JP3957319B2 - 半導体ウェーハをエッチングするための方法 - Google Patents

半導体ウェーハをエッチングするための方法 Download PDF

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Description

発明の背景
本発明は半導体集積回路(IC)の製法に関する。より詳細には、本発明はICの製造時にチタン含有層を含むICの積層をエッチングするための方法と装置に関する。
半導体ICの製造において、トランジスタ素子のようなデバイスは、通常、シリコンで作られた半導体のウェーハまたは基板上に形成される。金属の相互接続線は、ウェーハ上に配置されたメタライゼーション層がエッチングされたもので、各素子を結合して所望する回路を形成する場合に使用される。考察を容易にするため、図1に、積層20の断面図を示している。これは、通常の半導体ICの製造時に形成される各層を表している。注意を要するのは、図示している層の上、下、または間に他の層が付加される場合があることである。さらに、必ずしも必要な層のすべてを示していないし、いくつかまたはすべての層を他の異なる層で代替できる。
積層20の最下部にウェーハ100を示している。酸化物層102は、通常、SiO2から成り、ウェーハ100上に形成される。バリア層104は、通常、Ti、TiW、TiN、または他の適切なバリア材料などのチタン含有層から成り、酸化物層102と、次に蒸着されるメタライゼーション層106との間に積層することができる。バリア層104は、シリコン原子が酸化物層102からメタライゼーション層106に拡散することを防止する。
メタライゼーション層106は、通常、銅、アルミニウム、あるいはAl-Cu、Al-SiまたはAl-Cu-Siのような既知のアルミニウム合金から成っている。図1の残りの2層、つまり反射防止コーティング(ARC)層108と、重なり合っているフォトレジスト(PR)層110は、メタライゼーション層106の上に形成される。ARC層108は、通常、TiNまたはTiWのような他のチタン含有層から成り、光(例、フォトレジストのパターンを成形するリソグラフィ段階を防止する)がメタライゼーション層106の表面から反射するのを防止したり、ある場合には、ヒルロックの成長を抑止する。フォトレジスト層110は、従来のフォトレジスト材料の層を示している。この層には、たとえば、紫外線を当てるなどのエッチングでパターンが成形される。積層20の各層は、この技術の熟練者には容易に確認でき、多くの適切で既知の蒸着処理、つまり化学蒸着(CVD)、プラズマ強化化学蒸着(PECVD)、および物理蒸着(PVD)を使用して形成できる。
前記の金属の相互接続線を形成するには、メタライゼーション層、たとえば、メタライゼーション層106も含む積層のいくつかの層の一部を、適切なフォトレジスト技術を使用してエッチングする。たとえば、そのようなフォトレジスト技術は、コンタクトまたはステッパ・リソグラフィ・システムでフォトレジスト材料を露光してフォトレジスト層110のパターン成形、および次のエッチングを容易にするためにマスクを形成するためのフォトレジスト材料の開発を伴う。適切なエッチング・ガスを使用して、マスクで保護されていないメタライゼーション層の領域はエッチングされ、メタライゼーション相互接続の線または面は残される。
説明のために、図2に、図1の積層20の従来のエッチングを終了した断面図を示す。この例では、金属相互接続線は、メタライゼーション層106のエッチングされていない部分で示されている。
回路密度を非常に高くするため、近代のIC設計は、高密度狭帯幅の設計規則で決めている。その結果、面サイズ、つまり相互接続線の幅または至近相互接続線間の間隔(例、溝)は、次第に狭くなっている。例として、約0.8ミクロン(μm)の線幅は、4メガビット(Mb)のダイナッミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)ICには適用可能であるが、256MbDRAM ICには、できれば0.25ミクロン以下の細い相互接続線を採用した方がよい。
面サイズが縮むに従って、ウェーハ全体に渡って均一なエッチング速度を達成することがだんだん困難になっている。一般に、狭い間隔でのエッチング速度は、広い間隔、広々とした領域でのエッチングよりも遅くなる。この現象をここではエッチング速度におけるローディングと呼ぶ。これは、マイクロローディングおよび縦横比依存エッチング(ARDE)の結果である。マイクロローディングとは、主に低密度の領域に配置される溝のエッチング速度に比較して、高密度の線間隔のある領域に配置される同じ程度の溝のエッチング速度の方が遅いいう状況を呼んでいる。一方、ARDEとは、主に同一溝密度の領域に配置される溝間、および異なる縦横比を持つ溝間のエッチング速度が変動する状況を呼んでいる。エッチング速度のローディングは、異なる速度で積層に溝を形成させる。エッチング速度でのローディングは、溝幅が約0.5ミクロン以下、特に約0.35以下に狭くなるとさらに厳しくなる。エッチング速度の変動の結果として、金属のエッチングがエッチング速度(例、狭い線間隔いおいて)の遅い領域において終了するまで、オーバーエッチング、つまり下に横たわっている層からの物質の思いがけない除去がすでにエッチング速度の速い領域(広々とした領域)で行われている。
図2において、領域120はメタライゼーション層が過大にエッチング(距離d1)されている広々とした領域を示し、領域122はメタライゼーション層が過小にエッチング(距離d2)されている領域を示している。エッチング速度の変動が十分に大きいと、ある形状によっては、ターゲット層、たとえば、下に横たわっている層に対して必要以上の損傷が広々とした領域で発生する前に、狭い間隔の金属層をエッチングできない場合がある。たとえば、エッチング速度の大きな変動によって、領域120での必要以上のエッチングと過度の酸化物の消失が発生して、処理中のウェーハがICの製造に使用できなくなる。
従来の技術では、TiN ARC層、アルミニウム・メタライゼーション層、およびTiNバリアは、通常、単一の化学反応(例、Cl2/BCl3)を使用してエッチングする。Cl2/BCl3は、通常、TiN層をエッチングする速度よりも速い速度でアルミニウム・メタライゼーション層をエッチングする。例として、Cl2/BCl3のアルミニウムのエッチング速度は、約9,000オングストローム/分であり、一方、Cl2/BCl3のTiNのエッチング速度は、2,500〜3,000オングストローム/分である。TiNエッチングの遅い速度は、ウェーハ全体の処理量を不都合に減少させる。つまり、単位時間当たりに処理されるウェーハ数が少なくなる。さらに、TiNエッチングの遅い速度は、保護フォトレジスト層が長時間エッチング処理されるので、フォトレジストの選択性が減少する。
前記を考慮して、ここで説明することは、IC製造時にTiN ARC層またはTiNバリア層のようなチタン含有層をエッチングするために改善された方法と装置である。
発明の概要
本発明は1つの実施例において、プラズマ処理チャンバでのウェーハ積層のTiN層をエッチングするための方法に関する。この方法はTiNエッチング・ガス、不活性ガス、および重合体成形化学物質を好適に含む第1化学物質を使用して少なくともTiN層の一部をエッチングする段階を有する。
本発明は他の実施例において、プラズマ処理チャンバでのウェーハ積層から成る素子を有する集積回路に関する。このウェーハ積層は、TiN層を有し、その集積回路は、TiNエッチング・ガス、不活性ガス、および重合体成形化学物質を含む第1化学物質を使用して特にTiN層をエッチングすることによって形成される。
本発明は更なる他の実施例において、プラズマ処理チャンバでのウェーハ積層の選択された部分をエッチングするための方法に関する。このウェーハ積層は、TiN反射防止コーティング(ARC)層、メタライゼーション層、およびTiNバリア層を有する。この方法は、TiNエッチング・ガス、不活性ガス、および重合体成形化学物質を好適に含む第1化学物質を使用してTiN ARC層をエッチングする段階を有する。さらに、この方法は、少なくともメタライゼーション層の一部をメタライゼーション・エッチング・ガスでエッチングする段階を有する。さらに、少なくともTiNバリア層の一部を第1化学物質でエッチングする段階を有する。
好適な実施例において、第1化学物質はCl2/Ar/CHF3である。
本発明の前記および他の利点は、以下の詳細な説明及び図面によって明らかになる。
【図面の簡単な説明】
図1は積層の断面図を示し、そして代表的な半導体ICの製造時に形成された層を示す。
図2は図1の従来のエッチングを終了した積層の断面図を示す。
図3はTCP（商標）9600 SEプラズマ・リアクタの簡略図を示し、そして発明したエッチング処理に使用するための適切なプラズマ処理システムを示す。
図4は本発明の実施例において、発明の第1化学物質がTiN ARC層をエッチングするために使用される発明のエッチング技術を示す。
図5は本発明の他の実施例において、発明の第1化学物質がTiNバリア層をエッチングするために使用される発明のエッチング技術を示す。
図6は本発明の更なる他の実施例において、発明の第1化学物質がTiN ARC層およびTiNバリア層の両方をエッチングするために使用される発明のエッチング技術を示す。
好適な実施例の詳細な説明
本発明では、TiN ARC層またはTiNバリア層のようなチタン含有層の改良されたエッチングについて説明する。以下の説明では、本発明が完全に理解されるように多数の特定の詳細を説明する。しかし、この技術の熟練者にとっては、本発明をいくつかまたはすべての特定の詳細なしでに実践できることは明らかである。場合により、公知の処理段階については、本発明を不必要に曖昧にしないために詳細には説明しない。
本発明のある面において、前記のエッチング速度のローディング問題は、積層を2つの異なる化学物質で２つの段階でエッチングすることによって軽減される。この最初の化学物質のエッチング段階は、好適に少なくともTiN ARC層(例、図1のARC層108)を処理する。前記のTiN ARC層をエッチングするために使用する重要なTiNエッチング・ガスに加えて、第1化学物質には、好適に不活性ガスと重合体成形化学ガスを含んでいる。その後、積層は、最初の化学物質とは異なる第2の化学物質で再びエッチングされる。この第2化学物質のエッチング段階では、好適に少なくともメタライゼーション層(たとえば、図1の層106)の一部を処理できる。次に、TiNバリア層は、前記の第2化学物質または第1化学物質のいずれかでエッチングされる。
本発明のエッチング処理は、ドライ・エッチング、プラズマ・エッチング、リアクティブ・イオン・エッチング(RTE)、磁気強化エッチング・リアクティブ・イオン・エッチング(MERIE)などに使用される既知のいずれかのプラズマ処理装置で実行できる。さらに詳しく説明すると、ドライ・エッチングに使用される一般的なプラズマ処理チャンバ内では、ウェーハがプラズマで処理される。そのチャンバは、入口を有して、そこから処理エッチング・ガスがチャンバ内に供給される。適切なRFエネルギー源(例、RFエネルギー源)が、プラズマを誘導するためにチャンバに関連する電極に印加される。このエネルギー自身は、明かのようにプラズマを持続させるために誘導的または容量的に結合される。そして、種がウェーハと反応するためにエッチング・ガス源のガスから形成され、ウェーハ積層のプラズマ接触層でエッチングされる。そして、揮発性の副産物は出口から排出される。
プラズマ・エッチングは、ウェーハの処理時にウェーハが陽極または接地電極に配置される状況に関係する。一方、リアクティブ・イオン・エッチング(RIE)は、ウェーハの処理時にウェーハが陰極または電源電極に配置される状況に関係する。磁気強化エッチング・リアクティブ・イオン・エッチング(MERIE)は、RIEリアクタ形状の変形体であり、その中ではリアクタ壁面に対する活動的な電子の消失を削減するために磁界が印加される。MERIEは、ある状況下においては、電極から電子へのエネルギーの移転効率を向上させ得ることが分かっている。
本発明は、前記のリアクタ、および他の適切なプラズマ処理リアクタのいずれにおいても実践できることについて考察する。前記は、エネルギーが容量的に結合された平行な電極板、電子サイクロトロン共鳴(ECR)マイクロウェーブ・プラズマ源、ヘリコンのような誘導的に結合されたRF源、ヘリカル共振子、およびプラズマと結合された変圧器のいずれを通してもプラズマに渡されることは真実であることに注意されたい。特に、ECRおよびTCPプラズマ処理システムは、カリフォルニア州のフレモント（Fremont）にあるラムリサーチ社（Lam Research Corporation）から購入できる。
好適な実施例において、本発明は、TCP（商標名）9600 SEプラズマ・リアクタを使用している。このリアクタは、前記のようにラムリサーチ社から購入できるけれども、他の従来の適切なプラズマ処理リアクタも使用できる。図3は、TCP 9600 SEプラズマ・リアクタの簡略図である。この図は、ウェーハ350および集積回路チップ352を有する。これらは、ウェーハが本発明のエッチング技術に従ってエッチングされ、そして従来のエッチング後の処理段階を終了した後、ウェーハ350から切り離されたダイから製造される。図3において、ウェーハ・リアクタ300は、プラズマ処理チャンバ302を備えている。チャンバ302の上部には、電極303が配置され、図1の例にあるコイルによって実現される。コイル303は、整合回路網(図3にはない)を経由してRF発生器305によって励起される。
チャンバ302内には、シャワー・ヘッド304が設けられ、ガス源の物質(例、エッチング・ガス源のガス)をヘッドとウェーハ350の間のRF誘導プラズマ領域に放出するための孔が複数ある。さらに、このガス源物質は、孔からもチャンバ自身の壁内に放出される。ウェーハ350は、チャンバ302内に挿入され、そしてチャック310上に配置される。このチャックは、第2電極として作用し、好適に無線周波発生器320(さらに、一般的に整合回路網を経由する)でバイアスされる。均一かつ再現可能なエッチング結果を確保するため、ヘリウム冷却ガスが圧力(例、この実例では約5〜10Torr)の下にチャック310とウェーハ350との間に注入されて、ウェーハの温度を正確に冷却するための熱伝達媒体として作用する。プラズマ・エッチング時のチャンバ302内の圧力は、好適に低く、たとえば、1つの実施例では8〜22mTorrに維持される。複数のヒーター(簡略にするため、図1には示していない)がエッチングのための適切なチャンバ温度(1つの実施例では、約70℃)を維持するために備えてある。接地経路を備えるため、チャンバ302のチャンバ壁は、通常、接地されている。
本発明の実施例において、チタンを含有するウェーハ積層の反射防止コーティング層は、第1化学物質でエッチングされる。１つの実施例では、反射防止コーティング層は、第1化学物質でエッチングされる層であることを示しているが、この第1化学物質エッチングの段階は、所定のウェーハ積層構造において、メタライゼーション薄層、たとえば、付着層、シード層などの層上でも行える。ここで使用している用語のメタライゼーション薄層は、メタライゼーション層上に配置される層を意味している。この積層は、TiN、または主にチタンである物質のいずれでも形成できる。
１つの実施例において、第1化学物質でのエッチングは、反射防止コーティング層がエッチングされたことが分かったときに終了する。１つの実施例では、反射防止コーティング層は、TiNで形成され、終了点の検知は、プラズマの703nm波長の上昇を光学的に監視して行われる。これは、TiN反射防止コーティング層が実質的にすべて除去されたことを示している。そして、エッチングはただちに終了する。第1化学物質のエッチング段階の終了点を調べるために他の従来の方法も使用できる。
本発明の一面において、TiN反射防止コーティング層エッチング用の第1化学物質は、3種類のガス、つまり、TiNエッチング・ガス、不活性ガス、および重合体成形ガスから成っている。より好適に、TiNエッチング・ガスは、塩素(cl2)であって、不活性ガスは、アルゴン、キセノン、クリプトンなどのいずれでもよい。最も好適に、TiN反射防止コーティング層のエッチング用第1化学物質は、cl2/Ar/CHF3である。
続いて、積層の残りは、少なくともメタライゼーション層の一部が第2化学物質でエッチングされる。たとえば、第2化学物質は、再び第1化学物質でのエッチングの下にあるバリア層とともに大部分のメタライゼーション層をエッチングするために使用できる。第2化学物質は、好適に第1化学物質とは異なる。その理由は、重合体生成ガスをバルク・エッチング、たとえばアルミニウム・メタライゼーション層のエッチング用に使用すると、マイクロマスキングによる残留物をもたらす結果となり、フォトレジストの選択性を低めるおそれがある。この第2化学物質とは異なる斬新な第1化学物質(ARC層のエッチング用として)の使用が、本発明の重大な特徴である。これが、TiN ARC層およびメタライゼーション層の両方を唯一の化学物質(通常、Cl2/BCl3)でエッチングする従来の技術とは、非常に対照的なところである。
本発明のアプローチは、従来技術の2種化学物質アプローチとは非常に異なる。従来の技術の2種化学物質アプローチは、チタン・タングステン(TiW)をARC層物質に使用する場合に採用されるもので、チタン硝酸塩(TiN)をARC層物質に使用する場合ではない。さらに詳しく説明すると、従来技術のアプローチでは、TiN ARCをエッチングするためにSR6第1化学物質を使用している。そして、残りの層は、他の物質(例、Cl2/BCl3)でバルク・エッチングされる。これは、SR6がアルミニウムを十分にエッチングしないためである。従来の技術では、SR6は、TiW物質をエッチングできるために第1化学物質として使用されているが、エッチング速度のローディングを減らすためではない。さらに、従来技術のアプローチでは、重合体成形ガスを第1化学物質のエッチング・ガス化学物質に追加することはない。これは、SR6が第1化学物質のエッチング・ガスと重合体成形ガスとして機能するためである。
さらに、SR6は、フォトレジストに対するエッチング速度が速い。したがって、TiWがARC層物質である場合は、通常、下に横たわっている面をSF6エッチング・ガスから守るために厚いフォトレジスト層を使用する必要がある。
しかし、TiNをARC層の物質として使用する場合、従来のアプローチでは、TiN ARC層とバルクをエッチングするために１つの化学物質(例、Cl2/BCL3)を使用している。これは、TiNエッチング・ガス(例、Cl2)がSF6に関するフォトレジスト選択性の問題にわずらわされないためである。つまり、Cl2は、SF6に比較してフォトレジストに対するエッチング速度が速くないためである。
さらに、重合体成形ガスを第1化学物質に使用すると、本発明の特徴を不明瞭にする。その理由は、重合体成形ガスが高速でフォトレジストをエッチングしてしまいがちなためである。つまり、エッチング化学物質の付加物がフォトレジストの選択性を減らすためである。重合体成形ガスを第1化学物質に使用すると、フォトレジストの選択性を高める従来のアプローチとは反対になる。本発明の第1化学物質は、エッチング・ガス化学物質を補う重合体成形ガスを含むが、下に横たわっている厚い層やバリア層、たとえば、TiN ARC層およびTiNバリア層、またはその一方を短時間に適量のエッチングを行う場合に使用される。その結果としてのデータによると、必要以上の有害な結果は示していない。しかし、重合体成形ガスの量は、多すぎてもよくない。たとえば、cl2の流れが約50%以上になってはならない。保護フォトレジスト層を過度に損傷すると、不動態化蒸着とリバース・エッチング速度のローディングが過度になる原因となる。
本発明の一面において、エッチング速度のローディングは、エッチングの開始段階でのエッチング速度のローディング問題を解決するためにエッチング(例、ARC層のようなメタライゼーション層を重ね合わせている層上)の開始時に異なる化学物質を使用して削減できる。さらに詳しくは、本願譲受人に譲渡された同日付の「エッチング速度のローディングを減らすための方法と装置」という名称の特許出願を参照されたい。
従来技術の単一化学物質のCl2Bcl3エッチングにおいて、6インチのウェーハで0.35ミクロン形状のエッチング速度のローディングは、約25〜30％であること、つまり広々とした領域でのエッチング速度は、0.35ミクロン間隔におけるものよりも25〜30％速いことが分かっている。同様な処理パラメータにおいて、TiN ARC層をエッチングするための第1化学物質としてCl2/Ar/CHF3を使用しているエッチング処理で達成したエッチング速度のローディングは、ウェーハの中央で約3％、ウェーハの縁で約2％であることが分かっている。
エッチング速度のローディングを減らすために、エッチング時間を延ばして狭い間隔で金属層をエッチングする必要はない。エッチング時間が短いと、バルク・エッチング時における保護フォトレジスト・マスク領域の損傷が少なくなるので、そのフォトレジスト・マスク領域の下に横たわっている面をエッチング時に保護する能力が向上することになる。
TiN ARC層をエッチングするために第1化学物質としてCl2/Ar/CHF3を使用すると、ウェーハの処理量が向上するメリットが生じる。これは、本発明のCl2/Ar/CHF3化学物質が従来技術のCl2Bcl3化学物質よりも高速度でTiNをエッチングするためである。たとえば、従来技術のCl2Bcl3化学物質は、約2,500〜3,000オングストローム/分であるが、本発明のCl2/Ar/CHF3は、TiN層を10,000オングストローム/分を超える速度でエッチングする。TiN ARC層のエッチング速度が向上すると、ウェーハ処理量が増加する。
本発明の第1化学物質(Cl2/Ar/CHF3など)でTiN ARC層をエッチングすると、インタフェース・ノッチングが少なくなることが分かる。インタフェース・ノッチングとは、従来技術のCl2Bcl3化学物質でARC層と金属層をエッチングすると、両層間でときどき観察されるノッチを意味する。インタフェース・ノッチングは、所望する垂直エッチング側壁からのずれであるので、そのかなりのずれを本発明の第1化学物質(Cl2/Ar/CHF3)で除去できることは、本発明の利点である。
その後、バルク・エッチングでは、残りの層を従来の第2化学物質を使用してエッチングできる。第2化学物質自体は、メタライゼーション層をエッチングするための適切なエッチング・ガスおよびボンバード化学物質を含有できる。1つの実施例において、第2化学物質は、Cl2/BCl3、Cl2/BCl3CHF3、Cl2/BCl3CHF3、Cl2/BCl3/HCl、Cl2/BCl3/N2、およびCl2/N2から成るグループの1つである。例として、70：20：10(sccm)の流量率を持つCl2/BCl3CHF3の混合物が、約0.5%〜1%の銅を含むアルミニウムの合金から成るメタライゼーション層を完全にエッチングするために適切であることが分かっている。
第2化学物質でのエッチングは、少なくともメタライゼーション層の一部がエッチングされると終了する。この場合、他の化学物質で残りのメタライゼーション層をエッチングできる。より好適には、第2化学物質でのエッチングは、メタライゼーション層が完全にエッチングされたことを判定すると終了することである。１つの実施例では、メタライゼーション層は、アルミニウムまたはその合金から成っており、終了点の検知は、プラズマにおいての261nmの光波長の上昇を光学的に監視して達成される。これは、アルミニウム・メタライゼーション層が実質的にすべて除去されたことを示している。そして、第2化学物質エッチングは、直ちに終了するか、メタライゼーション層物質の完全な除去を確実にするために設定した時間(数秒の追加分)だけ続行できる。
１つの実施例において、第2化学物質エッチングは、バリア層をエッチングできるように拡張されている。しかし、他の実施例では、前記の第1化学物質を使用してバリア層をエッチングしている。たとえば、前記のCl2/Ar/CHF3は、バルク・エッチング段階を終了した後もTiNバリア層をエッチングするために使用できる。
チタン含有バリア層をエッチングするために第1化学物質を使用すると、いくつかの重要なメリットをもたらす。たとえば、Cl2/Ar/CHF3をTiNバリア層(従来のバルク・エッチング段階後)をエッチングするために使用すると、Cl2/Ar/CHF3のTiN対アルミニウムの選択性(ある場合には、最大で約4.6：1)が高くなり、TiNエッチング速度も速くなり、アルミニウム側壁の下部切り落としが少なくなって有利になる。反対に、従来技術のCL2/BCl3では、TiNエッチング速度が遅くなり、アルミニウムの選択性も低くなって不利になる。これらのCL2/BCl3の不利な特性によって、エッチング終了後のアルミニウムの垂直断面が狭くなる。
本発明の第1化学物質でのTiNエッチングは、高速であるため、第1化学物質でバリア層をエッチングすると、ウェーハの処理速度も速くなる。さらに、Cl2/Ar/CHF3でTiNバリア層をエッチングすると、バリア・フットを減少させるようである。バリア・フットは、エッチング後のアルミニウム面の下部にあるバリア層に階段のような構造が現れることを意味する。バリア・フットは、アルミニウム・メタライゼーション層とTiNバリア層の両方を狭い間隔でエッチングするためにCL2/BCl3を使用すると、ときどき従来技術でも観察される。
バリア・フットは、本発明のエッチング技術によってかなり除去されるものと信じられている。これは、本発明のCl2/Ar/CHF3第1化学物質のTiNエッチング速度(約10,000オングストローム/分)が、従来技術のTiNエッチング・ガスのTiNエッチング速度(つまり、CL2/BCl3を使用して、約2,500〜3,000オングストローム/分)よりも、アルミニウム・エッチング速度(つまり、CL2/BCl3を使用して、約9,000オングストローム/分)に非常に一致するためである。バリア・フットは、垂直エッチング側壁と溝底のずれを表すので、そのずれを本発明のCl2/Ar/CHF3でかなり除去できることは、本発明の利点である。
さらに、本発明のCl2/Ar/CHF3化学物質を使用すると、バリア層のエッチング時における酸化物消失が少なくなる。Cl2/Ar/CHF3は、約5：1のTiN対酸化物の選択性を持ち、酸化物質をエッチングする速度よりも約5倍も速い速度でTiN物質をエッチングする。反対に、CL2/BCl3のような従来の化学物質は、約1.5：1〜2.1のTiN対酸化物の選択性しか持っていない。TiN対酸化物の選択性が高い場合、バリア・エッチング段階を拡張して、すべてのバリア層物質が狭い間隔においても除去されるようにすると、特に広い間隔での過大な酸化物の消失を防止できるので有利である。
以下のメカニズムは、ここで説明する有利なエッチング結果を得るために役割を果たすと思われる。ARC層のエッチングの開始段階において、狭い溝の底に並んでいる薄いマスキング・フォトレジスト層が存在する。この薄いマスキング・フォトレジスト層は、たとえば、フォトレジストのパターン成形後の狭い幾何学的空間に残っている残留物を表す。この残留物が残るのは、フォトレジスト成形時にフォトレジストは、広い領域からは適切に除去されるが、狭い幾何学的空間から完全には除去されないためである。この場合、第1化学物質内の不活性ガス(例、アルゴン)の存在は、この薄いマスキング層の物理的エッチング(つまり、ボンバード)を強化して、広い空間内と同じ程度の時間で狭い幾何学的空間においてもエッチングを開始できる。したがって、エッチング速度のローディングが減少して有利になる。
重合体成形化学物質(例、N2、CHF3など)は、主にエッチングに重要な化学物質を補うものである。この方法において、第1化学物質は、積層(例、TiN ARC層)をエッチングする一方、同時に重合体をこの積層に蒸着する。重合体成形剤を使用した第1化学物質のマイクロマスクを広い間隔で使用すると、マスキング重合体が狭い間隔におけるよりも速い速度で蒸着される。マイクロマスキング現象により、広い間隔でのエッチング速度は、遅くなる。したがって、広い間隔でのエッチング速度と狭い間隔でのエッチング速度の差が少なくなる。
エッチング速度は、重合体成形剤の流量をおおよそに変えて調整できると信じられている。例として、重合体成形剤の流量を増やすと、エッチング時の重合体蒸着が増加して、エッチング速度が遅くなる傾向にある。
さらに、不活性ガス(例、アルゴン)が存在すると、Cl2がClの反応性のある種類に解離されるのが強くなると信じられている。反応性のある種類が増加すると、エッチングが高速となる。さらに、不活性ガス(例、アルゴン)が存在すると、不動態化重合体が発生する原因になると信じられている。この不動態化重合体は、バリア・エッチング段階中にアルミニウムの側壁上に形成される。たとえば、その忌避剤がClの反応性のある種類に増すと、アルミニウム側壁の反応性のある種類の類似が減少する。その結果、Clの反応性のある種類が溝底に向かって容易に移動してバリア層を異方向に高速エッチングする。
他の可能な説明は、Clの反応性の種がアルミニウム側壁にくっつく代わりに、より容易に溝底に向かって移動することを可能にするためにこれらの種の表面拡散を変更する不活性ガス(例、アルゴン)の能力についてである。
図4に、本発明の実施例において、本発明の第1化学物質がTiN ARC層をエッチングするために使用している本発明のエッチング技術を示す。ここに開示した本発明のエッチング技術を使用する前に、ウェーハは、従来のエッチング前段階でのエッチング準備を必要とすることを理解しておく必要がある。エッチング前段階には、たとえば、ウェーハのチャックへの締め付け、プラズマ処理チャンバ内の圧力の安定化、およびウェーハとチャック間の熱伝導をよくするためにヘリウム冷却ガスをウェーハの裏側に送り込むことを含む。
段階402では、少なくともTiN ARC層の一部は、本発明の第1化学物質を使用してエッチングされる。この第1化学物質は、TiN ARC層をエッチングするための好適にTiNエッチング・ガス/不活性ガス/重合体成形ガスの組み合わせである。さらに好適に、第1化学物質は、TiN ARC層をエッチングするためのCl2/Ar/CHF3であり、さらにメタライゼーション層は、本質的にアルミニウムから成る。404段階では、積層の残りの層、およびメタライゼーション層とバリア層は、従来の化学物質(例、Cl2/BCL3)でエッチングされる。
図5に、本発明の他の実施例において、本発明のエッチング技術では、本発明の第1化学物質でTiNバリア層をエッチングすることを示す。502段階では、従来の化学物質(例、Cl2/BCL3)でARC層およびメタライゼーション層の両方をエッチングする。504段階では、本発明の第1化学物質を使用して、少なくともTiNバリア層の一部をエッチングする。第1化学物質は、好適にTiNバリア層をエッチングするためのTiNエッチング・ガス/不活性ガス/重合体成形ガスの組み合わせである。さらに好適に、第1化学物質は、TiNバリア層を完全にエッチングするためのCl2/Ar/CHF3である。
図6に示す更なる他の実施例において、本発明のエッチング技術では、化学物質を使用してTiN ARCおよびTiNバリア層の両方をエッチングする。図4の402段階に類似の602段階では、TiN ARC層は、第1化学物質を使用してエッチングされる。604段階では、積層のバルクおよびメタライゼーション層(但し、TiNバリア層を除く)は、従来の化学物質(例、Cl2/BCL3)を使用してエッチングされる。606段階では、TiNバリア層は、第1化学物質を使用してエッチングされる。この606段階は、図5の504段階に類似している。
図4、5、または6の本発明のエッチング処理に続いて、ウェーハは、全く従来のエッチング後処理段階を経る。その後、完成したウェーハは、切り離されてダイになる。これがICチップとなる。結果として生じるICチップ、たとえば、図3のICチップ352は、電子装置、たとえば、よく知られている工業用または民生用の電子装置、さらにはデジタル・コンピュータにも組み込まれる。
例として、以下の表1に、処理パラメータの概要を示す。これは、TCPTM9600 SEプラズマ・リアクタでの6インチのCl2/Ar/CHF3第1化学物質エッチングに適切な処理パラメータである。この例では、メタライゼーション薄層は、TiN反射防止層であり、これは、約0.5%の銅を含むアルミニウム層に重なっている。以下の表には、おおよその適切な範囲、おおよその好適な範囲、および上部電極の電力(ワット)の最も好適な範囲、下部電極の電力(ワット)、および流速(指定しない限り、総エッチング・ガス源の流速のパーセンテージ)を示している。その他のエッチングに有用なパラメータ値は、同一ウェーハと反射防止層や他のウェーハと反射防止層のような従来技術に詳しい人々にとっては、すぐに入手可能である。
Figure 0003957319
本発明は、いくつかの好適な実施例に関して説明してきたが、本発明の請求範囲内に入る代替、置換、および同等なものもある。たとえば、本発明の化学物質(例、Cl2/Ar/CHF3)は、特にTiN ARCおよびバリア層、またはそのいずれかをエッチングするために適切ではあるけれども、気をつけて欲しいことは、この第1化学物質は、ウェーハ積層のいずれのTiN層をエッチングするためにも使用できることである。さらに注意して欲しいことは、本発明の方法と装置を実現する方法は代わりの方法も多くあるということである。それゆえ、以下に示す特許請求の範囲は、そのようなすべての代替、置換、および同等なものも本発明の真の精神と範囲内に包含されものと解釈する。

Claims (21)

  1. プラズマ処理チャンバにおいて、ウェーハ積層をエッチングするための方法であって、前記ウェーハ積層は、任意の層、アルミニウム含有層及びTiNバリア層を備え、前記任意の層は、本質的にTiNから成る第1の層、および本質的にTiから成る第2の層のうちの一方であり、前記任意の層が前記アルミニウム含有層上に積層されて、前記アルミニウム含有層が前記TiNバリア層上に積層されているものであり、
    少なくとも前記任意の層の一部を第1化学物質、つまり前記任意の層をエッチングするために構成されているエッチング・ガス、不活性ガス、および、Ｎ 2 とCHF 3 との一方である重合体成形化学物質から成る前記第1化学物質を使用してエッチングすることと、
    少なくとも前記アルミニウム含有層の一部を、前記第1化学物質とは異なる第2化学物質を使用してエッチングすることと、
    少なくとも前記TiNバリア層の一部を前記第1化学物質を使用してエッチングすることとを特徴とする方法。
  2. 前記任意の層が前記第1の層である請求項１の方法。
  3. 前記エッチング・ガスがCl2である請求項２の方法。
  4. 前記不活性ガスがアルゴンである請求項３の方法。
  5. 前記重合体成形化学物質がCHF3である請求項４の方法。
  6. 前記不活性ガスがアルゴンである請求項２の方法。
  7. 前記重合体成形化学物質がCHF3である請求項６の方法。
  8. 前記重合体成形化学物質がCHF3である請求項２の方法。
  9. 前記任意の層が前記第1の層であり、前記エッチング・ガスがCl 2 であり、前記不活性ガスがアルゴンであり、前記重合体成形化学物質がCHF 3 である請求項１の方法。
  10. プラズマ処理チャンバにおいて、ウェーハ積層の選択された部分をエッチングする方法であって、前記ウェーハ積層は、TiN反射防止コーティング(ARC)層、メタライゼーション層、およびTiNバリア層を備え、前記TiN ARC層が前記メタライゼーション層上に積層されており、前記メタライゼーション層が前記TiNバリア層上に積層されているものであり、
    少なくとも前記TiN ARC層の一部を第1化学物質、つまりTiNエッチング・ガス、不活性ガス、および、N 2 とCHF 3 との一方である重合体成形化学物質から成る前記第1化学物質でエッチングすることと、
    少なくとも前記メタライゼーション層の一部を前記第1化学物質とは異なる第2化学物質でエッチングすることと、
    少なくとも前記TiNバリア層の一部を前記第1化学物質でエッチングすることとを特徴とする方法。
  11. 前記TiNエッチング・ガスがCl 2 である請求項１０の方法。
  12. 前記不活性ガスがアルゴンである請求項１１の方法。
  13. 前記重合体成形化学物質がCHF 3 である請求項１２の方法。
  14. 前記メタライゼーション層がアルミニウム含有層である請求項１３の方法。
  15. 前記第2化学物質が、前記第1化学物質により達成できるエッチング速度よりも速いエッチング速度で前記アルミニウム含有層をエッチングするように構成されている請求項１の方法。
  16. 前記第2化学物質がCl 2 /BCl 3 から成る請求項１５の方法。
  17. 集積回路を形成するための方法であって、
    任意の層、メタライゼーション層、およびTiNバリア層をその上に有する基板を準備することと、前記メタライゼーション層が前記任意の層の下に積層されており、前記TiNバリア層が前記メタライゼーション層の下に積層されており、前記任意の層は、本質的にTiNから成る第1の層、および本質的にTiから成る第2の層のうちの一方であり、
    少なくとも前記任意の層をCl 2 、不活性ガス、およびCHF 3 から成る第1化学物質でエッチングすることと、
    少なくとも前記メタライゼーション層の一部を、前記第1化学物質とは異なる第2化学物質でエッチングすることと、
    少なくとも前記TiNバリア層の一部を前記第2化学物質でエッチングすることとを特徴とする方法。
  18. 前記第2化学物質が、前記第1化学物質により達成できるエッチング速度よりも速いエッチング速度で前記メタライゼーション層をエッチングするように構成されている請求項１７の方法。
  19. 前記メタライゼーション層がアルミニウム含有層である請求項１７の方法。
  20. 前記任意の層が前記第1の層であり、前記第2化学物質がCl 2 /BCl 3 から成る請求項１９の方法。
  21. 前記不活性ガスがアルゴンである請求項２０の方法。
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