオンエッチング（ＲＩＥ）プラズマツール等のプラズマエッチングツールの加圧室に導かれ、処理される。加圧室の温度は、好ましくは、６００°Ｃ又はそれより低く、より好ましくは、４００°Ｃより低い。
【００７７】
この温度は、また、１００〜６００°Ｃの範囲の値であってよい。
【００７８】
プロセスは、少なくとも３つの成分を有するガス混合物を用いたプラズマエッチングにより実行される。
【００７９】
第１の成分は、バリア層の元の堆積の要因となる化学物質を含んでいる。ＳｉＣに関して、第１の成分の例は、これに限定されるものでないが、１−メチルシラン（１ＭＳ），２−メチルシラン（２ＭＳ），３−メチルシラン（３ＭＳ）及び４−メチルシラン（４ＭＳ）を含んでいる。
【００８０】
第３の成分は、本発明の他の実施の形態によるこのバリア層の異方性エッチングの要因となる化学物質を含んでいる。第２の成分の例は、例えばＮＦ３，ＳＦ６，Ｆ２，ＣｌＦ３等のハロゲンを含有する化学物質と、添加物を備えた又は備えない塩素を含有する化学物質を含んでいる。
【００８１】
第２の成分は、絶縁誘電体の異方性エッチングの要因となる化学物質を含んでおり、それによって、開口部が形成される。第３の成分の例は、ＮｘＯｙ，ＣｘＦｙＨｚＯｕ，Ｎ２／Ｏ２，Ｎ２／Ｈ２，Ｏ２，Ｏ３及び同等の化学物質を含んでいる。
【００８２】
各成分の量は、好ましくは、総混合物の少なくとも０．１％である。
【００８３】
典型的なこれらの混合物の比は、これに限定されるものでないが、２５／５０／２５である。
【００８４】
これらのエッチングプラズマは、更に、ヘリウム及びアルゴン等の不活性ガスを有することができる。
【００８５】
温度，イオンエネルギー及びバイアス，圧力，プラズマの組成等の最適化されたプロセスの条件は、堆積したバリア層および同時にエッチングされた絶縁層に依存している。例えば銅，アルミニウム及びその同様のもの等のバリア層のタイプは、金属被覆プロセスにて用いられる金属の種類に依存している。
【００８６】
図１は、先行技術において知られるようなプロセスを示している。先行技術と比較して、本発明の方法は、側壁が堆積したバリア層に保護されるので、絶縁層の側壁への銅のスパッタリングを最小限に抑制する。本発明のこの様相に開示されるようなプロセスは、開口部の形成後の浄化を容易化し、開口部の側壁から銅を除去する必要がない。
【００８７】
本発明の他の実施の形態では、開示される方法が、支持層上に存在する多孔性の絶縁材料をエッチングしつつ、銅バリア層を形成するのに用いられる。エッチングされるべき支持層は、ダマシン処理されるシリコン支持層であり得る。第１のステップでは、上記支持層が、プラズマに曝される。プラズマは、ＳｉＣバリア層を堆積させるための第１の成分と、多孔性のシルク層に開口部を形成するための第２の成分と、上記開口部の底面に形成されるＳｉＣバリア層を除去するための第３の成分とからなる３つの成分を含むガス混合物中で生成される。
【００８８】
上記支持層をプラズマに曝すことにより、多孔性の絶縁層において、開口部が形成され、ＳｉＣバリア層が、開口部の側壁にて形成される。絶縁層が多孔性材料で作られるため、側壁は粗い。本願に記載されるような方法を用いることにより、側壁における開口部が、絶縁層の第１の部分にて充填され、また、バリア層が、側壁に形成される。これにより、滑らかな側壁が得られる。先行技術では、開口部が形成され、引き続き、バリア層が例えばＰＶＤにより堆積させられた場合に、バリア層は、開口部の粗い側壁と同様の形状を有する。これは、最終的なデバイスのパフォーマンスに不利に作用する。
【００８９】
本発明の好適な実施の形態によれば、銅バリア層が、シリコンカーバイド層を有する。このシリコンカーバイドは、少なくともＳｉ及びＣから構成される層（例えばＳｉＣ）、又は、少なくともＳｉ，Ｃ及びＯから構成される層（すなわち、例えばＳｉＯＣ等のシリコンオキシカーバイド）、若しくは、少なくともＳｉ，Ｃ及びＨから構成される層（例えばＳｉＣ：Ｈの無定形の水素化されたシリコンカーバイド）を有するように理解される。支持層は、バックエンドＩＣ処理のプロセスにおいて、ウエハを有する。絶縁層は、多孔性のシルクＴＭ（ダウケミカル（Dow Chemical））市場で入手可能である多孔性の低いｋの誘電体である。多孔性の絶縁層は、フォトレジストがスピンさせられる上面で、例えばＳｉＯ２，ＳｉＣ，ＳｉＯ２及びＳｉＣの組合せ、若しくは、スピンオン・ハードマスク（spin‐on hardmask）で被覆される。支持層は、反応イオンエッチング（ＲＩＥ）プラズマツール等のプラズマエッチングツールの加圧室に導かれ、処理される。上記加圧室の温度は、１５〜４０°Ｃの範囲にある。ＲＦ電力設定は、量電極について、２００〜２２００Ｗの範囲にある。動作圧力は、典型的に、５０〜２５０ｍＴｏｒｒ間の値をとる。プロセスは、少なくとも３つの成分を有するガス混合物を用いたプラズマエッチングにより実行される。
【００９０】
第１の成分は、バリア層の元の堆積の要因となる化学物質を含んでいる。ＳｉＣについて、３−メチルシラン（３ＭＳ）又は４メチルシラン（４ＭＳ）が用いられる。
【００９１】
第３の成分は、バリア層の異方性エッチングの要因となる化学物質を含んでいる。ＣＦ４，ＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２またはＣＨＦ３等のフッ素を含むガスが用いられる。無機体のハードマスクオープニング（hardmask‐opening）が、また、アルゴン等の不活性ガス，Ｏ２及び／又はＣＯの組合せによるガスを用いて実行される。
【００９２】
第２の成分が、絶縁誘電体の異方性エッチングの要因となる化学物質を含んでおり、それによって、開口部が形成される。この第３の成分として好適な化学物質は、Ｎ２／Ｏ２，Ｎ２／Ｈ２及びＯ２である。これらは、また、側壁の不動態化及びハードマスクの選択度を向上させるために、ＣＨ４又はＣ２Ｈ４と併用されてもよい。処理手順における第１のステップは、ハードマスクオープニングである。次に、ＳｉＣ層が側壁に堆積する一方で、多孔性のシルクがエッチングされる。エッチングを伝播させるには、ＳｉＣ  Ｃｕ拡散バリアに達するまで、エッチングされた地形の底面においてＳｉＣを連続的に除去することが好ましい。最後に、側壁におけるＳｉＣを除去しないようにするために、このバリアは不活性にエッチングされる。
【００９３】
本発明の別の実施の形態では、開口部の側壁にバリア層を堆積させつつ、支持層上の絶縁層に少なくとも１つの開口部を形成するための方法が開示されており、該方法が、
上記支持層を、少なくとも上記開口部の側壁にバリア層を堆積させるための第１の成分と、上記絶縁層に開口部を形成するための第２の成分とからなる少なくとも２つの成分を含む混合物内で生成されたプラズマにさらし、
上記プラズマで上記絶縁層をエッチングし、
上記プラズマで開口部の側壁にバリア層を堆積させるステップを有している。
【００９４】
前述した実施の形態に対して、この実施の形態では、開口部の底面からバリア層を除去する必要がない。このことは、バリア層が導電材料で作られる場合に、特に適切である。
【００９５】
この実施の形態の種々の様相は、ガス状の混合物が、第３の成分を有していない点を除いて、前述した好適な実施の形態のそれに類似している。
【００９６】
本発明の第２の様相では、デバイスが開示されている。このデバイスは、支持層上に、開口部を備えた絶縁層を有する。開口部の側壁はバリア層で被覆され、開口部の底面は、実質的にバリア層で被覆されていない。上記デバイスは、
上記支持層を、少なくとも上記開口部の側壁に金属バリア層を堆積させるための第１の成分と、上記絶縁層に開口部を形成するための第２の成分と、上記開口部の底面に形成されるバリア層を除去するための第３の成分とからなる少なくとも３つの成分を含むガス状の混合物内で生成されたプラズマにさらし、
上記プラズマで絶縁層をエッチングし、
上記プラズマで開口部の側壁にバリア層を堆積させるステップを有する方法により取得可能である。
【００９７】
上記方法の範囲は、本発明の第１の様相の開示により決定される。
【００９８】
本発明の第２の様相の実施の形態では、デバイスが開示され、該デバイスは、支持層上の多孔性の絶縁層を有している。その多孔性の絶縁層は、開口部を有している。開口部の側壁はバリア層で被覆され、開口部の底面は、実質的にバリア層で被覆されていない。上記デバイスは、
上記支持層を、少なくとも上記開口部の側壁に金属バリア層を堆積させるための第１の成分と、上記絶縁層に開口部を形成するための第２の成分と、上記開口部の底面に形成されるバリア層を除去するための第３の成分とからなる少なくとも３つの成分を含むガス状の混合物内で生成されたプラズマにさらし、
上記プラズマで絶縁層をエッチングし、
上記プラズマで開口部の側壁にバリア層を堆積させるステップを有する方法により取得可能である。
【００９９】
先行技術では、絶縁層に開口部をエッチングすることにより、絶縁材料の孔がプラズマによって横切られるため、粗い開口部がもたらされる。続いてバリア層が例えばＰＶＤ等の先行技術により堆積させられた場合には、バリア層が、開口部の粗い側壁と同様の形状を有する。このことは、最終的なデバイスのパフォーマンスに不利に作用する。前述したような方法を適用することにより、側壁における開口部は、絶縁層の第１の部分にて充填され、また、バリア層が側壁に形成される。これにより、滑らかな側壁が得られる。
【０１００】
本発明の第２の様相の実施の形態に開示されるようなデバイスは、開口部の形成の間に、プラズマにより横切られる孔部が、バリア層を形成する材料で充填されること、及び、好ましくは薄い層であるバリア層が、側壁が実質的に滑らかであるように側壁にて形成されることを特徴としたものである。
【０１０１】
上記記載は、本発明の幾つかの方法及び材料を開示している。この発明は、方法及び材料について改良可能である。かかる改良は、ここに開示される発明の開示又は実施を考慮すれば、当業者に明らかである。そのため、本発明がここに開示されるような特定の実施の形態に限定されるのでなく、本発明は、特許請求の範囲に包含されるような発明の範囲及び要旨内で、全ての改良及び変形をカバーすることが意図されている。ここに引用された全ての引用文献の開示は、完全に組み込まれる。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明によれば、実質的に開口部の底面にバリアを堆積させることなく、開口部の側壁にバリア層を堆積させつつ、支持層上の絶縁層に開口部をエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  先行技術により、絶縁層に開口部を形成し、開口部の側壁にバリア層を堆積させるための従来方法を示す。
【図２】  実質的に開口部の底面にバリア層を堆積させることなく、開口部の側壁にバリア層を堆積させつつ、絶縁層に開口部を形成するための方法を示す。破線の矢印は、プラズマエッチングの異方性の様子をあらわす。
【符号の説明】
１…支持層
２…導電層
３…絶縁層
４…開口部
７…側壁
８…底面
【図１】
0004625229.tif 000002
【図２】
0004625229.tif 000003