JP2001244337A - 基材上にフィルムを作る方法及び装置 - Google Patents
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- H01L21/76813—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics for dual damascene structures involving a partial via etch
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- H01L21/76822—Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc.
- H01L21/76826—Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc. by contacting the layer with gases, liquids or plasmas
-
- H—ELECTRICITY
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- H01L2221/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof covered by H01L21/00
- H01L2221/10—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device
- H01L2221/1005—Formation and after-treatment of dielectrics
- H01L2221/101—Forming openings in dielectrics
- H01L2221/1015—Forming openings in dielectrics for dual damascene structures
- H01L2221/1031—Dual damascene by forming vias in the via-level dielectric prior to deposition of the trench-level dielectric
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
- Y10S438/931—Silicon carbide semiconductor
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低誘電率でもあるエッチング停止層を提供す
る。 【解決手段】 2つの誘電体層の間に中間エッチング停
止層組み込んだ半導体デバイスとする。ここでそれぞれ
の層の誘電率は3.5未満であり、エッチング停止層
は、上側層に対する選択率が少なくとも2.5:1であ
る。窒素でドープされた炭化ケイ素層10を製造する方
法及び装置とする。この層は、例えばエッチング停止層
として提供する。
る。 【解決手段】 2つの誘電体層の間に中間エッチング停
止層組み込んだ半導体デバイスとする。ここでそれぞれ
の層の誘電率は3.5未満であり、エッチング停止層
は、上側層に対する選択率が少なくとも2.5:1であ
る。窒素でドープされた炭化ケイ素層10を製造する方
法及び装置とする。この層は、例えばエッチング停止層
として提供する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基材上にフィルム
を形成する方法及び装置に関する。また本発明は特に、
限定するわけではないが、低誘電率のエッチング停止フ
ィルム及びそのようなフィルムを有するデバイスを製造
する方法及び装置を提供する。本明細書の記載では、低
誘電率とは、3.5又はそれ未満の誘電率を表してい
る。
を形成する方法及び装置に関する。また本発明は特に、
限定するわけではないが、低誘電率のエッチング停止フ
ィルム及びそのようなフィルムを有するデバイスを製造
する方法及び装置を提供する。本明細書の記載では、低
誘電率とは、3.5又はそれ未満の誘電率を表してい
る。
【0002】特に相互接続金属として銅を使用する場合
に、ダマシン及びデュアルダマシン処理は、半導体ウェ
ハーの製造においてより一般的になってきている。これ
は、銅のプラズマエッチングが比較的困難であるため
に、その形状を誘電体層にエッチングし、その後でエッ
チングされた構造に銅を堆積させて充填することが好ま
しいことによる。全ての過剰な銅は、例えば化学機械的
研磨によって、表面から除去し、エッチングされた構造
中に埋め込まれた銅を残すようにする。
に、ダマシン及びデュアルダマシン処理は、半導体ウェ
ハーの製造においてより一般的になってきている。これ
は、銅のプラズマエッチングが比較的困難であるため
に、その形状を誘電体層にエッチングし、その後でエッ
チングされた構造に銅を堆積させて充填することが好ま
しいことによる。全ての過剰な銅は、例えば化学機械的
研磨によって、表面から除去し、エッチングされた構造
中に埋め込まれた銅を残すようにする。
【0003】デュアルダマシン処理では、2つの別々の
構造であるが結合した構造を、それぞれの誘電体層に、
1つのラインが他方と重なるようにしてエッチングす
る。従って、トレンチを上側の層に刻み、バイアを下側
の層に作って、トレンチを下にある層の接触点に接触さ
せることができる。そのような構造の例は、DualD
amascene Challenges, Diel
ectric Etch、Peter Singer、
Semiconductor Internation
al(1999年8月)で説明されている。
構造であるが結合した構造を、それぞれの誘電体層に、
1つのラインが他方と重なるようにしてエッチングす
る。従って、トレンチを上側の層に刻み、バイアを下側
の層に作って、トレンチを下にある層の接触点に接触さ
せることができる。そのような構造の例は、DualD
amascene Challenges, Diel
ectric Etch、Peter Singer、
Semiconductor Internation
al(1999年8月)で説明されている。
【0004】デュアルダマシン構造を作る通常の手法で
は、誘電体の2つの層の間にエッチング停止層を堆積さ
せ、それによって自動エッチング装置が第1の層を貫通
したときに、このエッチング停止層が良好な「終点」信
号を自動エッチング装置に与えるようにする。そのよう
な閉ループ制御は好ましい。これは、このような閉ルー
プ制御が、開ループ時間エッチングと比較したときに、
比較的正確なエッチング構造の制御を可能にするためで
ある。
は、誘電体の2つの層の間にエッチング停止層を堆積さ
せ、それによって自動エッチング装置が第1の層を貫通
したときに、このエッチング停止層が良好な「終点」信
号を自動エッチング装置に与えるようにする。そのよう
な閉ループ制御は好ましい。これは、このような閉ルー
プ制御が、開ループ時間エッチングと比較したときに、
比較的正確なエッチング構造の制御を可能にするためで
ある。
【0005】従ってエッチング停止層は、上側層と比較
して、エッチングプロセスへの選択比が大きく、それに
よって有意に比較的遅くエッチングされて、制御を行う
のに必要とされる時間を与えることが必要とされる傾向
にある。
して、エッチングプロセスへの選択比が大きく、それに
よって有意に比較的遅くエッチングされて、制御を行う
のに必要とされる時間を与えることが必要とされる傾向
にある。
【0006】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般に
今日では、誘電体構造全体が低誘電率であることが望ま
しく、従って低誘電率でもあるエッチング停止層を得る
ことが望ましい。
今日では、誘電体構造全体が低誘電率であることが望ま
しく、従って低誘電率でもあるエッチング停止層を得る
ことが望ましい。
【0007】更に、シランに基づくプラズマ形成窒化ケ
イ素を、二酸化ケイ素タイプの層と関連してエッチング
停止層として使用するが、そのような窒化ケイ素の誘電
率は通常約7.5であり、これに対して標準の二酸化ケ
イ素の誘電率は4.1であり、認識されている低誘電率
の要求は3.5未満であることである。炭化ケイ素が、
代わりのエッチング停止層として提案されているが、そ
の誘電率は9〜10であり、これは誘電体積層体の誘電
率を有意に更に増加させる。窒化ケイ素層は水に対する
良好なバリアーを作り、多くの低誘電率の処理が、処理
の間に誘電体層を押し出すことができる水に依存してい
るので、窒化ケイ素も、問題があることが見出されてい
る。
イ素を、二酸化ケイ素タイプの層と関連してエッチング
停止層として使用するが、そのような窒化ケイ素の誘電
率は通常約7.5であり、これに対して標準の二酸化ケ
イ素の誘電率は4.1であり、認識されている低誘電率
の要求は3.5未満であることである。炭化ケイ素が、
代わりのエッチング停止層として提案されているが、そ
の誘電率は9〜10であり、これは誘電体積層体の誘電
率を有意に更に増加させる。窒化ケイ素層は水に対する
良好なバリアーを作り、多くの低誘電率の処理が、処理
の間に誘電体層を押し出すことができる水に依存してい
るので、窒化ケイ素も、問題があることが見出されてい
る。
【0008】更に、現在の窒化ケイ素技術は、低誘電率
の層の製造に使用する化学物質と必ずしも相容れるわけ
ではない。
の層の製造に使用する化学物質と必ずしも相容れるわけ
ではない。
【0009】これらの問題についての議論は、PCT国
際公開第99/41423号明細書で示されているが、
この特許明細書で示される結論は、この状況のための良
好なエッチング停止層は、有意の酸化物含有率を有する
ということである。多数の解決手段が提案されている
が、これらは、有意に異なる誘電率の層の積層体を必要
とすることが考えられる。
際公開第99/41423号明細書で示されているが、
この特許明細書で示される結論は、この状況のための良
好なエッチング停止層は、有意の酸化物含有率を有する
ということである。多数の解決手段が提案されている
が、これらは、有意に異なる誘電率の層の積層体を必要
とすることが考えられる。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の1つの面では本
発明は、誘電体積層体に作られたデュアルダマシン構造
を有する半導体デバイスである。ここでこの積層体は、
第1の形状でエッチングされた上側層、中間エッチング
停止層、及び第2の形状でエッチングされた下側層を含
み、この第2の形状は第1の形状に隣接しており、それ
ぞれの層の誘電率誘電率が3.5以下、より好ましくは
3.0未満であり、エッチング停止層と上側層との選択
比が少なくとも2.5:1である。ここで、「エッチン
グ停止層と上側層との選択比が少なくとも2.5:1で
ある」とは、エッチング停止層と比較したときに、上側
層が少なくとも2.5倍のエッチング速度でエッチング
されることを意味している。
発明は、誘電体積層体に作られたデュアルダマシン構造
を有する半導体デバイスである。ここでこの積層体は、
第1の形状でエッチングされた上側層、中間エッチング
停止層、及び第2の形状でエッチングされた下側層を含
み、この第2の形状は第1の形状に隣接しており、それ
ぞれの層の誘電率誘電率が3.5以下、より好ましくは
3.0未満であり、エッチング停止層と上側層との選択
比が少なくとも2.5:1である。ここで、「エッチン
グ停止層と上側層との選択比が少なくとも2.5:1で
ある」とは、エッチング停止層と比較したときに、上側
層が少なくとも2.5倍のエッチング速度でエッチング
されることを意味している。
【0011】好ましくは、エッチング停止層は下側層と
一体になっており(integral with)、エ
ッチング停止層は窒素でドープされた炭化ケイ素ででき
ていることが特に好ましい。
一体になっており(integral with)、エ
ッチング停止層は窒素でドープされた炭化ケイ素ででき
ていることが特に好ましい。
【0012】特に好ましい様式では、エッチング停止層
の誘電率は、積層体の他の層の誘電率と実質的に同じで
ある。意外にも、窒素でドープされた炭化ケイ素の誘電
率は、窒素ドーピングを行う程度に依存して調節できる
ことが見出されている。従って、少なくともある程度ま
では、エッチング停止層の誘電率を、他の誘電体層の誘
電率に合わせることが可能である。
の誘電率は、積層体の他の層の誘電率と実質的に同じで
ある。意外にも、窒素でドープされた炭化ケイ素の誘電
率は、窒素ドーピングを行う程度に依存して調節できる
ことが見出されている。従って、少なくともある程度ま
では、エッチング停止層の誘電率を、他の誘電体層の誘
電率に合わせることが可能である。
【0013】上述のように、窒素でドープされた炭化ケ
イ素の誘電率は有意に小さく、それ自身は低誘電率誘電
体材料であるので、エッチング停止層は下側層と一体に
することができる。
イ素の誘電率は有意に小さく、それ自身は低誘電率誘電
体材料であるので、エッチング停止層は下側層と一体に
することができる。
【0014】従って、本発明の第2の面は、窒素でドー
プされた炭化ケイ素でできた低誘電率層である。
プされた炭化ケイ素でできた低誘電率層である。
【0015】本発明の更なる面は、基材上に低誘電率フ
ィルムを製造する方法である。この方法は、(a)容器
内で、支持体に基材を配置すること、及び(b)気体又
は蒸気の形でケイ素含有有機化合物及び窒素をプラズマ
の存在下において前記容器に供給して、窒素でドープさ
れた炭化ケイ素のフィルムを基材上に堆積させること、
を含む。
ィルムを製造する方法である。この方法は、(a)容器
内で、支持体に基材を配置すること、及び(b)気体又
は蒸気の形でケイ素含有有機化合物及び窒素をプラズマ
の存在下において前記容器に供給して、窒素でドープさ
れた炭化ケイ素のフィルムを基材上に堆積させること、
を含む。
【0016】ケイ素含有有機化合物は、アルキルシラ
ン、特にテトラアルキルシランでよい。特に好ましく
は、ケイ素含有有機化合物はテトラメチルシランであ
る。
ン、特にテトラアルキルシランでよい。特に好ましく
は、ケイ素含有有機化合物はテトラメチルシランであ
る。
【0017】室温又はそれ未満の温度で、配置された基
材にフィルムを堆積させること、及びフィルムの堆積の
間に高周波出力を供給することができる。
材にフィルムを堆積させること、及びフィルムの堆積の
間に高周波出力を供給することができる。
【0018】ここまでで本発明を説明してきたが、上述
の特徴又は以下の説明の任意の発明的組み合わせが、本
発明に含まれることを理解すべきである。
の特徴又は以下の説明の任意の発明的組み合わせが、本
発明に含まれることを理解すべきである。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明は様々な様式で実施するこ
とができるが、添付の図を参照して、例示によって本発
明の特定の態様を以下に説明する。
とができるが、添付の図を参照して、例示によって本発
明の特定の態様を以下に説明する。
【0020】図1を参照すると、減圧容器2を有する装
置1概略的に示されている。ここでこの減圧容器2は、
シャワーヘッド3及びウェハー支持体又はプラテン4を
有する。このシャワーヘッド3は、高周波源(図示せ
ず)に接続されて、1つの電極を形成し、支持体4はア
ースして、もう一方の電極を作ることができる。あるい
は、高周波源を支持体4に接続し、及びシャワーヘッド
3をアースすることができる。シャワーヘッド3は、パ
イプ(図示せず)によって、テトラメチルシラン及び他
の1又は複数のガスの供給源に接続されている。この装
置は概してヨーロッパ特許公開第0731982号明細
書で開示されるようなものである。ここでこの特許明細
書の記載は参照して本発明の記載に含める。しかしなが
ら、標準(2重式ではないもの)のシャワーヘッドを通
常は使用する。
置1概略的に示されている。ここでこの減圧容器2は、
シャワーヘッド3及びウェハー支持体又はプラテン4を
有する。このシャワーヘッド3は、高周波源(図示せ
ず)に接続されて、1つの電極を形成し、支持体4はア
ースして、もう一方の電極を作ることができる。あるい
は、高周波源を支持体4に接続し、及びシャワーヘッド
3をアースすることができる。シャワーヘッド3は、パ
イプ(図示せず)によって、テトラメチルシラン及び他
の1又は複数のガスの供給源に接続されている。この装
置は概してヨーロッパ特許公開第0731982号明細
書で開示されるようなものである。ここでこの特許明細
書の記載は参照して本発明の記載に含める。しかしなが
ら、標準(2重式ではないもの)のシャワーヘッドを通
常は使用する。
【0021】使用においては、実際に装置を変更して、
供給する他のガスの性質に依存して、様々な層を堆積さ
せることができる。従って、他のガスが酸素又は酸素含
有ガスである場合、低誘電率の炭素でドープされた二酸
化ケイ素の層を作ることができる。他方で、他のガスが
窒素である場合、窒素の流量に依存して、純粋な炭化ケ
イ素層(実質的に窒素が存在しない)から炭素でドープ
された窒化ケイ素層(窒素流量が大きい)までを製造す
ることができる。窒素流量を適当に調節することによっ
て、上述の炭素でドープされた二酸化ケイ素の層と同様
な又は同じ誘電率を有する窒素でドープされた炭化ケイ
素の層を作れることを、本発明の出願人は見出した。従
って、単一の容器において、炭素でドープされた二酸化
ケイ素の層、窒素でドープされた炭化ケイ素の層、及び
炭素でドープされた二酸化ケイ素の層を含む誘電体積層
体を作ることが可能である。よって、この積層体は低誘
電率の点から特に望ましいだけでなく、大量生産できる
単純な様式で製造することができる。
供給する他のガスの性質に依存して、様々な層を堆積さ
せることができる。従って、他のガスが酸素又は酸素含
有ガスである場合、低誘電率の炭素でドープされた二酸
化ケイ素の層を作ることができる。他方で、他のガスが
窒素である場合、窒素の流量に依存して、純粋な炭化ケ
イ素層(実質的に窒素が存在しない)から炭素でドープ
された窒化ケイ素層(窒素流量が大きい)までを製造す
ることができる。窒素流量を適当に調節することによっ
て、上述の炭素でドープされた二酸化ケイ素の層と同様
な又は同じ誘電率を有する窒素でドープされた炭化ケイ
素の層を作れることを、本発明の出願人は見出した。従
って、単一の容器において、炭素でドープされた二酸化
ケイ素の層、窒素でドープされた炭化ケイ素の層、及び
炭素でドープされた二酸化ケイ素の層を含む誘電体積層
体を作ることが可能である。よって、この積層体は低誘
電率の点から特に望ましいだけでなく、大量生産できる
単純な様式で製造することができる。
【0022】従って、1つの実験では、誘電率が約2.
6のメチルでドープされた窒化/炭化ケイ素であると考
えられるものを作ることによって、特に効果的なエッチ
ング停止層を開発した。窒素に対する炭素の割合を減少
させて、炭素でドープされた窒化ケイ素を超えるものを
作ると、誘電率が約4.6まで増加することが分かっ
た。これら2つの材料の間では、硬度遷移点が存在しな
かった。プロセスガスに比較的多くの窒素を加えると、
炭素に対する窒素の割合が増加する。従って1つの極端
な(窒素がない)材料は炭化ケイ素であり、他の材料は
炭素含有窒化ケイ素であると考えられる。全てのフィル
ムが水素を含有していた。
6のメチルでドープされた窒化/炭化ケイ素であると考
えられるものを作ることによって、特に効果的なエッチ
ング停止層を開発した。窒素に対する炭素の割合を減少
させて、炭素でドープされた窒化ケイ素を超えるものを
作ると、誘電率が約4.6まで増加することが分かっ
た。これら2つの材料の間では、硬度遷移点が存在しな
かった。プロセスガスに比較的多くの窒素を加えると、
炭素に対する窒素の割合が増加する。従って1つの極端
な(窒素がない)材料は炭化ケイ素であり、他の材料は
炭素含有窒化ケイ素であると考えられる。全てのフィル
ムが水素を含有していた。
【0023】この実験では、プロセス条件は以下のよう
なものであった: 圧力 TMS流量 O2流量 N2流量 高周波出力 温度 低誘電率のCでドープされたSiO2、誘電率k=2.6、SiO2(C) メチルでドープされた二酸化ケイ素 3000mT 80sccm以下 100sccm 500sccm 100W 0〜25℃ 低誘電率のNでドープされたSiC、誘電率k=2.6、SiC(N) メチルでドープされた窒化/炭化ケイ素 1500mT 80sccm以下 皆無 50sccm 200W 0〜25℃ 低誘電率のCでドープされたSiN、誘電率k=4.6、SiN(C) メチルでドープされた窒化ケイ素 500mT 20sccm以下 皆無 500sccm 1000W 0〜25℃
なものであった: 圧力 TMS流量 O2流量 N2流量 高周波出力 温度 低誘電率のCでドープされたSiO2、誘電率k=2.6、SiO2(C) メチルでドープされた二酸化ケイ素 3000mT 80sccm以下 100sccm 500sccm 100W 0〜25℃ 低誘電率のNでドープされたSiC、誘電率k=2.6、SiC(N) メチルでドープされた窒化/炭化ケイ素 1500mT 80sccm以下 皆無 50sccm 200W 0〜25℃ 低誘電率のCでドープされたSiN、誘電率k=4.6、SiN(C) メチルでドープされた窒化ケイ素 500mT 20sccm以下 皆無 500sccm 1000W 0〜25℃
【0024】これにより、選択された特定の窒素流量で
は、低誘電率の窒素でドープされた炭化ケイ素の誘電率
は、上述のように作られた低誘電率の炭素でドープされ
た二酸化ケイ素の誘電率と正確に同じであることが理解
される。
は、低誘電率の窒素でドープされた炭化ケイ素の誘電率
は、上述のように作られた低誘電率の炭素でドープされ
た二酸化ケイ素の誘電率と正確に同じであることが理解
される。
【0025】高周波出力は380kHzの電源によって
シャワーヘッド電極に提供し、プラテンを、室温又はそ
れ未満の温度に維持した。0℃未満の温度がこのプロセ
スに有益であるが、このプロセスは、室温又は0℃〜室
温の温度で一般に行われる。
シャワーヘッド電極に提供し、プラテンを、室温又はそ
れ未満の温度に維持した。0℃未満の温度がこのプロセ
スに有益であるが、このプロセスは、室温又は0℃〜室
温の温度で一般に行われる。
【0026】更なる実験を13.56MHzの高周波出
力で行った。SiO2(C)及びSiC(N)の結果は
かなり異なっていることが分かった。SiO2(C)の
場合、堆積速度が増加して、厚さの均一性が改良された
が、SiC(N)材料では、堆積速度が低下し、且つ均
一性が悪化した。従って、本発明の低誘電率のエッチン
グ停止層は、大きい周波数(4MHz超)で堆積させた
SiO2(C)、及び小さい周波数(4MHz未満)で
堆積させたSiC(N)から作ることができると考えら
れる。
力で行った。SiO2(C)及びSiC(N)の結果は
かなり異なっていることが分かった。SiO2(C)の
場合、堆積速度が増加して、厚さの均一性が改良された
が、SiC(N)材料では、堆積速度が低下し、且つ均
一性が悪化した。従って、本発明の低誘電率のエッチン
グ停止層は、大きい周波数(4MHz超)で堆積させた
SiO2(C)、及び小さい周波数(4MHz未満)で
堆積させたSiC(N)から作ることができると考えら
れる。
【0027】シャワーヘッド及び電極とウェハーとの間
隔は、フィルムの均一性に影響を与え、これは実験によ
って均一性を最大にするようにすべきである。テトラメ
チルシラン(TMS)の流量はおおよそである。これ
は、本出願人の英国特許出願第9922691.2号明
細書で説明される理由によって、その計測が困難である
ことによる。
隔は、フィルムの均一性に影響を与え、これは実験によ
って均一性を最大にするようにすべきである。テトラメ
チルシラン(TMS)の流量はおおよそである。これ
は、本出願人の英国特許出願第9922691.2号明
細書で説明される理由によって、その計測が困難である
ことによる。
【0028】初めの実験は、レジストコーティングを伴
わないシリコンウェハーで行った。ここでは同じエッチ
ングプロセスを使用した。エッチング速度は以下のよう
なものである。 フィルムタイプ 先駆物質 エッチング速度 SiO2(C) TMS/O2 9,377Å/分 SiC(N) TMS/N2 3,222Å/分 SiN(C) TMS/N2 4,787Å/分
わないシリコンウェハーで行った。ここでは同じエッチ
ングプロセスを使用した。エッチング速度は以下のよう
なものである。 フィルムタイプ 先駆物質 エッチング速度 SiO2(C) TMS/O2 9,377Å/分 SiC(N) TMS/N2 3,222Å/分 SiN(C) TMS/N2 4,787Å/分
【0029】これらのエッチング速度から、エッチング
の選択率が2.9:1(SiO2:SiC)であること
が計算できる。これは、誘電率kがかなり大きい標準の
エッチング停止層に有利に匹敵するものである。
の選択率が2.9:1(SiO2:SiC)であること
が計算できる。これは、誘電率kがかなり大きい標準の
エッチング停止層に有利に匹敵するものである。
【0030】従って、予想と異なって、窒素でドープさ
れたSiC(N)材料は、炭素でドープされた窒化ケイ
素よりも、低誘電率のエッチング停止層として好まし
い。
れたSiC(N)材料は、炭素でドープされた窒化ケイ
素よりも、低誘電率のエッチング停止層として好まし
い。
【0031】本質的に上述のような堆積プロセスを使用
して、積層構造体を作った。但しこのプロセスは、本出
願の出願人の英国特許出願第9922801.7号明細
書で開示されるタイプの水素プラズマ処理を含む。ここ
でこの明細書の記載は参照して本発明の記載に含める。
この水素プラズマ処理は、低誘電率フィルムの性質を改
良し、例えば、BOE(緩衝酸化物エッチング(Buffere
d Oxide Etch))湿式エッチング速度を10,000Å/
分超から熱酸化物のそれ(約550Å/分)と同じ程度
まで減少させ、水素及び炭素の含有率を減少させ、明ら
かに密度を増加させ、且つクラッキングの傾向を減少さ
せつつ、フィルムが水を吸収する性質を減少させる。
して、積層構造体を作った。但しこのプロセスは、本出
願の出願人の英国特許出願第9922801.7号明細
書で開示されるタイプの水素プラズマ処理を含む。ここ
でこの明細書の記載は参照して本発明の記載に含める。
この水素プラズマ処理は、低誘電率フィルムの性質を改
良し、例えば、BOE(緩衝酸化物エッチング(Buffere
d Oxide Etch))湿式エッチング速度を10,000Å/
分超から熱酸化物のそれ(約550Å/分)と同じ程度
まで減少させ、水素及び炭素の含有率を減少させ、明ら
かに密度を増加させ、且つクラッキングの傾向を減少さ
せつつ、フィルムが水を吸収する性質を減少させる。
【0032】得られる積層体は、SiC(N)の500
Åの層によって分離されたSiO2(C)の7,000
Åの2つの層からなる。それぞれの二酸化ケイ素層は、
水素プラズマ処理をされている。
Åの層によって分離されたSiO2(C)の7,000
Åの2つの層からなる。それぞれの二酸化ケイ素層は、
水素プラズマ処理をされている。
【0033】エッチング実験を異なる時間で行って、終
点検知装置の出力を記録した。そのような実験で通常行
われているように、終点検地装置は、440nmの輝線
での光の強度を観察した。終点検出器からの出力は、図
2及び3に示している(図2〜4の垂直軸は、任意単位
での信号強度の増加を示している)。
点検知装置の出力を記録した。そのような実験で通常行
われているように、終点検地装置は、440nmの輝線
での光の強度を観察した。終点検出器からの出力は、図
2及び3に示している(図2〜4の垂直軸は、任意単位
での信号強度の増加を示している)。
【0034】SiO2(C)層上のSiC(N)に関し
て更なる実験を行った。この実験の終点信号出力は図4
に示す。
て更なる実験を行った。この実験の終点信号出力は図4
に示す。
【0035】続いて、パターンを付けたウェハーについ
て更なる実験を行った。2つの異なるパターンを使用し
た。これらのパターンはそれぞれ、小さい開口領域(接
触/バイアで典型的であるようなもの)及び大きい開口
領域(相互接続に相当するもの)によって特徴付けられ
る。上述のSiO2(C)、SiC(N)、及びSiN
(C)材料を使用した。
て更なる実験を行った。2つの異なるパターンを使用し
た。これらのパターンはそれぞれ、小さい開口領域(接
触/バイアで典型的であるようなもの)及び大きい開口
領域(相互接続に相当するもの)によって特徴付けられ
る。上述のSiO2(C)、SiC(N)、及びSiN
(C)材料を使用した。
【0036】結果は、以下のように概略を示すことがで
きる。 フィルムタイプ エッチング速度 不均一性 TMS/O2のSiO2に対する (Å/分) (+/−%) 選択比 相互接続マスク TMS/O2のSiO2(C) 10,611 8.3 TMS/N2のSiCタイプ 3,524 5.3 3.01 TMS/N2のSiNタイプ 4,224 6.6 接触/バイアマスク TMS/O2のSiO2(C) 11,328 4.4 TMS/N2のSiCタイプ 3,875 5.9 2.92 TMS/N2のSiNタイプ 3.932 9.0
きる。 フィルムタイプ エッチング速度 不均一性 TMS/O2のSiO2に対する (Å/分) (+/−%) 選択比 相互接続マスク TMS/O2のSiO2(C) 10,611 8.3 TMS/N2のSiCタイプ 3,524 5.3 3.01 TMS/N2のSiNタイプ 4,224 6.6 接触/バイアマスク TMS/O2のSiO2(C) 11,328 4.4 TMS/N2のSiCタイプ 3,875 5.9 2.92 TMS/N2のSiNタイプ 3.932 9.0
【0037】従って、SiNは誘電率がかなり大きいこ
とと並んで、SiNのエッチング特性が、誘電率が小さ
いSiC材料のエッチング特性よりも劣っていることが
理解される。パターンが存在すること又はパターンが存
在しないことは、SiC(N)に対する低誘電率SiO
2(C)の選択率に有意の影響を与えない。フォトレジ
ストが存在しない場合には、比は2.9:1であり、こ
れら2つの実験での値は3.01:1及び2.92:1
であり、従って約3:1である。非常に許容できる均一
性の値と組み合わせたこのエッチング選択比は、SiC
(N)が有益なエッチング停止材料であることを示し、
またこの値は、有益に明確な終点信号が440nmの輝
線でもたらされることを示している。
とと並んで、SiNのエッチング特性が、誘電率が小さ
いSiC材料のエッチング特性よりも劣っていることが
理解される。パターンが存在すること又はパターンが存
在しないことは、SiC(N)に対する低誘電率SiO
2(C)の選択率に有意の影響を与えない。フォトレジ
ストが存在しない場合には、比は2.9:1であり、こ
れら2つの実験での値は3.01:1及び2.92:1
であり、従って約3:1である。非常に許容できる均一
性の値と組み合わせたこのエッチング選択比は、SiC
(N)が有益なエッチング停止材料であることを示し、
またこの値は、有益に明確な終点信号が440nmの輝
線でもたらされることを示している。
【0038】上述のように、SiC(N)材料は、それ
自身で低誘電率材料としての望ましい性質を持ち、また
別個の「エッチング停止」層を持たない2つの層の積層
体の可能性をもたらす。実際に、同様な誘電率を持つ
が、エッチング特性が有意に異なる材料の層で積層体を
作り、層の遷移を検知できるようにして、自動処理を達
成することができる。
自身で低誘電率材料としての望ましい性質を持ち、また
別個の「エッチング停止」層を持たない2つの層の積層
体の可能性をもたらす。実際に、同様な誘電率を持つ
が、エッチング特性が有意に異なる材料の層で積層体を
作り、層の遷移を検知できるようにして、自動処理を達
成することができる。
【0039】エッチング停止層を使用しないで、2つの
低誘電率材料を使用することで利益を得られる用途の特
定の例は、デュアルダマシンの用途のための低誘電率の
2つの層の製造である。ここでは、1つの層をバイア製
造のために使用し、他の層は上側のトレンチを提供す
る。例えば、「トレンチの第1の」手順では、バイアを
形成される比較的遅くエッチングされる層の上に、比較
的速くエッチングされるSiO2(C)を使用すること
ができる。トレンチパターンは、リソグラフィー及びト
レンチパターンエッチングによって、その表面に形成す
ることができる。下側の材料に達して所定の時間のエッ
チングが行われると、終点信号がもたらされる。その
後、エッチングマスク(例えばフォトレジスト)を除去
し、下側のバイアのためのパターンをウェハーに提供す
る。バイアは、下側の低誘電率層にエッチングする。
低誘電率材料を使用することで利益を得られる用途の特
定の例は、デュアルダマシンの用途のための低誘電率の
2つの層の製造である。ここでは、1つの層をバイア製
造のために使用し、他の層は上側のトレンチを提供す
る。例えば、「トレンチの第1の」手順では、バイアを
形成される比較的遅くエッチングされる層の上に、比較
的速くエッチングされるSiO2(C)を使用すること
ができる。トレンチパターンは、リソグラフィー及びト
レンチパターンエッチングによって、その表面に形成す
ることができる。下側の材料に達して所定の時間のエッ
チングが行われると、終点信号がもたらされる。その
後、エッチングマスク(例えばフォトレジスト)を除去
し、下側のバイアのためのパターンをウェハーに提供す
る。バイアは、下側の低誘電率層にエッチングする。
【0040】他の方法を図5で説明する。理解されるよ
うに、図5は(a)〜(e)で、配線のための溝とバイ
アの組み合わせを作る方法を説明している。この方法
は、上述の材料で得られるエッチング速度の差、及びこ
れらの材料の良好な小さい誘電率の特徴を利用してい
る。説明されている方法は、配線のための溝の底部でバ
イアを製造するために、リソグラフ及びマスクを必要と
しない点で特に有利である。配線はだんだんと狭くなっ
てきているので、溝の底部にマスクを提供することはよ
り困難になってきている。
うに、図5は(a)〜(e)で、配線のための溝とバイ
アの組み合わせを作る方法を説明している。この方法
は、上述の材料で得られるエッチング速度の差、及びこ
れらの材料の良好な小さい誘電率の特徴を利用してい
る。説明されている方法は、配線のための溝の底部でバ
イアを製造するために、リソグラフ及びマスクを必要と
しない点で特に有利である。配線はだんだんと狭くなっ
てきているので、溝の底部にマスクを提供することはよ
り困難になってきている。
【0041】従って図5(a)では、低誘電率絶縁材料
の第1の層10を、基材11上に堆積させ、バイアは1
2で示すようにして、この材料の表面に部分的なエッチ
ングによって提供する。このときに、バイア形状12の
エッチングは、比較的まっすぐに進行する。これは、層
10の表面全体が露出されているためのである。図5の
(b)では、第2の適合層(conformal la
yer)13を堆積させ、それによってこの層が形状1
2を満たすようにする。但しここでは、14で示すよう
に、この形状12が層13の表面に反映されるようにす
る。その後、13の上側表面に、所望の配線パターンを
有するマスクを提供する。図5の(c)は、配線のため
の溝15の部分的なエッチングを示す。(c)及び
(d)で示すように、同時に必然的に、形状14の底部
もエッチングされており、それによって形状12内にエ
ッチングが進行する。(d)で示されるときには、層1
3でエッチングすべき距離の残りはxであり、層11で
エッチングすべき距離の残りはyである。この概略図で
は明確に示されているわけではないが、通常yはxより
も大きく、y/xの比は相対的なエッチング速度を示
し、これは層11及び13の材料に依存して選択すべき
である。図で示される様な様式では、実際にyはxの
1.8〜2.2倍、好ましくは約2倍であり、材料11
のエッチング速度が材料13のエッチング速度の1.8
〜2.2倍、好ましくは約2倍であるようにすべきこと
が多い。
の第1の層10を、基材11上に堆積させ、バイアは1
2で示すようにして、この材料の表面に部分的なエッチ
ングによって提供する。このときに、バイア形状12の
エッチングは、比較的まっすぐに進行する。これは、層
10の表面全体が露出されているためのである。図5の
(b)では、第2の適合層(conformal la
yer)13を堆積させ、それによってこの層が形状1
2を満たすようにする。但しここでは、14で示すよう
に、この形状12が層13の表面に反映されるようにす
る。その後、13の上側表面に、所望の配線パターンを
有するマスクを提供する。図5の(c)は、配線のため
の溝15の部分的なエッチングを示す。(c)及び
(d)で示すように、同時に必然的に、形状14の底部
もエッチングされており、それによって形状12内にエ
ッチングが進行する。(d)で示されるときには、層1
3でエッチングすべき距離の残りはxであり、層11で
エッチングすべき距離の残りはyである。この概略図で
は明確に示されているわけではないが、通常yはxより
も大きく、y/xの比は相対的なエッチング速度を示
し、これは層11及び13の材料に依存して選択すべき
である。図で示される様な様式では、実際にyはxの
1.8〜2.2倍、好ましくは約2倍であり、材料11
のエッチング速度が材料13のエッチング速度の1.8
〜2.2倍、好ましくは約2倍であるようにすべきこと
が多い。
【0042】材料11はまた、上述の様式でエッチング
停止信号を提供することができる。ここで、上述のエッ
チング速度より、炭素でドープされた窒化ケイ素と炭素
でドープされた二酸化ケイ素が、約2:1のエッチング
速度又は選択比を提供することが理解され、また上述の
ように、窒素でドープされた炭化ケイ素に対する二酸化
ケイ素の選択率は3:1である。ドーピングを調節する
ことによって、他の選択比を提供することが可能であ
る。
停止信号を提供することができる。ここで、上述のエッ
チング速度より、炭素でドープされた窒化ケイ素と炭素
でドープされた二酸化ケイ素が、約2:1のエッチング
速度又は選択比を提供することが理解され、また上述の
ように、窒素でドープされた炭化ケイ素に対する二酸化
ケイ素の選択率は3:1である。ドーピングを調節する
ことによって、他の選択比を提供することが可能であ
る。
【図1】図1は、本発明で使用する装置の概略図であ
る。
る。
【図2】図2は、誘電体積層体中に配置したときの、本
発明によって作ったエッチング停止層の検知可能性を示
す図である。
発明によって作ったエッチング停止層の検知可能性を示
す図である。
【図3】図3は、誘電体積層体中に配置したときの、本
発明によって作ったエッチング停止層の検知可能性を示
す図である。
発明によって作ったエッチング停止層の検知可能性を示
す図である。
【図4】図4は、誘電体積層体中に配置したときの、本
発明によって作ったエッチング停止層の検知可能性を示
す図である。
発明によって作ったエッチング停止層の検知可能性を示
す図である。
【図5】図5は、配線及び関連するバイアの製造を概略
的に説明する図である((a)〜(e))。
的に説明する図である((a)〜(e))。
1…装置1 2…減圧容器2 3…シャワーヘッド 4…ウェハー支持体又はプラテン 10、13…層 11…基材
フロントページの続き (72)発明者 ナット ビークマン イギリス国,ビーエス49 4ジェイビー, ヤットン,ミードウランド 18
Claims (16)
- 【請求項1】 誘電体積層体に作られたデュアルダマシ
ン構造を有する半導体デバイスであって、前記積層体
が、第1の形状でエッチングされた上側層、中間エッチ
ング停止層、及び第2の形状でエッチングされた下側層
を含み、前記第2の形状が、前記エッチング停止層を通
して前記第1の形状と連続になっており、前記層のそれ
ぞれの誘電率kが3.5以下であり、且つ前記エッチン
グ停止層と前記上側層との選択比が少なくとも2.5:
1である、誘電体積層体に作られたデュアルダマシン構
造を有する半導体デバイス。 - 【請求項2】 前記エッチング停止層が前記下側層と一
体となっている、請求項1に記載のデバイス。 - 【請求項3】 前記エッチング停止層が、窒素でドープ
された炭化ケイ素でできている、請求項1又は2に記載
のデバイス。 - 【請求項4】 (a)容器内の支持体に基材を配置する
こと、 (b)プラズマの存在下において、窒素及びケイ素含有
有機化合物を気体又は蒸気で前記容器に供給して、前記
基材に窒素でドープされた炭化ケイ素のフィルムを堆積
させること、を含む、基材上に低誘電率のフィルムを作
る方法。 - 【請求項5】 窒素でドープされた前記炭化ケイ素を、
4MHz未満の周波数でもたらされたプラズマによって
堆積させる、請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】 前記ケイ素含有有機化合物がアルキルシ
ランである、請求項4又は5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記ケイ素含有有機化合物がテトラアル
キルシランである、請求項4〜6のいずれか1項に記載
の方法。 - 【請求項8】 前記ケイ素含有有機化合物がテトラメチ
ルシランである、請求項4〜6のいずれか1項に記載の
方法。 - 【請求項9】 窒素でドープされた炭化ケイ素を含む、
エッチング停止層。 - 【請求項10】 それぞれの層が異なる材料でできてお
り、これらの材料のエッチング特性が検知可能に異なっ
ているが、誘電率がほぼ等しい、誘電体層の積層体。 - 【請求項11】 隣接する層の間の選択比が少なくとも
2.5:1である、請求項10に記載の積層体。 - 【請求項12】 半導体ウェハーに第1のエッチング速
度の第1の絶縁材料の層を堆積させ、この第1の層を部
分的にエッチングして、1又は複数のバイアをもたら
し、その後でこの第1の層に第2の絶縁材料の層を堆積
させ、それによって部分的なエッチングによってもたら
したバイアを、前記第2の材料で満たして、対応する形
状を前記第2の層の表面にもたらし、前記第2の層をエ
ッチングして溝をもたらし、それによって前記溝が対応
する形状になって配線を受け取るようにし、これらの材
料の相対的なエッチング速度が、前記溝を前記第1の層
までエッチングしたときに、前記バイアが、前記第1の
層を通して完全にエッチングされるようにするものであ
る、ことを含む、デュアルダマシン構造の製造方法。 - 【請求項13】 隣接する層の前記材料の誘電率の差が
10%未満である、請求項10又は11に記載の積層
体。 - 【請求項14】 前記第1の層のエッチング速度が、前
記第2の層のエッチング速度の1.8〜2.2倍であ
る、請求項12に記載の方法。 - 【請求項15】 前記第1の層が炭素でドープされたS
iO2であり、前記第2の層が窒素でドープされたSi
C又は炭素でドープされた窒化ケイ素である、請求項1
2に記載の方法。 - 【請求項16】 4MHz超の周波数でのプラズマに基
づく反応によって炭素でドープされたSiO2を堆積さ
せること、及び4MHz未満の周波数でのプラズマに基
づく反応によって、前記SiO2材料に窒素でドープさ
れたSiCを堆積させること、を含む低誘電率のエッチ
ング停止層の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB0001179:1 | 2000-01-19 | ||
GBGB0001179.1A GB0001179D0 (en) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | Methods & apparatus for forming a film on a substrate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001244337A true JP2001244337A (ja) | 2001-09-07 |
Family
ID=9883946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001010386A Pending JP2001244337A (ja) | 2000-01-19 | 2001-01-18 | 基材上にフィルムを作る方法及び装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US6627535B2 (ja) |
JP (1) | JP2001244337A (ja) |
KR (1) | KR20010076361A (ja) |
CN (1) | CN1185693C (ja) |
DE (1) | DE10101766A1 (ja) |
GB (2) | GB0001179D0 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002134494A (ja) * | 2000-10-19 | 2002-05-10 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2007534178A (ja) * | 2004-04-21 | 2007-11-22 | 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 | 低減された層内静電容量を有する集積回路の配線構造 |
Families Citing this family (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6274292B1 (en) | 1998-02-25 | 2001-08-14 | Micron Technology, Inc. | Semiconductor processing methods |
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