(57)【要約】この発明は、半導体本体（１）と基板（２）とを備えた半導体装置（１０）であって、少なくとも一つの半導体素子（３）を備え、そして、少なくとも一つの接続領域（４）と、接続領域（４）に接続された上部に横たわる帯状接続導体（５）とが設けられ、帯状接続導体と接続領域とが共に誘電体材料内に窪んでおり、続いて、第一の誘電体層（６）と、第一のハードマスク層（７）と、そして、第二の誘電体層（８）とが半導体本体（１）上に堆積され、接続領域（４）が形成される部位において、炭素とフッ素との化合物を含むプラズマを用いたプラズマエッチングにより第一の誘電体層（６）内にバイア（４４）が形成され、そして、この構造の上部に堆積されたパターンニングされたフォトレジスト層が存在している状態で、接続導体（６）が形成される部位において、プラズマエッチングにより第二の誘電体層（８）内にトレンチ（５５）が形成され、接続領域（４）と接続導体（５）とをそれぞれ形成するために、バイア（４４）及びトレンチ（５５）が導電材料で満たされ、そして、トレンチ（５５）が形成される前に、既に形成されたバイア（４４）が有機材料（２）で満たされる半導体装置の製造方法に関する。この発明では、バイア（４４）のエッチング中にバイア（４４）が同時にほぼ完全に有機材料（２０）で満たされるように、第一の誘電体層（６）の材料と、プラズマエッチングによる第一の誘電体層（６）内のバイア（４４）の形成中のエッチング条件とが選ばれ、この構造及びプラズマ内に既に存在する有機材料から有機材料（２０）が形成される。エッチングの間にレジスト層が存在することと、そこで炭素とフッ素との化合物を用いること以外に、関わる条件は、第一（そして第二）の誘電体層（６，８）とこれら層（６，８）のエッチングの間の電力の選択に関する。
2006517342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体本体と基板と有する半導体装置であって、少なくとも一つの半導体素子を備え、そして、少なくとも一つの接続領域と、該接続領域に接続され上部に横たわる帯状接続導体とが設けられ、該接続導体と前記接続領域とが共に誘電体材料内に窪んでおり、続いて、第一の誘電体層と、第一のハードマスク層と、そして、第二の誘電体層とが前記半導体本体上に堆積され、前記接続領域が形成される部位において、炭素とフッ素との化合物を含むプラズマを用いたプラズマエッチングにより前記第一の誘電体層内にバイアが形成され、そして、この構造の上部に堆積されたパターンニングされたフォトレジスト層が存在している状態で、前記接続導体が形成される部位において、プラズマエッチングにより前記第二の誘電体層内にトレンチが形成され、前記接続領域と前記接続導体とをそれぞれ形成するために、前記バイア及び前記トレンチが導電材料で満たされ、そして、前記トレンチが形成される前に、前記既に形成されたバイアが有機材料で満たされる半導体装置の製造方法であって、
前記バイアのエッチング中に前記バイアが同時にほぼ完全に前記有機材料で満たされるように、前記第一の誘電体層の材料と、プラズマエッチングによる前記第一の誘電体層内の前記バイアの形成中のエッチング条件とが選ばれ、この構造及び前記プラズマ内に既に存在する有機材料から前記有機材料が形成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第一の誘電体層の材料として有機材料を含む材料が選ばれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一の誘電体層の材料としてポリマーが選ばれることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一の誘電体層の材料として有機材料を備える多孔性二酸化シリコンを備える材料が選ばれることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記バイアのプラズマエッチングの間、電力の設定は５００ワットから２２００ワットの範囲で選ばれることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記第一の誘電体層及び前記第一のハードマスク層の堆積後に前記バイアが形成され、前記第一のハードマスク層内へ開口を形成した後、そして、エッチングにより前記バイアを形成した後、そして、前記バイアを有機材料で満たしたと同時に、前記第二の誘電体層及び前記第二のハードマスク層が堆積されることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記第二の誘電体層の堆積後に前記バイアが形成され、そして、前記バイアは前記第二の誘電体層内にも形成されることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記バイアの形成後に前記トレンチが形成され、そして、同時に、フォトレジストマスクを用いて前記トレンチを前記有機材料で満たすことを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記トレンチの幅は前記バイアの幅より広く選ばれることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
銅が前記導電材料として選ばれることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記第一の誘電体層の堆積前に、前記半導体本体上に銅のためのバリア層が堆積されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記バイア及び前記トレンチの形成後であって、しかし、前記銅の堆積前に、前記バイア及び前記トレンチの壁部上に薄いポリマー層が形成され、そして、前記バイアの底部上そして前記バイア及び前記トレンチの側壁部上に銅のためのさらなるバリア層が堆積されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第二の誘電体層上部にさらなるハードマスク層が堆積されることを特徴とする請求項１乃至１２いずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記炭素とフッ素との化合物として、ＣＨ３Ｆ２とＣＨ３Ｆとを備えるグループから化合物が選ばれることを特徴とする請求項１乃至１３いずれかに記載の方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４いずれかに記載の方法により得られる半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体本体と基板とを有する半導体装置であって、少なくとも一つの半導体素子を備え、そして、少なくとも一つの接続領域と、該接続領域に接続され上部に横たわる帯状接続導体とが設けられ、該接続導体と前記接続領域とが共に誘電体材料内に窪んでおり、続いて、第一の誘電体層と、第一のハードマスク層と、そして、第二の誘電体層とが前記半導体本体上に堆積され、前記接続領域が形成される部位において、炭素とフッ素との化合物を含むプラズマを用いたプラズマエッチングにより前記第一の誘電体層内にバイアが形成され、そして、前記接続導体が形成される部位において、プラズマエッチングにより前記第二の誘電体層内にトレンチが形成され、そして、エッチングの間この構造の上部にパターンニングされたフォトレジスト層が存在し、前記接続領域と前記接続導体とをそれぞれ形成するために、前記バイア及び前記トレンチが導電材料で満たされ、そして、前記トレンチが形成される前に、前記既に形成されたバイアが有機材料で満たされる半導体装置の製造方法に関する。このような方法は、特に、所謂、マルチレベル又は多層技術で製造されるさらに複雑な半導体装置の製造に適する。
【背景技術】
【０００２】
そのような方法は２００２年３月２６日に発行された米国特許６，３６２，０９３より知られている。この文書は（特に図２を参照）、如何にして、基板内のコンタクト領域上にバリア層と、第一の誘電体層と、ハードマスク層と、そして、第二の誘電体層との積層が堆積されるかについて記載している。この構造の上部にパターンニングされたフォトレジスト層が堆積され、そして、炭素とフッ素との化合物を含むプラズマを用いたプラズマエッチングにより第一の誘電体層内のみならず第二の誘電体層内にもバイアが形成される。その後（特に図３を参照）、形成されたバイアが、スピン・オン有機材料の形態での、有機材料により満たされ、そして、この構造の上部に異なるパターンのフォトレジスト層が形成され、そして、その後、プラズマエッチングにより第二の誘電体層内にトレンチが形成される。このプロセスにおいては、第一の誘電体層内のバイア内及び第二の誘電体層内のバイア内の有機材料が元の状態に完全に除去される。そして、バイア及びトレンチが導電材料で満たされる。バイア内の有機材料は、エッチングによりトレンチを形成している間に、バイアの、特に、底部を保護するという点で犠牲的機能がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そのような方法の欠点は、犠牲有機材料で満たされたバイアを形成するために数々の工程、例えば、とりわけ、エッチング工程によりバイアを形成し、そして、それをスピン・オン材料の堆積により満たすという工程を備えるため複雑であるということである。
【０００４】
従って、この発明の目的は、そのような欠点がなく、簡単で、工程数が少ない方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これを達成するために、冒頭で述べた種類の方法が、前記バイアのエッチング中に前記バイアが同時にほぼ完全に前記有機材料で満たされるように、前記第一の誘電体層の材料と、プラズマエッチングによる前記第一の誘電体層内の前記バイアの形成中のエッチング条件とが選ばれ、この構造及び前記プラズマ内に既に存在する有機材料から前記有機材料が形成されることを特徴とする。この発明は、第一に、エッチングによる前記バイアの形成と、同じプロセス中で、そのバイアを有機材料で満たすこととの両者が、特に、前記第一の誘電体層の材料として適切な材料が選ばれ、そして、エッチング中の条件が適切に選ばれことにより可能となるという驚くべき認識に基づくものである。
【０００６】
前記第一の誘電体層として適切な材料は有機材料を含む材料であると思われる。前記フォトレジスト層中に存在する有機材料と前記プラズマ中の前記炭素とフッ素との化合物とが合わさって、有機ポリマーのような材料が形成され、その形成中に前記バイア中に堆積される。前記第一の誘電体層中の前記有機材料は炭素源又は触媒として働くことは明らかである。この発明に従った結果を得るためのプラズマエッチング中の重要な条件はプラズマ機器の電力を５００ワットから２２００ワットの範囲とすべきということである。従って、この発明の方法は、エッチングにより前記バイアを形成し、そのバイアを（犠牲）有機材料で満たすために必要な工程が一工程であり、迅速且つ簡単である。最後に、この発明の方法の重要且つ驚くべき効果は、トレンチ形成中に前記トレンチの底部にダメージを与えず、また、そのプロセス中に前記バイアの側壁の上部にもダメージを与えないということである。これに反し、既知の方法では、前記バイアを犠牲的に満たすのにスピン・オン・フォトレジストを使用することにより、プラズマエッチングによる前記トレンチの形成中に上述したようなダメージが生じてしまう。
【０００７】
前記第一の誘電体層の材料としては有機ポリマー又はやはり有機材料を備える多孔性二酸化シリコンのような無機材料を備えるハイブリッド材料でもよい。後者の良い例としては、ＴＳＲコーポレーションより提供されるＬＫＤ−５１０９がある。ポリマーとしては、例えば、ＳＩＬＫ（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙの商標）のような材料を用いてもよい。これらの材料の際だった特徴は純粋な無機二酸化シリコンより誘電率が低く、そのため、これらの材料により二つの導体が分離される構造のキャパシタンスが小さくなり、従って、高周波での挙動が好ましいということである。
【０００８】
この発明の方法の好ましい実施形態では、前記第一の誘電体層及び前記第一のハードマスク層の堆積後に前記バイアが形成され、前記第一のハードマスク層内へ開口を形成した後、しかし、前記第二の誘電体層の堆積前で、そして、エッチングにより前記バイアを形成した後、そして、前記バイアを有機材料で満たしたと同時に、前記第二の誘電体層及び前記第二のハードマスク層が堆積される。この方法では、前記バイアが前記第一の誘電体層のみを備えるため、前記バイアの厚みが最小となる。そのような場合、前記バイアは比較的薄く、前記バイアを形成し、同時に、これを有機材料で満たすのがさらに簡単となるということが分かっている。この実施形態では、前記第二の誘電体層の中央部分が、エッチングによる前記トレンチの形成中に犠牲材料の役目を果たす。
【０００９】
他の実施形態では、前記第二の誘電体層の堆積後に前記バイアが形成され、そして、前記バイアは前記第二の誘電体層内にも形成される。好ましくは、この場合、前記第一、第二の誘電体層を備える前記バイアを完全に満たすために、前記第二の誘電体層の材料として前記第一の誘電体層の材料と同じものが選ばれる。
【００１０】
好ましくは、前記第二の誘電体層の堆積後に、その上に第二のハードマスク層が堆積され、エッチングにより前記開口を形成するためのフォトレジストを用いて前記第二のハードマスク層内へ開口を形成した後、前記バイアが形成される。
【００１１】
好ましくは、前記バイアの形成後に前記トレンチが形成され、そして、同時に、前記第二のハードマスク層上部に形成された他のフォトレジストマスク及び他のエッチングプロセスを用いて前記トレンチを前記有機材料で満たす。
【００１２】
前記バイアの幅より前記トレンチの幅を広くすることにより、前記トレンチ内に形成された前記接続導体の抵抗が小さくなる、そして、前記バイア内に形成された前記接続領域との配置がより簡単になる。
【００１３】
好ましくは、銅が前記接続領域及び前記接続導体の前記導電材料として選ばれ、これは、その優れた導電性によるものである。この場合、前記第一の誘電体層の堆積前に、前記半導体本体上に銅のためのバリア層が堆積される。このような層はタンタル又は窒化タンタルで作られてもよい。これは、銅による汚染から下部の前記半導体本体を保護する。
【００１４】
他の変形例では、前記バイア及び前記トレンチの形成後であって、しかし、前記銅の堆積前に、前記バイア及び前記トレンチの壁部上に薄いポリマー層が形成される。この層は、前記バイア内の犠牲有機材料と同様な方法で形成されてもよい。しかし、薄いポリマー層のみが堆積されるという条件が選ばれる。その後、前記バイアの底部上そして前記バイア及び前記トレンチの側壁部上に銅のためのバリア層が堆積される。前記ポリマー層の存在により、前記バイア及び前記トレンチの壁部が平坦になり、従って、その上に平坦で信頼性の高いバリア層の形成が可能になる。さらに、タンタルを備えるバリア層の場合、このタンタル層の抵抗は、前記ポリマー層の存在無しに堆積されたタンタル層の抵抗より低くなると思われる。
【００１５】
好ましくは、前記バイアのエッチング／充填は、前記炭素とフッ素との化合物として、ＣＨ３Ｆ２とＣＨ３Ｆとを備えるグループから化合物が選ばれて行われる。これらの場合の化学反応は、その結果が非常に満足いくものであり、非常に効果的である。前記形成された有機材料及び存在する前記レジストの残部は、最後に、即ち、プロセスの最後に、ウェット又はドライエッチングプロセス、所謂、剥離プロセスにより完全に除去される。
【００１６】
この発明は、さらに、この発明の方法により得られる半導体装置も含む。
【００１７】
この発明の、これらの、そして、その他のアスペクトが図面と共に以下に記載される（各）実施形態より明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
各図は概略的であり、スケール通りには描かれておらず、特に、厚み方向では、より明瞭にするために誇張されている。各図において対応する部分は、通常、同じ参照番号が付与され、そして、同じハッチングで描かれている。
【００１９】
図１乃至図６はこの発明の方法による半導体装置の様々な製造工程における半導体装置の断面図である。装置１０（図１参照）は半導体本体１を備え、この場合、シリコンで作られるが、他の適切な半導体材料で作られてもよい。本体１の基部としてｐ型シリコン基板２が用いられ、この内部に半導体素子３が形成され、これは、例えば、トランジスタの又はダイオードの一部として、ソース、ドレイン、ベース、エミッタ等を形成するｐ型領域である。特に、多層又はマルチレベル技術では、装置１０の低レベルでの導体により素子３が形成される。そこで、半導体素子３は半導体本体１内の別の部位に形成される。この発明の方法は、この例では、窒化タンタルのバリア層１２の堆積へと続けられる。その後、ここでは、ＴＳＲコーポレーションより提供されるＬＫＤ−５１０９である有機材料を含む多孔性二酸化シリコンの第一の誘電体層６が２００ｎｍから３００ｎｍの厚みに堆積される。第一の誘電体層６の上部に５０ｎｍ厚みのハードマスク層７が堆積され、これは、ここでは、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）より作られる。その上に、フォトレジスト層１１が堆積され、そして、パターンニングされ、このフォトレジスト層は主にメタクリル樹脂により作られ、４５０ｎｍの厚みとされる。レジスト層１１内の開口は、ここでは、円形であり、２５０ｎｍから３５０ｎｍの直径を有し、これは、形成すべき接続領域４の直径に対応する。
【００２０】
続いて（図２参照）、装置１０が（図には示されていない）プラズマエッチング装置内で処理され、そのプラズマは炭素とフッ素との化合物、ここでは、ＣＨ３Ｆを含む。プラズマエッチング処理は５００ワットから２２００ワットの範囲の電力で行われる。最初に、第一のハードマスク層７内に開口が形成される。そして、この発明に従って、同時に、孔４４が第一の誘電体層６内に形成され、同時に、これが有機材料２０で満たされる。従って、この発明の方法は非常に効率的である。
【００２１】
その後（図３参照）、装置１０上に、第二の誘電体層８が、この例では、第一の誘電体層と同じ材料で２００ｎｍから３００ｎｍの厚みに堆積される。その上部に、ここではやはりシリコンカーバイト（ＳｉＣ）で厚みが５０ｎｍの第二のハードマスク層９が堆積される。その上に、主にメタクリル樹脂のフォトレジスト層１１１が４５０ｎｍの厚みに堆積され、そして、形成すべき接続導体５の長さ及び幅、ここでは、２００ｎｍから４００ｎｍにパターンニングされる。
【００２２】
そして（図４参照）、ＣＨ３Ｆ２且つ又はＣＨ３Ｆ、ここでは、ＣＨ３Ｆを備えるプラズマ内エッチングにより、フォトレジスト層１１１内の開口に対応する開口が第二のハードマスク層９に設けられる。
【００２３】
続いて（図５参照）、有機材料２０（図６参照）に到達するまでエッチングが継続されてトレンチ５５が形成される。その時点から、Ｎ２／Ｏ２混合物を備えるプラズマのプラズマエッチングによるエッチングが続けられる。ここで（図６参照）、バイア４４の底部に到達するまでバイア４４内の有機材料２０が除去される。同時に、レジスト層１１１（の残部）が除去される。この発明の方法の重要な効果は、バイア４４とトレンチ５５との界面に形成された「肩部」がダメージを受けないということである。これは、そのようなダメージが生じる既知の方法とは全く相容れない点である。この例では、図には示されないが、薄いポリマー層がバイア４４の壁部上に堆積される。その後、やはり図には示されないが、好ましくはタンタルのさらなるバリア層がそのポリマー層の上に堆積される。そして、バイア４４及びトレンチ５５が、この例では、銅で満たされて、接続領域４及び接続導体５を形成し、それらの上部レベルが図６では点線４，５で示されている。この例では、銅は電気メッキ技術で堆積される。
【００２４】
装置１０を完成させるために既知のプロセスと同様にプロセスが進行する。これに含まれる工程は図には示されていない。よくあるプロセス工程はＣＭＰプロセスであり、さらには、誘電体内に窪むさらなる接続領域及び接続導体の形成に含まれるプロセス工程とこれに続くＣＭＰプロセスもあってもよい。そして、例えば、シリコンカーバイド層が堆積され、そこに開口が形成され、開口内にアルミニウム等の接続金属が、例えば、ブランケット層として堆積され、続いて、フォトリソグラフィ及びエッチングが行われる。最後に、ソーイング等の分離プロセスにより個々の装置１０が得られる。
【００２５】
以下に、この発明の方法の第一の例の変形例である第二の例が与えられる。
【００２６】
図７乃至図１１はこの発明の方法の変形例による半導体装置の様々な製造工程における半導体装置の断面図である。この例に適用されるこの発明の方法は、第一の例と幾らか類似点があり、従って、その詳細については第一の例の記載を参照する。ここでは、際だって異なる部分のみが簡単に議論される。
【００２７】
装置１０製造のための基部として（図７参照）、半導体本体１が用いられ、これは、やはり、半導体素子３を有するシリコン基板２を備え、その上部に、バリア層１２と、第一の誘電体層６と、第一のハードマスク層７とが堆積される。ここで、その上部に、ここでは、第一の誘電体層６と同じ材料の第二の誘電体層８が堆積され、その第二の誘電体層の上部に第二のハードマスク層９が堆積され、これには、パターンニングされたレジスト層１１が設けられる。
【００２８】
そして（図８参照）、第二のハードマスク層９内に開口がエッチングされ、そして、続いて、バリア層１２に到達するまで構造１０全体に孔４４がエッチングされる。同時に、形成された孔４４が有機材料２０で満たされる。孔４４は所望の形成すべき接続領域４と同じサイズを有する。
【００２９】
続いて（図９参照）、第二のハードマスク層９の上部に所望の形成すべき接続導体５と同じ幅及び長さを有するさらなるパターンニングされたレジスト層１１１が堆積される。そして（図１０参照）、エッチング処理が開始され、有機材料２０と、第二のハードマスク層９及び第二の誘電体層８の保護されていない部分との両者がエッチング除去される。バイア４４のレベルに到達した後、第一の例と同様にして、エッチングが続けられ、有機材料２０の残部及びレジスト１１１（の残部）が除去される。最後に、バイア４４及びトレンチ５５の両者が完全に形成されるという状態に到達する（図１１参照）。バイア４４及びトレンチ５５の両者が、ここでも、点線で示されるように銅４，５で満たされて、接続領域４及び接続導体５を形成する。
【００３０】
この発明は、ここに記載した例に限定されず、この発明の範囲内で多くの変形、変更が当業者にとって可能であることは明らかである。
【００３１】
例えば、半導体装置は様々な形状及びサイズとすることができる。基板はガラス等の絶縁材料を備えてもよく、そして、半導体本体は、例えば、所謂、基板転送技術により形成されてもよい。誘電体層は、他の、所謂、Ｋの低い材料を備えてもよい。
【００３２】
さらに、作られる装置は、例えば、ＩＣ（集積回路）の形態で、さらに（多くの）ダイオード、トランジスタ且つ又は抵抗器且つ又はキャパシタ等の能動且つ又は受動半導体素子又は電子素子を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の方法による半導体装置の製造工程における半導体装置の断面図である。
【図２】この発明の方法による半導体装置の製造工程における半導体装置の断面図である。
【図３】この発明の方法による半導体装置の製造工程における半導体装置の断面図である。
【図４】この発明の方法による半導体装置の製造工程における半導体装置の断面図である。
【図５】この発明の方法による半導体装置の製造工程における半導体装置の断面図である。
【図６】この発明の方法による半導体装置の製造工程における半導体装置の断面図である。
【図７】この発明の方法の変形例による半導体装置の製造工程における半導体装置の断面図である。
【図８】この発明の方法の変形例による半導体装置の製造工程における半導体装置の断面図である。
【図９】この発明の方法の変形例による半導体装置の製造工程における半導体装置の断面図である。
【図１０】この発明の方法の変形例による半導体装置の製造工程における半導体装置の断面図である。
【図１１】この発明の方法の変形例による半導体装置の製造工程における半導体装置の断面図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
2006517342.tif 000014
2006517342.tif 000015
2006517342.tif 000016
2006517342.tif 000017