JP3981353B2 - 集積回路を製造する方法 - Google Patents

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Description

技術分野
本発明は、一般的に集積回路に関し、より特定的には集積回路における半導体デバイスのためのデュアルダマシン配線の形成に関する。
背景技術
集積回路技術は、急速に発達しており、100万を超えるトランジスタを組込んだ集積回路が、携帯電話、ラジオおよびテレビといった製品において可能になるところまでに至っている。しかしながら、このような集積回路を必要とする技術の急速な発達も、同時に急速に高まってきた。リアルタイムグラフィック、ハイビジョンテレビ、バーチャルリアリティといった応用ならびに、他の科学的および産業上の応用では、高速性、より優れた機能性、および超大規模集積回路技術におけるさらにより急速な進歩が求められている。
さらに優れた機能性の要求では、単一の集積回路チップに集積されるトランジスタの数の著しい増加が必要となる。これには、トランジスタのサイズの縮小および/またはダイのサイズの大型化が必要となる。
トランジスタのサイズが縮小すると、結果として密度が増大するため、集積回路チップ内の配線の数を増加させる必要がある。配線の数が増加すると、配線が占める半導体ダイ上の面積の量が比較的に多くなり、トランジスタを小型化することによる面積の節約を相殺しかねない。
半導体業界における、超大規模集積回路の長期にわたって探求された目標は、配線の最小面積のレイアウトを達成することであり、これは最小面積のレイアウトでは典型的に、最適な性能および節約が与えられるからである。
さらに、トランジスタの数が増加すると、配線および異なる層を接続するビアの間で、多重レベルの配線が必要になる。
現在のところ、最初にビアを形成し、デュアルダマシントレンチをエッチングしている間に、ビアを埋め込むステップを与えて、早期の突き抜けからビアの底部を保護する。これは、「ビアファースト("via-first")」製造プロセスと呼ばれる。有機物または無機物のいずれかの底面反射防止膜(BARC)は、一般にビアを埋め込むのに使用される。
技術が発達すると、より小さな集積回路におけるより密接した配線の間でのキャパシタンスの問題を減じるために、低誘電率の層間誘電体材料が必要となる。しかしながら、低誘電率の材料は、ビアファースト製造プロセスにおいて問題をもたらす。
プロセスの問題の1つは、デュアルダマシントレンチマスキングの際のレジスト汚染の問題である。フォトレジストが汚染された場合、トレンチがパターニングされるデュアルダマシントレンチマスクが十分に規定されず、ビアの上のフォトレジストが完全に現像されない。これは、配線が接続されないまたは設計されたよりも薄くならないかもしれないことを意味し、したがって抵抗が高まり、故障の可能性が高くなる。
別のプロセスの問題は、化学的に関連したビア形成後の処理の問題であり、すなわちフォトレジストの剥離、湿式洗浄およびビアの埋め込みの問題であり、これはまた、低誘電
率の材料の誘電率において望ましくない変化をもたらすかもしれない。これは特に、多孔質超低誘電率膜についていえることである。
サイズが縮小し続けるにつれて生じるさらなるプロセスの問題は、ビアファーストプロセスで、より小さいビアのための、丈夫でボイドを含まないBARC埋め込みを達成することがより困難になるということである。これは、適切なレジストの厚さでのビアマスキングの際に、許容可能なプロセスウィンドウを維持する、すなわち、フォトレジストの突き抜けの前に、トレンチを形成するのに十分な時間があるにあたっての問題をさらにもたらす。
これらの問題への解決方法が長期にわたって探究されてきたが、同時に長い間当業者によって見出されてこなかった。
発明の開示
本発明は、集積回路製造方法を提供し、この方法は、ベースを設けるステップ、第1の導体を形成するステップ、第1のバリア層を形成するステップ、第1の誘電体層を形成するステップおよびマスク層を形成するステップを含む。この方法はさらに、マスク層に第1のビア開口部を形成するステップ、マスク層に第1のトレンチ開口部を形成し、同時にマスク層の下の層に第2のビア開口部を形成するステップ、ならびにマスク層を通って、およびマスク層の下の層において、第2のトレンチ開口部を形成し、同時にマスク層の下の別の層に、第3のビア開口部を形成するステップを含む。この方法は、第3のビア開口部およびマスク層を用いて、第1のバリア層を除去して、トレンチおよびビアを形成するステップ、ならびにトレンチおよびビアを、導体で埋め込んで、第1の導体と接触した、トレンチおよびビア導体を形成するステップを、さらに含む。この方法は、結果として、ビアファーストプロセスで、より小さいビアのための、ボイドを含まないBARC埋め込みをもたらすとともに、ビア形成後に関連した処理ステップ、すなわちフォトレジストの剥離/化学的レジストの剥離、最終検査臨界寸法(FICD)、ビアの埋め込みおよび/またはビア埋め込みエッチバックを排除し、かつプロセスフローを簡易化する。
本発明の上記のおよび追加の利点は、以下の詳細な説明を、添付の図面と関連して読むことにより、当業者にとって明らかになるであろう。
発明を実施するためのベストモード
本発明は、デュアルダマシン構造の同時製造のための方策を提供する。これらのプロセスでは、デュアルダマシンビアおよびトレンチは、エッチングを1回行なう中で製造される。ビアの埋め込みが回避されるため、誘電体膜、ビア膜材料およびフォトレジストの間の潜在的な反応が防がれ、レジストの汚染が懸念されない。
現在のビアファースト技術と比較して、フォトレジストの厚さは、とりわけ決定的に重要ではなく、より薄いフォトレジストが使用され得る。ビア形成後に関連した処理ステップ、すなわちフォトレジストの剥離/化学的レジストの剥離、最終検査臨界寸法(FICD)、ビア埋め込みおよび/またはビア埋め込みエッチバックが排除され、全体的なプロセスフローが簡易化される。
さらに、中間エッチストップ誘電体層がなく、かつデュアルハードマスクが、エッチングを施すごとに、反射防止膜およびハードマスクとして使用される、プロセスが利用可能である。これにより、従来平坦化として使用されている、完全埋め込みまたはBARCエ
ッチバック方策の使用が避けられる。
この状況では、エッチングプロセスがパターニングのために、よりハードマスクに依存するため、より薄いフォトレジストが、より優れたプロセス制御のために使用される。
ここで図1を参照して、そこには、本発明に従った製造の最初の段階における集積回路100の集積回路配線領域の拡大図が示されている。集積回路100は、トランジスタを含む基板およびトランジスタ(図示せず)の上のさまざまな誘電体層からなり得る、ベース102を有する。
さらなる誘電体層(断面図には図示せず)におけるトレンチのベース102の上にあるのが第1の導体104である。第1の導体104は、さらなる誘電体層によって覆われ、さらなる誘電体層は、第1のバリア層106として示されたエッチング停止層であるかもしれない。第1のバリア層106の上にあるのが、第2のバリア層110によって覆われた第1の誘電体層108である。
第2のバリア層110の上にあるのが、第3のバリア層114として示されたキャップ誘電体層によって覆われた、第2の誘電体層112である。マスク層116として示された犠牲反射防止膜は、第3のバリア層114の上に配置されて、その上のビアマスクまたはビアフォトレジスト118の適切な加工を可能にする。
本明細書で用いられる「水平な」という用語は、その配向にかかわらず、ベース102の従来の面または表面に平行な面と定義する。「垂直の」という用語は、今定義した水平のものに垂直な方向のことをいう。「何々の上に」、「何々の上方に」、「何々の下方に」、(「側壁」においてのような)「側面」、「より高い」、「より低い」、「何々の真上に」および「何々の真下に」という用語は、水平な面に対して定義される。
本明細書で使用されている「処理」という用語は、説明する構造を形成する際に必要となる、材料もしくはフォトレジストの堆積、パターニング、露光、現像、エッチング、洗浄および/または材料もしくはフォトレジストの除去を含む。
次に図2を参照して、そこには、ビアフォトレジスト118を処理してその中にビア開口部を形成した後の、図1の構造が示されている。次にビアフォトレジスト118を用いて、マスク層116に、第3のバリア層114を露出させる第1のビア開口部120を形成する。この形成プロセスは、本明細書における大半の開口部の形成プロセスのように、異方性ウェットまたはドライエッチングといった複数の異なるプロセスによって行なうことができる。
次に図3を参照して、そこには、図2のビアフォトレジスト118を処理してそれを除去し、トレンチフォトレジスト122を堆積した後の、図2の構造が示されている。トレンチフォトレジスト122を処理して、第1のビア開口部120の上に第1のトレンチ開口部124を形成する。このステップで、トレンチフォトレジスト122のみが処理によって影響を受ける、すなわち第1のビア開口部120は変化していない。
次に図4を参照して、そこには、図3の第1のトレンチ開口部124および第1のビア開口部120の移動後の、図3の構造が示されている。エッチングプロセスは、マスク層116に第2のトレンチ開口部128を、同時に第3のバリア層114および第2の誘電体層112に第2のビア開口部130を形成する。
このステップで、第2のバリア層110および第3のバリア層114は、エッチング停
止層として作用する。したがって、第2のバリア層110、および第2のビア開口部130のまわりの第2のトレンチ開口部128の下の第3のバリア層の面積が露出される。
次に図5を参照して、そこには、さらにエッチングを施して、第2の誘電体層112および第3のバリア層114にトレンチ132を形成した後の、図4の構造が示されている。同時に、第1の誘電体層108および第2のバリア層110に、ビア134を形成する。
トレンチ132は、図4の第2のトレンチ開口部128によってパターニングされ、ビア134は図4の第2のビア開口部130によってパターニングされる。なお、この時点で、トレンチフォトレジスト122の厚さも、エッチングプロセスによって減じられることになる。
次に図6を参照して、そこには、本発明に従った、集積回路100の完成した配線面積が示されている。さらなるエッチングプロセスを実行して、残余の、図5のトレンチフォトレジスト122、マスク層116、第2のバリア層110の露出部分および第1のバリア層106の露出部分を除去する。
図5のトレンチ132およびビア134は、第1の導体104と導電接触をした、ビアおよびトレンチ導体136で埋め込まれている。
ビアおよびトレンチ導体136の上面および第2の誘電体層112の上面は、さらなる処理のために平坦化されている。キャップ層を上面の上に堆積してもよい、または1つもしくは複数の別の配線層を上面の上に置いてもよい。
次に図7を参照して、そこには、本発明に従った集積回路200の代替の配線の拡大図が示されている。集積回路200は、トランジスタを含む基板およびさまざまな誘電体層(図示せず)からなり得る、ベース202を有する。
さらなる誘電体層(図示せず)におけるトレンチのベース202よりも上あるのが、第1の導体204である。第1の導体204は、さらなる誘電体層によって覆われ、さらなる誘電体層は、第1のバリア層206として示されたエッチング停止層であるかもしれない。
第1のバリア層206よりも上にあるのは、第1の誘電体層208である。第1の誘電体層208は、誘電率が3.9未満の低誘電率材料であるかもしれない。それはまた、誘電率が2.5未満の超低誘電率材料であるかもしれず、また多孔質である可能性もある。
第1のハードマスク210として示された誘電体底部ハードマスク層を第1の誘電体層208上に堆積し、第2のハードマスク212として示された誘電体上部ハードマスク層を第1のハードマスク210上に堆積して、マスク層または二層のハードマスク214として示された二層のハードマスク層を形成する。
二層のハードマスク214の上に堆積したのがビアフォトレジスト216である。
次に図8を参照して、そこには、処理を施して第1のビア開口部218を形成した後の、ビアフォトレジスト216が示されている。第1のビア開口部218の形成により、第2のハードマスク212が露出する。
次に図9を参照して、そこには、図8の第1のビア開口部218を二層のハードマスク
214に移動させて、ビアマスクとして作用する第2のハードマスク212および第1のハードマスク210の双方において第2のビア開口部220を形成した後の、図8の構造が示されている。第2のビア開口部220は第1の誘電体層208を露出させる。
次に図10を参照して、そこには、図9のビアフォトレジスト216を除去した後の、図8の構造が示されている。トレンチフォトレジスト222を第2のハードマスク212上に堆積し、かつ処理を施して第1のトレンチ開口部224を形成する。第2のビア開口部220は同じままである。
図11から14で示したその後のステップは、トレンチおよびビアを同時に形成する連続的な順序で起こる。
次に図11を参照して、そこには、トレンチフォトレジスト222における第1のトレンチ開口部224を用いて、第2のハードマスク212に第2のトレンチ開口部226を形成した、図10の構造が示されている。同時に、第2のビア開口部220を用いて、第1の誘電体層208に第3のビア開口部228を形成する。
第2のトレンチ開口部226は、第3のビア開口部228のまわりで第1のハードマスク210の一部を露出させ、第3のビア開口部228は、第1のバリア層206の一部を露出させる。第1のバリア層206および第1のハードマスク210は、エッチング停止層として作用する。
次に図12を参照して、そこには、トレンチフォトレジスト222を除去した後の、図11の構造が示されている。第2のトレンチ開口部226および第3のビア開口部228は図11から変化していない。
次に図13を参照して、そこには、図12の第2のハードマスク212を除去した後の、図12の構造が示されている。第2のハードマスク212の除去には、第2のトレンチ開口部を用いて、第1のハードマスク210を通って第1の誘電体層208へトレンチ230を形成する。同時に、第3のビア開口部228は、第1のバリア層206を通って延在し、第3のビア開口部228と共同で、第4のビア開口部232を形成する。
図13において、トレンチ230およびビア開口部232は部分的に形成された状態で示され、同時のおよび連続する形成プロセスを示している。第1のバリア層206および第1の誘電体層208の間の選択性が高いため、トレンチ230を、第1のバリア層206を通ってエッチングすることなく、制御された深さに形成することができる。
次に図14を参照して、そこには、本発明に従った、集積回路200の完成した配線が示されている。ブランケットエッチングを行なって、第1のハードマスク210を除去し、第1のバリア層206を通ってエッチングしてビア開口部232を完成させる。
図13のトレンチ230およびビア開口部232は、第1の導体204と導電接触をした、ビアおよびトレンチ導体234で埋め込まれている。
ビアおよびトレンチ導体234の上面、ならびに第1の誘電体層208の上面は、さらに処理するために平坦化されている。キャップ層を上面の上に堆積してもよい、または、1つもしくは複数の別の配線層を上面の上に置いてもよい。
導体は、銅といった金属である。本明細書における、誘電体バリア層およびマスク層は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜等の材料であってもよい。本明
細書における誘電体層は、フッ素をドープしたシリコン酸化膜、炭素をドープしたシリコン酸化膜、スピンオンコーティングされた低誘電率材料、スピンオンコーティングされた多孔質低誘電率材料等といった材料であってもよい。
次に図15Aおよび図15Bを参照して、そこには、本発明の方法300の簡易化したフロー図が示されている。方法300は、(図15Aにおける)ベースを設けるステップ302、第1の導体を形成するステップ304、第1のバリア層を形成するステップ306、(図15Bに続いて)第1の誘電体層を形成するステップ308、マスク層を形成するステップ310、マスク層に第1のビア開口部を形成するステップ312、マスク層に第1のトレンチ開口部を形成し、同時にマスク層の下の層に第2のビア開口部を形成するステップ314、マスク層を通って、およびマスク層の下の層において、第2のトレンチ開口部を形成し、同時にマスク層の下の別の層に、第3のビア開口部を形成するステップ316、第3のビア開口部およびマスク層を用いて、第1のバリア層を除去して、トレンチおよびビアを形成するステップ318、ならびにトレンチおよびビアを導体で埋め込んで、第1の導体と接触したトレンチおよびビア導体を形成するステップ320を含む。
本発明を特定のベストモードと関連して説明したが、多くの代替例、修正および変形が、先述の説明に鑑みて、当業者にとって明らかであろう。したがって、包含されるクレームの範囲および均等物に含まれる、すべてのこのような代替例、修正および変形を包含することが意図される。以上に述べられ、または添付の図面において示されたすべての事柄は、例示的かつ非限定的な意味で解釈されるべきである。
本発明に従った、製造の最初の段階における集積回路の集積回路配線面積の拡大図である。 ビアフォトレジストを処理して、その中にビア開口部を形成した後の、図1の構造を示す図である。 ビアフォトレジストを除去し、トレンチフォトレジストを堆積して処理した後の、図2の構造を示す図である。 第1のトレンチ開口部および第1のビア開口部を移動させた後の、図3の構造を示す図である。 さらにエッチングを施して、同時にトレンチおよびビアを形成した後の、図4の構造を示す図である。 本発明に従った、集積回路の完成した配線領域を示す図である。 本発明に従った、集積回路の代替の配線の拡大図である。 処理を施して、第1のビア開口部を形成した後の、ビアフォトレジストの図である。 第1のビア開口部を二層のハードマスク層に移動させた後の、図8の構造である。 ビアフォトレジストを除去した後の、図8の構造を示す図である。 第1のトレンチ開口部を用いて、第2のハードマスクに第2のトレンチ開口部を形成した、図10の構造を示す図である。 トレンチフォトレジストを除去した後の、図11の構造を示す図である。 第2のハードマスクを除去した後の、図12の構造を示す図である。 本発明に従った、集積回路の完成した配線を示す図である。 本発明の方法の簡略化したフロー図である。 本発明の方法の簡略化したフロー図である。
符号の説明
102 ベース、104 第1の導体、106 第1のバリア層、108 第1の誘電
体層、116 マスク層、 120 第1のビア、124 第1のトレンチ開口部、130 第2のビア開口部、132 第2のトレンチ、134 ビア。

Claims (10)

  1. 集積回路[100][200]を製造する方法[300]であって、
    ベース[102][202]を設けるステップと、
    該ベース[102][202]上に第1の導体[104][204]を形成するステップと、
    該第1の導体[104][204]の上に第1のバリア層[106][206]を形成するステップと、
    該第1のバリア層[106][206]の上に第1の誘電体層[108][208]を形成するステップと、
    該第1の誘電体層[108][208]の上にマスク層[116][214]を形成するステップと、
    該マスク層[116][214]に第1のビア開口部[120][218]を形成するステップと、
    該マスク層[116][214]に第1のトレンチ開口部[124][226]を形成し、同時に該マスク層[116][214]の下の層に第2のビア開口部[130][220]を形成するステップと、
    該第1のトレンチ開口部[124][226]を用いて、該マスク層[116][214]を通っておよび該マスク層[116][214]の下の層に第2のトレンチ[132][230]開口部を形成し、同時に該第2のビア開口部[130][220]を用いて、該マスク層[116][214]の下の別の層に、第3のビア開口部[134][228]を形成するステップと、
    該第3のビア開口部[134][228]および該マスク層[116][214]を用いて、該第1のバリア層[106][206]を除去してトレンチ[132][230]およびビア[134][232]を形成するステップと、
    該トレンチ[132][230]および該ビア[134][232]を導体で埋め込んで該第1の導体[104][204]と接触した、トレンチおよびビア導体[136][234]を形成するステップとを含む、集積回路を製造する方法。
  2. 該マスク層[214]を形成するステップは、第1のハードマスク[210]および第2のハードマスク[212]を、該第1のハードマスク[210]の上に該第2のハードマスク[212]がある状態で、堆積するステップを含み、
    該第1のビア開口部[218]を形成するステップは、該第1のハードマスク[210]および該第2のハードマスク[212]に、該第1のビア開口部[218]を形成するステップを含む、請求項1に記載の方法[300]。
  3. 該マスク層[214]を形成するステップは、第1のハードマスク[210]および第2のハードマスク[212]を、該第1のハードマスク[210]の上に該第2のハードマスク[212]がある状態で、堆積するステップを含み、
    該第1のトレンチ開口[226]を形成するステップは、該第2のハードマスク[212]に、該第1のトレンチ開口部[226]を形成するステップを含む、請求項1に記載の方法[300]。
  4. 該マスク層[214]を形成するステップは、第1のハードマスク[210]および第2のハードマスク[212]を、該第1のハードマスク[210]の上に該第2のハードマスク[212]がある状態で、堆積するステップを含み、
    該第1のトレンチ開口部[226]を形成するステップは、該第2のハードマスク[212]に該第1のトレンチ開口部[226]を形成するステップを含み、
    該第2のビア開口部[220]を形成するステップは、該第1のハードマスク[210]に該第1のビア開口部[218]を形成し、該第1のビア開口部[218]を用いて、
    該第1の誘電体層[208]に該第2のビア開口部[220]を形成するステップを含む、請求項1に記載の方法[300]。
  5. 該マスク層[214]を形成するステップは、第1のハードマスク[210]および第2のハードマスク[212]を、該第1のハードマスク[210]の上に該第2のハードマスク[212]がある状態で、堆積するステップを含み、
    該第2のトレンチ[230]開口部を形成するステップは、該第1のハードマスク[210]を通っておよび該第1の誘電体層[108][208]において、該第2のトレンチ[230]開口部を形成するステップを含み、
    該第3のビア開口部[228]を形成するステップは、該誘電体層[208]における該第2のビア開口部[220]を用いて、該第1のバリア層[206]に該第3のビア開口部[228]を形成するステップを含む、請求項1に記載の方法[300]。
  6. 該第1の誘電体層[108]の上に第2のバリア層[110]を形成するステップと、
    該第2のバリア層[110]の上に第2の誘電体層[112]を形成するステップと、
    該第2の誘電体層[112]の上に第3のバリア層[114]を形成するステップとをさらに含み、
    該マスク層[116]を形成するステップでは、該第3のバリア層[114]の上に該マスク層[116]を形成し、
    該第2のビア開口部[130][220]を形成するステップでは、該第3のバリア層[114]および該第2の誘電体層[112]に、該第2のビア開口部[130][220]を形成し、
    該第2のトレンチ[132][230]開口部を形成するステップでは、該第3のバリア層[114]および該第2の誘電体層[112]に、該第2のトレンチ[132][230]開口部を形成し、該同時に該第3のビア開口部[134][228]を形成するステップは、該第2のバリア層[110]および第1の誘電体層[108][208]に、該第3のビア開口部[134][228]を形成する、請求項1に記載の方法[300]。
  7. 該マスク層[116][214]を形成するステップにおいて、該マスク層[116][214]として犠牲反射防止膜または誘電体膜を形成する、請求項1に記載の方法[300]。
  8. 該第1のビア開口部[120][218]を形成するためのパターンを有するビアマスク[118][216]を該マスク層[116][214]上に形成するステップをさらに含み、
    該ビアマスク[118][216]を形成するステップは、フォトレジストを該マスク層[116][214]上に形成する工程と、該フォトレジストを処理するステップとを有する、請求項1に記載の方法[300]。
  9. 該第1のトレンチ開口部[124][226]を形成するためのパターンを有するトレンチマスク[122][222]を該マスク層[116][214]上に形成するステップをさらに含み、
    該トレンチマスク[122][222]を形成するステップは、フォトレジストを該マスク層[116][214]上に形成する工程と、該フォトレジストを処理するステップとを有する、請求項1に記載の方法[300]。
  10. 集積回路[100][200]を製造する方法[300]であって、
    ベース[102][202]を与えるステップと、
    該ベース[102][202]上に、第1の導体[104][204]を形成するステップと、
    該第1の導体[104][204]の上に第1のバリア層[106][206]を形成するステップと、
    該第1のバリア層[106][206]の上に第1の誘電体層[108][208]を形成するステップと、
    該第1の誘電体層[108][208]の上にマスク層[116][214]を形成す
    るステップと、
    該マスク層[116][214]の上にビアマスク[118][210,212]を形成するステップと、
    該ビアマスク[118][210,212]を用いて、該マスク層[116][214]に、第1のビア開口部[120][218]を形成するステップと、
    該ビアマスク[118][210,212]を除去するステップと、
    該マスク層[116][214]の上にトレンチマスク[122][222]を形成するステップと、
    該トレンチマスク[122][222]を用いて、該マスク層[116][214]に第1のトレンチ開口部[124][226]を形成し、同時に該第1のビア開口部[120][218]を用いて、該マスク層[116][214]の下の層に、第2のビア開口部[130][220]を形成するステップと、
    該トレンチマスク[122][222]を除去するステップと、
    該第1のトレンチ開口部[124][226]を用いて、該マスク層[116][214]を通っておよび該マスク層[116][214]の下の層に、第2のトレンチ[132][230]開口部を形成し同時に該第2のビア開口部[130][220]を用いて、該マスク層[116][214]の下の別の層に、第3のビア開口部[134][228]を形成するステップと、
    該第3のビア開口部[134][228]および該マスク層[116][214]を用いて、該第1のバリア層[106][206]を除去して、トレンチ[132][230]およびビア[134][232]を形成するステップと、
    該トレンチ[132][230]および該ビア[134][232]を導体で埋込んで、該第1の導体[104][204]と接触した、トレンチ[132][230]およびビア[134]導体を形成するステップとを含む、集積回路を製造する方法。
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