JP2007537602A - フルオロカーボン化学エッチングにおけるh2添加物を使用しての炭素ドープ酸化ケイ素エッチング - Google Patents

フルオロカーボン化学エッチングにおけるh2添加物を使用しての炭素ドープ酸化ケイ素エッチング Download PDF

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Abstract

実施例はエッチング材料の供給(210)、水素を含む混合ガスの適用(230)、プラズマの発生(240)、エッチング材料のエッチング(250)を含むエッチング方法(200及び1600)を含む。エッチング材料は低k誘電性材料を含み得る。混合ガスは水素ガス、水素非含有フルオロカーボン、窒素ガスを含み得る。また、1つ以上のハイドロフルオロカーボンガス、不活性ガス、及び/又は一酸化炭素を含み得る。水素ガスとしては、H、CH、C、NH、及び/又はHOガスを含む、二原子水素、炭化水素、シラン、及び/又はフッ素非含有水素ガスであってもよい。水素非含有フルオロカーボンガスはCガス(x≧1、y≧1)、ハイドロフルオロカーボンガスはCガス(x≧1、y≧1、z≧1)であってもよい。混合ガスは酸素非含有であってもよい。実施例は減圧、低流量水素、1つ以上のプラズマ周波数を含み得る。

Description

関連出願
本願は、2004年5月11日に出願された米国特許仮出願第60/570524号、及びグ(Gu)、デルガディーノ(Delgadino)、チェン(Chen)、及びエ(Ye)により「フルオロカーボンエッチングにおけるH添加物を使用しての炭素ドープ酸化ケイ素エッチング」の名称で出願された米国特許出願に基づく利益を主張する。
半導体又は薄膜デバイスの製造における一般的な工程の1つはエッチングである。エッチングとしては典型的には液体酸を使用するウェットエッチング、又はプラズマを印加してデバイスをエッチングするという、より一般的な方法であるドライエッチングが考えられる。
ドライエッチング中、可能な限り垂直な側壁と可能な限り平坦な底部によって充分に形成された、バイアやトレンチ等のエッチング形状フィーチャを有することが非常に望ましい。より深く、例えばより高いアスペクト比を有する、より均一な構造体の形成が可能になることから、側壁は垂直であることが有益である。底部が平坦であると、より優れた接続部をデバイスコンポーネント間に形成可能になる。充分に形成された構造体であることにより、ショートや不完全な接続部といった不良が生じる可能性が低下し、その結果、全体としての生産収率を向上することが可能である。さらに、フィーチャ又は素子間を分離する必要性を低下することができると、デバイス及びコンポーネントの密度を向上させることが可能になる。
生産速度が向上することから、エッチング工程を完了するに必要とされる時間を短縮することも非常に望ましい。エッチング時間を短縮するために試みられた方法の1つが、エッチング速度の向上であった。しかしながら、エッチング速度が向上するにつれエッチングの質は低下しがちであり、生産が増加してもデバイス収率が低くなることで相殺されてしまっていた。エッチングの質の問題には、選択性の低下、ストライエーション、マイクロローディング、プロファイルの先細り、不十分なエッチング深さ、エッチング早期終了が含まれる。
よって、得られるエッチングの質を維持もしくは向上させながらも、エッチングの質を向上させ、かつより速いエッチング速度を提供するエッチング方法に対する需要がある。
いくつかの実施形態において、本発明はエッチング材料の供給と、水素を含む混合ガスの適用と、プラズマの発生と、エッチング材料のエッチングとを含むプラズマエッチング方法である。
エッチング材料は低k誘電性材料、ARC層及び/又はバリア層を含むことができ、これらの層は1つ以上の工程でエッチング可能であり、特定の実施形態に依存する。実施形態において、低k誘電性材料の誘電率は4.0未満である。少なくとも1つの実施形態において、誘電性材料は炭素ドープ酸化ケイ素である。
いくつかの実施形態において、混合ガスは水素ガス、水素非含有フルオロカーボン、窒素ガスを含む。実施形態における混合ガスは、さらに1つ以上のハイドロフルオロカーボンガス、不活性ガス、及び/又は一酸化炭素ガスを含む。水素ガスは二原子水素、炭化水素、シラン及び/又はフッ素非含有水素ガスを含むことでき、H、CH、C、NH及び/又はHOガスを含む。特定の実施形態において、水素非含有フルオロカーボンガスはCガス(x≧1及びy≧1)を含み、窒素ガスはNガスであり、ハイドロフルオロカーボンガスはCガス(x≧1、y≧1、z≧1)を含み、不活性ガスはHe、Ne、Kr、Xe、及び/又はArを含むことができる。少なくとも1つの実施形態において、混合ガスは酸素を含まない。
いくつかの実施形態において、混合ガスは圧力約5mTorr〜約400mTorrで適用され、他の実施形態においては圧力約5mTorr〜約30mTorrである。プラズマは、2MHz、13.56MHz、162MHzを含む1つ以上の周波数で発生させることが可能であり、実施形態に依存する。いくつかの実施形態において、プラズマは電源電力約0ワット〜約2000ワット、バイアス電力約300ワット〜約3000ワットで発生させることが可能である。
実施形態において、水素ガスの流量は約10sccm〜約250sccmであり、特定の実施形態においては流量はそれより低く約10sccm〜約75sccm、水素非含有フルオロカーボンガスの流量は約20sccm〜約200sccm、ハイドロフルオロカーボンガスの流量は約20sccm〜約200sccm、水素非含有フルオロカーボン及びハイドロフルオロカーボンガスの流量は約10sccm〜約200sccmである。
特定の実施形態において、混合ガスは水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガス、水素含有非エッチャントガス、窒素含有ガス、及び不活性ガスを含む。
詳細な説明
本願は、2004年5月11日に出願された米国特許仮出願第60/570524号に基づく利益を主張する。グ(Gu)その他による「フルオロカーボン化学エッチングにおけるH2添加物を使用しての炭素ドープ酸化ケイ素エッチング」と題された2004年5月11日出願の米国特許仮出願番号第60/570524号は、引用により本願に組み込まれる。また、本願はグ(Gu)その他による「フルオロカーボンエッチングにおけるH2添加物を使用しての炭素ドープ酸化ケイ素エッチング」と題された米国特許出願に基づく利益を主張し、引用により本願に組み込まれる。
少なくとも1つの実施形態において、本発明は、特定の所望のエッチング特性及び結果を達成しながらも、構造体の1つ以上の材料層にフィーチャをエッチングする方法を含む。特定の実施形態において、出願人の発明はエッチング中に水素ガスを用いる。水素ガスを使用することの特徴としては、エッチングに伴う様々な弊害を低減又は排除しつつ、特定の所望のエッチングプロファイル、より高い選択性、及び/又は向上したエッチング速度を得られることが挙げられる。
本発明の実施形態において、水素の使用によりエッチングのプロファイル及びフィーチャ形状を向上又は調整することが可能となる。例えば、エッチング中、混合ガスに水素ガスを使用することで、エッチング構造体における底部バリア層に対するある特定の選択性を維持しながらも、プロファイルの先細りを低減又は排除することが可能であり、従ってより平坦な底面を得ることが可能である。また、水素を使用することで、より多くの、又は少なくとも同量に近いフォトレジストつまりPR材料を保持しながらより深くエッチングすることができる。さらに、マイクロトレンチ、マイクロローディング、ストライエーション、及び/又はエッチストップ等の問題の量や程度を水素を添加することで低減又は排除することにより、得られるエッチングを改善し得る。
本発明の実施形態における水素の使用により、マイクロトレンチの低減、場合によっては排除が可能である。マイクロトレンチの弊害には、ボイドの形成、電気抵抗の増大、キャパシタンス及び漏れの増大が含まれる。エッチング中、マイクロトレンチ付近のフィーチャに材料を堆積するにつれて、マイクロトレンチの領域にボイドが発生する場合がある。このようなボイドにより、堆積される材料の断面積は、フィーチャを完全に充填した場合の面積に比較して狭くなる。銅等の導電材料をエッチングしたフィーチャに堆積すると、断面積の低下により電気抵抗が増大する。電気抵抗の増大は、デバイスの性能の低下を引き起こす可能性がある。
また、マイクロトレンチにより、導電材料がより近接することから、層間のキャパシタンスが増大する可能性がある。これは、マイクロトレンチが発生することにより、より深くエッチングして所望の断面積を維持してフィーチャのボイドを相殺せしめる、又は材料がマイクロトレンチを充填することで、導電性のトレンチ材料が別の導体素子により近接することのいずれかにより引き起こされ得る。キャパシタンスが増大すると、導体素子の信号送信速度が低下することで性能が低下する場合がある。
マイクロトレンチが発生することにより、マイクロトレンチの鋭角部分から漏れが起こる可能性があり、これはデバイス性能の低下、場合によってはショートも引き起し得る。
実施形態によっては、水素を使用することによりマイクロローディングを低減又は排除することもできる。水素のこういった効果には、プロファイルのマイクロローディング及びエッチング速度のマイクロローディングの双方で直面する問題が含まれる。結果として、エッチング中の水素の使用は、所望のエッチングプロファイルの達成にさらに役立ち得る。
エッチング用混合ガスに水素を添加してストライエーションを低減することは、エッチングの質を向上させるだけでなく、フォトレジストを損傷から防御するのに役立つ。ストライエーション及びピンホールは、低いPR選択性でエッチングすることでPR層が比較的薄くなるにつれて形成される傾向がある。ストライエーション及びピンホールは、PR層を貫通して開口部が設けられることにより、その下にある構造体の不必要なエッチングの原因となる。ストライエーションは、Cuバリア層の堆積中にCuの誘電層中への拡散を増大させ、破壊電圧を低下させ、及び/又はキャパシタンスを増大させ、問題を引き起こす場合がある。ストライエーションにより金属の堆積中にボイドの出現が増加し、抵抗が増大し、デバイスの寿命が低下する場合がある。ストライエーションにより、特に不揃いな構造体の場合、相互接続間の電流の漏れが増大することがある。ピンホールによりキャパシタンスと漏れが増大し、DUVレジストの被毒が強化される場合がある。しかしながら、エッチング中に水素を使用する実施形態では、ストライエーションやピンホールが形成されるほどには薄くならないように、充分なPR層厚さを維持することが可能である。少なくとも1つの実施形態において、マスク上にハイドロフルオロカーボンを滑らかに堆積させることにより、ストライエーションの形成が大きく低下する場合がある。フォトレジストへの損傷低下というこの可能性は、比較的弱く薄い、新型のフォトレジスト層を使用する場合に更に重要となる。
さらに、実施形態において水素を添加することで、エッチングする材料の、保持する材料に対する選択性を向上することが可能になる。さらに詳細には、実施形態において、水素を使用することにより、フォトレジストのエッチング速度に比べ、誘電体又は同様のエッチング材料のエッチング速度が、水素を添加していないエッチングに比べて早くなる。これにより、所定の誘電体エッチングに関し、より多くのフォトレジストを保持する、及び/又はより薄いフォトレジストの使用が可能となる。フォトレジストに関し、より薄い材料の使用が可能であることは重要である。これは、193nmフォトレジスト等の新型フォトレジストが、より小さいフィーチャサイズを実現するためにより薄くなる傾向にあるからである。
本発明の一部の実施形態においては、水素ガスを使用することで、エッチング中に重合体材料をPR層上に堆積することによって、PR層に対しての選択性を向上させることが可能となる。水素の使用は、構造体上への重合体の堆積に影響を与え得る。例えば、水素を用いることにより、実施形態によっては、重合体はエッチング構造体全体により均一に堆積される、又は重合体はPR層上に、PR層を有しない領域よりも多く選択的に堆積される、又は堆積した重合体のPR層に対する結合は、その他の非PR材料に対する結合よりも強力になる。PR層上への重合体の堆積により、実施形態によっては、PR層の有効厚さを実際に増大することが可能であり、この結果、効果的な無限のPR選択性が得られる。
水素を使用してPR選択性を制御することで、本発明の実施形態はより充分に形成された均一な開口部をエッチングしたフィーチャに設け、PR選択性が高い場合に不均一な形状の開口部が形成されることやPR選択性が低い場合にストライエーションによる損傷が起こることを回避する。
水素ガスは非エッチャントガスであってもよい。本発明の特定の実施形態において、使用する水素はH、水素以外の元素に化学結合していない水素つまり純粋な水素である二原子水素である。
本発明の実施形態において、エッチング中に様々なガスを追加して使用することによっても選択性を向上することが可能である。例えば、重合ガスを使用することにより、誘電層以外の層への選択性を向上させることができる。希薄ガス、つまり重合体を過剰量生成しないガスをその他のガスと組み合わせて、より高い選択性を実現することが可能である。例えば、テトラフルオロメタンつまりCF等の低炭素含有ガスは、Hの存在下において、誘電性材料層のエッチング中におけるPR選択性を向上することができる。PR層に対する選択性が低い、例えば約1未満だと、PR層にストライエーションが生じる原因になる可能性がある。高い選択性を必要とされる別の層としてはバリア層が挙げられ、バリア層を設ける場合、典型的にはエッチングする誘電層の下に設けられる。Hが存在することにより、SiC、Si、SiCN等の典型的なバリア層材料に対する選択性が低下する傾向がある。
実施形態によっては、水素に加え、エッチング混合ガスはフルオロカーボン、水素非含有フルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボンガスを含むその他のガスを有し得る。用途によっては、これらのガスはエッチングされるフィーチャの質に影響を与える場合がある。水素非含有フルオロカーボン及びハイドロフルオロカーボンガスはエッチャントガスであってもよい。例えば、実施形態において、ジフルオロメタンつまりCHガスを使用してエッチング速度を向上し、若干先細りになったプロファイルを形成することが可能である。窒素、不活性ガス、一酸化炭素も混合ガスに添加可能である。一部の実施形態において、混合ガスは酸素を含まない。
本発明の実施形態は、エッチングを用いる多種多様な製造工程のいずれにも使用し得る。つまり、出願人の方法の実施形態は多種多様な材料、環境、処理工程、及び設定を用いて実施し得る。例えば、本方法はフロントエンド及びバックエンドアプリケーションの双方に使用し得る。本願で詳細に述べるように、本発明の様々な実施形態の応用例は、ダマシン又はデュアルダマシン処理における使用を含み得る。このような処理において、本発明の実施形態を層間絶縁膜(ILD)、金属間絶縁膜(IMD)、又は同様の材料のエッチング中に応用し、所望のレベルの製品の質を達成しながらもエッチング速度を向上することができる。特に、本発明を用いてILD、IMD、又は同様の層にOSGバイア、トレンチ、その他の同様なフィーチャを形成し、半導体集積回路に多層相互接続構造を形成することができる。いくつかの実施形態において、ILD又はIMDは炭素がドープされた酸化ケイ素薄膜構造である。
近年、集積回路の性能を向上させるためにデュアルダマシン処理が利用されている。標準的なアルミニウム及び酸化ケイ素の相互接続構造は、デュアルダマシンパターン形成技法を用いての銅及び低k誘電性材料に代替されてきている。デュアルダマシンパターン形成技法は典型的にはバックエンド処理中に用いられ、デバイス及びコンポーネント間の相互接続部が形成される。
比較的最近まで、バックエンド処理は典型的にはタングステンプラグ及びアルミニウム相互接続部の組み合わせを使用した。一般的には、アルミニウムを特定の領域に堆積し、その後、選択的にエッチングして所望の相互接続部を形成した。しかしながら、性能をさらに向上させるために、より最近では銅等のより高い導電性を有する材料が相互接続部に使用され始めている。銅の使用によるメリットは多いものの、アルミニウムの場合のようにエッチングによる形成ができない。
その結果、銅のエッチング工程を必要とすることなく銅を堆積できるように、製造方法が開発された。ダマシン及びデュアルダマシン処理において、バイア及びトレンチ等のフィーチャは第1材料中に形成され、その後、これらのフィーチャに第2材料が堆積される。エッチングされる第1材料は典型的には誘電体であり、堆積する第2の材料は銅等の金属である。CMP平坦化処理により別の層を追加して、次の層を形成するための堆積表面を設けてもよい。その結果、こういった処理により、銅をエッチングする必要なく、1つ以上の層に銅の相互接続部を選択的に形成することができる。
銅等の電気抵抗の低い相互接続材料を相互接続部間に位置される絶縁材料と共に用いることにより、相互接続構造又は層間のキャパシタンスが増大する場合がある。このキャパシタンスの増大により、相互接続部の信号送信速度が低下し、デバイスの性能に悪影響がでる可能性がある。
相互接続部間に位置させる材料の誘電率kを低下させることで、キャパシタンス効果を低減し、信号送信速度を回復又はアルミニウム製の相互接続部の場合より早くさえすることが可能である。低k誘電体には炭素ドープ酸化ケイ素及びその他の同等の材料が含まれる。これらの低k材料は炭素含有率が高いため、エッチングが困難になる傾向がある。これはエッチング中に生成される多量の炭素副生成物又は残留物が、処理が進むにつれエッチングの障害となるからである。こういった障害に加え、深紫外線(DUV)フォトレジストの使用で発生する残留物又はスカムの悪影響が考えられる。
本願で詳細に説明されるように、本発明の実施形態はDUVフォトレジストを使用する処理を含む低k誘電体のエッチングに応用することができる。出願人による発明の実施形態は、残留物の生成による悪影響を被ることなく、低k誘電体のエッチング速度を向上する。
デュアルダマシン処理の一例が、図1A〜Fに示される。図に示されるように、構造体つまりウェハ100はライン110、バリア層120、層間絶縁層つまりILD層130、及びパターニングしたフォトレジスト140を、図1Aのように含む。図1Bは、ILD層130の堆積後、バイア132がILD層130にパターニングされることを示している。続いて、誘電体エッチング反応装置内でバイアをエッチングしフォトレジスト140を剥離した後、ウェハ100を洗浄し、図1Cに示されるように下部反射防止膜つまりBARC、レジスト、又はその他のARC材料150をウェハ100上にスピンコーティングする。その後、図1D及びEに示されるように、ウェハ100をプラズマ反応装置内でエッチバックし、トレンチのリソグラフィーに戻してパターニングしたフォトレジスト層160を適用する。最後に、図1Fに示すように、トレンチ134を開口し、レジスト160及びBARC/レジスト/ARC150充填物を剥離し、誘電体エッチング反応装置内でバリア層120を開口する。
一部の実施形態において、本発明は上述のようにダマシン法である。別の実施形態において、本方法は図1A及び1Bに示されるようにダマシン処理の第1工程中に用いられ、ILD層130がエッチングされる。別の実施形態において、図1E〜Fのエッチングに示されるように、本方法は処理の後半で用いられ、トレンチ134はILD層130をエッチングすることで形成され、ARC150及びバリア120がエッチングされる。
加えて、本発明の実施形態を用いることが可能な相互接続集積回路は他にもあり、BARC充填物、BARC全充填物、多層レジスト、二重集積回路のエッチバックを含む。
本発明の応用の具体例は、有機ケイ酸塩ガラスつまりOSG低k誘電体のエッチングを含む。OSGを低k膜として例えば90nm以下で使用する場合、90nm及び以下のプロセスである。このパターニング処理がいずれの低kOSG多孔性・無孔膜に応用できることは明白である。当然のことながら、本発明の処理の応用はデュアルダマシン構造体又はOSGエッチングに限定されるものではない。
実施形態において、エッチング材料はエッチングチャンバ又はプラズマ炉に供給され得る。利用可能なエッチング用具の例をここに記載する。一例は、図17に示されるようなチャンバ又はプラズマチャンバ1700である。プラズマチャンバ1700は、側壁1712、天井部1714、シャワーヘッド1716、及び台座部1718を有するチャンバ1710を含む。また、プラズマチャンバは内部領域1720、処理領域1722、ポンプ環1724、真空ポンプ1730、処理ガス供給源1750、電源1760、マッチ回路1762、アンテナ1764、バイアス電力1770、及びマッチ回路1772を含む。
ウェハ1740は、処理のために台座部1718上に位置され得る。シャワーヘッド1716はガス供給源1750に接続されており、混合ガスをウェハ1740上の処理領域1722に供給する。電源1760、マッチ回路1762、アンテナ1764、バイアス電力1770、及びマッチ回路1772を使用してプラズマを発生させ、ウェハ1740をエッチングできる。
多種多様なチャンバ及びチャンバ1700の変形のいずれもが、本発明の異なる実施形態の方法の実行に使用し得る。
水素を含む混合ガスでのエッチング
本発明の実施形態は水素を含む化学エッチングを利用するものであり、なかでも、望ましいエッチングプロファイルを実現しながらも、フォトレジスト層への選択性を向上させ、エッチングプロファイルのマイクロローディングやエッチング速度のマイクロローディングを最低限にする又は排除することが可能である。
一部の実施形態において、エッチング混合ガスで使用する水素はH、つまり二原子水素である。
図2Aに示されるように、本方法の実施形態は、エッチング材料の供給工程210と、水素を含む混合ガスの適用工程230と、プラズマの発生工程240と、エッチング材料のエッチング工程250とを有する製造方法200を含み得る。記載のように、これらの工程のそれぞれは1つ以上の下位工程を含み得る及び/又は様々に異なる特定の値、数値範囲の変数で実行し得る。また、さらに説明するように、一部の実施形態においては本方法の1つ以上の工程を繰り返して追加のエッチングを行うことが可能であり、二段階エッチングやARC開口及びオーバーエッチングを含む多段階エッチングを有する実施形態を含む。
方法200の最初の工程は、エッチング材料の供給210である。この工程は、図3A及び4Aの2つの実施形態のエッチング構造体で表され、当然のことながら他の実施形態の構造体も使用可能である。
方法200は、種々多様な材料のいずれもをエッチング可能である。本発明の特定の実施形態において、エッチングは低k誘電体を含む誘電性材料上に施される。様々な材料を本発明の方法でエッチングすることができ、炭素ドープ酸化ケイ素、SiO、SiO、SiOCH等の材料を含む。SiO材料はリンでドープした酸化ケイ素つまりPSG、Pガラス、リンケイ酸塩ガラスつまりPSG、ホウリンケイ酸塩ガラスつまりBPSG、フッ化ケイ酸塩ガラスつまりFSG、その他が考えられる。そのドーピングにより、BPSG材料は本方法のフロントエンドエッチング実施形態において有用である。SiOCH材料は、約3.1〜約2のk値を有する、米国カリフォルニア州サンノゼのアプライドマテリアル社製のブラックダイヤモンドつまりBD1、オランダ・ビルトーベンのASMインターナショナルNV ASMI社製のオーロラSD、米国カリフォルニア州サンホセのノヴェラスシステム社製のコーラルを含む。本方法でエッチングする材料はスピンオンされる及び/又は約2.5〜約2.2のk値を有する多孔性材料であることが考えられる。別の実施形態において、誘電性材料はCVD法によって堆積される。
上述したように、本方法の実施形態で誘電体をエッチングすることには、エッチング結果や選択性の向上を含む特定の利点がある。低k誘電体はSiO等のその他の既知の誘電性材料と比較して低い誘電率(k)を有するものを含む。これらの低k値は約2.0〜約3.7の範囲にあるものを含む。こういった低k誘電性材料の特定例をここに記載する。これらの材料は層間絶縁膜つまりILDや金属間絶縁膜つまりIMDを含む種々多様な応用例に使用し得る。
図3Aは方法200でエッチング可能な薄膜構造体300の一実施形態を示す。即ち、図は誘電層310、誘電層310上の反射防止膜つまりARC320、及びARC320上のフォトレジスト層330を有する構造体300の断面図である。
図のように、フォトレジスト330をパターニングして、反射防止膜層320にまで達し、その一部を露出させるギャップ332を形成し得る。ギャップ332は、フォトリソグラフィを含む様々な既知のフォトレジストパターニング技法のいずれかによって形成される。ギャップ332により、図3Cのように、反射防止膜320及び誘電層310の選択的なエッチングが可能となる。一部の実施形態において、フォトレジスト層の厚さは約1500Å〜約7000Åであり、特定の材料及び用途に依存する。
反射防止膜320は多様な反射防止材料のいずれであってもよい。利用可能なARC材料の1つは、スピンオン酸化物である。スピンオン酸化物の組成は一般的に低k誘電体のそれに類似していることから、さらに説明するように、同じ化学エッチングを用いてARCと誘電体の双方をエッチングし、単一工程エッチング処理とすることが可能である。こういったスピンオン酸化物の1つは、米国カリフォルニア州サニーベールのハニーウェル・エレクトロニック・マテリアルのハニーウェル社から入手可能なデュオ(DUO)である。その他の利用可能なARCには、さらに説明されるように、BARC材料及び/又はDARC材料が含まれる。
特定の実施形態において、DUO層の厚さは約1000Å〜約2000Å、BARC層は約400Å〜約700Å、DARC層は約600Å〜約800Åである。エッチング後にDUO層を除去する方法には灰化、湿式化学等が含まれる。
誘電層330は、炭素ドープ酸化ケイ素等の様々な材料から成ることが考えられる。その他の誘電性材料は本願で詳細に記載のものを含む。特定の実施形態において、誘電層の厚みはシングルダマシンの場合で約1500Å〜約3000Å、デュアルダマシンの場合で約3000Å〜約6000Åであることが考えられる。
一部の実施形態においては、トレンチ又はその他の大開口部フィーチャをエッチングする場合、構造体300のような、もしくは構造体300に類似した構造体を使用する。別の実施形態においては、デュアルダマシンの場合等の、バイアを有する構造体にトレンチをエッチングする場合、構造体300のような積層を有する構造体を使用し得る。
図4Aは方法200でエッチング可能な薄膜構造体400の別の実施形態を示している。即ち、この図はライン410、ライン410上に位置するバリア層420、バリア層420上の誘電層430、誘電層430上の反射防止膜つまりARC440、ARC440上のフォトレジスト層450を有する構造体400の断面図である。
フォトレジスト450は、ARC層440にまで達しその一部を露出させているギャップ452を形成している。ギャップ452は、フォトリソグラフィを含む、様々な既知のフォトレジストパターニング技法のいずれかによって形成される。ギャップ452により、図4C〜Eに示されるように、ARC440及び誘電層430を選択的にエッチングすることができる。一部の実施形態において、フォトレジスト450の厚さは約1500Å〜約7000Åであることが考えられる。
実施形態によっては、反射防止膜440は1つ以上の層を含み得る。図4Aに示されるように、ARC層440は下部反射防止層つまりBARC層442及び誘電性反射防止層つまりDARC層444を含み得る2層構造である。BARC層442は様々な材料のいずれであってもよい。DARC層444はSiON又はSiO材料を含み得る。一部の実施形態に関し、BARC層の厚さは典型的には約400Å〜約700Å、DARC層は約600Å〜約800Åである。一部の実施形態において、ARC440はBARC442又はDARC444のいずれか1つのみを含む。一部の実施形態において、ARC440はキャップ層上にARC層を含み、キャップ層はTEOS層であることが考えられる。
誘電層430としては本願に記載のものを含め様々な材料が考えられ、一部の実施形態においては炭素ドープ酸化ケイ素である。特定の実施形態において、誘電層の厚さはシングルダマシンの場合約1500Å〜約3000Åであり、デュアルダマシンの場合、約3000Å〜約6000Åである。
バリア層420は、ブロック(BLOK)、ブロックII、ブロックIII等のSiCN又はSiC材料であることが考えられ、それぞれはカリフォルニア州サンホセのアプライドマテリアル社から入手可能である。その他の利用可能なバリア層材料には、SiCN及びSiが含まれる。特定の実施形態において、バリア層の厚さは約300Å〜約600Åである。
ライン410は銅、アルミニウム、タングステン、プラチナその他等の金属ラインが考えられる。
特定の実施形態において、バイアフィーチャやバイアを含む構造体をエッチングする場合、構造体400のような、もしくは構造体400に類似した構造体を使用する。
エッチング材料をエッチングチャンバ又はプラズマ炉に供給して、本方法の追加工程を促進することができる。利用可能なエッチング用具の例は本願に記載され、図17に示すものを含む。
方法200の別の工程は、図3B及び4Bの構造実施形態のみならず2A〜Gのフローチャートに示されるように、水素を含む混合ガスの適用230である。
本発明の特定の実施形態に応じて、エッチングに使用する混合ガスの量及び種類は変更し得る。つまり、使用するガスの流量は、エッチング処理の特定のタイミングでのみならず、方法200の実施形態ごとに範囲内で変更し得る。例えば、誘電体の本エッチングつまりME中に使用するガスの種類及び量は、さらに詳細に記載されるように、開口エッチング又はオーバーエッチング中等の、エッチング処理の別の段階で採用したそれとは大いに異なる場合がある。特定の実施形態においては、フルオロカーボン、水素非含有フルオロカーボン、及び/又はハイドロフルオロカーボンをエッチング中に水素と共に使用し得る。いずれのエッチング段階中かで使用する水素、フルオロカーボン、水素非含有フルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、及び/又はその他のガスの特定量は本方法の実施形態に応じて変更し得る。
一部の実施形態において、エッチング中、水素つまりHの流量は約10立方センチメートル毎分つまりsccm〜約250sccmである。しかしながら、さらに詳細に記載されるように、本方法の一部の実施形態において、エッチングはトレンチのエッチングに関してはHの流量40sccm又は約40sccm、60sccm又は約60sccm、75sccm又は約75sccm、バイアのエッチングに関しては200sccm又は約200sccmで行われる。水素ガスは非エッチャントガスであってもよい。
特定の実施形態に応じて、エッチング混合ガスはフルオロカーボン又は水素非含有フルオロカーボンガスも含み得る。適用するフルオロカーボン又は水素非含有フルオロカーボンの量は様々であるが、特定の実施形態において、流量は約20sccm〜約200sccmであることが考えられる。フルオロカーボン又は水素非含有フルオロカーボンガスはCガス(xはx=1、2、3・・・、yはy=1、2、3・・・)であることが考えられる。このフルオロカーボン又は水素非含有フルオロカーボンガスの例にはCF、C、C、C、C、C、C、Cその他を含む群のガスが含まれる。例えば、実施形態の実施例からわかるように、使用する水素非含有フルオロカーボンガスは、トレンチのエッチングの場合、流量100sccm又は約100sccm、バイアのエッチングの場合、60sccm又は約60sccmのCFガスである。フルオロカーボン又は水素非含有フルオロカーボンガスはエッチャントガスの一部であってもよい。
実施形態に応じて、エッチング混合ガスはハイドロフルオロカーボンガスも含み得る。一部の実施形態では、ハイドロフルオロカーボンの量は約20sccm〜約200sccmであることが考えられる。ハイドロフルオロカーボンガスはC(xはx=1、2、3・・・、yはy=1、2、3・・・、zはz=1、2、3・・・)であることが考えられる。このようなハイドロフルオロカーボンガスの例にはCHF、CHF、CH、CHF、C、C、CHF、CHFその他を含む群のガスが含まれる。さらに詳細に記載されるように、ハイドロフルオロカーボンガスを用いた実施形態の一例は、バイアをエッチングするために、フルオロカーボンガスを含むほかのガスと共に流量10sccm又は約10sccmでCHガスを使用することである。ハイドロフルオロカーボンガスはエッチャントガスの一部であってもよい。
一部の実施形態において、エッチング混合ガスは水素非含有フルオロカーボンガスとハイドロフルオロカーボンガスの双方を含む。このような組み合わせガスの流量は、特定の実施形態において、約10sccm〜約200sccmであり、水素非含有フルオロカーボンガスのハイドロフルオロカーボンガスに対する比は約0〜約1であることが考えられ、特定の実施形態の仕様に依存する。水素非含有フルオロカーボン/ハイドロフルオロカーボンの組み合わせガスは、Cx’y’(x’=1、2、3・・・、y’=1、2、3・・・)及びCx’’y’’z’’(x’’=1、2、3・・・、y’’=1、2、3・・・、z’’=1、2、3・・・)の群から選択された2つ以上のガスの組み合わせを含む。水素非含有フルオロカーボン/ハイドロフルオロカーボンの組み合わせガスの具体例にはCF/C/CH、C/CHF、C/CHF、C/CHその他が含まれる。さらに詳細に記載されるように、一部の実施形態では、バイアのエッチングの場合、60sccm又は約60sccmのCFガス、15sccm又は約15sccmのCガスの組み合わせを使用し、別の例においては、同じくバイアのエッチングの場合、60sccm又は約60sccmのCF、15sccm又は約15sccmのC、20sccm又は約20sccmのCHの組み合わせを使用する。
実施形態に応じて、水素ガス又は非エッチャントガスの流量の水素非含有フルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボンガス又はエッチングガスの流量に対する比は変化し得る。特定の実施形態において、比は約0.3〜約5.0、その他の実施形態においては約0.6〜2.7である。水素及び水素非含有フルオロカーボンガスを有する一部の実施形態において、比は約0.3〜約2.7であることが考えられる。水素、水素非含有フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガスを有する一部の実施形態において、比は約0.55から約2.1であることが考えられる。ここに挙げる流量の例に示されるように、流量比の例は約0.36、0.56、0.6、0.75、1.11、2.11、2.67を含む。当然ながら、種々のガスの流量に応じ、その他の流量比も可能である。
特定の実施形態において、エッチング混合ガスはさらに1つ以上の不活性ガスを含み得る。このような不活性ガスの例はHe、Ne,Kr、Xe、Ar等を含む群から選択したいずれのガスを含む。一部の実施形態において、アルゴンつまりArガスは流量約0sccm〜約600sccmで混合ガス中に使用する。さらに詳細に記載されるように、特定の特殊な実施形態において、Arの流量はトレンチのエッチングの場合は200sccm又は約200sccm、バイアのエッチングの場合は600sccm又は約600sccmである。
実施形態において、混合ガスは窒素つまりN、及び/又は一酸化炭素つまりCOガスも含み得る。一部の実施形態において、Nガスの流量は約0sccm〜約200sccmである。さらに詳細に記載されるように、Nガスを有する特定の実施形態において、流量はトレンチのエッチングの場合、100sccm又は約100sccm、バイアのエッチングの場合、50sccm又は約50sccmである。一部の実施形態において、COガスの流量は約100sccm〜約60sccmである。
本方法の実施形態に応じて、エッチング中に使用する混合ガスは記載のガスのいずれか、もしくは組み合わせであることが考えられる。例えば、少なくとも1つの実施形態において、混合ガスは流量25sccm〜250sccmのH、流量20sccm〜200sccmのC又はC及びCから選択された2つ以上のガスの組み合わせ、流量100sccm〜約600sccmのAr、流量0sccm〜200sccmのNを含み得る。
エッチングするフィーチャの種類により、エッチング中に用いるガスの種類とその流量が決定される。一部の実施形態において、トレンチ及び/又はより大きい開口領域をエッチングする場合、使用する混合ガスはその化学的活性が低めのものである。別の実施形態において、バイアをエッチングする場合、使用する混合ガスはその化学的活性が高めのものである。例えば、トレンチをエッチングする場合、CF等の低炭素ガスを使用する。対照的に、バイアをエッチングする場合、C及びCH等の高炭素含有ガスを使用する。化学的活性が低いと、トレンチやその他の大開口領域の場合のようにより多くの材料を除去する際にエッチング中に生成される重合体の量が少ない。化学的活性が高いと、PR及びバリア層に対する選択性が高くなることから、エッチングが促進される。
図2Bのフローチャートは、水素を含む混合ガスを適用する工程230を示すものであり、混合ガスにガスを追加することを含み得る。つまり、適用工程230は、水素が水素ガスであること231と、混合ガスがさらに水素非含有フルオロカーボンガスを含むこと232と、混合ガスがさらにハイドロフルオロカーボンガスを含むこと233と、混合ガスがさらに水素非含有フルオロカーボンとハイドロフルオロカーボンガスを含むこと234と、混合ガスがさらに不活性ガスを含むこと235と、混合ガスがさらに窒素ガスを含むこと236と、混合ガスがさらに一酸化炭素ガスを含むこと237も含み得る。
水素が水素ガスである工程231は、図2Cに示されるように、さらなる工程を含み得る。即ち、水素ガスを流量約10sccm〜約250sccmで適用する工程231a、水素ガスの流量が約10sccm〜約75sccmである工程231bを含み得る。少なくとも1つの実施形態において、工程231bはさらに詳細に記載されるように低流量水素エッチングである。
図2B及び2Dに示されるように、混合ガスがさらに水素非含有フルオロカーボンガスを含む工程232は、232aにあるように、水素非含有フルオロカーボンガスはCガス(x=1、2、3・・・、y=1、2、3・・・)であることが考えられ、232bにあるように、流量約20sccm〜約200sccmで適用され得る。記載のように、Cガスは1つ以上のCF,C、C、C、C、C、C、Cを含み得る。
同様に、図2B及び2Eに示されるように、混合ガスがさらにハイドロフルオロカーボンガスを含む工程233において、ハイドロフルオロカーボンガスは、図233aにあるように、Cガス(x=1、2、3・・・、y=1、2、3・・・、z=1、2、3・・・)であることが考えられ、図233bにあるように、流量約20sccm〜200sccmで適用し得る。Cガスは1つ以上のCHF、CHF、CH、CHF、C、C、CHF、CHFを含み得る。
図2B及び2Fに示されるように、混合ガスがさらに水素非含有フルオロカーボンとハイドロフルオロカーボンガスとを含む工程234において、図234aにあるように、水素非含有フルオロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスはCx’y’/Cx’’y’’z’’ガス(x’=1、2、3・・・、y’=1、2、3・・・、x’’=1、2、3・・・、y’’=1、2、3・・・、z’’=1、2、3・・・)であることが考えられる。また、水素非含有フルオロカーボンガスとハイドロフルオロカーボンガスの流量は、図234bにあるように、10sccm〜約200sccmであることが考えられる。Cx’y’/Cx’’y’’’’ガスはCF/C/CH、C/CHF、C/CHF、C/CHを含み得る。
使用するガスは、ガス成分を前もって混合した形、1つ以上の成分を一部混合した形、又はチャンバで個々の成分を混合する形のいずれかで適用し得る。1つ以上のガス流、つまり複流を用いてガスを供給してもよい。チャンバに導入する前にガスを混合することにより、シャワーヘッド又は同様の装置が使用できる。
記載されるように、図3B及び4Bは本発明によってエッチング可能な構造体の実施形態を示す。図に示されるように、図3Bにおいて領域340は構造体300の上方付近に形成されており、エッチング混合ガスを適用して構造体300のエッチングを促進し得る。同様に、図4Bにおいて、領域460は構造体400の上方に形成されており、エッチング混合ガスを適用し得る。
混合ガスの圧力も実施形態に応じてその値を変更し得る。一部の実施形態に関して、圧力は約5ミリTorr、mT又はmTorr〜約400mTorrであることが考えられる。特定の実施形態において、さらに詳細に記載されるように、圧力はトレンチのエッチングの場合、20mTorr又は約20mTorr〜30mTorr又は約30mTorr、バイアのエッチングの場合、40mTorr又は約40mTorrである。
本発明の一部の実施形態は、トレンチ及びバイアのエッチングの双方に比較的低圧力を利用している。こういった実施形態において、種々のエッチングの圧力は5〜30mTorrである。
上述した圧力範囲と数値は直径300mm又は約300mmのウェハに関したものであり、その他のサイズのウェハに関しては数値はそれに応じて調整する。200mmのウェハを用いる一部の実施形態において、圧力は300mmウェハのエッチングに使用したものとほぼ同一である。
本発明の一部の実施形態において、図2Gに示されるように、水素を含む混合ガスの適用工程230は、混合ガスを圧力約5mTorr〜約400mTorrで適用する工程238を含み得る。工程238は次に、混合ガスを圧力約5mTorr〜約30mTorrで適用する工程238aを含み得る。工程238aは比較的低い圧力でエッチングする実施形態で使用し得る。
製造方法200のプラズマ発生工程240が図2A及びHに示される。工程240中、実施形態に応じて、プラズマは特定の電源電力とバイアス電力とを用いて発生される。
さらに詳細に記載されるように、設定し得る電源電力及びバイアス電力の特定のレベル又はレベル範囲は、使用するウェハのサイズに少なくとも一部は依存する。一般的に、ウェハの直径が大きければ大きいほど、バイアスのレベルは増大し、チャンバの容量が大きければ大きいほど、電源レベルは増大する。記載の範囲及び数値の大半は直径300mmのウェハに関してのものであり、その他のサイズのウェハに関してはそれに応じて数値を調整する。例えば、直径200mmのウェハの場合のバイアス設定は300mmウェハで用いた値の約半分であるが、電源に関しては一般的に200mmウェハと300mmウェハに差はない。
一部の実施形態において、密度又は電子密度は約5x1010電子/cm以上を含む、約5x10〜約5x1011電子/cm以上であることが考えられる。当然のことながら、別の実施形態においては別の電子密度範囲も使用し得る。
本発明の特定の実施形態において、本エッチング中の電源電力設定は約0ワット〜約2000ワットの範囲内であることが考えられ、実施形態によっては0ワット又は約0ワット〜200ワット又は約200ワットを使用する。電源電力の使用は、エッチングするフィーチャの開口の促進に役立ち、エッチストップを防止又は低減する。
一部の実施形態に関し、RFバイアスは本エッチングに関しては約300ワット〜約3000ワットに設定可能であり、記載されるように、RFバイアス設定がトレンチのエッチングに関しては900ワット又は約900ワット〜1500ワット又は約1500ワット、バイアのエッチングに関しては1100ワット又は約1100ワットであるケースを含む。200mmウェハをエッチングする一部の実施形態において、バイアス電力は約150ワット〜1500ワットに設定可能であり、バイアスの範囲が450ワット〜1500ワットである特定のケースを含む。バイアス電力の周波数は実施形態に応じて異なり、少なくとも1つの実施形態では13.56MHz又は約13.56MHzで動作される。
エッチング中の動作温度は、一部の実施形態において、約−20℃〜約40℃であることが考えられ、特定の実施形態では、記載されるように、トレンチのエッチングの場合カソード温度は20℃、バイアのエッチングの場合温度は25℃である。
様々なエッチング用具のいずれを使用しても、本発明の1つ以上の実施形態に従ってエッチングすることが可能であり、二重周波数イネーブラー又は誘電体エッチングイネーブラーを含む。使用可能な用具の例にはアプライド・センチュラ・イネーブラー・エッチ、アプライド・イネーブラー・エッチ・、アプライド・プロデューサ・エッチが含まれ、それぞれはカリフォルニア州サンノゼのアプライドマテリアル社から入手可能である。使用可能な用具には、2002年7月9日に出願されたホフマンその他による米国特許出願第10/192271号「磁気制御による容量結合プラズマ反応器」に記載されているものが含まれ、引用により本願に組み込まれる。
当然のことながら、アプライドマテリアル社又はその他の製造業者によって製造の類似の用具も同様に使用し得る。典型的には、使用する用具はここに記載の用具との違いや、用具の特定のバイアスや電源の周波数、ウェハのサイズ等を含む要素を考慮にいれて調整されなくてはならない。また、チャンバの具体的な容量に応じて、化学反応を調節しなくてはならない場合がある。こういった調整や調節は当業者によって成し得る。
上記記載のアプライドマテリアル社から入手可能な特定のエッチング用具はそれぞれ中性種調整ユニット(neutral species tuning unit)つまりNSTU、荷電種調整ユニット(charged species tuning unit)つまりCSTUを含む制御装置を有する。NSTU及びCSTU制御装置は均一性の調整に用いられ、なかでもエッチング速度及び限界寸法つまりCDの均一性を独立して制御できる。CSTUは、エッチング速度の均一性を制御する内部(I)及び外部(o)設定を含み、一方、NSTUはガスのフローパターン、つまりチャンバ内のシャワーヘッドからのフローパターンを設定する。フローパターンの設定が可能なことにより、処理における均一性がより高くなる。混合ガスのガスはシャワーヘッドで散布する前に混合可能である。
図2Hのフローチャートに示されるように、プラズマ発生工程240は、プラズマを0ワット〜2000ワットの電源電力で発生させること242と、プラズマを300ワット〜3000ワットのRFバイアスで発生させること244と、プラズマの電子密度が約5x10電子/cm〜約5x1011電子/cm以上であること246と、プラズマを1つ以上の周波数で発生させること248とを含み得る。工程242は、電源電力が0ワットの場合243aと、電源電力が200ワットの場合243bとをさらに含み得る。工程244は、RFバイアス電力が900ワットである場合245aと、RFバイアス電力が1100ワットである場合245bと、RFバイアス電力が1500ワットである場合245cとをさらに含み得る。工程246は、プラズマの電子密度が5x1010電子/cmより大きい場合247をさらに含み得る。プラズマを1つ以上の周波数を用いて発生させる工程248は、実施形態に応じて、周波数が2MHzである場合249aと、周波数が13.56MHzである場合249bとを含み得る。
特定の実施形態において、プラズマは周波数13.56又は約13.56MHzで発生させられる。その他の実施形態において、プラズマは2MHz又は約2MHz及び13.56又は約13.56MHzを含む1つ以上の周波数で発生させられる。また、各周波数での電力の分布は変更し得る。例えば、一部の実施形態において、使用するバイアス電力は2MHzバイアスが50%、13.56MHzバイアスが50%の組み合わせである。1つ以上の周波数を使用する場合、一部の実施形態においては、米国カリフォルニア州サンノゼのアプライドマテリアル社から入手可能なアプライドDFBイネーブラー・エッチ等の用具を使用し得る。
図2A、I、J、3C、4C〜Eに示されるように、方法200の別の工程はエッチング材料のエッチング250である。この工程中に、水素を含有する混合ガスを用いて、開口部をエッチング材料に形成する。
エッチング速度、エッチング時間、エッチングされた開口部の深さやプロファイル、選択性やエッチストップを含む要素は、本方法の特定の実施形態に応じて変わり得る。つまり、これらの要素の特定の値及び/又は範囲は、エッチングする構造体の積層、使用する特定の誘電体、反射防止膜がある場合はその種類、バリア層がある場合はその種類、電源電力レベル、バイアス電力レベル、混合ガスの組成及び濃度、ウェハ直径等を含む項目に応じて変わる。
エッチング時間は方法200の実施形態に応じて変わり得る。一部の実施形態において、エッチング時間は約40秒〜約70秒である。特定の実施形態において、エッチング時間はトレンチの本エッチングで約40秒〜70秒、バイアの本エッチングで約60秒である。
エッチングによって形成する開口部の深さ及びプロファイルは、実施形態に応じて変わり得る。例えば、開口部はバイアの場合は深く、トレンチの場合は幅広く形成し、状況によっては傾斜した又は垂直の側壁を有する。バイアの先細りを最低限にするもしくは排除することが典型的には望ましいが、一般的に、トレンチのプロファイルの先細りは問題ではない。これはトレンチが、通常、ダイ領域を電気的に隔離するために用いられ、本来、相互接続用のものではないからである。
同様に、エッチングの選択性も実施形態に応じて変わり得る。誘電体のエッチング速度の、フォトレジストのエッチング速度に対する選択性は1〜無限大であることが考えられる。一部の実施形態において、フォトレジストの選択性は約5である。
実施形態に応じて、構造体のエッチング全てをエッチング工程250において行うことが可能であり、場合によっては、1つ以上の追加エッチング工程で行うことが可能である。これらの追加エッチング工程は、ARC開口エッチング又はオーバーエッチング等が含まれる。
図2Jに示されるように、特定の実施形態において、工程250は単工程エッチング251と多工程エッチング254を含む。単工程エッチング251は、ARCと誘電体のエッチングを単一の化学反応で行うこと252を含み、252は次にトレンチをエッチングすること253を含み得る。多工程エッチング254は、バイアをエッチングすること255を含み得る。
単工程エッチング
エッチング構造体が、誘電層のエッチングに使用する化学反応と同一の反応でエッチング可能なARC層を有する場合、単一エッチング工程が使用し得る。同一の化学反応でエッチング可能なARC層の一例は、記載のDUO ARCである。図3の構造体300は、誘電体をエッチングするために使用したものと同一の化学反応でエッチング可能なARCを含み得る。
エッチングした構造体300が図3Cに示されており、開口部350を有する。実施形態に応じて、このエッチングは単一の化学反応を用いてARC層320と誘電層310との双方を貫通してエッチングする単一エッチング工程によって行うことが可能である。開口部350はギャップ332からARC層320を貫通して誘電性材料310内へと下方向に延びている。得られる開口部350の具体的なサイズ(例えば、深さ)及び形状は、フォトレジストギャップ332のサイズ及び位置、ARC320及び誘電層310の種類、電源電力レベル、バイアス電力レベル、混合ガス、エッチング時間を含めた様々な要因に依存する。特定の用途に応じて、開口部350はバイアやトレンチを含む様々な構造のいずれにも形成し得る。しかしながら、DUO等のARCを開口部350の単段階エッチングに用いる場合、開口部は通常トレンチである。
トレンチのエッチングを単段階エッチングで行う実施形態の場合、5〜30mTorrの比較的低ガス圧を使用し得る。
本発明の実施形態の実施例を以下に述べる。実施例1、2、及び6は、以下に詳細に述べるように、共通の構造体をエッチングしている。これらのエッチング実施例のそれぞれにおける構造体は図5に示されるような積層を備えた直径300mmのウェハである。エッチング構造体500は、中間誘電(ILD)層510、ILD層510上のDUO反射防止層520、及びDUO ARC層520上のフォトレジスト層つまりPR530を含む。各実施例において、ILD層510の誘電性材料は低k膜炭素ドープ酸化ケイ素である。DUO ARC520は、リソグラフィー露光中の反射を低減するためにILD層510上に堆積される。使用するフォトレジスト530はTOK7A70 193nmフォトレジストであり、川崎市の東京応化工業TOK社から入手可能である。実施例1〜8のそれぞれにおいてエッチングを行うために使用したエッチング用具は上述のアプライド・イネーブラー・エッチである。
実施例1
本発明の実施形態の一例は、水素つまりH、テトラフルオロメタンつまりCF、窒素つまりN、アルゴンつまりArを含有する混合ガスを用いてトレンチ構造をエッチングすることを含む。
記載されるように、エッチング構造体は図5の構造体500で説明したような積層を有する。
エッチング中、適用する混合ガスの流量はHが60sccm、CFが100sccm、Nが100sccm、Arが200sccmであり、圧力は30mTorrである。
エッチング用に発生させるプラズマのバイアスは900ワット、電源は0ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチを用い、構造体を40秒間エッチングする。
実施例2
トレンチをエッチングする本発明の別の実施形態は、H、CF、N、Arを含有する混合ガスでトレンチ構造をエッチングすることを含む。本例で得られるエッチング構造体は図6の断面図に示される。
記載されるように、エッチングする構造体は図5の構造体500で説明したような積層を有する。
混合ガスは、Hの流量75sccm、CF100sccm、N100sccm、Ar200sccmで適用され、圧力は20mTorrである。
ガスを適用し、エッチング用に発生させるプラズマのRFバイアスは13.56MHz、1500ワットであり、電源は0ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのNSTU設定は2.0であり、CSTU内部/外部(i/o)設定は0/0であり、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は10T−10Tである。
一旦プラズマが発生したら、構造体を70秒間、カソード温度つまりTcath20℃で、上述の条件下でエッチングする。
本例のエッチング結果は図6に示される。図6に示されるように、構造体600はエッチングされ、トレンチ640が形成されている。構造体600はILD層610を含み、BARC層620はILD層610の上に、PR層630はBARC層620上にある。
本例において、フォトレジストの選択性は8である。この選択性は、典型的には約1である他の処理で得られるフォトレジスト選択性よりも高い。
図6の実施例結果に示されるように、得られるトレンチ640のプロファイルには、図6に示されるように、若干先細り〜ほぼ垂直である側壁642及び平坦な底部644を有するものがある。底面644には側壁642付近に小さなへこみを有するものがあり、これは若干のマイクロトレンチによって引き起こされる。
多段階エッチング
単一の化学反応では効果的に及び/又は効率よくエッチングできない実施形態に関しては、方法200に追加エッチング工程を追加することが可能である。こういった効果的及び/又は効率的でないエッチングには、単一の化学反応では全層を貫通してのエッチングが許容限度を越える長時間となる場合及び/又はエッチングの質が許容限度を越えて低い場合が含まれる。エッチング構造体が別の化学エッチングでエッチングする必要があるARCを有する実施形態の場合、方法200は、図2Iに示されるように、ARC層のエッチング工程220を含み得る。このエッチング工程220は、貫通エッチング、ARC開口エッチング、ARCエッチング、キャップエッチングその他であることが考えられる。
実施形態に応じて、ARC開口エッチング中は様々なガスを使用し得る。このようなガスの1つはCFであり、流量は約50sccm〜約400sccm、特定の実施形態において流量は150sccm又は約150sccmである。使用可能な別のガスはトリフルオロメタンガスつまりCHFであり、流量は約0sccm〜約400sccm、一部の実施形態においては30sccm又は約30sccmである。ARC開口エッチング用のさらに別のガスは流量約0sccm〜約400sccmのNガスであり、特定の実施形態において流量は0sccm又は約0sccmである。混合ガスにはArガスを流量約0sccm〜約400sccmで含ませることが可能であり、一部の実施形態においては、0sccm又は約0sccmである。
300mmウェハのARC開口エッチング中の混合ガスの圧力は約30mTorr〜約400mTorrであることが考えられ、特定の実施形態において、ARC開口エッチング時の圧力は300mTorr又は約300mTorrである。別のサイズのウェハのエッチングに関しては、圧力値はサイズに応じて調整される。ARC開口エッチング中におけるガスの適用方法及び位置は、上述した本エッチングのものであることが考えられる。
ARC開口エッチング中の電源電力は0ワット〜300ワットに設定することができ、本方法の特定の実施形態では0ワット又は約0ワットである。ARC開口エッチングのバイアスは300ワット〜2500ワットに設定することができ、特定の実施形態において、バイアスは2000ワットである。
エッチングする構造体が誘電層のエッチングに使用したものと同一の化学反応では効果的又は効率的にエッチングすることが出来ないバリア層も含む本発明の実施形態の場合、方法200は、図2Iに示されるように、バリア層260にまでエッチングする工程も含み得る。つまり、ここで記載の誘電体化学エッチングではバリア層まで選択的にエッチングすることは出来ずバリア層を貫通してエッチングしてしまう場合、別の化学エッチングを用いてバリア層260までエッチングすることが可能である。一部の実施形態において、誘電体化学エッチングを用いての誘電性材料エッチングは、バリア層に達する直前に終了する。その後、バリア層に対して高い選択性を有するバリア層化学エッチングを利用してバリア層までエッチングする。
バリア層260までのエッチングは、実施形態の必要に応じて本エッチングの後に行う1つ以上のオーバーエッチング工程を含み得る。一部の実施形態において、化学オーバーエッチングは混合ガスに水素を含まない。本エッチング後のオーバーエッチングの前に移行工程を入れることにより、チャンバから水素を除去し、バリア層を貫通してのエッチングを防ぐことができる。
一部の実施形態において、オーバーエッチングの混合ガスはCを流量約6sccm〜約20sccm、特定の実施形態においては13sccm又は約13sccm〜17sccm又は約17sccm、Nを約0sccm〜約400sccm、実施形態によっては200sccm又は約200sccm、Arを約0sccmから約800sccm、実施形態によっては300sccm又は約300sccm含み、300mmウェハの場合、圧力は約5mTorr〜約60mTorr、実施形態によっては20mTorr又は約20mTorrである。バイアスは1000ワット〜3500ワット、実施形態によっては3000ワットであり、電源は0ワット〜300ワット、実施形態によっては0ワットである。
上記の例で説明したもの以外にも、多種多様な値を有するその他のオーバーエッチング工程を本発明の実施形態で使用し得ることは明らかである。
図4は構造体400を表しており、本発明の方法の多段階エッチング工程で使用し得る。構造体はARC層440とバリア層420を含むことが考えられ、これらは誘電層430のエッチングに使用するものと同一の化学反応では効率的及び/又は効果的にエッチングすることができない。図4C〜Eに示されるように、開口部470が構造体400に形成されている。
開口部470はギャップ452から下方向に延びており、反射防止膜440及び誘電性材料430を貫通してバリア層420に至る、エッチングが可能な段階に依存する。得られる各開口部470の具体的なサイズ(例えば、深さ)及び形状は、フォトレジストギャップ452のサイズ及び位置、ARC440及び誘電層430の種類、電源電力レベル、バイアス電力レベル、混合ガス、エッチング時間を含めた様々な要因に依存する。特定の用途に応じて、開口部470はバイアやトレンチを含む様々な構造のいずれにも形成し得る。しかしながら、ARC層及びバリア層を多段階エッチングで用いる場合、典型的にはバイアが形成される。
少なくとも1つの実施形態において、ARC層をエッチングする工程220により、図4Cに示されるような結果を得ることができる。図のように、開口部470はARC層440を貫通し、誘電層430の一部にまでエッチングされ、開口部472を形成している。次に、図4Dの実施形態に示されるように、混合ガスの適用工程230、プラズマの発生工程240、エッチング材料のエッチング工程250を行って誘電層430をエッチングし得る。図に示されるように、開口部470はバリア層420の直前まで下方向まで延び、開口部474を形成している。誘電層430の誘電部432がバリア層420の真上に残留している。誘電部432はバリア層420を保護し、誘電層430をエッチングするために用いた化学エッチングによってバリア層420が時期尚早にエッチングされることを防止する。誘電部432のサイズは方法200の実施形態に応じて変わり得る。次に、バリア層までのエッチング工程260を行うことで、図4Eに示されるようにバリア層420にまで延びる開口部476を形成し得る。
BARC又はDARC材料層及び/又はバリア層を有する実施形態において、これらの層は、単段階エッチングの場合のように、誘電層のエッチングに使用した水素含有混合ガスでエッチング可能だが、エッチング時間が延長及び/又はエッチングプロファイルが低下する。
バイアのエッチングを多段階エッチングで行う実施形態の場合、5〜30mTorrの比較的低ガス圧を使用することができる。
以下の実施例3〜5及び7〜8は、本発明の方法の実施形態の例を説明するものであり、層状の構造体にバイアをエッチングしている。
エッチングする構造体は実施例3及び5で共通である。これらの構造体は、図7に示されるような積層を有する直径300mmのウェハである。エッチング構造体700はライン705、ライン705上に位置するバリア層710、バリア層710上の中間誘電層(ILD)720、ILD層720上の誘電性反射防止層つまりDARC層又はSiO2キャップ層730、DARC層又はSiO2キャップ層730上の下部反射防止層つまりBARC740、BARC層740上のフォトレジスト層つまりPR750を含む。各例において、ライン705は銅つまりCuであり、バリア層710はSiCN、ブロックII、SiC、ブロックIII、又は低kあるいは多孔性バリア材料であり、エッチストップとして機能する。ILD層720の誘電性材料は低k膜炭素ドープ酸化ケイ素である。BARC層は標準的な有機反射防止層740であり、一方、DARC層又はSiOキャップ層730は無機層である。即ち、BARCはミズーリ州ロラのブリューワ社から入手可能なブリューワARC29Aであり、DARCはカリフォルニア州サンホセのアプライドマテリアル社から入手可能なSiONである。BARC及びDARCをILD層720上に堆積させて、リソグラフィー露光中の反射を低減させる。SiO、SiC、Siを含み得るキャップ層730は、CMP平坦化に耐え得るように低k構造体に対する機械的強度を増強するために使用される。使用するフォトレジストはTOK7A7O、193nmフォトレジストであり、川崎市の東京応化工業TOK社から入手可能である。以下に説明する各例でエッチングを行うために使用したエッチング用具は、上述のアプライド・イネーブラー・エッチである。
実施例4は以下に詳細に述べるように、DARC又はキャップ層を有しないという点以外は構造体700と同様の構造体を使用する。
実施例3
バイアをエッチングするための本発明の実施形態の一例は、H、CF、オクタフルオロシクロブタンつまりC、N及びArを含有する混合ガスを用いた構造体のエッチングを含む。
エッチングする構造体は、記載の構成要素と共に図7のように配置される。アプライド・イネーブラー・エッチを用いて構造体をエッチングする。
この特定例において、図7の構造体700に基づき、BARC層740及びキャップ層730は最初に開口され、続いて本エッチングを行って誘電層720をエッチングする。本エッチング中に適用される混合ガスは流量200sccmのH、60sccmのCF、15sccmのC、50sccmのN、600sccmのArを含み、圧力は40mTorrである。エッチング用に発生させるプラズマのバイアスは1100ワットであり、電源は0ワットである。
実施例4
バイアをエッチングするための本発明の実施形態の別例は、H、CF、C、CH、N及びArを含有する混合ガスを用いた構造体のエッチングを含む。この例の結果が図9に示されている。
記載したように、図4の構造体は、DARC又はキャップ層を有していないという点以外は実施例3及び5で使用の構造体と同様である。図8に示されるように、構造体800はライン805、ライン805上に位置するバリア層810、バリア層810上の中間誘電層(ILD)820、ILD層820上の下部反射防止層つまりBARC層840、BARC層840上のフォトレジスト層つまりPR850を含む。他の点については、これらの層のそれぞれは構造体700について上述したとおりである。アプライド・イネーブラー・エッチを用いて構造体をエッチングする。本例において、BARC層840はいずれの既知の処理、又は記載のいずれの方法によっても開口可能である。残りのエッチングは、記載されるように別の工程で行う。
本エッチングを行い、誘電体のエッチングを行う。本エッチング中に適用される混合ガスは流量200sccmのH、60sccmのCF、15sccmのC、20sccmのCH、50sccmのN及び600sccmのArを含み、圧力は40mTorrである。エッチング用に発生させるプラズマのバイアスは1100ワットであり、電源は200ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのNSTU設定は4、CSTU外部設定は5、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は15T−15Tである。構造体はカソード温度25℃で60秒間エッチングされる。本エッチングの終了時、エッチングはバリア層810に達する直前で終了させる。
次に、オーバーエッチング工程に先立って、一連の移行工程を行う。第1移行工程ではArの流量は300sccm、圧力は30mTorr、バイアスは300ワット、電源は0ワットである。イネーブラー・エッチのNSTU設定は1.35、CSTU外部設定は0、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は15T−15Tである。カソード温度は25℃、第1移行工程の時間は5秒である。
第2移行工程ではCの流量は15sccm、Nは0sccm、Arは200sccm、圧力は30mTorr、バイアスは3000ワット、電源は0ワットである。イネーブラー・エッチのNSTU設定は9、CSTU外部設定は2、He内部/外部圧力は15T−15Tである。カソード温度は25℃、第2移行工程の時間は5秒である。
第3移行工程ではCの流量は15sccm、Nは50sccm、Arは200sccm、圧力は30mTorr、バイアスは3000ワット、電源は0ワットである。イネーブラー・エッチのNSTU設定は9、CSTU外部設定は2、He内部/外部圧力は15T−15Tである。カソード温度は25℃、第3移行工程の時間は10秒である。
次に、バリア層810までエッチングするために、15sccmのC、225sccmのN、200sccmのArを含む、圧力30mTorrの混合ガスでのオーバーエッチングつまりOE工程を用いる。バイアスは3250ワット、電源は0ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのNSTU設定は9、CSTU内部/外部(i/o)設定は0/2、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は15T−15Tである。エッチング時間はカソード温度25℃で80秒である。
フォトレジスト850は灰化工程で除去される。この工程中、混合ガスは500sccm、圧力10mTorrのOを含む。バイアスは200ワット、電源は100ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのNSTU設定は2.4、CSTU内部設定は14、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は15T−15Tである。エッチング時間はカソード温度25℃で45秒である。
本例のエッチング結果は図9に示される。図に示されるように、構造体900はエッチングされ、バイア960が形成されている。構造体900はライン905、バリア層910、バリア層910上に位置するILD層920、ILD層920上のBARC層940、BARC層940上のPR層950を含む。
本例において、フォトレジストの選択性は無限大である。この選択性は、典型的には約3〜5であるその他の処理で得られるフォトレジスト選択性よりも高い。
図に示されるように、得られるバイア960のプロファイルは垂直の側壁962と平坦な底部又はストップ964を有する。
実施例5
本発明の実施形態の一例は、H、CF、C、ジフルオロメタンつまりCH、N及びArを含有する混合ガスでバイア構造をエッチングすることを含む。本例で得られるエッチング構造体は図10の断面図に示される。
本例のエッチング処理の第1工程は、図7で示し上述したように、エッチングする構造体を供給することである。構造体はアプライド・イネーブラー・エッチでエッチングされる。
前回と同じく、BARC層740、誘電層720上に位置するDARC層730、及び誘電層720の下のバリア層710を含む図7の構造体700において、エッチングは別々の工程で行われる。
これらのエッチング工程の第1番目は、ARC層を貫通してエッチングし後に誘電層をエッチングできるようにする、貫通又はARC開口エッチングである。ARCが開口されたら、本エッチングを行って誘電層をエッチングする。本エッチング中に適用する混合ガスは流量200sccmのH、60sccmのCF、15sccmのC、20sccmのCH、50sccmのN、600sccmのArを含み、圧力は40mTorrである。エッチング用に発生させるプラズマのRFバイアスは13.56MHz、1100ワットであり、電源は200ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのNSTU設定は2、CSTU内部設定は5、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は15T−15Tである。プラズマを一旦発生させたら、構造体をカソード温度つまりTCath25℃で、上述の条件下で60秒間エッチングする。エッチングはバリア層810に達する直前で終了させる。
次に、バリア層710までエッチングするために、オーバーエッチングつまりOE工程を用いる。本エッチング及び移行工程の後、オーバーエッチングつまりOE工程を2つ行う。本例において、移行工程のAr流量は300sccm、圧力は20mTorr、バイアスは300ワット、電源は0ワット、NTSU設定は1.35、CSTU設定は0、He内−外圧力は15−15、カソード温度は25℃、時間は5秒である。本例の第1オーバーエッチング工程において、Cの流量は13sccm、Nは200sccm、Arは300sccm、バイアスは3000ワット、電源は0ワット、圧力は20mTorr、NSTU設定は9、CSTU設定は1、He内−外圧力は15−15、カソード温度は25℃、時間は35秒である。本例の第2オーバーエッチング工程において、Cの流量は17sccm、Nは200sccm、Arは30sccm、バイアスは3000ワット、電源は0ワット、圧力は20mTorr、NSTU設定は9、CSUT設定は1、He内−外圧力は15−15、カソード温度は25℃、時間は40秒である。
本例の結果は図10に示される。図に示されるように、構造体1000をエッチングして、バイア1060が形成されている。構造体1000はライン1005、バリア層1010、バリア層1010上に位置するILD層1020、ILD層1020上のDARC層1030、DARC層1030上のBARC層1040、BARC層1040上のPR層1050を含む。
図10に示されるように、バイア1060は側壁1062と、バリア層1010に底部又はストップ1064を有する。側壁1062は若干外方向に湾曲しており、底部1064は平坦である。
低流量水素エッチング
本発明のその他の実施形態と比較して、エッチング法の一部の実施形態では、エッチング中に低減した又は低い流量の水素を用いる。エッチング中の水素ガス流量を低減することにより、エッチングプロファイルはより綺麗に形成され、フォトレジストはより保持され、ストライエーションや速いエッチング等による損傷が低下する。
低流量水素エッチングの実施形態によるエッチングプロファイルは充分に形成されており、より直線的及び/又はより垂直な側壁及びより平坦な底部を有する、又は少なくとも有する傾向がある。詳細に説明されるように、低流量水素エッチングの例が図11、13、14に示される。図に示されるように、フィーチャの側壁は、水素の流量が高い場合のフィーチャの側壁に比べてより直線的でより垂直である。同様に、フィーチャの底面は、水素流量が高いエッチング実施形態における底面よりもより平坦でより均一である。
より垂直な側壁を有することにより、低流量水素エッチングでは、後に堆積する材料のための断面積が広くなる。この材料が銅等の導電性である場合、電気抵抗が低下するという利点がある。また、垂直の側壁により、アスペクト比のより高い深いトレンチを形成することができる。また、側壁がより垂直になることにより、より近接したフィーチャのエッチングが可能となり、フィーチャ及び得られるデバイスの密度を上げることができる。これは、典型的には互いに比較的近接して位置されるバイア等のフィーチャにとっても利点である。デュアルダマシンのトレンチにとって、より平坦な底部を有するエッチングフィーチャを有することは重要であり、バイア処理にとっては望ましい。垂直な側壁及び平坦な底部の双方により、不均一及び/又は湾曲した表面に付随するショートやその他の問題が生じる可能性が低下する。
低流量水素でエッチングした場合、エッチング後にまだ残存するフォトレジスト厚さは、その他の処理で残るものよりも厚い。
フォトレジストをより多く保持することにより、低流量水素の実施形態では、フォトレジスト下の構造体をより強力に保護することもできる。つまり、エッチング中にフォトレジストがより多く保持されることにより、フォトレジストをエッチングする又は変形させるストライエーションやマイクロローディング等の効果によりその下にある構造体が損傷を受けることがない、又はその損傷が抑制される。以下の例に示されるように、フォトレジストはストライエーション又はその他の同様の効果によって損傷を受けない。
上述したように、本発明の一部の実施形態において、Hの流量は約10sccm〜約250sccmである。低流量水素を有する一部の実施形態において、流量は約10sccm〜約75sccmである。低流量水素の特定の実施形態において、流量は40sccm〜50sccmである。
低流量水素ガスを用いたエッチング法の実施形態の一例は、トレンチをエッチングする実施例6、及びバイアをエッチングする実施例7及び8で以下に説明される。
実施例6
本発明のエッチング実施形態の一例においては、H、CF、N、Arを含有する混合ガスを使用するが、その他の例で示したものと比較して、水素ガス流量は低い。本例により得られるエッチングしたトレンチは、図11の断面図に示される。
本例のエッチング処理の第1工程は、エッチングする構造体を供給することである。前例と同様に、本例で使用するエッチング構造体は図5に示されるものであり、構造体500及び様々な層及び構造は詳細に上述したとおりである。また、記載したように、エッチングはアプライド・イネーブラー・エッチによって行う。
エッチングを開始するために、第1工程では混合ガスをHの流量40sccm、CFの流量110sccm、Nの流量100sccm、Arの流量200sccm、圧力30mTorrで適用する。
エッチング用に発生させたプラズマのRFバイアスは13.56MHz、1500ワット、電源は0ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのNSTU設定は4.0、CSTU内部/外部(i/o)設定は1.2/0、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は10T−10Tである。
一旦プラズマが発生したら、構造体を40秒間エッチングする。エッチング中のカソード温度つまりTcathは−20℃に設定する。得られるエッチング速度は約6000Å/分である。
本例のエッチング結果は図11に示される。図に示されるように、構造体1100はエッチングされ、トレンチ1140が形成されている。構造体1100は、ILD層1110、ILD層1110上のARC層1120、ARC層1120上のPR層1130を含む。
本例において、フォトレジストの選択性は約5〜6である。この選択性は、典型的には約1である、その他の処理で得られるフォトレジスト選択性よりも高い。
図11の実施例結果に示されるように、得られるトレンチ1140のプロファイルは垂直で直線状の側壁1142を有する。トレンチ1140は平坦な底面1144も有する。側壁1142は外方向に延びる突起1146を含む。突起1146はエッチングで残った重合体の堆積物であり、フォトレジストを除去する際に除去して側壁1142をより均一な直線状にする。フォトレジスト層1130は、エッチング後にも十分な特定の厚みを有しており、フォトレジスト1130にストライエーション、ピンホール、その他のエッチングが生じるのを防止する。
エッチングする構造体は実施例7及び8で共通である。これらの構造体は、図12に示されるような積層を有する直径300mmのウェハである。エッチング構造体1200はバリア層1210、バリア層1210上の中間誘電層(ILD)1220、ILD層1220上のキャップ層1230、キャップ層1230上の反射防止層つまりARC1240、ARC層1240上のフォトレジスト層つまりPR1250を含む。各例において、バリア層1210は米国カリフォルニア州サンホセのアプライドマテリアル社から入手可能なエヌブロックであり、エッチストップとして機能する。ILD層1220の誘電性材料はSiCOH、カリフォルニア州サンホセのアプライドマテリアル社から入手可能な、上述のブラックダイヤモンドIである。キャップ層1230はTEOS層であり、ARC層1240は標準的な有機反射防止層である。即ち、ARCはミズーリ州ロラのブリューワ社から入手可能なブリューワARC29Aである。SiO、SiC、Siを含み得るキャップ層は、CMP平坦化に耐え得るように低k構造体に対する機械的強度を増強するために使用される。使用するフォトレジスト1250はTOK7A7O、193nmフォトレジストであり、川崎市の東京応化工業TOK社から入手可能である。
実施例7
本発明の実施形態の別例において、バイアは誘電層を低流量水素混合ガスでエッチングする多段階エッチング処理によってエッチングされる。低流量水素とは、その他の実施例で記載した高い水素流量と比較してのものである。本例によって得られるエッチングしたバイアが、図13の断面図に示される。
本例のエッチング処理の第1工程は、エッチングする構造体を供給することである。前例と同様に、本例で使用するエッチング構造体は図12に示されるものであり、構造体1200及び様々な層及び構造は詳細に上述したとおりである。また、記載したように、エッチングはアプライド・イネーブラー・エッチと300mmウェハによって行う。
これらのエッチング工程の第1番目は、ARC及びキャップ層を、後に誘電層をエッチングできるように貫通してエッチングするARC開口及びTEOSキャップ開口エッチングである。ARC開口エッチング中、混合ガスはCFを150sccm、CHFを30sccm含み、圧力は30mTorrである。バイアスは2000ワット、電源は0ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのNSTU設定は1.35、CSTU内部/外部(i/o)設定は4/0、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は10T−10Tである。エッチング時間は30秒である。
次に、400sccm、20mTorrのAr、バイアス200ワット、電源150ワットを用いて移行工程を行う。イネーブラー・エッチのNSTU設定は3、CSTU内部/外部(i/o)設定は4.7/0、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は20T−10Tである。移行工程の時間は5秒である。
BARC及びキャップ層を開口した後、本エッチングを行って誘電層をエッチングする。本例において、本エッチングは2部に分けられる。第1本エッチングME1と第2本エッチングME2である。ME1中に適用する混合ガスは、50sccmのH、15sccmのC、30sccmのCH、150sccmのN、400sccmのArを含み、圧力は15mTorrである。エッチング用に発生させるプラズマのRFバイアスは13.56、1200ワット、電源は150ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのNSTU設定は3、CSTU内部/外部(i/o)設定は4.7/0、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は20T−10Tである。一旦プラズマが発生したら、構造体を35秒間エッチングする。
ME2中に適用する混合ガスは流量0sccmのH、15sccmのC、10sccmのCH、200sccmのN、400sccmのArを含み、圧力は15mTorrである。エッチング用に発生させるプラズマのRFバイアスは13.56MHz、3000ワット、電源は150ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのNSTU設定は5、CSTU内部/外部(i/o)設定は4.7/0、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は20T−10Tである。一旦プラズマが発生したら、構造体を20秒間エッチングし、バリア層1210に達する直前にエッチングを終了する。
次に、バリア層1210までエッチングするために、オーバーエッチングつまりOE工程を用いる。本例のオーバーエッチング工程は、流量13sccmのC、200sccmのN、200sccmのArを含み、圧力は20mTorr、バイアスは3000ワット、電源は0ワット、NSTU設定は9、CSTU設定は2.5/0、He内−外圧力は15T−15T、時間は40秒である。
本例のエッチング結果は図13に示される。図に示されるように、構造体1300はエッチングされ、バイア1360が形成されている。構造体1300はバリア層1310、バリア層1310上に位置するILD層1320、ILD層1320上のキャップ層1330、キャップ層1330上のARC層1340、ARC層1340上のPR層1350を含む。
本例において、H含有処理に関し、フォトレジストの選択性は無限大である。この選択性は、典型的には約3〜5であるその他の処理で得られるフォトレジスト選択性に比べて高い。
図に示されるように、得られるバイア1360のプロファイルは垂直の側壁1362を有する。バイア1360は、バリア層1310に、もしくはその周辺に位置する平坦な底部又はストップ1364と共に図示されている。
実施例8
本発明の実施形態の追加例は、多段階エッチング処理によってバイアをエッチングすることを含み、誘電層は低流量水素混合ガスを用いてエッチングされる。本例において、バイアス電力は2MHzバイアス50%と13.56MHzバイアス50%との組み合わせである。低流量水素とは、その他の例で示した高い水素流量と比較してのものである。本例で得られるエッチングしたバイアは、図14の断面図に示される。
本例の第1工程は、図12に示される構造体を供給することである。図に示されるように、構造体1200は、詳細に上述したような様々な層及び構造を有する。また、記載したように、エッチングはアプライドDFBイネーブラー・エッチ内で300mmウェハを用いて行う。
これらのエッチング工程の第1番目は、ARC及びキャップ層を、後に誘電層をエッチングできるように貫通してエッチングするARC開口及びTEOSキャップ開口エッチングである。ARC開口エッチング中、混合ガスはCFを150sccm、CHFを30sccm含み、圧力は30mTorrである。バイアスは13.56MHz、2000ワット、電源は0ワットである。アプライドDFBイネーブラー・エッチのNSTU設定は1.35、CSTU内部/外部(i/o)設定は4/0、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は10T−10Tである。エッチング時間は30秒である。
次に、400sccm、20mTorrのArを用い、バイアス13.56MHz、200ワット、電源150ワットで移行工程を行う。DFBイネーブラー・エッチのNSTU設定は3、CSTU内部/外部(i/o)設定は4.7/0、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は20T−10Tである。移行工程の時間は5秒である。
ARC及びキャップ層を開口した後、本エッチングを行って誘電層をエッチングする。本例において、本エッチングは2部に分けられる。第1本エッチングME1と第2本エッチングME2である。ME1中に適用する混合ガスは、50sccmのH、15sccmのC、30sccmのCH、150sccmのN、400sccmのArを含み、圧力は15mTorrである。エッチング用に発生させるプラズマのRFバイアスは2MHz、600ワット、13.56MHz、600ワットであり、電源は150ワットである。アプライドDFBイネーブラー・エッチのNSTU設定は3、CSTU内部/外部(i/o)設定は4.7/0、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は20T−10Tである。一旦プラズマが発生したら、構造体を30秒間エッチングする。
ME2中に適用する混合ガスは流量0sccmのH、15sccmのC、20sccmのCH、200sccmのN、200sccmのArを含み、圧力は15mTorrである。エッチング用に発生させるプラズマのRFバイアスは2MHz、1500ワット及び13.56MHz、1500ワットであり、電源は150ワットである。アプライドDFBイネーブラー・エッチのNSTU設定は3、CSTU内部/外部(i/o)設定は4.7/0、ウェハ/チャック冷却ヘリウム(He)内部/外部(内−外)圧力は20T−10Tである。一旦プラズマが発生したら、構造体を15秒間エッチングし、バリア層1210に達する直前にエッチングを終了する。
次に、バリア層1210をエッチングするために、オーバーエッチングつまりOE工程を用いる。本例のオーバーエッチング工程は、流量13sccmのC、200sccmのN、200sccmのArを含み、圧力は20mTorr、RFバイアスは2MHz、1500ワット及び13.56MHz、1500ワット、電源は0ワット、NSTU設定は9、CSTU設定は2.5/0、He内−外は15T−15T、時間は45秒である。
本例のエッチング結果は図13に示される。図に示されるように、構造体1400はエッチングされ、バイア1460が形成されている。構造体1400はバリア層1410、バリア層1410上に位置するILD層1420、ILD層1420上のキャップ層1430、キャップ層1430上のARC層、ARC層1440上のPR層1450を含む。
本例において、H含有処理に関し、フォトレジストの選択性は無限大である。この選択性は、典型的には約3〜5であるその他の処理で得られるフォトレジスト選択性に比べて高い。
図14の実施例結果に示されるように、得られるバイア1460のプロファイルは垂直の側壁1462を有する。バイア1460は、バリア層1410に、もしくはその周辺に位置する平坦な底部又はストップ1464と共に図示されている。
追加水素含有ガス
本発明の実施形態において、水素添加剤は、炭化水素及び水素高含有ガス等の様々な水素含有添加剤のいずれでも代用可能である。特定の実施形態において、水素含有ガスはCH、C、NH、HO及び/又はシランガスを含む。
実施例9
本発明の実施形態の別例において、バイアは多段階エッチング処理によってエッチングされ、誘電層は炭化水素を含む混合ガスによってエッチングされる。本例によって得られるエッチングしたバイアは図15の断面図に示される。
第1本エッチングME1において、流量50sccmのHを使用する代わりに流量25sccmのCHを用いるという点を除き、本例は実施例7と同様である。また、ME1の時間は30秒であり、実施例7の35秒より短縮されている。その他の点では、本エッチング手順、エッチング構造体1200、BARCエッチング手順、移行手順は実施例7と全く同じである。
本例のエッチング結果は図15に示される。図に示されるように、構造体1500はエッチングされ、バイア1560が形成されている。構造体1500はバリア層1510、バリア層1510上に位置するILD層1520、ILD層1520上のキャップ層1530、キャップ層1530上のARC層1540、ARC層1540上のPR層1550を含む。得られるバイア1560のプロファイルは垂直の側壁1562を有する。バイア1560は、バリア層1510に、もしくはその周囲に位置する平坦な底部又はストップ1564と共に図示されている。
本発明の実施形態は、フィーチャをエッチングしてデュアルダマシン構造を形成することを含み、少なくとも1つの実施形態が図16に示されている。図に示されるように、デュアルダマシンエッチング法1600は、エッチング構造体の供給1610、水素を含む混合ガスを用いたバイアのエッチング1620、フォトレジストの剥離1630、ARC層の堆積1640、エッチング構造体のエッチバック1650、フォトレジストの適用によるトレンチの形成1660、水素を含む混合ガスを用いたトレンチのエッチング1670を含む。
エッチング構造体の供給工程1610中に得られる構造体は、明細書に記載の構造体全てを含むことが考えられ、一部の実施形態においては、図1Aに示されるように、ライン、ライン上のバリア層、バリア層上のILD層、ILD層上のパターニングしたフォトレジストを含む。水素を含む混合ガスでのバイアのエッチング工程1620は、明細書に記載のいずれのバイアエッチングによっても行い得る。混合ガスは、水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガス、水素含有非エッチャントガス、窒素含有ガスを含むことが考えられ、1つ以上のハイドロフルオロカーボンガス、不活性ガス、及び/又は一酸化炭素ガスを含んでいてもよい。得られる構造体の一実施形態が図1Bに示される。フォトレジストの剥離1630は、様々な既知の方法のいずれでも行うことが可能である。ARC層の堆積工程1640のARC層は、実施形態に応じて、DUO、BARC、及び/又はDARC材料を含む記載のARC材料のいずれを含んでいてもよく、スピンオン、CVD等の記載の方法のいずれによっても適用可能である。一実施形態において、ARC層の適用が、適用した状態で図1Cに示されている。構造体のエッチバック1650は、様々な既知の方法のいずれによっても行うことが可能であり、ARCの一部をバイアに残し、バイアを後のエッチングから保護する。エッチバック構造体の一実施形態が図1Dに示される。フォトレジストを適用してトレンチを形成する工程1660も既知の方法によって行うことが可能であり、得られる構造体の一実施形態が図1Eに示される。水素を含む混合ガスを用いてのトレンチのエッチング1670は、明細書に記載のいずれのトレンチエッチングによっても行うことが可能であり、得られる構造体が図1Bにおける一実施形態に示される。混合ガスは水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガス、水素含有非エッチャントガス、窒素含有ガスを含むことが考えられ、1つ以上のハイドロフルオロカーボンガス、不活性ガス、及び/又は一酸化炭素ガスをさらに含んでいてもよい。
本発明の実施形態の一部を詳細に上述したが、本発明の真の範囲と教示から逸脱することなく、これらの実施形態に多くの変更を加えてもよい。よって、本発明は以下で請求されるとおり、及び同等とされるものによってのみ限定されるものとする。
本発明の少なくとも1つの実施形態によるエッチング処理の側面図である。 本発明の実施形態によるエッチング方法のフローチャートである。 本発明の少なくとも1つの実施形態によるエッチング処理の側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態によるエッチング処理の側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による構造体の側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による構造体の側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による構造体の側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による構造体の側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による構造体の側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による構造体の側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による構造体の側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による構造体の側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による構造体の側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による構造体の側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による構造体の側面図である。 本発明の実施形態によるエッチング方法のフローチャートである。 本発明の少なくとも1つの実施形態によるチャンバの側面図である。

Claims (52)

  1. (a)チャンバへの低k誘電性材料の供給と、
    (b)水素非含有フルオロカーボンを含む第1ガスと、水素を含む第2ガスと、窒素を含む第3ガスとを含む混合ガスのチャンバ内への適用と、
    (c)混合ガスを用いたプラズマの発生と、
    (d)低k誘電性材料のエッチングとを含むエッチング方法。
  2. 低k誘電性材料が約4.0未満の誘電率を有する誘電性材料を含む請求項1に記載のエッチング方法。
  3. 低k誘電性材料が約3.1〜約2の誘電率を有する誘電性材料を含む請求項1に記載のエッチング方法。
  4. 低k誘電性材料が約2.2〜約2の誘電率を有する誘電性材料を含む請求項1に記載のエッチング方法。
  5. 低k誘電性材料が炭素ドープ酸化ケイ素を含む請求項1に記載のエッチング方法。
  6. 第1ガスがエッチャントガスであり、第2ガスが非エッチャントガスである請求項1に記載のエッチング方法。
  7. 混合ガスにおける非エッチャントガスのエッチャントガスに対するガス比が約0.6〜約5.0である請求項6に記載のエッチング方法。
  8. 混合ガスにおける非エッチャントガスのエッチャントガスに対するガス比が約1.0〜約2.5である請求項6に記載のエッチング方法。
  9. 第1ガスの水素非含有フルオロカーボンがCを含み、x≧1でありy≧1である請求項1に記載のエッチング方法。
  10. 第1ガスの水素非含有フルオロカーボンが、(1)CF、(2)C、(3)C、(4)C、(5)C、(6)C、(7)C、(8)Cの少なくとも1つを含む請求項1に記載のエッチング方法。
  11. 第2ガスが(1)二原子水素、(2)炭化水素、(3)シラン、(4)フッ素非含有水素ガスの少なくとも1つを含む請求項1に記載のエッチング方法。
  12. 第2ガスが(1)H、(2)CH、(3)C、(4)NH、(5)HOの少なくとも1つを含む請求項1に記載のエッチング方法。
  13. 第2ガスがHを含む請求項1に記載のエッチング方法。
  14. 第3ガスがNを含む請求項1に記載のエッチング方法。
  15. 混合ガスがハイドロフルオロカーボンガスをさらに含む請求項1に記載のエッチング方法。
  16. ハイドロフルオロカーボンガスがCをさらに含み、x≧1、y≧1、z≧1である請求項15に記載のエッチング方法。
  17. ハイドロフルオロカーボンガスが、(1)CHF、(2)CHF、(3)CH、(4)CHF、(5)C、(6)C、(7)CHF、(8)CHFの少なくとも1つを含む請求項15に記載のエッチング方法。
  18. 混合ガスの適用が、混合ガスを圧力約5mTorr〜約400mTorrで適用することを含む請求項1に記載のエッチング方法。
  19. 混合ガスの適用が、混合ガスを圧力約5mTorr〜約30mTorrで適用することをさらに含む請求項1に記載のエッチング方法。
  20. プラズマの発生が、プラズマを少なくとも2つのバイアス周波数で発生させることを含む請求項1に記載のエッチング方法。
  21. プラズマの発生が、プラズマを(1)実質的に2MHz、又は(2)実質的に13.56MHzの少なくとも1つのバイアス周波数で発生させることをさらに含む請求項1に記載のエッチング方法。
  22. 混合ガスが酸素非含有混合ガスを含む請求項1に記載のエッチング方法。
  23. 混合ガスが不活性ガスをさらに含む請求項1に記載のエッチング方法。
  24. 混合ガスが一酸化炭素ガスをさらに含む請求項1に記載のエッチング方法。
  25. (a)約3.7未満の誘電率を有する誘電性材料のチャンバへの供給と、
    (b)水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガスと、水素含有非エッチャントガスと、窒素含有ガスと、不活性ガスとを含む混合ガスのチャンバ内への適用と、
    (c)混合ガスを用いたプラズマの発生と、
    (d)誘電性材料のエッチングによるフィーチャの少なくとも一部の形成とを含むチャンバにおけるフィーチャを形成するためのプラズマエッチング方法。
  26. 誘電率が約3.1〜約2である請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  27. 誘電性材料が炭素ドープ酸化ケイ素を含む請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  28. 混合ガスにおける非エッチャントガスのエッチャントガスに対するガス比が約0.6〜約2.7である請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  29. 混合ガスがハイドロフルオロカーボン含有エッチャントガスをさらに含む請求項25のプラズマエッチング方法。
  30. 混合ガスにおける非エッチャントガスのエッチャントガスに対するガス比が約0.55〜約2.1である請求項29に記載のプラズマエッチング方法。
  31. 混合ガスにおける非エッチャントガスのエッチャントガスに対するガス比が約1.1である請求項29に記載のプラズマエッチング方法。
  32. 水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガスが、(1)CF、(2)C、(3)C、(4)C、(5)C、(6)C、(7)C、(8)Cの少なくとも1つである請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  33. ハイドロフルオロカーボン含有エッチャントガスが、(1)CHF、(2)CHF、(3)CH、(4)CHF、(5)C、(6)C、(7)CHF、(8)CHFの少なくとも1つである請求項29に記載のプラズマエッチング方法。
  34. 水素含有非エッチャントガスが、(1)H、(2)CH、(3)C、(4)NH、(5)HOの少なくとも1つである請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  35. 窒素含有ガスがNである請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  36. 不活性ガスが、(1)He、(2)Ne、(3)Kr、(4)Xe、(5)Arの少なくとも1つを含む請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  37. チャンバ内への混合ガスの適用が、混合ガスを圧力約5mTorr〜約30mTorrでチャンバ内に適用することをさらに含む請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  38. プラズマの発生が、プラズマを(1)実質的に2MHz、(2)実質的に13.56MHz、又は(2)実質的に162MHzの少なくとも1つのバイアス周波数で発生させることをさらに含む請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  39. 混合ガスが酸素非含有混合ガスを含む請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  40. 水素含有非エッチャントガスの流量が約10sccm〜約250sccmである請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  41. 水素含有非エッチャントガスの流量が約10sccm〜約75sccmである請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  42. 水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガスの流量が約20sccm〜約200sccmである請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  43. ハイドロフルオロカーボン含有エッチャントガスの流量が約20sccm〜約200sccmである請求項29に記載のプラズマエッチング方法。
  44. 水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガス及びハイドロフルオロカーボン含有エッチャントガスの総流量が約10sccm〜約200sccmである請求項29に記載のプラズマエッチング方法。
  45. 窒素含有ガスの流量が約0sccm〜約200sccmである請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  46. 不活性ガスの流量が約0sccm〜約800sccmである請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  47. プラズマの発生が、プラズマを約0ワット〜約2000ワットの電源電力で発生させることを含む請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  48. プラズマの発生がプラズマを約0ワット〜約200ワットの電源電力で発生させることを含む請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  49. プラズマの発生がプラズマを約300ワット〜約3000ワットのバイアス電力で発生させることを含む請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  50. プラズマの発生が、プラズマを約5x10電子/cm〜約5x1011電子/cmの電子密度で発生させることを含む請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  51. プラズマの発生がプラズマを約5x1010電子/cmより高い電子密度で発生させることを含む請求項25に記載のプラズマエッチング方法。
  52. (a)低k誘電層と、低k誘電層上の第1パターンフォトレジスト層とを有する半導体ウェハの供給と、
    (b)水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガスと、水素含有非エッチャントガスと、窒素含有ガスと、不活性ガスとを含む第1混合ガスの適用と、
    (c)低k誘電層のエッチングによる半導体ウェハへの第1フィーチャの形成と、
    (d)第1フォトレジスト層の剥離と、
    (e)ARC層の半導体ウェハ上への堆積と、
    (f)ARC層のエッチングと、
    (g)半導体ウェハ上への、第2フィーチャを形成する第2パターンフォトレジスト層の適用と、
    (h)水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガスと、水素含有非エッチャントガスと、窒素含有ガスと、不活性ガスとを含む第2混合ガスの適用と、
    (i)低k誘電層とARC層とのエッチングによる半導体ウェハへの第2フィーチャの形成とを含むダマシンエッチング方法。
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