JP2002509353A - 有機マスク積層体を用いたパターン層の高温エッチング方法 - Google Patents
有機マスク積層体を用いたパターン層の高温エッチング方法Info
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- H01L21/31612—Deposition of SiO2 on a silicon body
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- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
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- H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
- H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
- H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
Abstract
(57)【要約】
本発明の開示は、パターンエッチングプロセスが終了した後に残るあらゆる残留マスク層を容易に除去する半導体デバイスの特徴のパターニング方法に関する。この方法により多層マスク構造が得られ、これはパターン化して無機ハードマスクを形成することが可能な高温無機マスク材料を含む層か、又はパターン化して有機ハードマスクを形成可能な高温で像影可能な有機マスク材料を含む層のいずれかの層が上に設けられた高温の有機系マスク材料層を含む。ハードマスク材料は、パターンを高温有機系マスク材料に転写するために用いられ、次いでハードマスク材料が除去される。高温有機系マスク材料は、下地の半導体デバイスの特徴にパターンを転写するために用いられる。
Description
【0001】 (技術分野) 本発明は、銅、プラチナ、イリジウム、ルテニウム、タングステン、チタン酸
バリウムストロンチウムなどの材料をパターンエッチングするための方法に関し
、この方法では一般に、パターンエッチング中に用いるマスク材料の積層体がよ
り高温の状態で安定である必要がある。高温の機能性以外にも、マスク材料の積
層体は、マスク材料の残量物及びエッチング後に特徴表面に残った側壁の堆積物
の量を減少させることもできる。
バリウムストロンチウムなどの材料をパターンエッチングするための方法に関し
、この方法では一般に、パターンエッチング中に用いるマスク材料の積層体がよ
り高温の状態で安定である必要がある。高温の機能性以外にも、マスク材料の積
層体は、マスク材料の残量物及びエッチング後に特徴表面に残った側壁の堆積物
の量を減少させることもできる。
【0002】 (背景技術) 半導体デバイスの製造分野において、特にデバイスの特徴サイズの小型化の傾
向に伴い、金属相互配線及びコンタクトなどの導電性の特徴を形成するために用
いるエッチングプロセスが特に重要な課題となっている。約0.25μm以下の
範囲の特徴サイズを備えた新しいデバイスでは、パターンエッチング中に輪郭を
正確に形成可能である点と、次の処理中に問題になるか又は長期的に見てデバイ
スの機能に問題を引き起こす可能性があるエッチング後の残留物を残さないよう
にする点の両方が重要となる。
向に伴い、金属相互配線及びコンタクトなどの導電性の特徴を形成するために用
いるエッチングプロセスが特に重要な課題となっている。約0.25μm以下の
範囲の特徴サイズを備えた新しいデバイスでは、パターンエッチング中に輪郭を
正確に形成可能である点と、次の処理中に問題になるか又は長期的に見てデバイ
スの機能に問題を引き起こす可能性があるエッチング後の残留物を残さないよう
にする点の両方が重要となる。
【0003】 我々は以前、パターンエッチング中に、銅層の表面上に形成される残留物の量
を減少させるか又は全く発生させないプラズマエッチングシステムの開発に取り
組んでいた。導電性材料のエッチングに有効なエッチングシステムは、1997
年7月9日に出願された米国特許同時継続出願第08/891,410号及び1
997年8月13日に出願された米国特許同時継続出願第08/911,878
号(代理人事件参照番号AM−2181)に記載されており、これらの出願の内
容は全体として本願明細書に援用されており、更にこれらの出願は共に本願の譲
受人に譲渡されている。
を減少させるか又は全く発生させないプラズマエッチングシステムの開発に取り
組んでいた。導電性材料のエッチングに有効なエッチングシステムは、1997
年7月9日に出願された米国特許同時継続出願第08/891,410号及び1
997年8月13日に出願された米国特許同時継続出願第08/911,878
号(代理人事件参照番号AM−2181)に記載されており、これらの出願の内
容は全体として本願明細書に援用されており、更にこれらの出願は共に本願の譲
受人に譲渡されている。
【0004】 我々は同時に、所望のパターンを隣接した層に転写可能なパターンマスクを現
像できるエッチングプロセスの開発に取り組んでおり、これによって、エッチン
グを施した構造上に形成されるマスク残留物が減少するか又はこの残留物がなく
なる。
像できるエッチングプロセスの開発に取り組んでおり、これによって、エッチン
グを施した構造上に形成されるマスク残留物が減少するか又はこの残留物がなく
なる。
【0005】 図1Aから1Eは、特徴層のエッチングステップを含む連続ステップに従って
変化し、約150℃を超える温度で有効な典型的なプラズマエッチング積層体を
示す略図的断面図である。このエッチング積層体は、公知のものであり、本発明
よりも前に使用されているものである。図1Aは、通常半導体基板(シリコンウ
ェーハ基板など)上を被膜する導電層か、又は所与のデバイス表面の位置にもよ
るが、半導体材料自体の場合もある基板102と、導電層106と基板102の
間の材料の拡散及び/又はマイグレーションを防止するバリヤ層104と、通常
アルミニウムか又は銅であるが、例えば、タングステン、プラチナ、イリジウム
又はルビジウムの場合もある導電層106と、通常金属含有化合物であり、被膜
パターン層の良好な像影を可能にし、更に導電層106と被膜パターンマスク層
110の間の拡散/マイグレーションを防止するためのバリヤ層として作用する
ことも多い反射防止膜(ARC)層108と、通常導電層106をエッチングす
る間に受ける高温に耐性な二酸化シリコン層か又はそれと同等の無機材料であり
、このエッチング中にパターン化されマスクとして用いられるパターンマスク層
110と、通常低温で安定な有機系の材料であり、より高温で安定なパターンマ
スク層100に用いられるフォトレジスト層112を含む完全な状態のエッチン
グ積層体を示す。図1Aでは、フォトレジスト層112がすでにパターン化され
て、パターンマスク層110に転写したい特徴形状をもつものである。
変化し、約150℃を超える温度で有効な典型的なプラズマエッチング積層体を
示す略図的断面図である。このエッチング積層体は、公知のものであり、本発明
よりも前に使用されているものである。図1Aは、通常半導体基板(シリコンウ
ェーハ基板など)上を被膜する導電層か、又は所与のデバイス表面の位置にもよ
るが、半導体材料自体の場合もある基板102と、導電層106と基板102の
間の材料の拡散及び/又はマイグレーションを防止するバリヤ層104と、通常
アルミニウムか又は銅であるが、例えば、タングステン、プラチナ、イリジウム
又はルビジウムの場合もある導電層106と、通常金属含有化合物であり、被膜
パターン層の良好な像影を可能にし、更に導電層106と被膜パターンマスク層
110の間の拡散/マイグレーションを防止するためのバリヤ層として作用する
ことも多い反射防止膜(ARC)層108と、通常導電層106をエッチングす
る間に受ける高温に耐性な二酸化シリコン層か又はそれと同等の無機材料であり
、このエッチング中にパターン化されマスクとして用いられるパターンマスク層
110と、通常低温で安定な有機系の材料であり、より高温で安定なパターンマ
スク層100に用いられるフォトレジスト層112を含む完全な状態のエッチン
グ積層体を示す。図1Aでは、フォトレジスト層112がすでにパターン化され
て、パターンマスク層110に転写したい特徴形状をもつものである。
【0006】 図1Bは、図1Aに記載した積層体を示しているが、ここではフォトレジスト
層112のパターンが、標準的なプラズマエッチング技術を用いて、パターンマ
スク層110に転写されている。マクス層110が、二酸化シリコンなどのシリ
コン含有材料を含む場合、エッチングプラズマは通常、フッ素発生種を含む。プ
ラズマの選択性は、フォトレジスト材料よりも二酸化シリコンに対して優れてい
るものが好ましい。
層112のパターンが、標準的なプラズマエッチング技術を用いて、パターンマ
スク層110に転写されている。マクス層110が、二酸化シリコンなどのシリ
コン含有材料を含む場合、エッチングプラズマは通常、フッ素発生種を含む。プ
ラズマの選択性は、フォトレジスト材料よりも二酸化シリコンに対して優れてい
るものが好ましい。
【0007】 図1Cは、導電層106をエッチングするプロセスにおける次のステップを示
すもので、ここではフォトレジスト層112はパターンマスク層110の表面か
ら除去されている。この除去処理は、湿式の化学除去であってもよいし、又はパ
ターンマスク層110よりもフォトレジスト層112に対して優れた選択性を有
するプラズマエッチングであってもよい。フォトレジスト層112の除去は二つ
の理由のため実行される。フォトレジスト層112に対して通常用いられる有機
系のフォトレジスト材料は、導電層106のエッチング中一般に達する温度で、
溶解又は変形することがある。これにより、導電層106に転写されるパターン
が変形されることにもなる。更に、フォトレジスト層112の表面をエッチャン
トプラズマに晒すことで生じるポリマー種が、導電層106のエッチング中に隣
接する表面を汚染しやすく、それによって導電層106のエッチング速度が低減
してしまう。下地の酸化シリコンパターン層をパターン化するためにフォトレジ
スト材料を用いる手段は、1991年11月19日に発行されたZdebel等の米国
特許第5,067,002号公報に記載されている。Zdebel等は、下地層をエッ
チングしている間にフォトレジスト層で下地表面が汚染しないために、下地層を
エッチングする前にフォトレジスト材料を除去する必要性を述べている。David
Kellerは、1994年9月13日に発行された米国特許第5,346,586号
公報の中で、酸化物ハードマスクの表面からフォトレジストマスクをドライエッ
チング除去するためのオゾンプラズマの使用方法に関して記載している。Keller
氏はまた、多結晶シリコンゲート酸化物のエッチングステップ中にフォトレジス
トが存在しない場合、ゲート酸化物に対して選択的にエッチングしやすいことに
ついても述べている。
すもので、ここではフォトレジスト層112はパターンマスク層110の表面か
ら除去されている。この除去処理は、湿式の化学除去であってもよいし、又はパ
ターンマスク層110よりもフォトレジスト層112に対して優れた選択性を有
するプラズマエッチングであってもよい。フォトレジスト層112の除去は二つ
の理由のため実行される。フォトレジスト層112に対して通常用いられる有機
系のフォトレジスト材料は、導電層106のエッチング中一般に達する温度で、
溶解又は変形することがある。これにより、導電層106に転写されるパターン
が変形されることにもなる。更に、フォトレジスト層112の表面をエッチャン
トプラズマに晒すことで生じるポリマー種が、導電層106のエッチング中に隣
接する表面を汚染しやすく、それによって導電層106のエッチング速度が低減
してしまう。下地の酸化シリコンパターン層をパターン化するためにフォトレジ
スト材料を用いる手段は、1991年11月19日に発行されたZdebel等の米国
特許第5,067,002号公報に記載されている。Zdebel等は、下地層をエッ
チングしている間にフォトレジスト層で下地表面が汚染しないために、下地層を
エッチングする前にフォトレジスト材料を除去する必要性を述べている。David
Kellerは、1994年9月13日に発行された米国特許第5,346,586号
公報の中で、酸化物ハードマスクの表面からフォトレジストマスクをドライエッ
チング除去するためのオゾンプラズマの使用方法に関して記載している。Keller
氏はまた、多結晶シリコンゲート酸化物のエッチングステップ中にフォトレジス
トが存在しない場合、ゲート酸化物に対して選択的にエッチングしやすいことに
ついても述べている。
【0008】 図1Dは、エッチングプロセスの次のステップを示しており、ここでは所望の
パターンがARC層108、導電層106及びバリヤ層104を介して転写され
ている。通常、これらの層は全て金属を含む層であり、ハロゲン含有プラズマを
用いてこれら三層全てを介してパターンをエッチングしてもよい。ここで、残留
した二酸化シリコンハードマスク材料の除去と、隣接した表面からの二酸化シリ
コンマスク材料の残留堆積物の除去に関する問題がある。残留ハードマスク材料
は、残留マスク層110として存在し、更に残留堆積物は、パターン化された導
電層106の表面と基板102の表面上に堆積物114として存在する。
パターンがARC層108、導電層106及びバリヤ層104を介して転写され
ている。通常、これらの層は全て金属を含む層であり、ハロゲン含有プラズマを
用いてこれら三層全てを介してパターンをエッチングしてもよい。ここで、残留
した二酸化シリコンハードマスク材料の除去と、隣接した表面からの二酸化シリ
コンマスク材料の残留堆積物の除去に関する問題がある。残留ハードマスク材料
は、残留マスク層110として存在し、更に残留堆積物は、パターン化された導
電層106の表面と基板102の表面上に堆積物114として存在する。
【0009】 パターン化された導電層106の表面上にある堆積物114の場合、堆積物1
14は、後に導電層106を腐食させることにもつながる堆積物114の下にあ
りパターン化した導電層106の表面にある残留した化学エッチング反応物を捕
らえる。この腐食状態が参照番号116として図1Dに示されている。
14は、後に導電層106を腐食させることにもつながる堆積物114の下にあ
りパターン化した導電層106の表面にある残留した化学エッチング反応物を捕
らえる。この腐食状態が参照番号116として図1Dに示されている。
【0010】 更に、電界効果トランジスタのゲート速度を上げるために、基板102が低比
誘電率の材料のものである場合、(図1Cに示すように)層108、106及び
104を介してパターンエッチングを施した後に残る残留マスク層110により
デバイス特性が低くなることがある。このため、ARC層108の表面からあら
ゆる残留マスク層110を除去することが重要となる。
誘電率の材料のものである場合、(図1Cに示すように)層108、106及び
104を介してパターンエッチングを施した後に残る残留マスク層110により
デバイス特性が低くなることがある。このため、ARC層108の表面からあら
ゆる残留マスク層110を除去することが重要となる。
【0011】 更に、図1Eに示すように、パターン化された導電層106の表面上に絶縁層
118が設けられる場合、残留マスク層110が除去されなければ、平坦ではな
い表面120が形成されることになる。表面が平坦でないものが形成されると絶
縁層118の表面120上にパターン化された導電層(図示せず)が更に構築さ
れる場合、導電性の多層構造を含むデバイスの構築に関して多くの問題が生じる
。
118が設けられる場合、残留マスク層110が除去されなければ、平坦ではな
い表面120が形成されることになる。表面が平坦でないものが形成されると絶
縁層118の表面120上にパターン化された導電層(図示せず)が更に構築さ
れる場合、導電性の多層構造を含むデバイスの構築に関して多くの問題が生じる
。
【0012】 上記の点を考慮に入れ、我々は、パターン形成プロセスを終了させた後、残留
するマスク層材料を容易に除去できる多層構造を含むパターン形成システムと、
その使用方法の開発を試みた。
するマスク層材料を容易に除去できる多層構造を含むパターン形成システムと、
その使用方法の開発を試みた。
【0013】 (発明の開示) 本発明の開示は、パターンエッチングプロセスが終了した後に残るあらゆる残
留マスク層を容易に除去する半導体デバイスの特徴のパターニング方法に関する
。この方法により多層マスク構造が得られ、これはパターン化して無機ハードマ
スクを形成することが可能な高温無機マスク材料を含む層か、又はパターン化し
て有機ハードマスクを形成可能な高温像影可能な有機マスク材料を含む層のいず
れかの層が上に設けられた高温の有機系マスク材料層を含む。ハードマスク材料
は、パターンを高温有機系マスク材料に転写するために用いられ、次いでハード
マスク材料が除去される。高温有機系マスク材料は、下地の半導体デバイスの特
徴にパターンを転写するために用いられる。高温有機系マスク材料は、パターン
化された特徴表面の汚染を減少させるか又は全く汚染されないように、パターン
化された半導体デバイスの特徴表面から除去可能である。
留マスク層を容易に除去する半導体デバイスの特徴のパターニング方法に関する
。この方法により多層マスク構造が得られ、これはパターン化して無機ハードマ
スクを形成することが可能な高温無機マスク材料を含む層か、又はパターン化し
て有機ハードマスクを形成可能な高温像影可能な有機マスク材料を含む層のいず
れかの層が上に設けられた高温の有機系マスク材料層を含む。ハードマスク材料
は、パターンを高温有機系マスク材料に転写するために用いられ、次いでハード
マスク材料が除去される。高温有機系マスク材料は、下地の半導体デバイスの特
徴にパターンを転写するために用いられる。高温有機系マスク材料は、パターン
化された特徴表面の汚染を減少させるか又は全く汚染されないように、パターン
化された半導体デバイスの特徴表面から除去可能である。
【0014】 本発明により、我々は、約150℃から約500℃の間にある比較的高い温度
で下地層をパターニングでき、更にパターニングプロセス後に残るあらゆる残留
マスク層を容易に除去できる二つのパターニングシステムの開発を行った。
で下地層をパターニングでき、更にパターニングプロセス後に残るあらゆる残留
マスク層を容易に除去できる二つのパターニングシステムの開発を行った。
【0015】 第1のパターニングシステムは、高温無機マスク材料を含む層が被膜され、更
にその上にパターニングフォトレジストの層が被膜された高温有機系マスク材料
の層を含む多層マスク構造を用いる。
にその上にパターニングフォトレジストの層が被膜された高温有機系マスク材料
の層を含む多層マスク構造を用いる。
【0016】 このパターニング方法は、以下のステップを含む。
【0017】 a)フォトレジスト材料層は、当業者に公知の技術を用いてパターンに像影、
現像されて、多層マスク構造全体に、更に最終的には少なくとも1つのデバイス
特徴の層を介して、所望のパターンを転送するために使用可能なパターン化され
たマスクを作成する。
現像されて、多層マスク構造全体に、更に最終的には少なくとも1つのデバイス
特徴の層を介して、所望のパターンを転送するために使用可能なパターン化され
たマスクを作成する。
【0018】 b)パターン化されたフォトレジストは、 i)高温無機マスク材料層と、 ii)高温有機系マスク材料層と、 を介してパターンを転写させるために用いられる。
【0019】 高温有機系マスク材料層を介してパターン転写を行うには、異方性プラズマエ
ッチング技術を用いることで、この材料の下側がパターン転写プロセスによって
切り取られないようにすることが好ましい。
ッチング技術を用いることで、この材料の下側がパターン転写プロセスによって
切り取られないようにすることが好ましい。
【0020】 c)次いで、パターン転写後に起こる残留フォトレジストが、エッチングスト
ップとして高温無機マスク層を用いて、プラズマエッチングにより多層構造から
除去される。フォトレジストは、通常酸素系プラズマエッチングを含む異方性エ
ッチングプロセスを用いて除去される。フォトレジストを異方的に剥離すること
によって、フォトレジスト除去中に高温有機系マスク材料のエッチングを防止す
るか、又は少なくとも実質的に減少させることができる。
ップとして高温無機マスク層を用いて、プラズマエッチングにより多層構造から
除去される。フォトレジストは、通常酸素系プラズマエッチングを含む異方性エ
ッチングプロセスを用いて除去される。フォトレジストを異方的に剥離すること
によって、フォトレジスト除去中に高温有機系マスク材料のエッチングを防止す
るか、又は少なくとも実質的に減少させることができる。
【0021】 d)任意に、高温無機マスク材料層は、有機系マスク材料のエッチングを最小
にするためにプラズマエッチング技術又はウェットエッチング技術を用いて、こ
の時点で除去されてもよい。高温無機マスク材料は、特徴層のエッチング中(ス
テップe)自動的に除去されるであろう厚みをもつものが好ましい。
にするためにプラズマエッチング技術又はウェットエッチング技術を用いて、こ
の時点で除去されてもよい。高温無機マスク材料は、特徴層のエッチング中(ス
テップe)自動的に除去されるであろう厚みをもつものが好ましい。
【0022】 e)次いで、パターンが、高温有機系マスク層から高温有機系マスク材料の下
地である少なくとも1つの特徴層を介して転写される。
地である少なくとも1つの特徴層を介して転写される。
【0023】 f)次いで、特徴層のパターニング後に残るあらゆる高温有機系マスク材料が
、プラズマエッチング技術を用いて容易に除去される。エッチングされた特徴層
が酸素系プラズマにより腐食又は酸化される場合、水素系プラズマエッチング技
術の使用が好ましい。有機系マスク材料は、パターン化された特徴層表面のパッ
シベーションに有利なように当業者に公知の溶剤を用いたウェット剥離技術によ
り除去されてもよい。
、プラズマエッチング技術を用いて容易に除去される。エッチングされた特徴層
が酸素系プラズマにより腐食又は酸化される場合、水素系プラズマエッチング技
術の使用が好ましい。有機系マスク材料は、パターン化された特徴層表面のパッ
シベーションに有利なように当業者に公知の溶剤を用いたウェット剥離技術によ
り除去されてもよい。
【0024】 特徴層のエッチング中にステップa)で残る残留フォトレジスト材料が全く存
在しないため、高温有機系マスク材料からパターンを下地のデバイス特徴層に転
写中に、溶解又は変形しそうな層が全く存在しない。
在しないため、高温有機系マスク材料からパターンを下地のデバイス特徴層に転
写中に、溶解又は変形しそうな層が全く存在しない。
【0025】 高温有機系マスク材料が容易に除去されるため、デバイス特性に影響を及ぼし
たり、平坦化を困難にさせる残留マスク層がデバイス構造に全くなくなる。高温
有機系マスク層は、CVD技術を用いて堆積させたα−C及びα−FC膜から形
成されることが好ましい。このような膜を形成するために使用される開始材料の
例は、CH4、C2H2、CF4、C2F6、C4F8、NF3及びその組み合わせを含 み、勿論、多くの他の炭素含有前駆体材料もその例であり、使用可能である。
たり、平坦化を困難にさせる残留マスク層がデバイス構造に全くなくなる。高温
有機系マスク層は、CVD技術を用いて堆積させたα−C及びα−FC膜から形
成されることが好ましい。このような膜を形成するために使用される開始材料の
例は、CH4、C2H2、CF4、C2F6、C4F8、NF3及びその組み合わせを含 み、勿論、多くの他の炭素含有前駆体材料もその例であり、使用可能である。
【0026】 第2のパターニングシステムは、より標準的なフォトレジスト像影層ではなく
、高温パターン像影層を用いる点が、第1のパターニングシステムとは異なる。
フォトレジスト材料が一般に、約150℃以下の温度で安定しているのに比べ、
高温パターン像影層は、約150℃から約500℃の範囲の温度で安定している
。高温パターン像影層は、プラズマ重合メチルシラン(PPMS)などの、十分
なUVで像影させプラズマ現像可能なプラズマ重合材料であることが好ましい。
、高温パターン像影層を用いる点が、第1のパターニングシステムとは異なる。
フォトレジスト材料が一般に、約150℃以下の温度で安定しているのに比べ、
高温パターン像影層は、約150℃から約500℃の範囲の温度で安定している
。高温パターン像影層は、プラズマ重合メチルシラン(PPMS)などの、十分
なUVで像影させプラズマ現像可能なプラズマ重合材料であることが好ましい。
【0027】 このパターニング方法は、以下のステップを含む。
【0028】 a)高温像影可能な材料層が、当業者に公知の技術を用いてパターンに像影、
現像されて、高温有機系マスク材料を介し、更に最終的には少なくとも1つのデ
バイス特徴の層を介して所望のパターンを転送するために使用可能なパターン化
されたマスクを作成する。
現像されて、高温有機系マスク材料を介し、更に最終的には少なくとも1つのデ
バイス特徴の層を介して所望のパターンを転送するために使用可能なパターン化
されたマスクを作成する。
【0029】 b)高温像影可能な材料をパターニングした後、パターンは高温有機系マスク
材料の下地層を介して転写される。パターンは異方性エッチング技術を用いて転
写されることが好ましく、それによって高温有機系マスク材料の下側がパターン
転写ステップで切り取られない。
材料の下地層を介して転写される。パターンは異方性エッチング技術を用いて転
写されることが好ましく、それによって高温有機系マスク材料の下側がパターン
転写ステップで切り取られない。
【0030】 c)次いで、パターンは、高温有機系マスク材料の下地である少なくとも1つ
の特徴層を介して、ステップa)及びステップb)で形成された多層構造から転
写される。パターンは異方性エッチング技術を用いて転写されて、ステップb)
で残ることがあるあらゆる高温像影可能な材料がこのパターン転写ステップ中に
除去されることが好ましい。更に、異方性エッチング技術を用いることによって
、下地のデバイス特徴層にパターンを転写している間、高温有機系材料層の下側
が切り取られる可能性が低減するか又は全くなくなる。
の特徴層を介して、ステップa)及びステップb)で形成された多層構造から転
写される。パターンは異方性エッチング技術を用いて転写されて、ステップb)
で残ることがあるあらゆる高温像影可能な材料がこのパターン転写ステップ中に
除去されることが好ましい。更に、異方性エッチング技術を用いることによって
、下地のデバイス特徴層にパターンを転写している間、高温有機系材料層の下側
が切り取られる可能性が低減するか又は全くなくなる。
【0031】 d)次いで、パターン転写後に残るあらゆる残留高温有機系マスク材料が、プ
ラズマエッチング技術を用いて容易に除去される。エッチングされた特徴層が酸
素系プラズマによって腐食されるか又は酸化される場合、水素系プラズマエッチ
ング技術が好ましい。
ラズマエッチング技術を用いて容易に除去される。エッチングされた特徴層が酸
素系プラズマによって腐食されるか又は酸化される場合、水素系プラズマエッチ
ング技術が好ましい。
【0032】 このプロセス中には低温残留フォトレジスト材料が全く使用されないため、高
温有機系マスク材料からパターンを下地のデバイス特徴層に転写中に、溶解又は
変形しそうな層が全く存在しない。
温有機系マスク材料からパターンを下地のデバイス特徴層に転写中に、溶解又は
変形しそうな層が全く存在しない。
【0033】 高温像影可能な材料は、シラン系の開始材料か又はTEOS系(テトラエチル
オルソシリケート系)化学物質を用いて生成可能な種類のものであるが、当業者
は当業者に公知の他の材料から選択するものであってもよい。
オルソシリケート系)化学物質を用いて生成可能な種類のものであるが、当業者
は当業者に公知の他の材料から選択するものであってもよい。
【0034】 高温有機系マスク材料は、プラズマエッチング技術を用いるか、又はパターン
化された特徴層表面のパッシベーションに有利になるように当業者に公知の溶剤
を用いることによって、容易に除去可能である材料から選択されることが好まし
い。このような材料の例は、第1のパターニングシステムを参照して上述されて
いる。
化された特徴層表面のパッシベーションに有利になるように当業者に公知の溶剤
を用いることによって、容易に除去可能である材料から選択されることが好まし
い。このような材料の例は、第1のパターニングシステムを参照して上述されて
いる。
【0035】 パターン化されるこのような少なくとも1つのデバイス特徴層が銅層を含む場
合、この銅層は、強化された物理的衝撃技術か又はプラズマエッチング技術のい
ずれかを用いてパターンエッチングされ、水素を十分に発生させてパターニング
中の銅表面を保護することが好ましい。
合、この銅層は、強化された物理的衝撃技術か又はプラズマエッチング技術のい
ずれかを用いてパターンエッチングされ、水素を十分に発生させてパターニング
中の銅表面を保護することが好ましい。
【0036】 上述したエッチング技術を実行する上で最も経済的な方法は、異なるプラズマ
を組み合わせて用いる方法であり、この方法では、各プラズマを作り出すために
用いられる異なるエッチャントガスが相溶性のものであるため、必要であれば、
エッチングステップの全てのステップが同じエッチングチャンバ内において個々
(別々)のステップで実行可能である。当業者であれば、さまざまな公知のプラ
ズマエッチャントから選択して、寸法及び表面安定性の要求に見合ったエッチン
グされた特徴を形成する経済的に最適なものを得ることが可能である。
を組み合わせて用いる方法であり、この方法では、各プラズマを作り出すために
用いられる異なるエッチャントガスが相溶性のものであるため、必要であれば、
エッチングステップの全てのステップが同じエッチングチャンバ内において個々
(別々)のステップで実行可能である。当業者であれば、さまざまな公知のプラ
ズマエッチャントから選択して、寸法及び表面安定性の要求に見合ったエッチン
グされた特徴を形成する経済的に最適なものを得ることが可能である。
【0037】 本発明により、我々は下地層のパターニングを可能にしながら、パターニング
を達成するために使用されるマスク層を容易に除去できる二つのパターニングシ
ステムを開発した。
を達成するために使用されるマスク層を容易に除去できる二つのパターニングシ
ステムを開発した。
【0038】 I.定義 詳細な記載の序論として、本願明細書及び添付の請求の範囲で用いられる場合
、単数形「a」、「an」及び「the」は、文脈に明記されていなければ、複
数のものも含むものとする。従って、例えば、「半導体」という用語には、半導
体の特性をもつものとして知られているさまざまな異なる材料が含まれ、「プラ
ズマ」には、RFグロー放電により活性化されるガス又はガス反応物が含まれ、
「導電材料」には、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、プラチナ、
プラチナ合金、イリジウム、イリジウム合金、ルビジウム、ルテニウム、ルテニ
ウム酸化物、その組み合わせ及び上述した応用に適切である他の導電材料が含ま
れる。
、単数形「a」、「an」及び「the」は、文脈に明記されていなければ、複
数のものも含むものとする。従って、例えば、「半導体」という用語には、半導
体の特性をもつものとして知られているさまざまな異なる材料が含まれ、「プラ
ズマ」には、RFグロー放電により活性化されるガス又はガス反応物が含まれ、
「導電材料」には、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、プラチナ、
プラチナ合金、イリジウム、イリジウム合金、ルビジウム、ルテニウム、ルテニ
ウム酸化物、その組み合わせ及び上述した応用に適切である他の導電材料が含ま
れる。
【0039】 本発明の記載において特に重要となる特別な用語を以下に定義する。
【0040】 「α−C」という用語は、プラズマチャンバにおいてCVDにより通常発生す
る高温アモルファス炭素を含む材料を指す。
る高温アモルファス炭素を含む材料を指す。
【0041】 「α−FC」という用語は、プラズマチャンバにおいてCVDにより通常発生
する高温フルオロカーボン材料を指す。
する高温フルオロカーボン材料を指す。
【0042】 「アルミニウム」という用語は、半導体業界で通常使用される種類のアルミニ
ウム合金を含む。この合金は、例えば、アルミニウム・銅合金、アルミニウム・
銅・シリコン合金などを含む。通常、そのようなアルミニウム合金はおよそ0.
5%の銅を含む。
ウム合金を含む。この合金は、例えば、アルミニウム・銅合金、アルミニウム・
銅・シリコン合金などを含む。通常、そのようなアルミニウム合金はおよそ0.
5%の銅を含む。
【0043】 「異方性エッチング」という用語は、全ての方向に同じ速度で進まないエッチ
ングのことを指す。エッチングが一方向のみ(例えば、垂直方向のみ)に進めば
、エッチングプロセスは完全に異方性であるとされる。
ングのことを指す。エッチングが一方向のみ(例えば、垂直方向のみ)に進めば
、エッチングプロセスは完全に異方性であるとされる。
【0044】 「バイアス電力」という用語は、イオン衝撃エネルギと基板へのイオンの指向
性を制御するために用いられる電力を指す。
性を制御するために用いられる電力を指す。
【0045】 「銅」という用語は、銅及びその合金を指し、ここでの合金の銅含有率は、少
なくとも80原子%銅である。この合金は3以上の要素成分を含むものであって
もよい。
なくとも80原子%銅である。この合金は3以上の要素成分を含むものであって
もよい。
【0046】 「特徴」という用語は、基板上の金属線及び開口、及び半導体デバイスを形成
する他の構造物を指す。
する他の構造物を指す。
【0047】 「水素系プラズマ」という用語は、隣接する表面をエッチングすることで生じ
やすい反応種がエッチングされた特徴の外部表面を腐食する度合いを低減するた
めに、水素の含有率を十分に高くしたプラズマを指す。水素系プラズマの好適な
例は、1997年8月13日に出願された米国特許同時継続出願第08/911
,878号に記載されている。通常、水素源以外に水素系プラズマは、フッ素、
塩素、酸素、窒素、炭素又はその組み合わせからなる他の添加物を含むが、ここ
で挙げたものは例示的目的であって、制限を目的としたものではない。
やすい反応種がエッチングされた特徴の外部表面を腐食する度合いを低減するた
めに、水素の含有率を十分に高くしたプラズマを指す。水素系プラズマの好適な
例は、1997年8月13日に出願された米国特許同時継続出願第08/911
,878号に記載されている。通常、水素源以外に水素系プラズマは、フッ素、
塩素、酸素、窒素、炭素又はその組み合わせからなる他の添加物を含むが、ここ
で挙げたものは例示的目的であって、制限を目的としたものではない。
【0048】 「イオン衝撃」という用語は、表面から原子を除去するためのイオン(及びイ
オンと共に存在する他の励起された原子種)による物理的衝撃を指し、ここでは
物理的な運動量移動が用いられて原子を除去している。
オンと共に存在する他の励起された原子種)による物理的衝撃を指し、ここでは
物理的な運動量移動が用いられて原子を除去している。
【0049】 「等方性エッチング」という用語は、エッチングが全ての方向に同じ速度で進
むことができるエッチングプロセスを指す。
むことができるエッチングプロセスを指す。
【0050】 「酸素系プラズマ」という用語は、中性又は荷電状態のいずれかで酸素含有率
が高いプラズマを指す。プラズマは、窒素、水素、塩素、フッ素又は炭素からな
る添加物を含んでもよいが、ここに挙げたものは例示的目的であって、制限を目
的としたものではない。CF4、CH4及びNH3などの添加物が一般に使用され る。
が高いプラズマを指す。プラズマは、窒素、水素、塩素、フッ素又は炭素からな
る添加物を含んでもよいが、ここに挙げたものは例示的目的であって、制限を目
的としたものではない。CF4、CH4及びNH3などの添加物が一般に使用され る。
【0051】 「プラズマ」という用語は、等しい数の正電荷と負電荷と、他の数のイオン化
されていないガス粒子を含む部分的にイオン化されたガスを指す。
されていないガス粒子を含む部分的にイオン化されたガスを指す。
【0052】 「プラズマ重合メチルシラン」という用語は、室温でメチルシランに低電力R
Fプラズマ放電から堆積させた新しい深いUVレジスト材料を指す。この材料は
、アモルファスオルガノシリコン水素化物の網目構造を有する。深いUV(すな
わち、248μm)において最初不伝導性であるが、通常0.25ミクロン厚の
厚い膜は、ガラス状のシロキサン網目構造を形成するために脱色させて効率的な
光酸化を受ける。
Fプラズマ放電から堆積させた新しい深いUVレジスト材料を指す。この材料は
、アモルファスオルガノシリコン水素化物の網目構造を有する。深いUV(すな
わち、248μm)において最初不伝導性であるが、通常0.25ミクロン厚の
厚い膜は、ガラス状のシロキサン網目構造を形成するために脱色させて効率的な
光酸化を受ける。
【0053】 「電源電力」という用語は、エッチングチャンバ内で直接的か又はマイクロプ
ラズマ発生器の場合は遠隔的に、イオン及び中性のものを発生させるために用い
る電力を指す。
ラズマ発生器の場合は遠隔的に、イオン及び中性のものを発生させるために用い
る電力を指す。
【0054】 「基板」という用語は、半導体材料、ガラス、セラミック、高分子材料及び半
導体業界で使用される他の材料を含む。
導体業界で使用される他の材料を含む。
【0055】 II. 本発明を実行するための装置 本願に記載する好適な実施形態のエッチングプロセズは、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入手可能なセンチュラ(Centura)( 商標)一体型処理システム(Integrated Processing System)で実行された。この
システムは、米国特許第5,186,718号公報に開示及び記載されており、
その内容全体を参照により本願明細書に引用したものとする。この装置は、19
96年5月7日付けの第11回プラズマ処理国際シンポジウムの議事録(Proceed
ings of the Eleventh International Symposium of Plasma Processing)と、電 気化学学会会報(Electrochemical Society Proceedings)、第96−12巻、第2
22から233頁(1996年)において公開されているYan Ye等により
記載された種類の減結合プラズマ源(DPS)を含むものであった。プラズマ処
理チャンバによって、8インチ(200mm)直径のシリコンウェーハの処理が
可能となる。
ンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なセンチュラ(Centura)( 商標)一体型処理システム(Integrated Processing System)で実行された。この
システムは、米国特許第5,186,718号公報に開示及び記載されており、
その内容全体を参照により本願明細書に引用したものとする。この装置は、19
96年5月7日付けの第11回プラズマ処理国際シンポジウムの議事録(Proceed
ings of the Eleventh International Symposium of Plasma Processing)と、電 気化学学会会報(Electrochemical Society Proceedings)、第96−12巻、第2
22から233頁(1996年)において公開されているYan Ye等により
記載された種類の減結合プラズマ源(DPS)を含むものであった。プラズマ処
理チャンバによって、8インチ(200mm)直径のシリコンウェーハの処理が
可能となる。
【0056】 エッチングプロセスチャンバ410を示す図4に処理チャンバの略図が示され
ており、このチャンバには、エッチングプロセスチャンバ410の外部に設けら
れ、無線周波数(RF)電力発生器418に接続された少なくとも1つの誘電コ
イルアンテナ部分412が含まれるように構成されている。プロセスチャンバの
内部には、インピーダンス整合網424を介してRF周波数電力発生器422に
接続される基板414ペデスタル416、及びRF電力が基板ペデスタル416
に印加されることで基板414上に蓄積するオフセットバイアスの電気接地43
4として作用する導電チャンバ壁430がある。
ており、このチャンバには、エッチングプロセスチャンバ410の外部に設けら
れ、無線周波数(RF)電力発生器418に接続された少なくとも1つの誘電コ
イルアンテナ部分412が含まれるように構成されている。プロセスチャンバの
内部には、インピーダンス整合網424を介してRF周波数電力発生器422に
接続される基板414ペデスタル416、及びRF電力が基板ペデスタル416
に印加されることで基板414上に蓄積するオフセットバイアスの電気接地43
4として作用する導電チャンバ壁430がある。
【0057】 半導体基板414はペデスタル416上に配置され、気体成分は入口426を
介してプロセスチャンバ内に供給される。当業界に公知の技術を用いて、プロセ
スチャンバ410内にプラズマが点火される。エッチングプロセスチャンバ41
0の内部圧力は、真空ポンプ(図示せず)とプロセスチャンバガス出口ライン4
28に接続される絞り弁427を用いて制御される。エッチングチャンバ壁の表
面上の温度は、エッチングチャンバ410の壁に配置された液体を含む導管(図
示せず)を用いて制御される。実験では、約150℃を超え約350℃を下回る
基板温度を維持することが好ましく、これは基板ペデスタルに適用する抵抗ヒー
タを用いて行われた。エッチングチャンバ410壁の表面は、前述した冷却導管
を用いて約80℃に維持された。製造プロセスの場合では、基板ペデスタルは基
板の裏側を加熱又は冷却するものが好ましい。
介してプロセスチャンバ内に供給される。当業界に公知の技術を用いて、プロセ
スチャンバ410内にプラズマが点火される。エッチングプロセスチャンバ41
0の内部圧力は、真空ポンプ(図示せず)とプロセスチャンバガス出口ライン4
28に接続される絞り弁427を用いて制御される。エッチングチャンバ壁の表
面上の温度は、エッチングチャンバ410の壁に配置された液体を含む導管(図
示せず)を用いて制御される。実験では、約150℃を超え約350℃を下回る
基板温度を維持することが好ましく、これは基板ペデスタルに適用する抵抗ヒー
タを用いて行われた。エッチングチャンバ410壁の表面は、前述した冷却導管
を用いて約80℃に維持された。製造プロセスの場合では、基板ペデスタルは基
板の裏側を加熱又は冷却するものが好ましい。
【0058】 III.第1の好適な実施形態のエッチング積層体及びその使用方法 図2Aから2Gは、本発明の方法のステップを施して変化する過程を示した本
発明の第1の好適な実施形態のエッチング積層体を示す。図2Aは、シリコンウ
ェーハ表面(図示せず)を被膜した約1,000オングストロームの厚さの二酸
化シリコンの絶縁層である基板212と、基板212上に設けた約500オング
ストロームの厚みの窒化タンタルを含むバリヤ層214と、バリヤ層214上に
設けられた約8,000オングストロームの厚みの銅を含む層216と、銅層2
16上に設けられたバリヤ層として作用する約500オングストロームの厚みを
もつ窒化タンタルを含む層218と、高密度プラズマCVD技術を用いて窒化タ
ンタル層218上に設けられたα−FCを含む高温有機系パターンマスク材料を
含み、約8,000オングストロームの厚みを形成する層と、高温α−FC層2
20上に設けられる高温無機マスク材料として作用し、約1,000オングスト
ロームの厚みを有する二酸化シリコンパターンマスク材料222と、最後に、高
温無機マスク材料層222の表面上に設けられた約10,000オングストロー
ムの厚みを有するIラインステッパ材料(当業者が一般に使用する材料であれば
どれでも使用可能である)を含むフォトレジスト像影層224とを含む完全な状
態のエッチング積層体を示している。
発明の第1の好適な実施形態のエッチング積層体を示す。図2Aは、シリコンウ
ェーハ表面(図示せず)を被膜した約1,000オングストロームの厚さの二酸
化シリコンの絶縁層である基板212と、基板212上に設けた約500オング
ストロームの厚みの窒化タンタルを含むバリヤ層214と、バリヤ層214上に
設けられた約8,000オングストロームの厚みの銅を含む層216と、銅層2
16上に設けられたバリヤ層として作用する約500オングストロームの厚みを
もつ窒化タンタルを含む層218と、高密度プラズマCVD技術を用いて窒化タ
ンタル層218上に設けられたα−FCを含む高温有機系パターンマスク材料を
含み、約8,000オングストロームの厚みを形成する層と、高温α−FC層2
20上に設けられる高温無機マスク材料として作用し、約1,000オングスト
ロームの厚みを有する二酸化シリコンパターンマスク材料222と、最後に、高
温無機マスク材料層222の表面上に設けられた約10,000オングストロー
ムの厚みを有するIラインステッパ材料(当業者が一般に使用する材料であれば
どれでも使用可能である)を含むフォトレジスト像影層224とを含む完全な状
態のエッチング積層体を示している。
【0059】 図2Aでは、Iラインフォトレジスト像影層224はすでにパターン化されて
、二酸化シリコンパターンマスク層222と高温有機系マスク層220に転写し
たい特徴形状を備えている。フォトレジスト像影層224の厚みは、高温無機マ
スク層222と高温有機系マスク層224を介してパターンの転写を行っている
間、ほとんど完全に消費されるような厚みである。
、二酸化シリコンパターンマスク層222と高温有機系マスク層220に転写し
たい特徴形状を備えている。フォトレジスト像影層224の厚みは、高温無機マ
スク層222と高温有機系マスク層224を介してパターンの転写を行っている
間、ほとんど完全に消費されるような厚みである。
【0060】 図2Bは、図2Aに記載したプラズマエッチング積層体を示しており、ここで
はフォトレジスト像影層224のパターンは、高温二酸化シリコン無機パターン
マスク層222とα−FCを含む層220を介して転写されて、窒化タンタルバ
リヤ層218の上面に達する。このパターン転写は、前述したセンチュラ(商標
)一体型処理システムで酸素系プラズマを用いて行われた。二酸化シリコン層2
22をエッチングしている間、プロセスチャンバへのプラズマ供給ガスは、アル
ゴンが約100sccm及びCHF3が30sccmであった。エッチング中の 基板温度は約20℃で、プロセスチャンバ壁が約80℃であった。エッチング中
のプロセスチャンバ圧力は、約10mTであった。プラズマ誘導コイルへの電源
電力は、約1,800W、2MHzであり、基板ペデスタルへのバイアス電力は
、約300W、13.56MHzであった。当業者に標準的な技術を用いてプラ
ズマが点火され、二酸化シリコン層222を介してパターン転写するのに必要な
時間は、約15秒であった。α−FC層220のエッチング中、プロセスチャン
バへのプラズマ供給ガスは、O2が100sccmで、N2が10sccmであっ
た。エッチング中の基板温度は、約20℃で、プロセスチャンバの壁はの温度は
約80℃であった。エッチング中のプロセスチャンバの圧力は、約10mTであ
った。プラズマ誘導コイルへの電源電力は、約1,000W、2MHzであり、
基板ペデスタルへのバイアス電力は、約250W、13.56MHzであった。
α−FC層220を介してパターン転写するのに必要な時間は、約80秒であっ
た。
はフォトレジスト像影層224のパターンは、高温二酸化シリコン無機パターン
マスク層222とα−FCを含む層220を介して転写されて、窒化タンタルバ
リヤ層218の上面に達する。このパターン転写は、前述したセンチュラ(商標
)一体型処理システムで酸素系プラズマを用いて行われた。二酸化シリコン層2
22をエッチングしている間、プロセスチャンバへのプラズマ供給ガスは、アル
ゴンが約100sccm及びCHF3が30sccmであった。エッチング中の 基板温度は約20℃で、プロセスチャンバ壁が約80℃であった。エッチング中
のプロセスチャンバ圧力は、約10mTであった。プラズマ誘導コイルへの電源
電力は、約1,800W、2MHzであり、基板ペデスタルへのバイアス電力は
、約300W、13.56MHzであった。当業者に標準的な技術を用いてプラ
ズマが点火され、二酸化シリコン層222を介してパターン転写するのに必要な
時間は、約15秒であった。α−FC層220のエッチング中、プロセスチャン
バへのプラズマ供給ガスは、O2が100sccmで、N2が10sccmであっ
た。エッチング中の基板温度は、約20℃で、プロセスチャンバの壁はの温度は
約80℃であった。エッチング中のプロセスチャンバの圧力は、約10mTであ
った。プラズマ誘導コイルへの電源電力は、約1,000W、2MHzであり、
基板ペデスタルへのバイアス電力は、約250W、13.56MHzであった。
α−FC層220を介してパターン転写するのに必要な時間は、約80秒であっ
た。
【0061】 図2Cは、残留しているフォトレジスト像影層224を除去した後の図2Bに
記載したプラズマエッチング積層体を示している。残留フォトレジスト像影層2
24は、O2/N2プラズマを用いて除去された。プロセスチャンバへのプラズマ
供給ガスは、O2が100sccmで、N2が10sccmであった。エッチング
中の基板温度は、約20℃で、プロセスチャンバの壁はの温度は約80℃であっ
た。エッチング中のプロセスチャンバの圧力は、約10mTであった。プラズマ
誘導コイルへの電源電力は、約1,000W、2MHzであり、基板ペデスタル
へのバイアス電力は、約250W、13.56MHzであった。当業者に標準的
な技術を用いてプラズマが点火され、残留フォトレジスト層の除去にかかる時間
は、約20秒であった。二酸化シリコンを含む下地層222は、高温有機系層2
20に対するエッチングストップとして用いられるのに対し、窒化タンタルバリ
ヤ層218は、銅層216を保護するエッチングストップとして使用された。上
述したプラズマ及びプロセス条件を用いることで、フォトレジスト像影層224
の異方性剥離が達成されるため、高温α−FCマスク層220の下側は、残留フ
ォトレジスト像影層224を除去している間に切り取られない。一般に、ほとん
どのフォトレジスト材料を除去するためにはどのような酸化プラズマでも使用可
能である。
記載したプラズマエッチング積層体を示している。残留フォトレジスト像影層2
24は、O2/N2プラズマを用いて除去された。プロセスチャンバへのプラズマ
供給ガスは、O2が100sccmで、N2が10sccmであった。エッチング
中の基板温度は、約20℃で、プロセスチャンバの壁はの温度は約80℃であっ
た。エッチング中のプロセスチャンバの圧力は、約10mTであった。プラズマ
誘導コイルへの電源電力は、約1,000W、2MHzであり、基板ペデスタル
へのバイアス電力は、約250W、13.56MHzであった。当業者に標準的
な技術を用いてプラズマが点火され、残留フォトレジスト層の除去にかかる時間
は、約20秒であった。二酸化シリコンを含む下地層222は、高温有機系層2
20に対するエッチングストップとして用いられるのに対し、窒化タンタルバリ
ヤ層218は、銅層216を保護するエッチングストップとして使用された。上
述したプラズマ及びプロセス条件を用いることで、フォトレジスト像影層224
の異方性剥離が達成されるため、高温α−FCマスク層220の下側は、残留フ
ォトレジスト像影層224を除去している間に切り取られない。一般に、ほとん
どのフォトレジスト材料を除去するためにはどのような酸化プラズマでも使用可
能である。
【0062】 図2Dは、任意のステップを示しており、ここでは二酸化シリコンを含む層2
22が除去されてもよい。しかしながら、特徴層216が金属(銅)を含む本願
の応用などのほとんどの応用では、二酸化シリコン層222の厚みが適切なもの
であれば、この層は特徴層216のパターニング中に自動的に除去されるものと
される。
22が除去されてもよい。しかしながら、特徴層216が金属(銅)を含む本願
の応用などのほとんどの応用では、二酸化シリコン層222の厚みが適切なもの
であれば、この層は特徴層216のパターニング中に自動的に除去されるものと
される。
【0063】 図2Eは、窒化タンタルバリヤ層218、銅層216、窒化タンタルバリヤ層
214を介して二酸化シリコン絶縁層212の上面までパターン転写した後のプ
ラズマエッチング積層体を示している。導電性の銅層216とそれに伴いバリヤ
層218と214のこのようなエッチングは、HClが70sccmであり、N 2 が50sccmであり、BCl3が5sccmであるプロセスチャンバへの供給
ガスを用いて行われる。エッチング中の基板温度は、約250℃で、プロセスチ
ャンバの壁の温度は約80℃であった。エッチング中のプロセスチャンバの圧力
は、約20mTであった。プラズマ誘導コイルへの電源電力は、約1,500W
、2MHzであり、基板ペデスタルへのバイアス電力は、約600W、13.5
6MHzであった。窒化タンタルバリヤ層214を通るエッチングの終点は、約
3,590オングストロームの波長で測定するセンサを用いて光学的にモニタす
ることによって測定された。窒化タンタルバリヤ層218、銅層216、窒化タ
ンタルバリヤ層214を介してパターン転写するのにかかる時間は、約150秒
であった。銅の腐食を避けるために、銅の特徴層216をパターニングしている
間、水素系エッチングの化学物質が用いられる。従来の酸素及びフッ素系化学物
質を用いると、酸化/腐食を引き起こす可能性がある。
214を介して二酸化シリコン絶縁層212の上面までパターン転写した後のプ
ラズマエッチング積層体を示している。導電性の銅層216とそれに伴いバリヤ
層218と214のこのようなエッチングは、HClが70sccmであり、N 2 が50sccmであり、BCl3が5sccmであるプロセスチャンバへの供給
ガスを用いて行われる。エッチング中の基板温度は、約250℃で、プロセスチ
ャンバの壁の温度は約80℃であった。エッチング中のプロセスチャンバの圧力
は、約20mTであった。プラズマ誘導コイルへの電源電力は、約1,500W
、2MHzであり、基板ペデスタルへのバイアス電力は、約600W、13.5
6MHzであった。窒化タンタルバリヤ層214を通るエッチングの終点は、約
3,590オングストロームの波長で測定するセンサを用いて光学的にモニタす
ることによって測定された。窒化タンタルバリヤ層218、銅層216、窒化タ
ンタルバリヤ層214を介してパターン転写するのにかかる時間は、約150秒
であった。銅の腐食を避けるために、銅の特徴層216をパターニングしている
間、水素系エッチングの化学物質が用いられる。従来の酸素及びフッ素系化学物
質を用いると、酸化/腐食を引き起こす可能性がある。
【0064】 α−FC層220、窒化タンタル218、銅層216及び窒化タンタル層21
4、更に採用するエッチング条件にもよるが、CD(限界寸法)制御を行うため
にエッチングプロセスの最後に残るα−FC層220は十分な量をもつべきであ
る。従って、このα−FC層の残りの部分を除去するのに別のプロセスが必要と
なる。α−FC層を剥離するためのプロセスは、特徴パターニングエッチングチ
ャンバか又は下流のプラズマチャンバで実行されてもよい。
4、更に採用するエッチング条件にもよるが、CD(限界寸法)制御を行うため
にエッチングプロセスの最後に残るα−FC層220は十分な量をもつべきであ
る。従って、このα−FC層の残りの部分を除去するのに別のプロセスが必要と
なる。α−FC層を剥離するためのプロセスは、特徴パターニングエッチングチ
ャンバか又は下流のプラズマチャンバで実行されてもよい。
【0065】 図2Fは、α−FC層220の残りの部分を除去した後のパターン化された特
徴層216と、それに伴うバリヤ層214と218を示す。α−FC層220は
、上述した種類の水素系化学物質を用いる異方性剥離プロセスか、又はエッチン
グされた銅特徴表面のパッシベーションを促す溶剤を用いるウェット剥離プロセ
スを用いて除去されることが好ましい。ここでは、異方性ドライ剥離技術が使用
され、プロセスチャンバへの供給ガスはH2が100sccmであった。エッチ ング中の基板温度は、約45℃で、プロセスチャンバの壁の温度は約80℃であ
った。エッチング中のプロセスチャンバの圧力は、約10mTであった。プラズ
マ誘導コイルへの電源電力は、約1,000W、2MHzであり、基板ペデスタ
ルへのバイアス電力は、約200W、13.56MHzであった。α−FC層2
20の残りの部分を剥離するのにかかる時間は、約120秒であった。
徴層216と、それに伴うバリヤ層214と218を示す。α−FC層220は
、上述した種類の水素系化学物質を用いる異方性剥離プロセスか、又はエッチン
グされた銅特徴表面のパッシベーションを促す溶剤を用いるウェット剥離プロセ
スを用いて除去されることが好ましい。ここでは、異方性ドライ剥離技術が使用
され、プロセスチャンバへの供給ガスはH2が100sccmであった。エッチ ング中の基板温度は、約45℃で、プロセスチャンバの壁の温度は約80℃であ
った。エッチング中のプロセスチャンバの圧力は、約10mTであった。プラズ
マ誘導コイルへの電源電力は、約1,000W、2MHzであり、基板ペデスタ
ルへのバイアス電力は、約200W、13.56MHzであった。α−FC層2
20の残りの部分を剥離するのにかかる時間は、約120秒であった。
【0066】 図2Gは、パターン化した窒化タンタル層218、銅層216、窒化タンタル
層214及び二酸化シリコン基板212の上側にα−C又はα−FCなどの誘電
率が低い材料を含む平坦化層230を設けた状態を示している。平坦化層は、図
1Eに示した従来の技術の平坦化層に見られる平坦ではない表面120に比べ、
この表面は真に平坦な状態であった。α−C又はα−FCは、当業者に公知の蒸
着技術を用いて適用されることが好ましいが、例えば、スピンオン技術を用いる
ことも可能である。
層214及び二酸化シリコン基板212の上側にα−C又はα−FCなどの誘電
率が低い材料を含む平坦化層230を設けた状態を示している。平坦化層は、図
1Eに示した従来の技術の平坦化層に見られる平坦ではない表面120に比べ、
この表面は真に平坦な状態であった。α−C又はα−FCは、当業者に公知の蒸
着技術を用いて適用されることが好ましいが、例えば、スピンオン技術を用いる
ことも可能である。
【0067】 当業者は認識しているであろうが、二酸化シリコン以外の高温無機マスク材料
を高温有機を含むマスク材料を被膜するキャップ層として使用することが可能で
ある。更に、当業者には認識されていることであろうが、例えば、α−C、ポリ
イミド、パリレン、テフロンなどα−FC以外の高温有機系マスク材料を使用す
ることも可能である。シリコンオキシナイトライド、タンタル、窒化チタン、チ
タンタングステン、窒化タングステンなどの窒化タンタル以外の反射防止/バリ
ヤ層材料を用いることも可能である。最後に、この方法は、導電材料として銅を
用いるデバイス特徴のエッチングに限定するものではない。例えば、タングステ
ン、プラチナ、銀、金、イリジウム及びルテニウムなどの他の導電材料も同様に
使用可能である。
を高温有機を含むマスク材料を被膜するキャップ層として使用することが可能で
ある。更に、当業者には認識されていることであろうが、例えば、α−C、ポリ
イミド、パリレン、テフロンなどα−FC以外の高温有機系マスク材料を使用す
ることも可能である。シリコンオキシナイトライド、タンタル、窒化チタン、チ
タンタングステン、窒化タングステンなどの窒化タンタル以外の反射防止/バリ
ヤ層材料を用いることも可能である。最後に、この方法は、導電材料として銅を
用いるデバイス特徴のエッチングに限定するものではない。例えば、タングステ
ン、プラチナ、銀、金、イリジウム及びルテニウムなどの他の導電材料も同様に
使用可能である。
【0068】 IV.第2の好適な実施形態のエッチング積層体及びその使用方法 図3Aから3Gは、本発明の第2の好適な実施形態のエッチング積層体と、本
発明の方法のステップを施して進行する過程を示したものである。図3Aは、シ
リコンウェーハ表面(図示せず)を被膜する約10,000オングストロームの
厚みの二酸化シリコンを含む絶縁層である基板312と、基板312上に堆積さ
れた約500オングストロームの厚みの窒化タンタルを含むバリヤ層314と、
バリヤ層314の上に堆積された約8,000オングストロームの厚みの銅を含
む層316と、銅層216の上に堆積された約500オングストロームの厚みの
窒化タンタルを含む層218と、高密度プラズマCVD技術を用いて窒化タンタ
ル層218上に堆積されたα−FCを含む高温有機系パターンマスク材料を含み
、約8,000オングストロームの厚みを形成する層と、最後に、室温でメチル
シランに低電力RFプラズマ放電から堆積されたプラズマ重合メチルシラン(P
PMS)を含み、約1,000オングストロームの厚みを形成する層322とを
含む完全な状態のエッチング積層体を示している。
発明の方法のステップを施して進行する過程を示したものである。図3Aは、シ
リコンウェーハ表面(図示せず)を被膜する約10,000オングストロームの
厚みの二酸化シリコンを含む絶縁層である基板312と、基板312上に堆積さ
れた約500オングストロームの厚みの窒化タンタルを含むバリヤ層314と、
バリヤ層314の上に堆積された約8,000オングストロームの厚みの銅を含
む層316と、銅層216の上に堆積された約500オングストロームの厚みの
窒化タンタルを含む層218と、高密度プラズマCVD技術を用いて窒化タンタ
ル層218上に堆積されたα−FCを含む高温有機系パターンマスク材料を含み
、約8,000オングストロームの厚みを形成する層と、最後に、室温でメチル
シランに低電力RFプラズマ放電から堆積されたプラズマ重合メチルシラン(P
PMS)を含み、約1,000オングストロームの厚みを形成する層322とを
含む完全な状態のエッチング積層体を示している。
【0069】 次に、PPMS層は、図3Bに示すように、PPMS層322内にガラス状の
シロキサンパターン324を形成するために脱色させて強度のUVに晒した。
シロキサンパターン324を形成するために脱色させて強度のUVに晒した。
【0070】 図3Cは、当業者に公知の技術で塩素プラズマエッチング(T.W. Weidman等の 感光性樹脂科学技術ジャーナル(Journal of Photopolymer Science and Technol
ogy)、第8巻、第4号、第679から686頁(1995年)に記載されてい る)を用いて現像された、PPMS高温像影層324のパターン現像を示してい
る。
ogy)、第8巻、第4号、第679から686頁(1995年)に記載されてい る)を用いて現像された、PPMS高温像影層324のパターン現像を示してい
る。
【0071】 次に、図3Dに示すように、下地α−FC層320が、図2Bに対して上述し
たように酸素系プラズマを用いてエッチングされ、図2Bではα−FC層220
がパターン化された。α−FC層320を介したパターン転写にかかる時間は、
約80秒であった。酸素系プラズマ化学物質は、高温像影可能な材料(PPMS
)層322と窒化タンタルバリヤ層318から形成されたパターン化された二酸
化シリコン324が、α−FC層320のエッチング中に化学反応を起こさない
ものが選択された。上記に参照した酸素系エッチング条件によって、異方性エッ
チングの条件が得られるため、パターン現像中にα−FC層320の下側の切り
取りを避けることができた。
たように酸素系プラズマを用いてエッチングされ、図2Bではα−FC層220
がパターン化された。α−FC層320を介したパターン転写にかかる時間は、
約80秒であった。酸素系プラズマ化学物質は、高温像影可能な材料(PPMS
)層322と窒化タンタルバリヤ層318から形成されたパターン化された二酸
化シリコン324が、α−FC層320のエッチング中に化学反応を起こさない
ものが選択された。上記に参照した酸素系エッチング条件によって、異方性エッ
チングの条件が得られるため、パターン現像中にα−FC層320の下側の切り
取りを避けることができた。
【0072】 図3Eは、窒化タンタルバリヤ層318、銅層316、窒化タンタルバリヤ層
314から二酸化シリコン絶縁層312の上面までのパターン転写を示している
。導電性の銅層316とこれに伴うバリヤ層318と314のこのようなエッチ
ングは、図2Eを参照して上述した方法を用いて行った。
314から二酸化シリコン絶縁層312の上面までのパターン転写を示している
。導電性の銅層316とこれに伴うバリヤ層318と314のこのようなエッチ
ングは、図2Eを参照して上述した方法を用いて行った。
【0073】 α−FC層320、窒化タンタル318、銅層316及び窒化タンタル層31
4、更に採用するエッチング条件にもよるが、CD(限界寸法)制御を行うため
にエッチングプロセスの最後に残るα−FC層320は十分な量をもつべきであ
る。従って、このα−FC層の残りの部分を除去するのに別のプロセスが必要と
なる。α−FC層を剥離するためのプロセスは、特徴パターニングエッチングチ
ャンバか又は下流のプラズマチャンバで実行されてもよい。
4、更に採用するエッチング条件にもよるが、CD(限界寸法)制御を行うため
にエッチングプロセスの最後に残るα−FC層320は十分な量をもつべきであ
る。従って、このα−FC層の残りの部分を除去するのに別のプロセスが必要と
なる。α−FC層を剥離するためのプロセスは、特徴パターニングエッチングチ
ャンバか又は下流のプラズマチャンバで実行されてもよい。
【0074】 図3Fは、α−FC層320の残りの部分を除去した後のパターン化された特
徴層316と、それに伴うバリヤ層318と314を示す。α−FC層320は
、上述した種類の水素系化学物質を用いる異方性剥離プロセスか、又はエッチン
グされた銅特徴表面のパッシベーションを促す溶剤を用いるウェット剥離プロセ
スを用いて除去されることが好ましい。ここでは、図2Fを参照して記載したよ
うに、異方性ドライ剥離技術が使用された。
徴層316と、それに伴うバリヤ層318と314を示す。α−FC層320は
、上述した種類の水素系化学物質を用いる異方性剥離プロセスか、又はエッチン
グされた銅特徴表面のパッシベーションを促す溶剤を用いるウェット剥離プロセ
スを用いて除去されることが好ましい。ここでは、図2Fを参照して記載したよ
うに、異方性ドライ剥離技術が使用された。
【0075】 図3Gは、パターン化した窒化タンタル層318、銅層316、窒化タンタル
層314及び二酸化シリコン基板312の上側にα−C又はα−FCなどの誘電
率が低い材料を含む平坦化層328を設けた状態を示している。平坦化層は、図
1Eに示した従来の技術の平坦化層に見られる平坦ではない表面に比べ、この表
面は真に平坦な状態であった。α−C又はα−FCは、当業者に周知の蒸着技術
を用いて適用されることが好ましいが、例えば、スピンオン技術を用いることも
可能である。
層314及び二酸化シリコン基板312の上側にα−C又はα−FCなどの誘電
率が低い材料を含む平坦化層328を設けた状態を示している。平坦化層は、図
1Eに示した従来の技術の平坦化層に見られる平坦ではない表面に比べ、この表
面は真に平坦な状態であった。α−C又はα−FCは、当業者に周知の蒸着技術
を用いて適用されることが好ましいが、例えば、スピンオン技術を用いることも
可能である。
【0076】 当業者には認識されていることであろうが、PMMS以外の高温像影可能なマ
スク材料を高温有機を含むマスク材料へのパターン転写の層として用いることが
可能である。更に、当業者には認識されていることであろうが、すでに挙げたよ
うな(制限を目的としたものではない)他の高温有機系マスク材料、ARC材料
、バリヤ層材料及び導電性材料を使用することができる。
スク材料を高温有機を含むマスク材料へのパターン転写の層として用いることが
可能である。更に、当業者には認識されていることであろうが、すでに挙げたよ
うな(制限を目的としたものではない)他の高温有機系マスク材料、ARC材料
、バリヤ層材料及び導電性材料を使用することができる。
【0077】 銅が導電性材料として使用される場合、すでに参照した米国特許出願第08/
891,410号及び第08/911,878号に記載されたエッチング方法を
、本願に記載した本発明の方法と組み合わせて用いることが好ましいことについ
て述べておくことが重要である。
891,410号及び第08/911,878号に記載されたエッチング方法を
、本願に記載した本発明の方法と組み合わせて用いることが好ましいことについ
て述べておくことが重要である。
【0078】 特に、米国特許出願第08/891,410号には、化学系のエッチング成分
を必要とせずに、イオン衝撃などの物理ベースのみを利用するエッチングプロセ
ズを用いて、隣接する材料に対して採用可能な速度及び選択性で銅のパターンエ
ッチングが可能なことについて記載されている。
を必要とせずに、イオン衝撃などの物理ベースのみを利用するエッチングプロセ
ズを用いて、隣接する材料に対して採用可能な速度及び選択性で銅のパターンエ
ッチングが可能なことについて記載されている。
【0079】 第1の好適な強化された物理的衝撃技術では、基板表面を打つイオン化種のイ
オン密度及び/又はイオンエネルギを増大させる必要がある。イオン密度は、基
板表面上のエッチングチャンバ内にデバイスを配置し、このデバイスによって基
板表面を打つイオン化粒子の数が増えることによって増大されることが好ましい
。このデバイスの例は誘電コイルであり、これを用いてイオン化種の数を増やす
か又は別の供給源によって供給されるイオン化種の数を維持して、基板表面を打
つイオン化種の数を更に増やす。
オン密度及び/又はイオンエネルギを増大させる必要がある。イオン密度は、基
板表面上のエッチングチャンバ内にデバイスを配置し、このデバイスによって基
板表面を打つイオン化粒子の数が増えることによって増大されることが好ましい
。このデバイスの例は誘電コイルであり、これを用いてイオン化種の数を増やす
か又は別の供給源によって供給されるイオン化種の数を維持して、基板表面を打
つイオン化種の数を更に増やす。
【0080】 イオン化種の数を増大させるための第2の好適な方法は、チャンバの外側で発
生したマイクロ波発生プラズマをプロセスチャンバ内に供給することである。R
F電力を外部の誘導結合コイルに増大させることによってイオン化種の数を増や
すか、又はDC電力をイオン種発生の容量結合源に増大させることも可能である
。しかしながら、これら最後の二つの技術は、エッチング中に発生した銅(及び
合金金属)原子が外部のコイル特性に影響を及ぼし、更に容量結合種発生はあま
り効率的でないため、イオン密度を増大させる方法としてはあまり好適なもので
はない。イオンエネルギとは、イオンが基板表面を打つときのイオンのエネルギ
を意味する。第2の好適な強化された物理的衝撃技術は、イオンエネルギを(基
板が悪影響を受ける限界まで)増大する。イオンエネルギは、イオン化種を基板
の方向に引き付ける基板上にかけたオフセットバイアスを大きくすることによっ
て、増大させてもよい。これは、RF電力を基板が載る台に増大させることによ
って通常行われる。バイアス電力の増大の効果は、RF周波数と、基板表面領域
に対するバイアス接地領域の比率に左右される。更に、イオンエネルギは、より
低い電圧でエッチングプロセスチャンバを動作させることによって増大される。
生したマイクロ波発生プラズマをプロセスチャンバ内に供給することである。R
F電力を外部の誘導結合コイルに増大させることによってイオン化種の数を増や
すか、又はDC電力をイオン種発生の容量結合源に増大させることも可能である
。しかしながら、これら最後の二つの技術は、エッチング中に発生した銅(及び
合金金属)原子が外部のコイル特性に影響を及ぼし、更に容量結合種発生はあま
り効率的でないため、イオン密度を増大させる方法としてはあまり好適なもので
はない。イオンエネルギとは、イオンが基板表面を打つときのイオンのエネルギ
を意味する。第2の好適な強化された物理的衝撃技術は、イオンエネルギを(基
板が悪影響を受ける限界まで)増大する。イオンエネルギは、イオン化種を基板
の方向に引き付ける基板上にかけたオフセットバイアスを大きくすることによっ
て、増大させてもよい。これは、RF電力を基板が載る台に増大させることによ
って通常行われる。バイアス電力の増大の効果は、RF周波数と、基板表面領域
に対するバイアス接地領域の比率に左右される。更に、イオンエネルギは、より
低い電圧でエッチングプロセスチャンバを動作させることによって増大される。
【0081】 第3の強化された物理的衝撃技術は、イオン密度又はイオンエネルギのパルシ
ングである。イオンエネルギをパルス伝送する1つの好適な手段は、イオン種を
発生させるか、又は基板表面を打つことが可能なイオン化種を増大させるか維持
するために用いられるデバイスに、電力をパルス伝送することである。このよう
なパルシングは、プロセスチャンバ内の内部に配置されたデバイスにかけられる
ことが好ましい。パルシングは、外部で発生したプラズマのプロセスチャンバ内
への送りになる場合もある。あまり好ましくはないが、パルシングは、プラズマ
発生の外部誘導結合源か又はプラズマ発生の容量結合源へかけられる場合もある
。イオンエネルギをパルス伝送するためのより好適な手段は、基板に印加される
オフセットバイアス源に電力をパルス伝送することによって行われる。イオンエ
ネルギをパルス伝送することによって、エッチング中に銅表面に残る励起された
銅イオンが隣接した位置の銅表面に再度付着する可能性が低くなる。プロセス容
器の圧力もイオンエネルギをパルス伝送する手段としてパルスにされてもよい。
ングである。イオンエネルギをパルス伝送する1つの好適な手段は、イオン種を
発生させるか、又は基板表面を打つことが可能なイオン化種を増大させるか維持
するために用いられるデバイスに、電力をパルス伝送することである。このよう
なパルシングは、プロセスチャンバ内の内部に配置されたデバイスにかけられる
ことが好ましい。パルシングは、外部で発生したプラズマのプロセスチャンバ内
への送りになる場合もある。あまり好ましくはないが、パルシングは、プラズマ
発生の外部誘導結合源か又はプラズマ発生の容量結合源へかけられる場合もある
。イオンエネルギをパルス伝送するためのより好適な手段は、基板に印加される
オフセットバイアス源に電力をパルス伝送することによって行われる。イオンエ
ネルギをパルス伝送することによって、エッチング中に銅表面に残る励起された
銅イオンが隣接した位置の銅表面に再度付着する可能性が低くなる。プロセス容
器の圧力もイオンエネルギをパルス伝送する手段としてパルスにされてもよい。
【0082】 第4の強化された物理的衝撃技術は、熱伝達を用いることである。基板表面の
温度がエッチングチャンバの表面(壁)の温度よりも高いことで、より高い温度
の基板表面から離れた粒子が、より低い温度のチャンバ表面へと引き付けられる
場合、熱伝達が生じる。
温度がエッチングチャンバの表面(壁)の温度よりも高いことで、より高い温度
の基板表面から離れた粒子が、より低い温度のチャンバ表面へと引き付けられる
場合、熱伝達が生じる。
【0083】 化学反応イオン成分の濃度が、エッチングが物理的衝撃が主のエッチング法で
実行されるほど十分に低い限り、物理的イオン衝撃と化学反応イオン成分を組み
合わせて使用することも可能である。この組み合わせ技術は、約150℃を超え
る温度と、約50mTを下回る圧力で実行されることが好ましい。物理的衝撃に
よって更にエネルギが揮発性化学反応発生化合物の形成に加えられるため、銅の
除去速度は、揮発性の化合物の形成速度と、この揮発性化合物の除去を容易にす
る低いプロセスチャンバ圧力能力にのみ限定されるものではない。物理的イオン
衝撃を主としてエッチングプロセズを行う場合、プロセスチャンバの圧力が調整
されると、イオン衝撃を増大させることができる。全体的な相乗効果が生じ、銅
原子の除去速度が上がる。好適な化学反応イオン種は、Cl2、HCL,BCl3 、HBr、CHF3、CF4、SiCl4及びその組み合わせなどの分子量が小さ いハロゲンを含む種又は化合物である。塩素を含む種が用いられる場合、エッチ
ングチャンバへの供給ガスにある塩素を含む成分は、パターン化銅のエッチング
中、エッチングチャンバ内へ供給されるガスの30体積%より小さくすべきであ
る。N2、NH3及びCH4などのパッシベーション剤は、化学反応イオン種と組 み合わせて用いられてもよい。米国特許同時継続出願第08/891,410号
の内容全体を本願明細書に引用したものとする。
実行されるほど十分に低い限り、物理的イオン衝撃と化学反応イオン成分を組み
合わせて使用することも可能である。この組み合わせ技術は、約150℃を超え
る温度と、約50mTを下回る圧力で実行されることが好ましい。物理的衝撃に
よって更にエネルギが揮発性化学反応発生化合物の形成に加えられるため、銅の
除去速度は、揮発性の化合物の形成速度と、この揮発性化合物の除去を容易にす
る低いプロセスチャンバ圧力能力にのみ限定されるものではない。物理的イオン
衝撃を主としてエッチングプロセズを行う場合、プロセスチャンバの圧力が調整
されると、イオン衝撃を増大させることができる。全体的な相乗効果が生じ、銅
原子の除去速度が上がる。好適な化学反応イオン種は、Cl2、HCL,BCl3 、HBr、CHF3、CF4、SiCl4及びその組み合わせなどの分子量が小さ いハロゲンを含む種又は化合物である。塩素を含む種が用いられる場合、エッチ
ングチャンバへの供給ガスにある塩素を含む成分は、パターン化銅のエッチング
中、エッチングチャンバ内へ供給されるガスの30体積%より小さくすべきであ
る。N2、NH3及びCH4などのパッシベーション剤は、化学反応イオン種と組 み合わせて用いられてもよい。米国特許同時継続出願第08/891,410号
の内容全体を本願明細書に引用したものとする。
【0084】 米国特許出願第08/911,878号には、エッチングプロセス中に銅の腐
食を保護するように、HCl及びHBr化学物質を用いる代替銅エッチング技術
が記載されている。特に、エッチングされる銅の特徴表面がエッチング中に適切
に保護されていれば、所望の特徴寸法及び保全性を与えながら、HCl又はHB
rの存在下で銅をパターンエッチングすることができる。エッチングされた銅表
面の内部に腐食剤として作用する可能性がある反応種を捕らえないようにするた
めに、水素がこの表面に適用される。水素は銅の外面に吸収され、銅の外面内に
吸収されることもあるため、銅の外面に浸透し内部から外面へ銅と反応する可能
性のある種と反応させるように用いることができる。隣接した特徴表面のエッチ
ングに伴い生じる反応種がそれよりも前にエッチングされた特徴外面に浸透しな
いようにするためには、銅の特徴のエッチングされた部分の外面に対して十分な
水素を適用しなければならない。
食を保護するように、HCl及びHBr化学物質を用いる代替銅エッチング技術
が記載されている。特に、エッチングされる銅の特徴表面がエッチング中に適切
に保護されていれば、所望の特徴寸法及び保全性を与えながら、HCl又はHB
rの存在下で銅をパターンエッチングすることができる。エッチングされた銅表
面の内部に腐食剤として作用する可能性がある反応種を捕らえないようにするた
めに、水素がこの表面に適用される。水素は銅の外面に吸収され、銅の外面内に
吸収されることもあるため、銅の外面に浸透し内部から外面へ銅と反応する可能
性のある種と反応させるように用いることができる。隣接した特徴表面のエッチ
ングに伴い生じる反応種がそれよりも前にエッチングされた特徴外面に浸透しな
いようにするためには、銅の特徴のエッチングされた部分の外面に対して十分な
水素を適用しなければならない。
【0085】 水素を十分な量発生させることが可能な水素を含むプラズマ供給ガス成分であ
ればどれを使用してもよいが、本発明の最も好適な実施形態では、水素とハロゲ
ンの両方を含む成分を用いている。好適な例は、塩化水素(HCl)及び/又は
臭化水素(HBr)であり、これらは銅をエッチングするための反応種の主要な
供給源として用いられる。HCl及び/又はHBrを分解するとエッチングされ
た銅表面を保護する大量の水素が発生することによって、エッチングされた表面
に隣接する反応種の浸透を防ぐことができる。エッチングプロセスチャンバ内の
反応種の密度が特に高い場合は、HCl及び/又はHBrを含むプラズマ供給ガ
スに水素ガスを更に加えてもよい。他のプラズマエッチング種と組み合わせて、
水素を含まないハロゲンを含むプラズマ供給ガス成分を添加剤(40%未満のプ
ラズマ発生反応種を発生)として使用してもよい。
ればどれを使用してもよいが、本発明の最も好適な実施形態では、水素とハロゲ
ンの両方を含む成分を用いている。好適な例は、塩化水素(HCl)及び/又は
臭化水素(HBr)であり、これらは銅をエッチングするための反応種の主要な
供給源として用いられる。HCl及び/又はHBrを分解するとエッチングされ
た銅表面を保護する大量の水素が発生することによって、エッチングされた表面
に隣接する反応種の浸透を防ぐことができる。エッチングプロセスチャンバ内の
反応種の密度が特に高い場合は、HCl及び/又はHBrを含むプラズマ供給ガ
スに水素ガスを更に加えてもよい。他のプラズマエッチング種と組み合わせて、
水素を含まないハロゲンを含むプラズマ供給ガス成分を添加剤(40%未満のプ
ラズマ発生反応種を発生)として使用してもよい。
【0086】 HCl及び/又はHBrが銅エッチングの反応種の主要源として用いられる場
合、HCl又はHBrは、プラズマで発生した反応種の少なくとも40%を占め
ており、更に好ましくは少なくとも50%を占めている。エッチング中の特徴表
面のパッシベーションとしてか、又は特徴表面のエッチング終了後か又はエッチ
ングの終了間際の特徴表面の保護として、他の反応種を用いてもよい。銅の特徴
をエッチングしている間、表面のパッシベーション又は表面の保護を目的として
添加する種は、プラズマ発生反応種を30%以下含み、更に好ましくは10%以
下含む。例を挙げると、プラズマ供給ガスに添加する場合の付加ガスは、CH4 、CH3F、BCl3、N2、NH3、SiCl4、CCl4及びCHF3を含む。プ ラズマ供給ガスは、イオン化又は分解を促進させるか又は反応種を希釈するため
に、アルゴン、ヘリウム又はキセノンなどの不活性(銅と反応しない)ガスを更
に含んでもよい。重要な特徴は、エッチングプロセズ中、特徴表面にある水素を
利用可能な点である。米国特許出願第08/911,878号は全体として本願
明細書に援用されている。
合、HCl又はHBrは、プラズマで発生した反応種の少なくとも40%を占め
ており、更に好ましくは少なくとも50%を占めている。エッチング中の特徴表
面のパッシベーションとしてか、又は特徴表面のエッチング終了後か又はエッチ
ングの終了間際の特徴表面の保護として、他の反応種を用いてもよい。銅の特徴
をエッチングしている間、表面のパッシベーション又は表面の保護を目的として
添加する種は、プラズマ発生反応種を30%以下含み、更に好ましくは10%以
下含む。例を挙げると、プラズマ供給ガスに添加する場合の付加ガスは、CH4 、CH3F、BCl3、N2、NH3、SiCl4、CCl4及びCHF3を含む。プ ラズマ供給ガスは、イオン化又は分解を促進させるか又は反応種を希釈するため
に、アルゴン、ヘリウム又はキセノンなどの不活性(銅と反応しない)ガスを更
に含んでもよい。重要な特徴は、エッチングプロセズ中、特徴表面にある水素を
利用可能な点である。米国特許出願第08/911,878号は全体として本願
明細書に援用されている。
【0087】 上述した好適な実施形態は、本発明の範囲を限定するためのものではなく、当
業者であれば、本願明細書の開示を考慮して請求の範囲の本発明の手段に対応す
る実施形態を発展させることが可能である。
業者であれば、本願明細書の開示を考慮して請求の範囲の本発明の手段に対応す
る実施形態を発展させることが可能である。
【図1】 A〜Eは、エッチング積層体が一連のプロセスステップを施して変化する過程
を示したプラズマエッチングに有益な従来の多層構造(プラズマエッチング積層
体)を示した略図的断面図である。このエッチング積層体は、一般に、デバイス
特徴の導電材料層をエッチングするために用いられる。
を示したプラズマエッチングに有益な従来の多層構造(プラズマエッチング積層
体)を示した略図的断面図である。このエッチング積層体は、一般に、デバイス
特徴の導電材料層をエッチングするために用いられる。
【図2】 Aは、本発明の第1の好適な実施形態であるプラズマエッチング積層体を示す
略図的断面図であり、B〜Gは、本発明の方法のステップを用いて変化するエッ
チング積層体の変化の状態を示す図である。
略図的断面図であり、B〜Gは、本発明の方法のステップを用いて変化するエッ
チング積層体の変化の状態を示す図である。
【図3】 Aは、本発明の第2の好適な実施形態であるプラズマエッチング積層体を示す
略図的断面図であり、B〜Gは、本発明の方法のステップを用いて変化するエッ
チング積層体の変化の状態を示す図である。
略図的断面図であり、B〜Gは、本発明の方法のステップを用いて変化するエッ
チング積層体の変化の状態を示す図である。
【図4】 本願に記載するプラズマエッチングステップを実行するために使用可能なプロ
セスチャンバとその付属装置を示す略図である。
セスチャンバとその付属装置を示す略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツァオ, アレン アメリカ合衆国, カリフォルニア州, マウンテン ヴュー, ホウィッツ ロー ド 117 (72)発明者 シェ, ピーター, チャン−リン アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サン ノゼ, レジェンシー ノール ド ライヴ 1071 (72)発明者 マー, ダイアナ アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サラトガ, キルト コート 19600 Fターム(参考) 5F004 AA09 AA16 BB11 BB26 CA02 CA04 CA06 DA00 DA01 DA04 DA05 DA11 DA13 DA16 DA22 DA23 DA25 DA26 DA29 DB08 DB12 DB26 DB27 EA02 EA03 EA06 EA22 EA23 EA28 EB02 5F058 AD02 AD08 AD10 AF02 AG04 AH02 BC02 BD04 BD19 BH12 BJ02
Claims (45)
- 【請求項1】 半導体デバイス特徴のパターニング方法であって、 (a) パターン化されたフォトレジスト層から、高温無機マスク材料層を介
してパターンを転写するステップと、 (b) ステップ(a)後に残る多層構造から、高温有機系マスク材料を含む
下地層を介して前記パターンを転写するステップと、 (c) ステップ(b)後に残るあらゆるフォトレジスト材料を除去するステ
ップとを含む半導体デバイス特徴のパターニング方法。 - 【請求項2】 (d) ステップ(c)の後に存在する多層構造から、前記
高温有機系マスク材料の下地である少なくとも1つの特徴層を介して前記パター
ンを転写する、 追加のステップを含む請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 (e) 前記特徴層の表面から残留する高温有機系マスク層
材料を除去する、 追加のステップを含む請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 (f) トランジスタのゲート速度を上げるために有利な誘
電率を有する、有機系材料の平坦化層を適用する 追加のステップを更に含む請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 (c−2) ステップ(c)後に残る前記高温無機マスク材
料のあらゆる部分を除去する、 ステップ(c)に続く追加のステップを含む請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 前記高温有機系マスク材料を介する前記ステップ(b)の転
写は、異方性プラズマエッチングを用いて達成される請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 前記ステップ(c)のフォトレジストの除去は、異方性エッ
チングを発生するように酸素系プラズマを用いて達成される請求項1記載の方法
。 - 【請求項8】 前記ステップ(d)のパターン転写は、異方性エッチングを
発生するようにして達成される請求項2記載の方法。 - 【請求項9】 少なくとも1つの特徴層は銅を含む請求項2記載の方法。
- 【請求項10】 前記銅は強化物理的衝撃を用いてエッチングされる請求項
9記載の方法。 - 【請求項11】 前記銅は、強化物理的衝撃と化学反応イオン成分の組み合
わせを用いてエッチングされる請求項9記載の方法。 - 【請求項12】 前記銅は、HCl化学物質、HBr化学物質又はその組み
合わせからなる群から選択された化学物質を用いてエッチングされる請求項9記
載の方法。 - 【請求項13】 前記高温無機マスク材料の厚みは、ステップ(d)のパタ
ーン転写中にこの材料が消費されるようなものである請求項8記載の方法。 - 【請求項14】 前記高温有機系マスク層材料は、異方性エッチングを発生
するようにして除去される請求項3記載の方法。 - 【請求項15】 前記高温有機系マスク層材料は、強化物理的衝撃と化学反
応イオン成分の組み合わせを用いて除去される請求項3記載の方法。 - 【請求項16】 前記高温有機系マスク層材料は、HCl化学物質、HBr
化学物質又はその組み合わせからなる群から選択される化学物質を用いて除去さ
れる請求項3記載の方法。 - 【請求項17】 前記高温有機系マスク層材料は、ウェット剥離技術を用い
て除去される請求項3記載の方法。 - 【請求項18】 前記ウェット剥離技術は、前記特徴層の少なくとも1つの
表面にパッシベーションを形成する請求項17記載の方法。 - 【請求項19】 ステップ(a)の前に、前記高温有機系マスク層が、プラ
ズマ系技術を用いて堆積される追加のステップを含む請求項1記載の方法。 - 【請求項20】 ステップ(a)の前に、前記高温有機系マスク層が、CV
D技術を用いて堆積される追加のステップ(x)を含む請求項1記載の方法。 - 【請求項21】 半導体デバイス特徴のパターニング方法であって、 (a) プラズマエッチング技術を用いて高温像影可能な材料の像影された層
をパターンに現像し、下地層を介して所望のパターンを転写するために使用可能
なパターンマスクを作成するステップと、 (b) 高温有機系マスク材料を含む下地層を介してステップa)で形成され
たパターンを転写するステップと、 を含む半導体デバイス特徴のパターニング方法。 - 【請求項22】 (c) ステップ(b)後に存在する多層構造から、前記
高温有機系マスク材料の下地である少なくとも1つの特徴層を介して前記パター
ンを転写する追加のステップを含む請求項21記載の方法。 - 【請求項23】 (d) 前記特徴層の表面から残留する高温有機系マスク
層材料を除去する追加のステップを含む請求項22記載の方法。 - 【請求項24】 (e) トランジスタのゲート速度を上げるために有利な
誘電率を有する有機系材料を含む平坦化層を適用する追加のステップを含む請求
項23記載の方法。 - 【請求項25】 前記高温有機系マスク材料を介する前記ステップ(b)の
転写は、異方性プラズマエッチングを用いて達成される請求項21記載の方法。 - 【請求項26】 前記ステップ(d)のマスク層材料の除去は、異方性エッ
チングを発生するようにして達成される請求項23記載の方法。 - 【請求項27】 少なくとも1つの特徴層は銅を含む請求項23記載の方法
。 - 【請求項28】 前記銅は強化物理的衝撃を用いてエッチングされる請求項
27記載の方法。 - 【請求項29】 前記銅は、強化物理的衝撃と化学反応イオン成分の組み合
わせを用いてエッチングされる請求項27記載の方法。 - 【請求項30】 前記銅は、HCl化学物質、HBr化学物質又はその組み
合わせからなる群から選択された化学物質を用いてエッチングされる請求項27
記載の方法。 - 【請求項31】 前記高温無機マスク材料の厚みは、ステップ(c)のパタ
ーン転写中にこの材料が消費されるようなものである請求項23記載の方法。 - 【請求項32】 前記高温有機系マスク層材料は、異方性エッチングを発生
するようにして除去される請求項23記載の方法。 - 【請求項33】 前記高温有機系マスク層材料は、強化物理的衝撃と化学反
応オン成分の組み合わせを用いて除去される請求項23記載の方法。 - 【請求項34】 前記高温有機系マスク層材料は、HCl化学物質、HBr
化学物質又はその組み合わせからなる群から選択された化学物質を用いて除去さ
れる請求項23記載の方法。 - 【請求項35】 前記高温有機系マスク層材料は、ウェット剥離技術を用い
て除去される請求項23記載の方法。 - 【請求項36】 前記ウェット剥離技術は、前記特徴層の少なくとも1つの
表面にパッシベーションを形成する請求項35記載の方法。 - 【請求項37】 ステップ(a)の前に、前記高温像影可能な材料はシラン
系か又はTEOS系の化学物質を用いて堆積される追加のステップ(x)を含む
請求項21記載の方法。 - 【請求項38】 ステップ(x)の前に、前記高温有機系マスク層は、プラ
ズマ系技術を用いて堆積される追加のステップ(y)を含む請求項37記載の方
法。 - 【請求項39】 ステップ(x)の前に、前記高温有機系マスク層は、CV
D技術を用いて堆積される追加のステップ(z)を含む請求項37記載の方法。 - 【請求項40】 半導体の特徴をエッチングするためのマスク積層体であっ
て、 (a) 低温像影可能な材料層と、 (b) 前記低温像影可能な材料の下地である高温無機材料層と、 (c) 前記高温無機材料の下地である高温有機系材料層とを含む半導体の特
徴をエッチングするためのマスク積層体。 - 【請求項41】 前記高温有機系層は、α−C又はα−FC材料を含む請求
項40記載のマスク積層体。 - 【請求項42】 前記α−C又はα−FC層は、CVD技術を用いて形成さ
れる請求項41記載のマスク積層体。 - 【請求項43】 半導体の特徴をエッチングするためのマスク積層体であっ
て、 (a) 高温像影可能な材料層と、 (b) 前記高温像影可能な材料の下地である高温有機系材料層とを含む半導
体の特徴をエッチングするためのマスク積層体。 - 【請求項44】 前記高温像影可能な層は、シラン系開始材料から形成され
るか又はTEOS系科学物質を用いて形成される請求項43記載のマスク積層体
。 - 【請求項45】 前記高温有機系層は、α−Cか又はα−FC材料を含む請
求項44記載のマスク積層体。
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