(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）複合構造のトレンチ誘電体層をエッチングし、
その複合構造は、
ｉ）アクティブ領域を有する半導体基体と、
ii）その上のゲート構造と、
iii)前記ゲート構造に隣接する少なくとも１つの誘電体スペーサと、
iv）前記半導体基体、前記ゲート構造、前記誘電体スペーサ上のコンタクト誘電体層と、
ｖ）前記コンタクト誘電体層上のエッチストップ層と、
vi）前記エッチストップ層上のトレンチ誘電体層とを具備し、
前記エッチストップ層を実質上エッチングしないエッチング条件下で前記トレンチ誘電体層にトレンチを形成し、
ｂ）前記アクティブ領域と前記誘電体スペーサの一部分とを露出するために前記ゲート構造を実質上損傷しない条件下でエッチングすることにより前記エッチストップ層と前記コンタクト誘電体層に開口を形成し、
ｃ）前記開口と前記トレンチ中に導電性材料を付着するステップを有する集積回路に金属被覆部およびコンタクト構造を形成する方法。
【請求項２】
前記複合構造は前記開口を形成するときコンタクト開口マスクを構成している請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記開口の形成は前記エッチストップ層と前記コンタクト誘電体層のエッチングを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記トレンチ誘電体層のエッチングはその全体的な厚さを貫通してエッチングするステップを有する請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記トレンチ誘電体層は０．０６乃至３．０μｍの厚さを有している請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記エッチストップ層は１００乃至１５００オングストロームの厚さを有する請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記コンタクト誘電体層は０．３乃至３．０μｍの厚さを有する請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記トレンチ誘電体層のエッチングは前記エッチストップ層のエッチング速度に関して少なくとも５：１のエッチング速度を与える条件下で行われる請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記コンタクト誘電体層のエッチングは前記スペーサおよび前記ゲート構造のエッチング速度に関して少なくとも５：１のエッチング速度を与える条件下で行われる請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記導電材料を前記開口および前記トレンチに付着する前に、ライナーと、ウェッティング層とバリア層の少なくとも１つの機能をする層を前記開口および前記トレンチ中に形成するステップをさらに有する請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記ライナーと、ウェッティング層と、バリア層の少なくとも１つの機能を有する層は５０オングストローム乃至１０００オングストロームの厚さを有している請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
最上部表面が前記トレンチ誘電体層の最上部表面と実質上同一平面になるまで前記導電材料を平坦化するステップをさらに有する請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記平坦化された導電材料と前記トレンチ誘電体層の上に中間層の誘電体層を付着するステップをさらに有する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記複合構造はさらに、前記トレンチ誘電体層上に設けられているパターン化されたフォトレジスト層と、前記トレンチ誘電体層とこのパターン化されたフォトレジスト層の間に配置された反射防止被覆とを具備している請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記反射防止被覆は有機物の反射防止被覆で構成されている請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記反射防止被覆は誘電体の反射防止被覆で構成されている請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記トレンチ誘電体層はＴＥＯＳ層で構成されている請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記コンタクト誘電層はドープされたケイ酸塩ガラスで構成されている請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記ケイ酸塩ガラスは、燐酸塩ケイ酸塩ガラス、硼燐酸塩ケイ酸ガラス、フルオロケイ酸ガラスからなるグループから選択された部材を具備している請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記エッチストップ層は窒化シリコンで構成されている請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は“デュアルダマスク”状処理を使用して集積回路に金属被覆部およびコンタクト構造を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の処理中、半導体装置のアクティブ領域との間に電気接続が必要である。
【０００３】
１つの処理方法は自己整列コンタクト（ＳＡＣ）技術の使用を含んでおり、この処理方法では誘電体材料を通って半導体装置のアクティブ領域へ開口が形成され、ここでアクティブ領域に隣接するゲート構造は包囲される誘電体材料よりも低いエッチング速度を有する材料でカプセル化されることによりコンタクト開口エッチングステップ中保護される。この方法で、ゲート構造に対する損傷を最少にしながら機能的回路により消費される領域全体を減少させることができるが、この方法はコンタクト孔と下に位置する導電領域との整列における小さいエラーから生じる。
【０００４】
このような開口が形成された後、これは自己整列コンタクトを形成するために導電材料で充填され平坦化される。２以上のＳＡＣが、金属層をパターン化することにより形成される局部トレンチにより電気的に接続されてもよく、それによって、金属層は電気的にＳＡＣを接続し、その後、誘電材料を付着し随意的に平坦化される。
【０００５】
ダマスク金属被覆層は前述のパターン化された金属層に代るものである。“ダマスク”金属層は、トレンチまたはトラフが誘電体材料層に形成され、その後トレンチが導電材料で充填される金属層である。ダマスクプロセスは半導体処理でさらに広く使用されるようになっている。
【０００６】
ダマスク金属被覆により形成されたＳＡＣと相互接続部との間のインターフェイスで観察された問題は、“デュアルダマスク”プロセスを発生し、それにおいてはチャンネルがトレンチ誘電体中に形成され、開口が下に位置するコンタクト誘電体中に形成され、その両者はその後金属で充填される。この技術はコンタクトおよび相互接続部を同時に形成する利点を与え、これは処理ステップを減少させ、コンタクトおよび相互接続部構造との間にさらに高い導電性のインターフェイスを生じる。
【０００７】
米国特許第5,861,676 号明細書（Yen ）は半導体または集積回路の素子間にコンタクトおよび相互接続部を形成する方法について報告している。
【０００８】
米国特許第5,795,823 号明細書（Avanzino）は１つのみのマスクパターンによるデュアルダマスクを使用した導電性ラインと接続バイア孔の製造について報告している。これはまた米国特許第5,614,765 号明細書（Avanzino）によっても報告されている。
【０００９】
米国特許第5,877,076 号明細書（Dai ）では、反対のタイプの２層化されたフォトレジストを使用したデュアルダマスクプロセスについて報告している。
【００１０】
米国特許第5,876,075 号明細書（Dai ）では、単一のフォトレジストプロセスを使用した方法をデュアルダマスクパターンを形成することについて報告している。
【００１１】
米国特許第5,882,996 号明細書（Dai ）では、現像剤可溶性ＡＲＣ侵入型層を使用したデュアルダマスク相互接続部をパターン化する方法について開示している。
【００１２】
米国特許第5,635,423 号明細書（Huang ）では、トレンチ誘電体の最初の開口が拡大され、同時にエッチストップ層を通るバイア開口とバイア誘電体とを通って延在する変形したデュアルダマスクプロセスについて報告している。
【００１３】
米国特許第326,432 号明細書（QiaoとNulty 、1999年６月４日）では、自己整列コンタクトを製造する方法および構造について報告している。
【００１４】
BlosseのIEEE 1999 International Interconnect Technology Conference、215 −217 頁では、ＰＶＤを使用したアルミニウム相互接続部の形成における端ぐりのデュアルダマスクと自己整列されたデュアルダマスクとの比較について報告している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
コンタクトと相互接続部を形成する既知の技術にかかわらず、装置密度の増加、処理の効率の増加に対する要求により、効率よく半導体相互接続部を製造する新たな努力に拍車がかけられている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の１実施形態は、デュアルダマスクプロセスにより相互接続部および自己整列されたコンタクト構造を処理する方法を含んでいる。
【００１７】
本発明の別の実施形態は、ゲート構造により制御される半導体装置のアクティブ領域に金属被覆部および自己整列されたコンタクト構造を形成するデュアルダマスク方法を含んでいる。
【００１８】
本発明の別の実施形態は、ゲート構造により制御される半導体装置のアクティブ領域に金属被覆部および自己整列されたコンタクト構造を形成するデュアルダマスク方法を含んでおり、ここでゲートはコンタクト孔のエッチング期間中保護される。
【００１９】
本発明の別の実施形態は、半導体装置のアクティブ領域に金属被覆部およびコンタクト構造を形成するデュアルダマスク方法を含んでおり、コンタクト誘電体層のエッチングは上に位置するエッチストップ層により実効的に保護される。
【００２０】
本発明の別の実施形態は、半導体装置のアクティブ領域に金属被覆部およびコンタクト構造を形成するデュアルダマスク方法を含んでおり、ここでゲートはコンタクト孔のエッチング中保護され、コンタクト誘電体層を通るコンタクト孔のエッチングはパターン化されたフォトレジストなしで行われることができる。
【００２１】
本発明のこれらおよび他の実施形態はトレンチおよびコンタクト誘電体層のエッチングが自己整列されたコンタクト技術を使用して行われるデュアルダマスク方法により可能にされる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のさらに完全な認識およびその多数の付随する利点は、添付図面と関連して考慮した以下の詳細な説明を参照することによって良好に理解されるであろう。
本発明の１文脈内では、アクティブ領域と誘電体層とを構成しているマルチレベルの基体はトレンチとコンタクト孔の両者を形成するためにエッチングされ、ここではコンタクト孔マスクの整列はＳＡＣ技術を使用して処理許容範囲を与えられる。
【００２３】
本発明にしたがって処理されるマルチレベルの基体は当業者に知られている一般的な方法にしたがって処理されることができる。アクティブ領域、ゲート構造、誘電体層を具備する適切な基体は当業者に知られている一般的な方法により処理されることができる。
【００２４】
開口が形成されてもよいアクティブ領域の限定ではない例はシリコン、ゲルマニウムまたはＧａＡｓ基体（一般的なＮドープ剤［窒素、燐、砒素、アンチモン、ビスマス、テルル、硫黄、その混合物等］またはＰドープ剤［Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、その混合物等］で低濃度、高濃度および／または非常に高濃度にドープされている）のソースおよびドレイン領域と、ケイ化物ソースおよびドレイン領域と、金属被覆または導電（金属）相互接続構造と、フィールド酸化物領域と、ゲートおよびまたは（基体の上の導電材料の第１の機能層中に位置する［ドープされた］ポリシリコンおよび／または一般的な金属ケイ化物で構成されてもよい）ワードライン構造等を含んでいる。
【００２５】
適切なゲート構造は当業者に知られている構造を含んでおり、これらは例えばＭＯＳ構造、（例えば非揮発性トランジスタ用の）フローティングゲート／制御ゲート構造、ＳＯＮＯＳトランジスタ等を含んでいる。
【００２６】
コンタクト誘電体を付着する前に、コンタクト孔をエッチングするときゲートまたは金属被覆構造のエッチングを防止または禁止し、（ソース／ドレイン）ウェルのインプラント中に通常の低濃度でドープされたソース／ドレイン構造を保護するスペーサを形成する。適切なスペーサはＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤにより誘電体スペーサ材料を付着し、それに続いてスペーサを形成するように誘電体スペーサ材料を異方性エッチングする等、当業者に知られている一般的な方法によって形成される。適切な誘電体スペーサ材料は当業者により選択されてもよく、包囲するコンタクト誘電体材料に関して低速度のエッチングを与えることができる。例えば、１つの適切なスペーサ材料は（例えばコンタクト誘電体が酸化物で構成されるとき）窒化シリコン等の窒化物、または（例えばコンタクト誘電体が窒化物または第２の組成的に異なる酸化物で構成されるとき）酸化シリコンで構成される。典型的に、スペーサ層はベースで測定するとき約１００乃至約１，５００オングストローム、通常は約５００乃至約８００オングストロームの幅を有する。
【００２７】
本発明の文脈内では、ゲート構造の実質的なエッチングを防止するのに十分にコンタクト開口をエッチングする条件下で、コンタクト誘電体材料のエッチング速度がゲート構造のエッチング速度とは異なることが望ましい。しかしながら、コンタクト誘電体層とゲート構造とのエッチング速度の差を増加するように窒化シリコン等の保護層をゲート構造に形成することは本発明の技術的範囲内に含まれる。適切な材料の形成および選択は当業者のレベル内のものであり、一般的なＳＡＣ技術に基づいている。
【００２８】
適切なコンタクト誘電体材料は当業者に知られている一般的な方法によりゲート構造を覆って付着され（および選択的に平坦化される）。適切なコンタクト誘電体材料は、コンタクト誘電体のエッチング速度が、誘電体スペーサ材料の実質的なエッチングされない（および／またはコンタクト孔エッチングプロセスからゲート12を確実に保護する）コンタクト誘電体材料の比較的完全なエッチングを許容するようにコンタクト誘電体をエッチングすることに使用される状態下では、ゲート構造を包囲する誘電体スペーサ材料のエッチング速度よりも十分に大きくなるように当業者により選択されることができる。例えばコンタクト誘電体層は二酸化シリコン、またはフルオロケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、硼ケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）、燐酸塩ケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）および／または硼燐酸塩ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）のようなドープされたケイ酸塩ガラスのような誘電体材料の１以上の層を具備している。コンタクト誘電体材料は付着後の高密度化および／または平坦化のリフローステップを受けてもよい。さらに、コンタクト誘電体材料は例えば等方性エッチング、アニールまたは化学機械的研磨（ＣＭＰ）のような、当業者に知られているプロセスによってさらに平坦化されてもよい。
【００２９】
コンタクト誘電体層のさらに別の例は、一般的な酸化物、窒化物、オキシニトライド（oxynitride）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）のような他の誘電体、Ｐドープされた酸化シリコン（Ｐガラス）、窒化シリコン（Ｓｉx Ｎy ）、（例えば（ｘ／２）＋（３ｙ／４）＝ａであるような一般公式Ｓｉa Ｏx Ｎy の）シリコンオキシニトライド、Ａｌ2 Ｏ3 ，窒化アルミニウム（例えばＡｌＮ）のような窒化金属、Ｖ2 Ｏ5 、テトラエチルオルソケイ酸ベースの酸化物、チタニウム酸化物、（例えば（２ｘ／３）＋ｙ＝ｂのような一般式Ａb Ｏx Ｎy の）アルミニウムオキシニトライド、（例えばｘ＝２ａ＋３ｂ／２、ｙ＝４ａ／３＋ｂである一般式［Ｓｉa Ａｌb Ｏx Ｎy ］の）そのアルミノケイ酸塩、硼素および／または３価燐ドープされたアルミン酸塩、アルミノケイ酸塩を含んでいる。好ましくはコンタクト誘電体材料はＰ原子とＳｉ原子の合計に関して１−１５％、好ましくは３−１２％、さらに好ましくは５−１１％のＰ原子％を含んでいるＰＳＧ層を具備する。
【００３０】
コンタクト誘電体層の最終的な厚さは特に限定されないが、好ましくは約０．３乃至３μｍ、さらに好ましくは０．４乃至２．０μｍ、さらに好ましくは０．５乃至１．０μｍの範囲内である。０．１８μｍゲート幅技術の典型値は０．６μｍである。コンタクト誘電体層は単一の誘電体材料、あるいは同一または異なる誘電体材料の多数の層で構成されてもよい。
【００３１】
コンタクト誘電体層の上には窒化シリコン、シリコンオキシニトライド、シリコンオキシボロニトライド、またはＴＥＯＳ上に位置する窒化シリコンの２分子層等のエッチストップ層が存在し、これはトレンチ誘電体材料のエッチング条件下では上に位置するトレンチ誘電体材料よりも実質上エッチング速度が低速度である。また、トレンチ誘電体材料とエッチストップ誘電体材料とのエッチング速度の差は少なくとも５：１、好ましくは１２：１以上、さらに好ましくは１５：１以上である。適切なエッチストップ層は当業者に知られた一般的な方法により形成されることができる。エッチストップ層は典型的には約１００乃至約１，５００オングストローム、好ましくは約１００乃至約８００オングストローム、さらに好ましくは約１００乃至約５００オングストロームの厚さを有する。エッチストップ層がＴＥＯＳの上に位置する窒化シリコンの２層構造であるとき、２層の各層は約４００乃至約８００オングストローム、好ましくは約５００乃至約７００オングストロームの厚さを独立して有している。
【００３２】
エッチストップ層の上にはそこに形成される相互接続構造と同じ（または随意的にそれよりも大きい）厚さのトレンチ誘電体層が存在する。エッチストップ層がトレンチ誘電体層とコンタクト誘電体層との間に配置されているので、下に位置するコンタクト誘電体材料のエッチングに関してトレンチ誘電体材料の選択的なエッチングを選ぶ必要はない。しかしながら、トレンチ誘電体層のエッチング条件はエッチストップ材料に関するトレンチ誘電体材料に対して選択的でなければならない。
【００３３】
トレンチ誘電体材料の例としては、一般的な酸化物、窒化物、オキシニトライド（oxynitride）、硼燐酸塩ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）、硼ケイ酸ガラス（ＢＳＧ）、フルオロケイ酸塩ガラス、燐酸塩ケイ酸塩ガラス、ドープされていないケイ酸塩ガラス、スピンオンガラス（ＳＯＧ）のような他の誘電体、Ｐドープされた酸化シリコン（Ｐガラス）、窒化シリコン（Ｓｉx Ｎy ）、二酸化シリコン、（例えば（ｘ／２）＋（３ｙ／４）＝ａであるような一般式［Ｓｉa Ｏx Ｎy ］の）シリコンオキシニトライド、Ａｌ2 Ｏ3 ，窒化アルミニウム［例えばＡｌＮ］のような窒化金属、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ｖ2 Ｏ5 、テトラエチルオルソケイ酸塩ベースの酸化物、酸化チタニウム、（例えば（２ｘ／３）＋ｙ＝ｂのような一般公式［Ａb Ｏx Ｎy ］の）アルミニウムオキシニトライド、（例えばｘ＝２ａ＋３ｂ／２、ｙ＝４ａ／３＋ｂである一般式［Ｓｉa Ａｌb Ｏx Ｎy ］の）そのアルミノケイ酸塩および窒化物、硼素および／または３価燐ドープされたアルミン酸塩、アルミノケイ酸塩を含んでいる。好ましくは、トレンチ誘電体材料は（テトラエチルオルソケイ酸またはテトラエトキシシランとしても知られている）ＴＥＯＳのプラズマ補助蒸気熱分解により形成され、この蒸気は約０．３乃至約１トルの圧力と約６４０−６６０℃の温度における硼素源としてのトリメチル硼酸塩（ＴＭＢ）および／または燐源としてのホスフィンをさらに含んでもよい。
【００３４】
トレンチ誘電体層の厚さは特に限定されないが、好ましくは約０．０６乃至３．０μｍであり、さらに好ましくは０．１乃至１．５μｍ、さらに好ましい範囲は０．１５乃至１．０μｍである。０．１８μｍのゲート幅を有するプロセスではトレンチの厚さは約０．２０μｍであってもよい。トレンチ誘電体層は単一の誘電体材料で構成されてもよいが、同一または異なる誘電体材料の複数の層で構成されてもよい。
【００３５】
半導体構造の断面部分が図１に示されており、コンタクト誘電体層１、エッチストップ層14、ゲート12とキャップ誘電体層13とを有するゲート構造３、トレンチ誘電体層４を含んでいる。
【００３６】
トレンチは通常のフォトリソグラフおよびエッチング技術により半導体構造のトレンチ誘電体層に形成されてもよい。しかしながら、フォトリソグラフ処理中にさらに大きい解像度を得るために、反射防止被覆（ＡＲＣ）層（図示せず）がトレンチマスクを形成するためにフォトレジスト層５を付着する前にトレンチ誘電体材料の露出表面に付着されてもよい（図２参照）。１つの適切なＡＲＣは下部の反射防止被覆（ＢＡＲＣ）を含み、これはBrewer Science(Rolla,Mo.), Clariant, HitachiまたはTokyo Ohka（例えばSinger Semiconductor International1999年３月、22(3) 巻、55〜59頁参照）から市場で入手可能な材料等の有機物材料であってもよい。代わりに、誘電体ＡＲＣ層（例えばApplied Material、サンタクララ、カリフォルニア州から入手可能なＳｉＯz Ｎy またはＤＡＲＣ（商標名））、犠牲ＡＲＣ層（例えばＴｉＮ）または前述のＡＲＣ層材料からなる多層化構造等の無機物の誘電体層が使用されてもよい。誘電体ＡＲＣ層は約２００オングストローム乃至約１，０００オングストローム、典型的には３００オングストローム乃至約７００オングストロームの厚さであってもよい。
【００３７】
トレンチ誘電体をパターン化するためのフォトレジスト層は、スピン被覆等の当業者に知られている一般的な方法によりトレンチ誘電体またはＡＲＣ層上に形成されることができる。レジスト材料はその後慣例的にパターン化される。
【００３８】
ネガチブレジスト材料はゴムおよび／または例えばゴムによりクロスリンクを形成するように光と反応する光反応剤のような化学的に不活性のポリマー成分を含んでいてもよい。有機物現像剤中に位置されるとき、露出されずポリマーにされていないレジストは溶解し、露光された区域にポリマーのパターンを残す。ネガチブレジスト材料の処理および付着は当業者のレベル内であり、過度の実験をせずに行われることができる。ネガチブレジストシステムの例はクレゾールエポキシノボラックベースのネガチブレジストと、Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 、第３版、17巻の題名“Photoreactive Polymers”、680 〜708 頁に記載されているような１以上の光反応重合体を含むネガチブレジストを含んでいるが特にそれらに限定されていない。
【００３９】
ボジチブレジストは露光される区域で破壊される光反応成分を有する。典型的にレジストは水性のアルカリ性溶液で除去され、この場合、露光区域が溶解する。ボジチブレジスト材料の処理および付着は当業者のレベル内であり、過度の実験せずに実行されることができる。適切なボジチブレジストシステムの例は、Shipley XP9402、JSR KRK-K2G 、JSR KRF-L7のボジチブレジストと、Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 、第３版、17巻の題名“Photoreactive Polymers”、680 〜708 頁に記載されている１以上の光反応重合体を含んでいるボジチブレジストとを含んでいるがそれらに限定されない。
【００４０】
レジスト材料の例は、Bayer （IBM Tech. Discl. Bull(USA)、22巻、No.5、1979年10月、1855頁）、Tabei （米国特許第4,613,404 号明細書）、Taylor（J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、3078−3081頁）、Argitis （J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、3030−3034頁）、Itani （J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、3026−3029頁）、Ohfuji（J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、3022−3025頁）、Trichkov（J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、2986−2993頁）、Capodieci （J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、2963−2967頁）、Zuniga（J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、2957−2962頁）、Xiao（J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、2897−2903頁）、Tan （J Vac. Sci. Technol. B、13巻、No.6、1995年、2539−2544頁）、Mayone（J Vac. Sci. Technol.、12巻、No.6、1995年、1382−1382頁）にも記載されている。レジスト材料の処理および付着を記載している前述の参照文献の関連部分は本発明の参考文献とされる。特定のエッチング状態におけるレジスト材料の選択は当業者のレベル内であり、過度の実験をせずに実行されることができる。
【００４１】
フォトレジスト層は、フォトリソグラフマスクを通過する放射へフォトレジスト層を露出する等による当業者に知られた慣例的なリソグラフステップによってパターン化されることができる。このような選択的な露光と、それに続く慣例的な現像は金属被覆構造の配線パターンに対応してトレンチパターンを発生できる。フォトレジスト材料のタイプ（即ちポジまたはネガ）に基づいて、フォトレジスト材料の選択された部分は適切な現像剤／溶剤で現像されることによって除去されることができ、結果的なパターンはその後のエッチング前に（例えば炉で焼成することにより）加熱されてもよい。
【００４２】
図２はトレンチ誘電体層４上にパターン化されたトレンチマスク５を有する半導体構造の断面を示している。パターン化されたトレンチマスク５とトレンチ誘電体層４との間に配置されている選択的なＡＲＣ層は図示されていない。
【００４３】
露出されたトレンチ誘電体材料層４のエッチングは下に位置するエッチストップ層14を実質的にエッチングせずに露出されたトレンチ誘電体材料４を実質上除去する条件下で行われるべきである。特定の条件は当業者により選択されることができる。下に位置するエッチストップ層14の実質的なエッチングをしないトレンチ誘電体材料４の実効的なエッチングは、ＣＨＦ3 および／またはＣＦ4 、好ましくはＣＨＦ3 とＣＦ4 との混合物を有するエッチング剤により、選択的にＡｒを存在させて、１００−３００ｍトルの圧力、好ましくは約２００ｍトルで、１０−５０ガウス、好ましくは約３０ガウスの磁界で、１００−２，５００ワット、好ましくは約５００−１、５００ワットのパワーにおけるエッチングにより実現される。ウェハの後面は５−２０トル、好ましくは約１４トルの圧力でＨｅで冷却されてもよい。トレンチエッチングは露出されたトレンチ誘電体材料（例えばエッチングにわたって適合するように０．５ｘ乃至１．２５ｘ、好ましくは０．７５ｘ乃至１．１ｘ、さらに好ましくは約ｘ、ただしｘはトレンチ誘電体層の厚さである）の一部、ほとんどまたは全てを除去するのに十分な時間の長さで行われ、実質上エッチストップ層（例えば０．２ｙまたは２００オングストローム以下、好ましくは０．１５ｙまたは１５０オングストローム、さらに好ましくは０．１ｙ乃至１００オングストローム以下、ただしｙはエッチストップ層の厚さである）をエッチングしない。
【００４４】
さらに、適切なエッチング条件はQiaoとNulty の米国特許出願第09/326,432号明細書（1999年６月４日）に記載されている。
【００４５】
エッチングガスは典型的に慣例的な反応イオンエッチングで当業者に使用されるガスである。典型的にハロゲン化炭素ガスとしては、ＣＨＦ3 、Ｃ4 Ｆ8 、Ｃ2 Ｆ6 、Ｆ−１３４、Ｆ−１３４ａ、ＣＦ4 、ＳＦ6 、ＮＦ3 、ＳＦ6 、Ｃｌ2 、ＨＦ、ＨＣｌ、ＣＣｌ4 、Ｃn Ｈx Ｆy （ここでｎ≧１、ｙ≧１、ｘ＋ｙ＝２ｎ＋２）（例えば米国特許出願第08/683,407号明細書および／または米国特許第5,468,342 号明細書参照）およびその混合物、好ましくはＣＨＦ3 、Ｃ4 Ｆ8 および／またはＦ−１３４ａ、さらに好ましくはＣＨＦ3 とＣ4 Ｆ8 の混合物（米国特許第09/253,991号明細書、1999年２月22日参照）等がある。一酸化炭素も選択的な成分としてエッチングガスに含まれてもよい。本発明の文脈内では、用語“エッチングガス”は誘電体をエッチングするプラズマのアクティブ成分を発生するガスまたはガス混合物の成分を意味する。ここで説明するエッチングガスの流動率は酸素またはキャリアガスを含まない。
【００４６】
エッチングガスの総流動率は典型的に５乃至５００ｓｃｃｍ、好ましくは１５乃至３００ｓｃｃｍであり、さらに好ましくは２５乃至２５０ｓｃｃｍである。このガス流動では、４乃至４５０ｓｃｃｍ、好ましくは８乃至２００ｓｃｃｍがＮｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、ＣＯ、ＣＯ2 、ＳＯ2 、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ2 およびそれらの混合物を含んでもよい。典型的にプラズマに衝突前のエッチングガスの総流動率は、選択的なフラッシュストライクステップまたは次のエッチ相またはプロセスステップ中に使用されてもよいエッチングガスの総流動率とほぼ同じであるか僅かに大きい。適切な条件は米国特許出願第08/683,407号、第08/577,751号および／または第08/935,705号明細書と、米国特許第5,468,342 号および／または第5,562,801 号明細書に記載されている。
【００４７】
トレンチ誘電体材料のエッチングの選択された条件では、エッチストップ層のエッチングはほとんどないか実質上全くない。このような選択的なエッチングの条件、エッチング剤、時間の決定は当業者のレベル内であり、典型的にトレンチ誘電体層の厚さおよび組成と、エッチストップ層の組成を考慮する。結果としてトレンチ６がトレンチ誘電体層４中に形成され、エッチストップ層14とＡＲＣ層とを実質上完全な状態でその間に残す。
【００４８】
トレンチ誘電体材料が相互接続構造６の形成を可能にするパターンでエッチングされた後、トレンチフォトレジストマスク５は当業者に知られている一般的な方法により除去され（図３）、コンタクト開口マスク７がそこに形成される（それぞれ側面図と上面図である図４および図５参照）。コンタクト開口マスク７を形成するための適切なフォトレジスト材料および方法はトレンチマスクについての前述した説明と同じである。コンタクト開口マスクに形成されるパターンは所望のコンタクト形状に対応し、典型的に円形のパターンである。コンタクト開口マスク７のパターン化は当業者に知られている適切な条件で実行されてもよい。前述のＢＡＲＣ層はまたコンタクト孔マスクのパターン化の解像度を強化するために使用されてもよい。
【００４９】
コンタクト開口マスク７の形成後、トレンチ誘電体層４とＢＡＲＣまたは無機物の反射防止被覆層14の露出部分は典型的にエッチングにより除去される。トレンチ誘電体材料は前述した方法で、および選択的にＡＲＣおよび／またはコンタクト誘電体層に関して選択的または非選択的な方法でエッチングされてもよい。ＢＡＲＣ層を除去するための例示的なエッチング条件は、エッチングを受けるＢＡＲＣ層部分を、ＣＨＦ3 および／またはＣＦ4 を有するプラズマへ（好ましくはその混合物）により約５−２００ｍトルの圧力でＡｒのない１００−１，０００ワットのパワーにおいて露出することを含んでいるがそれに限定されない。磁界のない状態でＨｅによる２−３０トルの圧力における後面冷却が好ましい。
【００５０】
エッチストップ層の露出部分を除去する適切なエッチング条件は、一般的な圧力および／またはこのようなエッチング化学処理に対する流動速度で（例えば約７０ｍトルおよび５００−１，５００ワットの圧力下であり磁界が存在せずに）、ＣＦ4 とＣＨＦ3 の混合物またはＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／ＡｒまたはＣ4 Ｆ8 とＯ2 から形成され選択的にＡｒが存在するプラズマに対してエッチストップ層を露出することを含んでいる。ウェハの背面は２−３０トルのＨｅ圧力で冷却されてもよい。エッチングされた後の構造は図６に示されている。
【００５１】
代わりの実施形態では、トレンチ誘電体層がエッチングされた後であるが、コンタクト開口マスク７の形成前に、エッチストップ層14の露出された部分は、コンタクト開口マスクとしてパターン化されたフォトレジストがない状態で、マスクとしてトレンチ誘電体層４を使用して除去される。エッチストップ層のエッチングは、トレンチ誘電体層の材料を実質上エッチングしない条件下で行われることが好ましい。エッチストップ層の露出部分の除去後、コンタクト開口マスク７は前述のエッチング方法により形成されたフォトレジスト材料とコンタクト誘電体層の開口をパターン化することにより形成されてもよい。
【００５２】
トレンチ誘電体４とエッチストップ層14の露出部分を除去後、コンタクト開口マスク７は当業者に知られた一般的な方法により除去される。その結果は、トレンチ誘電体材料がコンタクト開口のパターン（いわゆる“ハードマスク”）を具備する多層構造が得られる。この実施形態については、Attorney Docket No. 7575−065 −77に詳細に説明されている。このような“ハードマスク”の使用および製造方法のさらに別の例は米国特許第09/326,432号明細書（1999年６月４日）に発見されることができる。条件は（ａ）トレンチの厚さよりも大きい厚さ（好ましくは１００オングストローム以上、さらに好ましくは２００オングストローム以上、さらに好ましくは３００オングストローム以上（典型的には約１，０００オングストロームだけ））のトレンチ誘電体の厚さと、（ｂ）いずれかの材料がエッチングされるとき、トレンチ誘電体材料とは実質上異なるエッチング速度を有するコンタクト誘電体材料とを含むべきである。この文脈ではコンタクト誘電体エッチングステップはゲート、さらに好ましくはスペーサおよび／またはキャップ誘電体材料に対するコンタクト誘電体材料のエッチングに対して選択的である。第２の材料のエッチング速度に対する第１の材料のエッチング速度の比率が５：１以上、好ましくは１０：１以上、さらに好ましくは１５：１以上であるならば、エッチングは“選択的”と考慮される。代わりに、コンタクト誘電体層をエッチングしながらコンタクト開口マスク７はその位置に残留し、好ましい処理は傾斜したコンタクト開口壁を形成する。
【００５３】
コンタクト開口のエッチング前に、トレンチ層６（選択的に開口８）は必要に応じてＣＦ4 を含んでもよい通常の酸素プラズマエッチングと、その後の通常硫酸ベースのウェットクリーニングによるプラズマクリーニングによって洗浄されてもよい。
【００５４】
自己整列されたコンタクトのエッチング条件は以下の表で列挙されている１以上の条件を含んでもよい。
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図７を参照すると、コンタクト誘電体層１はゲート構造３に隣接した半導体基体の下に位置するアクティブ領域へコンタクト開口を形成するためにエッチングされる。トレンチ誘電体層４中の開口８のパターン化中のマスク整列エラーに対するさらに大きい許容度が自己整列されたコンタクト（ＳＡＣ）技術（即ちコンタクト孔はスペーサ２に対して“自己整列される”）により与えられる。
【００５５】
エッチングガスは通常の反応イオンエッチングで当業者により典型的に使用されるものである。典型的にハロゲン化炭素としては、ＣＨＦ3 、Ｃ4 Ｆ8 、Ｃ2 Ｆ6 、Ｆ−１３４、Ｆ−１３４ａ、ＣＦ4 、ＳＦ6 、ＮＦ3 、ＳＦ6 、Ｃｌ2 、ＨＦ、ＨＣｌ、ＣＣｌ4 、Ｃn Ｈx Ｆy （ここでｎ≧１、ｙ≧１、ｘ＋ｙ＝２ｎ＋２）（例えば米国特許出願第08/683,407号明細書および／または米国特許第5,468,342 号明細書参照）およびその混合物、好ましくはＣＨＦ3 、Ｃ4 Ｆ8 および／またはＦ−１３４ａ、さらに好ましくはＣＨＦ3 とＣ4 Ｆ8 の混合物（米国特許第09/253,991号明細書、1999年２月22日参照）等がある。一酸化炭素も随意選択的な成分としてエッチングガスに含まれてもよい。本発明の文脈内では、用語“エッチングガス”は誘電体をエッチングするプラズマのアクティブ成分を発生するガスの成分を意味する。ここで説明するエッチングガスの流動率は特に示さない場合には酸素またはキャリアガスを含まない。
【００５６】
エッチングガスステップの総流動率は典型的に５乃至５００ｓｃｃｍ、好ましくは１５乃至３００ｓｃｃｍであり、さらに好ましくは２５乃至２５０ｓｃｃｍである。この流動量では、４乃至４５０ｓｃｃｍ、好ましくは８乃至２００ｓｃｃｍがＮｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、ＣＯ、ＣＯ2 、ＳＯ2 、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ2 およびその混合物のようなキャリアガスを含んでもよい。典型的にプラズマに衝突する前のエッチングガスの総流動率は、選択的なフラッシュストライクステップまたは次のエッチ相またはプロセスステップ中に使用されてもよいエッチングガスの総流動率とほぼ同じであるか僅かに大きい。適切な条件は米国特許出願第08/683,407号、第08/577,751号および／または第08/935,705号明細書と、米国特許第5,468,342 号および／または第5,562,801 号明細書に記載されている。
【００５７】
図８はコンタクト開口およびトレンチにバルクな導電材料11を付着した後の装置を示している。バルクな導電材料11の付着前に、所望に応じてライナー層、ウェッティング層またはバリア層のような層10が形成されてもよい。ライナー層、ウェッティング層および／またはバリア層は誘電材料および、その下の材料またはアクティブ領域に対する導電材料の接着を助ける（例えばタングステン、ＷＳｉx またはＡｌまたはドープされていないポリシリコン等の導電材料）。ライナー層、ウェッティング層および／またはバリア層はまたバルクな導電材料と下に位置する基体との間の拡散を防止または禁止するためのバリアの作用を行うように構成されてもよい。層10はまた材料の単一の層、または独立して選択された化学的組成および厚さを有する同一または異なる材料の多数の層で構成されてもよい。
【００５８】
適切なライナー／ウェッティング層／バリア層材料の例には、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、銅、ニッケル、コバルト、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、プラチナ、金、銀等の貴金属と、チタニウム−タングステン、アルミニウム−チタニウムまたはアルミニウム−シリコンのようなそれらの合金と、窒化タンタル、窒化チタニウム等の導電窒化物が含まれるがそれに限定されない。好ましくはライナー／ウェッティング層／バリア層はチタニウム、通常のチタニウム−タングステン合金または窒化チタニウムである。ライナー／ウェッティング層／バリア層がチタニウムであるとき、ライナー／ウェッティング層／バリア層の付着は、その後でＮ2 またはＮＨ3 を有する気圧で急速な熱アニール（ＲＴＡ）を受けることが好ましい。
【００５９】
ライナー／ウェッティング層／バリア層は気相付着またはプラズマ蒸着、イオン化金属プラズマ、スパッタリング等、当業者に知られている一般的な方法により付着されることができる。付着はコリメートされたプロセスにより行われてもよい。ライナー／ウェッティング層／バリア層の厚さは典型的に約５０乃至約１０００オングストロームの厚さであり、好ましくは約１００乃至約６００オングストロームの厚さであり、さらに好ましくは約１５０乃至約５００オングストロームの厚さである。典型的に厚さはコンタクト部外の平面で測定するとき７００オングストロームである。側壁の厚さは典型的に平面の厚さｘに対して０．１ｘであり、コンタクト部に対する下部の厚さは典型的に０．５ｘの平面の厚さである。
【００６０】
ライナー層はウェハの露出される表面全体をカバーするのに十分な量を付着され、本発明の技術的範囲内では、誘電体層の最上部表面と側壁と開口の底部とを覆うのに十分な量を付着されることが好ましい。ライナー／ウェッティング層層の付着中、付着は指向的な方法で行われることが好ましい。指向的付着は例えばコリメートされたスパッタリングまたはイオン金属プラズマ（ＩＭＰ）方法による当業者に知られた通常の方法で実行されてもよい。１実施形態では、コリメーションフィルタが１：１のアスペクト比（高さ：直径）以上のセルを有する。
【００６１】
別々のバリア層がライナー／接着層に付加的に形成されてもよい。ライナー層がＴｉであるとき、ＴｉＮまたはＴｉＷの別のバリア層が好ましい。このようなバリア層は過度の実験をせずに当業者に知られた方法により形成されることができる。
【００６２】
構造が導電材料による金属付着の処理をされ、これは特別に限定されず、例えばアルミニウム、タングステン、銅、チタニウム、合金、ケイ化物等、好ましくはアルミニウム、銅および／またはタングステン、さらに好ましくはタングステンを含んでいる。限定されていない例はＡｌ−０．５％のＣｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ−０．５％のＣｕ合金、Ａｌ°、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｇｅ、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｕ合金を含んでいる。好ましい実施形態では導電材料はＷである。
【００６３】
適切な付着条件は当業者に知られており、導電材料の１つのバルクな層の付着を含んでいる。付着は、カリフォルニア州サンタクララのApplied MaterialによるＥＮＤＵＲＡスパッタリングシステム等の市販のスパッタリング装置等の他の一般的な物理的蒸着装置を使用して行われてもよい。バルクな金属（例えばＡｌまたはＷ）を付着するとき、通常の２つのステップ（冷却および加熱）または３つのステップ（冷却、低速度の加熱、高速度の加熱）プロセスが使用され、ここで“冷却”＝Ｔ1 、“加熱”＝Ｔ2 とすると、Ｔ1 ≦Ｔ2 −４０℃であり、好ましくはＴ1 ≦Ｔ2 −６０℃である。第１の段階の付着では、ＳｉＨ4 が付着雰囲気中に付加され、導電性材料の核生成が生じる。適切な“３ステップ”付着条件は米国特許出願第08/693,978号明細書に記載されている。スパッタリングされるターゲット材料からウェハ表面までの距離は通常約２．５ｃｍから５ｃｍである。
【００６４】
最終的な処理は化学機械的研磨等による当業者に知られた方法によって導電材料11とライナー／ウェッティング層10を平坦化することを含んでおり、結果は図９および図１０に示されており、ここで図１０は図９で示されている構造の上面図を示している。本発明の文脈内ではコンタクト開口と、下に位置する導電領域との誤整列が生じる可能性はあるが、ＳＡＣ金属被覆の実効的な形成は阻止されない。コンタクト開口と下に位置する導電領域の誤整列のさらに詳細な説明は発明の名称“Method of Making Metallization and Contact Structures in an Integrated Circuit”（Applicant's Reference No.PM99024; Attoney Docket No.7575-0065-77）に記載されている。導電材料はその最上部表面がトレンチ誘電体層の最上部表面と実質上同一平面になるまで平坦化されることが好ましい。その後、この処理方法は当業者に知られている方法によって（同一平面）導電材料とトレンチ誘電体層を覆って中間層の誘電体層を付着することをさらに含んでいる。窒化シリコンを含む中間層の誘電体はボーダレスコンタクト部を有する積層構造の層（多層構造）の間のインターフェイスとして使用されてもよい。好ましい中間層の誘電体層はＴＥＯＳ層を構成するが、トレンチ誘電体層について前述した材料からの任意の適切な誘電体材料が選択される。ボーダレスコンタクト部には低いｋ誘電率の窒化シリコン（またはエッチストップ材料）が使用される。さらに、複数の層（例えばＢＡＲＣ、低いｋの保護層）が多層構造に使用されてもよい。１０００乃至５０００オングストロームの厚さの中間層の誘電体層はその後、さらに処理する前に例えば再流動または化学機械的研磨による当業者に知られている方法により平坦化される。
【００６５】
本発明はまた前述の構造を含んだ集積回路に関する。
【００６６】
この明細書では“デュアルダマスク”金属被覆処理を使用して集積回路中の金属被覆およびコンタクト構造を形成する方法を説明している。エッチストップ層のない集積回路で金属被覆およびコンタクト構造を形成する類似のプロセスは発明の名称“Method of Making Metallization and Contact Structures in an Integrated Circuit”の米国特許出願（出願の参照番号第PM99024:Attorney Docket 第7575-0066-77）明細書に記載されている。
【００６７】
本明細書では誘電体材料の多層を通じてコンタクト開口とトレンチ構造を製造するエッチング処理方法を説明した。本明細書では誘電体材料の多層を通じてコンタクト開口とトレンチ構造を製造するエッチング処理方法についても説明した。下に位置する金属被覆構造に金属被覆およびコンタクトまたはバイア孔を同時に形成するための類似の方法を使用することは本発明の技術的範囲内である。
【００６８】
明らかに、本発明の多数の変形および変化が前述の方法を考慮して可能である。それ故、特許請求の範囲の技術的範囲において、本発明がここで特別に説明した以外の方法で実施されてもよいことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンタクト誘電体層と、エッチストップ層と、トレンチ誘電体層とを具備している半導体構造を示す図。
【図２】パターン化されたトレンチマスクをさらに具備している半導体構造を示す図。
【図３】エッチングされたトレンチ誘電体層を具備している半導体構造を示す図。
【図４】エッチングされたトレンチ誘電体層と、パターン化されたコンタクト開口マスクを具備している半導体構造を示す図。
【図５】図４で示されている半導体構造の平面図。
【図６】トレンチ誘電体層中にエッチングされたトレンチおよびコンタクト孔開口を具備する半導体構造を示す図。
【図７】トレンチ誘電体層中にエッチングされたトレンチと、コンタクト誘電体層中にエッチングされたコンタクト孔とを具備している半導体構造を示す図。
【図８】ライナー層と自己整列したコンタクトおよび相互接続構造とを具備している半導体構造を示す図。
【図９】平坦化後、自己整列したコンタクトおよび相互接続構造とを具備している半導体構造を示す図。
【図１０】図９で示されている半導体構造の平面図。
【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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