(57)【要約】金属相互接続構造であって、  基板（１１）と、基板の上にある誘電体層（１２）と、誘電体層の上にある金属エッチング用の停止層（１３）と、停止層の上にある金属層（１５’）とを備え、前記金属層が所望のパターンに従ってパターン形成される金属相互接続構造。
2006517059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に金属相互接続構造を製造するサブトラクティブ法であって、
前記基板の上に誘電体層を堆積するステップと、
前記誘電体層の上に、前記誘電体層に比べて低いエッチング速度を示す停止層を堆積するステップと、
前記停止層の上に金属層を堆積するステップと、
前記金属層の上に第１のレジスト層を堆積するステップと、
前記第１のレジストを第１の所望のパターンに従ってパターン形成するステップと、
前記停止層で止めながら、前記パターン形成された第１のレジスト層を介して前記金属層をエッチングするステップと、を備える方法。
【請求項２】
さらに、金属堆積の前に、
前記停止層の上に第２のレジスト層を堆積するステップと、
前記レジスト層を第２の所望のパターンに従ってパターン形成するステップと、
前記パターン形成された第２のレジスト層を介して前記停止層をエッチングするステップと、
コンタクトまたはビア穴を形成するように前記誘電体層をエッチングするステップと、を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記誘電体層のエッチングが、前記パターン形成された第２のレジスト層および前記パターン形成された停止層を介して行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記誘電体層のエッチングが、前記残っている第２のレジスト層の除去後に、前記パターン形成された停止層をハード・マスクとして使用して行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
金属堆積のまだ前に、
前記コンタクト穴にコンタクトを形成する金属を満たすステップと、
エッチ・バックまたは化学機械研磨によって前記コンタクトを平坦化し、かつ前記パターン形成された停止層を停止層として使用するステップと、をさらに備える、請求項２ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記停止層材料が、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＢＣ、ＳｉＢＣＮ、およびそれらの組合せを含むグループから選択される、請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
金属相互接続構造であって、
基板と、
前記基板の上にある誘電体層と、
前記誘電体層の上にあって前記誘電体層に比べて低いエッチング速度を示す金属エッチング用の停止層と、
前記停止層の上にある金属層と、を備え、
前記金属層が、第１の所望のパターンに従ってパターン形成される金属相互接続構造。
【請求項８】
前記誘電体層および前記停止層が、両方とも、第２の所望のパターンに従ってパターン形成される、請求項７に記載の金属相互接続構造。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか一項の方法で得られる、請求項７および８のいずれかに記載の金属相互接続構造。
【請求項１０】
前記金属層材料が、Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮおよびこれらの組合せを含むグループから選択された少なくとも１つの金属である、請求項７ないし９のいずれかに記載の金属相互接続構造。
【請求項１１】
前記パターン形成された誘電体層および前記パターン形成された停止層が、金属で満たされるコンタクト穴を画定する、請求項８ないし１０のいずれかに記載の金属相互接続構造。
【請求項１２】
前記コンタクト穴を満たす金属が、Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮおよびこれらの組合せを含むグループから選択された少なくとも１つの金属である、請求項１１に記載の金属相互接続構造。
【請求項１３】
前記停止層の材料が、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＢＣ、ＳｉＢＣＮ、およびこれらの組合せを含むグループから選択される、請求項７ないし１２のいずれかに記載の金属相互接続構造。
【請求項１４】
請求項７ないし１３のいずれかに記載の相互接続構造を備える半導体デバイス。
【請求項１５】
請求項７ないし１３のいずれかに記載の相互接続構造を備える集積回路チップ。
【請求項１６】
請求項７ないし１３のいずれかに記載の相互接続構造、請求項１４に記載の半導体デバイス、または請求項１５に記載の集積回路チップを備える電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスまたは同様なもので使用するための金属相互接続構造を製造するサブトラクティブ法、そのような方法で得られた金属相互接続構造、およびそのような構造を備える半導体デバイス、集積回路チップ、および電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、特に、半導体デバイスの製造分野に用途を見出せる。
【０００３】
サブトラクティブ法を使用して金属相互接続構造を製造する方法は、一般に、パターン形成されたレジスト層（レジスト・マスク）によって金属層をプラズマ・エッチングするステップを備える。一般に、主エッチングには大きなマイクロローディング（micro loadinｇ）がある。すなわち、空いている領域に比べて密度の高い領域により多くの金属が残る。したがって、オーバエッチングは、残りの金属はどんなものでも確実に除去するように長くなければならない。同時に、オーバエッチングは、金属マスクの底にある導電性接着剤および障壁層の少なくとも一方、一般に窒化チタン（ＴｉＮ）およびチタン（Ｔｉ）の少なくとも一方を除去することになっている。このことは、主エッチングに比べてオーバエッチングの物理的成分を増すことで設定される。オーバエッチングの物理的性質の増加によって、下にある誘電体層に対する選択性が減少する。下にある誘電体層は、絶縁酸化物材料、一般にシリコン酸化物（ＳｉＯ２）で作られる。
【０００４】
前述のマイクロローディング効果のために、下にある誘電体層の消耗は、密度の高い領域よりも空いている領域で大きい。その結果として、ウェーハの平坦性が低下する。同時に、酸化物層をエッチングすることで、プラズマの酸素含有量が増し、これによって、レジストに対する選択性が著しく減少する（選択性の減少は約１／４である）。これは、局部的に、レジスト・マスクの完全な侵食に繋がり、したがって金属パターンの上の角のエッチングに繋がる。オーバエッチング時間が増すか、またはオーバエッチングの物理的成分が増した場合、この欠点は強調される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、関連した技術の上述の問題を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、誘電体層に比べてより低いエッチング速度を示す停止層を誘電体層の上に堆積することで、本発明に従って達成される。この停止層は、エッチングすべき金属層の堆積前に堆積される。そして、この停止層は、金属エッチングの停止層として使用される。ＡｌまたはＷのエッチングでは、この停止層は、好ましくは炭化珪素（ＳｉＣ）で作られる。しかし、本発明をこの例に制限するつもりはない。
【０００７】
エッチング停止層としてＳｉＣを使用することは、例えば国際特許出願WO99/33102から、従来技術で知られている。しかし、この知られている使用は、特定の使用に限られている。すなわち、よく知られているデュアル１５ダマシン技術に従って垂直および水平相互接続を画定するように、誘電体膜をエッチングすることに限られている。この技術を使用して、垂直相互接続と水平相互接続との両方を画定するように、誘電体（一般に、シリコン酸化物）層をエッチングし、それから画定されたパターンに金属を嵌め込み、そして最後に平坦化プロセスで構造の最上部から余分な金属を除去することによって、金属相互接続が形成される。この使用において、ＳｉＣは、低誘電率（低ｋ）であるために、誘電体エッチング用のエッチング停止層として選ぶことができる。そのような低ｋ特性によって、相互接続線間の容量結合を減らすことができる。この相互接続線間の容量結合は、クロストークおよび抵抗・キャパシタンス（ＲＣ）遅延の少なくとも一方をもたらし、したがってデバイスの全体的な性能を低下させる可能性がある。
【０００８】
本発明は、全く異なる用途、すなわち金属相互接続のサブトラクティブ形成のための従来の金属堆積／エッチング・プロセスに向けられる。
【０００９】
したがって、本発明の第１の態様は、基板に金属相互接続構造を製造するサブトラクティブ法に関し、
−基板の上に誘電体層を堆積するステップと、
−誘電体層に比べてより低いエッチング速度を示す停止層を誘電体層の上に堆積するステップと、
−停止層の上に金属層を堆積するステップと、
−金属層の上に第１のレジスト層を堆積するステップと、
−第１の所望のパターンに従って第１のレジスト層をパターン形成するステップと、
−停止層で止めながら、パターン形成された第１のレジスト層を介して金属層をエッチングするステップと、を備える。
【００１０】
金属層が、一般的に、Ａｌ、Ｗ、銅（Ｃｕ）、Ｔｉ、ＴｉＮ、タンタル（Ｔａ）、または窒化タンタル（ＴａＮ）の層およびこれらの組合せである場合、停止層材料は、好ましくは、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）、窒素含有ＳｉＣ（ＳｉＣＮ）、およびホウ素含有ＳｉＣ（ＳｉＢＣ）、ホウ素含有ＳｉＣＮ（ＳｉＢＣＮ）を含んだグループから選択された珪素および炭素含有材料である。
【００１１】
金属エッチング中の下にある誘電体層の侵食は、停止層のより低いエッチング速度のために制限される。その結果として、エッチング後、デバイスは改善された平坦性を示す。さらに、下にある誘電体層はプラズマに曝されることがなく、したがって金属パターンの上の角の侵食は認められないので、レジストに対する選択性は維持される。
【００１２】
本発明の他の態様は、第１の態様に従った方法で得られる金属相互接続構造に関する。この構造は、
−基板と、
−基板の上にある誘電体層と、
−誘電体層の上にあって誘電体層に比べてより低いエッチング速度を示す金属エッチング用の停止層と、
−停止層の上にある金属層と、を備え、前記金属層は、第１の所望のパターンに従ってパターン形成される。
【００１３】
この構造が垂直構造（コンタクトおよびビアの少なくとも一方）を備える場合、前記誘電体層および前記停止層は、両方とも、第２の所望のパターンに従ってパターン形成される。
【００１４】
本発明の他の態様は、第２の態様に従った相互接続構造を備える半導体デバイスに関する。
【００１５】
本発明の他の態様は、第２の態様に従った相互接続構造を備える集積回路チップに関する。
【００１６】
本発明の他の態様は、第２の態様に従った相互接続構造を備える電子装置、第３の態様に従った半導体デバイス、または第４の態様に従った集積回路チップに関する。そのような電子装置は、セルラー４電話、汎用コンピュータ、個人向け携帯型情報機器（ＰＤＡ）、ＤＶＤ（ディジタル汎用ディスク）プレーヤ、または同様なものであるかもしれない。
【００１７】
本発明の他の特徴、有利な点および目的の少なくとも１つは、本発明の実施形態についての以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。この説明は、添付の図面を参照して行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図面において、同様な参照数字は様々な図の同様な部分を示す。
【００１９】
第１に述べるべきことは、本発明は半導体デバイスで使用するための金属相互接続構造を製造する従来のサブトラクティブ法に関するということである。サブトラクティブ法は、所定の金属化レベルに対応する金属層にトレンチ（配線用の）をエッチングするステップを備える。そのような方法は、他のよく知られているダマシンまたはデュアル・ダマシン技術と取り違えるべきでない。ダマシンまたはデュアル・ダマシン技術では、金属層ではなくて、レベル間またはレベル内の誘電体層がエッチングされる。
【００２０】
デバイスは、一般に、集積回路チップである。集積回路に関しては、それは、単一チップ上に半導体技術で全体的に形成された電気回路と理解しなければならない。もちろん、本発明は、決してこの例に制限される意図でなく、デバイスはハイブリッド回路またはマルチチップ・モジュール（ＭＣＭ）に組み込まれるか、またはプリント回路板に直接取り付けられる（チップ・オン・ボード、またはＣＯＢ）。
【００２１】
ここで、本方法のステップを図２の流れ図を参照して説明する。図２において、随意選択のステップに対応する枠は、点線で示す。適切なときに、図１Ａ〜１Ｈの図を参照する。
【００２２】
第１のステップ２１で、誘電体層１２を基板１１、例えば半導体基板の上面を覆って堆積する。この基板の上面に、少なくとも１つの部品が前以って設計されている。そのような部品は、ＭＯＳ、ＣＭＯＳおよびバイポーラ・トランジスタの少なくとも１つ、ダイオード、および同様なものを含むかもしれない。誘電体材料は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、フッ素ドープ珪素ガラス（ＦＳＧ）としても知られているフッ素ドープ二酸化珪素、および炭素混合シリコン酸化物（ＳｉＯＣ）のようなシリコン酸化物（ＳｉＸ）を含むグループから選択される。
【００２３】
任意の平坦化ステップ２２では、誘電体層１２は、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスによって、平坦にされる。
【００２４】
ステップ２３で、絶縁性エッチング停止層１３を誘電体層１２の上に堆積する。好ましい実施形態では、このエッチング停止層はＳｉＣで作られる。停止層材料は、誘電体層に比べてより低いエッチング速度を示す。この絶縁材料は、低ｋ特性（シリコン酸化物または窒化珪素よりも小さなｋ値）を示すことができ、したがって、相互接続線間の容量結合を低減する。最後に、この絶縁材料は酸素を全く含まない。層１３は、例えば適切な処方の化学気相成長法（ＣＶＤ）を使用して、酸化物層１２の上に堆積し、図１Ａの構造が生じる。後で強調するように、ＳｉＣ層１３は、後の金属１５のエッチングのための埋込み停止層として使用する。
【００２５】
有利なことに、誘電体層のＣＭＰ（ステップ２２）で生じた引っかき傷は、知られている方法のように導電性接着剤および障壁層の少なくとも一方ではなくて、ＳｉＣで充填される。したがって、金属短絡の危険性は著しく減る。
【００２６】
必要なとき、ステップ２１〜２３の後に誘電体層１２の内部に垂直相互接続（すなわち、コンタクトまたはビア）を形成するステップが続いて、下にある層（ここでは、基板１１、または代わりに下の金属レベルに対応する下にある金属層）のそれぞれの領域を接続する。
【００２７】
コンタクトおよびビア形成プロセスは、最初に、コンタクトまたはビア・リソグラフィのためのレジスト層１４を堆積しさらにパターン形成して、図１Ｂの構造を生じさせるという従来ステップ２４を含む。レジスト層は、所望のコンタクトまたはビア・パターンに従ってパターン形成される。
【００２８】
ステップ２５で、パターン形成されたレジスト層１４の開口を介してＳｉＣに限定されたエッチング・プロセスが行われて、ＳｉＣ層１３の露出部分が除去される。ＳｉＣをエッチングする適切な方法は、特に、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）、イオン・ビーム・エッチング（ＩＢＥ）またはガス相でのエッチング方法のようなドライ・エッチング方法である。所望のコンタクトまたはビアのパターンは、ＳｉＣ層にポジで転写され、図１Ｃの構造を生じさせる。
【００２９】
ステップ２６で、レジスト・マスク１４の開口を介して誘電体層１２の露出部分をエッチングして、コンタクトまたはビアの穴を形成する。このエッチング・プロセスは、普通の誘電体除去プロセスに従って行われる。結果として得られる構造を、図１Ｄに示す。そして、残っているレジスト層１４を除去する。もしくは、有利なことには、残っているレジスト層を除去した後で、ハード・マスクのようなパターン形成されたＳｉＣの停止層１３を使用して、コンタクトまたはビアのエッチングを行うことができる。
【００３０】
第１の実施例によるコンタクトまたはビア形成を完成するために、導電性材料、すなわちＡｌ、Ｗ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮまたはこれらの組合せのような金属を、コンタクトまたはビアの穴を満たすように堆積して（ステップ２７）、コンタクトまたはビア１５を形成する。一般に、コンタクトおよびビアの材料はＷを含む。それから、ステップ２８で、コンタクトまたはビア１５を平坦化するためにエッチ・バックまたは化学機械研磨が使用されるが、一方で、有利なことには、このエッチングまたはＣＭＰプロセスの停止層として使用されるＳｉＣ層１３で止まる。この備えによって、エッチングまたはＣＭＰプロセス中の誘電体層の侵食を制限することができる。このようにして得られた構造を、図１Ｅに示す。
【００３１】
一般に、コンタクトまたはビア材料はＷを含む。普通の実施であるように、タングステン堆積前に薄いＴｉ層およびさらに薄いＴｉＮ層をコンタクトまたはビアの穴の中に堆積して、下にある材料に対する金属の付着を助長する。
【００３２】
次に、方法はステップ２９に進み、導電性材料、すなわちＡｌ、Ｗ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮまたはこれらの組合せを堆積し、それによって、水平相互接続（すなわち、線）用の金属層１５’を形成する。一実施形態では、金属層１５’は蒸着またはスパッタリングによって付けられる。このようにして得られた構造を、図１Ｆに示す。一般に、線材料はＡｌを含む。よく知られているように、このＡｌ層１５’の前に、薄いＴｉ層およびことによるとＴｉＮの薄い層も堆積される。その上、別の薄いＴｉＮ層がＡｌ層１５’の得に堆積されるかもしれない。
【００３３】
さらに、本方法は、金属層リソグラフィ・パターン形成のステップを備える。このステップ時に、レジスト層１６を金属層１５’の上に塗布する。そして、従来のフォトリソグラフィ・プロセスに従って層１６をパターン形成し、所望の線のパターンに対応する開口を画定する。結果として得られた構造を、図１Ｇに示す。
【００３４】
本方法はステップ３１で終り、このステップで、パターン形成されたレジスト層１６の開口を介して金属層１５’をエッチングするが、一方で、有利なことには、金属エッチング用の停止層として使用されたＳｉＣ層１３で止まる。ステップ３１は、一般に、主エッチングおよびオーバエッチングのサブステップを含む。このように、所望の線パターンは、ポジで金属層１５’に変換される。下にある誘電体層１２の侵食は、残っているＳｉＣ停止層１３のために制限される。プラズマ・エッチングの処方は、ハロゲンまたはハロゲンをベースにしたガスを一般に含むガス混合物を含む。エッチングすべき金属がＡｌである場合、ガス混合物は、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、塩化水素（または塩化水素酸、ＨＣｌ）、臭化水素（ＨＢｒ）、およびヨウ化水素（ＨＩ）を含むグループから選択されるかもしれない。エッチングすべき金属がＷである場合、ガス混合物は六弗化硫黄（ＳＦ６）または他のフッ素含有ガスであるかもしれない。それから、下にある金属層１５’およびＳｉＣ層１３を損傷させることなく灰化またはウェット化学剥離のようなプロセスによって、レジスト・マスク１６を除去して、図１Ｈの最終構造を作る。
【００３５】
他の金属化レベルで、図１Ｂ〜１Ｈに示すステップを繰り返して、追加のビアおよび配線の少なくとも一方が製造されるかもしれない。
【００３６】
ステップ２７および２８は、任意選択である。一般に、コンタクトまたはビアが線と同じ金属例えばＡｌで作られない場合に、これらのステップを実施する。コンタクトまたはビアが線と同じ金属で作られる場合、本方法はステップ２６からステップ２９に飛ぶ。
【００３７】
理解されることであろうが、停止層材料の好ましい例として上でＳｉＣだけに言及した。プラズマ・エッチングに使用されるガス混合物の性質に依存して、他の材料が可能な候補として考えられるかもしれない。特に、停止層材料は、珪素および炭素を含有する材料のグループの中で選ばれるかもしれない。例えば、このグループは、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＢＣ、ＳｉＢＣＮおよびこれらの組合せを含む。停止層材料は、その性質に依存して、ステップ２３で、プラズマ堆積法、スパッタ堆積法（例えば、ＳｉＣＮの）、スピン・オン法、またはＣＶＤ法（例えば、ＳｉＣの）によって堆積されるかもしれない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】本発明による製造方法を例示した実施形態の、それぞれのステップにおける半導体デバイスの部分を示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明による製造方法を例示した実施形態の、それぞれのステップにおける半導体デバイスの部分を示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明による製造方法を例示した実施形態の、それぞれのステップにおける半導体デバイスの部分を示す断面図である。
【図１Ｄ】本発明による製造方法を例示した実施形態の、それぞれのステップにおける半導体デバイスの部分を示す断面図である。
【図１Ｅ】本発明による製造方法を例示した実施形態の、それぞれのステップにおける半導体デバイスの部分を示す断面図である。
【図１Ｆ】本発明による製造方法を例示した実施形態の、それぞれのステップにおける半導体デバイスの部分を示す断面図である。
【図１Ｇ】本発明による製造方法を例示した実施形態の、それぞれのステップにおける半導体デバイスの部分を示す断面図である。
【図１Ｈ】本発明による製造方法を例示した実施形態の、それぞれのステップにおける半導体デバイスの部分を示す断面図である。
【図２】本発明による製造方法の例示した実施形態のステップを示す流れ図である。
2006517059.tif 000003
【図２】
2006517059.tif 000004
【国際調査報告】
2006517059.tif 000005
2006517059.tif 000006
2006517059.tif 000007