JP3339920B2 - ＳｉＯｘ材料をプラズマエッチングするための方法および集積回路内の層間の金属接続部を生成するための方法 - Google Patents
ＳｉＯｘ材料をプラズマエッチングするための方法および集積回路内の層間の金属接続部を生成するための方法Info
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Description
【０００１】
【発明の分野】この発明は、シリコン化合物をエッチン
グするための新しいドライエッチングプロセスに関し、
特にＳｉＯx 化合物またはガラスにおいてアスペクト比
の高いホールを作るのに応用されるプロセスに関する。
グするための新しいドライエッチングプロセスに関し、
特にＳｉＯx 化合物またはガラスにおいてアスペクト比
の高いホールを作るのに応用されるプロセスに関する。
【０００２】
【発明の背景】シリコン化合物またはガラスのより迅速
なエッチングのための技術によって改良できる、電気お
よび半導体装置ならびにプロセスが多数ある。良いエッ
チングプロセスの基準となるのは、そのアスペクト比の
高いホールを形成する能力である。先行技術において、
シリコン化合物におけるこのような穴の深さ／直径の
比、すなわちアスペクト比Ｒの報告されている最高値
は、Ｒ＝１．５のオーダにある。また、ホールの直径が
小さくなるにつれて、ドライエッチング技術を用いての
達成可能なアスペクト比は悪化してきている。したがっ
て、シリコンベースの材料のための改良されたプロセス
が必要である。表面を損傷することなく、材料にアスペ
クト比の高いホールを迅速に形成できるエッチングプロ
セスはいずれも、その材料の良い一般的なエッチャント
であると解されている。
なエッチングのための技術によって改良できる、電気お
よび半導体装置ならびにプロセスが多数ある。良いエッ
チングプロセスの基準となるのは、そのアスペクト比の
高いホールを形成する能力である。先行技術において、
シリコン化合物におけるこのような穴の深さ／直径の
比、すなわちアスペクト比Ｒの報告されている最高値
は、Ｒ＝１．５のオーダにある。また、ホールの直径が
小さくなるにつれて、ドライエッチング技術を用いての
達成可能なアスペクト比は悪化してきている。したがっ
て、シリコンベースの材料のための改良されたプロセス
が必要である。表面を損傷することなく、材料にアスペ
クト比の高いホールを迅速に形成できるエッチングプロ
セスはいずれも、その材料の良い一般的なエッチャント
であると解されている。
【０００３】表面のイオン衝撃は、プラズマエッチン
グ、反応性イオンエッチング、およびスパッタ堆積の重
要な局面である。イオン衝撃はまた、二次イオン質量分
析法（ＳＩＭＳ法）、および低エネルギイオン散乱分光
分析（ＬＥＩＳ）などのいくつかの分析技術の重要な部
分でもある。オージェ電子分光（ＡＥＳ）もまた、物理
的なスパッタリングのために低エネルギ不活性ガスイオ
ンを用いて、深さのプロファイルを支持する侵食を得
る。これらは非常に重要なプロセスとなったが、イオン
により引起こされた界面化学現象および新しい界面化学
的、物理的、および電子的な特徴の変化は非常に複雑
で、まだよく理解されていないプロセスである。これ
が、ほとんどの、工業用のプラズマに援助されたエッチ
ングプロセスの実験的な開発につながった。
グ、反応性イオンエッチング、およびスパッタ堆積の重
要な局面である。イオン衝撃はまた、二次イオン質量分
析法（ＳＩＭＳ法）、および低エネルギイオン散乱分光
分析（ＬＥＩＳ）などのいくつかの分析技術の重要な部
分でもある。オージェ電子分光（ＡＥＳ）もまた、物理
的なスパッタリングのために低エネルギ不活性ガスイオ
ンを用いて、深さのプロファイルを支持する侵食を得
る。これらは非常に重要なプロセスとなったが、イオン
により引起こされた界面化学現象および新しい界面化学
的、物理的、および電子的な特徴の変化は非常に複雑
で、まだよく理解されていないプロセスである。これ
が、ほとんどの、工業用のプラズマに援助されたエッチ
ングプロセスの実験的な開発につながった。
【０００４】プラズマは部分的にイオン化された準中性
（quasi-neutral)ガスである。それらは真空のチャンバ
内で、ガスをイオン化するのに十分な電界を与えること
によって作られる。その電源は、ＤＣ電界、誘導高周波
コイル、マイクロ波または容量性結合された高周波電界
であってもよい。電子は他の粒子に比べ質量が小さいた
め、これらのシステムにおいて得られるエネルギのほと
んどは、最初に電子によって吸収される。これらの高エ
ネルギの電子は、他の分子と衝突し、ガスをイオン化
し、プラズマを維持する。典型的なイオン化のポテンシ
ャルは高いため、分子および原子の大多数は中性のまま
である。結局、プラズマと任意の近くにある誘導体表面
との間でＤＣのポテンシャルが高まり、さらなる不均衡
を妨げる。
（quasi-neutral)ガスである。それらは真空のチャンバ
内で、ガスをイオン化するのに十分な電界を与えること
によって作られる。その電源は、ＤＣ電界、誘導高周波
コイル、マイクロ波または容量性結合された高周波電界
であってもよい。電子は他の粒子に比べ質量が小さいた
め、これらのシステムにおいて得られるエネルギのほと
んどは、最初に電子によって吸収される。これらの高エ
ネルギの電子は、他の分子と衝突し、ガスをイオン化
し、プラズマを維持する。典型的なイオン化のポテンシ
ャルは高いため、分子および原子の大多数は中性のまま
である。結局、プラズマと任意の近くにある誘導体表面
との間でＤＣのポテンシャルが高まり、さらなる不均衡
を妨げる。
【０００５】一般的に半導体処理プラズマは、熱非平衡
の状態にあり、以下のものによって影響される。
の状態にあり、以下のものによって影響される。
【０００６】（ａ）電力−吸収される電力を増すことに
よって、シースポテンシャルと生成されるイオンの数と
が増加する。プラズマ内のいかなるウエハも、増加した
イオンの流量と、増加されたイオンエネルギの衝突とか
ら引起こされた温度の増加を経験する。明らかに、電力
が高いと基板に、より大きい損傷が起こり得る。
よって、シースポテンシャルと生成されるイオンの数と
が増加する。プラズマ内のいかなるウエハも、増加した
イオンの流量と、増加されたイオンエネルギの衝突とか
ら引起こされた温度の増加を経験する。明らかに、電力
が高いと基板に、より大きい損傷が起こり得る。
【０００７】（ｂ）圧力−より高い圧力では、より多く
のガス分子が利用可能であり、これは結果としてより高
いイオンの流量をもたらすと一般に考えられている。非
常に高速のエッチングは、通常高エネルギのイオンで起
こる表面の損傷を頻繁に伴う。このような表面の損傷は
重いイオンにおいて予想されるが、一方軽いイオンでも
報告されている。
のガス分子が利用可能であり、これは結果としてより高
いイオンの流量をもたらすと一般に考えられている。非
常に高速のエッチングは、通常高エネルギのイオンで起
こる表面の損傷を頻繁に伴う。このような表面の損傷は
重いイオンにおいて予想されるが、一方軽いイオンでも
報告されている。
【０００８】（ｃ）装置の形状−基板の位置や磁石の形
状、チャンバの材料、およびイオンの密度の均一性を含
むチャンバのジオメトリ等のパラメータは、エッチング
プロセスに影響する。
状、チャンバの材料、およびイオンの密度の均一性を含
むチャンバのジオメトリ等のパラメータは、エッチング
プロセスに影響する。
【０００９】種々のエッチャントガスによる材料のエッ
チングレートが明らかに異なることに対する説明は、反
応性のガス分子の、エッチングされる表面に浸透する能
力、サブサーフェスの結合を壊す、または表面の原子が
結合するエネルギを低下させる能力、放出温度において
放出される生成物が揮発性となるようにその結合に代わ
ってそれ自体を基板に結合する能力と関係がある。高エ
ネルギのイオンが固体に突き当ると、それはそのエネル
ギを表面付近の原子に一連の弾性衝突、ならびに電子の
および振動のプロセスを介して移す。衝突のカスケード
効果は、イオン注入、結晶性の損傷、イオン混合、およ
び物理的なスパッタリングを生じさせ得る。これらの効
果はまた、低エネルギのイオン衝撃からも起こり得る。
イオン混合とは、目標の原子がイオン衝撃により配置し
なおされるプロセスであり、そのプロセスは反跳および
カスケードによる寄与によって破壊される。揮発性のあ
る生成物の形成を促進する点において、混合プロセスは
重要であるかもしれないと考えられている。これは表面
付近の原子が、表面の電位障壁を克服し、それによって
真空へと出るのに十分な、表面に垂直な運動量の移動を
受ける、スパッタリングから明らかである。
チングレートが明らかに異なることに対する説明は、反
応性のガス分子の、エッチングされる表面に浸透する能
力、サブサーフェスの結合を壊す、または表面の原子が
結合するエネルギを低下させる能力、放出温度において
放出される生成物が揮発性となるようにその結合に代わ
ってそれ自体を基板に結合する能力と関係がある。高エ
ネルギのイオンが固体に突き当ると、それはそのエネル
ギを表面付近の原子に一連の弾性衝突、ならびに電子の
および振動のプロセスを介して移す。衝突のカスケード
効果は、イオン注入、結晶性の損傷、イオン混合、およ
び物理的なスパッタリングを生じさせ得る。これらの効
果はまた、低エネルギのイオン衝撃からも起こり得る。
イオン混合とは、目標の原子がイオン衝撃により配置し
なおされるプロセスであり、そのプロセスは反跳および
カスケードによる寄与によって破壊される。揮発性のあ
る生成物の形成を促進する点において、混合プロセスは
重要であるかもしれないと考えられている。これは表面
付近の原子が、表面の電位障壁を克服し、それによって
真空へと出るのに十分な、表面に垂直な運動量の移動を
受ける、スパッタリングから明らかである。
【００１０】現在プラズマエッチングのため最も頻繁に
用いられるいくつかの形式の装置がある。密閉されたプ
ラズマ反応装置は、このような装置の１つの形式であ
り、高周波電源によって励起されて、その間でプラズマ
を誘導し維持する、一般に近接して隔てられた平行平板
を用いる。これらの比較的簡単で、本質的に平行平板の
電極装置では、プラズマの密度およびイオンエネルギが
別個に抑制されず、したがって、高い電力を必要とする
状況では高いイオンエネルギが縮小され得ないという難
しさがある。
用いられるいくつかの形式の装置がある。密閉されたプ
ラズマ反応装置は、このような装置の１つの形式であ
り、高周波電源によって励起されて、その間でプラズマ
を誘導し維持する、一般に近接して隔てられた平行平板
を用いる。これらの比較的簡単で、本質的に平行平板の
電極装置では、プラズマの密度およびイオンエネルギが
別個に抑制されず、したがって、高い電力を必要とする
状況では高いイオンエネルギが縮小され得ないという難
しさがある。
【００１１】典型的には、先行技術では、これらの反応
装置はエッチングのための０．３−０．５Ｔｏｒｒのオ
ーダの圧力での動作を特徴とする、１対の近接して隔て
られた平面の電極からなる。この圧力は一般に、これら
に等方性エッチングの特性を与える。前は、これらの反
応装置は単一のウエハ動作における、工業用のエッチン
グ使用には遅すぎていた。
装置はエッチングのための０．３−０．５Ｔｏｒｒのオ
ーダの圧力での動作を特徴とする、１対の近接して隔て
られた平面の電極からなる。この圧力は一般に、これら
に等方性エッチングの特性を与える。前は、これらの反
応装置は単一のウエハ動作における、工業用のエッチン
グ使用には遅すぎていた。
【００１２】アスペクト比の高いホールの主な応用は、
半導体装置の製造におけるコンタクトホール、すなわち
「ＶＩＡ」の創出においてである。これらのＶＩＡは、
集積回路の表面上の誘電体層を貫いて作られ、それは回
路の表面への電気的接続を可能にし、もしくは回路の活
性のエレメントを覆う誘電体層上に前もって置かれてい
る金属の相互接続片への接続を可能にする。しかしなが
ら、このようなエッチングプロセスは集積回路に限定さ
れない、というのはＳｉＯx 、またはガラスから作られ
る装置および物体で、このような材料においてアスペク
ト比の高いホールを作ることができる改良されたミクロ
機械プロセスによって改良され得るものが多く存在する
からである。
半導体装置の製造におけるコンタクトホール、すなわち
「ＶＩＡ」の創出においてである。これらのＶＩＡは、
集積回路の表面上の誘電体層を貫いて作られ、それは回
路の表面への電気的接続を可能にし、もしくは回路の活
性のエレメントを覆う誘電体層上に前もって置かれてい
る金属の相互接続片への接続を可能にする。しかしなが
ら、このようなエッチングプロセスは集積回路に限定さ
れない、というのはＳｉＯx 、またはガラスから作られ
る装置および物体で、このような材料においてアスペク
ト比の高いホールを作ることができる改良されたミクロ
機械プロセスによって改良され得るものが多く存在する
からである。
【００１３】ＳｉＯ2 のＲＩＥにおける窒素の役割は、
Ｊ．スモリンスキー（Smolinsky ）によって、「エレク
トロケミストリ」（ Electro Chemistry）Ｖｏｌ．１２
９、Ｎｏ．５、１９８２年５月、ｐｐ．１０３６−１０
４０で報告されている。この報告は、改良されたアスペ
クト比を示しているが、後述のようなパンチスルーの問
題は克服しなかった。
Ｊ．スモリンスキー（Smolinsky ）によって、「エレク
トロケミストリ」（ Electro Chemistry）Ｖｏｌ．１２
９、Ｎｏ．５、１９８２年５月、ｐｐ．１０３６−１０
４０で報告されている。この報告は、改良されたアスペ
クト比を示しているが、後述のようなパンチスルーの問
題は克服しなかった。
【００１４】この発明のプロセスは、半導体集積回路の
製造における特殊な問題に関連して説明されるが、この
プロセスの応用はそれに限定されないと理解されたい。
製造における特殊な問題に関連して説明されるが、この
プロセスの応用はそれに限定されないと理解されたい。
【００１５】半導体集積回路は、回路の部分間に多数の
低抵抗接続を必要とする。これらは相互接続部と呼ばれ
る。相互接続部は、通常金属であるが、ドープされたポ
リシリコンからできていてもよい。誘電体層によって離
される相互接続部のいくつかのレベルが、通常は要求さ
れる。典型的には、相互接続部に用いられる金属はＡｌ
であるか、またはＡｌを含む、というのもこれは低い抵
抗を有し、比較的安価で与えられるからである。
低抵抗接続を必要とする。これらは相互接続部と呼ばれ
る。相互接続部は、通常金属であるが、ドープされたポ
リシリコンからできていてもよい。誘電体層によって離
される相互接続部のいくつかのレベルが、通常は要求さ
れる。典型的には、相互接続部に用いられる金属はＡｌ
であるか、またはＡｌを含む、というのもこれは低い抵
抗を有し、比較的安価で与えられるからである。
【００１６】相互接続の異なるレベル間に接続を与える
こともまた不可欠である。おおまかに言えばこれは、選
択された場所で、表面から誘電体層を通って下にある相
互接続部に達するまでホールを開けることによって達成
される。次に、ホール、または「ＶＩＡ」は、低抵抗の
材料、通常は金属で、下へ、誘電体の上まで充填され、
そして上部表面がＡｌで被覆される。次に、金属層上
に、通常窒化チタンＴｉＮの薄い反射防止コーティング
（ＡＲＣ）が施される。次にレジストが、ＡＲＣ層上に
積層され、ＵＶ放射に露光されて、マスクパターンを形
成する。パターン化されたマスクは、金属のエッチング
を制御して、次のレベルの相互接続部を形成するため用
いられる。ＡＲＣコーティングは、金属からの光の反射
を減少し、形成されるべき光学像のマスク上のより鋭い
焦点を可能にする。保護誘電体の次の層が、相互接続部
上に施される。
こともまた不可欠である。おおまかに言えばこれは、選
択された場所で、表面から誘電体層を通って下にある相
互接続部に達するまでホールを開けることによって達成
される。次に、ホール、または「ＶＩＡ」は、低抵抗の
材料、通常は金属で、下へ、誘電体の上まで充填され、
そして上部表面がＡｌで被覆される。次に、金属層上
に、通常窒化チタンＴｉＮの薄い反射防止コーティング
（ＡＲＣ）が施される。次にレジストが、ＡＲＣ層上に
積層され、ＵＶ放射に露光されて、マスクパターンを形
成する。パターン化されたマスクは、金属のエッチング
を制御して、次のレベルの相互接続部を形成するため用
いられる。ＡＲＣコーティングは、金属からの光の反射
を減少し、形成されるべき光学像のマスク上のより鋭い
焦点を可能にする。保護誘電体の次の層が、相互接続部
上に施される。
【００１７】このような多層構造においては、金属が下
にある鋭い端を覆う必要がなく、次の層のための写真の
プロセスが、より鋭い焦点のための単一の深さが平坦な
範囲を有するように、層の各々の最終表面を滑らかにす
るため誘電体層の各々の表面に平坦化のプロセスを与え
ることが不可欠である。この平坦化の要求が新たな問題
につながった。大きな、全体にわたる平坦化のプロセス
の結果、図１のように、単一のチップで平坦化された表
面１から、下にある接触する表面までの距離が、ここで
５５００Åから１６５００Åに大きく変化する可能性が
ある。ＶＩＡのためのエッチングプロセスはしたがっ
て、浅いホール２の底の材料を損傷することなく、同時
に、より深いホール２′を作成することができなくては
ならない。
にある鋭い端を覆う必要がなく、次の層のための写真の
プロセスが、より鋭い焦点のための単一の深さが平坦な
範囲を有するように、層の各々の最終表面を滑らかにす
るため誘電体層の各々の表面に平坦化のプロセスを与え
ることが不可欠である。この平坦化の要求が新たな問題
につながった。大きな、全体にわたる平坦化のプロセス
の結果、図１のように、単一のチップで平坦化された表
面１から、下にある接触する表面までの距離が、ここで
５５００Åから１６５００Åに大きく変化する可能性が
ある。ＶＩＡのためのエッチングプロセスはしたがっ
て、浅いホール２の底の材料を損傷することなく、同時
に、より深いホール２′を作成することができなくては
ならない。
【００１８】従来の先行のエッチングプロセスでは、Ｖ
ＩＡのホールの深さがチップで大きく変化する例におい
ては、浅いＶＩＡ２の底の露光されたＡＲＣ層８は、通
常は３５０ÅのＴｉＮのＡＲＣ層が実質的に１０００Å
まで厚くされたときでさえも、頻繁にエッチングされ
る。この結果、下にある金属７のスパッタリング、およ
び／または下にある表面９の損傷が起こる。また、先行
のプロセスにおいては、ポリマーの増強１０がＶＩＡホ
ールで通常起こり、これは除去し難い。また、これはし
ばしば、結果として起こるＶＩＡの抵抗が実質的により
高くなる結果につながる。
ＩＡのホールの深さがチップで大きく変化する例におい
ては、浅いＶＩＡ２の底の露光されたＡＲＣ層８は、通
常は３５０ÅのＴｉＮのＡＲＣ層が実質的に１０００Å
まで厚くされたときでさえも、頻繁にエッチングされ
る。この結果、下にある金属７のスパッタリング、およ
び／または下にある表面９の損傷が起こる。また、先行
のプロセスにおいては、ポリマーの増強１０がＶＩＡホ
ールで通常起こり、これは除去し難い。また、これはし
ばしば、結果として起こるＶＩＡの抵抗が実質的により
高くなる結果につながる。
【００１９】
【発明の概要】この発明の目的はシリコン酸化物、およ
び／またはガラスにおいてアスペクト比の高いホールを
作成するためのエッチングプロセスを提供することであ
る。
び／またはガラスにおいてアスペクト比の高いホールを
作成するためのエッチングプロセスを提供することであ
る。
【００２０】この発明の他の目的は、ＳｉＯx および／
またはガラスの高いエッチングレート、ならびにＴｉＮ
の低いエッチングレートを有するエッチングプロセスを
提供することである。
またはガラスの高いエッチングレート、ならびにＴｉＮ
の低いエッチングレートを有するエッチングプロセスを
提供することである。
【００２１】この発明のさらに他の特徴は、平行平板の
反応装置において、窒素、ＣＨＦ3、およびＨｅを使用
することである。
反応装置において、窒素、ＣＨＦ3、およびＨｅを使用
することである。
【００２２】この発明のさらに他の目的は、深いＶＩＡ
と浅いＶＩＡとが３以上のファクタだけ深さの異なる、
シリコン集積回路におけるコンタクトＶＩＡを、浅いＶ
ＩＡの下にある領域を損傷することなく作成するための
エッチングプロセスを提供することである。
と浅いＶＩＡとが３以上のファクタだけ深さの異なる、
シリコン集積回路におけるコンタクトＶＩＡを、浅いＶ
ＩＡの下にある領域を損傷することなく作成するための
エッチングプロセスを提供することである。
【００２３】このエッチングプロセスの発明の特徴は、
これまで堆積のためのみに用いられていた高い全圧の領
域における密閉されたプラズマを用いることである。
これまで堆積のためのみに用いられていた高い全圧の領
域における密閉されたプラズマを用いることである。
【００２４】この発明のさらに他の特徴は、酸化物をエ
ッチングする間に、ＶＩＡにおいて本質的にポリマーの
増強が起こらないこと、かつ少なくともＲ＝１０のアス
ペクト比が達成可能なことである。
ッチングする間に、ＶＩＡにおいて本質的にポリマーの
増強が起こらないこと、かつ少なくともＲ＝１０のアス
ペクト比が達成可能なことである。
【００２５】この発明のさらに他の特徴は、プロセスガ
スとしてのＨｅの使用により、ＴｉＮエッチングに関す
るプロセスの弁別（discrimination）が改良されること
である。
スとしてのＨｅの使用により、ＴｉＮエッチングに関す
るプロセスの弁別（discrimination）が改良されること
である。
【００２６】
【実施例の詳細な説明】オーバーエッチングによって浅
いＶＩＡに与えられる損傷に加えて、発明者らは、後続
のメタライゼーションで低抵抗のＶＩＡを得るために
は、清浄なＶＩＡの壁および接触する表面が不可欠であ
ると判断した。半導体ＶＩＡの作成における酸化シリコ
ン誘電体膜の従来の密閉されたプラズマ平行平板型反応
装置エッチングは、炭化フッ素源ガスＣＨＦ3 およびＣ
Ｆ4 の混合物を少量の酸素および／またはアルゴン、ヘ
リウム等の不活性ガスとともに用いる。酸素の役割は炭
化フッ素の炭素と結合し、それにより活性のあるエッチ
ング種であると考えられているフッ素を放出することで
あると一般に考えられている。酸素／炭素の結合は一般
に、エッチングガスからの炭素の大きな分子の形成から
起こる、ＶＩＡの壁上のポリマーの増強を規制する／制
御するのを助けると考えられている。
いＶＩＡに与えられる損傷に加えて、発明者らは、後続
のメタライゼーションで低抵抗のＶＩＡを得るために
は、清浄なＶＩＡの壁および接触する表面が不可欠であ
ると判断した。半導体ＶＩＡの作成における酸化シリコ
ン誘電体膜の従来の密閉されたプラズマ平行平板型反応
装置エッチングは、炭化フッ素源ガスＣＨＦ3 およびＣ
Ｆ4 の混合物を少量の酸素および／またはアルゴン、ヘ
リウム等の不活性ガスとともに用いる。酸素の役割は炭
化フッ素の炭素と結合し、それにより活性のあるエッチ
ング種であると考えられているフッ素を放出することで
あると一般に考えられている。酸素／炭素の結合は一般
に、エッチングガスからの炭素の大きな分子の形成から
起こる、ＶＩＡの壁上のポリマーの増強を規制する／制
御するのを助けると考えられている。
【００２７】ポリマーの増強により、発明者らは、放出
される炭素を捕える捕獲剤を探求するようかりたてられ
た。このため発明者は、炭素および炭素の化合物が重合
されてＶＩＡＳの壁上に見える炭素分子の堆積物の長い
鎖を形成する前に、それらと結合するより効果的で自由
なラジカル捕獲剤が必要であるという理論に基づいて、
プロセスガスとしてのＮ2 を追加する実験をまず行なっ
た。酸素とは異なり、そのプロセスにおける窒素の量
は、フォトレジストマスクにかかわるプロセスにおいて
は制限されない。ＳｉＯ2 エッチングにおけるアンモニ
アからの窒素の捕獲剤の役割は、スモリンスキー．Ｊ
（Smolinsky ）等によって、「エレクトロケミストリ」
（ Electro Chemistry）、Ｖｏｌ．１２９、Ｎｏ．５、
１９８２年５月、ｐｐ．１０３６−１０４０に論じられ
ている。
される炭素を捕える捕獲剤を探求するようかりたてられ
た。このため発明者は、炭素および炭素の化合物が重合
されてＶＩＡＳの壁上に見える炭素分子の堆積物の長い
鎖を形成する前に、それらと結合するより効果的で自由
なラジカル捕獲剤が必要であるという理論に基づいて、
プロセスガスとしてのＮ2 を追加する実験をまず行なっ
た。酸素とは異なり、そのプロセスにおける窒素の量
は、フォトレジストマスクにかかわるプロセスにおいて
は制限されない。ＳｉＯ2 エッチングにおけるアンモニ
アからの窒素の捕獲剤の役割は、スモリンスキー．Ｊ
（Smolinsky ）等によって、「エレクトロケミストリ」
（ Electro Chemistry）、Ｖｏｌ．１２９、Ｎｏ．５、
１９８２年５月、ｐｐ．１０３６−１０４０に論じられ
ている。
【００２８】発明者の実験は、ＬＡＭリサーチ（LAM Re
search）によって製造された２つの異なる密閉されたプ
ラズマ反応装置、モデルＥＴ０１およびＥＴ１３で実行
されてきた。モデルＥＴ０１装置の形状は図２に開示さ
れる。
search）によって製造された２つの異なる密閉されたプ
ラズマ反応装置、モデルＥＴ０１およびＥＴ１３で実行
されてきた。モデルＥＴ０１装置の形状は図２に開示さ
れる。
【００２９】図２を参照すると、平行平板型のプラズマ
反応装置のハウジング２３は、Ａｌの下部電極２１を支
持し、下部電極は約１２インチの直径を有し、その上で
扱われるウエハがその中央２４でクランプ２２によって
クランプされる。上部電極２０は通常黒鉛で、電極間の
間隙は小さく、調整可能である。この実験においては、
間隙は１．２センチメートルに設定された。ウエハは、
図示されない裏面のヘリウムの冷却部によって冷却され
る。クランプ２２でウエハをクランプすることによっ
て、ウエハの表面上の熱、および電気の均一性を改善す
る。モデルＥＴ１３においては、下部電極はその中央が
わずかに半球形に膨らんでおり、冷却のためのよりよい
熱伝導性を与える。密閉されたイオン化されたプラズマ
は、電極２０と２１との間の小さい領域で維持される。
反応装置のハウジング２３は、Ａｌの下部電極２１を支
持し、下部電極は約１２インチの直径を有し、その上で
扱われるウエハがその中央２４でクランプ２２によって
クランプされる。上部電極２０は通常黒鉛で、電極間の
間隙は小さく、調整可能である。この実験においては、
間隙は１．２センチメートルに設定された。ウエハは、
図示されない裏面のヘリウムの冷却部によって冷却され
る。クランプ２２でウエハをクランプすることによっ
て、ウエハの表面上の熱、および電気の均一性を改善す
る。モデルＥＴ１３においては、下部電極はその中央が
わずかに半球形に膨らんでおり、冷却のためのよりよい
熱伝導性を与える。密閉されたイオン化されたプラズマ
は、電極２０と２１との間の小さい領域で維持される。
【００３０】図３を参照すると、プラズマを励起して維
持する電界は約４００ＫＨｚで高周波電源３０によって
与えられる。高周波変圧器３１は、接地された中央のタ
ップ３２を有し、上部および下部電極２０および２１に
対称に結合される。素子３３、３４、および３５は、空
洞インピーダンスを高周波電源にマッチングしチューニ
ングするためのものである。
持する電界は約４００ＫＨｚで高周波電源３０によって
与えられる。高周波変圧器３１は、接地された中央のタ
ップ３２を有し、上部および下部電極２０および２１に
対称に結合される。素子３３、３４、および３５は、空
洞インピーダンスを高周波電源にマッチングしチューニ
ングするためのものである。
【００３１】発明者の要因実験の第１の組では、電力＝
８００Ｗ、間隙＝０．７５ｃｍ、かつＣＨＦ3 ＝ＣＦ4
＝５０ＳＣＣＭで実行された。発明者らは、エッチング
ガス、ＣＨＦ3 、ＣＦ4 の標準的な混合物およびアルゴ
ンを用い、５００−１９００ｍＴｏｒｒの圧力範囲にお
いてＮ2 の追加を含めた。我々は、少なくとも８６°の
壁の角度を得るためには、ＣＦ4 に対するＣＨＦ3 の比
が１／１より小さいことが要求される一方、これに反し
て、ＣＨＦ3 より高いＣＦ4 の流れが結果として、Ｔｉ
Ｎ上のエッチングレートを高くすることを発見した。発
明者の戦略は、ＴｉＮに対して弁別し、かつＴｉＮが停
止層として働き、そのため浅いＶＩＡの底部におけるＴ
ｉＮがあるところでは、深いＶＩＡがエッチングされる
間、侵食しないプロセスを開発することである。Ｎ2 が
追加されてさえも従来のエッチング圧力、すなわち１．
０Ｔｏｒｒを下回る圧力で、密閉されたプラズマにおい
て従来のエッチング薬品を、使用することは、ＴｉＮの
弁別を改善しない。パターニングされたウエハにおい
て、６−１０のＴｉＮに対するエッチング選択比が、Ｓ
ｉＯ2 と比べて、達成可能な最高値である。これらの実
験の間発明者は、ウエハの中央付近の方が端よりもＴｉ
Ｎのエッチングレートが速く、ＶＩＡ内は開放領域より
速くエッチングされる等のいくつかの効果を認めた。こ
れらの観察によって発明者は、ＴｉＮのエッチングレー
トは、すぐ近くの局部の温度に正比例することを発見す
るに至った。これらの要因から発明者は、増加された非
弾性衝突によってプラズマを冷却する手段を探求するこ
とにした。これは、質量の軽いガス、Ｈｅの高い流量を
追加することにより、圧力を増すことによって達成され
た。非弾性衝突とは、相互交換されるエネルギのタイプ
に制限がなく、かつ運動および内部またはポテンシャル
エネルギの交換を含むものである。
８００Ｗ、間隙＝０．７５ｃｍ、かつＣＨＦ3 ＝ＣＦ4
＝５０ＳＣＣＭで実行された。発明者らは、エッチング
ガス、ＣＨＦ3 、ＣＦ4 の標準的な混合物およびアルゴ
ンを用い、５００−１９００ｍＴｏｒｒの圧力範囲にお
いてＮ2 の追加を含めた。我々は、少なくとも８６°の
壁の角度を得るためには、ＣＦ4 に対するＣＨＦ3 の比
が１／１より小さいことが要求される一方、これに反し
て、ＣＨＦ3 より高いＣＦ4 の流れが結果として、Ｔｉ
Ｎ上のエッチングレートを高くすることを発見した。発
明者の戦略は、ＴｉＮに対して弁別し、かつＴｉＮが停
止層として働き、そのため浅いＶＩＡの底部におけるＴ
ｉＮがあるところでは、深いＶＩＡがエッチングされる
間、侵食しないプロセスを開発することである。Ｎ2 が
追加されてさえも従来のエッチング圧力、すなわち１．
０Ｔｏｒｒを下回る圧力で、密閉されたプラズマにおい
て従来のエッチング薬品を、使用することは、ＴｉＮの
弁別を改善しない。パターニングされたウエハにおい
て、６−１０のＴｉＮに対するエッチング選択比が、Ｓ
ｉＯ2 と比べて、達成可能な最高値である。これらの実
験の間発明者は、ウエハの中央付近の方が端よりもＴｉ
Ｎのエッチングレートが速く、ＶＩＡ内は開放領域より
速くエッチングされる等のいくつかの効果を認めた。こ
れらの観察によって発明者は、ＴｉＮのエッチングレー
トは、すぐ近くの局部の温度に正比例することを発見す
るに至った。これらの要因から発明者は、増加された非
弾性衝突によってプラズマを冷却する手段を探求するこ
とにした。これは、質量の軽いガス、Ｈｅの高い流量を
追加することにより、圧力を増すことによって達成され
た。非弾性衝突とは、相互交換されるエネルギのタイプ
に制限がなく、かつ運動および内部またはポテンシャル
エネルギの交換を含むものである。
【００３２】発明者の次の実験は、より高い全圧１．５
−３．０ＴｏｒｒでＣＨＦ3 およびＣＦ4 の混合物を用
い、Ｈｅの流量をより高くした。ＴｉＮを弁別したエッ
チングは、まだあまり改善されていない。したがって、
発明者の次の実験では、ＣＦ 4 を除き、ＴｉＮの選択比
を増したが、これらの圧力では発明者はエッチングの代
わりに堆積物を得た。
−３．０ＴｏｒｒでＣＨＦ3 およびＣＦ4 の混合物を用
い、Ｈｅの流量をより高くした。ＴｉＮを弁別したエッ
チングは、まだあまり改善されていない。したがって、
発明者の次の実験では、ＣＦ 4 を除き、ＴｉＮの選択比
を増したが、これらの圧力では発明者はエッチングの代
わりに堆積物を得た。
【００３３】最後に発明者は全圧の高い領域を保持し
て、Ｎ2 の小さい流れを導入し、プロセスがエッチング
に戻ること、かつそのエッチングレートはＮ2 の流量に
正比例することを発見した。Ｎ2 は炭素および水素と反
応し、そのためＳｉＯx と反応するのに利用可能なフッ
素イオン種が多くなると我々は考えている。
て、Ｎ2 の小さい流れを導入し、プロセスがエッチング
に戻ること、かつそのエッチングレートはＮ2 の流量に
正比例することを発見した。Ｎ2 は炭素および水素と反
応し、そのためＳｉＯx と反応するのに利用可能なフッ
素イオン種が多くなると我々は考えている。
【００３４】発明者は、最適な酸化物対ＴｉＮエッチン
グレート選択比を得るためのプロセスを微調整すること
に成功してきた。圧力＝２７００ｍＴｏｒｒ、１．２ｃ
ｍの間隙、ＣＨＦ3 ＝５０ＳＣＣＭ、Ｎ2 ＝６５ＳＣＣ
Ｍ、Ｈｅ＝３５００ＳＣＣＭ、電力＝１０００Ｗで、発
明者はパターニングされたＴｉＮで２１の選択比、およ
び８８±１°の壁の角度を得ることができる。我々は側
壁にポリマーの堆積物の形跡を残すことなく、アスペク
ト比１０のホールを作成した。３０−４０のアスペクト
比が達成できない理由は見当らない。
グレート選択比を得るためのプロセスを微調整すること
に成功してきた。圧力＝２７００ｍＴｏｒｒ、１．２ｃ
ｍの間隙、ＣＨＦ3 ＝５０ＳＣＣＭ、Ｎ2 ＝６５ＳＣＣ
Ｍ、Ｈｅ＝３５００ＳＣＣＭ、電力＝１０００Ｗで、発
明者はパターニングされたＴｉＮで２１の選択比、およ
び８８±１°の壁の角度を得ることができる。我々は側
壁にポリマーの堆積物の形跡を残すことなく、アスペク
ト比１０のホールを作成した。３０−４０のアスペクト
比が達成できない理由は見当らない。
【００３５】発明者は上述のエッチングプロセスで集積
回路を作成し、ＶＩＡは１．２Ωの抵抗を有し、標準偏
差は０．３Ωである。さらに、このプロセスはより制御
可能である。というのは酸素の多い部分とより少ない部
分とのエッチングレートは等しく、すなわちマイクロロ
ーディングまたはＲＩの遅れがなく、したがってアスペ
クト比依存性がないからである。
回路を作成し、ＶＩＡは１．２Ωの抵抗を有し、標準偏
差は０．３Ωである。さらに、このプロセスはより制御
可能である。というのは酸素の多い部分とより少ない部
分とのエッチングレートは等しく、すなわちマイクロロ
ーディングまたはＲＩの遅れがなく、したがってアスペ
クト比依存性がないからである。
【００３６】発明者の実験はまた、広範囲のプロセスパ
ラメータで成功した、かつ改善されたフロー高アスペク
ト比プロセスが得られることを示した。ＴｉＮ選択比に
関していえば、ＣＨＦ3 の広いマージンもまたＴｉＮ選
択比に関して確認される。図４にあるように、パラメー
タ３０００ｍＴｏｒｒ／８００Ｗ／１．２ｃｍ／５０Ｃ
ＨＦ3 ／３５００Ｈｅ／６０Ｎ2 で、３０００ｍＴｏｒ
ｒないし３５００ｍＴｏｒｒの圧力範囲にわたって、均
一性、壁の角度、およびＴｉＮ選択比の値はほぼ同じ
で、壁の角度は８８に近く、選択比は２１である。Ｎ2
の流量および電力を調整することによって、発明者は幾
分高い酸化物エッチングレートおよびより高いＴｉＮ選
択比を達成することができた。
ラメータで成功した、かつ改善されたフロー高アスペク
ト比プロセスが得られることを示した。ＴｉＮ選択比に
関していえば、ＣＨＦ3 の広いマージンもまたＴｉＮ選
択比に関して確認される。図４にあるように、パラメー
タ３０００ｍＴｏｒｒ／８００Ｗ／１．２ｃｍ／５０Ｃ
ＨＦ3 ／３５００Ｈｅ／６０Ｎ2 で、３０００ｍＴｏｒ
ｒないし３５００ｍＴｏｒｒの圧力範囲にわたって、均
一性、壁の角度、およびＴｉＮ選択比の値はほぼ同じ
で、壁の角度は８８に近く、選択比は２１である。Ｎ2
の流量および電力を調整することによって、発明者は幾
分高い酸化物エッチングレートおよびより高いＴｉＮ選
択比を達成することができた。
【００３７】アスペクト比を増す（すなわち壁の角度を
より垂直にする）ためには、我々はＮ2 の流量を、他の
パラメータを変える必要なく、増すであろう。
より垂直にする）ためには、我々はＮ2 の流量を、他の
パラメータを変える必要なく、増すであろう。
【００３８】この発明を、図面の特定の実施例に関連し
て説明してきた。我々の発明を任意の特定の実施例に制
限することは我々の意図ではなく、発明の範囲は特許請
求の範囲によって定められるべきである。
て説明してきた。我々の発明を任意の特定の実施例に制
限することは我々の意図ではなく、発明の範囲は特許請
求の範囲によって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】全体にわたる平坦化の結果、深いおよび浅いＶ
ＩＡを示す、集積回路の断面図である。
ＩＡを示す、集積回路の断面図である。
【図２】高圧の密閉されたプラズマ反応装置の概略図で
ある。
ある。
【図３】前記反応装置の電極への高周波励起の概略図で
ある。
ある。
【図４】この発明のプロセスのパラメータの等高線図で
ある。
ある。
２０ 上部電極 ２１ 下部電極 ３０ 高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サバッシュ・グプタ アメリカ合衆国、95131 カリフォルニ ア州、サン・ホーゼイ、ミードウ・リッ ジ・サークル、1578 (72)発明者 スーザン・エイチ・チェン アメリカ合衆国、94007 カリフォルニ ア州、サニィベイル、マラード・ウェ イ、1468 (56)参考文献 特開 平４−162721（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−279784（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−272038（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−177429（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−204928（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−266022（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−92420（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−102331（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00
Claims (11)
- 【請求項１】 （ａ） 近接して対向配置された２つの
平板の電極間の密閉された領域において、反応性ガスの
流れを前記密閉された領域に与え、かつ４００ＫＨｚの
オーダの周波数で高周波電力を前記電極に与えることに
よって、真空の容器内にプラズマを確立するステップ
と、 （ｂ） エッチングされるべきＳｉＯx材料を前記電極
の１つに固定するステップとを含む、 ＳｉＯx材料をプラズマエッチングする方法であって、
改良点は １．前記反応性ガスがＣＨＦ3とＮ2を含み、 ２．非弾性衝突によって前記プラズマを冷却するステッ
プと、 ３．前記反応性ガスの流れを選択し、１０．０Ｔｏｒｒ
＞ｐ＞１．５Ｔｏｒｒとなるチャンバの全圧力ｐ．を得
るステップを含み、 前記冷却ステップにおいて前記反応性ガスは高体積流量
率のヘリウムガスをさらに含み、前記ヘリウムガスの流
量率はＣＨＦ3の流量率より約５０〜１００倍だけ大き
いことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記ＳｉＯxのエッチング速度は、Ｎ2ガ
ス流量率を制御することによって調節されることを特徴
とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記ＳｉＯxのエッチング速度は、Ｎ2ガ
ス流量率をＣＨＦ 3 流量率の４０〜４００％の範囲内で
制御することによって調節されることを特徴とする請求
項２に記載の方法。 - 【請求項４】 ＣＨＦ3とＮ2の流量率は同じオーダであ
り、前記ヘリウム冷却ガスの流量率はＣＨＦ3またはＮ2
の体積流量率に比べて５０〜１００倍のオーダであるこ
とを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項５】 エッチングされるウェハはエッチング前
にＴｉＮ層で被覆され、前記エッチングは前記ＴｉＮが
前記プラズマによってエッチングされるよりはるかに速
い速度で前記シリコンとシリコン化合物を選択的にエッ
チングすることを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 ＳｉＯx対ＴｉＮのエッチング速度選択
比が２０／１のオーダであることを特徴とする請求項５
に記載の方法。 - 【請求項７】 前記シリコン化合物との前記プラズマ反
応によって生成されるエッチング生成物は、再堆積の前
に前記エッチング生成物が前記真空容器から除去される
のを可能にするのに十分な時間だけ実質的に全体に揮発
性であることを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項８】 前記ＴｉＮが停止層であって、清浄な壁
を有するアスペクト比の高い浅いホールが前記ウェハに
深いホールと同時にエッチングされ、かつ前記深いホー
ルが浅いホールの３倍のオーダの深さであり得ることを
特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項９】 金属相互接続線を有する集積回路におい
て層間金属接続を生成する方法であって、 （ａ） ＴｉＮ層を前記金属相互接続線上に付与するス
テップと、 （ｂ） 前記ＴｉＮで被覆された金属相互接続線上に誘
電体の充填材を付与するステップと、 （ｃ） 前記誘電体の充填材の上面を平坦化するステッ
プと、 （ｄ） 前記平坦化された層の上面にレジストマスクを
与えてパターンにしてＶＩＡを設け、金属を前記金属相
互接続線に接続するステップと、 （ｅ） 前記パターンニングされたウェハを密閉された
プラズマエッチング反応装置内に配置して、前記ウェハ
を前記装置の電極に固定するステップと、 （ｆ） 反応性ガスを導入するステップとを含み、前記
反応性ガスは前記密閉されたプラズマエッチング装置へ
のＣＨＦ3、Ｎ2、およびヘリウムの冷却ガスを含み、さ
らに （ｇ） 約４００ＫＨｚの高周波エネルギを与えること
によって前記プラズマを励起するステップを含み、前記
ヘリウム冷却ガスの体積流量率はＣＨＦ3またはＮ2のい
ずれかの体積流量率に比べて５０〜１００倍だけ大き
く、かつ全流量は１０．０Ｔｏｒｒ＞ｐ＞１．５Ｔｏｒ
ｒの範囲内にある高圧力ｐを生じるように調節されるこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 前記ＴｉＮ層は１０００Åのオーダで
あることを特徴とする請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 ステップ（ｈ）をさらに含み、前記ス
テップ（ｈ）はＶＩＡホールをＴｉまたはＴｉ／ＴｉＮ
およびタングステンプラグで充填するステップを含み、
前記プラグは０．８ミクロンのＶＩＡプラグで１．２Ω
のオーダの抵抗を有することを特徴とする請求項１０に
記載の方法。
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