(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１メタライゼーション層上にシリコンオキシナイトライド膜を堆積するステップと、
酸化プラズマを用いることによってシリコンオキシナイトライド膜の表面窒素含有量を減少させるステップと、
遠紫外線フォトリソグラフィを用いて第１メタライゼーション層をパターニングするステップと、
第１メタライゼーション層をエッチングするステップと、
誘電層を堆積し、マスクするステップと、
誘電層を通って開口部をエッチングするステップと、
シリコンオキシナイトライド膜と遭遇すると誘電層のエッチングを停止するステップとを含む、ディープサブミクロン半導体構造において金属を堆積させる、方法。
【請求項２】
第２メタライゼーション層を堆積するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１メタライゼーション層がアルミニウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１メタライゼーション層が銅を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
シリコンオキシナイトライド層の厚みと化学組成が、遠紫外線照射の改善された吸収および反応性イオンエッチングの停止を可能にするように選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第１メタライゼーション層が金属エッチプロセスを用いてエッチングされる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
誘電層を平坦化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
層間開口部がバイアを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
層間開口部は炭素とフッ素を含むガスを用いて形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ガス組成が誘電層とシリコンオキシナイトライド膜との間の選択性を与える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
誘電層が二酸化シリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ディープサブミクロン半導体構造において金属を堆積させる方法であって、請求項１の方法が連続した配線を作製するために繰返される、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
１．発明の分野
この発明は半導体プロセスにおけるフォトリソグラフィ技術、より特定的には、高アスペクト比半導体構造内のディープサブミクロンメタライゼーションのデポジションに関する。
【０００２】
２．関連技術の説明
集積回路デバイスの構成においては、アルミニウム、銅またはチタン等の金属層が１層または１層以上堆積され、その後パターニングされてさまざまな回路要素間でオーミックコンタクトまたはショットキーコンタクト、および電気的接続を与える。従来は、フォトレジストは金属層の上に作られ、その後光パターンに露光され、現像される。次に通常はアルミニウムの金属層は選択的にレジスト層の開口部を通して塩素含有ガスによりプラズマエッチングされる。残余のフォトレジストは除去され、最終金属パターンが残る。
【０００３】
反射防止膜（ＡＲＣ′ｓ）は、特に使用される光源が単色の場合の干渉効果および拡散散乱を減少させることによってレジストパターン制御を向上させるために、アルミニウム、銅またはチタンのような反射表面上に塗布されてきた。しかしながら、より高密度の新しい集積回路設計において線幅およびピッチが縮小されると、そのような効果はより許容できなくなってきた。
【０００４】
反射光を減少させるための１つの試みは、金属または耐熱物質をアルミニウム上の反射防止膜として用いることであった。しかしながら金属層反射防止膜およびバイアエッチストップ機能に現在用いられている窒化チタン膜は、深層紫外線フォトレジストとは両立しない。集積回路設計ジオメトリが微細化するにつれ、深準位紫外線フォトリソグラフィがトレンチ、コンタクトおよび／またはバイア構造に金属を堆積するのに用いられるようになっている。反射防止膜としてのシリコンオキシナイトライドの使用はゴチョー（Gocho）らにより１９９４年１月発行応用物理学誌第３３巻第１部１Ｂ４８９−４９４頁掲載の「エキシマレーザリソグラフィのための反射防止層膜の化学気相成長法」（“Chemical Vapor Deposition of Anti-Reflective Layer Film for Excimer Laser Lithography”）において提案された。しかしながら、高密度集積回路の製造に現在用いられている多層配線構造用のシリコンオキシナイトライド膜の使用については何ら言及されなかった。
【０００５】
多層配線構造を製造するために、埋込（embedded）または埋込（buried）トレンチ、バイアおよび／またはコンタクトが、金属配線層間の電気的コンタクトを達成するために作られている。集積回路形成のため堆積された多層内にそのような構造を用いるには、相互に接続される精密層を超えて貫通しないよう、あるフォトリソグラフィのステップを正確に制御および停止させる必要がある。そのような効果を防止するため、エッチストップ剤が一般的に用いられている。しかしながら先行技術はそのような構造の形成におけるエッチストップとしてのシリコンオキシナイトライドの使用については述べていない。
【０００６】
さらに、ＳＰＩＥ第２１９７巻７７０−７８０頁に掲載の、スチューテバント（Sturtevant）らによる「化学的に増幅されたＤＵＶフォトレジストのプロセスにおける基板汚染効果」（“Substrate Contamination Effects in the Processing of Chemically Amplified DUV Photoresists”）およびＳＰＩＥ第２４３８巻５２９−５３９頁に掲載のウシジマ（Ushijima）らによる「ポジ型の化学的に増幅されたレジストにおける基板処理の効果」（“Effects of Substrate Treatment in Positive Chemically Amplified Resist”）においては、金属表面を処理する酸化プラズマの使用について述べられている。しかしながら、これらの参考文献のいずれもシリコンオキシナイトライド表面処理用の酸化プラズマの使用について具体的に述べていない。シリコンオキシナイトライド表面処理用の酸化プラズマの使用に対する１つの試みは、同時係属中の出願の中で開示されている。この同時係属中の出願は１９９７年５月１５日出願の「フォトレジストの定着を防止する半導体製造フォトリソグラフィ用底部反射防止膜形成のプロセス（Process for Forming Bottom Anti-Reflection Coating For Semiconductor Fabrication Photolithography Which Inhibits Photoresist Rooting）」と題されかつこの出願の譲受人に譲渡された出願連続番号０８／８５７０５５号であり、その内容はここに引用により本願へ援用されている。
【０００７】
その技術において欠けているのは、半導体集積回路におけるディープサブミクロン構造内での、反射防止膜およびエッチストップの両者としてのシリコンオキシナイトライドの使用である。そのような構造は、遠紫外線波長を持つフォトレジストを用いてパターニングされるのが慣用であるが、遠紫外線波長は金属表面で反射される傾向があり、配線バイアおよびコンタクトの作製において適切に制御されなければならない。
【０００８】
【発明の概要】
上述のことに鑑みて、この発明の目的は、遠紫外線フォトレジストのフォトリソグラフィック露光の間に、高反射表面からフォトレジストへの光反射を最小にする、集積回路構造製造の改良されたプロセスを提供することである。
【０００９】
この発明の他の目的は、ディープサブミクロンメタライゼーション層の作製の間にアルミニウムまたは銅層からフォトレジスト層への光反射を減少させるプロセスを提供することである。
【００１０】
この発明のさらに他の目的は、遠紫外線フォトレジストが用いられる場合の、ディープサブミクロン寸法を持つ金属層上に効果的エッチストップを提供するプロセスを与えることである。
【００１１】
簡単に言えば、この発明に従うと、アルミニウム、銅またはチタン等の高反射層はシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）膜層で被覆される。シリコンオキシナイトライド膜は、フォトリソグラフィに用いられる遠紫外線波長を強く吸収できる厚みと化学組成に形成され、エッチストップとしての役割を果たす。シリコンオキシナイトライド膜の表面は、酸化プラズマの使用を通じて遠紫外線フォトレジストとより両立するように準備される。その後金属層は遠紫外線フォトレジストを用いてパターニングされ、シリコンオキシナイトライド膜はエッチングで除去されて下層の金属を露出し、金属は従来の金属エッチング技術で処理される。この発明の別の実施例においては、シリコンオキシナイトライド層はアルミニウムメタライゼーション上に堆積される窒化チタン上に、かつこれに加えて堆積される。
【００１２】
バイアエッチストッププロセスは高炭素対フッ素比ガスを用いて行なわれる。シリコンオキシナイトライド膜でエッチが停止した後、２回目のエッチングが行なわれ、シリコンオキシナイトライド膜を除去する。バイア金属デポジションおよび平坦化ステップが次に続く。
【００１３】
この発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面とともにこの発明の現在の好ましい実施例の次の詳細な説明の検討から明らかになるであろう。
【００１４】
この説明中で言及される図面は、特に注記された場合を除いては、同じ割合で書かれていないものと理解されるべきである。さらに、図面はこの発明に従って製造された集積回路のごく一部を例示するにすぎない。
【００１５】
【詳細な説明】
図面を参照するが、図面の参照番号は全体を通じ同番号の要素を示す。図１は集積回路構造の一部の断面図であり、一般的に１０で示され、その上に高反射金属層１２が形成されている。この発明の実現により特に効果が認められる金属層は、アルミニウム、銅およびチタンを含み、したがって、これらの層が好ましい。
【００１６】
金属層１２は、従来のこの実務に従って形成され、この発明の一部とはならない。金属層１２はここでは好ましくはアルミニウム、銅またはチタンを含むと説明されているが、この発明の教示は、ポリシリコン上のタングステンおよびチタンのようなフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングされるべき他の反射物質層に適用できることが認められるであろう。
【００１７】
パターニングプロセスの一部として金属層１２上にフォトレジスト層１６を形成するのが望ましいが、金属層１２の表面からの反射光は、高解像度光リソグラフィと干渉する。したがって、反射防止層１４がまず始めに金属層１２の表面に形成される。フォトレジスト層１６がその後反射防止層１４の表面に形成される。フォトレジスト層１６は、高密度高アスペクト比ディープサブミクロン配線構造において十分なカバレッジを達成するために遠紫外線波長フォトリソグラフィ技術によって形成される。
【００１８】
この発明に従うと、反射防止層１４はシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）を含む。ＳｉＯＮ層１４を形成する厚みとＳｉＯＮ層１４の化学組成は、ディープサブミクロンフォトリソグラフィに用いられる遠紫外線波長を強く吸収することが可能となるよう制御される。また、ＳｉＯＮ層１４の厚みおよび化学組成は酸化物のエッチングを停止することを考慮して、選択される。ＳｉＯＮ層１４の堆積の現在好ましいプロセスは、好適なソースからのプラズマＣＶＤ装置（ＣＶＤ）を用いる。またＳｉＯＮ層１４の表面から窒素含有物を空乏させるため、ＳｉＯＮ層１４の表面は酸化プラズマ（図示せず）で処理され、それによりＳｉＯＮ層１４を遠紫外線フォトレジスト１６の使用とより両立させることができる。
【００１９】
マスク１８は、一般的に技術分野で知られている方法で、フォトレジスト層を堆積し、パターニングするのに用いられる。レジスト露光の後、レジスト層１６は従来の溶剤で現像され、露光済みのレジスト部分が除去される。ＳｉＯＮ層１４とメタライゼーション層１２の露光済みレジスト１６部分の下にある部分がエッチングされる。ＳｉＯＮ層１４のエッチングは、フッ素含有ガス中でプラズマエッチングするのが好ましい。
【００２０】
ＳｉＯＮエッチングに続いて、酸化物ＩＬＤ層２０が堆積される。酸化物ＩＬＤ層２０は、エッチされた金属層１２およびシリコンオキシナイトライド層１４を覆い、取囲む。その後酸化物ＩＬＤ層２０は従来の方法で研磨される。図２はプロセス中のこの状態の集積回路構造の断面図である。
【００２１】
図３を参照すると、バイアマスク３２が、メタライゼーション層１２上にバイア、コンタクトまたはトレンチをパターニングするのに用いられる。当業者には認められるように、バイア、コンタクトまたはトレンチは、集積回路構造内の多配線層間の電気的接続を達成するために作製される。したがって、バイアマスク３２はバイア、コンタクトまたはトレンチを規定するのに用いられるバイア開口部３２を含む。次に酸化物ＩＬＤ層２０に、リチウムイオンタイプエッチングが好ましくは行なわれ、配線開口部４０が作製される。この発明の教示に従うと、リチウムイオンガスがＳｉＯＮ層１４と遭遇するとエッチングは停止する。その結果の構造の断面図が図４である。
【００２２】
図５に示されるように、メタライゼーション層１２上に先に堆積したＳｉＯＮ層１４は、上記のようにＳｉＯＮ層１４を貫通するよう部分的にエッチングされている。メタライゼーション層１２との電気的コンタクトを可能とするには十分な貫通が必要である。一旦配線開口部４０がエッチングされ、ＳｉＯＮ層１４が十分に取除かれると、第２メタライゼーション層５０が従来の方法で堆積される。第２のメタライゼーション層５０は、図５に示されるように、配線開口部４０内に「プラグ」を作る。一旦第２メタライゼーション層５０が堆積されると、従来の平坦化が次に続く。当業者が認めるように、上記のプロセスは特定の集積回路構造に求められる必要な配線層の構築のために何度も繰返すことが可能である。
【００２３】
この発明の別の実施例では、ＳｉＯＮ層１４は窒化チタン層（図示せず）上に、かつこれに加えて堆積することが可能である。この別の実施例では、硝酸チタン層が図１−５で示されるメタライゼーション層上に堆積することもある。
【００２４】
このように、シリコンオキシナイトライドの使用は、ディープサブミクロンメタライゼーション層上の成功した反射防止膜として用いることができる。シリコンオキシナイトライドの特性により、これは高密度配線構造のパターニングに用いられる遠紫外線フォトレジストと特に両立する。シリコンオキシナイトライドはまた、そのようなディープサブミクロンメタライゼーション層のパターニングにおいて成功したエッチストップとしても用いることができる。
【００２５】
以上の発明の好ましい実施例の説明は、例示および説明を目的とするものである。これを網羅的なものとすること、またはこの発明を開示されたとおりの形式に制限することは意図されない。当業者には多くの修正および変更が明らかになるであろう。この発明がＭＯＳまたはバイポーラプロセスにおいて、他の製造技術で実践されることもあり得る。
【００２６】
同様に、説明されたいかなるプロセスステップも、同様の結果を得るための他のステップと置換えることができる。この実施例を選びかつ説明したのは、この発明の原理およびその実際的な応用の最高の説明により、当業者がこの発明をさまざまに実施し、かつ予期される特定の使用に適応するようさまざまな変更を加えて理解できるようにするためである。この発明の範囲はここに添付の請求項および均等物により規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  シリコンオキシナイトライド膜上の遠紫外線フォトレジストのデポジションを例示する集積回路構造の一部の断面図である。
【図２】  遠紫外線フォトレジストのエッチング除去を例示する図である。
【図３】  バイア構造をパターニングするマスクの塗布を示す図である。
【図４】  シリコンオキシナイトライド層で停止した、バイアのエッチングを例示する図である。
【図５】  下部メタライゼーション層との電気的コンタクトを達成するため、バイアを充填するプラグのデポジションの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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