JP2004186697A - 単一波状形状バイアあるいは溝空洞の形成方法および二重波状形状バイア空洞の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】溝あるいはバイア空洞を、単一あるいは二重波状形状相互接続構造に形成する方法を提供する。
【解決手段】本方法は、誘電体層をエッチングしてそこに空洞を形成し下に位置するエッチング止め層を露出し、露出したエッチング止め層をエッチングして空洞を拡張し、現存の相互接続構造における導電形状特徴を露出することを含む。ここで、誘電体層の一部分のエッチングとエッチング止め層の露出部分のエッチングは、何の処理も介在させずに同時に実行される。また、バイア空洞を二重波状形状相互接続構造に形成する方法は、現存の相互接続構造上にエッチング止め層を形成し、エッチング止め層上に誘電体層を形成し、誘電体層の一部分をエッチングしてバイア空洞を誘電体層に形成しエッチング止め層の一部分を露出し、エッチング止め層をエッチングしてバイア空洞を拡張することを含む。ここで、誘電体層はエッチング止め層のエッチングの間覆われている。
【選択図】図３
【解決手段】本方法は、誘電体層をエッチングしてそこに空洞を形成し下に位置するエッチング止め層を露出し、露出したエッチング止め層をエッチングして空洞を拡張し、現存の相互接続構造における導電形状特徴を露出することを含む。ここで、誘電体層の一部分のエッチングとエッチング止め層の露出部分のエッチングは、何の処理も介在させずに同時に実行される。また、バイア空洞を二重波状形状相互接続構造に形成する方法は、現存の相互接続構造上にエッチング止め層を形成し、エッチング止め層上に誘電体層を形成し、誘電体層の一部分をエッチングしてバイア空洞を誘電体層に形成しエッチング止め層の一部分を露出し、エッチング止め層をエッチングしてバイア空洞を拡張することを含む。ここで、誘電体層はエッチング止め層のエッチングの間覆われている。
【選択図】図３
Description
本発明は一般に半導体素子、および、特に半導体素子の製造における単一および二重波状形状相互接続構造(single and dual damascene interconnect structures)の製造方法に関する。
集積回路のような半導体製品の製造において、個々の電気素子は、半導体基板上あるいはその中に形成され、その後相互接続され電気回路を形成する。集積回路内のこれらの素子の相互接続は通常、電気素子上に形成された層に多重レベル相互接続ネットワーク構造を形成することにより達成され、この多重レベル相互接続ネットワークにより、素子能動要素は他の素子に接続され、望ましい回路を形成する。多重レベル・ネットワーク内の個々の配線層は、個別の素子上にあるいは先の相互接続層上に絶縁あるいは誘電体層を付着し、バイアのような接触開口を型取りしエッチングすることにより形成される。タングステンのような導電材料がそれからバイア内に付着(deposit)され、層間接触を形成する。導電層をそれから誘電体層上に形成し型取りし、素子バイア間の配線相互接続を形成してもよい。これにより、基本回路の第1のレベルが形成される。誘電材料をそれから型取りされた導電層上に付着し、付加的誘電体層上に付加的配線レベルを置きそれらの間に導電バイアを形成する処理を任意の回数繰り返し、多重レベル相互接続ネットワークを形成することができる。
素子密度が増し動作速度が速くなり続けているので、集積回路における遅延時間を減少させることが望ましい。これらの遅延は、隣接する金属線間の静電容量と同様に、多層相互接続ネットワークを通る相互接続金属線の抵抗にも関連する。金属層あるいは構造に形成された相互接続金属線の低効率を減少させるために、最近の相互接続処理は、アルミニウムの代わりに銅を使用してきた。しかし、付着された銅を型取りし（エッチングして）配線パターンを形成するには困難が伴う。さらに、銅は、二酸化ケイ素のようなある型の絶縁層においては速く拡散し、絶縁の質を悪くし、および（あるいは）銅が絶縁層を通り素子領域にまで拡散することとなる。
銅の型取りの難しさは、空洞が誘電体層に形成（エッチング）された単一あるいは二重の波状形状相互接続処理を使用することによって、回避あるいは軽減されてきた。銅はそれから、溝内および絶縁層上に付着され、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）処理を使用して平面化され、誘電体層の溝内にはめ込まれた望ましい相互接続金属線を含む銅配線パターンを形成する。単一波状形状処理においては、銅溝パターンあるいはバイアが形成され、これらはその下に存在する相互接続構造に接続するが、二重波状形状処理においては、バイアおよび溝の双方が、１回の銅付着および１回のＣＭＰ平面化を使用して同時に満たされる。
銅拡散の問題は、銅とシリコン基板との間および銅と誘電体層との間に形成された銅拡散障壁を使用して対応されてきた。このような障壁は通常、多様な遷移金属自体と同様、窒化タンタル、窒化チタン、および窒化タングステンのような遷移金属の導電化合物を使用して形成される。窒化ケイ素および酸化窒化ケイ素のような絶縁体はまた、銅治金と絶縁層との間の障壁材料として使用されている。より最近には、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が、溝および（あるいは）バイア空洞の形成の間に使用されるエッチング止め層(etch-stop layer)におけるのと同様に、銅拡散障壁材料として使用されている。
ＲＣ遅延時間もまた、配線金属線間の静電容量を減少させその結果回路速度を速めるために、配線金属線間に形成された低誘電率（低−ｋ）誘電材料の最近の開発によって短縮されてきている。低−ｋ誘電材料の例として、ポリシルセスキオキサン（polysilsesquioxanes）、フッ素化シリカグラス（ＦＳＧ）およびフッ素化ポリアリーレン（polyarylene）エーテルのような有機および準有機材料並びに、スピン−オン−グラス(spin-on-glass)（ＳＯＧ）が含まれる。フッ素化ポリアリーレン・エーテルのような完全に有機的な非石英質の材料は、それらの誘電特性が好ましく応用が容易なことから、半導体処理技術においてその使用が増えてきている。他の低−ｋ絶縁材料には、例えば誘電率（ｋ）が約２．６−２．８と低い有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）、および誘電率が２．５より低い超低−ｋ誘電体がある。ＯＳＧ材料は、低−ｋ誘電特性を達成するためにアルキル基群を付加した、低密度ケイ酸塩ガラスである。
従来の単一および二重波状形状相互接続処理は通常、誘電体層を通るバイア空洞(via cavity)の形成を含む。この形成において、バイア・エッチング処理は、誘電体の下に位置するエッチング止め層上で止まる。レジスト除灰処理(resist ashing process)がそれから、バイア・エッチング・フォトレジスト・マスクを除去するために使用され、ウエット・クリーン操作(wet clean operation)がそれから、バイア空洞からポリマーおよび他の残余材料を除去するために選択的に実行される。単一波状形状の場合はそれから、既存の相互接続層における導電形状特徴(conductive feature)（例えば、ケイ化物接触あるいは銅形状特徴）のような、下に位置する構造を露出するために、エッチング止め層エッチング処理が実行される。バイア空洞はそれから銅で満たされ、ウエハは平面化される。その後さらなる相互接続レベルを形成してもよい。二重波状形状の場合、バイア除灰およびウエット・クリーン操作の後、溝空洞(trench cavity)がエッチングされ、それに続き他の除灰操作および選択的に他のウエット・クリーンが行われる。その後、下に位置する構造を露出するためにエッチング止め層エッチングが実行され、バイアおよび溝空洞が同時に銅で満たされ、ウエハが平面化される。
従来の単一および二重波状形状相互接続処理においては、しかし、エッチング止め層エッチング処理は、エッチング止め層をエッチングするだけでなく、露出した誘電材料をも後退させてしまう。その結果、レベル間誘電体（ＩＬＤ）および（あるいは）金属内誘電体（ＩＭＤ）はより薄くなってしまう。加えて、単一波状形状の場合、エッチング止め層エッチングおよびそれに続くクリーニング工程（例えば、除灰およびウエット・クリーン）は、しばしばバイア輪郭を変化させ、その臨界寸法（ＣＤ）を大きくする。新しい技術は半導体素子におけるさらにより小さいＣＤを要求するので、ＣＤ制御はより重要になっている。さらに、従来のバイア側壁はエッチング止めエッチングの間弓形になり、バイア・エッチング処理の後のクリーニングの支障となり、バイア輪郭を歪めることになる。二重波状形状の場合、エッチング止めエッチングおよびそれに続くクリーニングもまた、最上部誘電体表面および溝空洞の側壁に影響を与える。その結果、結果として形成された構造の実効誘電率は増加する可能性がある。従って、製造費用あるいはサイクル時間に不利な影響を与えることなく、これらおよび他の不利な影響を軽減あるいは克服することのできる、半導体ウエハにおける単一および（あるいは）二重波状形状相互接続構造を製造するための改良された方法がまだ必要である。
以下に、本発明の１つあるいは複数の態様が基本的に理解できるように、単純化された要約を記述する。この要約は本発明の広範な大要ではなく、本発明の重要点あるいは重要な要素を特定することや本発明の範囲を特定することを意図したものではない。むしろ本要約の主な目的は、本発明のいくつかの概念を、後述するより詳細な説明に対する導入として単純化された形で提示することである。本発明は、上記および他の不利な影響を軽減するために使用することのできる、単一あるいは二重波状形状相互接続構造を製造するための方法に関する。本発明は、よりよいバイアＣＤ制御を容易にし、ＩＭＤあるいはＩＬＤ材料に対するエッチング止め層の選択性を改善し、および（あるいは）製造処理フローを単純化するために使用することができる。
本発明の１つの態様によると、溝あるいはバイア空洞を単一波状形状相互接続構造に形成するための方法が提供される。本方法は、誘電体層をエッチングしてそこに空洞を形成し、下に位置するエッチング止め層を露出することを含む。露出されたエッチング止め層はそれから、空洞を拡張し下に位置する（例えば既存の）相互接続構造における導電形状特徴を露出するために、エッチングされる。ここで、誘電体層の一部分のエッチングおよびエッチング止め層の露出した部分のエッチングは同時に実行され、実質的にこれらの間に介在する処理工程は無い。除灰およびウエット・クリーニングのようなクリーニング工程をこの後行ってもよく、その後に空洞充填および平面化が続く。
１つの実施において、バイア・エッチングおよびエッチング止めエッチングは、その場で（in-situ;インサイチューで）、単一のエッチング・ツールにおいて実行され、エッチング止めエッチングは、バイア・エッチングの直後に実行される。本発明はまた、バイアおよびエッチング止めエッチング操作を同時に実行し、エッチング止めエッチングを、少なくとも誘電材料の一部分が覆われた状態で実行する。１つの例において、エッチング止めエッチングは、バイア・エッチングの直後に実行され、バイア・エッチング・レジストは、エッチング止めエッチングの間誘電材料を覆って残っている。エッチング止めエッチングの間にレジストがあるので、バイア側壁上にはより多くのポリマーが付着し、バイア輪郭が保護される。このように、本発明は、結果として形成されるバイアあるいは溝構造のＣＤおよび輪郭の不利な変化を軽減あるいは避けるために使用することができ、そして、従来の処理においては起こっていた誘電体の厚さが薄くなることを軽減する。本発明は、専用のエッチング止めエッチング・ツールを不要にし、除灰およびウエット・フードをなくすことによって、製造処理フローの単純化を容易にし、費用をかなり削減し、またサイクル時間をかなり短縮する。さらに、ＩＭＤあるいはＩＬＤ材料に対するエッチング止め層の選択性（例えば、ＯＳＧに対するＳｉＣの選択性）が、例えば、エッチング止めエッチングの間にレジストがあることにより、改善されうる。
本発明の他の態様は、二重波状形状相互接続構造にバイア空洞を形成する方法を提供する。本方法は、バイア先行、溝先行、および（あるいは）他の二重波状形状方法と関連して使用することができる。本発明の本態様は、現存の相互接続構造上にエッチング止め層を形成し、エッチング止め層上に誘電体層を形成することを含む。誘電体層の一部分はそれからエッチングされ、誘電体層にバイア空洞を形成し、エッチング止め層の一部分を露出する。エッチング止め層はそれからバイア空洞を拡張するためにエッチングされ、誘電体層は、エッチング止め層のエッチングの間、バイア・レジスト・パターンによって覆われている。レジストがエッチング止めエッチングの間誘電体を覆っているので、バイア側壁上にはより多くのポリマーが付着し、バイア輪郭を保持するのに役立つ。本方法は、バイア先行(via-first)および溝先行(trench-first)の双方の二重波状形状処理フローにおいて使用することができる。本方法において、バイア・エッチングおよびエッチング止めエッチングは、その場で、単一のエッチング・ツールにおいて実行してもよく、エッチング止めエッチングはバイア・エッチングの直後に実行してもよい。
上記および関連する目的を達成するために、以下の記述および付随する図面において、本発明のいくつかの例示的態様および実施を詳細に説明する。これらは、本発明の原理を使用することのできる多様な方法のいくつかを示すものである。本発明の他の態様、利点および新しい特徴は、以下の本発明の詳細な説明を図面と共に考察することにより明らかとなるであろう。
本発明を、付随する図面を参照しながらここに説明する。この記述にわたり、図面における同じ参照番号が同じ構成要素を指すために使用される。本発明は、集積回路および他の半導体素子の相互接続処理の間にバイアおよび（あるいは）溝空洞あるいは開口を含む、単一および（あるいは）二重波状形状相互接続構造を形成するための方法に関する。本発明の１つあるいは複数の実施が以下に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）エッチング止め層が使用されている低−ｋ有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）構造における、単一あるいは二重波状形状溝および（あるいは）バイア空洞の形成の場合において、図示され記述される。しかし、この分野の技術者には、本発明は以下に図示および記述される例示的実施に制限されないことが理解されるであろう。特に、本発明の多様な態様は、ＯＳＧ、ＦＳＧあるいは他の低−ｋあるいは超低−ｋ誘電材料、および他の型のエッチング止め層材料を使用する素子の処理に関連して使用することができる。さらに、本発明の二重波状形状形成方法は、バイア先行および（あるいは）溝先行実施と関連して使用することができる。
まず図１Ａ−１Ｆを参照すると、従来の単一波状形状相互接続処理の１つあるいは複数の問題あるいは欠点が、本発明により可能となる利点が理解できるように、図示され記述されている。図１Ａはシリコン基板４を含むウエハ２を示し、シリコン基板４には導電ケイ化物構造５が形成されている。最初の接触層が基板４上に形成され、接触層は、そこを貫き拡張するタングステン接触７を有する誘電体６を含む。第１の相互接続構造が接触層上に形成され、第１の相互接続構造はエッチング止め層（図示されていない）を含み、その上に誘電体８が付着される。導電形状特徴１０が誘電体８、エッチング止め層を通して形成され、接触７への電気的結合を提供する。単一波状形状相互接続レベルを形成するために、ＳｉＮあるいはＳｉＣエッチング止め層１２が誘電体８および導電形状特徴１０上に形成され、導電体層１４がエッチング止め層１２上に約５０００−６０００Åの厚さ１４´に形成される。底辺非反射コーティング（ＢＡＲＣ）層１６が、誘電体１４上に付着され、レジスト・マスク１８がＢＡＲＣ層１６上に形成される。図１Ａにおいて、バイア・エッチング処理２２が、バイア空洞２４をＢＡＲＣおよび誘電体層１６および１４のそれぞれに形成するために実行され、エッチング止め材料１２の上で止まる。
その後図１Ｂにおいて、レジスト除灰処理２６がマスク１８およびＢＡＲＣ１６を除去するために使用され、ウエット・クリーン操作２８が図１Ｃにおいて実行される。その結果形成されたバイア空洞２４は臨界寸法（ＣＤ）２０を有する。図１Ｄにおいてエッチング止めエッチング処理３０が実行され、バイア空洞２４の底における露出したエッチング止め層材料１２をエッチングし、誘電材料を、空洞２４の側壁からと同様に層１４の露出した上面からも除去する。その後図１Ｅにおいて、他の除灰操作３２が実行され、ウエット・クリーン３４が図１Ｆにおいて実行される。この従来の単一波状形状処理後には、結果として形成されたバイア空洞２４は、元の寸法２０（図１Ｃ）よりかなり大きい臨界寸法２０´（図１Ｆ）を有する。加えて、エッチング止めエッチングおよびクリーニング処理３０、３２および３４は、層１４の誘電体（例えばＩＬＤ）の厚さをより小さい寸法１４″（図１Ｆ）にまで薄くしている。寸法１４″は最初の寸法１４´（図１Ａ）よりかなり小さい。
ここで図２Ａ−２Ｆを参照すると、従来の二重波状形状処理において、同様の問題が見られる。図２Ａは基板５４を含むウエハ５２を示し、基板５４には導電ケイ化物構造５５が形成されている。誘電体５６および導電接触５７を含む最初の接触層が、基板５４上に形成される。第１の相互接続構造が接触層上に形成され、第１の相互接続構造はエッチング止め層（図示されていない）および誘電体層５８を含み、導電形状特徴６０が誘電体層５８に形成され接触５７への電気的結合を提供する。エッチング止め層６２が誘電体５８および接触６０上に形成され、誘電体層６４がエッチング止め層６２上に約７０００−８０００Åの厚さに形成される。ＢＡＲＣ層６６がそれから誘電体６４上に形成され、レジスト・マスク６８がＢＡＲＣ層６６上に形成される。図２Ａにおいてバイア・エッチング処理７２が実行され、バイア空洞７４を層６６および６４に形成し、エッチング止め層６２の上で止まる。図２Ｂにおいて、レジスト除灰処理７６およびウエット・クリーン７８が実行され、マスク６８およびＢＡＲＣ６６を除去する。その結果形成されたバイア空洞の臨界寸法は７０となる。
図２Ｃにおいて、第２のＢＡＲＣ層８０および溝レジスト・マスク８２がウエハ５２上に形成され、溝エッチング操作８４が実行され溝空洞あるいは開口８６を形成し、溝の底面の厚さ８８を、先の相互接続誘電材料５８の上約３０００−４０００Åとする。他の除灰操作９０およびウエット・クリーン９２が図２Ｄにおいて実行され、エッチング止めエッチング処理９４がそれから図２Ｅにおいて実行され、バイア空洞７４の底における露出したエッチング止め層材料６２をエッチングする。図２Ｅに示されるように、エッチング止めエッチング９４はまた、誘電材料を、層６４の露出した上面から、溝空洞８６の底面および側壁から、そしてまたバイア空洞７４の側壁から除去する。その後図２Ｆにおいて、他の除灰操作９６およびウエット・クリーン９８が実行される。これにより、図２Ｆに示されるような構造が形成される。この構造において、特にエッチング止め層エッチング９４はＩＬＤの厚さ８８´をその元の厚さ８８(図２Ｃ)より薄くし、同時にバイア７４および溝８６に対するＣＤをそれらの元の寸法 (図２Ｃ)より大きくしている。
この二重波状形状処理後には、図２Ｆにおける結果として形成されたバイア空洞７４は、図２Ｂおよび２Ｃの元の寸法７０よりかなり大きい臨界寸法７０´を有する。また、エッチング止めエッチングおよびクリーニング処理９４、９６および９８は、以下に図５Ａ、８Ａおよび８Ｃの例示イメージに関してさらに図示され記述されるように、層の誘電体（例えばＩＬＤ）の厚さを薄くしている。図１Ａ−１Ｆおよび２Ａ−２Ｆにそれぞれ示される従来の単一および二重波状形状処理において、図１Ｄおよび２Ｅにおけるエッチング止め層エッチング工程は、相互接続空洞および構造の輪郭およびＣＤに不利な影響を与え、ＩＬＤ／ＩＭＤ層を薄くし、それに対応して完成した構造の実効誘電率を高くすることになる。相互接続経路線とバイアとの間の静電容量を減少させ、その結果現代の半導体素子における回路速度を増すために、本発明は、これらの困難を軽減あるいは回避することができる、単一および二重波状形状相互接続構造の形成方法を提供する。
ここで図３を参照すると、バイアあるいは溝のような単一波状形状相互接続構造を形成するための例示的方法１００が示され、以下にこの方法について説明する。ここで方法１００および他の方法は一連の動作あるいは事象として以下に図示され説明されるが、本発明はこのような動作あるいは事象の図示される順序に制限されないことが理解されるであろう。例えば、いくつかの動作は、本発明に従って、ここに図示および（あるいは）記述されるものとは別に、異なる順序でおよび（あるいは）他の動作あるいは事象と同時に起こってもよい。加えて、全ての図示された工程が、本発明による方法論を実施するために必要であるわけではない。さらに、本発明による方法は、ここに図示され記述される構造の形成および（あるいは）処理に関連して実施することができるのと同様に、図示されていない他の構造と関連しても実施することができる。
例示的方法１００を、半導体ウエハにおける単一波状形状バイア形成の場合において以下に記述する。しかし、例示的方法１００および本発明の他の単一波状形状方法論は、単一波状形状溝構造の形成において、代替的にあるいは組み合わせて使用することができることが理解できるであろう。方法１００は、１０２において開始し、１０４においてエッチング止め層を現存の相互接続構造上（例えば、先の波状形状構造上あるいは最初の接触レベル上）に形成し、１０６において低−ｋ誘電体層をエッチング止め材料上に形成することを含む。任意の適当なエッチング止めおよび誘電性の材料および層の製造技術を、１０４および１０６においてそれぞれ使用することができる。例えば、ＳｉＮあるいはＳｉＣエッチング止め材料を約６００Åの厚さに、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）その他の任意の適当な付着技術を使用して付着することができる。ハードマスクあるいはキャップ層を選択的に使用することもできる。１０８において、非反射特性を有する任意の適当な有機材料のＢＡＲＣ（底辺非反射コーティング）層が、誘電体層上に約８００Åの厚さに選択的に付着される。それから１１０において、例えば、既知のフォトリソグラフィ技術およびフォトレジスト材料を使用して、レジスト・マスクが付着され、ウエハの後にバイアが形成される領域に開口を有するよう型取りされる。
１０６において、誘電体層を、任意の適当な技術、例えば有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）材料をＳｉＣエッチング止め層上に約５０００Åの厚さに付着することによって形成してもよい。任意の適当な付着処理を、１０６においてＯＳＧ層を形成する際に使用することができる。作動の際、低−ｋ誘電体層は、現存の相互接続構造における導電形状特徴と、低−ｋ誘電体における溝の上あるいは中に後に形成された形状特徴との間のような、上および下に位置する導電形状特徴の間の絶縁を提供する。この点に関し、ＯＳＧ材料は、完成した半導体素子におけるＲＣ遅延および信号間の漏話を回避あるいは軽減するのに望ましい、比較的低い誘電率特性を提供することに注意されたい。加えて、任意の誘電材料を、１０６において誘電体層を形成する際に使用することができることが理解されるであろう。誘電材料は、ＯＳＧ、ＦＳＧ、超低−ｋ誘電体、その他を含むが、これらに限定されるものではない。また、本発明は、ここに記述されるＯＳＧ材料と共に使用することに限定されない。
その後、その場での(in-situ)処理フロー１１２が、本発明の１つの態様に従って実行される。ここで、バイア空洞がＢＡＲＣ、誘電体、およびエッチング止め層を通して形成される。その場での処理は、単一の反応イオン・エッチング（ＲＩＥ）ツールにおいて、例えば真空を中断することなく、実行してもよい。１１４ａにおいて、露出したＢＡＲＣ層が、型取りされたレジストをマスクとして使用してエッチングされ、バイア主(via main)エッチングが１１４ｂにおいて、誘電体層の一部分を除去するために実行され、そこにバイア空洞あるいは開口を形成する。その後、バイア・オーバ・エッチング処理(via over-etch process)が１１４ｃにおいて実行され、空洞内の誘電材料の残余部分を除去し、下に位置するエッチング止め層材料の一部分を露出する。１１６において、空洞を拡張し、下に位置する相互接続構造における導電形状特徴を露出するために、エッチング止め材料の露出した部分がエッチングされる。１１４ａ−１１４ｃのバイア・エッチング動作と１１６のエッチング止めエッチングとの間には、実質的に介在する処理はない。
例示的方法１００において、１１４ａ−１１４ｃにおけるバイア・エッチングおよび１１６におけるエッチング止めエッチングは、その場で、単一ＲＩＥエッチング・ツール内で実行される。しかし、本発明の範囲内において他の実施も可能であり、１１６におけるエッチング止めエッチングは、バイア・エッチング１１４と同時にあるいはその直後に実行することもできる。加えて、本発明はまた、バイアおよびエッチング止めエッチング動作が実質的にそれらの間に何の処理工程も介在させずに実行される、代替的実施も含む。例えば、図示される方法１００において、バイア・エッチング１１４と１１６におけるエッチング止め層エッチングとの間には、除灰あるいはウエット・エッチング操作は実行されない。従って、従来の単一波状形状方法（例えば、上記図１Ａ−１Ｆ）と比較すると、例示的方法１００においては、１１６におけるエッチング止めエッチングの間、上部誘電体表面は覆われていることになる。型取りされたレジスト・マスクが、エッチング止めエッチング１１６が完了するまで残っているからである。
さらに、例示的方法１００は、誘電体層を通るバイア空洞のその場でのエッチング（例えば１１４）およびバイア空洞をエッチング止め層を通して拡張するためのエッチング止めエッチングを提供するが、本発明の範囲内において、これらのあるいは他の同等の動作が異なるエッチング・ツールにおいて実行される、他の実施も可能であることに注意されたい。さらに、本発明に従って、１つあるいは複数の処理工程あるいは動作を、バイア・エッチングとエッチング止めエッチング動作の間に実行することもできる。ここで、誘電体層は、エッチング止めエッチングの間覆われている。図示された方法１００において、バイア・エッチング工程からのレジスト・マスクはエッチング止めエッチング１１６の間残っている。しかし、本発明の範囲内における他の実施も可能である。他の実施において、誘電体の全部分あるいは一部分が、エッチング止めエッチング１１６の全体あるいは一部の間、任意の手段によって覆われている。また、例示的方法１００は、誘電体層を通る多工程エッチング（例えば１１４ｂ、１１４ｃ）を提供するが、他の実施も考えられる。他の実施においては、ＢＡＲＣエッチング、バイア・エッチング、および（あるいは）エッチング止めエッチング動作は、本発明の範囲内において、個々に単一工程および（あるいは）多工程操作を含んでもよい。
図示された例において、動作１１４ａ−１１４ｃおよび１１６は、後にバイアが形成される領域において現時点で露出している層（例えば、ＢＡＲＣ層、それから誘電体層、そしてエッチング止め層）から材料を除去するために、単一ＲＩＥエッチング・ツールにおいて、適当なエッチング化学的性質を適宜に変化させながら実行される。さらに、有機ＢＡＲＣ材料、ＯＳＧ型低−ｋ誘電材料、およびＳｉＣあるいはＳｉＮエッチング止め層材料に関して図示され記述されているが、本発明に従って、任意の適当な材料をこれらの層を形成する際に使用することができる。この場合、適当なエッチング化学的性質および選択性は、バイア空洞を形成し拡張するためにエッチング操作１１４−１１６を実行する際に選択することができる。さらに、単一波状形状バイア形成フローの場合において説明しているが、本発明は、単一波状形状溝構造および空洞を形成するための実施も含む。この場合、上記のエッチング技術は、溝開口あるいは空洞をＢＡＲＣ、誘電体およびエッチング止め層を通して形成するために使用することができる。
方法１００の１つの例示的実施において、１１４ｂおよび１１４ｃにおける誘電体層を通るバイア・エッチングは、２工程処理を含み、これらの各工程に対して異なるエッチング化学性質を有する。１１４ｂにおける主エッチングは、空洞における誘電材料の大部分をエッチングするために実行され、約１０００−２０００Åの誘電材料を残存させる。処理パラメータはそれから、１１４ｃにおけるオーバ・エッチング(over-etch)に切換えられ、オーバ・エッチングは、エッチング止め層の上で止まるように時間制御されるが、エッチング止め材料の上で止まるように他の形式の処理制御を使用することもできる。ここで、１１４ｃにおける例示的オーバ・エッチングは、１１４ｂにおける主エッチングが有するよりも、エッチング止め層に対するより高い選択性を有する。
いったんエッチング止め層が露出されると、エッチング処理パラメータは、エッチング止め材料をエッチングするために再び調整され、下に位置する導電形状特徴（例えば、銅構造）を露出するために、下に位置する（例えば、既存の）相互接続構造に合わせて選択される。バイア・レジスト・マスクを除去するための介在する除灰あるいはウエット・エッチング処理がないので、方法１００は、１１６においてエッチング止め層の露出した部分をエッチングする間、誘電体層上にレジスト・マスクを提供することに注意されたい。このことは、また、１１６におけるエッチング止めエッチングの間の、エッチング止めエッチングに関連する誘電材料への損傷を軽減あるいは回避するのに有利であり、このことにより、バイアＣＤおよび輪郭、および誘電体層の厚さが保護される。
１１２におけるその場での処理に続き、方法１００は１１８に進み、ここでレジスト剥離あるいは除灰操作が実行され、１１０において最初に形成されたレジストマスク、および、１０８において付着されたＢＡＲＣ材料が除去される。ウエット・クリーン操作がそれから１２０において選択的に実行される。ウエット・クリーン操作は、例えば、１１８における除灰操作の後でもまだ残っているかもしれないＲＩＥエッチング操作からのポリマーをすべて除去するために、ウエット溶剤を使用する。銅拡散障壁層がそれから、１２２において形成される。銅拡散障壁層は、バイア空洞を整列させるのに役立ち、例えば、多様な遷移金属自体と同様、窒化タンタル、窒化チタン、および窒化タングステンのような遷移金属の導電化合物を含む。窒化ケイ素および酸化窒化ケイ素のような絶縁体も、ＳｉＣ同様使用することができる。１２４において、後に続くバイア空洞の銅充填を容易にするために、シード銅層(seed copper layer)がそれから拡散障壁上に付着される。
電子化学付着（ＥＣＤ）処理がそれから１２６において実行され、ウエハ上に銅層が付着される。銅層はバイア空洞を満たし、残りの誘電体の上を障壁層で覆う。任意の適当な銅付着処理あるいは動作１２４−１２６を使用することができ、これらは単一工程あるいは多工程処理であってもよい。その後１２８において、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）処理が実行され、素子の上部表面が平面化される。研磨は理想的には、誘電体層の上で止まり、拡散障壁および付着された銅を薄くする。このように、平面化処理１２８は、導電（例えば銅）バイアを、素子内に形成された他の導電バイアから電気的に分離する。このことにより、下に位置する導電形状特徴と続いて形成された相互接続構造との接続を制御することができる。この後、方法１００は１３０において終了する。
図４Ａ−４Ｐにも参照すると、本発明の本態様による単一波状形状相互接続構造が形成される、例示的ウエハ２０２が示されている。図４Ａ−４Ｐは、単一波状形状バイア構造の形成を示している。しかし、本発明は、ここに図示され記述される原理に従って、単一波状形状溝構造（図示されていない）の形成にも使用することができる。図４Ａは、製造の中間段階にあるウエハ２０２を示し、ウエハ２０２は、導電ケイ化物構造２０５が形成されているシリコン基板２０４を含む。最初の接触層が基板２０４上に形成され、接触層は、それを貫いて拡張しケイ化物２０５に電気的に接触するタングステン接触２０７を有する誘電体２０６を含む。先に形成された相互接続構造が接触層上形成され、相互接続構造は、エッチング止め層（図示されていない）および、導電形状特徴（例えば、銅溝金属）２１０が接触２０７への電気的結合を提供するために形成された誘電体２０８を含む。本発明は、任意の現存の相互接続構造と関連して、そこにある導電形状特徴への電気的結合を提供するために使用することができる。図４Ｂにおいて、ＳｉＮあるいはＳｉＣエッチング止め層２１２が、現存の相互接続構造の誘電体２０８および導電形状特徴２１０上に、約５００−８００Åの厚さ２１２´に、付着処理２１３によって形成される。例えば低−ｋＯＳＧ誘電材料あるいはその他の材料の誘電体層２１４が、図４Ｃにおける付着処理２１５によって、エッチング止め層２１２上に、約５０００−６０００Åの厚さ２１４´に形成される。
有機ＢＡＲＣ層２１６が、図４Ｄにおいて、誘電体２１４上に付着処理２１７によって、約６００−８００Åの厚さ２１６´に付着される。その後図４Ｅにおいて、レジスト・マスク２１８がＢＡＲＣ層２１６上に形成され、レジスト・マスク２１８は、後にバイアが形成される領域における開口２２０を有する。図４ＦにおいてバイアＢＡＲＣエッチング処理２２２が実行され、バイア領域２２０におけるＢＡＲＣ層２１６から材料を除去する。バイア主エッチング処理２２４がそれから図４Ｇにおいて使用され、バイア空洞２２６が誘電体層２１４内に形成され、バイア空洞２２６の底辺におけるエッチングされていない誘電材料２１４は厚さ２２８となる。ここで、バイア主エッチング２２４は、かなりのエッチング率を有し、実質的に異方性である。バイア・オーバ・エッチング処理２３０（例えば、エッチング止め層２１２に関して高度に選択的である）がそれから図４Ｈにおいて実行され、さらに空洞２２６を誘電体層２１４の残りの部分を通して形成し、下に位置するエッチング止め層２１２の上でその一部分を露出して止まる。エッチング止めエッチング２３２が、図４Ｉにおいてその直後に（例えば、オーバ・エッチング２３０と同時に）実行される。
その後、図４Ｊにおいて、レジスト除灰処理２３４が、残存するレジスト・マスク２１８およびＢＡＲＣ層２１６を除去するために使用され、ウエット・クリーン操作２３６が図４Ｋにおいて実行される。図４Ｋにおいて、従来の単一波状形状処理（例えば、上記図１Ｆ）とは異なり、バイア空洞２２６の輪郭およびＣＤが、エッチング止めエッチング２３２の前と本質的に同じままであることに注意されたい。レジスト・マスク２１８がエッチング止めエッチング２３２の間保持されていたからである（図４Ｉ）。この点に関して、レジスト２１８を誘電体２１４上に有することは、バイア２２６のＣＤおよび輪郭を保持することに役立つことに注意されたい。しかし、ＣＤおよび輪郭は、レジスト２１８がなくても大丈夫であることもある。図４Ｌにおいて、銅拡散障壁層２３８が、付着処理２３７によって形成され、銅シード層２４０が図４Ｍにおいて、付着処理２３９によって形成される。ＥＣＤ銅付着処理２４１がそれから、銅２４２を付着するために図４Ｎにおいて実行され、それにより、バイア空洞２２６を満たし、ウエハ２０２の残りの部分を覆う。この後、ＣＭＰ平面化処理２４３が、ウエハ２０２を平面化するために図４Ｏにおいて使用され、これにより導電単一波状形状バイア構造が完成する。
この後、図４Ｐに示されるように、例えば、上記の単一波状形状技術を使用して、他のエッチング止め層２４４、低−ｋ誘電体層２４５、および、銅拡散障壁層２４６、銅シード層２４７およびＥＣＤ付着銅充填材料２４８を含む溝構造、を含む、次に続く相互接続レベルあるいは層を構築してもよい。任意の数のこのような層あるいはレベルを本発明に従って製造し、ウエハ２０２の現存の相互接続構造における導電形状特徴２１０への電気的結合を提供することができる。
また、図５Ａおよび５Ｂを参照すると、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージが、従来の技術と比較して、上記の例示的方法１００を含む本発明の単一波状形状方法を実行すると実現することのできるいくつかの利点を説明するために、示されている。図５Ａは、従来の処理（例えば、上記図１Ａ−１Ｆ）に従って形成された、エッチング止めエッチングの後の単一波状形状バイアの断面ＳＥＭイメージ２５０を示している。図５Ｂは、本発明（例えば、図３および４Ａ−４Ｐ）に従って形成された、エッチング止めエッチング後の単一波状形状バイアの断面ＳＥＭイメージ２５２を（図５Ａのイメージ２５０と同じ倍率において）示している。
図５Ａおよび５Ｂからわかるように、従来の単一波状形状技術（図５Ａ）は、（例えば、エッチング止めエッチングの間の誘電材料の露出、あるいは上部誘電体に対する選択性が十分でないことにより）誘電体の厚さ２５１をかなり薄くするのに対して、イメージ２５２（図５Ｂ）における誘電体の厚さ２５３は、本発明により維持されている。このことにより、（例えば、上記図４Ｃにおける誘電体層の形成のような）処理フロー工程を、過去において行われたようにエッチングに関連した減少を補償しなくとも、望ましい最終的厚さを提供するように調整することができる。さらに、バイア輪郭は、イメージ２５２においては、イメージ２５０の従来の場合におけるよりもかなりよいものである（例えば、図５Ｂにおいては図５Ａにおけるよりも弓なりが少ない）。さらに、図５Ｂのイメージ２５２におけるＣＤは、図５Ａにおけるものよりかなり小さい。
本発明の他の態様により、半導体ウエハにおける現存の相互接続構造の上に位置する二重波状形状相互接続構造を形成するための方法が提供される。この方法は、バイア先行実施あるいは溝先行二重波状形状実施において、現存の相互接続構造における導電形状特徴に電気的結合を提供するために、使用することができる。例示的バイア先行方法３００が、図６Ａおよび６Ｂに示されている。方法３００は以下に一連の動作および事象として図示され記述されるが、本発明は、これらの動作および事象の図示される順序によって制限されないことが理解されるであろう。例えば、いくつかの動作は、本発明に従って、ここに図示されおよび（あるいは）記述されるものとは別に、異なる順序および（あるいは）他の動作あるいは事象と同時に、起こってもよい。加えて、本発明による方法論を実施するために、図示される全ての工程が必要であるわけではない。さらに、本発明による方法は、ここに図示および記述される構造の形成および（あるいは）処理に関連してと同様、図示されていない他の構造と関連しても実施することができる。
方法３００は３０２において開始し、上記動作１０４−１０８と同様に、３０４においてエッチング止め層を現存の相互接続構造上に形成し、３０６において低−ｋ誘電体層をエッチング止め材料上に形成し、３０８において第１のＢＡＲＣ層を誘電体層上に選択的に形成することを含む。バイア・レジスト・マスクがそれから３１０において形成され型取りされ、バイア・レジスト・マスクは、ウエハのこれからバイアが形成される領域に開口を有する。その場での処理フロー３１２がそれから本発明の本態様に従って実行され、ここで、バイア空洞が、ＢＡＲＣ、誘電体、およびエッチング止め層を通して、例えば単一反応イオン・エッチング（ＲＩＥ）ツールにおいて同時に、形成される。３１４ａにおいて、露出したＢＡＲＣ層が、型取りされたレジストをマスクとして使用してエッチングされ、バイア主エッチングが３１４ｂにおいて実行され、誘電体層にバイア空洞あるいは開口を形成する。バイア・オーバ・エッチング処理がそれから３１４ｃにおいて実行され、バイア空洞における誘電材料の残存する部分を除去し、下に位置するエッチング止め層材料の一部分を露出する。３１６において、エッチング止め層エッチング（例えば、ＲＩＥエッチング操作）が、エッチング止め材料の露出した部分を除去するためにそれから実行され、これにより、空洞を拡張し、下に位置する相互接続構造における導電形状特徴を露出する。
上記の単一波状形状の場合（例えば、上記図３）におけるように、３１４ａ−３１４ｃのバイア・エッチング動作と３１６のエッチング止めエッチングの間には、実質的に他の処理は実行されない。３１４ａ−３１４ｃにおけるバイア・エッチングおよび３１６におけるエッチング止めエッチングは、その場で単一ＲＩＥエッチング・ツール内において実行してもよいが、そうしなければならないわけではない。ここで、他の実施が、本発明の範囲内において可能であり、他の実施においては、３１６におけるエッチング止めエッチングは、バイア・エッチング３１４と同時にあるいはその直後に実行することができる。加えて、本発明はまた、バイアおよびエッチング止めエッチング動作がそれらの間に実質的に何の処理工程も介在させずに実行される、他の代替的実施も含む。例えば、図示される方法３００においては、例示的バイア・エッチング３１４と３１６におけるエッチング止め層エッチングとの間には、何の除灰あるいはウエット・エッチング操作も実行されない。この点に関して、例示的方法３００は、３１６におけるエッチング止めエッチングの間、上部誘電体表面を覆っている。型取りされたレジスト・マスクがエッチング止めエッチング３１６の後まで残っているからである。
例示的方法３００は、誘電体層を通るバイア空洞のその場でのエッチング（例えば、３１４）および、バイア空洞をエッチング止め層を通して拡張するためのエッチング止めエッチングを提供するが、他の実施も本発明の範囲内において可能であり、他の実施においては、これらのあるいはこれらと同等の動作が、異なるエッチング・ツールにおいて実行される。さらに、本発明に従って、１つあるいは複数の処理動作を、バイア・エッチングとエッチング止めエッチング動作との間に実行してもよい。ここで、誘電体層は、エッチング止めエッチングの間覆われている。図示される方法３００において、バイア・エッチング工程からのレジスト・マスクは、エッチング止めエッチング３１６の間残っている。しかし、他の実施も本発明の範囲内において可能であり、他の実施においては、誘電体の全部分あるいは一部分が、エッチング止めエッチング３１６の全体あるいは一部分の間、任意の手段により覆われている。さらに、例示的方法３００は、誘電体層を通る多工程エッチング（例えば、３１４ｂ、３１４ｃ）を提供するが、他の実施も考えられ、他の実施においては、ＢＡＲＣエッチング、バイア・エッチング、および（あるいは）エッチング止めエッチング動作のうち任意の動作が、本発明の範囲内において、単一工程あるいは多工程操作であってもよい。
例示的方法３００において、エッチング動作３１４ａ−３１４ｃおよび３１６は単一ＲＩＥエッチング・ツールにおいて実行され、露出した層から（例えば、ＢＡＲＣ層、それから誘電体層、そしてエッチング止め層から）材料を除去するために、適当なエッチング化学性質は適宜変えられる。さらに、有機ＢＡＲＣ材料、ＯＳＧ型低−ｋ誘電材料、およびＳｉＣあるいはＳｉＮエッチング止め層材料に関して図示し記述しているが、本発明に従って、任意の適当な材料をこれらの層を形成する際に使用することができる。ここで、適当なエッチング化学性質および選択性は、バイア空洞を製造するためにエッチング操作３１４−３１６を実行する際に、選択することができる。図示される方法３００において、３１４ｂにおける主エッチングは、空洞における誘電材料の大部分を除去し、約１０００−２０００ÅのＯＳＧ低−ｋ誘電材料を残す。処理パラメータはそれから３１４ｃにおけるオーバ・エッチングに切換えられ、オーバ・エッチングは、エッチング止め層の上で止まるように時間制御され、ここで、３１４ｃにおける例示的バイア・オーバ・エッチングは、３１４ｂにおけるバイア主エッチングが有するよりも、エッチング止め層に対するより高い選択性を有する。
エッチング止め層が露出されると、エッチング処理は、３１６においてエッチング止め材料をエッチングするために再び調整され、下に位置する導電形状特徴（例えば、銅構造）を露出するために、下に位置する（例えば、既存の）相互接続構造に合わせて選択される。単一波状形状の場合と同様に、二重波状形状方法３００は、３１６においてエッチング止め層の露出した部分をエッチングする間、誘電体層上にレジスト・マスクを保持する。バイア・レジスト・マスクを除去するための介在する除灰あるいはウエット・エッチング処理がないからである。その結果、３１６におけるエッチング止めエッチングの間の、誘電材料へのエッチング止めエッチングに関連する損傷が軽減あるいは回避され、これにより、バイアＣＤおよび輪郭が保護される。３１２におけるその場での処理の後、処理３００は３１８に進み、ここで、最初に３１０において形成されたレジスト・マスクおよび３０８において付着されたＢＡＲＣ材料を除去するために、除灰操作が実行される。ウエット・クリーン操作がそれから、ＲＩＥエッチング動作からの残存するポリマーを全て除去するために、３２０において選択的に実行される。
図６Ｂにも参照すると、第２のＢＡＲＣ層がそれから３２２において形成され、溝レジスト・マスクが３２４において形成され型取りされる。３２８ａにおける溝ＢＡＲＣエッチングおよび３２８ｂにおける型取りされた溝主エッチングを含む、２工程溝エッチング３２６がそれから実行される。その後３３０において、溝レジスト・マスクおよび第２のＢＡＲＣ層を剥離するために、他の除灰操作が実行され、それに続き他のウエット・クリーン操作が３３２において実行される。拡散障壁がそれから３３４において形成され、後に続くバイアおよび溝空洞の銅充填を容易にするために、３３６においてシード銅層が拡散障壁上に付着される。溝およびバイア空洞はそれから、３３８においてＥＣＤ処理を使用して銅で満たされる。方法３００が３４２において終了する前に、ＣＭＰ処理が３４０において実行され、素子の上部表面が平面化される。本発明の範囲内において代替的実施が可能であることに注意されたい。代替的実施においては、溝はバイア空洞の形成に先立ち形成され、バイア・エッチングおよびエッチング止めエッチング操作は、同時に、および（あるいは）それらの間に実質的に何の処理操作も介在させずに、および（あるいは）上記のように、誘電体層がエッチング止めエッチングの間少なくとも部分的に覆われた状態で実行される。
ここで図７Ａ−７Ｎを参照すると、本発明による二重波状形状相互接続処理が実施される、他の例示的ウエハ４０２が示されている。図７Ａは、製造の中間段階にあるウエハ４０２を示し、ウエハ４０２はシリコン基板４０４を含み、シリコン基板４０４には導電ケイ化物構造４０５が形成されている。最初の接触層が基板４０４上に形成され、接触層は、そこを貫き拡張しケイ化物４０５に電気的に接触するタングステン接触４０７を有する誘電体４０６を含む。現存の相互接続構造が接触層上に位置し、エッチング止め層（図示されていない）および誘電体４０８を含む。誘電体４０８には、銅溝金属のような導電形状特徴４１０が形成され、タングステン接触４０７への電気的結合を提供する。本発明の単一波状形状方法と同様に、本発明の二重波状形状処理は、図７Ａに示されるように、最初の接触構造上に相互接続構造を製造する際に、および（あるいは）このような構造を、多層相互接続ネットワーク構造における他の単一あるいは二重波状形状構造上に形成する際に、実施することができる。
ＳｉＮあるいはＳｉＣエッチング止め層４１２が、現存の相互接続誘電材料４０８および導電形状特徴４１０上に、例えば、約６００−８００Åの厚さ４１２´に形成され、低−ｋＯＳＧ誘電材料あるいはその他の材料のような誘電体層４１４が、エッチング止め層４１２上に約７０００−８０００Åの厚さ４１４´に形成される。約６００−８００Åの厚さの有機ＢＡＲＣ層４１６が誘電体４１４上を覆い、これからバイアが形成される領域に開口４２０を有するバイア・レジスト・マスク４１８がＢＡＲＣ層４１６上に形成される。図７Ｂにおいて、バイアＢＡＲＣエッチング処理４２２が実行され、バイア領域４２０におけるＢＡＲＣ層４１６を除去する。図７Ｃにおいて、バイア主エッチング処理４２４が、バイア空洞４２６を誘電体層４１４に形成するために使用され、バイア空洞４２６の底辺におけるエッチングされていない誘電材料４１４は厚さ４２８となる（例えば、約１０００−２０００Å）。バイア・オーバ・エッチング処理４３０が図７Ｄにおいて使用され、空洞４２６をさらに誘電体層４１４の残りの部分を通して形成し、下に位置するエッチング止め層４１２の上で止まり、エッチング止め層４１２の一部分を露出する。図７Ｅにおいて、エッチング止めエッチング４３２がその直後に（例えば、オーバ・エッチング４３０と同時に）実行され、下に位置する導電接触４１０を露出する。
その後図７Ｆにおいて、レジスト除灰処理４３４が、残存するレジスト・マスク４１８層およびＢＡＲＣ層４１６を除去するために使用され、ウエット・クリーン操作４３６が図７Ｇにおいて実行される。図７Ｈに示されるように、第２のＢＡＲＣ層４３８がそれからウエハ４０２上に形成され、ここで、ＢＡＲＣ材料のある部分４３８´が、バイア空洞４２６の底に形成される。溝レジスト・マスク４４０がＢＡＲＣ層４３８上に形成され、溝ＢＡＲＣエッチング処理４４２が図７Ｉにおいて実行され、ウエハ４０２のこれから溝が形成される領域におけるＢＡＲＣ材料を除去する。ここで、ＢＡＲＣの一部分４３８´はバイア空洞４２６内に残存する。その後図７Ｊにおいて、ＲＩＥ溝エッチング処理４４４が、溝空洞４４６を誘電体層４１４に形成するために使用され、ここで残余ＢＡＲＣ材料４３８´の一定の量は、溝エッチング処理４４４の間バイア空洞４２６の底にまだ残っている可能性がある。溝エッチング処理４４４に続き、他の除灰処理４４８が図７Ｋにおいて実行され、溝レジスト・マスク４４０および残存するＢＡＲＣ材料（例えば、バイア空洞４２６内のＢＡＲＣ４３８´）を全て除去する。この後、他のウエット・クリーン処理４５０が図７Ｌにおいて実行される。
図７Ｍに示されるように、銅拡散障壁層４５２および銅シード層４５４が形成され、その後、例えばＥＣＤ処理を使用して、銅充填材料４５６がウエハ４０２上に付着され、溝およびバイア空洞４４６および４２６をそれぞれ満たす。その後図７Ｎにおいて、ウエハ４０２は、例えばＣＭＰ処理を使用して平面化され、導電二重波状形状溝およびバイア構造が完成される。この後、１つあるいは複数の次に続く相互接続レベルあるいは層を、例えば上記あるいは他の単一および（あるいは）二重波状形状製造技術を使用して、図７Ｎの構造上に構築することができる。任意の数のこのような層あるいはレベルを、ウエハ４０２における導電形状特徴（例えば、ケイ化物構造４０６）への電気的結合を提供するために、本発明に従って製造することができる。
図８Ａ−８Ｄにも参照すると、従来の二重波状形状構造、および、本発明によるその場でのエッチング止めエッチング処理（例えば、上記方法３００）によって製造された二重波状形状相互接続構造の断面図が示されている。図８Ａおよび８Ｃは、同じ従来の処理を施したウエハの異なる部分を示している。図８Ａの部分は二重波状形状経路溝を示し、図８Ｃの部分は二重波状形状溝およびバイアを示している。図８Ｂおよび８Ｄは、本発明による同じ二重波状形状相互接続処理を施した他のウエハの異なる部分を示している。図８Ｂの部分は二重波状形状経路溝を示し、図８Ｄの部分は二重波状形状溝およびバイアを示している。
図８Ａおよび８Ｂは、イメージ４６０および４６２をそれぞれ示し、イメージ４６０は、従来の処理により形成されたエッチング止めエッチング後の二重波状形状経路溝を示し、イメージ４６２は、本発明により形成された経路溝を示している。図８Ａのイメージ４６０に見られるように、溝側壁の上端は丸くなっており、溝の底辺の角には極小さい溝の形成が見られる。加えて、図８Ａにおける従来の溝の輪郭は弓なりになっている。本発明の二重波状形状処理は、それに対し、図８Ｂのイメージ４６２に見られるように、かなり改善された溝輪郭およびＣＤの均一性を提供する。さらに、図８Ａおよび８Ｃにおける従来の処理によると、エッチング止めエッチングの間に上部表面および溝の底辺から材料が失われることとなるが、このことは、図８Ｂおよび８Ｄのウエハにおいては起こらない。
図８Ｃおよび８Ｄは、エッチング止めエッチング後の二重波状形状溝およびバイア構造の断面イメージ４６４および４６６をそれぞれ示し、図８Ｃのウエハは従来技術によって処理され、図８Ｄのウエハは本発明に従って処理されている。ここでも、図８Ｃのイメージ４６４における従来の二重波状形状構造においては、イメージ４６６におけるウエハよりも、溝およびバイアの上部が丸くなり側壁が弓なりになっている。加えて、図８Ｃのウエハにおいては、図８Ｄのウエハにおけるよりも、上部表面および溝の底面においてさらに誘電体の厚さが薄くなっている。上記二重波状形状の例は、バイア先行技術の場合において図示され記述されているが、この分野の技術者には、本発明の１つあるいは複数の態様を、溝先行二重波状形状処理において、そして他の二重波状形状方法において実施することができることが理解されるであろう。この点に関して、本発明および付随する請求項は、ここに説明される実施に制限されない。
本発明を、１つあるいは複数の実施に関して図示し記述してきたが、本明細書および付随する図面を読み理解するにあたり、この分野の技術者には、同等の変更および修正が考えられるであろう。特に、上記構成部品（アセンブリ、素子、回路、システム、その他）により実行される多様な機能に関して、これらの構成部品を記述するのに使用される用語（“手段”への言及も含む）は、他に指示がない限り、本発明のここに説明された例示的実施における機能を実行する開示された構造と構造的に同等でなくても、上記構成部品の特定の機能を実行する（例えば、つまり機能的に同等の）任意の構成部品に対応するよう意図されている。加えて、本発明の特定の特徴は、いくつかある実施の１つに関してのみ開示されてきたかもしれないが、このような特徴は、任意のあるいは特定の応用に対して望ましく有利となるように、他の実施の１つあるいは複数の他の特徴と組み合わせることができる。さらに、用語“含んでいる”、“含む”、“有している”、“有する”、“を持つ”あるいはこれらの変形が、詳細な説明および請求項のいずれかにおいて使用されている限りにおいて、これらの用語は、用語“含む”と同様に包括的であることを意味する。
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）半導体ウエハにおける現存の相互接続構造の上に位置する単一波状形状相互接続構造を形成し、前記現存の相互接続構造における導電形状特徴への電気的結合を提供する方法であって、
エッチング止め層を前記現存の相互接続構造上に形成することと、
誘電体層を前記エッチング止め層上に形成することと、
前記誘電体層の一部分を通して空洞を形成し、前記エッチング止め層の一部分を露出することと、
前記空洞を前記エッチング止め層の一部分を通して拡張し、前記現存の相互接続構造における前記導電形状特徴を露出し、前記空洞の形成と拡張との間に実質的に何の処理工程も介在させないことと、
導電材料を前記空洞内に形成し、前記現存の相互接続構造における前記導電形状特徴への電気的結合を提供すること、
を含む前記方法。
（２）上記エッチング止め層の形成は、ＳｉＮあるいはＳｉＣの層を上記現存の相互接続構造上に付着することを含む、第１項記載の方法。
（３）上記空洞の形成および上記空洞の拡張は同時に行われる、第１項記載の方法。
（４）上記空洞の形成および上記空洞の拡張は、単一エッチング・ツールにおいてその場で（in-situ;インサイチューで）実行される、第１項記載の方法。
（５）上記空洞の拡張は、上記空洞の形成の直後に実行される、第１項記載の方法。
（６）半導体ウエハにおける現存の相互接続構造の上に位置する二重波状形状相互接続構造を形成し、前記現存の相互接続構造における導電形状特徴への電気的結合を提供する方法であって、
エッチング止め層を前記現存の相互接続構造上に形成することと、
誘電体層を前記エッチング止め層上に形成することと、
前記誘電体層の一部分を通してバイア空洞を形成し、前記エッチング止め層の一部分を露出することと、
前記バイア空洞を前記エッチング止め層の一部分を通して拡張し、前記現存の相互接続構造における前記導電形状特徴を露出し、前記バイア空洞の形成と拡張との間に実質的に何の処理工程も介在させないことと、
溝空洞を前記誘電体層に形成することと、
導電材料を前記溝およびバイア空洞内に形成し、前記現存の相互接続構造における前記導電形状特徴への電気的結合を提供すること、
を含む前記方法。
（７）上記バイア空洞の上記誘電体層の上記部分を通しての形成は、バイア・エッチング処理を使用して、上記誘電体層の上記部分をエッチングし、上記バイア空洞を形成し上記エッチング止め層の上記部分を露出することを含み、上記バイア空洞の上記エッチング止め層の上記部分を通しての拡張は、エッチング止めエッチング処理を使用して、上記エッチング止め層の露出した部分をエッチングし、上記現存の相互接続構造における上記導電形状特徴を露出することを含む、第６項記載の方法。
（８）上記バイア・エッチング処理はＲＩＥエッチングを含み、上記エッチング止めエッチング処理はＲＩＥエッチングを含む、第７項記載の方法。
（９）上記バイア空洞の形成および上記バイア空洞の拡張は同時に実行される、第６項記載の方法。
（１）半導体ウエハにおける現存の相互接続構造の上に位置する単一波状形状相互接続構造を形成し、前記現存の相互接続構造における導電形状特徴への電気的結合を提供する方法であって、
エッチング止め層を前記現存の相互接続構造上に形成することと、
誘電体層を前記エッチング止め層上に形成することと、
前記誘電体層の一部分を通して空洞を形成し、前記エッチング止め層の一部分を露出することと、
前記空洞を前記エッチング止め層の一部分を通して拡張し、前記現存の相互接続構造における前記導電形状特徴を露出し、前記空洞の形成と拡張との間に実質的に何の処理工程も介在させないことと、
導電材料を前記空洞内に形成し、前記現存の相互接続構造における前記導電形状特徴への電気的結合を提供すること、
を含む前記方法。
（２）上記エッチング止め層の形成は、ＳｉＮあるいはＳｉＣの層を上記現存の相互接続構造上に付着することを含む、第１項記載の方法。
（３）上記空洞の形成および上記空洞の拡張は同時に行われる、第１項記載の方法。
（４）上記空洞の形成および上記空洞の拡張は、単一エッチング・ツールにおいてその場で（in-situ;インサイチューで）実行される、第１項記載の方法。
（５）上記空洞の拡張は、上記空洞の形成の直後に実行される、第１項記載の方法。
（６）半導体ウエハにおける現存の相互接続構造の上に位置する二重波状形状相互接続構造を形成し、前記現存の相互接続構造における導電形状特徴への電気的結合を提供する方法であって、
エッチング止め層を前記現存の相互接続構造上に形成することと、
誘電体層を前記エッチング止め層上に形成することと、
前記誘電体層の一部分を通してバイア空洞を形成し、前記エッチング止め層の一部分を露出することと、
前記バイア空洞を前記エッチング止め層の一部分を通して拡張し、前記現存の相互接続構造における前記導電形状特徴を露出し、前記バイア空洞の形成と拡張との間に実質的に何の処理工程も介在させないことと、
溝空洞を前記誘電体層に形成することと、
導電材料を前記溝およびバイア空洞内に形成し、前記現存の相互接続構造における前記導電形状特徴への電気的結合を提供すること、
を含む前記方法。
（７）上記バイア空洞の上記誘電体層の上記部分を通しての形成は、バイア・エッチング処理を使用して、上記誘電体層の上記部分をエッチングし、上記バイア空洞を形成し上記エッチング止め層の上記部分を露出することを含み、上記バイア空洞の上記エッチング止め層の上記部分を通しての拡張は、エッチング止めエッチング処理を使用して、上記エッチング止め層の露出した部分をエッチングし、上記現存の相互接続構造における上記導電形状特徴を露出することを含む、第６項記載の方法。
（８）上記バイア・エッチング処理はＲＩＥエッチングを含み、上記エッチング止めエッチング処理はＲＩＥエッチングを含む、第７項記載の方法。
（９）上記バイア空洞の形成および上記バイア空洞の拡張は同時に実行される、第６項記載の方法。
（発明の要約）
溝あるいはバイア空洞を、単一波状形状相互接続構造に形成するための方法が開示されている。本方法は、誘電体層をエッチングして（１１２）そこに空洞を形成し下に位置するエッチング止め層を露出することと、露出したエッチング止め層をエッチングして空洞を拡張し、現存の相互接続構造における導電形状特徴を露出すること、を含み、本方法において、誘電体層の一部分のエッチングとエッチング止め層の露出した部分のエッチングは、これらの間に実質的に何の処理も介在させずに同時に実行される。また、バイア空洞を二重波状形状相互接続構造に形成する方法も開示されている。本方法は、現存の相互接続構造上にエッチング止め層を形成すること（１０４）と、エッチング止め層上に誘電体層を形成すること（１０６）と、誘電体層の一部分をエッチングし（１１４ｂ）、バイア空洞を誘電体層に形成しエッチング止め層の一部分を露出することと、エッチング止め層をエッチングして（１１６）バイア空洞を拡張すること、を含み、本方法において、誘電体層はエッチング止め層のエッチングの間覆われている。
溝あるいはバイア空洞を、単一波状形状相互接続構造に形成するための方法が開示されている。本方法は、誘電体層をエッチングして（１１２）そこに空洞を形成し下に位置するエッチング止め層を露出することと、露出したエッチング止め層をエッチングして空洞を拡張し、現存の相互接続構造における導電形状特徴を露出すること、を含み、本方法において、誘電体層の一部分のエッチングとエッチング止め層の露出した部分のエッチングは、これらの間に実質的に何の処理も介在させずに同時に実行される。また、バイア空洞を二重波状形状相互接続構造に形成する方法も開示されている。本方法は、現存の相互接続構造上にエッチング止め層を形成すること（１０４）と、エッチング止め層上に誘電体層を形成すること（１０６）と、誘電体層の一部分をエッチングし（１１４ｂ）、バイア空洞を誘電体層に形成しエッチング止め層の一部分を露出することと、エッチング止め層をエッチングして（１１６）バイア空洞を拡張すること、を含み、本方法において、誘電体層はエッチング止め層のエッチングの間覆われている。
２ ウエハ
４ シリコン基板
５ 導電ケイ化物構造
６ 誘電体
７ タングステン接触
８ 誘電体
１０ 導電形状特徴
１２ エッチング止め層
１４ 誘電体層
１６ ＢＡＲＣ層
１８ レジスト・マスク
２０ 臨界寸法
２２ バイア・エッチング処理
２４ バイア空洞
２６ 除灰処理
２８ ウエット・クリーン処理
３０ エッチング止めエッチング処理
３２ 除灰処理
３４ ウエット・クリーン処理
５２ ウエハ
５４ シリコン基板
５５ 導電ケイ化物構造
５６ 誘電体
５７ 接触
５８ 誘電体
６０ 接触
６２ エッチング止め層
６４ 誘電体層
６６ ＢＡＲＣ層
６８ レジスト・マスク
７０ 臨界寸法
７２ バイア・エッチング処理
７４ バイア空洞
７６ レジスト除灰処理
７８ ウエット・クリーン処理
８０ ＢＡＲＣ層
８２ 溝レジスト・マスク
８４ 溝エッチング操作
８６ 溝空洞
９０ 除灰操作
９２ ウエット・クリーン
９４ エッチング止めエッチング処理
９６ 除灰操作
９８ ウエット・クリーン
２０２ ウエハ
２０４ シリコン基板
２０５ 導電ケイ化物構造
２０６ 誘電体
２０７ タングステン接触
２０８ 誘電体
２１０ 導電形状特徴
２１２ エッチング止め層
２１３ 付着処理
２１４ 誘電体層
２１５ 付着処理
２１６ 有機ＢＡＲＣ層
２１８ レジスト・マスク
２２０ 開口
２２２ バイアＢＡＲＣエッチング処理
２２４ バイア主エッチング処理
２２６ バイア空洞
２３０ バイア・オーバ・エッチング処理
２３２ エッチング止めエッチング
２３４ レジスト除灰処理
２３６ ウエット・クリーン操作
２３８ 銅拡散障壁層
２３９ 付着処理
２４０ 銅シード層
２４１ ＥＣＤ銅付着処理
２４２ 銅
２４３ ＣＭＰ平面化処理
２４４ エッチング止め層
２４５ 誘電体層
２４６ 銅拡散障壁層
２４７ 銅シード層
２４８ ＥＣＤ付着銅充填材料
４０２ ウエハ
４０４ シリコン基板
４０５ 導電ケイ化物構造
４０６ 誘電体
４０７ タングステン接触
４０８ 誘電体
４１０ 導電形状特徴
４１２ エッチング止め層
４１４ 誘電体層
４１６ 有機ＢＡＲＣ層
４１８ レジスト・マスク
４２０ 開口
４２２ バイアＢＡＲＣエッチング処理
４２４ バイア主エッチング処理
４２６ バイア空洞
４３０ バイア・オーバ・エッチング処理
４３２ エッチング止めエッチング
４３４ レジスト除灰処理
４３６ ウエット・クリーン操作
４３８ ＢＡＲＣ層
４４０ 溝レジスト・マスク
４４２ 溝ＢＡＲＣエッチング処理
４４４ ＲＩＥ溝エッチング処理
４４６ 溝空洞
４４８ 除灰処理
４５０ ウエット・クリーン処理
４５２ 銅拡散障壁層
４５４ 銅シード層
４５６ 銅充填材料
４ シリコン基板
５ 導電ケイ化物構造
６ 誘電体
７ タングステン接触
８ 誘電体
１０ 導電形状特徴
１２ エッチング止め層
１４ 誘電体層
１６ ＢＡＲＣ層
１８ レジスト・マスク
２０ 臨界寸法
２２ バイア・エッチング処理
２４ バイア空洞
２６ 除灰処理
２８ ウエット・クリーン処理
３０ エッチング止めエッチング処理
３２ 除灰処理
３４ ウエット・クリーン処理
５２ ウエハ
５４ シリコン基板
５５ 導電ケイ化物構造
５６ 誘電体
５７ 接触
５８ 誘電体
６０ 接触
６２ エッチング止め層
６４ 誘電体層
６６ ＢＡＲＣ層
６８ レジスト・マスク
７０ 臨界寸法
７２ バイア・エッチング処理
７４ バイア空洞
７６ レジスト除灰処理
７８ ウエット・クリーン処理
８０ ＢＡＲＣ層
８２ 溝レジスト・マスク
８４ 溝エッチング操作
８６ 溝空洞
９０ 除灰操作
９２ ウエット・クリーン
９４ エッチング止めエッチング処理
９６ 除灰操作
９８ ウエット・クリーン
２０２ ウエハ
２０４ シリコン基板
２０５ 導電ケイ化物構造
２０６ 誘電体
２０７ タングステン接触
２０８ 誘電体
２１０ 導電形状特徴
２１２ エッチング止め層
２１３ 付着処理
２１４ 誘電体層
２１５ 付着処理
２１６ 有機ＢＡＲＣ層
２１８ レジスト・マスク
２２０ 開口
２２２ バイアＢＡＲＣエッチング処理
２２４ バイア主エッチング処理
２２６ バイア空洞
２３０ バイア・オーバ・エッチング処理
２３２ エッチング止めエッチング
２３４ レジスト除灰処理
２３６ ウエット・クリーン操作
２３８ 銅拡散障壁層
２３９ 付着処理
２４０ 銅シード層
２４１ ＥＣＤ銅付着処理
２４２ 銅
２４３ ＣＭＰ平面化処理
２４４ エッチング止め層
２４５ 誘電体層
２４６ 銅拡散障壁層
２４７ 銅シード層
２４８ ＥＣＤ付着銅充填材料
４０２ ウエハ
４０４ シリコン基板
４０５ 導電ケイ化物構造
４０６ 誘電体
４０７ タングステン接触
４０８ 誘電体
４１０ 導電形状特徴
４１２ エッチング止め層
４１４ 誘電体層
４１６ 有機ＢＡＲＣ層
４１８ レジスト・マスク
４２０ 開口
４２２ バイアＢＡＲＣエッチング処理
４２４ バイア主エッチング処理
４２６ バイア空洞
４３０ バイア・オーバ・エッチング処理
４３２ エッチング止めエッチング
４３４ レジスト除灰処理
４３６ ウエット・クリーン操作
４３８ ＢＡＲＣ層
４４０ 溝レジスト・マスク
４４２ 溝ＢＡＲＣエッチング処理
４４４ ＲＩＥ溝エッチング処理
４４６ 溝空洞
４４８ 除灰処理
４５０ ウエット・クリーン処理
４５２ 銅拡散障壁層
４５４ 銅シード層
４５６ 銅充填材料
Claims (1)
- 半導体ウエハにおける現存の相互接続構造の上に位置する単一波状形状相互接続構造を形成し、前記現存の相互接続構造における導電形状特徴への電気的結合を提供する方法であって、
エッチング止め層を前記現存の相互接続構造上に形成することと、
誘電体層を前記エッチング止め層上に形成することと、
前記誘電体層の一部分を通して空洞を形成し、前記エッチング止め層の一部分を露出することと、
前記空洞を前記エッチング止め層の一部分を通して拡張し、前記現存の相互接続構造における前記導電形状特徴を露出し、前記空洞の形成と拡張との間に実質的に何の処理工程も介在させないことと、
導電材料を前記空洞内に形成し、前記現存の相互接続構造における前記導電形状特徴への電気的結合を提供すること、
を含む前記方法。
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