(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハードマスク内の開口を介して金層を異方性エッチングするための方法であって、
金層と、前記金層上に設けられたハードマスク層であって、ＴｉＮとＴｉＷとを含むグループから選択された化合物で形成された前記ハードマスク層と、前記ハードマスク層上に設けられたパターン形成済みのフォトレジストマスクと、を含む基板を、処理チャンバ内に導入する工程と、
前記フォトレジストマスクを介して前記ハードマスク層をエッチングすることにより、前記ハードマスク層に少なくとも１つの開口を形成して、ハードマスクを形成する工程と、
前記チャンバ内で、酸化ガスと、塩化水素を含むエッチングガスと、からプラズマを生成することにより、前記ハードマスク内の前記開口を介して前記金層をエッチングする工程と、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記エッチングガスは、さらに、Ｃｌ2 を含む、方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法であって、
前記プラズマは、さらに、Ｎ2 を含む、方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の方法であって、
前記プラズマは、２００℃以下の温度で生成される、方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の方法であって、
前記プラズマは、１００℃以下の温度で生成される、方法。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれかに記載の方法であって、
前記プラズマは、７０℃以下の温度で生成される、方法。
【請求項７】
金層用のエッチングシステムであって、
内部に配置された基板を有するチャンバであって、前記基板は、エッチングされる金層と、開口を有する前記金層上のハードマスクであって、ＴｉＮとＴｉＷとを含むグループから選択された化合物で形成された前記ハードマスクと、を備える、前記チャンバと、
酸化ガス源およびエッチングガス源を前記チャンバに接続するガス注入機構であって、前記エッチングガス源は塩化水素を備えるガスを含む、前記ガス注入機構と、
前記チャンバ内に設けられた少なくとも１つの電極と、
前記少なくとも１つの電極に結合された高周波電源であって、これにより、前記ハードマスクを介して前記金層の露出部分をエッチングするプラズマが、前記酸化ガスおよび前記エッチングガスを用いて生成される、前記高周波電源と、
を備えるシステム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムであって、
前記エッチングガスは、さらに、Ｃｌ2 を含む、システム。
【請求項９】
請求項７または８記載のシステムであって、
前記ガス注入機構は、さらに、Ｎ2 ガス源を接続する、システム。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれかに記載のシステムであって、
前記プラズマは、２００℃以下の温度で形成される、システム。
【請求項１１】
請求項７ないし９のいずれかに記載のシステムであって、
前記プラズマは、１００℃以下の温度で形成される、システム。
【請求項１２】
請求項７ないし９のいずれかに記載のシステムであって、
前記プラズマは、７０℃以下の温度で形成される、システム。
【請求項１３】
バイアを有する金層を含む集積回路構造を作製するための方法であって、
金層と、前記金層上に設けられたハードマスク層であって、ＴｉＮとＴｉＷとを含むグループから選択された化合物で形成された前記ハードマスク層と、前記ハードマスク層上に設けられたパターン形成済みのフォトレジストマスクと、を含む基板を、処理チャンバ内に導入する工程と、
前記フォトレジストマスクを介して前記ハードマスク層をエッチングすることにより、前記ハードマスク層に少なくとも１つの開口を形成して、ハードマスクを形成する工程と、
前記チャンバ内で、酸化ガスと、塩化水素を含むエッチングガスと、からプラズマを生成することにより、前記ハードマスク内の前記開口を介して前記金層をエッチングする工程と、
一連の半導体処理工程を通じて前記基板を処理し、集積回路を形成する工程と、
を備える方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、
前記エッチングガスは、さらに、Ｃｌ2 を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４記載の方法であって、
前記プラズマは、さらに、Ｎ2 を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１３ないし１５のいずれかに記載の方法であって、
前記プラズマは、２００℃以下の温度で生成される、方法。
【請求項１７】
請求項１３ないし１５のいずれかに記載の方法であって、
前記プラズマは、１００℃以下の温度で生成される、方法。
【請求項１８】
請求項１３ないし１５のいずれかに記載の方法であって、
前記プラズマは、７０℃以下の温度で生成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、一般に、半導体処理に関し、特に、ＩＣ層スタックにおいて金層をエッチングするための方法に関する。
【０００２】
半導体ＩＣの製造において、コンポーネントトランジスタ等のデバイスは、通常、シリコン製の半導体ウエハまたは基板上に形成される。金属の相互接続線は、基板上に設けられた金属化層をエッチングすることにより形成され、複数のデバイスを結合させて所望の回路を形成するのに利用される。一般的には、金属化層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されるが、銅や金などの他の金属の使用が増加している。説明を容易にするために、図１Ａは、従来の集積回路構造１００の断面図を示す。図には、金層を有する通常の半導体ＩＣの製造中に形成された複数の層が表されている。
【０００３】
基板１０２は、集積回路構造１００のベースである。図示するように、金層１０４は、基板１０２の表面上に形成されている。ハードマスク層１０６（通常は酸化層）は、金層１０４上に設けられており、フォトレジスト層１０８は、ハードマスク層１０６上に形成されている。
【０００４】
フォトレジスト層１０８は、一般的なレジスト材料層であり、パターン形成されたレチクルと、フォトレジスト層１０８の表面に光（例えば紫外線）を送るステッパと、を用いてパターン形成される。集積回路構造１００の複数の層は、当業者によって容易に認識され、任意の数の既知の堆積処理を用いて形成される。堆積処理には、化学蒸着（ＣＶＤ）や、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）が含まれる。
【０００５】
ハードマスク層をエッチングするために、フォトレジスト層１０８は、適切なフォトリソグラフィ技術によってパターン形成され、その後、露出したハードマスク層がエッチングされる。図１Ｂは、下層の金層１０４のためのハードマスクを形成するために、酸化物ハードマスク層１０６をエッチングした後の従来の集積回路構造１００の断面図を示す。
【０００６】
従来、金層は、約２００℃の高温で、Ｃｌ2 化学物質を用いてエッチングされる。このような高温では、酸化物に対する金の比較的高いエッチング速度比と有機フォトレジストに対する低い選択性とから、酸化物ハードマスクが利用される。図１Ｃは、約２００℃の高温でＣｌ2 化学物質を用いて金層をエッチングした後の従来の集積回路構造１００の断面図を示す。高温Ｃｌ2 エッチングは、適切なエッチング速度を提供する。しかしながら、プロフィール制御はかなり制限され、特別な高温リアクタ構造を使用する必要がある。
【０００７】
装置設計および処理のスループットの観点から、金属化層のエッチングには、低温エッチング処理が多く利用される。しかしながら、低温では、酸化物ハードマスクを利用した金エッチング処理は、効率的でない。そこで、通常、チタンハードマスク層が利用され、約７０℃の低温で金属化層がエッチングされる。図２Ａは、チタンハードマスク層２０６をエッチングした後の従来の集積回路構造２００の断面図を示す。図には、金層を有する通常の半導体ＩＣの低温製造中に形成された複数の層が表されている。
【０００８】
集積回路構造２００は、基板２０２と、基板２０２の表面に形成された金層２０４と、金層２０４上に設けられたチタンハードマスク層２０６と、チタンハードマスク層２０６上に形成されたフォトレジストマスク２０８と、を含んでいる。前述のように、チタンハードマスク層２０６は、フォトレジストマスク２０８を利用してパターン形成される。しかしながら、低温では、従来のＣｌ2 化学物質中の塩素が、金層をエッチングすると同時にチタンハードマスクを攻撃するので、結果として、金層２０４とチタンハードマスク層２０６との間の選択性が低い。したがって、図２Ｂに示すように、金層のプラズマエッチング処理が終了する前に、チタンハードマスク層がエッチングされてしまい、プラズマエッチング後には、金層２０４はダメージを受ける。
【０００９】
上述した観点から、チタンハードマスクを利用して金層をエッチングする改良された方法および装置が必要とされる。さらに、一般的またはそれに近い、低い電極温度での金層のエッチングを可能にする方法および装置も必要とされている。
【００１０】
【発明の概要】
本発明は、従来の又は従来に近い電極温度で使用可能な金エッチング化学物質を提供することにより、上記の要求を満足し、チタンハードマスクに関する大幅に改良されたマスク選択性を提供する。一実施形態において、ハードマスク内の開口を介して金層を異方性エッチングするための方法が提供される。基板は金エッチングに向けて準備され、処理チャンバ内に導入される。基板は、金層と、金層上に形成されたチタンを含有するハードマスク層と、ハードマスク層上に設けられた上層のフォトレジストマスクと、を含む。ハードマスク層は、その後、フォトレジストマスクを介してエッチングされ、下層の金層のためのハードマスクが作成される。最後に、処理チャンバ内で、酸化ガスおよびエッチングガスからプラズマが生成される。エッチングガスは、好ましくは、塩素含有ガスを含み得る塩酸含有ガスである。また、Ｎ2 を提供することもできる。そして、プラズマは、ハードマスクを介して金層をエッチングするために用いられる。
【００１１】
他の実施形態において、金層をエッチングするためのシステムが提供される。金層エッチングシステムは、金層と、上層のチタン含有するハードマスクと、を有する基板を受け入れるチャンバを含む。また、金層エッチングシステムは、酸化ガスおよびエッチングガスの源をチャンバに接続するガス注入機構を含む。エッチングガスは、好ましくは、塩素含有ガスを含み得る塩酸含有ガスである。また、Ｎ2 を提供することもできる。さらに、このシステムは、チャンバ内に設けられた一対の電極と、電極対に結合された高周波電源と、を含む。高周波電源によって、ハードマスクを介して金層の露出部分をエッチングするプラズマが、酸化ガスおよびエッチングガスを用いて形成される。
【００１２】
さらに、本発明の他の実施形態において、プラズマ処理チャンバにおいて形成される、金層を有する集積回路が開示される。この実施形態において、基板は、処理チャンバ内に導入される。集積回路は、後で、基板から形成される。基板は、下層の金層と、チタンを含有するハードマスク層と、ハードマスク層上に形成された上層のフォトレジストマスクと、を含む。ハードマスク層は、フォトレジストマスクを介してエッチングされ、ハードマスクが生成される。次に、処理チャンバ内で、酸化ガスおよびエッチングガスからプラズマが生成される。エッチングガスは、好ましくは、塩素含有ガスを含み得る塩酸含有ガスである。また、Ｎ2 を提供することもできる。そして、プラズマは、ハードマスクを介して金層をエッチングするために用いられる。最後に、基板は、さらに処理され、集積回路が形成される。
【００１３】
有利なことに、本発明の改良されたチタンハードマスクの選択性により、従来の又は従来に近い低温で、金層のエッチングが可能となるため、特別な高温リアクタ構造の必要性が回避される。本発明の上記および他の効果は、以下の説明を読み、図面の各図を検討することにより、当業者に明らかとなる。
【００１４】
【好適な実施形態の詳細な説明】
図１Ａ〜図１Ｃおよび図２Ａ〜図２Ｃでは、従来技術について説明した。次に、図３Ａ〜図３Ｃを参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。以下の説明において、本発明の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細について述べる。しかしながら、これらの特定の詳細の一部または全部がなくとも、当業者が本発明を実施し得ることは明らかである。また、本発明を不必要に曖昧にしないために、公知の処理工程の詳細な説明は省略する。
【００１５】
図３Ａは、本発明の一実施形態による、プラズマエッチング前の集積回路構造３００の断面を示す図である。図示するように、集積回路構造３００の底部には、基板３０２が在る。基板３０２の表面には、金層３０４が形成されている。そして、金層３０４上には、ハードマスク層３０６が設けられている。ハードマスク層３０６は、ＴｉＯ2 や、ＴｉＷ、ＴｉＮなどのチタン成分を含むことが好ましい。そして、フォトレジスト層３０８が、ハードマスク層３０６上に形成されている。
【００１６】
前述のように、フォトレジスト層３０８は、一般的なレジスト材料層であり、パターン形成されたレチクルと、フォトレジスト層３０８の表面に紫外線や、電子ビーム、Ｘ線を送るステッパと、を用いてパターン形成される。集積回路構造３００の複数の層は、当業者によって容易に認識され、任意の数の既知の堆積処理を用いて形成される。堆積処理には、化学蒸着（ＣＶＤ）や、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）が含まれる。
【００１７】
ハードマスク層３０６をエッチングするために、フォトレジスト層３０８は、適切なフォトリソグラフィ技術によってパターン形成され、その後、露出したハードマスク層がエッチングされる。図３Ｂは、下層の金層３０４のためのチタンハードマスクを形成するために、ハードマスク層３０６をエッチングした後の集積回路構造３００の断面図を示す。
【００１８】
本発明では、酸化ガスおよびエッチングガスから得られる成分を有するプラズマを用いて、チタンハードマスク３０６を介して金層３０４をエッチングする。本発明で利用されるエッチングガスとしては、塩素含有ガスを含み得る塩酸含有ガスが好ましい。また、Ｎ2 を選択的にプラズマに加えるようにしてもよいし、同様に不活性搬送ガスを加えるようにしてもよい。プラズマは、好ましくは２００℃未満、さらに好ましくは１００℃未満、最も好ましくは約７０℃以下の温度で、金層をエッチングするのに使用される。
【００１９】
プラズマ中では、ＨＣｌがチタンと反応してハードマスクが形成され、比較的不揮発性の水素化物であるＴｉＨ2 が形成されると考えられる。ＴｉＨ2 膜は、Ａｕに対するＴｉの選択性を大幅に向上させる。また、本発明の化学物質は、通常の電極動作温度である約７０℃で使用可能である。そして、ＨＣｌから得られるエッチングガスは、それ自体では金を不動態化しないが、Ｏ2 等の酸化不動態化剤が存在する場合には、図３Ｃに示すように、優れた金のエッチングを提供する。
【００２０】
次に、図４を参照して、本発明の一実施形態による、金層のエッチング方法４００を説明する。最初の工程４０２において、基板は、一般的なプリエッチング工程により、エッチング処理に向けて準備された状態となっている。プリエッチング工程は、例えば、任意の数の既知の堆積処理を用いて、金層とチタン層とフォトレジスト層とを形成する工程を含み、堆積処理には、化学蒸着（ＣＶＤ）や、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）が含まれる。
【００２１】
基板配置工程４０４において、金層と、金層上に堆積されたチタン含有ハードマスクと、その上層のフォトレジスト層と、を有する基板は、プラズマ処理チャンバ内に導入される。また、基板配置工程は、基板をチャック上にクランプする工程と、プラズマ処理チャンバ内の圧力を安定させる工程と、基板およびチャックの間の熱伝達を促進するために基板の裏側にヘリウム冷却ガスを導入する工程と、を含んでいてもよい。
【００２２】
次に、工程４０６において、ハードマスク層がエッチングされる。ハードマスク層は、Ｃｌ2 ／ＢＣｌ3 ／Ｎ2 等の塩化ホウ素含有ガス混合物によりエッチングされる。当業者に明らかなように、塩化ホウ素含有ガスの塩素は、エッチング処理中に、チタン含有ハードマスク層内のチタンと反応する。チタン層をエッチングするための実際のパラメータは、当業者に広く知られている。ハードマスク層がエッチングされると、基板では金層のエッチングの準備が整う。
【００２３】
方法４００は、金層エッチング工程４０８に進む。ハードマスク層をエッチングした後、ハードマスク内の開口を介して金層を異方性エッチングするために、酸化ガスとエッチングガスとの混合ガスからプラズマが形成される。エッチングガスとしては、ＨＣｌ等の塩酸含有ガスが好ましく、Ｃｌ2 等の塩素含有ガスを含んでいてもよい。また、Ｎ2 を選択的にプラズマに加えるようにしてもよいし、同様に不活性搬送ガスを加えるようにしてもよい。プラズマは、好ましくは２００℃未満、さらに好ましくは１００℃未満、最も好ましくは約７０℃の温度で、金層をエッチングするのに使用される。
【００２４】
さらに詳しくは、プラズマエッチング中には、ＨＣｌがチタンと反応してハードマスクが形成され、比較的不揮発性の合成物であるＴｉＨ2 が形成されると考えられる。ＴｉＨ2 膜は、Ａｕに対するＴｉの選択性を大幅に向上させる。また、本発明の化学物質は、通常の電極動作温度である約７０℃で使用可能である。
【００２５】
最後に、工程４１０において、基板は、本質的に従来と同じ追加のポストエッチング処理を受ける。その後、処理済みの基板は複数のダイにカットされ、ＩＣチップが作製される。生成されたチップは、電子デバイス、例えば、デジタルコンピュータを含む周知の商用または消費者向けの電子デバイスに組み込まれる。
【００２６】
図５は、本発明の一態様による、塩酸含有エッチングガスを用いた金層のエッチングに関連する処理工程５００を示す。工程５０２において、金層は、ＨＣｌ／Ｏ2 および選択的にＮ2 を用いてエッチングされる。上記のように、プラズマエッチング中には、ＨＣｌがチタンと反応してハードマスクが形成され、不揮発性のＴｉＨ2 膜が形成されると考えられる。ＴｉＨ2 膜は、Ａｕに対するＴｉの選択性を大幅に向上させるので、エッチング処理中において高度なプロフィール制御が可能になる。これは、少量の酸素の追加により、チタンマスクのエッチング停止ではなく、プロフィールの傾斜の制御が調整されるためである。また、ＨＣｌは、それ自体では金を不動態化しないが、Ｏ2 等の酸化剤が存在する場合には、金層に微細な線を形成する。
【００２７】
図６は、本発明の別の態様による、塩酸およびＣｌ2 含有エッチングガスを用いた金層のエッチングに関連する他の処理工程６００を示す。工程６０２において、金層は、ＨＣｌ／Ｃｌ2 ／Ｏ2 および選択的にＮ2 を用いてエッチングされる。前述したように、ＨＣｌがチタンと反応してハードマスクが形成され、Ａｕに対するＴｉの選択性を大幅に向上させる不揮発性のＴｉＨ2 膜が形成されると考えられる。
【００２８】
上記のプラズマエッチングシステムは、いくつかの要素を備えている。図７は、本発明のさらに別の実施形態による、金層エッチングシステム７００を示す図である。金層エッチングシステム７００は、エッチングされる金層と、開口を有しチタンを含有する上層のハードマスクと、を備える基板７１２を受け入れるチャンバ７０２を含む。また、システム７００は、酸化ガスおよびエッチングガスの源７０６をチャンバ７０２に接続するガス注入機構７０４と、チャンバ７０２内に配置された一対の電極７０８と、一対の電極７０８に容量結合される高周波（ＲＦ）電源７１０と、を含む。高周波電源をチャンバに接地することにより、または、チャンバに誘導結合を提供することにより、上部電極は省略可能である。
【００２９】
基板７１２は、金層エッチングに向けて準備された後、チャンバ７０２内に配置される。次に、ガス注入機構７０４によって、ガス源７０６からチャンバ７０２内に、酸化ガスおよびエッチングガスが放出される。そして、高周波電源７１０によって、チャンバ７０２内で酸化ガスおよびエッチングガスを含有するプラズマ７１４が生成される。プラズマ内のＨＣｌは、ハードマスク内のチタンと反応し、Ａｕに対するＴｉの選択性を大幅に向上させるハードマスクを形成する不揮発性のＴｉＨ2 膜が形成されると考えられる。この結果、上記のように、エッチング処理中の高度なプロフィール制御が可能となる。また、ＨＣｌから得られるエッチングガスは、それ自体では金を不動態化しないが、Ｏ2 等の酸化不動態化剤が存在する場合には、金層の優れたエッチングを提供する。
【００３０】
その後、基板には、本質的に従来と同じ追加のポストエッチング処理が施され、処理済みの基板は複数のダイにカットされ、ＩＣチップが作製される。
【００３１】
以上、本発明をいくつかの好適な実施形態に基づき説明してきたが、本発明の範囲に入る多くの変形、置換、および均等物が存在する。なお、本発明の方法および装置を実現する多くの代替的方法も存在する。したがって、特許請求の範囲は、本発明の本来の趣旨および範囲に入るすべての変更、置換、および等価物を含むものとして理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付図面と併せて説明を参照することにより、効果と共に、最も良く理解される。
【図１Ａ】  プラズマエッチング前の酸化ハードマスク層を含む従来の集積回路構造の断面を示す図である。
【図１Ｂ】  酸化ハードマスク層をエッチングした後の従来の集積回路構造の断面を示す図である。
【図１Ｃ】  高いプラズマ温度でＣｌ2 を用いて金層をエッチングした後の従来の集積回路構造の断面を示す図である。
【図２Ａ】  プラズマエッチング前のチタンハードマスク層を含む従来の集積回路構造の断面を示す図である。
【図２Ｂ】  Ｃｌ2 を用いて、チタンハードマスク層を介して金層をエッチングした後の従来の集積回路構造の断面を示す図である。
【図３Ａ】  本発明の好適な実施形態による、プラズマエッチング前の集積回路構造の断面を示す図である。
【図３Ｂ】  本発明の好適な実施形態による、ハードマスク層をエッチングした後の集積回路構造の断面を示す図である。
【図３Ｃ】  本発明の好適な実施形態による、金層をエッチングした後の集積回路構造の断面を示す図である。
【図４】  本発明の一実施形態による、金層をエッチングする方法を示すフローチャートである。
【図５】  本発明の別の実施形態による、ＨＣｌ含有エッチングガスを用いて金層をエッチングする方法を示すフローチャートである。
【図６】  本発明のさらに別の実施形態による、ＨＣｌ／Ｃｌ2 含有エッチングガスを用いて金層をエッチングする方法を示すフローチャートである。
【図７】  本発明の一態様による、金層エッチングシステムを示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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