特表2018-530914(P2018-530914A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特表2018-530914相互接続部製造のためのハイドロフルオロカーボン・ガス支援プラズマ・エッチング
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2018-530914(P2018-530914A)
(43)【公表日】2018年10月18日
(54)【発明の名称】相互接続部製造のためのハイドロフルオロカーボン・ガス支援プラズマ・エッチング
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/3065 20060101AFI20180921BHJP
   H01L 21/768 20060101ALI20180921BHJP
【FI】
   H01L21/302 105A
   H01L21/90 A
   H01L21/90 P
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2018-511754(P2018-511754)
(86)(22)【出願日】2016年3月24日
(85)【翻訳文提出日】2018年3月2日
(86)【国際出願番号】US2016023935
(87)【国際公開番号】WO2017044154
(87)【国際公開日】20170316
(31)【優先権主張番号】14/849,077
(32)【優先日】2015年9月9日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】390009531
【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION
(71)【出願人】
【識別番号】000229117
【氏名又は名称】日本ゼオン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108501
【弁理士】
【氏名又は名称】上野 剛史
(74)【代理人】
【識別番号】100112690
【弁理士】
【氏名又は名称】太佐 種一
(72)【発明者】
【氏名】ブルース、ロバート、エル
(72)【発明者】
【氏名】ジョセフ、エリック、エー
(72)【発明者】
【氏名】リー、ジョー
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 健文
【テーマコード(参考)】
5F004
5F033
【Fターム(参考)】
5F004AA09
5F004CA04
5F004DA00
5F004DA01
5F004DA16
5F004DA17
5F004DA18
5F004DB03
5F004EA02
5F004EA05
5F004EA07
5F004EB02
5F004EB08
5F004FA08
5F033GG00
5F033GG01
5F033JJ07
5F033JJ11
5F033JJ13
5F033JJ14
5F033JJ15
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5F033MM13
5F033QQ09
5F033QQ11
5F033QQ15
5F033RR04
5F033RR05
5F033RR06
5F033SS11
5F033TT02
5F033WW01
(57)【要約】
【課題】集積回路を製造する際に使用するための金属パターニング・プロセスを提供する。
【解決手段】一実施形態において、相互接続部製造のためのハイドロフルオロカーボン・ガス支援プラズマ・エッチングのための方法は、誘電体材料の層を設けるステップと、攻撃性誘電体エッチング・ガスと重合性エッチング・ガスの混合物を誘電体材料の層に適用することによって、誘電体材料の層にトレンチをエッチングするステップと、を含む。別の実施形態において、集積回路は、複数の半導体デバイス、および複数の半導体デバイスを接続する複数の導電性配線を含む。複数の導電性配線のピッチは、およそ28ナノメートルである。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
方法であって、
誘電体材料の層を設けるステップと、
攻撃性誘電体エッチング・ガスと重合性エッチング・ガスの混合物を前記誘電体材料の前記層に適用することによって前記誘電体材料の前記層にトレンチをエッチングするステップと、
を含む、方法。
【請求項2】
前記攻撃性誘電体エッチング・ガスがフルオロカーボン・ガスを含み、前記重合性エッチング・ガスがハイドロフルオロカーボン・ガス化合物を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記混合物が重合性エッチング・ガス1に対して、およそ20〜40の割合の攻撃性誘電体エッチング・ガスを含む、請求項2に記載の方法。
【請求項4】
前記攻撃性誘電体エッチング・ガスが四フッ化炭素を含む、請求項2に記載の方法。
【請求項5】
前記攻撃性誘電体エッチング・ガスが六フッ化硫黄を含む、請求項2に記載の方法。
【請求項6】
前記攻撃性誘電体エッチング・ガスが三フッ化窒素を含む、請求項2に記載の方法。
【請求項7】
前記重合性エッチング・ガスが過フルオロシクロブタンを含む、請求項2に記載の方法。
【請求項8】
前記重合性エッチング・ガスがヘプタフルオロシクロペンテンを含む、請求項2に記載の方法。
【請求項9】
前記トレンチに導電性金属を堆積させて導電性配線を形成するステップ、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項10】
前記誘電体材料の前記層の真下にキャッピング層を設けるステップであって、前記エッチングが前記キャッピング層で停止する、前記ステップ、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項11】
方法であって、
キャッピング層を設けるステップと、
前記キャッピング層のすぐ上に誘電体材料の層を設けるステップと、
前記誘電体材料の前記層のすぐ上にマスク層を設けるステップと、
前記マスク層をパターニングして前記誘電体材料の前記層の一部を露出させるステップと、
前記誘電体材料の前記層の前記一部をエッチングして複数のトレンチを形成するステップであり、前記エッチングが攻撃性誘電体エッチング・ガスと重合性エッチング・ガスの混合物を使用して行われ、前記エッチングが前記キャッピング層で停止する、前記ステップと、
導電性金属によって前記複数のトレンチを充填して複数の導電性配線を形成するステップと、
を含む、方法。
【請求項12】
前記攻撃性誘電体エッチング・ガスがフルオロカーボン・ガスを含み、前記重合性エッチング・ガスがハイドロフルオロカーボン・ガス化合物を含む、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記混合物が重合性エッチング・ガス1に対して、およそ20〜40の割合の攻撃性誘電体エッチング・ガスを含む、請求項12に記載の方法。
【請求項14】
前記攻撃性誘電体エッチング・ガスが四フッ化炭素を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項15】
前記攻撃性誘電体エッチング・ガスが三フッ化窒素を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項16】
前記攻撃性誘電体エッチング・ガスが六フッ化硫黄(SF)を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項17】
前記重合性エッチング・ガスがヘプタフルオロシクロペンテンを含む、請求項12に記載の方法。
【請求項18】
前記重合性エッチング・ガスが過フルオロシクロブタンを含む、請求項12に記載の方法。
【請求項19】
集積回路であって、
複数の半導体デバイスと、
前記複数の半導体デバイスを接続する複数の導電性配線であり、前記複数の導電性配線のピッチがおよそ28ナノメートルである、前記複数の導電性配線と、
を備える、集積回路。
【請求項20】
前記複数の導電性配線のそれぞれが、
導電性金属の配線と、
前記導電性金属と誘電体材料との間に直接配置された炭素含有層と、
を含む、請求項19に記載の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に集積回路に関し、より詳細には集積回路を製造する際に使用するための金属パターニング・プロセスに関する。
【背景技術】
【0002】
集積回路は、通常、金属相互接続部(または「配線」)を使用してIC上のトランジスタおよび他の半導体デバイスを接続する。これらの相互接続部は、典型的には、個々の半導体デバイスがウェーハ上に形成された後に、後工程(BEOL)プロセス中に製造される。
【0003】
これらの相互接続部は、典型的には、下にある絶縁層(例えば、酸化シリコン)が開放トレンチと共にパターニングされる、付加的なダマシン・プロセスを使用して製造される。その後、絶縁層上に導電性金属を堆積させることによって、トレンチを金属で充填する。金属は、絶縁層の頂部まで除去されるが、トレンチ内部に留まってパターニングされた導体を形成する。絶縁体と金属の連続した層がこのダマシン・プロセスに従って形成され、結果として多層の金属相互接続構造体が得られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
集積回路を製造する際に使用するための金属パターニング・プロセスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一実施形態において、相互接続部製造のためのハイドロフルオロカーボン・ガス支援プラズマ・エッチングのための方法は、誘電体材料の層を設けるステップと、攻撃性(アグレッシブ)誘電体エッチング・ガスと重合性(ポリマライジング)エッチング・ガスの混合物を誘電体材料の層に適用することによって、誘電体材料の層にトレンチをエッチングするステップと、を含む。
【0006】
別の実施形態において、相互接続部製造のためのハイドロフルオロカーボン・ガス支援プラズマ・エッチングのための方法は、キャッピング層を設けるステップと、キャッピング層のすぐ上に誘電体材料の層を設けるステップと、誘電体材料の層のすぐ上にマスク層を設けるステップと、を含む。マスク層は、誘電体材料の層の一部を露出させるためにパターニングされ、次いで誘電体材料の層の一部がエッチングされて複数のトレンチを形成する。エッチングは、攻撃性誘電体エッチング・ガスと重合性エッチング・ガスの混合物を使用して行われ、エッチングがキャッピング層で停止する。複数のトレンチは、複数の導電性配線を形成するために導電性金属で充填される。
【0007】
別の実施形態において、集積回路は、複数の半導体デバイス、および複数の半導体デバイスを接続する複数の導電性配線を含む。複数の導電性配線のピッチは、およそ28ナノメートルである。
【0008】
本発明の上記の特徴を詳細に理解することができるように、一部が添付図面に示される実施形態を参照することによって本発明のより具体的な説明を行うことができる。しかしながら、添付された図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示し、その範囲を限定すると考えられるべきではなく、その理由は、本発明が他の等しく効果的な実施形態を受け入れることができるためであることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本開示の実施形態による、集積回路の製造の段階を示す断面図である。
図2】本開示の実施形態による、集積回路の製造の段階を示す断面図である。
図3】本開示の実施形態による、集積回路の製造の段階を示す断面図である。
図4】本開示の実施形態による、集積回路の製造の段階を示す断面図である。
図5】本開示の実施形態による、集積回路の製造の段階を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
一実施形態において、相互接続部製造のためのハイドロフルオロカーボン・ガス支援プラズマ・エッチングのための方法および装置が開示される。金属相互接続部は、典型的には、集積回路製造の後工程(BEOL)段階中に形成される。例えば、フルオロカーボン・ガスを使用するドライエッチング・プロセスを用いて、集積回路の誘電体層にトレンチを画成することができる。次いで、導電性金属をトレンチに堆積させて相互接続部を形成する。四フッ化炭素(CF)、六フッ化硫黄(SF)、または三フッ化窒素(NF)などの低重合フルオロカーボン・ガスを使用して、良好な配線バイア間接続を提供するトレンチを画成することができるが、そのようなガスは、ハードマスク層に対して選択性がなく、相互接続部のパターン寸法を維持しない傾向がある。過フルオロシクロブタン(C)、ヘキサフルオロブタジエン(C)、オクタフルオロシクロペンテン(C)、フルオロメタン(ChF)、フルオロホルム(CHF)、またはヘプタフルオロシクロペンテン(CHF)などの高重合フルオロカーボン・ガスを使用して、より良好な選択性を実現することができ、パターン寸法を維持することができるが、これらのガスは、アスペクト比依存性エッチングおよびエッチング停止になる傾向があり、結果として配線バイア間接続が貧弱になる。アルゴン(Ar)、窒素(N)、一酸化炭素(CO)、酸素(O)、二酸化炭素(CO)などの追加のガスを添加して、解離、混合を促進し、結果として生じる配線プロファイルを改善することができる。
【0011】
本発明の実施形態は、攻撃性誘電体エッチング・ガスと重合性エッチング・ガスの混合物を使用して、集積回路の誘電体層内にトレンチのパターンをエッチングする。本開示の文脈の範囲では、攻撃性誘電体エッチング・ガスは、堆積物を最小限に抑える即効性の非選択性化学エッチング剤であると理解される。重合性エッチング・ガスは、トレンチの垂直側壁を不動態化し、側壁を攻撃性誘電体エッチング・ガスによる損傷および横方向エッチングから保護する。結果として生じるトレンチは、ターゲット・パターン寸法および側壁プロファイルを維持し、小さくて高密度のパターンを形成することを可能にする。さらに、エッチングを迅速に、かつ最小限の無反応性イオンエッチング・ラグで行うことができる。
【0012】
図1図5は、本開示の実施形態による、集積回路100の製造の様々な段階を示す断面図である。そのため、図1図5は、ひとまとめにして、本発明による集積回路100を製造するための方法の一実施形態の一部分を示す流れ図としての役目も果たす。
【0013】
特に、図1は、処理の中間段階の、すなわち、前工程処理の完了後ではあるが、後工程処理の完了前の集積回路100を示す。言いかえれば、集積回路100は、図1に示す形態では開始しないが、図示されていないが当業者にはよく知られているいくつかの処理ステップにわたって、図示する構造に発展することができる。
【0014】
集積回路100は、一般にフロントエンド102を備え、このフロントエンド102は、例えば、結晶シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、ガリウム砒素(GaAs)、または他の半導体材料から形成された半導体ウェーハ104、および半導体ウェーハ104上に形成されたゲート106〜106(以降、ひとまとめにして「ゲート106」と呼ばれる)のパターンなどの個々の未接続の構造のパターンを含むことができる。ゲート106は、いくつかのトランジスタまたは他の半導体デバイスあるいはその両方を構成することができる。明瞭にする目的で、集積回路100のフロントエンド102は、簡略化された形態で示されている。
【0015】
本開示の一実施形態は、フロントエンド102上にキャッピング層108を堆積させる。一実施形態において、キャッピング層108は、例えば、シリコン窒化物(SiN)、シリコン炭窒化物(SiCN)、またはシリコンオキシ炭窒化物(SiC)から形成されてもよい。キャッピング層108は、例えば、プラズマ化学気相堆積(PECVD)によって堆積させることができる。誘電体層110は、キャッピング層108上に直接堆積し、低k誘電体、超低k誘電体(ULK)、二酸化シリコン(SiO)、または他の誘電体材料などの多孔性誘電体材料から形成されることがある。誘電体層110もPECVDによって堆積させることができる。次いで、マスク層112を誘電体層110上に直接堆積させる。マスク層112は、金属、窒化シリコン(SiN)、フォトレジスト、または他の材料から形成されてもよい。一例において、マスク層112は、(例えば、レジスト、シリコン含有反射防止コーティング(SiARC)、および炭素ハードマスクの層を含むことができる)3層レジストなどの多層マスクを含む。マスク層112は、フォトレジストから構成されている場合は、スピン・コーティングによって堆積させることができる。ひとまとめにして、キャッピング層108、誘電体層110、およびマスク層112は、集積回路100のバックエンド114の始まりを形成する。
【0016】
図2に示すように、マスク層112は、誘電体層110の一部を露出させるためにパターニングされる。一実施形態において、マスク層112は、光リソグラフィまたは直接描画電子ビームリソグラフィなどのフォトリソグラフィ技術を使用してパターニングされる。一実施形態において、フォトリソグラフィ技術は、図2に示すマスク層112の一部を除いて、誘電体層110までのマスク層112の除去を可能にするポジ型レジストを含む。
【0017】
次に、図3に示すように、誘電体層110は、攻撃性誘電体エッチング・ガスと重合性エッチング・ガスの混合物を使用してエッチングされる。したがって、攻撃性誘電体エッチング・ガスおよび重合性エッチング・ガスは、混合物の状態で同時に適用される。攻撃性誘電体エッチング・ガスは、例えば、四フッ化炭素(CF)、六フッ化硫黄(SF)、または三フッ化窒素(NF)などのフルオロカーボン・ガスを含むことができる。重合性エッチング・ガスは、例えば、ヘプタフルオロシクロペンテン(CHF)などのハイドロフルオロカーボン・ガス化合物を含むことができる。他の例では、重合性エッチング・ガスは、過フルオロシクロブタン(C)、ヘキサフルオロブタジエン(C)、オクタフルオロシクロペンテン(C)、またはフルオロメタン(ChF)、フルオロホルム(CHF)を含むことができる。一実施形態において、ガスの混合物は、重合性エッチング・ガス1に対して、およそ20〜40の割合の攻撃性誘電体エッチング・ガスを含む。比率は、設計要件に基づいて必要に応じて調整され得る。例えば、より太い相互接続部が望まれる場合は、より高い濃度の攻撃性誘電体エッチング・ガスが有用である場合がある。ほとんどの比率は、摂氏−10°〜摂氏60°の範囲内で望ましい結果を生成する。
【0018】
攻撃性エッチング・ガスは、マスク層112の残留する部分の直下には存在しない誘電体層110の部分を、選択性エッチング停止として機能するキャッピング層108まで除去する。エッチングは、結果として誘電体層110に1つまたは複数のトレンチ116〜116(以降、ひとまとめにして「トレンチ116」と呼ばれる)を形成する。攻撃性エッチング・ガスが誘電体材料を除去するにつれ、重合性エッチング・ガスは、トレンチ116の露出した垂直側壁上に(不動態化層118によって示されるような)炭素リッチな層を堆積させる。したがって、不動態化層118は、多孔性誘電体層110の部分を、攻撃性エッチング・ガスへの長時間暴露による損傷から保護する。
【0019】
次に、図4に示すように、(例えば、プラズマ・エッチングによって)マスク層112が剥がされ、ウェット洗浄される。これによって、結果として不動態化層118も除去される。次いで、導電性金属層120を誘電体層110上に直接堆積させる。導電性金属層120は、誘電体層110中のトレンチ116を充填し、それによって、集積回路100のバックエンド114に微細な配線または相互接続部のパターンを形成する。導電性金属層120は、例えば、銅(Cu)、銅合金、金(Au)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、銀(Ag)、ルテニウム(Ru)、または揮発性種を容易には形成しないその他の材料を含むことができる。導電性金属層120の堆積は、電気めっきまたは他の堆積技法あるいはその両方によって行われてもよく、誘電体層110上のバリヤー層の堆積が先行して行われても、行われなくてもよい。
【0020】
次に、図5に示すように、導電性金属層120は、(例えば、化学機械平坦化または他の技法によって)誘電体層110まで平坦化される。導電性金属層の残留する部分(例えば、トレンチを充填する部分)は、薄い導電性配線または相互接続部122〜122(以降、ひとまとめにして「相互接続部122」と呼ばれる)のパターンを形成する。
【0021】
集積回路100の追加の層を形成するために追加の製造ステップが続いてもよい。例えば、相互接続部の追加の層は、上記の技法または他の技法あるいはその両方を使用して形成されてもよい。加えて、相互接続部を製造するための上記のプロセスを使用して、バイアおよびコンタクトを含む集積回路100の他の構成要素を製造することができる。したがって、開示された技法の用途は、相互接続部の製造に限定されない。
【0022】
重合性エッチング・ガスによる垂直トレンチ側壁の不動態化のおかげで、図示したプロセスの結果として形成された相互接続部は、精密な寸法(例えば、トレンチおよびバイアの幅)を有する平らで均一なプロファイルを有する。これによって、小さくて密なパターンの高歩留りの相互接続部を製造することが可能になる。例えば、およそ28ナノメートルもの小さなピッチを有するパターン密度を得ることができる。さらに、重合性エッチング・ガスと攻撃性誘電体エッチング・ガスの混合物は、パターン依存性エッチング速度の発生を低減させる。攻撃性誘電体エッチング・ガスがエッチング・ガス混合物の大部分を形成するため、トレンチの垂直エッチング速度は、実際上かなり速いが、重合性エッチング・ガス中の水素は、攻撃性誘電体エッチング・ガス中のフッ素の一部を除去し、これによってトレンチ側壁上により炭素リッチな層を堆積させることが可能になる。
【0023】
前述の事項は、本発明の実施形態に向けられているが、本発明の他のおよびさらなる実施形態(コンタクトおよびバイアレベルのエッチングに関係する実施形態など)が本発明の基本的な範囲から逸脱せずに考案されてもよい。本明細書に提示された様々な実施形態またはその一部を組み合わせて、さらなる実施形態を作り出すことができる。さらに、頂部、側部、底部、前部、後部などの用語は、相対的なまたは位置的な用語であり、図に示された例示的な実施形態に関して使用され、そのため、これらの用語は、交換可能であってもよい。
図1
図2
図3
図4
図5
【国際調査報告】