JP3184746B2 - 半導体デバイスおよび相互接続構造の作製方法 - Google Patents

半導体デバイスおよび相互接続構造の作製方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）また
はバイポーラ・デバイスのような集積回路チップ上に、
１つ以上のレベルの導体を分離する絶縁体を構成部品の
１つとして備える半導体デバイスに関する。種々の半導
体デバイスに用いられる本発明の絶縁体は、主に二酸化
シリコン膜から成る従来の絶縁体に比較して、より低い
誘電率を有する。さらに、本発明の絶縁体は、構造的に
等方性であり、その特性は、絶縁された半導体デバイス
の上部に配置された導体間の寄生容量とクロストークの
変動をさらに減少させる。
【０００２】本発明の低誘電率の絶縁体は、ＶＬＳＩ
（Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ ＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔ
ｅｄ）またはＵＬＳＩ（Ｕｌｔｒａ−Ｌａｒｇｅ Ｓｃ
ａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）応用での使用に特に適
している。したがって、本発明はまた、相互接続構造を
形成する方法、およびこの方法によって作られた相互接
続構造に関する。
【０００３】さらに本発明は、ダイヤモンド・ライク
（ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ）炭素層を含む適切な基板
からダイヤモンド炭素層を選択的にイオン・エッチング
する方法に向けられている。この方法は、内部にパター
ンをも含む、平坦化され、マルチレベルのメタライズさ
れた半導体構造の製造に用いられる。
【０００４】
【従来の技術】硬度のゆえにダイヤモンド・ライク炭素
（ＤＬＣ）膜とも呼ばれるアモルファス炭素（ａ−Ｃ）
膜は、半導体デバイスのコーティングとしての使用可能
性のために半導体製造の技術分野において多くの注目を
引いている。チップ・プロセス技術または熱的および機
械的に不良の環境で用いられるこれらタイプの膜にとっ
て、高温での高い熱安定性が必要とされる。
【０００５】ダイヤモンド・ライク炭素膜は、微晶質相
を含むことができる準安定のアモルファス物質と定義さ
れる。ダイヤモンド・ライク炭素膜は、３．２以下の誘
電率を有し、さらに高い電気抵抗率と、高い耐摩耗性、
化学的不活性を有することを特徴としている。
【０００６】ダイヤモンド・ライク炭素層がアモルファ
ス・マトリクスに微晶質相を含むことができるのに対
し、ダイヤモンド層は数１０ミクロンまでの大きさの微
結晶を有する多結晶物質であるので、ダイヤモンド・ラ
イク炭素膜はダイヤモンド層と区別される。すなわち、
ダイヤモンド層は微晶質相を含まないが、ダイヤモンド
・ライク炭素膜は微晶質相を含んでいる。ダイヤモンド
・ライク炭素膜は、Ａｉｓｅｎｂｅｒｇらによって最初
に堆積された（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４２，２９５
３（１９７１））。ダイヤモンド・ライク炭素膜の堆積
のこの最初の研究以来、直流または高周波プラズマ支援
炭素蒸着（ｐｌａｓｍａ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｃａｒｂ
ｏｎ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッ
タ、イオン・ビーム・スパッタのような種々の異なる技
術が用いられてきた。さらにまた、種々の炭素ベアリン
グ（ｃａｒｂｏｎ−ｂｅａｒｉｎｇ）原物質、すなわ
ち、固体、液体または気体の物質が用いられ、ダイヤモ
ンド・ライク炭素膜の硬度と熱安定性を改良した。
【０００７】半導体チップは、トレースと呼ばれる金属
配線のパターンによってコンタクトが相互接続されるデ
バイスのアレイにより構成されている。ＶＬＳＩチップ
において、これらの金属パターンは、多層化されてお
り、絶縁物質の層によって分離されている。金属配線パ
ターン間のレベル間接続は、絶縁物質の層を貫いてエッ
チングされているスルー・ホールによって行われる。一
般的なチップ構造は、１つ以上の配線レベルにより構成
されている。絶縁物質は、配線レベル間に用いられ、レ
ベルを分離する。回路コストと特性改善の必要性が増大
するにつれて、製造プロセスに対して半導体デバイスの
チップ構造の改良が絶え間なく要求される。
【０００８】ＶＬＳＩチップにおいて、絶縁物質は、一
般に約３．９〜約４．１の誘電率を有する二酸化シリコ
ンである。相互接続容量をさらに減少させるために、さ
らに低い誘電率（例えば、２．９〜３．４）を有するポ
リイミド膜が提案され、試された。しかしながら、幾つ
かのポリイミド膜は、誘電率の異方性に影響する構造的
異方性を有している。さらに、ポリイミド膜で構成され
た絶縁体は、アウト・オブ・プレーン（ｏｕｔ−ｏｆ−
ｐｌａｎｅ）誘電率とは異なる、プレーナ（ｐｌａｎａ
ｒ）誘電率をしばしば有する。すなわち、ポリイミド膜
は事実上異方性である。種々のポリイミド膜の異方性の
特性は、半導体チップの金属配線パターン間に大きな寄
生容量とクロストークを生じる。半導体チップの寄生容
量とクロストークを減少させるために、全方向に均一
な、すなわち等方性の低誘電率を有する改良された絶縁
物質が、現在開発されつつある。
【０００９】その技術分野で現在用いられ、半導体デバ
イスの配線レベルを分離する絶縁物質にもかかわらず、
硬度があり、全方向に均一な比較的に低い誘電率を有す
る半導体デバイス用の絶縁物質を提供することが依然と
して必要とされている。均一な低誘電率を有するそのよ
うな硬質の絶縁物質は、高い市場性があり、種々の半導
体デバイスの製造に格別に有用であろう。
【００１０】半導体デバイス製造の技術分野では、シリ
コン・ウエハは、ＳｉＯ2 でコーティングされた、一般
にアルミニウム−銅合金の回路トレースおよびパッドで
メタライズされる。このプロセスは不規則なトポグラフ
ィを生じ、最終的に回路トレースおよびパッドまたは絶
縁に損傷を与える。それゆえ、複数の半導体デバイスを
正確にレベル対レベルに配置するために、回路トレース
またはパッドに損傷を与えることなく平らなトポグラフ
ィにする必要がある。
【００１１】半導体デバイスを平らなトポグラフィにす
る１つの方法は、研磨スラリーと共にエッチング停止層
を用いて半導体デバイスの表面を平坦にすることであ
る。エッチング停止層および研磨スラリーは、よく知ら
れており、その技術分野において盛んに用いられてい
る。
【００１２】例えば、Ｂｅｙｅｒらの米国特許第４６７
１８５２号明細書は、化学・機械的研磨と、ＬＰＣＶＤ
（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａ
ｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって７００℃の温
度で堆積されたＳｉ3 Ｎ4 ブランケットとの組合せを用
いる、”ｂｉｒｄ’ｓ ｈｅａｄｓ”と呼ばれる不所望
のＳｉＯ2 突起の除去を開示している。Ｂｅｙｅｒらの
方法は、研磨パッドと研磨溶融化学の選択に依存してい
る。
【００１３】Ｂｅｙｅｒらの米国特許第４９４４８３６
号明細書は、従来用いられていた水をベースとしたアル
ミナ・スラリーが、ＡｌＣｕ対ＳｉＯ2 のエッチング・
レート比に関して不足しているのが分かったので、Ｓｉ
3 Ｎ4 エッチング停止層と共に用いられる化学・機械的
研磨スラリーを開示している。
【００１４】全ての半導体構造は、７００℃のような高
温レベルでの処理とは両立しない。例えば、回路を有す
るウエハのマルチレベル相互接続システムにおいては、
下側デバイスへの金属の拡散を防ぐため、約４００℃以
下の温度に全ての処理工程を維持する必要がある。相互
接続の処理と両立する温度、すなわち約３２５℃の温度
で堆積された窒化シリコンは、”Ｂａｃｋ Ｅｎｄ Ｏ
ｆ ｔｈｅ Ｌｉｎｅ”（ＢＥＯＬ）相互接続処理にお
いてエッチング停止層として有効に機能するためには硬
度が不十分であることが分かった。ＳｉＯ2 より硬度の
大きい酸化アルミニウムＡｌ2 Ｏ3 は、おそらく研磨を
伴う化学反応のため、ＳｉＯ2 よりも速いレートで研磨
され、効果のないエッチング停止物質になることが分か
った。
【００１５】Ｊａｓｏらの米国特許第５２４６８８４号
明細書は、メタライズされた平坦化半導体チップを製造
するためのエッチング停止層として通常のダイヤモンド
とダイヤモンド・ライク炭素物質を用いている。特に、
この文献は、（ａ）トポグラフィ構造が配置された平坦
な基板を与える工程と、（ｂ）絶縁物質の第１の層で基
板とトポグラフィ構造を全体にコーティングする工程
と、（ｃ）コンフォーマルなダイヤモンドまたはダイヤ
モンド・ライク炭素物質より成る第２の層で第１の層を
コーティングする工程と（ダイヤモンドまたはダイヤモ
ンド・ライク炭素は、ＣＶＤまたはスパッタによって約
７５℃〜約３５０℃の温度範囲で堆積される）、（ｄ）
トポグラフィ構造上の物質の層が、平坦な基板上の物質
よりも速いレートで除去されるように、スラリー中の研
磨パッドで化学・機械的に研磨する工程と、（ｅ）全体
の平坦化がほぼ達成されたときに処理を停止する工程と
を含む半導体デバイスを平坦化する方法を開示してい
る。
【００１６】その技術の現状にもかかわらず、半導体デ
バイスに損傷を与える前にエッチング・プロセスを終了
させる適切なエッチング停止層を開発する必要性が続い
ている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、集積回路チップ上のデバイスの１つ以上の導体レベ
ルを分離する絶縁体を含む改良された半導体デバイスを
提供することにある。
【００１８】本発明のもう１つの目的は、本発明の１つ
以上のレベル間絶縁体を含む相互接続構造の製造方法を
提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】特に低誘電率を有するこ
とに関しては、従来技術の絶縁体よりも著しい改良を示
す本発明の絶縁体は、ＦＥＴおよびＣＭＯＳ応用のバッ
ク・エンド・コンタクト（ｂａｃｋ ｅｎｄ ｃｏｎｔ
ａｃｔ）のための低誘電率レベル間絶縁体として、二酸
化シリコンまたは高分子膜の代わりに用いられるダイヤ
モンド・ライク炭素物質を含んでいる。本発明で用いら
れているダイヤモンド・ライク炭素物質は、水素添加ア
モルファス炭素，アモルファス炭素，アモルファス・ダ
イヤモンド，フッ素化水素添加アモルファス炭素，フッ
素化アモルファス炭素，フッ素化アモルファス・ダイヤ
モンドより成るグループから選択される。
【００２０】ダイヤモンド・ライク炭素物質より成る本
発明の絶縁体は、構造的異方性を有しておらず、高い電
気抵抗率と高い耐摩耗性を有し、化学的に不活性である
ことを特徴としている。さらに、本発明で用いられる堆
積条件しだいで、絶縁体は、二酸化シリコンまたはポリ
イミド膜より成る絶縁体に匹敵する電流電圧（ＩＶ）特
性を有する。それゆえ、上述した特性のために、ダイヤ
モンド・ライク炭素物質より成る本発明の絶縁体は、二
酸化シリコンまたはポリイミド膜より成る従来技術のレ
ベル間絶縁体と比較して、より少ない寄生容量と減少し
たクロストークを有する。
【００２１】さらに、本発明は、反応性イオン・エッチ
ング（ＲＩＥ）方法および／または化学・機械的（ｃｈ
ｅｍ−ｍｅｃｈ）方法によって、ＶＬＳＩまたはＵＬＳ
Ｉ半導体デバイスからアモルファス炭素またはダイヤモ
ンド層を選択的にエッチングし、応用に依存してパター
ンを有することのできる平坦化された相互接続構造を与
える方法に関する。本発明のこの態様によれば、Ｓｉを
ドープされたダイヤモンド・ライク炭素物質は、Ｏ2 Ｒ
ＩＥ停止層およびＣＦ4 ＲＩＥ停止層および／またはＶ
ＬＳＩまたはＵＬＳＩ配線システムに用いられる化学・
機械的停止層として機能し、特にＳｉＯ2 をベースとし
た、または高分子をベースとしたＢＥＯＬ応用におい
て、エッチング停止層または研磨停止層として機能す
る。
【００２２】前記Ｊａｓｏらの米国特許明細書は、ダイ
ヤモンド・ライク炭素物質にＳｉをドープすることを意
図していないので、本発明でエッチング停止層または研
磨層として用いられているダイヤモンド・ライク炭素物
質は、Ｊａｓｏらが用いているダイヤモンド・ライク炭
素物質と異なっていることに注意すべきである。Ｓｉで
ドープされたダイヤモンド・ライク炭素物質は、Ｊａｓ
ｏらにより開示されたダイヤモンド・ライク炭素物質と
比較すれば、酸素プラズマ中でより遅いレートでエッチ
ングされることが強調される。したがって、本発明のＳ
ｉドープ・ダイヤモンド・ライク炭素物質を用いること
によって、半導体デバイスに損傷を与える前にエッチン
グまたは研磨プロセスを効果的に終了することができ
る。
【００２３】
【実施例】本発明は、集積回路チップ上の１つ以上のレ
ベルの導体を分離する少なくとも１つの絶縁体層を構造
の一部として含む半導体デバイスに関する。さらに、本
発明は、前述の絶縁体の少なくとも１つを有する相互接
続構造と、適切な基板上に相互接続構造を形成する方法
とを与える。
【００２４】本発明の最初の態様によれば、本発明の半
導体デバイスは、（ａ）露出した金属の第１の層を上面
に有する基板と、（ｂ）前記基板の上面上に形成された
ダイヤモンド・ライク炭素の絶縁体層と、（ｃ）前記絶
縁体層の上に複数の導体を形成するようにパターニング
された金属の第２の層とを備えている。
【００２５】本発明の他の態様によれば、集積された半
導体デバイスに用いられる相互接続構造は、（ａ）露出
した金属の第１の領域と、酸化シリコンとダイヤモンド
・ライク炭素より成るグループから選択された露出した
絶縁体の第２の領域とを上面に有する基板と、（ｂ）基
板の上面上に形成されたダイヤモンド・ライク炭素物質
の第１の層と、（ｃ）ダイヤモンド・ライク炭素物質の
上に複数の導体を形成するようにパターニングされた金
属の第２の層と、（ｄ）選択された第１の領域を１つ以
上の導体に電気的に接続する金属フィード・スルーとを
備えている。
【００２６】以上に説明した集積半導体デバイスは、図
１に示されている。集積半導体デバイス１０は、露出し
た金属の第１領域１６と露出した絶縁体の第２の領域１
８より成る上面１４を有する基板１２を備えている。次
に、ダイヤモンド・ライク炭素物質の層２０が、基板の
上面１４上に堆積される。金属の第２の層２２が、露出
した第１の領域１６の上方に形成され、金属フィード・
スルー２４を用いて、露出した金属の第１の領域１６と
第２の金属層２２とが接続されている。
【００２７】本発明で用いられる適切な金属は、Ａｌ，
Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａを含んでいる。また、これらの金
属の合金も本発明において用いられる。基板の露出した
第１の領域と金属の第２の層とを形成する金属、すなわ
ち、Ａｌ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａまたはその合金は、そ
の技術分野においてよく知られた技術によって堆積され
る。例えば、金属は、スパッタまたは化学蒸着技術を用
いて堆積される。
【００２８】本発明において絶縁物質として用いられる
ダイヤモンド・ライク炭素物質は、水素添加アモルファ
ス炭素，アモルファス・ダイヤモンド，フッ素化水素添
加アモルファス炭素，フッ素化アモルファス炭素，フッ
素化アモルファス・ダイヤモンドより成るグループから
選択される。
【００２９】ダイヤモンド・ライク炭素物質は、その技
術分野においてよく知られた技術によって堆積される。
適切な堆積技術は、プラズマ支援化学蒸着（ＰＡＣＶ
Ｄ）、スパッタ、イオンビーム堆積、レーザ・アブレー
ション等を含んでいる。これらの堆積技術のうち、ダイ
ヤモンド・ライク炭素物質のＰＡＣＶＤが好適である。
【００３０】ダイヤモンド・ライク炭素物質を堆積する
ために本発明で用いられる反応条件パラメータおよび装
置は、Ｇｒｉｌｌ等の“Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃ
ａｒｂｏｎ：Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，Ｐｒｏｐｅｒｔ
ｉｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”，ＩＢＭ
Ｊ．Ｒｅｓ．Ｄｅｖｅｌｏｐ．，３４（１９９０）８４
９、およびＧｒｉｌｌ等の“Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ
Ｃａｒｂｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｂｙ ＤＣ Ｐ
ＡＣＶＤ”，Ｄｉａｍｏｎｄ Ｆｉｌｍｓ ａｎｄＴｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ，１（１９９２）２１９に述べられて
いる。
【００３１】フッ素化ダイヤモンド・ライク炭素物質が
用いられるときに、少なくとも１原子％のフッ素原子
が、ダイヤモンド・ライク炭素物質の炭素原子に共有結
合されるのが特に好適である。約１０〜約４０原子％の
フッ素原子が、ダイヤモンド・ライク炭素物質の炭素原
子に共有結合されるのがさらに好適である。
【００３２】非フッ素化またはフッ素化ダイヤモンド・
ライク炭素物質が、シリコン（Ｓｉ）またはゲルマニウ
ム（Ｇｅ）でさらにドープできることに注意すべきであ
る。本発明のこの実施例によれば、非フッ素化またはフ
ッ素化ダイヤモンド・ライク炭素物質は、ｘが約０〜約
２５原子％の範囲にあるｘ原子パーセントのＳｉまたは
Ｇｅでドープされる。フッ素化ダイヤモンド・ライク炭
素物質が、約５〜約１５原子％のＳｉまたはＧｅでドー
プされるならば、特に好適である。
【００３３】図２は、基板３２内の埋め込みドレインお
よびソース領域３５と、本発明において開示される配線
によって接続されるポリシリコン・ゲート３６とを有す
る一般的なＣＭＯＳ構造を示している。
【００３４】図３は、本発明に従って作られた集積回路
チップ上の１つ以上のレベルの導体を分離する絶縁体を
含む電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の断面図であり、
図２のソース領域を接触させる例を示している。特に図
３は、埋め込みドレインおよびソース領域３４、多結晶
シリコン・ゲート領域３６、リセスされた酸化物領域３
８を有する基板３２を備えるＦＥＴデバイス３０であ
る。さらにＦＥＴデバイス３０は、ＣＶＤ Ｗトレンチ
充填材４０、二酸化シリコンまたは窒化シリコンのパッ
シベーション層４１、Ｃｕ，ＡｌまたはＷ相互接続部４
２，４３、Ｔｉ，Ｔａ，Ｗまたはこれらの化合物または
合金の金属ライナ４４、Ｗ，ＡｌまたはＣｕで充填され
たレベル間バイア４５、ダイヤモンド・ライク炭素物質
４６、ダイヤモンド・ライク炭素物質，二酸化シリコ
ン，窒化シリコン，窒化ボロンまたはこれらの化合物の
キャップ層４７を備えている。ＦＥＴデバイス３０のダ
イヤモンド・ライク炭素物質４６は、ＦＥＴデバイスの
コンタクト・レベル４２，４３を分離する絶縁体の働き
をする。
【００３５】ダイヤモンド・ライク炭素物質より成る本
発明の絶縁体は、全方向に均一である低誘電率を有す
る。それゆえ、本発明の絶縁体は、従来技術の絶縁体よ
りも著しい改良を示している。
【００３６】本発明の他の態様によれば、上面に導電領
域を有する基板の表面に相互接続構造を作製する方法が
与えられる。本発明の方法によって作られるそのような
相互接続構造は、図３に示されている。
【００３７】上面に導電領域を有する基板の表面に相互
接続構造を作製する本発明の方法は、（ａ）水素添加ア
モルファス炭素，アモルファス炭素，アモルファス・ダ
イヤモンド，フッ素化ダイヤモンド・ライク炭素より成
るグループから選択され、ｖ原子パーセントのＳｉまた
はＧｅでドープされるダイヤモンド・ライク炭素物質の
第１の層を基板の上面上に形成する工程と、ｂ）水素添
加アモルファス炭素，アモルファス炭素，アモルファス
・ダイヤモンド，フッ素化ダイヤモンド・ライク炭素よ
り成るグループから選択され、ｗ原子パーセントのＳｉ
またはＧｅでドープされるダイヤモンド・ライク炭素物
質の第２の層を前記第１の層の上に形成する工程と、
（ｃ）水素添加アモルファス炭素，アモルファス炭素，
アモルファス・ダイヤモンド，フッ素化ダイヤモンド・
ライク炭素より成るグループから選択され、ｘ原子パー
セントのＳｉまたはＧｅでドープされるダイヤモンド・
ライク炭素物質の第３の層を前記第２の層の上に形成す
る工程と、（ｄ）水素添加アモルファス炭素，アモルフ
ァス炭素，アモルファス・ダイヤモンド，フッ素化ダイ
ヤモンド・ライク炭素より成るグループから選択され、
ｙ原子パーセントのＳｉまたはＧｅでドープされるダイ
ヤモンド・ライク炭素物質の第４の層を前記第３の層の
上に形成する工程と、（ｅ）水素添加アモルファス炭
素，アモルファス炭素，アモルファス・ダイヤモンド，
フッ素化ダイヤモンド・ライク炭素より成るグループか
ら選択され、ｚ原子パーセントのＳｉまたはＧｅでドー
プされるダイヤモンド・ライク炭素物質の第５の層を前
記第４の層の上に形成する工程と、（ｆ）前記導電領域
の内の選択されたものの上に開口部を有する第１のマス
クを前記第５の層の上に形成する工程と、（ｇ）前記第
１のマスクを介して前記第２〜第５の層をエッチングす
る工程と、（ｈ）前記第１のマスクを除去する工程と、
（ｉ）前記導電領域の内の選択されたものを相互接続す
るための相互接続パターンを有する第２のマスクを前記
第５の層の上に形成する工程と、（ｊ）前記第２のマス
クを介して前記第４および第５の層をエッチングする工
程と、（ｋ）前記第２〜第５の層と第４および第５の層
の前記開口部を金属で充填する工程とを含んでいる。。
本発明の上記方法によれば、ｖ，ｗ，ｘ，ｙ，ｚは、同
じかまたは異なっており、０よりも大きく２５以下の範
囲にある。ｖ，ｗ，ｘ，ｙ，ｚは、約５〜約１５の範囲
がさらに好適である。
【００３８】また、本発明は、酸化シリコン，窒化シリ
コン，またはそのような応用において一般的に用いられ
る他の誘電体物質による、１つ以上ではあるが全部では
ない前述のダイヤモンド・ライク炭素層の置き換えを意
図していることに注意すべきである。
【００３９】前述したダイヤモンド・ライク炭素物質よ
り成る第１〜第５の層は、前に述べた堆積技術によって
基板の表面に堆積される。ダイヤモンド・ライク炭素物
質より成る第１〜第５の層を堆積するための好適な手段
は、ＰＡＣＶＤである。
【００４０】これらの層のＰＡＣＶＤ堆積は、前述した
条件と同じ条件を用いて行われる。第１〜第５の層が、
シクロヘキサンを用いて堆積されるダイヤモンド・ライ
ク炭素により構成されるのが本発明の好適な実施例であ
る。そのような物質の使用は、それが３．２未満の誘電
率を持ち、事実上等方性の物質になるので特に重要であ
る。本発明の集積構造の第１〜第５の層の厚さは、応用
に従って変化する。
【００４１】本発明において用いられるマスクは、この
技術分野において一般的に用いられるフォトマスクを含
んでいる。本発明の方法によれば、第５の層の上に形成
される第１のマスクが、基板上に存在する、少なくとも
１つの導電領域上に開口部を有するのが、特に好適であ
る。さらに、第５の層の上に形成された第２のマスク
が、相互接続パターンを有するのが、この方法の他の好
適な実施例でる。この相互接続パターンは、本発明にお
いて用いられ、その構造の導電領域を互いに相互接続す
る。
【００４２】マスクの露出領域と堆積層のエッチング
は、その技術分野でよく知られている反応性イオン・エ
ッチング・プロセスを用いて、Ｏ2 プラズマ処理によっ
て行われる。また、エッチングは、ＣＦ4 プラズマを用
いて行われる。このエッチング・プロセスは、本発明の
相互接続構造の第２〜第５の層と第４および第５の層に
開口部を形成する。
【００４３】本発明の相互接続構造に形成されているこ
れらの開口部は、Ａｌ，Ｃｕ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ，
Ｃｒより成るグループから選択される金属で充填され
る。また、上述した金属の化合物または合金も、使用で
きる。これらの金属の内の１つの金属の化合物が用いら
れるならば、この化合物は、上述した金属の内の１つの
金属の窒化物またはケイ化物／窒化物であるのが好適で
ある。
【００４４】本発明の相互接続構造を作製する本方法
は、金属および第５の層の化学・機械的（ｃｈｅｍ−ｍ
ｅｃｈ）研磨の工程をさらに含むことに注意すべきであ
る。化学・機械的研磨は、半導体デバイスの表面を平坦
にするための技術分野においてよく知られた方法であ
る。そのような方法は、例えばＪａｓｏ等の米国特許第
５２４６８８４号明細書に開示されている。
【００４５】本発明の他の態様によれば、集積回路チッ
プに用いられる相互接続構造が与えられる。特に本発明
の相互接続構造は、（ａ）第１の導電領域を上面に有す
る基板と、（ｂ）水素添加アモルファス炭素，アモルフ
ァス炭素，アモルファス・ダイヤモンド，フッ素化ダイ
ヤモンド・ライク炭素より成るグループから選択され、
ｖ原子パーセントのＳｉまたはＧｅでドープされるダイ
ヤモンド・ライク炭素物質の第１の層と、（ｃ）水素添
加アモルファス炭素，アモルファス炭素，アモルファス
・ダイヤモンド，フッ素化ダイヤモンド・ライク炭素よ
り成るグループから選択され、ｗ原子パーセントのＳｉ
またはＧｅでドープされるダイヤモンド・ライク炭素物
質の第２の層とを備えている。ｖおよびｗは、同一であ
るかまたは異なっており、０よりも大きく２５以下であ
り、より好適には、ｖは約５〜約１５であり、ｗは約２
〜約１５である。さらに、本発明の相互接続構造の第２
の層は、第２の層上に形成された第１の金属の第１の相
互接続パターンを有しており、第１および第２の層は、
第１の導電領域と第１の相互接続パターンの内の選択さ
れたものを相互接続する第２の金属のスタッドを有して
いる。
【００４６】本発明の相互接続構造に存在する第１およ
び第２の金属層は、Ａｌ，Ｃｕ，Ｗより成るグループか
ら選択される金属である。前述した金属の合金もまた本
発明で使用できる。
【００４７】従って、本発明の相互接続構造は、第１の
相互接続パターンを有する第１の層の側壁と第１の金属
との間に配置される第３の金属層をさらに備えることが
できる。第３の金属層を形成する金属は、Ａｌ，Ｃｕ，
Ｗおよびこれらの合金より成るグループから選択され
る。
【００４８】本発明の他の態様によれば、ダイヤモンド
・ライク炭素物質を選択的にエッチングする方法が与え
られる。特に本発明の方法は、（ａ）上面を有する基板
を選択する工程と、（ｂ）前記基板の前記上面にｖ原子
％のＳｉまたはＧｅでドープされたダイヤモンド・ライ
ク炭素物質の第１の層を形成する工程と、（ｃ）第１の
層の上にダイヤモンド・ライク炭素物質の第２の層を形
成する工程と、（ｄ）第２の層の上にパターン層を形成
する工程と、（ｅ）Ｏ2 を含むガスを導入する工程と、
（ｆ）パターン層を介して露出した第２の層を反応性イ
オン・エッチングする工程と、（ｇ）第１の層をエッチ
ングする前に反応性イオン・エッチング工程を終了する
工程とを含んでいる。本発明において、ｖは約０．１〜
約２５であり、より好適には、ｖは約５〜約１５であ
る。
【００４９】ダイヤモンド・ライク炭素物質を堆積する
ために用いられる装置，材料，条件は、前述されてい
る。
【００５０】ＳｉまたはＧｅでドープされるこの第１の
ダイヤモンド・ライク炭素層が、そのような物質を用い
ない従来のエッチング停止層よりもさらに大きなエッチ
ング抵抗をＯ2 プラズマに与えることが強調される。さ
らに、従来技術で述べられたダイヤモンド・ライク炭素
膜は、いくつかの応用においては不満足である高エッチ
ング・レートを有している。エッチング・レートを低下
させ、それゆえエッチング停止層または研磨停止層とし
てのダイヤモンド・ライク炭素の特性を改善するため
に、本発明においてダイヤモンド・ライク炭素はＳｉで
ドープされる。
【００５１】Ｏ2 を用いる反応性イオン・エッチング
は、その技術分野においてよく知られた技術を用いて行
われる。例えば、Ｏ2 アッシング（ａｓｈｉｎｇ）は、
約１〜約１０００ｍＴｏｒｒの圧力で、約０．１〜約２
Ｗ／ｃｍ2 の電力密度を用いて第２の水素添加炭素層を
除去するために用いられる。約５〜約１０００ｎｍ／分
の除去レートは、これらの条件を用いて得られる。
【００５２】図４は、本発明の方法に従って作られたＵ
ＬＳＩ相互接続構造の断面図である。ＵＬＳＩ相互接続
構造５０は、基板５２と、Ｃｕ相互接続部またはスタッ
ド５４と、Ｔａライナ５６と、ダイヤモンド・ライク炭
素レベル間およびレベル内誘電体層５８と、Ｓｉドープ
・ダイヤモンド・ライク炭素ＲＩＥ停止および障壁層６
０とを備えている。
【００５３】また、本発明は、ＳｉＯ2 にパターンを形
成する方法を与え、その方法は、（ａ）上面を有する基
板を選択する工程と、（ｂ）前記基板上にダイヤモンド
・ライク炭素物質の層を形成する工程と、（ｃ）前記ダ
イヤモンド・ライク炭素物質の層の上にＳｉＯ2 層を形
成する工程と、（ｄ）ＳｉＯ2 層の上にパターン層を形
成する工程と、（ｅ）ＣＦ4 のようなフッ素を含むガス
を導入する工程と、（ｆ）パターン層を介して露出した
ＳｉＯ2 層を反応性イオン・エッチングする工程と、
（ｇ）前記物質の層、すなわちダイヤモンド・ライク炭
素層をエッチングする前に反応性イオン・エッチング工
程を終了する工程とを含んでいる。
【００５４】基板にダイヤモンド・ライク炭素膜を堆積
するために用いられる条件は、前述した。ＳｉＯ2 は、
その技術分野においてよく知られた方法を用いて堆積さ
れる。例えば、本発明においては、ＳｉＯ2 層は、ＣＶ
Ｄ法を用いて堆積される。ＣＦ4 のようなフッ素含有ガ
スを用いる反応性イオン・エッチングもまた、その技術
分野においてよく知られた方法を用いて行われる。
【００５５】図５は、ＵＬＳＩ配線システムの断面図で
あり、ＵＬＳＩ配線システム７０は、基板７２と、エッ
チング停止層としてのダイヤモンド層炭素膜７４と、Ｓ
ｉＯ2 または高分子層７６と、ＳｉＯ2 または高分子層
７６に埋め込まれたＡｌ，ＷまたはＣｕ相互接続部また
はスタッド７８とを備えている。また、このＵＬＳＩ配
線システムは、Ｃｕ相互接続部またはスタッド７８が用
いられるときには、ＴａまたはＴａＮライナ８０を有し
ている。以上に述べた本発明の方法を用いて、図５に示
される平坦化されたＵＬＳＩ配線システムが与えられ
る。
【００５６】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 （１）集積回路半導体デバイス上の１つ以上のレベルの
導体を分離する絶縁体を有する半導体デバイスであっ
て、露出した金属の第１の層を上面に有する基板と、前
記基板の前記上面上に形成されたダイヤモンド・ライク
炭素物質の絶縁体層と、前記絶縁体層上に複数の導体を
形成するようにパターニングされた金属の第２の層と、
を備える半導体デバイス。 （２）前記露出した第１の層の金属が、Ａｌ，Ｃｕ，
Ｗ，Ｔａ，Ｔｉおよびこれらの合金より成るグループか
ら選択される少なくとも１つの金属である上記（１）に
記載の半導体デバイス。 （３）前記ダイヤモンド・ライク炭素物質が、水素添加
アモルファス炭素，アモルファス炭素，アモルファス・
ダイヤモンド，フッ素化水素添加アモルファス炭素，フ
ッ素化アモルファス炭素，フッ素化アモルファス・ダイ
ヤモンドより成るグループから選択される上記（１）に
記載の半導体デバイス。 （４）集積半導体デバイスに用いられる相互接続構造で
あって、露出した金属の第１の領域と、ＳｉＯ2 および
ダイヤモンド・ライク炭素物質より成るグループから選
択される露出した絶縁体の第２の領域とを上面に有する
基板と、前記基板の前記上面上に形成されたダイヤモン
ド・ライク炭素物質の第１の層と、前記第１の層上に複
数の導体を形成するようにパターニングされた金属の第
２の層と、選択された前記第１の領域と前記複数の導体
の内の１つ以上の導体とを電気的に接続する金属フィー
ド・スルーと、を備える相互接続構造。 （５）前記露出した第１の領域の金属が、Ａｌ，Ｃｕ，
Ｗ，Ｔａ，Ｔｉおよびこれらの合金より成るグループか
ら選択される少なくとも１つの金属である上記（４）に
記載の相互接続構造。 （６）前記ダイヤモンド・ライク炭素物質が、水素添加
アモルファス炭素，アモルファス炭素，アモルファス・
ダイヤモンド，フッ素化水素添加アモルファス炭素，フ
ッ素化アモルファス炭素，フッ素化アモルファス・ダイ
ヤモンドより成るグループから選択される上記（４）に
記載の相互接続構造。 （７）集積回路チップに用いられる相互接続構造であっ
て、第１の導電領域を上面に有する基板と、水素添加ア
モルファス炭素，アモルファス炭素，アモルファス・ダ
イヤモンド，フッ素化ダイヤモンド・ライク炭素より成
るグループから選択され、ｖ原子パーセントのＳｉまた
はＧｅでドープされるダイヤモンド・ライク炭素物質の
第１の層と、水素添加アモルファス炭素，アモルファス
炭素，アモルファス・ダイヤモンド，フッ素化ダイヤモ
ンド・ライク炭素より成るグループから選択され、ｗ原
子パーセントのＳｉまたはＧｅでドープされるダイヤモ
ンド・ライク炭素物質の第２の層とを備え、前記ｖおよ
びｗは、同一かまたは異なっており、２５以下の範囲内
にあり、前記第２の層は、前記第２の層上に形成された
第１の金属の第１の相互接続パターンを有し、前記第１
および第２の層は、前記第１の導電領域および前記第１
の相互接続パターンの内の選択されたものを相互接続す
る第２の金属のスタッドを有する、相互接続構造。 （８）前記ｖが５〜１５であり、前記ｗが２〜１５であ
る上記（７）に記載の相互接続構造。 （９）上面に導電領域を有する基板上に相互接続構造を
作製する方法であって、水素添加アモルファス炭素，ア
モルファス炭素，アモルファス・ダイヤモンド，フッ素
化ダイヤモンド・ライク炭素より成るグループから選択
され、ｖ原子パーセントのＳｉまたはＧｅでドープされ
るダイヤモンド・ライク炭素物質の第１の層を前記基板
の上面に形成する工程と、水素添加アモルファス炭素，
アモルファス炭素，アモルファス・ダイヤモンド，フッ
素化ダイヤモンド・ライク炭素より成るグループから選
択され、ｗ原子パーセントのＳｉまたはＧｅでドープさ
れるダイヤモンド・ライク炭素物質の第２の層を前記第
１の層の上に形成する工程と、水素添加アモルファス炭
素，アモルファス炭素，アモルファス・ダイヤモンド，
フッ素化ダイヤモンド・ライク炭素より成るグループか
ら選択され、ｘ原子パーセントのＳｉまたはＧｅでドー
プされるダイヤモンド・ライク炭素物質の第３の層を前
記第２の層の上に形成する工程と、水素添加アモルファ
ス炭素，アモルファス炭素，アモルファス・ダイヤモン
ド，フッ素化ダイヤモンド・ライク炭素より成るグルー
プから選択され、ｙ原子パーセントのＳｉまたはＧｅで
ドープされるダイヤモンド・ライク炭素物質の第４の層
を前記第３の層の上に形成する工程と、水素添加アモル
ファス炭素，アモルファス炭素，アモルファス・ダイヤ
モンド，フッ素化ダイヤモンド・ライク炭素より成るグ
ループから選択され、ｚ原子パーセントのＳｉまたはＧ
ｅでドープされるダイヤモンド・ライク炭素物質の第５
の層を前記第４の層の上に形成する工程と、前記導電領
域の内の選択されたものの上に開口部を有する第１のマ
スクを前記第５の層の上に形成する工程と、前記第１の
マスクを介して前記第５〜第１の層をエッチングする工
程と、前記第１のマスクを除去する工程と、前記導電領
域の内の選択されたものを相互接続するための相互接続
パターンを有する第２のマスクを前記第５の層の上に形
成する工程と、前記第２のマスクを介して前記第５およ
び第４の層をエッチングする工程と、前記第１〜第５の
層と第４および第５の層の前記開口部を金属で充填する
工程とを含み、前記ｖ，ｗ，ｘ，ｙ，ｚは、同一かまた
は異なっており、２５以下の範囲にある、相互接続構造
の作製方法。 （１０）ダイヤモンド・ライク炭素を選択的にエッチン
グする方法であって、上面を有する基板を選択する工程
と、前記基板の前記上面にｖが約０．１〜約２５である
ｖ原子％のＳｉまたはＧｅでドープされたダイヤモンド
・ライク炭素の第１の層を形成する工程と、前記第１の
層の上にダイヤモンド・ライク炭素の第２の層を形成す
る工程と、前記第２の層の上にパターン層を形成する工
程と、Ｏ2 を含むガスを導入する工程と、前記パターン
層を介して露出した前記第２の層を反応性イオン・エッ
チングする工程と、前記第１の層をエッチングする前に
前記反応性イオン・エッチング工程を終了する工程と、
を含むエッチング方法。 （１１）前記ｖが約５〜約１５である上記（１０）に記
載のエッチング方法。 （１２）ＳｉＯ2 にパターンを形成する方法であって、
上面を有する基板を選択する工程と、前記基板の前記上
面にダイヤモンド・ライク炭素物質の層を形成する工程
と、前記ダイヤモンド・ライク炭素物質の層の上にＳｉ
Ｏ2 層を形成する工程と、前記ＳｉＯ2 層の上にパター
ン層を形成する工程と、フッ素を含むガスを導入する工
程と、前記パターン層を介して露出した前記ＳｉＯ2 層
を反応性イオン・エッチングする工程と、前記ダイヤモ
ンド・ライク炭素物質の層をエッチングする前に前記反
応性イオン・エッチング工程を終了する工程と、を含む
パターン形成方法。
【００５７】
【発明の効果】以上述べたように、半導体デバイスにお
けるダイヤモンド・ライク炭素物質の使用は、そのよう
な物質がデバイスの寄生容量とクロストークを減少させ
るので、技術の進歩を促す。さらに、ダイヤモンド・ラ
イク炭素物質は、全方向において均一な低い誘電率を有
する。さらに、ダイヤモンド・ライク炭素が硬質物質で
あるので、Ｓｉでドープされたダイヤモンド・ライク炭
素を含む層は、平坦化された半導体デバイスを作るとき
に用いられる有効なエッチング停止層または研磨層とし
て用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体デバイスの２つのレベルを分離する絶縁
物質としてダイヤモンド・ライク炭素層を含む半導体デ
バイスの断面図である。
【図２】ＣＭＯＳデバイスの一般的な例を示す図であ
る。ゲート領域，ドレイン領域，ソース領域は、本発明
で述べられている配線に電気的に接続されなければなら
ない。
【図３】第１および第２配線誘電体層としてダイヤモン
ド・ライク炭素膜を含む、図２に示されるＣＭＯＳ構造
の電界効果トランジスタの断面図である。これは、図２
に示される構造のどの部分が本発明の配線構造によって
接触されるかを示す一例である。
【図４】ダイヤモンド・ライク炭素レベル間およびレベ
ル内誘電体層を含む本発明のＵＬＳＩ相互接続システム
の断面図である。
【図５】ＣＦ4 またはＯ2 ＲＩＥ停止層としてプラズマ
堆積ダイヤモンド・ライク炭素膜を含むＵＬＳＩ配線シ
ステムの断面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体デバイス １２，３２，５２，７２ 基板 １４ 上面 １６ 第１の露出領域 １８ 第２の露出領域 ２０，４６ ダイヤモンド・ライク炭素物質層 ２２ 第２の金属層 ２４ 金属フィード・スルー ３０ ＦＥＴデバイス ３４，３５ ドレインおよびソース領域 ３６ ポリ・シリコンゲート ３８ 酸化物領域 ４０ トレンチ充填材 ４１ パッシベーション層 ４２，４３ 相互接続部 ４４ 金属ライナ ４５ レベル間バイア ４７ キャップ層 ５０ ＵＬＳＩ相互接続構造 ５４，７８ 相互接続部またはスタッド ５６，８０ ライナ ５８ 誘電体層 ６０ ＲＩＥ停止層および障壁層 ７０ ＵＬＳＩ配線システム ７４ ダイヤモンド層炭素膜 ７６ ＳｉＯ2 または高分子層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル・チャールズ・エデルステイン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ニュ ー ロシェル グラマーシー プレイス 15 (72)発明者 アルフレッド・グリル アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ホワ イト プレインズ オーバールック ロ ード 85 (72)発明者 ジュリジュ・ロスティスラブ・パラシュ ザック アメリカ合衆国 ニューヨーク州 プレ ザントヴィル メイプル ヒル 45 (72)発明者 ヴィシュヌバイ・ヴィッタルバイ・パテ ル アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ヨー クタウン ウイロウェイ ストリート 2289 (56)参考文献 特開 平１−196833（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−23639（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−23991（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−69791（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−251158（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−196828（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/314 H01L 21/768 C01B 1/00 - 31/36

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】集積回路チップに用いられる相互接続構造
    であって、 第１の導電領域を上面に有する基板と、 水素添加アモルファス炭素、アモルファス炭素、アモル
    ファス・ダイヤモンド、およびフッ素化ダイヤモンド・
    ライク炭素より成るグループから選択され、ｖ原子パー
    セントのＳｉまたはＧｅでドープされるダイヤモンド・
    ライク炭素物質の第１の層と、 水素添加アモルファス炭素、アモルファス炭素、アモル
    ファス・ダイヤモンド、およびフッ素化ダイヤモンド・
    ライク炭素より成るグループから選択され、ｗ原子パー
    セントのＳｉまたはＧｅでドープされるダイヤモンド・
    ライク炭素物質の第２の層とを備え、 前記ｖおよびｗは、同一かまたは異なっており、２５以
    下の範囲内にあり、 前記第２の層は、前記第２の層上に形成された第１の金
    属の第１の相互接続パターンを有し、 前記第１および第２の層は、前記第１の導電領域および
    前記第１の相互接続パターンの内の選択されたものを相
    互接続する第２の金属のスタッドを有する、 相互接続構造。
  2. 【請求項２】前記ｖが５〜１５であり、前記ｗが２〜１
    ５である請求項１記載の相互接続構造。
  3. 【請求項３】上面に導電領域を有する基板上に相互接続
    構造を作製する方法であって、 ｖ原子パーセントのＳｉまたはＧｅでドープされるダイ
    ヤモンド・ライク炭素物質の第１の層を前記基板の上面
    に形成する工程と、 ｗ原子パーセントのＳｉまたはＧｅでドープされるダイ
    ヤモンド・ライク炭素物質の第２の層を前記第１の層の
    上に形成する工程と、 ｘ原子パーセントのＳｉまたはＧｅでドープされるダイ
    ヤモンド・ライク炭素物質の第３の層を前記第２の層の
    上に形成する工程と、 ｙ原子パーセントのＳｉまたはＧｅでドープされるダイ
    ヤモンド・ライク炭素物質の第４の層を前記第３の層の
    上に形成する工程と、 ｚ原子パーセントのＳｉまたはＧｅでドープされるダイ
    ヤモンド・ライク炭素物質の第５の層を前記第４の層の
    上に形成する工程と、 前記導電領域の内の選択されたものの上に開口部を有す
    る第１のマスクを前記第５の層の上に形成する工程と、 前記第１のマスクを介して前記第５〜第１の層をエッチ
    ングする工程と、 前記第１のマスクを除去する工程と、 前記導電領域の内の選択されたものを相互接続するため
    の相互接続パターンを有する第２のマスクを前記第５の
    層の上に形成する工程と、 前記第２のマスクを介して前記第５および第４の層をエ
    ッチングする工程と、 前記第１〜第５の層と第４および第５の層の前記開口部
    を金属で充填する工程とを含み、 前記ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚは、同一かまたは異なってお
    り、２５以下の範囲にある、相互接続構造の作製方法。
  4. 【請求項４】ダイヤモンド・ライク炭素を選択的にエッ
    チングする方法であって、 上面を有する基板を選択する工程と、 前記基板の前記上面にｖが約０．１〜約２５であるｖ原
    子％のＳｉまたはＧｅでドープされたダイヤモンド・ラ
    イク炭素の第１の層を形成する工程と、 前記第１の層の上にダイヤモンド・ライク炭素の第２の
    層を形成する工程と、 前記第２の層の上にパターン層を形成する工程と、 Ｏ2 を含むガスを導入する工程と、 前記パターン層を介して露出した前記第２の層を反応性
    イオン・エッチングする工程と、 前記第１の層をエッチングする前に前記反応性イオン・
    エッチング工程を終了する工程と、 を含むエッチング方法。
  5. 【請求項５】前記ｖが約５〜約１５である請求項４記載
    のエッチング方法。
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