JP2002513207A - 低ｋ誘電体層をエッチングする方法 - Google Patents
低ｋ誘電体層をエッチングする方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】基板（１５）上の有機誘電体層（１０）を高い食刻速度と高い食刻選択比でもってエッチングする方法を提供する。
【解決手段】有機誘電体層（１０）は、例えばベンゾシンクロブテンのシリコン含有有機ポリマーなどの低Ｋ誘電材料を含む。酸化又は窒化シリコンからなるパターン化されたマスク層（２０）を有機誘電体層（１０）上に形成する。エネルギー化された処理気体が、有機誘電体層（１０）を食刻するために酸素を含有した気体と、食刻速度を増強するために分離された材料を除去するための不反応性気体と、そして選択的に、異方性食刻を促進するために新たに食刻された構造の側壁（９０）上に不動態化堆積を形成するための不動態化気体とを含む。好ましくは、エッチング中に基板（１５）の温度は誘電体層の食刻速度を増強するために約−３０℃から４０℃の低音に維持される。このエッチング方法は、二重ダマシン方法により有機誘電体層（１０）中に食刻されたｃバイア（１００）内に相互接続栓を形成するのに特に有用である。
Description
【０００１】
本発明は、基板上の誘電体層をエッチング（すなわち、食刻）する方法に関す
る。
る。
【０００２】 二酸化シリコン、窒化シリコン、又はＴＥＯＳ堆積ガラスなどの誘電材料は、
集積回路において半導体基板上に形成された能動装置又は構造を電気的に隔離す
るために使用される。例えば、誘電材料の層は、基板上の能動装置を電気的に接
続する相互接続導線を電気的に隔離するために用いることができる。しばしば、
これら誘電体層内を食刻して孔又は「バイア」を形成し、この中に導電材料を堆
積して垂直の相互接続又は「接点栓」を形成することが必要となる。誘電体層を
食刻するために、耐食刻材料のマスク層が誘電体層上に堆積されて、そして従来
のフォトリソグラフイック方法により所望の孔パターンに一致するようにパター
ン形成される。従来の食刻工程においては、誘電体層は典型的にエッチャント気
体のプラズマを用いた処理チェンバー内で食刻される。例えば、二酸化シリコン
層は誘電体層のシリコンと反応して揮発性のＳｉＦX種を形成するフッ素を含む
気体のプラズマにより食刻される。ふさわしいフッ素含有気体は、例えば、ＣＨ
Ｆ3、ＣＨ3Ｆ、ＣＦ4、及びＣＨ2Ｆ2を含む。これに加えて、エッチャント気体
は、他の揮発化気体種と結合する不動態化気体を含み、食刻された新たな構造上
に不動態堆積を形成し、この構造の異方性食刻を提供する。
集積回路において半導体基板上に形成された能動装置又は構造を電気的に隔離す
るために使用される。例えば、誘電材料の層は、基板上の能動装置を電気的に接
続する相互接続導線を電気的に隔離するために用いることができる。しばしば、
これら誘電体層内を食刻して孔又は「バイア」を形成し、この中に導電材料を堆
積して垂直の相互接続又は「接点栓」を形成することが必要となる。誘電体層を
食刻するために、耐食刻材料のマスク層が誘電体層上に堆積されて、そして従来
のフォトリソグラフイック方法により所望の孔パターンに一致するようにパター
ン形成される。従来の食刻工程においては、誘電体層は典型的にエッチャント気
体のプラズマを用いた処理チェンバー内で食刻される。例えば、二酸化シリコン
層は誘電体層のシリコンと反応して揮発性のＳｉＦX種を形成するフッ素を含む
気体のプラズマにより食刻される。ふさわしいフッ素含有気体は、例えば、ＣＨ
Ｆ3、ＣＨ3Ｆ、ＣＦ4、及びＣＨ2Ｆ2を含む。これに加えて、エッチャント気体
は、他の揮発化気体種と結合する不動態化気体を含み、食刻された新たな構造上
に不動態堆積を形成し、この構造の異方性食刻を提供する。
【０００３】 最近のより高速の集積回路の要求は、より高い回路密度と動作周波数又はクロ
ック速度を生じ、この結果、低い誘電率（低Ｋ）を持った誘電材料を必要とする
。すなわち、現在の半導体製造技術においては、低Ｋ材料はシリコン酸化物の誘
電率である約３．２より低い誘電率、そして好ましくは約２．５ないし３．２の
誘電率を持った材料である。高密度集積回路において、金属相互接続線は互いに
より近く置かれ、より高い周波数で電圧を運搬する。従来の相対的に高い誘電率
の誘電材料は、誘電層の分極を生じそして相互接続線間の混線を生ずる。従って
、低Ｋを有する材料が、できる限り高い動作周波数を使用するために相互接続線
の間の容量結合を減少するのに必要である。新しい低Ｋ誘電材料は典型的に、ベ
ンゾシクロブテン、パリレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテル又は
ポリイミドなどの有機ポリマーを含む。これに加えて、低Ｋ誘電材料はしばしば
、熱的安定性を増加してさまざまな金属及び酸化物への接着を与えるため、例え
ば、Ｓｉ、ＳｉＯ2又はＳｉ3Ｎ4などの、シリコン元素又はシリコン含有化合物
のような少量の他の材料を含んでいる。
ック速度を生じ、この結果、低い誘電率（低Ｋ）を持った誘電材料を必要とする
。すなわち、現在の半導体製造技術においては、低Ｋ材料はシリコン酸化物の誘
電率である約３．２より低い誘電率、そして好ましくは約２．５ないし３．２の
誘電率を持った材料である。高密度集積回路において、金属相互接続線は互いに
より近く置かれ、より高い周波数で電圧を運搬する。従来の相対的に高い誘電率
の誘電材料は、誘電層の分極を生じそして相互接続線間の混線を生ずる。従って
、低Ｋを有する材料が、できる限り高い動作周波数を使用するために相互接続線
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ンゾシクロブテン、パリレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテル又は
ポリイミドなどの有機ポリマーを含む。これに加えて、低Ｋ誘電材料はしばしば
、熱的安定性を増加してさまざまな金属及び酸化物への接着を与えるため、例え
ば、Ｓｉ、ＳｉＯ2又はＳｉ3Ｎ4などの、シリコン元素又はシリコン含有化合物
のような少量の他の材料を含んでいる。
【０００４】 シリコン酸化材料と同様に、低Ｋ誘電材料はフッ素含有気体のプラズマを使用
して食刻される。特に、フッ素プラズマがシリコン含有誘電体と容易に反応する
から、シリコンを含んだベンゾシクロブテンなどの低Ｋ誘電材料は食刻される。
しかし、フッ素含有気体成分は高食刻速度と高食刻選択比の両方を与えることが
困難である。食刻選択比とは、低Ｋ誘電体層の食刻速度に対する上のマスク層（
典型的に二酸化シリコン）又はシリコン、多結晶シリコン層、又は珪化チタンな
どの下のシリコン含有層の食刻速度の比である。高食刻速度を与えるためにガス
成分を調整すると低い食刻選択比を生ずる。又は、この逆を生ずる。最近の集積
回路は典型的にマスク層に関しては５：１よりも大きい食刻選択比を、隣接する
又は下にある多結晶シリコン、ＷＳｉX、及びＴｉＳｉXなどのシリコン含有層に
関しては１５：１又はこれ以上を必要とする。フッ素含有気体を含んだ従来の食
刻技術の低い選択比は、低Ｋ誘電体層中にバイアなどの高アスペクト比を持った
構造を異方性食刻することは特別に困難であった。さらに、フッ素含有気体は処
理チェンバーを侵食する。例えば、高反応性のフッ素原子種は処理チェンバー内
のアルミニウムと反応して、ＡｌＦXなどの揮発性のフッ化アルミニウム種を形
成する。従って、フッ素を含まずにそして高い食刻速度と高い食刻選択比を与え
る低誘電体材料を食刻するためのエッチング方法が必要とされている。
して食刻される。特に、フッ素プラズマがシリコン含有誘電体と容易に反応する
から、シリコンを含んだベンゾシクロブテンなどの低Ｋ誘電材料は食刻される。
しかし、フッ素含有気体成分は高食刻速度と高食刻選択比の両方を与えることが
困難である。食刻選択比とは、低Ｋ誘電体層の食刻速度に対する上のマスク層（
典型的に二酸化シリコン）又はシリコン、多結晶シリコン層、又は珪化チタンな
どの下のシリコン含有層の食刻速度の比である。高食刻速度を与えるためにガス
成分を調整すると低い食刻選択比を生ずる。又は、この逆を生ずる。最近の集積
回路は典型的にマスク層に関しては５：１よりも大きい食刻選択比を、隣接する
又は下にある多結晶シリコン、ＷＳｉX、及びＴｉＳｉXなどのシリコン含有層に
関しては１５：１又はこれ以上を必要とする。フッ素含有気体を含んだ従来の食
刻技術の低い選択比は、低Ｋ誘電体層中にバイアなどの高アスペクト比を持った
構造を異方性食刻することは特別に困難であった。さらに、フッ素含有気体は処
理チェンバーを侵食する。例えば、高反応性のフッ素原子種は処理チェンバー内
のアルミニウムと反応して、ＡｌＦXなどの揮発性のフッ化アルミニウム種を形
成する。従って、フッ素を含まずにそして高い食刻速度と高い食刻選択比を与え
る低誘電体材料を食刻するためのエッチング方法が必要とされている。
【０００５】 従来の低Ｋ誘電材料をエッチング方法の別の問題点は、集積回路の設計で電気
的特性を決定するために使用される食刻された構造の所定の大きさである、食刻
された構造の重要な寸法を維持できないことである。現代の集積回路においては
、相互接続線の幅と接点栓の直径は、高回路密度を収容するためにますます小さ
くなり、０．２５マイクロ以下のレベルまで達している。これらの構造の電気抵
抗は食刻された構造の断面積に比例するから、１つの食刻構造全体または異なる
食刻構造間で均一または一貫した寸法を維持することが重要である。構造間の間
隔の関数として変化するテーパー状の断面輪郭、または構造の輪郭の他の変動は
許されない。重要な寸法は、マスク又はレジスト構造の幅Ｗｒと結果として得ら
れる食刻構造Ｗｅの間の差又は比として典型的に測定される。２つの幅が近けれ
ば近いほど、食刻構造の電気的特性は信頼できかつ予測できる。
的特性を決定するために使用される食刻された構造の所定の大きさである、食刻
された構造の重要な寸法を維持できないことである。現代の集積回路においては
、相互接続線の幅と接点栓の直径は、高回路密度を収容するためにますます小さ
くなり、０．２５マイクロ以下のレベルまで達している。これらの構造の電気抵
抗は食刻された構造の断面積に比例するから、１つの食刻構造全体または異なる
食刻構造間で均一または一貫した寸法を維持することが重要である。構造間の間
隔の関数として変化するテーパー状の断面輪郭、または構造の輪郭の他の変動は
許されない。重要な寸法は、マスク又はレジスト構造の幅Ｗｒと結果として得ら
れる食刻構造Ｗｅの間の差又は比として典型的に測定される。２つの幅が近けれ
ば近いほど、食刻構造の電気的特性は信頼できかつ予測できる。
【０００６】 従来のエッチング方法の別の問題点は、誘電体層の孔または食刻された構造上
に過剰に堆積する不動態層又は他のエッチャントの堆積である。これら不動態層
の堆積は食刻された孔に導電材料を充填する前に除去されなければならない。不
動態層の堆積の正確な成分は、処理気体中の揮発性種、食刻される材料、そして
基板上に塗布されたマスク又はレジスト層に依存するが、不動態層の堆積は典型
的に重合体材料からなる。これらの化学的成分のため、不動態層の堆積はしばし
ばさらなる食刻又は低Ｋ誘電材料を損傷することなく除去することが困難である
。従って、基板を食刻している間に不動態層の堆積を除去する低Ｋ誘電体材料を
食刻するエッチング方法が望まれている。
に過剰に堆積する不動態層又は他のエッチャントの堆積である。これら不動態層
の堆積は食刻された孔に導電材料を充填する前に除去されなければならない。不
動態層の堆積の正確な成分は、処理気体中の揮発性種、食刻される材料、そして
基板上に塗布されたマスク又はレジスト層に依存するが、不動態層の堆積は典型
的に重合体材料からなる。これらの化学的成分のため、不動態層の堆積はしばし
ばさらなる食刻又は低Ｋ誘電材料を損傷することなく除去することが困難である
。従って、基板を食刻している間に不動態層の堆積を除去する低Ｋ誘電体材料を
食刻するエッチング方法が望まれている。
【０００７】 さらに別の問題点がある。低Ｋ誘電体層内に相互接続線やバイアを形成するこ
とは従来の方法、例えば、二重ダマシン方法では困難である。二重ダマシン方法
は多レベル相互接続製造方法であり、誘電体層が異なるレベルの相互接続線を接
続するバイアを製造する第１の空隙を形成するため、そして相互接続線を製造す
るための第２の空隙を形成するために食刻される。第１の空隙が食刻された後、
空隙はエッチャント気体に耐性を有する有機ポリマーを含むホトレジストのよう
な犠牲材料によって充填される。そして、誘電体層は二度目の食刻をされて第１
の空隙の上に伸びる相互接続線のための第２の空隙を形成する。その後、犠牲材
料は、基板をエッチャント溶液に浸すことにより第１の空隙から除去される。バ
イア及び線のために第１及び第２の空隙は単一のメタライゼーション工程により
金属で充填される。しかし、低Ｋ誘電材料が誘電体層に使用されている時、従来
の二重ダマシン方法を使用することが困難である。なぜならば、両方の材料が有
機ポリマーであるため犠牲材料を除去する同じエッチャント溶液がまた低Ｋ誘電
材料を除去するからである。
とは従来の方法、例えば、二重ダマシン方法では困難である。二重ダマシン方法
は多レベル相互接続製造方法であり、誘電体層が異なるレベルの相互接続線を接
続するバイアを製造する第１の空隙を形成するため、そして相互接続線を製造す
るための第２の空隙を形成するために食刻される。第１の空隙が食刻された後、
空隙はエッチャント気体に耐性を有する有機ポリマーを含むホトレジストのよう
な犠牲材料によって充填される。そして、誘電体層は二度目の食刻をされて第１
の空隙の上に伸びる相互接続線のための第２の空隙を形成する。その後、犠牲材
料は、基板をエッチャント溶液に浸すことにより第１の空隙から除去される。バ
イア及び線のために第１及び第２の空隙は単一のメタライゼーション工程により
金属で充填される。しかし、低Ｋ誘電材料が誘電体層に使用されている時、従来
の二重ダマシン方法を使用することが困難である。なぜならば、両方の材料が有
機ポリマーであるため犠牲材料を除去する同じエッチャント溶液がまた低Ｋ誘電
材料を除去するからである。
【０００８】 従って、高い食刻速度と上のマスク層又は下のシリコン含有層に対する食刻選
択比とを与える低Ｋ誘電体材料を異方性食刻するためのエッチング方法が必要で
ある。食刻の完了後に基板上に不動態層の堆積がまったく又はほとんど残さない
エッチング方法が好ましい。また、エッチングプラズマには処理チェンバーを侵
食するフッ素含有気体が存在しないことが好ましい。さらに、従来の二重ダマシ
ン方法により低Ｋ誘電体層を形成する方法が必要である。
択比とを与える低Ｋ誘電体材料を異方性食刻するためのエッチング方法が必要で
ある。食刻の完了後に基板上に不動態層の堆積がまったく又はほとんど残さない
エッチング方法が好ましい。また、エッチングプラズマには処理チェンバーを侵
食するフッ素含有気体が存在しないことが好ましい。さらに、従来の二重ダマシ
ン方法により低Ｋ誘電体層を形成する方法が必要である。
【０００９】
本発明は、上に横たわるマスクに高い食刻選択性を提供するため、シリコン含
有有機誘電体層などの基板上の誘電体層をエッチングする方法を提供する。方法
は、（ｉ）酸化シリコン又は窒化シリコンのマスクにより覆われた誘電体層を有
する基板を処理ゾーンに置き、（ｉｉ）処理ゾーン内に、酸化シリコン又は窒化
シリコンのパターン化されたマスク層を食刻することなく基板上の誘電体層を実
質的に食刻するために酸素を含むエネルギー化された処理気体を与える。好まし
くは、処理ゾーン内に導入された処理気体は実質的にフッ素を含有しない気体で
ある。さらに好ましくは、処理気体は、窒素、アルゴン、キセノン、ネオン、ク
リプトン、ヘリウムなどの非反応性気体を含み、酸素に対する非反応性気体の体
積流量比は、少なくとも５００ｎｍ／分の食刻速度で且つ誘電体層のマスクに対
する食刻選択が少なくとも１５：１で誘電体層を食刻するために十分に高い。最
も好ましくは、方法は、約３．０以下の誘電率を有するシリコン含有有機誘電体
層を食刻するように指向されている。ふさわしい有機誘電体層は、ベンゾシクロ
ブテン、パリレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテル又はポリイミド
の一つ又は複数を含むポリマーから構成される。
有有機誘電体層などの基板上の誘電体層をエッチングする方法を提供する。方法
は、（ｉ）酸化シリコン又は窒化シリコンのマスクにより覆われた誘電体層を有
する基板を処理ゾーンに置き、（ｉｉ）処理ゾーン内に、酸化シリコン又は窒化
シリコンのパターン化されたマスク層を食刻することなく基板上の誘電体層を実
質的に食刻するために酸素を含むエネルギー化された処理気体を与える。好まし
くは、処理ゾーン内に導入された処理気体は実質的にフッ素を含有しない気体で
ある。さらに好ましくは、処理気体は、窒素、アルゴン、キセノン、ネオン、ク
リプトン、ヘリウムなどの非反応性気体を含み、酸素に対する非反応性気体の体
積流量比は、少なくとも５００ｎｍ／分の食刻速度で且つ誘電体層のマスクに対
する食刻選択が少なくとも１５：１で誘電体層を食刻するために十分に高い。最
も好ましくは、方法は、約３．０以下の誘電率を有するシリコン含有有機誘電体
層を食刻するように指向されている。ふさわしい有機誘電体層は、ベンゾシクロ
ブテン、パリレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテル又はポリイミド
の一つ又は複数を含むポリマーから構成される。
【００１０】 別の観点において、本発明は、基板上の誘電体層内に相互接続栓を形成するた
めにふさわしい方法を提供する。この方法において、誘電体層と上の第１マスク
を有する基板が処理ゾーン内に置かれる。本発明のエッチング方法を使用して、
第１の空隙が誘電体層中に形成される。そして、第１の空隙は、誘電体層の材料
と同じ速度又はより低い速度で食刻される犠牲材料により充填される。誘電体層
は、バイアのために形成された第１の空隙の上に横たわる相互接続線のための第
２の空隙を形成するために２回目の食刻が行なわれる。その後に、基板をストリ
ッパー溶液に浸すことにより第１の空隙から犠牲材料を除去する。そして、単一
のメタライゼーション工程により相互接続栓及び相互接続線を形成するため、第
１及び第２の空隙が金属により充填される。
めにふさわしい方法を提供する。この方法において、誘電体層と上の第１マスク
を有する基板が処理ゾーン内に置かれる。本発明のエッチング方法を使用して、
第１の空隙が誘電体層中に形成される。そして、第１の空隙は、誘電体層の材料
と同じ速度又はより低い速度で食刻される犠牲材料により充填される。誘電体層
は、バイアのために形成された第１の空隙の上に横たわる相互接続線のための第
２の空隙を形成するために２回目の食刻が行なわれる。その後に、基板をストリ
ッパー溶液に浸すことにより第１の空隙から犠牲材料を除去する。そして、単一
のメタライゼーション工程により相互接続栓及び相互接続線を形成するため、第
１及び第２の空隙が金属により充填される。
【００１１】 以下、本発明を説明する添付図面と詳細説明と特許請求の範囲を参照すること
により、本発明のこれらの及びその他の観点、特徴、及び利点がより理解される
であろう。
により、本発明のこれらの及びその他の観点、特徴、及び利点がより理解される
であろう。
【００１２】
本発明のエッチング方法は、高い食刻速度と高い食刻選択比でもって基板１５
上の低Ｋ誘電体層１０を異方性食刻するのに有用である。基板１５は、シリコン
又はガリウム砒素などの半導体材料、ポリマー、金属、セラミック、又はガラス
を含むどんな材料からも形成できる。好ましくは、低Ｋ誘電体層１０は、ベンゾ
シクロブテン、パリレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテル、ポリイ
ミド、又はこれらの混合物などの低誘電率を持った有機ポリマー材料を含む。よ
り好ましくは、低Ｋ誘電体層１０は、低い誘電率を持った有機ポリマー材料を含
み、そして熱的安定性及びさまざまな金属と酸化物への接着性を改善するために
少量の他の材料を含む。例えば、ベンゾシクロブテンなどの低誘電率を持ったシ
リコン含有有機ポリマー材料である。シリコン含有は、有機ポリマー材料が、Ｓ
ｉ、ＳｉＯ2、又はＳｉ3Ｎ3などのシリコン元素又はシリコン化合物を含むこと
を意味する。
上の低Ｋ誘電体層１０を異方性食刻するのに有用である。基板１５は、シリコン
又はガリウム砒素などの半導体材料、ポリマー、金属、セラミック、又はガラス
を含むどんな材料からも形成できる。好ましくは、低Ｋ誘電体層１０は、ベンゾ
シクロブテン、パリレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテル、ポリイ
ミド、又はこれらの混合物などの低誘電率を持った有機ポリマー材料を含む。よ
り好ましくは、低Ｋ誘電体層１０は、低い誘電率を持った有機ポリマー材料を含
み、そして熱的安定性及びさまざまな金属と酸化物への接着性を改善するために
少量の他の材料を含む。例えば、ベンゾシクロブテンなどの低誘電率を持ったシ
リコン含有有機ポリマー材料である。シリコン含有は、有機ポリマー材料が、Ｓ
ｉ、ＳｉＯ2、又はＳｉ3Ｎ3などのシリコン元素又はシリコン化合物を含むこと
を意味する。
【００１３】 有機ポリマー材料を含む低Ｋ誘電体層１０は一般に、溶剤ベース中に懸濁して
いる有機ポリマー前駆体から本質的になる高粘性液体から製造される。例えば、
ダウ・ケミカル社により製造されるＣＹＣＬＯＴＥＮＥ（登録商標）は、約２．
４の誘電率を有し、そして溶剤中に懸濁している有機ポリマー・ベンゾシクロブ
テンを含む。液体ポリマー前駆体は有機ポリマーを含んだ低Ｋ誘電体層１０を形
成するために従来のスピン・コーテイング装置を使用して基板１５上に塗布され
る。低Ｋ誘電体層１０の厚さは、基板上１５に分配されるポリマーの体積、基板
１５が回転される速度、又は回転時間を変えることにより調節される。そして、
基板１５上のポリマー層は真空オーブン内で硬化され、そして低圧及び／又は高
温度で溶媒媒体を蒸発させてポリマーを架橋する。
いる有機ポリマー前駆体から本質的になる高粘性液体から製造される。例えば、
ダウ・ケミカル社により製造されるＣＹＣＬＯＴＥＮＥ（登録商標）は、約２．
４の誘電率を有し、そして溶剤中に懸濁している有機ポリマー・ベンゾシクロブ
テンを含む。液体ポリマー前駆体は有機ポリマーを含んだ低Ｋ誘電体層１０を形
成するために従来のスピン・コーテイング装置を使用して基板１５上に塗布され
る。低Ｋ誘電体層１０の厚さは、基板上１５に分配されるポリマーの体積、基板
１５が回転される速度、又は回転時間を変えることにより調節される。そして、
基板１５上のポリマー層は真空オーブン内で硬化され、そして低圧及び／又は高
温度で溶媒媒体を蒸発させてポリマーを架橋する。
【００１４】 低Ｋ誘電体層１０上に耐食刻材料の覆い層が堆積される。典型的に、耐食刻層
は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、スパッターシリコン、アモ
ルファスシリコン、又はアモルファスカーボンのハードマスク層２０を含む。ハ
ードマスク層２０は、プラズマ増強蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着を含む
どんな従来手段により低Ｋ誘電体層１０上に直接堆積される。好ましい実施例に
おいては、ハードマスク層２０は、約０．１−０．３μｍの厚さのＣＶＤにより
堆積される二酸化シリコンの層を含む。
は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、スパッターシリコン、アモ
ルファスシリコン、又はアモルファスカーボンのハードマスク層２０を含む。ハ
ードマスク層２０は、プラズマ増強蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着を含む
どんな従来手段により低Ｋ誘電体層１０上に直接堆積される。好ましい実施例に
おいては、ハードマスク層２０は、約０．１−０．３μｍの厚さのＣＶＤにより
堆積される二酸化シリコンの層を含む。
【００１５】 ハードマスク層２０は、従来のホトリソグラフイック方法を使用して、低Ｋ誘
電体層１０内に食刻されるべき構造を定義するためにパターン化されて食刻され
る。従来のホトリソグラフイック方法において、デュポン・デ・ネマース・ケミ
カル社により製造されるＲＩＳＴＯＮ（登録商標）などのホトレジストがハード
マスク層２０上に塗布される。そして、バイアを形成するための孔又は空隙など
の食刻されるべき構造が、所望の構成の構造に対応したレチクルを介した光のパ
ターンでホトレジスト層２５を露光することにより定義される。露光されたホト
レジスト層２５は現像剤を使用して処理され、そして露光されていないホトレジ
ストは除去されてハードマスク層２０の部分を露呈する。その後、ハードマスク
層２０が、プラズマ、又はフッ素含有気体を含むエネルギー化された処理気体を
使用して食刻されて、下の低Ｋ誘電体層１０の部分を露呈する。
電体層１０内に食刻されるべき構造を定義するためにパターン化されて食刻され
る。従来のホトリソグラフイック方法において、デュポン・デ・ネマース・ケミ
カル社により製造されるＲＩＳＴＯＮ（登録商標）などのホトレジストがハード
マスク層２０上に塗布される。そして、バイアを形成するための孔又は空隙など
の食刻されるべき構造が、所望の構成の構造に対応したレチクルを介した光のパ
ターンでホトレジスト層２５を露光することにより定義される。露光されたホト
レジスト層２５は現像剤を使用して処理され、そして露光されていないホトレジ
ストは除去されてハードマスク層２０の部分を露呈する。その後、ハードマスク
層２０が、プラズマ、又はフッ素含有気体を含むエネルギー化された処理気体を
使用して食刻されて、下の低Ｋ誘電体層１０の部分を露呈する。
【００１６】 本方法においては、基板１５上の低Ｋ誘電体層１０は、図１に示されるような
、例えばアプライド・マテリアル社、カルフォルニア、サンタクララから商業的
に入手可能な、ダイエレクトリック・エッチＭｘＰ＋センチュラ・チェンバーな
どの、処理チェンバー３０内で食刻される。ここに示される特定の実施の形態の
処理チェンバー３０は、半導体基板１５の処理のために適当であり、本発明を説
明するためにのみ提供されるものであり、本発明の範囲を制限するために使用す
べきではない。処理気体をエネルギー化できる他の処理チェンバー、例えば、同
じくアプライド・マテリアル社から入手可能なＩＰＳチェンバーも使用できる。
、例えばアプライド・マテリアル社、カルフォルニア、サンタクララから商業的
に入手可能な、ダイエレクトリック・エッチＭｘＰ＋センチュラ・チェンバーな
どの、処理チェンバー３０内で食刻される。ここに示される特定の実施の形態の
処理チェンバー３０は、半導体基板１５の処理のために適当であり、本発明を説
明するためにのみ提供されるものであり、本発明の範囲を制限するために使用す
べきではない。処理気体をエネルギー化できる他の処理チェンバー、例えば、同
じくアプライド・マテリアル社から入手可能なＩＰＳチェンバーも使用できる。
【００１７】 方法を実行するために、処理チェンバー３０は約１ｍＴｏｒｒより低い圧力に
排気され、そして基板１５が同じく真空であるロードロック移送チェンバー（図
示しない）処理チェンバー３０の処理ゾーン３５へ移動される。好ましくは、処
理ゾーン３５は、少なくとも約５，０００ｃｍ3の体積を含み、そしてより好ま
しくは約１０，０００ないし約５０，０００ｃｍ3の体積を含む。基板１５はサ
ポート４０上に置かれる。そしてエッチング工程中、基板１５の温度を制御する
ためのヘリウムなどの冷媒気体が保持される溝５５を持った受け表面を有する機
械的又は静電気的チャック５０を使用して固定される。
排気され、そして基板１５が同じく真空であるロードロック移送チェンバー（図
示しない）処理チェンバー３０の処理ゾーン３５へ移動される。好ましくは、処
理ゾーン３５は、少なくとも約５，０００ｃｍ3の体積を含み、そしてより好ま
しくは約１０，０００ないし約５０，０００ｃｍ3の体積を含む。基板１５はサ
ポート４０上に置かれる。そしてエッチング工程中、基板１５の温度を制御する
ためのヘリウムなどの冷媒気体が保持される溝５５を持った受け表面を有する機
械的又は静電気的チャック５０を使用して固定される。
【００１８】 処理気体が基板１５の周囲に配置された気体分配器６０を通じて処理チェンバ
ー３０内に導入される。そして、処理チェンバー３０は約１ないし約１０００ｍ
Ｔｏｒｒ、より好ましくは典型的に、１０ないし３００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力
に維持される。処理ゾーン３５内の処理気体に電場が結合されて、処理気体を（
ｉ）処理チェンバー３０内を取り囲むインダクター・コイル６５にＲＦ電流を与
えることにより誘導的に、（ｉｉ）ＲＦ電流をサポート４０内のカソード電極６
３及び陽極電極として機能するように電気的に接地された処理チェンバー３０の
側壁４５に印加することにより容量的に、又は（ｉｉｉ）誘導的と容量的の両方
でエネルギー化する。反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）方法においては、処
理気体は典型的に、約１００ないし約２０００ワットの出力レベルのＲＦ電圧を
容量的にカソード電極６３に結合し、そして陽極電極に電気的に接地することに
より、容量的にエネルギー化される。この代わりに、約７５０ワットないは約２
０００ワットの出力レベルのＲＦ電流がインダクター・コイル６５へ印加されて
エネルギーを処理チェンバー３０内に誘導的に結合して、処理ゾーン３５内の処
理気体をエネルギー化する。処理電極又はインダクター・コイルに印加されるＲ
Ｆ電流の周波数は典型的に、約５０ＫＨＺないしは約６０ＭＨＺであり、そして
より典型的には約１３．５６ＭＨＺである。
ー３０内に導入される。そして、処理チェンバー３０は約１ないし約１０００ｍ
Ｔｏｒｒ、より好ましくは典型的に、１０ないし３００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力
に維持される。処理ゾーン３５内の処理気体に電場が結合されて、処理気体を（
ｉ）処理チェンバー３０内を取り囲むインダクター・コイル６５にＲＦ電流を与
えることにより誘導的に、（ｉｉ）ＲＦ電流をサポート４０内のカソード電極６
３及び陽極電極として機能するように電気的に接地された処理チェンバー３０の
側壁４５に印加することにより容量的に、又は（ｉｉｉ）誘導的と容量的の両方
でエネルギー化する。反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）方法においては、処
理気体は典型的に、約１００ないし約２０００ワットの出力レベルのＲＦ電圧を
容量的にカソード電極６３に結合し、そして陽極電極に電気的に接地することに
より、容量的にエネルギー化される。この代わりに、約７５０ワットないは約２
０００ワットの出力レベルのＲＦ電流がインダクター・コイル６５へ印加されて
エネルギーを処理チェンバー３０内に誘導的に結合して、処理ゾーン３５内の処
理気体をエネルギー化する。処理電極又はインダクター・コイルに印加されるＲ
Ｆ電流の周波数は典型的に、約５０ＫＨＺないしは約６０ＭＨＺであり、そして
より典型的には約１３．５６ＭＨＺである。
【００１９】 プラズマ又はエネルギー化された処理気体は、エレクトロン・サイクロトロン
共振又は磁気的増強リアクターを使用して増強される。ここでは、永久磁石７０
又は電磁石コイルなどの磁場発生器が処理ゾーン３５内のプラズマに磁場を印加
してエネルギー化された処理気体の密度と均一さを増加するために使用される。
好ましくは、磁場は、１９８９年６月２７日に発行された米国特許第４，８４２
，６８３号に記載されているように基板１５の平面に平行に回転する軸を持った
回転磁場を有する。処理チェンバー３０内の磁場は、エネルギー化された処理気
体内に形成されるイオンの密度を増加するのに十分に強く、そしてＣＭＯＳゲー
トなどの構造への充電損傷を減少するのに十分に均一である。一般に、基板１５
の表面で測定される磁場は５００ガウス以下であり、そして典型的には約１０な
いし約１００ガウスである。
共振又は磁気的増強リアクターを使用して増強される。ここでは、永久磁石７０
又は電磁石コイルなどの磁場発生器が処理ゾーン３５内のプラズマに磁場を印加
してエネルギー化された処理気体の密度と均一さを増加するために使用される。
好ましくは、磁場は、１９８９年６月２７日に発行された米国特許第４，８４２
，６８３号に記載されているように基板１５の平面に平行に回転する軸を持った
回転磁場を有する。処理チェンバー３０内の磁場は、エネルギー化された処理気
体内に形成されるイオンの密度を増加するのに十分に強く、そしてＣＭＯＳゲー
トなどの構造への充電損傷を減少するのに十分に均一である。一般に、基板１５
の表面で測定される磁場は５００ガウス以下であり、そして典型的には約１０な
いし約１００ガウスである。
【００２０】 消費された処理気体とエッチャント副産物は、処理チェンバー３０内に約１０ -3 ｍＴｏｒｒの最小圧力を達成することのできる排気システム７５を介して処理
チェンバー３０から排出される。スロットル・バルブ８０が処理チェンバー３０
内の圧力を制御するために排気システム内に設けられている。また、光学終点測
定技術が検出可能な気体種に対応する特定波長の光放射強度の変化を測定するこ
とにより、特定の層についての食刻工程の完了を決定するのに典型的に使用され
る。二酸化シリコン又はポリシリコン層と処理気体との化学反応から生ずる、例
えばＣＯ又はＣＮ等の、検出可能な種の量の突然の増加又は減少は、誘電体層の
食刻の完了と下の層の食刻の開始を示す。
チェンバー３０から排出される。スロットル・バルブ８０が処理チェンバー３０
内の圧力を制御するために排気システム内に設けられている。また、光学終点測
定技術が検出可能な気体種に対応する特定波長の光放射強度の変化を測定するこ
とにより、特定の層についての食刻工程の完了を決定するのに典型的に使用され
る。二酸化シリコン又はポリシリコン層と処理気体との化学反応から生ずる、例
えばＣＯ又はＣＮ等の、検出可能な種の量の突然の増加又は減少は、誘電体層の
食刻の完了と下の層の食刻の開始を示す。
【００２１】 本発明のエッチング方法は、有機ポリマー材料を含む低Ｋ誘電体層１０の高食
刻速度と高食刻選択比を与える処理気体を使用する。方法は、低Ｋ誘電体層１０
とその上にパターン化されたレジスト層を持った基板１５を処理ゾーン３５内に
置き、酸素を含む処理気体を処理ゾーン３５内に導入し、そしてポリマー層を食
刻するために処理ゾーン３５内の処理気体にエネルギーを与える、各ステップを
含む。エッチングの正確なメカニズムは未知だが、エッチングは主として低Ｋ誘
電体層１０の有機ポリマーの炭化水素成分と酸素気体が反応することにより、処
理チェンバー３０から排出されるＣＯ、ＣＯ2などの気体の炭素化合物及び他の
炭素含有気体を形成することにより行なわれると信じられる。
刻速度と高食刻選択比を与える処理気体を使用する。方法は、低Ｋ誘電体層１０
とその上にパターン化されたレジスト層を持った基板１５を処理ゾーン３５内に
置き、酸素を含む処理気体を処理ゾーン３５内に導入し、そしてポリマー層を食
刻するために処理ゾーン３５内の処理気体にエネルギーを与える、各ステップを
含む。エッチングの正確なメカニズムは未知だが、エッチングは主として低Ｋ誘
電体層１０の有機ポリマーの炭化水素成分と酸素気体が反応することにより、処
理チェンバー３０から排出されるＣＯ、ＣＯ2などの気体の炭素化合物及び他の
炭素含有気体を形成することにより行なわれると信じられる。
【００２２】 酸素気体の流量は処理ゾーン３５の大きさに依存し、そして基板１５上の実質
的に全てのエッチャント残留物と反応して気体性副産物を形成するのに十分に高
い。しかし、過剰に高い流量は好ましくない低Ｋ誘電体層の異方性食刻を生ずる
。約１０，０００ｃｍ3の体積を有する処理ゾーンに対して、酸素気体の適当な
流量は約５−１００ｓｃｃｍ、そしてより好ましくは約１０−４０ｓｃｃｍであ
る。異なる大きさの処理チェンバーに対しておいては、ｃｍ3における処理チェ
ンバー３０に対するｓｃｃｍにおける酸素流量の比が実質的に同じように維持さ
れる等価の酸素流量が使用されるべきである。
的に全てのエッチャント残留物と反応して気体性副産物を形成するのに十分に高
い。しかし、過剰に高い流量は好ましくない低Ｋ誘電体層の異方性食刻を生ずる
。約１０，０００ｃｍ3の体積を有する処理ゾーンに対して、酸素気体の適当な
流量は約５−１００ｓｃｃｍ、そしてより好ましくは約１０−４０ｓｃｃｍであ
る。異なる大きさの処理チェンバーに対しておいては、ｃｍ3における処理チェ
ンバー３０に対するｓｃｃｍにおける酸素流量の比が実質的に同じように維持さ
れる等価の酸素流量が使用されるべきである。
【００２３】 好ましくは、処理気体はエネルギー化された処理気体により活性化される不活
性気体を含み、低Ｋ誘電体層１０の表面に緩く接着した分離された材料をスパッ
タ除去し、これにより誘電体食刻速度を増強する。不活性気体は、アルゴン、キ
セノン、ネオン、クリプトン、又はヘリウムを含み、なかでもヘリウムが好まし
い。不活性気体の過剰な量は酸素気体の相対的な濃度を希釈させて全体の食刻速
度を減少させるため、酸素気体に対する不活性気体の体積流量は特定のポリマー
についての最適の食刻速度と食刻選択比を与えるように調整される。不活性気体
の処理気体中の量は典型的に約５ないし約４０ｓｃｃｍである。
性気体を含み、低Ｋ誘電体層１０の表面に緩く接着した分離された材料をスパッ
タ除去し、これにより誘電体食刻速度を増強する。不活性気体は、アルゴン、キ
セノン、ネオン、クリプトン、又はヘリウムを含み、なかでもヘリウムが好まし
い。不活性気体の過剰な量は酸素気体の相対的な濃度を希釈させて全体の食刻速
度を減少させるため、酸素気体に対する不活性気体の体積流量は特定のポリマー
についての最適の食刻速度と食刻選択比を与えるように調整される。不活性気体
の処理気体中の量は典型的に約５ないし約４０ｓｃｃｍである。
【００２４】 最適なエッチングのために、不活性気体に対する酸素の体積流量比は低Ｋ誘電
体層を食刻し終える前にハードマスク層２０を食刻し過ぎないように上のＳｉＯ 2 、又はＳｉ3Ｎ4のハードマスク層２０について高い食刻選択性と高い食刻速度
の両方を与えるように選択される。好ましくは、不活性気体に対する酸素の体積
流量比は、少なくとも約１５：１のハードマスク層２０（そしてまた下の層に対
し）に対し低Ｋ誘電体材料を食刻する食刻層選択比を与えるように、そして同時
に低Ｋ誘電体層１０を少なくとも約０．５μｍ／分の高食刻速度、そして好まし
くは０．７ないし１．５μｍで食刻するように選択される。好ましくは、他の気
体に対する酸素の体積流量比は約１：０ないし約０：１、そしてより好ましくは
２：１ないし１：０、そして最も好ましくは約１：１である。例えば、基板１５
が低Ｋ誘電体層１０の下に多結晶又は単結晶シリコン、珪化金属、シリコン酸化
物、又は窒化シリコン層などの下層を含む時、不活性気体に対する酸素の体積流
量比は材料の特定の組合せ、例えばシリコン基板に対してベンゾシクロブテンの
食刻のように、につき食刻選択比を増加するように調整できる。特に、処理気体
の体積流量比はシリコン基板１５に対する誘電体の食刻選択比が少なくとも約５
：１、そしてより好ましくは少なくとも約１５：１であるように選択される。不
活性気体に対する酸素の体積流量比は低Ｋ誘電体層１０の食刻速度が少なくとも
１０となるように調節でき、一方、食刻構造の側壁９０が基板１５上の低Ｋ誘電
体層１０に対して少なくとも約８５度の角度を形成する滑らかな表面を有する。
好ましい体積流量比がここに記載されているが、体積流量比は本発明の範囲から
逸脱することなく、特定の食刻選択比と食刻速度を達成するために異なる材料の
組合せ、構造のアスペクト比などの構造幾何形状について調整できる。
体層を食刻し終える前にハードマスク層２０を食刻し過ぎないように上のＳｉＯ 2 、又はＳｉ3Ｎ4のハードマスク層２０について高い食刻選択性と高い食刻速度
の両方を与えるように選択される。好ましくは、不活性気体に対する酸素の体積
流量比は、少なくとも約１５：１のハードマスク層２０（そしてまた下の層に対
し）に対し低Ｋ誘電体材料を食刻する食刻層選択比を与えるように、そして同時
に低Ｋ誘電体層１０を少なくとも約０．５μｍ／分の高食刻速度、そして好まし
くは０．７ないし１．５μｍで食刻するように選択される。好ましくは、他の気
体に対する酸素の体積流量比は約１：０ないし約０：１、そしてより好ましくは
２：１ないし１：０、そして最も好ましくは約１：１である。例えば、基板１５
が低Ｋ誘電体層１０の下に多結晶又は単結晶シリコン、珪化金属、シリコン酸化
物、又は窒化シリコン層などの下層を含む時、不活性気体に対する酸素の体積流
量比は材料の特定の組合せ、例えばシリコン基板に対してベンゾシクロブテンの
食刻のように、につき食刻選択比を増加するように調整できる。特に、処理気体
の体積流量比はシリコン基板１５に対する誘電体の食刻選択比が少なくとも約５
：１、そしてより好ましくは少なくとも約１５：１であるように選択される。不
活性気体に対する酸素の体積流量比は低Ｋ誘電体層１０の食刻速度が少なくとも
１０となるように調節でき、一方、食刻構造の側壁９０が基板１５上の低Ｋ誘電
体層１０に対して少なくとも約８５度の角度を形成する滑らかな表面を有する。
好ましい体積流量比がここに記載されているが、体積流量比は本発明の範囲から
逸脱することなく、特定の食刻選択比と食刻速度を達成するために異なる材料の
組合せ、構造のアスペクト比などの構造幾何形状について調整できる。
【００２５】 本発明の別の実施の形態において、酸素と不活性気体の組合せに不動態化気体
を追加すると、新たに食刻された構造の側壁９０上に不動態膜を与え、これによ
り異方性食刻を促進することが発見された。追加された不動態化気体が分離され
た炭素原子と反応してポリマーを形成し、新しく食刻された構造の側壁９０上に
垂直異方性食刻を改良する不動態膜として堆積すると信じられている。適当な気
体は、Ｎ2、Ｈ2、ＮＨ3、ＣＯ又はこれらの混合物を含む。なかでも、Ｎ2が好ま
しい。好ましくは、酸素、不活性気体、及び不動態化気体の体積流量比は約１：
５：５ないし約１：０：０であり、より好ましくは約１：１：１ないし約１：０
：５であり、最も好ましくは約１：０：１ないし約１：０：５である。
を追加すると、新たに食刻された構造の側壁９０上に不動態膜を与え、これによ
り異方性食刻を促進することが発見された。追加された不動態化気体が分離され
た炭素原子と反応してポリマーを形成し、新しく食刻された構造の側壁９０上に
垂直異方性食刻を改良する不動態膜として堆積すると信じられている。適当な気
体は、Ｎ2、Ｈ2、ＮＨ3、ＣＯ又はこれらの混合物を含む。なかでも、Ｎ2が好ま
しい。好ましくは、酸素、不活性気体、及び不動態化気体の体積流量比は約１：
５：５ないし約１：０：０であり、より好ましくは約１：１：１ないし約１：０
：５であり、最も好ましくは約１：０：１ないし約１：０：５である。
【００２６】 処理気体のさらなる利点は、酸素含有気体は、特に低いエッチング温度におい
て、基板１５上に残存するホトレジスト、エッチャント副産物、及び過剰な不動
態堆積物を取除き又は剥ぎ取り、同時に低Ｋ誘電体層１０を食刻する。従って、
低Ｋ誘電体層１０の食刻が完了する時、ホトレジストを剥ぎ取る後処理を製造工
程を中断することなく直ちに進めることができる。しかし、従来のレジストを焼
却するために基板１５を約２００ないし４００℃の温度で加熱することが必要な
レジスト剥ぎ取り方法とは対照的に、本発明の方法は低Ｋ誘電体層を低温度で食
刻することにより取除く。
て、基板１５上に残存するホトレジスト、エッチャント副産物、及び過剰な不動
態堆積物を取除き又は剥ぎ取り、同時に低Ｋ誘電体層１０を食刻する。従って、
低Ｋ誘電体層１０の食刻が完了する時、ホトレジストを剥ぎ取る後処理を製造工
程を中断することなく直ちに進めることができる。しかし、従来のレジストを焼
却するために基板１５を約２００ないし４００℃の温度で加熱することが必要な
レジスト剥ぎ取り方法とは対照的に、本発明の方法は低Ｋ誘電体層を低温度で食
刻することにより取除く。
【００２７】 図２は、Ｓｉ−Ｏ結合と炭化水素グループを示す、ベンゾシクロブテンの分子
の一部を示す概略図である。酸素含有気体と低Ｋ誘電体層１０の有機ポリマーの
炭化水素グループとの間の反応は発熱反応で、低Ｋ誘電体の食刻速度は基板１５
の温度を下げることにより実際に改良される。好ましくは、基板１５は上述した
ようにヘリウムを使用して約５０℃の温度に冷却される。より好ましくは、基板
１５は少なくとも約１５℃の温度まで冷却される。そして最も好ましくは少なく
と２０℃まで冷却される。
の一部を示す概略図である。酸素含有気体と低Ｋ誘電体層１０の有機ポリマーの
炭化水素グループとの間の反応は発熱反応で、低Ｋ誘電体の食刻速度は基板１５
の温度を下げることにより実際に改良される。好ましくは、基板１５は上述した
ようにヘリウムを使用して約５０℃の温度に冷却される。より好ましくは、基板
１５は少なくとも約１５℃の温度まで冷却される。そして最も好ましくは少なく
と２０℃まで冷却される。
【００２８】 さらに別の観点では、本発明は二重ダマシン方法により低Ｋ誘電体層１０内に
相互接続線９５、及びバイア１００の複数レベルを形成する方法である。この方
法において、図３ａないし図３ｄに示すように、０．５ないし約５μｍの厚さを
有する低Ｋ誘電体層１０が、基板１５上の下層１０５上の導電材料の相互接続線
９５上に堆積される。低Ｋ誘電体層１０上に酸化シリコン又は窒化シリコンのパ
ターン化されたハードマスク層２０が形成される。その後に、本発明の方法が相
互接続線９５の互いに異なるレベルを接続するためのバイア１００を製造するた
めに低Ｋ誘電体層１０内に第１の空隙１１０を食刻するために使用される。
相互接続線９５、及びバイア１００の複数レベルを形成する方法である。この方
法において、図３ａないし図３ｄに示すように、０．５ないし約５μｍの厚さを
有する低Ｋ誘電体層１０が、基板１５上の下層１０５上の導電材料の相互接続線
９５上に堆積される。低Ｋ誘電体層１０上に酸化シリコン又は窒化シリコンのパ
ターン化されたハードマスク層２０が形成される。その後に、本発明の方法が相
互接続線９５の互いに異なるレベルを接続するためのバイア１００を製造するた
めに低Ｋ誘電体層１０内に第１の空隙１１０を食刻するために使用される。
【００２９】 誘電体層内に食刻された第１の空隙１１０はハードマスク層２０を食刻しそし
てパターン化するのに使用されるパターンニング工程に耐える犠牲材料１１５に
より充填され、そして本方法により有機ポリマー低Ｋ誘電体層１０を食刻する速
度と同じか又はより低い速度で食刻される。ハードマスクの第２層２０が、低Ｋ
誘電体層１０と充填された空隙の表面上に形成され、ハードマスク層２０が基板
１５上にレジスト構造の別の組の層を与えるためにパターン化される。
てパターン化するのに使用されるパターンニング工程に耐える犠牲材料１１５に
より充填され、そして本方法により有機ポリマー低Ｋ誘電体層１０を食刻する速
度と同じか又はより低い速度で食刻される。ハードマスクの第２層２０が、低Ｋ
誘電体層１０と充填された空隙の表面上に形成され、ハードマスク層２０が基板
１５上にレジスト構造の別の組の層を与えるためにパターン化される。
【００３０】 低Ｋ誘電体層１０は本エッチング方法により２回目の食刻されて、低Ｋ誘電体
層１０内に第２の空隙１２０を形成する。第２の空隙１２０は、相互接続バイア
１００を形成する第１の空隙１１０の上に横たわる第２の相互接続線を形成する
ための大きさをもって分布される。その後に、犠牲材料１１５が第１の空隙１１
０から周囲の低Ｋ誘電体層１０を損傷または食刻することなく残存する犠牲材料
１１５を実質的に取除く湿式食刻方法により除去される。第１及び第２の空隙１
２０には、図３ｄに示すように相互接続栓及び上に横たわる相互接続線９５を形
成するために単一のメタライゼーション工程により、金属が充填される。
層１０内に第２の空隙１２０を形成する。第２の空隙１２０は、相互接続バイア
１００を形成する第１の空隙１１０の上に横たわる第２の相互接続線を形成する
ための大きさをもって分布される。その後に、犠牲材料１１５が第１の空隙１１
０から周囲の低Ｋ誘電体層１０を損傷または食刻することなく残存する犠牲材料
１１５を実質的に取除く湿式食刻方法により除去される。第１及び第２の空隙１
２０には、図３ｄに示すように相互接続栓及び上に横たわる相互接続線９５を形
成するために単一のメタライゼーション工程により、金属が充填される。
【００３１】 低Ｋ誘電体ポリマー層を食刻するための二重ダマシン工程を実行する時の問題
は、第１の空隙１１０内の犠牲材料１１５が第２の空隙１２０を形成するために
使用される後の工程により除去されないことである。同時に、犠牲材料１１５は
周囲の低Ｋ誘電体層１０を損傷したり食刻したりすることがない工程により、容
易に除去できなければならないことである。好ましくは、犠牲材料１１５は、低
Ｋ誘電体層１０とほぼ同じ速度又はより低い速度で食刻される有機ポリマーから
本質的になるホトレジストである。より好ましくは、犠牲材料１１５として使用
されたホトレジストは第２の相互接続線９５を形成するために第２の空隙１２０
を食刻するのに用いられる食刻工程により除去されない。これはハードマスク層
２０をパターン化するのに使用されるホトレジストのタイプと反対のホトレジス
トを使用することにより達成できる。例えば、ＲＩＳＴＯＮ（登録商標）などの
ポジテイブレジストがハードマスク層２０をパターン化するのに使用される時、
ネガテイブレジストが犠牲材料１１５として使用される。別の方法は、異なる周
波数の光に感度を有するホトレジストを選択して、犠牲材料１１５として使用さ
れるホトレジストがハードマスク層２０をパターン化するのに使用される光への
露光により変化されないようにすることである。第３の方法は、ハードマスク層
２０上のホトレジスト層２５内に第２の空隙１２０を画定すると同時に、第１の
空隙１１０内の犠牲材料１１５を露光する又は遮蔽するレチクルを使用すること
である。同じ周波数の光により露光されない適当なホトレジストはＲＩＳＴＯＮ
（登録商標）である。
は、第１の空隙１１０内の犠牲材料１１５が第２の空隙１２０を形成するために
使用される後の工程により除去されないことである。同時に、犠牲材料１１５は
周囲の低Ｋ誘電体層１０を損傷したり食刻したりすることがない工程により、容
易に除去できなければならないことである。好ましくは、犠牲材料１１５は、低
Ｋ誘電体層１０とほぼ同じ速度又はより低い速度で食刻される有機ポリマーから
本質的になるホトレジストである。より好ましくは、犠牲材料１１５として使用
されたホトレジストは第２の相互接続線９５を形成するために第２の空隙１２０
を食刻するのに用いられる食刻工程により除去されない。これはハードマスク層
２０をパターン化するのに使用されるホトレジストのタイプと反対のホトレジス
トを使用することにより達成できる。例えば、ＲＩＳＴＯＮ（登録商標）などの
ポジテイブレジストがハードマスク層２０をパターン化するのに使用される時、
ネガテイブレジストが犠牲材料１１５として使用される。別の方法は、異なる周
波数の光に感度を有するホトレジストを選択して、犠牲材料１１５として使用さ
れるホトレジストがハードマスク層２０をパターン化するのに使用される光への
露光により変化されないようにすることである。第３の方法は、ハードマスク層
２０上のホトレジスト層２５内に第２の空隙１２０を画定すると同時に、第１の
空隙１１０内の犠牲材料１１５を露光する又は遮蔽するレチクルを使用すること
である。同じ周波数の光により露光されない適当なホトレジストはＲＩＳＴＯＮ
（登録商標）である。
【００３２】 本発明は、ベンゾシクロブテンなどのシリコン含有低Ｋ誘電体層１０から適当
な犠牲材料１１５を周囲の低Ｋ誘電体層１０を損傷又は食刻することなく除去す
る方法を提供する。ハードマスク層２０内に第２の空隙１２０が形成された後に
、基板１５が低Ｋ誘電体材料と反応することなく犠牲材料を除去するストリッピ
ング溶液のバスに浸される。適当なストリッピング溶液は、マサチュセッツ、ニ
ュートン、シップレイ社から商業的に入手可能なＥＫＣ（登録商標）を含む。基
板はバス中に約５秒ないし１時間浸される。これに加えて、超音波バス又は加熱
などの追加のエネルギーをバスに加える方法も使用できる。湿式食刻工程に続い
て、基板１５の表面上に残留するエッチング溶液が中性化されてそして適当なす
すぎ装置により除去される。適当なすすぎ装置は、カスケード・オーバーフロー
すすぎタンク、クイックダウンすすぎ器、又はスピンすすぎ／乾燥機を含む。
な犠牲材料１１５を周囲の低Ｋ誘電体層１０を損傷又は食刻することなく除去す
る方法を提供する。ハードマスク層２０内に第２の空隙１２０が形成された後に
、基板１５が低Ｋ誘電体材料と反応することなく犠牲材料を除去するストリッピ
ング溶液のバスに浸される。適当なストリッピング溶液は、マサチュセッツ、ニ
ュートン、シップレイ社から商業的に入手可能なＥＫＣ（登録商標）を含む。基
板はバス中に約５秒ないし１時間浸される。これに加えて、超音波バス又は加熱
などの追加のエネルギーをバスに加える方法も使用できる。湿式食刻工程に続い
て、基板１５の表面上に残留するエッチング溶液が中性化されてそして適当なす
すぎ装置により除去される。適当なすすぎ装置は、カスケード・オーバーフロー
すすぎタンク、クイックダウンすすぎ器、又はスピンすすぎ／乾燥機を含む。
【００３３】
以下の実施例により、半導体基板１５上に有機ポリマーを含む低Ｋ誘電体層１
０、特にシリコン含有低Ｋ誘電体層、をエッチングする本発明の方法を説明する
。しかし、当業者には明らかなように装置と方法は他のアプリケーションにも使
用できる。本発明の範囲は以下に与えられる例に示されるものに限定すべきでな
い。
０、特にシリコン含有低Ｋ誘電体層、をエッチングする本発明の方法を説明する
。しかし、当業者には明らかなように装置と方法は他のアプリケーションにも使
用できる。本発明の範囲は以下に与えられる例に示されるものに限定すべきでな
い。
【００３４】 これらの例において、基板１５は２００ｍｍ（８インチ）直径のシリコンウエ
ハーであって、約２μｍの厚さを持ったベンゾシクロブテン層と約０．３μｍの
厚さを持った酸化シリコンハードマスク層２０が連続的に被覆された。これに加
えて、ハードマスク層２０上に典型的に約１μｍ厚のホトレジスト層が存在した
。基板１５はダイエレクトリック・エッチＭｘＰ＋センチュラ・チェンバーのサ
ポート４０上に置かれた。Ｏ2とＮ2とを含んだ処理気体が以下に説明される特定
の体積流量と体積流量比で処理チェンバー３０内に導入された、そして処理チェ
ンバー３０が約３０ｍＴｏｒｒの圧力に維持された。その後に、処理気体が処理
電極にＲＦ電圧を印加することにより処理ゾーン３５内でエネルギー化され、そ
してエネルギー化された処理気体が処理ゾーン３５内に回転磁場を印加すること
により増強された。処理電極に印加された特定の電力レベル及び磁場の強度は各
実施例について記述される。基板１５は、低Ｋ誘電体層１０の高食刻速度を提供
するために十分に低い温度までに冷却された。典型的に、基板１５は、基板１５
の背面上の約２ないし約２０Ｔｏｒｒの圧力に維持されたヘリウム流を使用して
２℃の温度まで冷却された。
ハーであって、約２μｍの厚さを持ったベンゾシクロブテン層と約０．３μｍの
厚さを持った酸化シリコンハードマスク層２０が連続的に被覆された。これに加
えて、ハードマスク層２０上に典型的に約１μｍ厚のホトレジスト層が存在した
。基板１５はダイエレクトリック・エッチＭｘＰ＋センチュラ・チェンバーのサ
ポート４０上に置かれた。Ｏ2とＮ2とを含んだ処理気体が以下に説明される特定
の体積流量と体積流量比で処理チェンバー３０内に導入された、そして処理チェ
ンバー３０が約３０ｍＴｏｒｒの圧力に維持された。その後に、処理気体が処理
電極にＲＦ電圧を印加することにより処理ゾーン３５内でエネルギー化され、そ
してエネルギー化された処理気体が処理ゾーン３５内に回転磁場を印加すること
により増強された。処理電極に印加された特定の電力レベル及び磁場の強度は各
実施例について記述される。基板１５は、低Ｋ誘電体層１０の高食刻速度を提供
するために十分に低い温度までに冷却された。典型的に、基板１５は、基板１５
の背面上の約２ないし約２０Ｔｏｒｒの圧力に維持されたヘリウム流を使用して
２℃の温度まで冷却された。
【００３５】 食刻されたウエハーの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真又はマイクログラフが、
（ｉ）低Ｋ誘電体層１０から除去された材料、（ｉｉ）上に横たわるＳｉＯ2ハ
ードマスク層２０から除去された材料、及び（ｉｉｉ）側壁輪郭角度を測定する
ために使用された。平均食刻速度が、少なくとも１５の異なる場所において基板
１５の食刻された構造の深さを測定することにより計算された。食刻選択比は、
ハードマスク層２０の食刻速度に対する低Ｋ誘電体層１０の食刻速度の比から計
算された。食刻速度均一さは次式を使用して計算された。 均一さ＝（最大食刻速度−最小食刻速度）／（２平均食刻速度） 実施例１ 第１実施例において、一連の実験が、基板温度、ＲＦ出力、磁場強度、及びＮ 2 に対するＯ2の体積流量比が低Ｋ誘電体層１０内にバイアを食刻する平均食刻速
度に与える影響を研究するために行なわれた。図４に結果が示される。ここにお
いて、垂直軸は食刻速度が測定された各基板１５上の四つの異なる領域を指示す
るために四つの部分に分割されている。低密度の食刻構造又は能動装置を有する
基板の端（隔離領域）、高密度の領域を有する基板の端、低密度の領域を有する
基板の中心、及び高密度領域を有する基板の中心である。グラフに示される食刻
速度は１９基板で行なわれた測定について計算された平均食刻速度である。端の
隔離領域についての平均食刻速度は７９５２Å／分であり、端の高密度領域につ
いての平均食刻速度は８０４６、そして中心の高密度及び隔離領域の平均食刻速
度はそれぞれ７３４０及び７３５０である。図４の水平軸はまた４つの部分に分
割され、所望の温度レベルに基板を維持するために基板の背面に印加されるヘリ
ウムの圧力をＴｏｒｒで示し、処理電極に印加される出力レベル、磁場の強度、
及び８０ｓｃｃｍの処理気体の全流量においてＮ2に対するＯ2の体積流量比を示
す。
（ｉ）低Ｋ誘電体層１０から除去された材料、（ｉｉ）上に横たわるＳｉＯ2ハ
ードマスク層２０から除去された材料、及び（ｉｉｉ）側壁輪郭角度を測定する
ために使用された。平均食刻速度が、少なくとも１５の異なる場所において基板
１５の食刻された構造の深さを測定することにより計算された。食刻選択比は、
ハードマスク層２０の食刻速度に対する低Ｋ誘電体層１０の食刻速度の比から計
算された。食刻速度均一さは次式を使用して計算された。 均一さ＝（最大食刻速度−最小食刻速度）／（２平均食刻速度） 実施例１ 第１実施例において、一連の実験が、基板温度、ＲＦ出力、磁場強度、及びＮ 2 に対するＯ2の体積流量比が低Ｋ誘電体層１０内にバイアを食刻する平均食刻速
度に与える影響を研究するために行なわれた。図４に結果が示される。ここにお
いて、垂直軸は食刻速度が測定された各基板１５上の四つの異なる領域を指示す
るために四つの部分に分割されている。低密度の食刻構造又は能動装置を有する
基板の端（隔離領域）、高密度の領域を有する基板の端、低密度の領域を有する
基板の中心、及び高密度領域を有する基板の中心である。グラフに示される食刻
速度は１９基板で行なわれた測定について計算された平均食刻速度である。端の
隔離領域についての平均食刻速度は７９５２Å／分であり、端の高密度領域につ
いての平均食刻速度は８０４６、そして中心の高密度及び隔離領域の平均食刻速
度はそれぞれ７３４０及び７３５０である。図４の水平軸はまた４つの部分に分
割され、所望の温度レベルに基板を維持するために基板の背面に印加されるヘリ
ウムの圧力をＴｏｒｒで示し、処理電極に印加される出力レベル、磁場の強度、
及び８０ｓｃｃｍの処理気体の全流量においてＮ2に対するＯ2の体積流量比を示
す。
【００３６】 図４を参照すると、ほとんど例外なく、基板１５の全ての四つの測定領域の食
刻速度はヘリウム圧力、ＲＦ出力、磁場強度、及びＮ2に対するＯ2の体積流量比
の増加に伴ない増加した。酸素含有気体は低Ｋ誘電体層１０の食刻について主に
影響を与えるため、食刻速度はＮ2に対するＯ2の体積流量比の増加に対して最も
急速に増加することが見える。
刻速度はヘリウム圧力、ＲＦ出力、磁場強度、及びＮ2に対するＯ2の体積流量比
の増加に伴ない増加した。酸素含有気体は低Ｋ誘電体層１０の食刻について主に
影響を与えるため、食刻速度はＮ2に対するＯ2の体積流量比の増加に対して最も
急速に増加することが見える。
【００３７】 低Ｋ誘電体食刻速度はまた、処理気体と低Ｋ誘電体層１０との間の食刻反応が
発熱性のため、ヘリウム圧力の増加又は基板１５の冷却の増加に対して上昇する
。しかし、低Ｋ誘電体食刻速度は、能動装置が高密度である基板１５の端の近く
の領域においては２つの理由でヘリウム圧力と共に増加しない。第１に、ヘリウ
ムが基板１５の端を流れることにより基板１５の下の溝５５から流出し、基板の
端をより冷却する。第２に、この領域にはより多くの能動装置が存在し、そして
より少ない材料が食刻されて、過剰な熱が除去され、従って食刻速度について影
響がより少ない。増加する磁場強度に対してこの領域はほぼ一定の食刻速度を示
し、これも同じファクターに帰する。例えば、除去されるべきより少ない低Ｋ誘
電体材料しか存在しないため、基板上のエネルギー化された処理気体の濃度と攪
拌を増加させる磁場強度の増加は誘電体食刻について全く又はほとんど影響を持
たない。
発熱性のため、ヘリウム圧力の増加又は基板１５の冷却の増加に対して上昇する
。しかし、低Ｋ誘電体食刻速度は、能動装置が高密度である基板１５の端の近く
の領域においては２つの理由でヘリウム圧力と共に増加しない。第１に、ヘリウ
ムが基板１５の端を流れることにより基板１５の下の溝５５から流出し、基板の
端をより冷却する。第２に、この領域にはより多くの能動装置が存在し、そして
より少ない材料が食刻されて、過剰な熱が除去され、従って食刻速度について影
響がより少ない。増加する磁場強度に対してこの領域はほぼ一定の食刻速度を示
し、これも同じファクターに帰する。例えば、除去されるべきより少ない低Ｋ誘
電体材料しか存在しないため、基板上のエネルギー化された処理気体の濃度と攪
拌を増加させる磁場強度の増加は誘電体食刻について全く又はほとんど影響を持
たない。
【００３８】 実施例２ 第２実施例は図５ａ及び図５ｂにそれぞれ示すように、Ｏ2の増加する体積流
量の関数として、食刻された構造の側壁輪郭と食刻速度の変化を説明する。この
実験において、Ｏ2の体積流量は４０から５０ｓｃｃｍに増加され、そしてＮ2に
対するＯ2の体積流量は１：１の一定に保たれた。処理電極に印加された出力レ
ベルは６００ワットであった。ウエハー表面で測定された磁場は９０ガウスであ
った。基板１５は１４Ｔｏｒｒの圧力のヘリウムにより２℃の温度に維持された
。
量の関数として、食刻された構造の側壁輪郭と食刻速度の変化を説明する。この
実験において、Ｏ2の体積流量は４０から５０ｓｃｃｍに増加され、そしてＮ2に
対するＯ2の体積流量は１：１の一定に保たれた。処理電極に印加された出力レ
ベルは６００ワットであった。ウエハー表面で測定された磁場は９０ガウスであ
った。基板１５は１４Ｔｏｒｒの圧力のヘリウムにより２℃の温度に維持された
。
【００３９】 図５ａに示されるように、低Ｋ誘電体層１０の食刻速度はＯ2の体積流量の増
加に伴ない比例して増加する。そして酸素の流量が４５ｓｃｃｍを越えるとより
速い速度で増加する。
加に伴ない比例して増加する。そして酸素の流量が４５ｓｃｃｍを越えるとより
速い速度で増加する。
【００４０】 図５ｂを参照すると、Ｏ2の体積流量が増加すると側壁の輪郭の角度が増加す
ることが示されている。９０度の好ましい輪郭は約４５ｓｃｃｍである。図５ｂ
においては、側壁輪郭角度は低Ｋ誘電体層１０下の基板表面から測定された。そ
して、９０度より大きい角度はおじぎをした側壁である。おじぎをするというこ
とは食刻構造の断面積が食刻構造の上から底に向けて増加することを意味する。
ることが示されている。９０度の好ましい輪郭は約４５ｓｃｃｍである。図５ｂ
においては、側壁輪郭角度は低Ｋ誘電体層１０下の基板表面から測定された。そ
して、９０度より大きい角度はおじぎをした側壁である。おじぎをするというこ
とは食刻構造の断面積が食刻構造の上から底に向けて増加することを意味する。
【００４１】 実施例３ 第３実施例は、誘電体層の食刻において、重要な寸法（ＣＤ）の損失に関する
３レベルにおいて作用する４つの変数の影響を研究するため行なわれた要素的設
計の研究を示す。４つの変数は、表１に示すように、ヘリウムの背面冷却圧力、
プラズマ発生器に印加された出力、磁場強度、そしてＮ2に対するＯ2の体積流量
比である。
３レベルにおいて作用する４つの変数の影響を研究するため行なわれた要素的設
計の研究を示す。４つの変数は、表１に示すように、ヘリウムの背面冷却圧力、
プラズマ発生器に印加された出力、磁場強度、そしてＮ2に対するＯ2の体積流量
比である。
【００４２】 表１
【００４３】 これらの実験においては、０．２５μｍの重要な寸法を持った溝が低Ｋ誘電体
層１０中に食刻された。低Ｋ誘電体層１０内に食刻された構造の重要な寸法は、
基板１５の表面にわたって２つの異なる領域において測定された。ＳＥＭマイク
ログラフが食刻前の低Ｋ誘電体層上に形成されたマスク又はレジスト構造の平均
幅（Ｗｒ）を測定するのに使用された。食刻後に、食刻された構造の第２の幅（
Ｗｅ）が測定された。重要な寸法の損失は差（Ｗｒ−Ｗｅ）であり、重要な寸法
の損失％は（Ｗｒ−Ｗｅ）／Ｗｒｘ１００％であった。最小の重要な寸法は、食
刻構造の断面を横断する最小幅の平均値として測定された。
層１０中に食刻された。低Ｋ誘電体層１０内に食刻された構造の重要な寸法は、
基板１５の表面にわたって２つの異なる領域において測定された。ＳＥＭマイク
ログラフが食刻前の低Ｋ誘電体層上に形成されたマスク又はレジスト構造の平均
幅（Ｗｒ）を測定するのに使用された。食刻後に、食刻された構造の第２の幅（
Ｗｅ）が測定された。重要な寸法の損失は差（Ｗｒ−Ｗｅ）であり、重要な寸法
の損失％は（Ｗｒ−Ｗｅ）／Ｗｒｘ１００％であった。最小の重要な寸法は、食
刻構造の断面を横断する最小幅の平均値として測定された。
【００４４】 ＣＤ結果の損失は図５ｃのグラフに示される。ここにおいて、垂直軸は２つの
部分に分割され、それぞれ基板１５上の特定の領域に対応し、そこで各速度の測
定が行なわれた。２つの領域は、高密度の能動装置又は食刻構造を持った基板１
５の端の端領域と、低密度の能動装置又は食刻構造を持った基板１５の中心の中
心領域とからなる。図５ｃの水平軸は四つの部分に分割され、基板１５の背面に
加えられるヘリウム気体圧力をＴｏｒｒで示し、処理電極に加えられる出力レベ
ル、磁場の強度、及びＮ2に対するＯ2の体積流量比を示す。
部分に分割され、それぞれ基板１５上の特定の領域に対応し、そこで各速度の測
定が行なわれた。２つの領域は、高密度の能動装置又は食刻構造を持った基板１
５の端の端領域と、低密度の能動装置又は食刻構造を持った基板１５の中心の中
心領域とからなる。図５ｃの水平軸は四つの部分に分割され、基板１５の背面に
加えられるヘリウム気体圧力をＴｏｒｒで示し、処理電極に加えられる出力レベ
ル、磁場の強度、及びＮ2に対するＯ2の体積流量比を示す。
【００４５】 図５ｃから、基板１５上の中心及び端領域の両方における食刻構造の重要な寸
法の損失はヘリウム圧力、ＲＦ出力、磁場強度、及びＮ２に対するＯ２体積流量
比の増大に対して同じ方向に変化することが示される。０．２５μｍの溝の平均
重要な寸法は、中心の高密度領域及び端の高密度領域においてそれぞれ、０．２
５及び０．２８である。従って、これら四つの変数の基板１５の表面上の異なる
点における重要な寸法の損失に与える一般的な影響は同じである。しかし、ヘリ
ウム気体圧力の増加に対して、重要な寸法の損失の大きさは基板１５の中心領域
についてずっと大きい。これに加えて、重要な寸法の損失は窒素に対する酸素の
流量比の増大に対して実質的に減少する。追加の酸素成分はより高速でより異方
性食刻を生ずると期待されるためこれは予期できないことである。特に、酸素は
異方性食刻を与える重合成不動態堆積を燃やすからである。増加するバイアス出
力レベルに対してＣＤの損失はより緩やかな速度でまた減少する。これはより高
いバイアス出力は、垂直方向により高い方向性でもって食刻するより多くのエネ
ルギー化されたイオンを与えるために予期される。
法の損失はヘリウム圧力、ＲＦ出力、磁場強度、及びＮ２に対するＯ２体積流量
比の増大に対して同じ方向に変化することが示される。０．２５μｍの溝の平均
重要な寸法は、中心の高密度領域及び端の高密度領域においてそれぞれ、０．２
５及び０．２８である。従って、これら四つの変数の基板１５の表面上の異なる
点における重要な寸法の損失に与える一般的な影響は同じである。しかし、ヘリ
ウム気体圧力の増加に対して、重要な寸法の損失の大きさは基板１５の中心領域
についてずっと大きい。これに加えて、重要な寸法の損失は窒素に対する酸素の
流量比の増大に対して実質的に減少する。追加の酸素成分はより高速でより異方
性食刻を生ずると期待されるためこれは予期できないことである。特に、酸素は
異方性食刻を与える重合成不動態堆積を燃やすからである。増加するバイアス出
力レベルに対してＣＤの損失はより緩やかな速度でまた減少する。これはより高
いバイアス出力は、垂直方向により高い方向性でもって食刻するより多くのエネ
ルギー化されたイオンを与えるために予期される。
【００４６】 これらの実施例は、本発明による方法は、０．８μｍ／分より大きい高い食刻
速度及び１５：１より大きい上のハードマスク層２０に対するシリコン含有低Ｋ
誘電体層１０を食刻する高い食刻選択比を与えたことを示す。低Ｋ誘電体層１０
内に食刻された構造の輪郭はしばしば８５度を越える基板１５の平面に対して実
質的に垂直な角度を持った。また重要な寸法の低い損失が誘電体層の食刻につい
て得られた。さらに、フッ素種の不存在はハロゲン元素及び種による誘電体層の
汚染が存在しないため生産性を改善した。
速度及び１５：１より大きい上のハードマスク層２０に対するシリコン含有低Ｋ
誘電体層１０を食刻する高い食刻選択比を与えたことを示す。低Ｋ誘電体層１０
内に食刻された構造の輪郭はしばしば８５度を越える基板１５の平面に対して実
質的に垂直な角度を持った。また重要な寸法の低い損失が誘電体層の食刻につい
て得られた。さらに、フッ素種の不存在はハロゲン元素及び種による誘電体層の
汚染が存在しないため生産性を改善した。
【００４７】 本発明を好ましい実施の形態について詳細に説明したが他の変形も可能である
。例えば、酸素気体又は不活性気体に機能的に等価なフッ素を含有しない気体も
使用でき、そしてこのエッチング方法は不動態層及び歪減少層などの低誘電率を
有する有機ポリマー材料を含む他の層又は構造を食刻するのに使用できる。従っ
て、特許請求の範囲は好ましい実施の形態の記述に限定されるべきでない。
。例えば、酸素気体又は不活性気体に機能的に等価なフッ素を含有しない気体も
使用でき、そしてこのエッチング方法は不動態層及び歪減少層などの低誘電率を
有する有機ポリマー材料を含む他の層又は構造を食刻するのに使用できる。従っ
て、特許請求の範囲は好ましい実施の形態の記述に限定されるべきでない。
【図１】 本発明のエッチング方法を実施するのに好適な処理チェンバーの
概略断面図。
概略断面図。
【図２】 ベンゾシクロブテンの部分的な分子の概略図。
【図３ａ】 基板上の導電相互接続線を覆う低Ｋ誘電体層上のハードマスク
層とパターン化されたホトレジスト層の垂直断面図。
層とパターン化されたホトレジスト層の垂直断面図。
【図３ｂ】 バイアを形成するために実質的に異方性食刻された第１の空隙
を示す低Ｋ誘電体層の食刻後の図３ａの基板の垂直断面図。
を示す低Ｋ誘電体層の食刻後の図３ａの基板の垂直断面図。
【図３ｃ】 第１の空隙上に第２の空隙を形成するためのパターン化された
ホトレジスト層と犠牲材料により充填された第１の空隙とを示す図３ｂの基板の
垂直断面図。
ホトレジスト層と犠牲材料により充填された第１の空隙とを示す図３ｂの基板の
垂直断面図。
【図３ｄ】 相互接続線を形成するために実質的に異方性食刻された第２の
空隙を示す低Ｋ誘電体層の食刻後の図３ｃの基板の垂直断面図。
空隙を示す低Ｋ誘電体層の食刻後の図３ｃの基板の垂直断面図。
【図３ｅ】 残存犠牲材料を除去した後の図３ｄの基板の垂直断面図。
【図３ｆ】 バイアと相互接続線を形成するために第１と第２の空隙に金属
を充填後の図３ｅの基板の垂直断面図。
を充填後の図３ｅの基板の垂直断面図。
【図４】 バイアと相互接続線を、ヘリウム背面冷却、ＲＦ出力、磁場強度
、及びＯ2のＮ2に対する体積流量比の関数として食刻した時の基板中の低Ｋ誘電
体層の食刻速度及び食刻速度の均一性の変化を示すグラフ。
、及びＯ2のＮ2に対する体積流量比の関数として食刻した時の基板中の低Ｋ誘電
体層の食刻速度及び食刻速度の均一性の変化を示すグラフ。
【図５ａ】 Ｏ2の体積流量の関数として低Ｋ誘電体層の食刻速度を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図５ｂ】 Ｏ2の体積流量の関数として低Ｋ誘電体層内の食刻構造の側壁
角度を示すグラフ。
角度を示すグラフ。
【図５ｃ】 ヘリウム背面冷却、ＲＦ出力、磁場強度、及びＯ2のＮ2に対す
る体積流量比の関数として０．２５μｍ溝を食刻した時の基板中の低Ｋ誘電体層
の食刻速度及び食刻速度の均一性を示すグラフ。
る体積流量比の関数として０．２５μｍ溝を食刻した時の基板中の低Ｋ誘電体層
の食刻速度及び食刻速度の均一性を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F004 AA05 BA04 BA20 BB08 BB13 BB18 BB25 DA00 DA22 DA23 DA24 DA25 DA26 DB23 DB25 EA06 EB03 5F045 AA08 AE17 DP03 EH11 EH13 EH16 EJ03 EJ10 HA13
Claims (29)
- 【請求項１】 基板上の誘電体層を食刻するためのエッチング方法において
、 （ａ）上にマスクを持った誘電体層を含んだ基板を処理ゾーンに置き、 （ｂ）処理ゾーン内に、基板上の誘電体層を食刻するために酸素を含んだエネ
ルギー化された処理気体を与える、 ステップを含むエッチング方法。 - 【請求項２】 前記ステップ（ａ）が有機誘電材料を有する誘電体層を含む
基板を置くことを含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記基板が約４０℃以下の温度に維持される請求項１に記載
の方法。 - 【請求項４】 前記基板が約−３０℃の温度に維持される請求項３に記載の
方法。 - 【請求項５】 前記エネルギー化された処理気体が実質的にフッ素を含有し
ない気体である請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 前記エネルギー化された処理気体が窒素、アルゴン、キセノ
ン、ネオン、クリプトン及びヘリウムの内の一つ又は複数を含んだ不反応性気体
をさらに含み、不反応性気体に対する酸素の体積流量比が誘電体層を少なくとも
約５００ｎｍ／分の食刻速度で食刻し、酸化シリコン又は窒化シリコンを含んだ
上のマスクに対して少なくとも約１５：１の食刻選択性を持つに十分に高い請求
項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記エネルギー化された処理気体が、約１：２ないしは約２
：１の体積流量比で酸素と窒素を含む請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 前記エネルギー化された処理気体がさらに、ＣＯ、ＣＯ2、
ＮＨ3、及びＨ2からなるグループから選択された不動態化気体を含む請求項７に
記載の方法。 - 【請求項９】 前記エネルギー化された処理気体が、約２：１：１ないし約
１：４：４の体積流量比で酸素、Ｎ2、及びＣＯを含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記ステップ（ａ）が、約３．０以下の誘電率を持ち、そ
してベンゾシクロブテン、パリレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテ
ル、又はポリイミドの中の一つ又は複数を含む誘電体層を含んだ基板を置くこと
を含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】 基板上の有機誘電体層を食刻するためのエッチング方法に
おいて、 （ａ）約３．０以下の誘電率を有する有機誘電体層とその上のマスクを含む基
板を処理ゾーンに置き、 （ｂ）処理ゾーン内に、窒素、アルゴン、キセノン、ネオン、クリプトン、又
はヘリウムの中の一つまたは複数を含む不反応性気体と酸素とを含むエネルギー
化された処理気体を供給し、 処理気体は、酸化シリコン又は窒化シリコンを含む上のマスクに対して少なく
とも約１５：１の食刻選択性をもって誘電体層を少なくとも約５００ｎｍ／分の
食刻速度で食刻するために十分に高い、不反応性気体に対する酸素の体積流量比
を有する、 ことを含むエッチング方法。 - 【請求項１２】 前記処理気体が約１：２ないし約２：１の体積流量比で酸
素と窒素を含む請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記基板が約４０℃以下の温度に維持される請求項１１に
記載の方法。 - 【請求項１４】 前記処理気体がさらに、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＨ3、及びＨ2の
中の一つ又は複数を含む不動態化気体を含む請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記処理気体が、酸素、窒素、及びＣＯを約２：１：１な
いし約１：４：４の体積流量比で含む請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 基板を食刻するためのエッチング方法であって、 （ａ）ベンゾシクロブテン、パリレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエ
ーテル又はポリイミドを含む誘電体層と酸化シリコン又は窒化シリコンを含む上
のマスク層とを有する基板を処理ゾーン内に置き、 （ｂ）処理ゾーン内に、窒素、アルゴン、キセノン、ネオン、クリプトン、及
びヘリウムの中の一つ又は複数を含む不反応性気体と酸素を含むエネルギー化さ
れた処理気体を供給し、 （ｃ）基板を約４０℃以下の温度に維持する 各ステップを含むエッチング方法。 - 【請求項１７】 前記ステップ（ａ）が、ベンゾシクロブテンを含む誘電体
層を基板を置くことを含む請求項１６に記載のエッチング方法。 - 【請求項１８】 前記不反応性気体に対する酸素の体積流量比が、酸化シリ
コン又は窒化シリコンを含む上のマスクに対して少なくとも約１５：１の食刻選
択性をもって誘電体層を少なくとも約５００ｎｍ／分の食刻速度で食刻するため
に十分に高い請求項１６記載のエッチング方法。 - 【請求項１９】 前記処理気体が実質的にフッ素を含有しない請求項１６に
記載のエッチング方法。 - 【請求項２０】 前記処理気体が、酸素と窒素を約１：２ないしは約２：１
の体積流量比で含む請求項１６に記載のエッチング方法。 - 【請求項２１】 前記基板が約４０℃以下の温度に維持される請求項１６に
記載のエッチング方法。 - 【請求項２２】 前記処理気体がさらに、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＨ3、及びＨ2か
らなるグループから選択された不動態化気体を含む請求項１６に記載のエッチン
グ方法。 - 【請求項２３】 前記処理気体が酸素、窒素、及びＣＯを約２：１：１ない
し約１：４：４の体積流量比で含む請求項２２に記載のエッチング方法。 - 【請求項２４】 基板上の誘電体層内に相互接続栓を形成する方法であって
、 （ａ）誘電体層とその上の第１マスクを有する基板を処理ゾーン内に置き、 （ｂ）処理ゾーン内に窒素、アルゴン、キセノン、ネオン、クリプトン、及び
ヘリウムの中の一つ又は複数を含む不反応性気体と酸素を含むエネルギー化され
た処理気体を供給して、誘電体層に第１の空隙を食刻し、 （ｃ）犠牲材料で第１の空隙を充填し、 （ｄ）誘電体層の上に第２のマスクを形成し、 （ｅ）処理ゾーン内に窒素、アルゴン、キセノン、ネオン、クリプトン、及び
ヘリウムの中の一つ又は複数を含む不反応性気体と酸素を含むエネルギー化され
た処理気体を供給して、誘電体層に第２の空隙を食刻し、 （ｆ）犠牲材料を剥ぎ取り、 （ｇ）相互接続栓を形成するために誘電体層内の第１及び第２の空隙内に金属
を堆積する、 各ステップを有する方法。 - 【請求項２５】 前記処理気体が実質的にフッ素を含有しない気体である請
求項２４に記載の方法。 - 【請求項２６】 前記処理気体が、酸素と窒素を約１：２ないしは約２：１
の体積流量比で含む請求項２４に記載の方法。 - 【請求項２７】 前記基板が約４０℃以下の温度に維持される請求項２４に
記載の方法。 - 【請求項２８】 前記処理気体がさらに、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＨ3、及びＨ2か
らなるグループから選択された不動態化気体を含む請求項２４に記載の方法。 - 【請求項２９】 前記処理気体がＯ2、Ｎ2、及びＣＯを約２：１：１ないし
約１：４：４の体積流量比で含む請求項２８に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/069,568 | 1998-04-29 | ||
| US09/069,568 US6387819B1 (en) | 1998-04-29 | 1998-04-29 | Method for etching low K dielectric layers |
| PCT/US1999/007713 WO1999056310A2 (en) | 1998-04-29 | 1999-04-06 | Method for etching low k dielectric layers |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000546389A Pending JP2002513207A (ja) | 1998-04-29 | 1999-04-06 | 低ｋ誘電体層をエッチングする方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6387819B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002513207A (ja) |
| WO (1) | WO1999056310A2 (ja) |
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