(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第１の絶縁層を形成するステップと、
前記第１の絶縁層上に間隙を有する第１のパターニングされた金属層を形成するステップであって、前記第１のパターニングされた金属層は上部表面および側部表面を有する第１の金属部分を含むステップと、
Ｓｉ−Ｈ結合を含有するハイドロゲンシラセスキオキサン（ＨＳＱ）層を堆積して前記間隙を充填するステップと、前記第１のパターニングされた層およびＨＳＱ層上に第２の絶縁層を堆積するステップと、
スルーホールを前記第２の絶縁層中に形成して前記第１の金属部分の上部表面の一部と、前記第１の金属部分の側部表面の少なくとも一部と、を露出させ、前記ＨＳＱ層の一部を貫通し、露出させるステップと、
前記ＨＳＱ層をＨ2含有プラズマで処理しＳｉ−Ｈ結合の数を増加させるステップと、
前記スルーホールを導電性材料で充填しボーダレスバイアを形成するステップとを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
Ｈ2含有プラズマでＨＳＱ層を処理する前に、ＨＳＱ層における開口部を形成し、導電性構造の一部を露出するステップと、堆積されたＨＳＱ層をＨ2含有プラズマで処理した後、導電性材料で開口部を充填し、前記導電性構造との電気的接続を形成するステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２の絶縁層上にフォトレジストマスクを形成するステップと、
エッチングしてスルーホールを形成するステップと、
フォトレジストマスクを除去するステップと、
フォトレジストマスク除去後に前記ＨＳＱ層をＨ2含有プラズマで処理するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
Ｏ2含有プラズマを用いて前記フォトレジストマスクを除去するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｏ2含有プラズマによるフォトレジスト除去は、堆積された状態のＨＳＱ層のＳｉ−Ｈ結合の数を減少させ、ＨＳＱ層中にＳｉ−ＯＨ結合を形成させ、前記Ｈ2含有プラズマ処理はＨＳＱ層のＳｉ−ＯＨ結合の数を減少させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｈ2含有プラズマ処理が、前記Ｏ2含有プラズマによるフォトレジスト除去によって減少したＳｉ−Ｈ結合の数を実質的に回復する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記Ｏ2含有プラズマによるフォトレジスト除去が、堆積された状態のＨＳＱ層の水分含有量を増加させ、前記Ｈ2含有プラズマ処理がＨＳＱ層の水分含有量を減少させる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記Ｈ2含有プラズマ処理が、前記Ｏ2含有プラズマによるフォトレジスト除去によって減少したＳｉ−Ｈ結合のすべてを実質的に回復する、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記Ｈ2含有プラズマが窒素をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記スルーホールを複合導電性プラグで充填するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
第２の導電層のための付着促進物として働く第１の導電性障壁層を堆積するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の導電層がチタン、窒化チタン、チタン−タングステンまたはチタン−窒化チタンを含み、前記第２の導電層がタングステンを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の金属層が、下部の高融点金属層と、アルミニウムまたはアルミニウム合金の中間層と、
上部の反射防止膜とを含む複合物である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の絶縁層上に第２のパターニングされた金属層を形成するステップを含み、前記第２のパターニングされた金属層は、前記ボーダレスバイアによって前記第１の金属構造に電気的に接続される第２の金属構造を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の金属構造が金属配線を含み、前記間隙が配線スペースを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
半導体基板上の第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に形成される間隙を有する第１のパターニングされた金属層であって、上部表面および側部表面を有する第１の下部金属構造を含む金属層と、
前記間隙を充填するハイドロゲンシラセスキオキサン（ＨＳＱ）の層と、
前記第１のパターニングされた金属層上および前記ＨＳＱ層上に形成される第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層中に形成され、前記第１の下部金属構造の上部表面の一部と、前記第１の下部金属構造の側部表面の少なくとも一部と、を露出させ、前記ＨＳＱ層の一部を貫通し、露出させるスルーホールと、
前記スルーホールを充填することによりボーダレスバイアを形成し、前記第１の下部金属部分と第２の上部金属部分との間に電気的接続を形成する、導電性材料とを含み、
前記ＨＳＱ層は前記第１の金属部分および前記導電性材料に隣接し、
前記スルーホールは、
前記第２の絶縁層上にフォトレジストマスクを堆積し、
エッチングし、
前記ＨＳＱ層のＳｉ−Ｈ結合の数の削減を引き起こすＯ2含有プラズマを用いて前記フォトレジストマスクを除去することによって形成され、
前記スルーホールを導電性材料で充填する前に、前記ＨＳＱ層をＨ2含有プラズマで処理してＳｉ−Ｈ結合の数を増加させる、配線パターンを備える半導体装置。
【請求項１７】
前記導電性材料が、第２の導電層にとっての接着促進物として働く第１の導電性障壁層を含む複合物である、請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記第１の導電層がチタン、窒化チタン、チタン−タングステン、またはチタン−窒化チタンを含み、前記第２の導電層がアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む、請求項１７に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は信頼性のある配線パターンを備える、高密度の多金属層半導体装置に関する。この発明は、特に、０．２５ミクロン以下の設計部分を備える、高密度の多金属層半導体装置の製造に適用できる。
【０００２】
【背景分野】
超大規模集積半導体装置に関する高密度化および高性能への要求の高まりによって、０．１８ミクロンなどの０．２５ミクロン以下の設計部分、より速いトランジスタおよび回路速度、高い信頼性および増大した製造処理量といったものが必要とされる。設計部分を０．２５ミクロン以下に縮小することは、従来のフォトリソグラフィ、エッチングおよび堆積技術を含む従来の配線技術の限界に挑むことになる。
【０００３】
パターニングされた金属層を形成するための従来の方法は、主な金属パターニング技術として、サブトラクティブ・エッチングまたはエッチバックステップを含む。そのような方法では、典型的には単結晶シリコンの半導体基板の上に第１の絶縁層が形成され、導電性コンタクトがソース／ドレイン領域などの半導体基板上の活性領域への電気的接続として、そこに形成される。アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属層が第１の絶縁層上に堆積され、所望の導電パターンに対応するパターンを有するフォトレジストマスクが金属層上に形成される。金属層はフォトレジストマスクを介してエッチングされ、間に配線スペースを備える複数の金属線などのような、間隙によって隔てられる金属部分を含む導電性パターンが形成される。次に、絶縁層が結果としてできた導電性パターンに加えられ、間隙を充填し、表面が平坦化される。この際、従来のエッチングまたは化学的機械研磨（ＣＭＰ）平坦化技術などが用いられる。
【０００４】
図１および２に示されるように、従来技術は、典型的にはトランジスタ（図示せず）を備える活性領域を含む半導体基板上に形成される絶縁層１０上への金属層１１の堆積を含む。フォトリソグラフィ後、その間に間隙を備える金属部分１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄを含むパターニングされた金属層を形成する。典型的には、スピン・オン・ガラス（ＳＯＧ）などの絶縁材料１２が金属部分間の間隙を充填するように堆積され、約３００℃から約３５０℃の温度でベークされ、利用される特定のＳＯＧ材料によるが、最高約１時間の間、約３５０℃から約４００℃で垂直炉の中で硬化されて、平坦化を果たす。プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）によって別の酸化物が堆積され、ＣＭＰなどによって平坦化が行なわれる。
【０００５】
たとえば金属線および配線スペースの部分の大きさを０．２ミクロン以下に縮小すると、ボイドなしに配線間隔を満足に充填し、適当なステップカバレッジを得ることはますます困難になる。信頼性のある配線構造を形成することもまたますます困難になる。間隙充填のためのスピンオン絶縁材料が唯一の実行可能な解決策のようである。絶縁層にスルーホールが形成され、下部にある金属部分を露出すると、金属部分はスルーホールの底部全体を占める取付け台としての役割を果たす。金属プラグなどの導電性金属でスルーホールを充填して導電性バイアを形成すると、導電性バイアの底部表面全体が金属部分と直接接触する。そのような従来技術は図３に示される。ここでは第１のパターニングされた金属層の金属部分３０が第１の絶縁層３１上に形成され、第２の絶縁層３３中に形成されるスルーホール３２によって露出される。従来技術例によると、金属部分３０がその底部開口部全体を囲むようスルーホール３２が形成され、これによってスルーホール３２を充填して導電性バイア３５を形成する金属プラグ３４にとっての、取付け台としての役割を果たす。このようにして導電性バイア３５の底部表面全体が金属部分３０と直接接触する。導電性バイア３５は、金属部分３０と第２のパターニングされた金属層の一部である金属部分３６とを電気的に接続する。図２および３に示されるように、金属部分または導線の側面端、たとえば３０Ａ、３０Ｂと３６Ａおよび３６Ｂとは、エッチングの結果幾分先細りになる。
【０００６】
設計部分を０．２５ミクロン以下の範囲に縮小することは、著しい高密度化を要求する。導電性バイアの底部表面を完全に囲む取付け台を形成するという従来技術では、半導体チップ上のかなりの貴重なスペースが使用され、これは高まる高密度化要求に反する。さらに、そのような削減された大きさを有するスルーホールをボイドなしに充填することは、極めて困難である。なぜならアスペクト比、すなわちスルーホール直径に対するスルーホールの高さ、が極めて高いからである。したがって従来の改良技術は、アスペクト比を減少させるように、意図的なスルーホールの直径の拡大を含む。その結果、導電性バイアの底部表面が下にある金属部分によって完全に囲まれないという、不整列が起こる。この型のバイアは「ボーダレスバイア」と呼ばれ、チップのスペースを節約する。
【０００７】
しかしながら、ボーダレスバイアの使用は新しい問題を生み出す。たとえば、ＳＯＧの不安定性および低密度によって、不整列のスルーホールが形成されるとき、不整列の結果として、ＳＯＧ間隙充填層がエッチングによって貫通される。そのような貫通の結果、水分とガスが蓄積することによって配線の抵抗が増大する。その上、スパイクが起こり得る。すなわち金属プラグの基板への貫通が短絡をもたらす。図４に言及する。第１の絶縁層４１が基板４０上に形成され、反射防止膜４５Ａを含むたとえば金属線４５などの第１の金属部分を含む第１の金属パターンが、第１の絶縁層４１上に形成され、間隙はＳＯＧ４２で充填される。次に、絶縁層４３が堆積され、そこに形成される不整列のスルーホールが、金属線４５の上部表面の一部および側部表面の少なくとも一部を露出し、ＳＯＧ層４２の一部を貫通して露出する。スルーホールを、典型的には最初は障壁層（図示せず）およびタングステンを含む金属プラグ４４で充填すると、スパイクが起こる。すなわち基板４０への貫通によって短絡が起きる。
【０００８】
この発明では、ＳＯＧをハイドロゲンシラセスキオキサン（ＨＳＱ）に取り替え、これは配線パターンの使用に多くの利点を供する。ＨＳＱは比較的炭素がないことによりポイズンドバイアの問題を回避する。その上、炭素が実質上存在しないため、短絡を回避するように、ＨＳＱを金属線の上部表面より下にエッチバックする必要がない。さらにＨＳＱは、優れた平坦性を示し、従来のスピン・オン装置を利用して０．１５ミクロン未満の配線スペースの間隙を充填することができる。ＨＳＱはおよそ２００℃で溶解相に入るが、高い絶縁性の一定したガラス相に転換するのは、金属間の用途では約４００℃の温度で、プリメタルの用途では約７００℃ないし約８００℃に達してからである。１９９８年８月３１日出願の同時係属中の出願連続番号ＰＣＴ／ＵＳ９８／１８０１２号において、金属部分に隣接する堆積されたＨＳＱ層の部分を選択的に加熱し、ボーダレスバイア用の不整列のスルーホールをエッチングするときに、隣接する部分を貫通しにくくさせる方法が、開示されている。
【０００９】
しかしながら、ＨＳＱは加工中に劣化を受けやすく、ボーダレスバイアの形成時のボイドなどのさまざまな問題に至る。たとえば、ボーダレスバイアを形成するとき、フォトレジストマスクが堆積され、不整列のスルーホールがエッチングされると、金属線の上部表面の一部および側部表面の一部を露出し、ＨＳＱ層を貫通して露出する。次に、典型的には酸素（Ｏ2）含有プラズマを利用して、フォトレジストマスクが除去される。ボーダレスバイアを含む配線パターンにおける間隙充填のためのＨＳＱ利用の実行可能性を評価する実験中、フォトレジストマスクを除去するために利用されたＯ2含有プラズマが、ＨＳＱ層を劣化させることが判明した。窒化チタンまたはチタン−窒化チタンなどの障壁材料などで不整列のスルーホールをその後充填すると、スパイクが起こった。すなわち、障壁材料がＨＳＱ層を抜けて基板または下にある導電性部分まで貫通した。
【００１０】
ＨＳＱは、典型的には、約７０％ないし約９０％のＳｉ−Ｈ結合を含有する。しかしながら、Ｏ2含有プラズマへさらすと、かなりの数のＳｉ−Ｈ結合が破壊され、Ｓｉ−ＯＨ結合が形成される。Ｏ2含有プラズマで処理すると、堆積されたＨＳＱ膜内に約２０％ないし約３０％ものＳｉ−Ｈ結合が残った。さらに、Ｏ2含有プラズマにさらすと、堆積された直後のＨＳＱ膜の水分含有量およびその水分を吸収する傾向が増大した。Ｓｉ−Ｈ結合が減少しＳｉ−ＯＨ結合が高いＨＳＱ膜は、周囲から水分を吸収する傾向があり、水分が後の障壁金属堆積中気化放出される。このようにして、その後のたとえば、チタン−窒化チタンおよびタングステンなどの障壁および金属堆積中、気化放出が起こり、それによってボイドを生じ不完全な電気的接続に至ることが判明した。
【００１１】
ＨＳＱの明白な利点を鑑みると、ボーダレスバイアを含む配線パターンの形成において、ボイドのない間隙充填のためにＨＳＱが利用され得る技術を提供する必要がある。
【００１２】
【発明の開示】
この発明の目的は、０．２５ミクロン以下の設計部分および完成度の高いボーダレスバイアを含む配線パターンを備える高密度多金属層半導体装置の製造方法である。
【００１３】
この発明の他の目的は、完成度の高いボーダレスバイアを含む配線パターンを含む、０．２５ミクロン以下の設計部分を備える高密度多金属層半導体装置である。
【００１４】
この発明のさらなる目的、利点および他の特徴は、以下の明細書において部分的に説明され、かつ以下の検討により当業者には部分的に明らかになるか、または、この発明の実施から習得される。添付の特許請求の範囲において特に指摘されるように、この発明の目的と利点とは実現され獲得され得る。
【００１５】
この発明によれば、前記および他の目的は以下のものを含む半導体装置の製造方法によって部分的に達成される。すなわち、Ｓｉ−Ｈ結合を含有するハイドロゲンシラセスキオキサン（ＨＳＱ）を含む絶縁層を堆積するステップと、Ｈ2含有プラズマで堆積されたＨＳＱ層を処理し、Ｓｉ−Ｈ結合数を増加させるステップとを含む。
【００１６】
この発明の他の局面は、以下のものを有する配線パターンを含む半導体装置である。すなわち、第１の下部金属部分と第２の上部金属部分との間に電気的接続を形成する導電性材料で充填された開口部と、第１の金属部分および導電性材料に隣接するハイドロゲンシラセスキオキサン（ＨＳＱ）の層とを含み、ＨＳＱの層は約７０％を超えるＳｉ−Ｈ結合を含む。
【００１７】
この発明のさらなる目的と利点とは、この発明を実施するために意図された最良の形態を単に例示することによりこの発明の好ましい実施例のみが示され記載される以下の詳細な説明から、当業者には、容易に明らかとなるであろう。この発明は他の異なる実施が可能であり、そのいくつかの詳細は、この発明から全く逸脱することなく、さまざまな明らかな点において修正が可能であることが理解される。したがって、図面と明細書は全く例示的であり、限定的でないものとみなされる。
【００１８】
【発明を実施する最良の形態】
この発明によって、ＨＳＱ層の劣化より派生する悪影響を被ることなく、パターニングされた金属層の間隙を充填するＨＳＱを利用して、０．２５ミクロン以下の設計部分を有する高密度の多金属層半導体装置の形成において、信頼性の高いボーダレスバイアの有効な使用が可能となる。たとえば、チタン−窒化チタンまたは窒化チタンなど、最初に障壁材料を含む複合プラグでスルーホールを充填する前に、レジスト除去中、Ｏ2含有プラズマに晒すと、堆積されたＨＳＱは劣化される。
【００１９】
ＨＳＱは、従来のスピン・オン装置を利用して、優れた平坦性と間隙充填能力を示すという点で、非常に所望される間隙充填のための絶縁材料である。ＨＳＱは容易に、たとえば約０．１５ミクロ未満の配線スペースの間隙を充填し得る。その上、無炭素高分子前駆物質の使用により、ポイズンドバイアの問題に直面せず、ＨＳＱは金属線の上部表面より下にエッチバックされる必要がない。ＨＳＱの一つの形状が、フロワブル・オキサイド（Flowable OxideTMまたはFoxTM）の製品名でダウ・コーニング社（Dow Corning Corp.）により商業的入手が可能である。
【００２０】
ＨＳＱは、主に、たとえば約７０％ないし約９０％のＳｉ−Ｈ結合を含有する。しかしながら、ＨＳＱは処理中に劣化されやすく、それによって、Ｓｉ−Ｈ結合の数が大きく減少する。たとえばフォトレジスト除去中、Ｏ2含有プラズマに晒すと、約２０％から約３０％だけ、ＨＳＱのＳｉ−Ｈ結合の数が減少し、Ｓｉ−ＯＨ結合数が増加する。その結果、そのような劣化したＨＳＱは周囲から水分を吸収するという性質を示す。従来のＨＩ−ＶＡＣスパッタ・チャンバ内でチタン−窒化チタン障壁層をスパッタ堆積するときのように、その後にスルーホールを充填してボーダレスバイアを形成する間、そのような吸収された水分は気化放出され、それによってボイドが生じ、装置の信頼性を低下させる。たとえば、１９９７年１２月１８日出願の係属中の米国特許出願連続番号第０８／９９２，４３０号に開示される方法などによる化学的気相蒸着によって、窒化チタンを堆積するときにも、気化放出は起こる。
【００２１】
この発明によると、Ｏ2含有プラズマへの露出により起こる堆積された直後のＨＳＱの劣化は、実質的に逆転される、すなわち、劣化したＨＳＱはＨ2含有プラズマで処理することにより、その堆積された直後の状態へ実質的に回復される。たとえば、劣化したＨＳＱをＨ2／Ｎ2含有プラズマなどのＨ2含有プラズマで処理すると、Ｓｉ−Ｈ結合の数は、約７０％を超え、たとえば約８７％ないし約９０％、約８０％を超えて、実質的に増加することが判明した。劣化したＨＳＱをＨ2／Ｎ2含有プラズマ中で処理すると、結果として、Ｏ2含有プラズマへの露出中に破壊または減少したＳｉ−Ｈ結合が実質的に回復することも判明した。劣化したＨＳＱをＨ2／Ｎ2プラズマで処理すると、Ｏ2含有プラズマへの露出によって生じるＳｉ−ＯＨ結合が、実質的に減少することも、さらに判明した。堆積された直後の状態へ実質的に回復すると、この発明によるＨ2含有プラズマで処理されたＨＳＱは、周囲から水分を吸収するという重大な性質を示さない。
【００２２】
このようにして、この発明によると、劣化したＨＳＱで間隙充填された層は、実質的に元のＳｉ−Ｈ結合含有量に回復され、周囲から多くの水分を吸収するという性質はもはやない。したがって、その後の導電性材料でのスルーホールの充填の際に気化放出およびボイドが起こらない。
【００２３】
従来は、Ｈ2／Ｎ2プラズマ処理を利用して、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって堆積された窒化チタン膜を処理し、炭素含有量を減少させてきた。たとえば、１９９７年１２月１８日出願の、同時係属中の米国特許出願連続番号第０８／９９２，４３０号を参照。また、エイ・ジェイ・コノクニ（A. J. Konecni）らによる「障壁／接着層適用のための、安定したプラズマ処理されたＣＶＤ窒化チタン膜」第１８１−１８３頁、１９９６年６月１８日−２０日、ＶＭＩＣ大会、１９９６ＩＳＭＩＣと、キム（Kim）らによる「テトラキス−ジメチルアミノチタンを用いる化学気相蒸着法によるＴｉＮ膜の安定性」、電気化学学会誌、第１４３巻第９号、１９９６年９月、第Ｌ１８８頁−Ｌ１９０頁と、ジェイ・ラコポニ（J. Lacoponi）らによる「その場的窒素プラズマによるＣＶＤＴｉＮの抵抗性向上および低抵抗多層配線におけるその応用」、１９９５年、ＵＬＳＩ応用のための先進メタライゼーションおよび配線システム、とを参照。
【００２４】
この発明によるＨ2含有プラズマ処理を行なう際、当業者は関連するパラメータを最適化し、堆積されたＨＳＱ膜のＳｉ−Ｈ結合の数を増加させ、生じたＳｉ−ＯＨ結合の数を減少させるという、開示された目的を達成することができる。たとえば、ＣＶＤ窒化チタン膜の処理において、その炭素含有量と抵抗とを減少させるのに利用されるパラメータおよび条件は、劣化したＨＳＱを処理してＳｉ−Ｈ結合の数を増加させ、発生したＳｉ−ＯＨ結合の数を減少させるのに有効である。したがって、１９９７年１２月１８日出願の米国特許出願連続番号第０８／９９２，４３０号に開示されるパラメータ、同様に、前記コノクニら、キムら、ラコポニらによる刊行物に開示されるパラメータがこの発明に利用され得る。この発明によって劣化したＨＳＱ層をＨ2／Ｎ2プラズマで処理する際、ＨＳＱの膜の厚さによるが、約３００ｓｃｃｍの水素フロー、約２００ｓｃｃｍの窒素フロー、約４５０℃の温度、約１．３Ｔｏｒｒの気圧、約７５０ＷのＲＦ出力および約２５から約４５秒の時間を利用することが好適であることが判明している。
【００２５】
この発明の実施例によるボーダレスバイアの形成方法は、半導体基板上の第１の絶縁層を形成するステップと、第１の絶縁層上の第１の金属層をパターニングして配線スペースによって隔てられる金属線などの、間隙によって隔てられる金属部分を形成するステップとを含む。次にＳＯＧに利用される従来のスピン装置を用いてスピンなどして、たとえば約２００℃の適当な温度で、ＨＳＱを堆積することにより、間隙が充填される。ＨＳＱは、０．１５ミクロン未満の間隙さえも、完全にボイドなしに容易に充填することができる。次に、第２の絶縁層が第１のパターニングされた金属層およびＨＳＱ層上に堆積される。次に、不整列のスルーホールが第２の絶縁層中に形成され、部分的にＨＳＱ層を貫通して、第１の金属層の側面表面の少なくとも一部および上部表面の一部とＨＳＱ層の一部とを露出する。
【００２６】
第２の絶縁層上にフォトレジストマスクを堆積し、フォトレジストマスクおよびＨＳＱ層の一部を介してエッチングすることによって、スルーホールは、形成される。フォトレジストマスクは、従来の方法で、Ｏ2含有プラズマを利用して除去され、これによりＨＳＱ層は劣化する。劣化したＨＳＱ層は、劣化していない堆積された直後のＨＳＱ層に比べて、著しく少ないＳｉ−Ｈ結合と著しく多いＳｉ−ＯＨ結合とを含む。さらに、Ｏ2含有プラズマに晒されると、劣化したＨＳＱ膜は水分の含有量の増加を示し、周囲から水分を吸収することにより水分含有量は増加し続ける。
【００２７】
Ｏ2含有プラズマでフォトレジストマスクを除去した後、劣化したＨＳＱ層はＨ2／Ｎ2含有プラズマで処理され、これによりＳｉ−Ｈ結合の数は著しく増加し、Ｓｉ−ＯＨ結合の数は著しく減少する。さらに、Ｈ2含有プラズマでの処理中、ＨＳＱの水分含有量は減少し、処理されたＨＳＱは水分を吸収するという重大な性質を示さない。Ｏ2含有プラズマへ晒すことによってもたらされる劣化を逆転することによって、ＨＳＱ層を実質的に回復して次に、不整列のスルーホールは、たとえば複合プラグなどの導電性材料で充填される。最初に、チタン、窒化チタン、チタン−タングステンまたはチタン−窒化チタンの障壁が堆積され、これが、主なプラグ材料の構成要素となる、その後に堆積されるタングステンにとっての付着促進物の役割を果たす。従来のスパッタリング装置を利用して、たとえば、チタン−窒化チタンの障壁材料はスパッタ堆積される。
【００２８】
この発明の別の実施例では、１９９７年１２月１８日出願の米国特許出願連続番号第０８／９９２，４３０号に開示される方法に従って、ＣＶＤ−ＴｉＮ障壁層が堆積される。この実施例の利点は、ＨＳＱ膜のＨ2／Ｎ2プラズマ処理および堆積されたＣＶＤ−ＴｉＮ膜のＨ2／Ｎ2プラズマ処理が同じチャンバ内で行なわれ得ることである。
【００２９】
この発明の実施例の概略図が図５に示される。パターニングされた金属層の金属部分５１は、絶縁層５０上に堆積され、その上に反射防止膜５１を備える。金属部分間の間隙は、ＨＳＱ５２で充填される。次に、酸化物５３、典型的にはＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）から得られる酸化物が堆積され、ＣＭＰが行なわれる。次に、第２の絶縁層５４が堆積され、その上にフォトレジストマスクが形成される。次に、エッチングが行なわれ、不整列のスルーホール５５を形成し、これはＨＳＱ層５２を貫通し金属部分５１の側面表面の一部を露出させる。スルーホール５５の形成後、利用されたフォトレジストマスクが、Ｏ2含有プラズマを用いるような従来の方法で除去され、それにより、ＨＳＱ層５２が劣化する。劣化は、典型的には、多くのＳｉ−Ｈ結合の減少、かなりの数のＳｉ−ＯＨ結合の形成および水分を吸収するという不所望の傾向を特徴とし、これによって、導電性材料でスルーホールを充填する際、気化放出によってボイドが発生する。
【００３０】
この発明では、劣化したＨＳＱ層はＨ2含有プラズマに晒され、それによって、Ｓｉ−Ｈ結合の数を著しく増加させ、Ｓｉ−ＯＨ結合の数を著しく減少させることにより、劣化したＨＳＱ層を回復させる。さらに、回復されたＨＳＱは周囲からあまり水分を吸収しなくなる。次に、タングステン５６にとっての付着促進物としての役割を果たす障壁層５７を最初に堆積するなどして、スルーホール５５は複合プラグで充填される。障壁層は、典型的には、チタン、窒化チタン、チタン−タングステンまたはチタン−窒化チタンなどの高融点金属である。
【００３１】
導電性バイア５７を形成した後、第２のパターニングされた金属層が第２の絶縁層５４上に形成される。この第２の金属層は、その上に反射防止膜５８Ａを備える金属部分５８を含み、導電性バイア５７を介して金属部分５１に電気的に接続される。たとえば、５層の金属層などの、所望の数のパターニングされた金属層が形成され、間隙が充填されるまで、ＨＳＱを利用して第２のパターニングされた金属層を間隙充填し、Ｈ2含有プラズマ処理を行なうことにより、この方法が繰返される。
【００３２】
この発明に利用される金属層は、従来例と一致し、典型的にはアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む。この発明の実施例は、最初にはタングステン、チタンまたは窒化チタンなどの高融点金属層と、中間のアルミニウムまたはアルミニウム合金層と、チタン−窒化チタンなどの上部反射防止膜とを含む、複合のパターニングされた金属層の形成を含む。この発明では、従来のＣＶＤ技術によって、タングステンが堆積される。
【００３３】
この発明は、半導体装置のさまざまな型、特に微細部分、特に、０．２５ミクロン以下の微細部分を備える高密度多金属のパターニングされた層に適用でき、高速特徴および向上した信頼性を示す。この発明は、ＨＳＱの有利な利用を可能にし、Ｏ2含有プラズマへの露出などによって起こる、処理によって誘発される劣化という悪影響なしに、パターニングされた金属層を間隙充填することができる。このようにして、この発明は、ボーダレスバイア形成中のＨＳＱにおけるボイド形成の問題を解決する。この発明は費用効率が高く従来の加工および装置に容易に統合され得る。
【００３４】
この発明の実施例の実施においては、金属層は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、金、金合金、銀、銀合金、高融点金属、高融点金属合金および高融点金属化合物などの半導体装置製造に典型的に利用されるいかなる金属からも、形成され得る。この発明の金属層は、半導体装置の製造に従来利用されるいかなる技術によっても形成され得る。たとえば、金属層は、従来の物理気相蒸着法（ＰＶＤ）または化学気相蒸着法（ＣＶＤ）およびたとえば銅および銅合金の電気めっきなどの従来のメタライゼーション技術によって形成され得る。
【００３５】
以上の説明では、この発明の完全な理解を提供するために、具体的な材料、構造、化学製品、方法などの多くの具体的な詳細が述べられる。しかしながら、当業者なら理解するであろう通り、この発明は、具体的に述べられる詳細に頼ることなく、実施され得る。他の場合には、この発明を不必要に不明瞭にしないために周知の加工構成は記載されない。
【００３６】
この発明の好ましい実施例のみおよびその多様性の一例がこの開示に示され述べられる。この発明は、さまざまな他の組合せと環境において使用が可能であり、ここに表わされるような発明の概念の範囲内で変更や変形が可能であることが、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のパターニングされた金属層の間隙充填を例示する概略図である。
【図２】  従来のパターニングされた金属層の間隙充填を例示する概略図である。
【図３】  従来の金属プラグバイア配線を例示する概略図である。
【図４】  ボーダレスバイアにおけるスパイクを例示する概略図である。
【図５】  この発明によって形成されるボーダレスバイアを例示する概略図である。
【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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