JP2004522315A - 半導体構造 - Google Patents

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Abstract

本発明は、デュアルダマシン工程のための半導体構造に関し、そして、下部層の上部表面が、上部層の堆積の前に如何なる前のアニールを行うことなくH2プラズマに該下部層の前記上部表面を露出することによって形成されるとき、スタックに形成された上部および下部の低k誘電体層を含む。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、デュアルダマシン工程(dual damascene processing)のための半導体構造に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置の形成において、ダマシン工程は、銅の堆積に最も適した方法であるため、特に重要となって来ている。ダマシン工程を行うために、異なるがオーバーラップする構造を連続するエッチング工程によって誘電体のスタック層にエッチングすることが必要であり、これが、エッチングがスタックにおける2つの層間の境界に達した時を検出するのが可能な時に最も評価される。検出されるこの段階のために、境界にエッチング停止層を形成するのが典型的であり、これは、典型的に、2つの誘電体層の間に窒化珪素やカーバイドの薄い層を堆積することによって行われる。これらの材料は、比較的高い誘電定数を有し、また、デバイスの厚さおよび誘電体スタックの誘電定数を増加する。
【発明の開示】
【0003】
本発明は、スタックに形成された上部および下部の低い誘電定数(k)誘電体層を含むデュアルダマシン処理に適した半導体構造において、前記下部層の上部表面は、前記上部層の堆積の前に如何なる前のアニールを行うことなくH2プラズマに該下部層の前記上部表面を露出することによって形成された全体エッチング停止層を有することにある。
【0004】
少なくとも前記下部誘電体層の材料は、SiCHO型材料であり、例えば、テトラメチルシランおよび酸素の反応により形成される。
【0005】
前記エッチング停止層は、100nm(1000Å)の厚さよりも薄くて前記下部誘電体層に一致して形成されるのが好ましく、そのため、前記誘電体層を正式に形成するために必要とされる時間、材料或いは設備資源の如何なる付加的な処理を浪費することがない。
【0006】
他の形態において、本発明は、エッチング停止層としてSiCHO型材料の低k誘電体のH2プラズマ処理によって形成された表面層を利用することを含む誘電体層のエッチング方法にある。
【0007】
前記エッチングは、ダマシン工程の一部を構成する。
【0008】
本発明は上述したように定義されるが、本発明が前に詳述された構成或いは以下の記載の如何なる独創的な組み合わせも含むことは理解されるであろう。
【0009】
本発明は様々な方法で遂行され、それは、添付図面を参照した例によってここで記述される。
【0010】
図1において、デュアルダマシン構造は、半導体または絶縁体のウエハ上でエッチングされる。そのため、金属化されたビア1は、表面にエッチング停止層3を有する低い誘電定数の絶縁層2によって境界が設けられる。この停止層は、トレンチエッチング工程の停止を提供する機能を有する。そして、エッチング停止層は、その後、トレンチ内で続いている金属がエッチング停止層に接触するのを許容すべく、スパッタエッチングされてビアにおける金属の上部から取り除かれる。トレンチは、マスク5を使用して低い誘電定数の絶縁体4においてエッチングされる。典型的に、層2および4は、本質的に同じ材料であり、しばしばバリア層6およびキャップ層7のような他の層によって境界が設けられる。
【0011】
本発明の一実施例は、図2に描かれている。ここで、ビアは低い誘電定数の絶縁体層8に形成された金属または有機のプラグ1aで充填されているが、必ずしもそうする必要はない。ビアがエッチングされ、また、金属が充填される厳密なシーケンスは、上方に横たわるトレンチ構造のためにエッチング停止層を必要とすることは重要ではない。この層は、バリア層6aを有する。第2の誘電体層は、従来技術において、マスク5aとして設けられている。
【0012】
ここで、参照によって組み入れられる本願と同一出願人による国際特許出願第WO01/01472号において、テトラメチルシランおよび酸素の反応による低k誘電体材料を構成し、且つ、続いてそれをH2プラズマで処理する方法が述べられている。本願では図4として再現された上記文献の図19において、そのような膜が層のバルクと異なるように化学処理された表面層を有することが示されている。ここで、出願人は、上記層が調和した誘電体材料となるようにそれらが取り除かれるものと推測したが、とにかくデュアルダマシンおよび関連する工程のいずれの場合にも、それらは伝統的なエッチング停止層を提供しなければならなかった。そこで、本出願人は、この表面層すなわち外皮はエッチング停止層として活用し得ることを規定した。従って、図2において、図4の符号16で示される外皮部分は、誘電体層8のエッチング停止層を構成し、それどころか誘電定数層9のキャップ層11を構成する。
【0013】
そのようなエッチング停止層を作り出す典型的な処理は、400℃のプラテン、4Torrの圧力、1000sccmのH2および13.56MHzで1KWが印加された上部シャワーヘッド電極に存する水素プラズマ処理であろう。典型的には、純粋な水素が使用されるが、不活性なキャリアガスと混合された水素すなわち水素含有ガスが適当であるかも知れない。
【0014】
ここで、トレンチエッチングが述べられたが、例えば、図3に示されるように、ビアのマスクが誤って整合されると、トレンチ上のビアのエッチングも本発明の表面層によって改良される。このとき、金属化されたトレンチ12は、接触を取るためにエッチングされたビア13を有する。もし、適切に整合および境界が設けられたこのビアのエッチングは、トレンチ金属上で完全に終端するが、もし、ビアのエッチングが誤った整合だと、トレンチ金属およびトレンチ絶縁層14の混合体上で終端することが必要になる。もし、全体エッチング停止層を構成するために、トレンチ絶縁層上部15の表面の変更が行われるならば、ビアのエッチングは改善される。従って、トレンチ絶縁層の表面変更は、ビアのマスクの誤った整合を許容するビアのエッチングを助け、従って、ウエハの歩留りを増加させる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】デュアルダマシン工程の従来の配置を示す切り抜き断面図である。
【図2】本発明に係るデュアルダマシン工程の配置を示す切り抜き断面図である。
【図3】図2に対応する図であるが、エッチング部は部分的にオフセットされた図である。
【図4】5分間のH2プラズマで形成されたTMSおよびO2堆積膜のSIMプロファイルを示す図である。

Claims (6)

  1. スタックに形成された上部および下部の低k誘電体層を含むダマシン処理に適した半導体構造であって、前記下部層の上部表面は、前記上部層の堆積の前に如何なる前のアニールを行うことなくH2プラズマに該下部層の前記上部表面を露出することによって形成された全体エッチング停止層を有することを特徴とする半導体構造。
  2. 請求項1に記載の半導体構造において、少なくとも前記下部誘電体層の材料は、SiCHO型材料であることを特徴とする半導体構造。
  3. 請求項1または2に記載の半導体構造において、少なくとも前記下部層の材料は、テトラメチルシランおよび酸素の反応により形成されることを特徴とする半導体構造。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体構造において、前記層は、100nmの厚さよりも薄いことを特徴とする半導体構造。
  5. エッチング停止層としてSiCHO型材料の低k誘電体のH2プラズマ処理によって形成された表面層を利用することを含むことを特徴とする誘電体層をエッチングする方法。
  6. 請求項5に記載の方法において、前記エッチングは、ダマシン工程の一部を構成することを特徴とする方法。
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