(57)【要約】【課題】  基板の表面上に特徴画成部を形成する改良された方法を提供する。【解決手段】  基板の表面にネガティブマスク材料を堆積し、そのネガティブマスク材料を基板表面へとエッチングしてネガティブマスク特徴画成部を形成し、ネガティブマスク特徴画成部に耐エッチング材料を堆積し、その耐エッチング材料を研磨してネガティブマスク材料を露出させ、ネガティブマスク材料をエッチングして耐エッチング材料に特徴画成部を形成することにより、基板を処理する方法が提供される。【選択図】      図１
2007116167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法において、
上記基板の表面にネガティブマスク材料を堆積するステップと、
上記ネガティブマスク材料にレジスト材料を堆積するステップと、
上記レジスト材料をパターン化して上記ネガティブマスク材料を露出させるステップと、
上記露出されたネガティブマスク材料をエッチングしてネガティブマスク特徴画成部を形成するステップと、
上記レジスト材料を除去するステップと、
上記ネガティブマスク特徴画成部内及び上記ネガティブマスク材料上に耐エッチング材料を堆積するステップと、
上記耐エッチング材料を研磨して上記ネガティブマスク材料を露出させるステップと、
上記ネガティブマスク材料をエッチングして上記耐エッチング材料に特徴画成部を形成するステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
上記ネガティブマスク材料は、ポリシリコン、炭化シリコン、アモルファスシリコン、窒化シリコン、アモルファス炭素、パリレン、酸化シリコン、炭素ドープの酸化シリコン、非ドープのシリコンガラス、フッ素ドープのシリコンガラス、及びその組み合せのグループから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記耐エッチング材料はセラミック材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記セラミック材料は、酸化アルミニウム、炭化アルミニウム、及びその組み合せのグループから選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記基板の表面は、誘電体材料に形成された導電性特徴部を備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記ネガティブマスク材料を堆積する前に、上記基板の表面に誘電体バリア層を堆積するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記耐エッチング材料特徴画成部に充填材料を堆積するステップと、
上記充填材料を研磨して上記耐エッチング材料を露出させるステップと、
を更に備えた請求項１に記載の方法。
【請求項８】
充填材料を堆積する上記ステップは、
バリア層材料を堆積する工程と、
導電性材料層をその上に堆積する工程と、
を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記バリア層材料は、チタン、窒化チタン、窒化チタンシリコン、窒化タングステン、窒化タングステンシリコン、タンタル、窒化タンタル、窒化タンタルシリコン、ニオブ、窒化ニオブ、バナジウム、窒化バナジウム、ルテニウム、窒化ルテニウム、及びその組み合せのグループから選択され、更に、上記導電性材料は銅又はタングステンを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
充填材料を研磨する上記ステップは、上記導電性材料及びバリア層を１つ以上の処理ステップで研磨して上記耐エッチング材料を露出させる工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
充填材料を研磨する上記ステップは、化学的機械的研磨技術、電気化学的研磨技術、又はその組み合せを使用して、１つ以上のステップにおいて研磨することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記充填材料はポリシリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
上記ネガティブマスク材料は、ネガティブマスク材料・対・耐エッチング材料のエッチング選択性が約１００：１以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
上記ネガティブマスク材料をエッチングした後に上記基板をパターン化して、上記耐エッチング材料に特徴画成部を形成するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
上記ネガティブマスク材料及び上記耐エッチング材料に第２のネガティブマスク材料を堆積するステップと、
上記第２のネガティブマスク材料に第２のレジスト材料を堆積するステップと、
上記第２のレジスト材料をパターン化するステップと、
露出された第２のネガティブマスク材料を上記基板の表面へとエッチングして第２のネガティブマスク特徴画成部を形成するステップと、
上記レジスト材料を除去するステップと、
上記第２のネガティブマスク特徴画成部に第２の耐エッチング材料を堆積するステップと、
上記第２の耐エッチング材料を研磨して上記第２のネガティブマスク材料を露出させるステップと、
上記第１及び第２のネガティブマスク材料をエッチングして上記第１及び第２の耐エッチング材料に特徴画成部を形成するステップと、
を更に備えた請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
上記ネガティブマスク材料及び第２のネガティブマスク材料は同じ材料である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記第２のネガティブマスク特徴画成部は、上記第１のネガティブマスク特徴画成部より幅が広い、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
上記耐エッチング材料及び第２の耐エッチング材料は同じ材料である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
上記ネガティブマスク材料をエッチングして特徴画成部を形成した後に、上記基板の表面をプラズマに露出させるステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
基板を処理する方法において、
上記基板にバリア層を堆積するステップと、
上記バリア層に第１のネガティブマスク材料を堆積するステップと、
上記第１のネガティブマスク材料に第１のレジスト材料を堆積するステップと、
上記第１のレジスト材料をパターン化して上記第１のネガティブマスク材料を露出させるステップと、
上記露出された第１のネガティブマスク材料をエッチングして第１のネガティブマスク特徴画成部を形成するステップと、
上記第１のレジスト材料を除去するステップと、
上記ネガティブマスク特徴画成部内及び上記第１のネガティブマスク材料上に第１の耐エッチング材料を堆積するステップと、
上記第１の耐エッチング材料を研磨して上記第１のネガティブマスク材料を露出させるステップと、
上記第１のネガティブマスク材料をエッチングして上記耐エッチング材料に特徴画成部を形成するステップと、
上記ネガティブマスク材料及び上記耐エッチング材料に第２のネガティブマスク材料を堆積するステップと、
上記第２のネガティブマスク材料に第２のレジスト材料を堆積するステップと、
上記第２のレジスト材料をパターン化するステップと、
その露出された第２のネガティブマスク材料を上記基板の表面へとエッチングして第２のネガティブマスク特徴画成部を形成するステップと、
上記レジスト材料を除去するステップと、
上記第２のネガティブマスク特徴画成部に第２の耐エッチング材料を堆積するステップと、
上記第２の耐エッチング材料を研磨して上記第２のネガティブマスク材料を露出させるステップと、
上記第１及び第２のネガティブマスク材料をエッチングして上記第１及び第２の耐エッチング材料に特徴画成部を形成するステップと、
を備えた方法。
【請求項２１】
上記ネガティブマスク材料は、ポリシリコン、炭化シリコン、アモルファスシリコン、窒化シリコン、アモルファス炭素、パリレン、酸化シリコン、炭素ドープの酸化シリコン、非ドープのシリコンガラス、フッ素ドープのシリコンガラス、及びその組み合せを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
上記耐エッチング材料はセラミック材料を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
上記セラミック材料は、酸化アルミニウム、炭化アルミニウム、及びその組み合せのグループから選択される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
上記第１のネガティブマスク材料及び第２のネガティブマスク材料は同じ材料である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
上記第２のネガティブマスク特徴画成部は、上記第１のネガティブマスク特徴画成部より幅が広い、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
上記耐エッチング材料及び第２の耐エッチング材料は同じ材料である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
上記ネガティブマスク材料及び上記耐エッチング材料に第２のネガティブマスク材料を堆積する前に上記基板の上記ネガティブマスク材料及び上記耐エッチング材料に第２のバリア層を堆積するステップを更に備えた、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【開示の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明は、集積回路の製造に係り、基板の表面上に特徴画成部を形成する方法に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]半導体デバイスが数十年前に最初に導入されて以来、その幾何学的サイズが劇的に減少した。それ以来、集積回路は、一般に、チップに適合するデバイスの数が２年ごとに倍になることを意味する「２年／半サイズ(two year/half-size)ルール」（しばしばムーアの法則と称される）に従っている。今日の製造プラントは、特徴部のサイズが０．３５μｍや、ほんの０．１８μｍのデバイスを日常的に製造しており、また、明日のプラントは、間もなく、もっと小さな幾何学的寸法のデバイスを製造することになろう。更に、特徴部サイズがもっと小さくなるにつれて、アスペクト比、即ち特徴部の深さと特徴部の幅との間の比が着実に増加し、製造プロセスは、約１００：１以上のアスペクト比をもつ特徴部に材料を堆積することが要求される。
【０００３】
[0003]慣習的に、誘電体材料にレジスト材料を堆積し、次いで、誘電体層をエッチングして、特徴部の形成に使用される特徴画成部を形成することにより、アスペクト比が約１０：１程度の特徴部が製造されている。しかしながら、レジスト材料は、誘電体材料に対するエッチング選択性を制限することが分かっている。選択性とは、誘電体材料に対するレジスト材料の除去率の比である。レジスト材料が充分な選択性を有していない場合には、レジスト材料が過剰エッチングされることがあり、ひいては、エッチングされるその下の特徴部の寸法も、過剰エッチングされることがある。例えば、０．１８μｍの特徴部が、０．２４μｍの幅で形成されることがあり、その意図された目的に適さないことになる。不適切に形成された特徴部寸法は、特徴部がその後にデバイス欠陥を被るような事態を招き得る。
【０００４】
[0004]エッチング選択性を改善する１つの解決策は、ホトレジストと、その下に横たわる誘電体材料との間にハードマスク材料を形成することである。ハードマスクは、ホトレジストによりパターン化され、ハードマスクを使用して、誘電体材料に対するエッチングプロセス中に希望の選択性を与える。しかしながら、現在のハードマスク材料は、アスペクト比が１００：１以上の特徴部を形成するための選択性に欠けることがある。更に、レジスト材料から誘電体材料に対するハードマスクへ転写されるパターンが誤って移されて、望ましからぬ特徴画成部を生じることもある。それに加えて、ハードマスクの使用は、特徴部形成に追加ステップが必要となるので、製造時間及びコストを増加させる。
【０００５】
[0005]それ故、特徴部形成のために誘電体材料を堆積してパターン化するための改善された方法及び材料が要望されている。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]本発明の実施形態は、一般に、基板の表面に特徴画成部を形成する方法を提供する。
【０００７】
[0007]本発明の実施形態は、一般に、基板を処理する方法であって、基板の表面にネガティブマスク材料を堆積するステップと、そのネガティブマスク材料にレジスト材料を堆積するステップと、そのレジスト材料をパターン化してネガティブマスク材料を露出させるステップと、その露出されたネガティブマスク材料をエッチングしてネガティブマスク特徴画成部を形成するステップと、レジスト材料を除去するステップと、ネガティブマスク特徴画成部内及びネガティブマスク材料上に耐エッチング材料を堆積するステップと、その耐エッチング材料を研磨してネガティブマスク材料を露出させるステップと、ネガティブマスク材料をエッチングして耐エッチング材料に特徴画成部を形成するステップと、を備えた方法を提供する。
【０００８】
[0008]本発明の別の実施形態は、一般に、基板を処理する方法であって、基板にバリア層を堆積するステップと、このバリア層に第１のネガティブマスク材料を堆積するステップと、この第１のネガティブマスク材料に第１のレジスト材料を堆積するステップと、この第１のレジスト材料をパターン化して第１のネガティブマスク材料を露出させるステップと、この露出された第１のネガティブマスク材料をエッチングして第１のネガティブマスク特徴画成部を形成するステップと、第１のレジスト材料を除去するステップと、第１のネガティブマスク特徴画成部内及び第１のネガティブマスク材料上に第１の耐エッチング材料を堆積するステップと、この第１の耐エッチング材料を研磨して第１のネガティブマスク材料を露出させるステップと、第１のネガティブマスク材料をエッチングして第１の耐エッチング材料に特徴画成部を形成するステップと、を備えた方法を提供する。この方法は、更に、ネガティブマスク材料及び耐エッチング材料に第２のネガティブマスク材料を堆積するステップと、第２のレジスト材料をパターン化するステップと、露出された第２のネガティブマスク材料を基板の表面へとエッチングして第２のネガティブマスク特徴画成部を形成するステップと、レジスト材料を除去するステップと、この第２のネガティブマスク特徴画成部に第２の耐エッチング材料を堆積するステップと、この第２の耐エッチング材料を研磨して第２のネガティブマスク材料を露出させるステップと、第１及び第２のネガティブマスク材料をエッチングして、第１及び第２の耐エッチング材料に特徴画成部を形成するステップと、を備えている。
【０００９】
[0009]本発明の別の実施形態は、一般に、基板を処理する方法であって、基板の表面にネガティブマスク材料を堆積するステップと、そのネガティブマスク材料にレジスト材料を堆積するステップと、そのレジスト材料をパターン化してネガティブマスク材料を露出させるステップと、その露出されたネガティブマスク材料をエッチングしてネガティブマスク特徴画成部を形成するステップと、レジスト材料を除去するステップと、ネガティブマスク特徴画成部内及びネガティブマスク材料上に耐エッチング材料を堆積するステップと、その耐エッチング材料を研磨してネガティブマスク材料を露出させるステップと、ネガティブマスク材料をエッチングして耐エッチング材料に特徴画成部を形成するステップと、基板をパターン化するステップと、を備えた方法を提供する。
【００１０】
[0010]本発明の上述した特徴を詳細に理解できるように、前記で簡単に要約した本発明を、添付図面に幾つか示された実施形態を参照して、より詳細に説明する。
【００１１】
[0011]しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すに過ぎず、それ故、本発明の範囲を何ら限定するものではなく、本発明は、他の等しく有効な実施形態も受け入れられることに注意されたい。
【００１２】
[0017]理解を容易にするために、図面に共通した同じ要素を示すのに、可能な限り、同じ参照番号を使用する。１つの実施形態の特徴及び要素は、更なる詳述をせずに、他の実施形態にも有利に組み込めることが意図される。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１３】
[0018]ここに使用するワード及びフレーズは、特に更なる定義がない限り、当業者により通常の且つ慣習的な意味が与えられるものとする。
【００１４】
[0019]ここに使用する「その場(in-situ)」という語は、広く解釈されるべきもので、プラズマチャンバーのような所与のチャンバーや、プロセスステップ間で真空を遮断する介在する汚染環境に材料を露出することのない一体化クラスター配列体のようなシステムや、ツール内のチャンバーを含むが、これらに限定されない。その場のプロセスは、通常、基板を他のプロセスチャンバー又はエリアへ再配置するものに比して、処理時間及び汚染のおそれを最小にする。
【００１５】
[0020]ここに使用する「基板」という語は、一般に、膜の処理が遂行されるところの基板又は基板上に形成される材料面を指す。例えば、処理を遂行できるところの基板は、シリコン、酸化シリコン、歪入りシリコン、シリコン・オン・インスレータ（ＳＩＯ）、炭素ドープの酸化シリコン、窒化シリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム、ガラス、サファイア、及び他の材料、例えば、金属、金属窒化物、金属合金、及び他の導電性材料のような材料を用途に応じて含む。基板表面上のバリア層、金属又は金属窒化物は、チタン、窒化チタン、窒化タングステン、タンタル、及び窒化タンタルを含む。基板は、２００ｍｍ又は３００ｍｍ直径ウェハ、及び長方形又は方形の板(pane)のような種々の寸法を有するものでよい。本発明の実施形態が有用となり得る基板は、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化シリコン、歪入りシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープ又は非ドープのポリシリコン、ドープ又は非ドープのシリコンウェハ、並びにパターン化又は非パターン化ウェハのような半導体ウェアを含むが、これらに限定されない。
【００１６】
[0021]ここに使用する「化学的機械的研磨」という語は、広く解釈されるべきもので、化学的活動及び機械的活動を使用し、又は化学的活動及び機械的活動を同時に適用して、基板の表面を平坦化することを含むが、これに限定されない。
【００１７】
[0022]ここに使用する「電気化学的機械的研磨」（Ｅｃｍｐ）という語は、広く解釈されるべきもので、電気化学的活動、機械的活動、化学的活動を適用するか、又は電気化学的、化学的及び／又は機械的活動の組合せを同時に適用して、基板表面から材料を除去することにより、基板を平坦化することを含むが、これらに限定されない。
【００１８】
[0023]ここに述べる本発明の態様は、ネガティブマスク材料を堆積してエッチングすることによりダマシン及びデュアルダマシン特徴部のような特徴画成部を形成するための方法を参照する。ここでは、ダマシン特徴部に関して説明するが、本発明は、高いアスペクト比、即ち約３０：１以上のアスペクト比を必要とする他の半導体構造体を形成することも意図しており、例えば、ここに述べるプロセスにより高アスペクト比のＤＲＡＭ構造体を形成することもできる。
【００１９】
[0024]ここに述べるプロセスは、ＲＦ電力の印加を含むプロセスにより行われて誘電体材料を堆積するよう適応される処理チャンバー、例えば、ＤｘＺＴＭ化学気相堆積チャンバー、又は３００ｍｍＰｒｏｄｕｃｅｒＴＭ二重堆積ステーション処理チャンバーにおいて遂行されるのが好ましく、この両方のチャンバーは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から商業的に入手できるものである。ここに述べるプロセスに使用できるＣＶＤリアクタの一例が、本発明の譲受人であるアプライドマテリアルズ社に譲渡された１９９１年３月１９日発行のワン氏等の「A Thermal CVD/PECVD Reactor and Use for Thermal Chemical VaporDeposition of Silicon Dioxide and In-situ Multi-step Planarized Process」と題する米国特許第５，０００，１１３号に説明されている。この実験では、ＰｒｏｄｕｃｅｒＴＭ堆積チャンバーが使用される。ここに述べるエッチングプロセスは、ＲＦ電力を印加しながら、堆積された材料を化学的にエッチングするように適応される処理チャンバー、例えば、ＤＰＳＴＭエッチングチャンバー、或いはＥｎａｂｌｅｒＴＭエッチングシステム又はＳｕｐｅｒ  ＥＴＭエッチングシステムにおいて遂行されるのが好ましく、これらは、全て、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から商業的に入手できるものである。
【００２０】
デュアルダマシン構造体の堆積
[0025]ここに述べるネガティブマスク材料及び耐エッチング材料を含む本発明により製造されるダマシン構造体の一実施形態が図１及び図３−図１０に順次に示されている。図３−図１０は、図１のフローチャートのステップ１００−１９５が実行される基板の断面図である。図１のフローチャートは、例示の目的で用意されたもので、本発明の範囲をこれに限定するものではない。
【００２１】
[0026]図１のステップ１００において、図３に示すように、基板３００を用意する。炭化シリコン系のバリア層のような任意のバリア層３１０を基板３０５の表面に堆積する。基板の表面は、ドープされたシリコン基板又は材料、例えば、ガラス、熱酸化物、又は半導体製造に従来使用される他の材料に配置された導電性特徴部３０７を備えている。この導電性特徴部３０７は、トランジスタの事前に堆積されたダマシン構造体又は導電性コンポーネントでよい。また、導電性特徴部３０７は、導電性材料、例えば、ポリシリコン、或いは耐火金属、例えば、銅、タングステン、及び半導体デバイスの形成に使用される他の耐火金属で構成されてもよい。
【００２２】
[0027]基板３０５への材料の層間拡散を防止するために、基板３０５に適合するように基板バリア層３１０が堆積される。また、バリア層３１０は、そこに堆積され得る後続層のエッチング及び除去中に基板を保護するためのエッチングストッパーとして働くこともできる。バリア層３１０は、窒化シリコン又は低誘電率（低ｋ）の誘電体材料、例えば、炭化シリコン系材料を含む誘電体バリア材料で構成されてもよい。炭化シリコン材料は、炭化シリコン、窒素ドープの炭化シリコン材料、酸素含有炭化シリコン層、及び／又はフェニル含有炭化シリコン材料で構成されてもよい。バリア層３１０は、更に、ボロン、燐、又はその組合体がドープされてもよい。
【００２３】
[0028]或いは又、バリア層３１０は、窒素含有炭化シリコン材料層の後に窒素のない炭化シリコン材料層が続く二層材料で構成されてもよい。窒素含有炭化シリコン材料及び窒素のない炭化シリコン材料は、その場で堆積されてもよい。バリア層３１０は、堆積の後にプラズマ処理されてもよいし又はｅビーム処理に曝されてもよい。プラズマ処理は、バリア層３１０の材料を堆積しつつ、その場で遂行されてもよい。
【００２４】
[0029]図１に示すステップ１１０において、バリア層３１０にネガティブマスク材料層３１２を堆積する。ネガティブマスク材料は、製造されるべき構造体のサイズに基づいて、約１０００から約１５０００Åの厚みに堆積されてもよい。適当なネガティブマスク材料は、従来の誘電体ドライエッチング又はプラズマエッチング技術を使用してエッチングできる材料である。望ましいネガティブマスク材料は、従来のプラズマエッチングプロセスを使用してエッチングできる材料であって、その後の堆積プロセスにより除去されず又はダメージを受けず、且つ研磨に耐える材料を含む。適当なネガティブマスク材料は、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、窒化シリコン、ここに述べる炭化シリコン、アモルファス炭素、低ポリマー材料、例えば、パリレン、並びに酸化シリコンや炭素ドープの酸化シリコンのような酸化物、例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から商業的に入手できるＢｌａｃｋ  ＤｉａｍｏｎｄＴＭ誘電体材料、或いは低ｋのスピンオンガラス、例えば、非ドープのシリコンガラス（ＵＳＧ）又はフッ素ドープのシリコンガラス（ＦＳＧ）、又はその組み合せを含む。ネガティブマスク材料層３１２のための誘電体材料、及びこの誘電体材料を堆積するプロセスの一例が、２００１年９月１１日発行の「CVD Plasma Assisted Low Dielectric Constant Films」と題する米国特許第６，２８７，９９０号により完全に説明されており、これは、本明細書の説明及び特許請求の範囲に矛盾しない程度に参考としてここに援用する。
【００２５】
[0030]ネガティブマスク材料３１２は、次いで、汚染物を除去すると共に、ネガティブマスク材料３１２の表面を高密度化するために、プラズマプロセス又はｅビーム技術により処理することができる。或いは又、ネガティブマスク材料層３１２は、デュアルダマシン画成部を形成及び画成する上で助けとなるように、誘電体材料の１つ以上のエッチングストッパー層又はバリア層が配置された１つ以上の誘電体材料層を含んでもよい。
【００２６】
[0031]次いで、図３に示すように、ホトレジスト材料のようなレジスト層３１４をネガティブマスク材料３１２に堆積し、ステップ１２０において、好ましくは従来のホトリソグラフィープロセスを使用してレジスト材料をパターン化し、ネガティブマスク特徴画成部の水平コンポーネント３１６を画成する。レジスト材料３１４は、この技術で従来知られた材料、例えば、マサチューセッツ州マールボローのシップレー・カンパニー・インクから商業的に入手できるＵＶ−５のような高活性化エネルギーホトレジスト、又はｅビームパターン化技術で使用される電子ビーム（ｅビーム）レジストで構成されてもよい。
【００２７】
[0032]次いで、反応性イオンエッチング又は他の従来のエッチング技術を使用してネガティブマスク材料３１２をエッチングし、ステップ１３０において、図４に示すように、ネガティブマスク特徴画成部３１８を画成する。酸化シリコンのような適当なネガティブマスク材料をエッチングする一例が、アプライドマテリアルズ社に譲渡された１９９８年１２月１日に発行の「Method for Etching Dielectric Layer with High Selectivity and LowMicroloading」と題する米国特許第５，８４３，８４７号により完全に説明されており、これは、本発明と矛盾しない程度に参考としてここに援用する。ネガティブマスク材料３１２をパターン化する一例が、ＥｎａｂｌｅＴＭエッチングシステムを使用して遂行されている。チャンバー圧力は、２０ミリトールに維持され、Ｏ２の流量は、８０ｓｃｃｍに維持され、Ｃ４Ｆ６の流量は、８０ｓｃｃｍに維持され、アルゴンの流量は、６００ｓｃｃｍに維持され、また、電力レベルが約１９００ワットから２５００ワットのＲＦ電圧を印加することによりプラズマが発生された。ネガティブマスク材料３１２をパターン化するのに使用されたレジスト材料３１４又は他の材料を、ステップ１４０において、酸素剥離又は他の適当なプロセスを使用して除去した。
【００２８】
[0033]次いで、ステップ１５０において、図５に示すように、ネガティブマスク特徴画成部３１８を埋めるように、耐エッチング材料３２０を基板３００に堆積する。耐エッチング材料は、酸化アルミニウム、炭化アルミニウム、又はその組み合せを含むセラミック材料で構成されてもよい。耐エッチング材料は、通常、基板表面から材料をエッチングするためのプラズマエンハンストプロセスと共に、エッチングガスを使用するドライエッチングプロセスとしても知られているプラズマエッチングプロセスに耐える。望ましい耐エッチング材料は、プラズマエッチングプロセスに耐える材料であって、その後の堆積プロセスにより除去されず又はダメージも受けず、且つ化学的機械的研磨のような従来の研磨技術を使用して研磨できる材料である。他の耐エッチング材料は、炭化物、例えば、炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム及び炭化タンタル、酸化物、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化イットリウム、窒化物、例えば、窒化アルミニウム、窒化ランタン、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、貴金属、例えば、金、銀、白金、及び他の金属、例えば、鉛及びチタンを含む。
【００２９】
[0034]次いで、ステップ１６０において、図６に示すように、耐エッチング材料３２０を研磨して、その下に横たわるネガティブマスク材料３１２を露出させる。研磨プロセスは、従来の任意の化学的機械的研磨プロセスでもよいし、或いはもし可能であれば、このような材料を除去するためにこの分野で知られている電気化学的機械的研磨プロセスでもよい。
【００３０】
[0035]次いで、ステップ１３０において説明したような反応性イオンエッチング又は他の従来のエッチング技術を使用して、残りのネガティブマスク材料３１２をエッチングして、基板から除去し、ステップ１７０において、図７に示すように、耐エッチング材料の特徴画成部３２１を画成する。ネガティブマスク材料３１２を除去する一実施例は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｅｎｔｕｒａ  ｅＭＡＸエッチングシステムを使用して遂行された。チャンバー圧力は、１００ミリトールに維持され、ＣＦ４の流量は、６０ｓｃｃｍに維持され、ＣＨＦ３の流量は、９０ｓｃｃｍに維持され、アルゴンの流量は、６００ｓｃｃｍに維持され、また、電力レベルが約３０００ワットのＲＦ電圧を印加することによりプラズマが発生された。任意のバリア層３１０をエッチングして、基板に配置されたその下の導電性特徴部３０７を露出させることもできる。
【００３１】
[0036]任意であるが、ステップ１８０において、基板を反応性前洗浄プロセスに露出させ、その後の層堆積を妨げ得る何らかの酸化物や他の汚染物、例えば、画成部３２１内及び基板表面上のエッチング残留物及び金属汚染物を除去することができる。反応性前洗浄プロセスの一実施例は、基板表面をプラズマに露出させることを含み、プラズマは、好ましくは、アンモニア、水素及び／又は不活性ガス、例えば、アルゴンを含み、電力密度が０．００３ワット／ｃｍ２から約３．２ワット／ｃｍ２であり、又は２００ｍｍ基板の場合に電力レベルが約１０ワットから１０００ワットで、処理チャンバーが約２０トール以下の圧力に維持され、且つ基板の温度が反応性洗浄プロセス中に約４５０℃以下にされる。ここに述べる反応性前洗浄は、導電性バリア層及び導電性材料層のような金属層に形成された酸化物や、耐エッチング材料に形成された酸化物を除去するのに使用できる。
【００３２】
[0037]ステップ１９０において、図８に示すように、バリア層３２２を含む導電性充填材料を特徴画成部３２１の露出面に堆積し、そのバリア層３２２に導電性材料層３２４を堆積する。バリア層３２２を特徴画成部３２１の露出面に堆積させて、周囲の誘電体材料への銅の移動のような層間拡散を防止すると共に、耐エッチング材料３２０と、その後に堆積される層、例えば、導電性材料層３２４との間の接着性を改善する。バリア層３２２は、熱又はプラズマエンハンスト化学気相堆積プロセスにより形成されてもよいし、或いは物理的気相堆積プロセス、例えば、イオン化金属プラズマ物理的気相堆積プロセス（ＩＭＰ−ＰＶＤ）により堆積されてもよい。バリア層３２２は、チタン、窒化チタン、窒化チタンシリコン、窒化タングステン、窒化タングステンシリコン、タンタル、窒化タンタル、窒化タンタルシリコン、ニオブ、窒化ニオブ、バナジウム、窒化バナジウム、ルテニウム、窒化ルテニウム、及びその組み合せより成るグループから選択された材料で構成されるのが好ましい。
【００３３】
[0038]導電性材料層３２４は、特徴画成部３２１の少なくとも一部分を充填するように堆積され、好ましくは、特徴画成部３２１を充填するように堆積され、また、特徴画成部３２１を確実に充填するために基板上に数Å厚みまで堆積されてもよい（過負担と称される）。或いは又、導電性材料層３２４は、特徴画成部３２１の少なくとも一部分を充填するための導電性金属の種子層と、この種子層におけるその後の金属充填層とを含む。導電性材料層３２４は、銅又はアルミニウムで構成されるのが好ましく、また、堆積を改善するために燐及び／又はボロンでドープされてもよい。導電性材料層３２４は、化学気相堆積（ＣＶＤ）技術、物理的堆積（ＰＶＤ）技術、例えば、イオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）ＰＶＤ、電気メッキ、無電解堆積、気化堆積、又はこの技術で従来知られている他のプロセスにより堆積されてもよい。好ましくは、導電性材料層３２４は、銅で構成され、電気メッキ技術を使用して堆積される。電気メッキ方法は、例えば、アプライドマテリアルズ社に譲渡された２０００年９月５日発行の「Electro Deposition Chemistry」と題する米国特許第６，１１３，７７１号に説明されており、これは、本発明と矛盾しない程度に参考としてここに援用する。
【００３４】
[0039]堆積されたバリア層及び導電性材料を更に処理し、ステップ１９５において、図１９に示すように、化学的機械的研磨プロセス又は電気化学的機械的研磨プロセスにより、特徴画成部３２１の頂部を平坦化して耐エッチング材料３２０を露出させ、特徴部３２６を形成することができる。電気化学的研磨プロセスは、例えば、アプライドマテリアルズ社に譲渡された２００３年９月２５日公告の米国特許出願公告第２００３／０１７８３２０号に説明されており、これは、本発明と矛盾しない程度に参考としてここに援用する。
【００３５】
[0040]バリア層３１０として使用される誘電体バリア材料のような不動態化層３２８を、図１０に示すように、平坦化された基板面に堆積してもよい。
【００３６】
犠牲的誘電体材料を伴うデュアルダマシン構造体の堆積
[0041]ダマシン構造体の別の実施形態において、ここに述べるネガティブマスク材料及び耐エッチング材料を使用してデュアルダマシン構造体を形成することができる。そのシーケンスが図２及び図１１−図１６に部分的概略的に示されている。図１１−図１６は、図２のフローチャートのステップ２００−２９０が遂行される基板の断面図である。図２のフローチャートは、例示の目的で用意されたもので、本発明の範囲をこれに限定するものではない。
【００３７】
[0042]図６に示すステップ１００−１６０において基板を準備する。基板のネガティブマスク材料３１２及び耐エッチング材料３２０に任意のバリア層／エッチングストッパー３３０を堆積する。ステップ２００において、バリア層／エッチングストッパー３３０に第２のネガティブマスク材料３３２を堆積し、次いで、ステップ２１０において、図１１に示すように、第２のレジスト材料３３４を堆積し、第２レベル即ちトレンチレベルの特徴画成部３３６の幅を示すようにパターン化する。バリア層／エッチングストッパーは、炭化シリコン系バリア層のようなバリア層３１０と同じ材料、或いは窒化シリコンのような別の材料で構成されてもよい。第２のネガティブマスク材料３３２は、ここに述べるネガティブマスク材料３１２と同じ仕方で且つ同じ材料で堆積されてもよい。第２のレジスト層３３４は、レジスト層３１４と同じ材料で構成され、且つ同じ従来のホトリソグラフィープロセスでパターン化される。
【００３８】
[0043]次いで、ステップ２２０において、図１２に示すように、反応性イオンエッチング又は他の従来のエッチング技術を使用してネガティブマスク材料３３２をエッチングして、ネガティブマスク特徴画成部３３８を画成する。ネガティブマスク材料３３２は、ネガティブマスク材料３１２のエッチングプロセスに対して使用された同じ又は同様のエッチングプロセスによりエッチングされてもよい。ネガティブマスク材料３３２をパターン化するのに使用された第２のレジスト材料３３４又は他の材料を、ステップ２３０において、酸素剥離又は他の適当なプロセスを使用して除去する。
【００３９】
[0044]次いで、ステップ２４０において、図１３に示すように、第２の耐エッチング材料３４０を基板３００に堆積して、ネガティブマスク特徴画成部３３８を充填する。第２の耐エッチング材料は、耐エッチング材料３２０として使用された同じ耐エッチング材料で構成されてもよい。
【００４０】
[0045]次いで、ステップ２５０において、図１４に示すように、耐エッチング材料３４０を研磨して、その下に横たわる第２のネガティブマスク材料３３２を露出させる。研磨プロセスは、任意の従来の化学的機械的研磨プロセスでもよいし、或いは、このような材料を除去するためにこの技術で知られた電気化学的機械的研磨プロセスでもよいし、ステップ１６０で使用された同じ研磨プロセスでもよい。
【００４１】
[0046]次いで、ネガティブマスク材料３１２及び第２のネガティブマスク材料３３２を、ステップ１７０で述べたような反応性イオンエッチング又は他の従来のエッチング技術を使用してエッチングして、基板から除去し、ステップ２６０において、図１５に示すように、耐エッチング材料ネガティブマスク特徴画成部３４２を画成する。任意であるが、ステップ２７０において、基板を反応性前洗浄プロセスに露出し、ステップ１８０で述べたように画成部３４２においてエッチング残留物及び金属汚染物のような何らかの酸化物及び他の汚染物を除去してもよい。
【００４２】
[0047]ステップ２８０において、バリア層３４４及び導電性材料層３４６を含む導電性充填材料を特徴画成部３４２の露出面に堆積して、導電性材料特徴部を形成する。バリア層３４４及び導電性材料層３４６は、バリア層３２２及び導電性材料３２４について述べた同じ材料で構成されてもよい。
【００４３】
[0048]堆積されたバリア層３４４及び導電性材料層３４６を更に処理し、
ステップ２９０において、図１６に示すように、化学的機械的研磨プロセス又は電気化学的機械的研磨プロセスにより、特徴画成部３４２の頂部を平坦化して耐エッチング材料３４０を露出させ、導電性材料特徴部を形成することができる。電気化学的研磨プロセスは、例えば、アプライドマテリアルズ社に譲渡された２００３年９月２５日公告の米国特許出願公告第２００３／０１７８３２０号に説明されており、これは、本発明と矛盾しない程度に参考としてここに援用する。
【００４４】
[0049]バリア層３１０又は３３０として使用される誘電体バリア材料のような不動態化層（図示せず）を、平坦化された基板面上に堆積してもよい。
【００４５】
選択的ドライエッチングハードマスクとしての耐エッチングマスクの使用
[0050]別の実施形態において、ここに述べる耐エッチング材料は、選択性の高いドライエッチングハードマスクとして使用することができる。図１７のフローチャートにシーケンスが示されている。図１７のフローチャートは、例示のために用意されたもので、本発明の範囲をこれに限定するものではない。
【００４６】
[0051]ステップ１００−１７０において基板が準備される。ネガティブマスク材料をエッチングして耐エッチング材料の特徴画成部を形成した後に、ステップ１７００において、この耐エッチング材料の特徴画成部をハードマスクとして使用し、その下に横たわる基板上材料の選択的除去を許容する。ハードマスクは、約１００：１以上の選択性、即ち基板材料対耐エッチング材料の除去率の比を与える。耐エッチング材料の除去率が下がったことで、基板材料へとエッチングされる特徴部の画成部を画成する耐エッチング材料を失うことなく、導電性材料の有効なエッチングを許容する。ハードマスクは、研磨プロセス、例えば、従来の任意の化学的機械的研磨プロセス、又はこのような材料を除去するためにこの技術で知られている電気化学的機械的研磨プロセスにより除去することができる。
【００４７】
[0052]以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに他の及び更に別の実施形態を案出することができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲により限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のダマシン形成シーケンスの一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明のダマシン形成シーケンスの別の実施形態を示すフローチャートである。
【図３】本発明のダマシン形成シーケンスの一実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明のダマシン形成シーケンスの一実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明のダマシン形成シーケンスの一実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明のダマシン形成シーケンスの一実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明のダマシン形成シーケンスの一実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明のダマシン形成シーケンスの一実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明のダマシン形成シーケンスの一実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明のダマシン形成シーケンスの一実施形態を示す断面図である。
【図１１】本発明のダマシン形成シーケンスの別の実施形態を示す断面図である。
【図１２】本発明のダマシン形成シーケンスの別の実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明のダマシン形成シーケンスの別の実施形態を示す断面図である。
【図１４】本発明のダマシン形成シーケンスの別の実施形態を示す断面図である。
【図１５】本発明のダマシン形成シーケンスの別の実施形態を示す断面図である。
【図１６】本発明のダマシン形成シーケンスの別の実施形態を示す断面図である。
【図１７】本発明のプロセスシーケンスの一実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、１９５…ステップ、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０…ステップ、３０５…基板、３０７…導電性特徴部、３１０…バリア層、３１２…ネガティブマスク材料、３１４…レジスト材料、３１６…水平コンポーネント、３１８…ネガティブマスク特徴画成部、３２０…耐エッチング材料、３２１…耐エッチング材料の特徴画成部、３２２…バリア層、３２４…導電性材料、３２６…特徴部、３２８…不動態化層、３３０…バリア層／エッチングストッパー、３３２…第２のネガティブマスク材料、３３４…第２のレジスト材料、３３６…トレンチレベルの特徴画成部、３３８…ネガティブマスク特徴画成部、３４０…第２の耐エッチング材料、３４２…耐エッチング材料のネガティブマスク特徴画成部、３４４…バリア層、３４６…導電性材料層、１７００…ステップ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
2007116167000001.pdf