JP2009111429A - 相互接続を作製するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二重ダマシン構造を有する集積回路および余分な工程を削減し二重ダマシン構造を形成できる製造方法を提供する。
【解決手段】
二重ダマシン構造を製造する工程である。この工程は、スタックの上方に２個のマスクが形成される絶縁体層とストップ層を含むスタックを形成するものである。マスクのうちの１個は、絶縁体層のビアあるいはコンタクト開口を形成するのに用いられ、第ニのマスクは集積回路に相互接続のための凹部を形成するのに用いられる。
【選択図】図７

Description

本発明は集積回路およびその製造工程に係わり、特に集積回路の二重ダマシン構造を有する集積回路およびその製造工程に関する。

単一ダマシンは集積回路絶縁体層に凹部を形成し、この凹部に導電性材料を充填して相互接続を形成し、その凹部に集積回路用の相互接続を製造する工程である。二重ダマシンは多重レベル相互接続工程であり、単一ダマシンでの凹部形成ステップに加えて、その工程中で導電性コンタクト（または、ビア）開口を絶縁体層に形成するものである。
導電性材料が凹部および導電性コンタクト（または、ビア）開口に形成される。
一つに標準的二重ダマシン工程では、導電性構造に第一の酸化層を堆積させることである。 ハードマスクが第一の酸化膜上に形成され、さらに第一のパターン化されたフォトレジスト層がハードマスク上に形成される。パターンとして第一のフォトレジスト層を用い、ハードマスクはパターン化される。第一のフォトレジスト層は除去され、その後、第一の酸化層がハードマスクの上に形成される。 第二のパターン化されたフォトレジスト層は第二の酸化層上に形成される。
第一のフォトレジスト層および第二のフォトレジスト層はエッチングされ、二重ダマシン開口が形成される。第一のフォトレジスト層はパターンとしてハードマスクが用いられ、エッチストップ層として下層導電性構造が用いられてエッチングされる。 第二のフォトレジスト層はパターンとして第二のフォトレジスト層を用い、エッチストップ層としてハードマスクが用いられてエッチングされる。その後、第二のフォトレジスト層は除去される。
本発明に係わる製造工程は、組合わされた異なる工程を有し、二重ダマシン構造を形成するものである。
例えば、ハードマスクは、第二に誘電体層を形成するのに先行してパターン化される。これにより、部分的に製造された集積回路は、異なる堆積層を形成する異なる工程システムとパターン化ステップ間に運ばれる。
他の二重ダマシン工程において、誘電体は形成され、さらに、第一のフォトレジストを用いてパターン化される。第一のフォトレジストは除去され、誘電体は第二のフォトレジストを用い再びパターン化される。
ビアと凹部は異なるパターンステップを用いて形成される。

この工程は、時間エッチングが用いられ、凹部の深さが制御される。この工程は制御が難しい。このため、余分な工程を削減し二重ダマシン構造を形成できる製造工程が要望されている。

本発明は二重ダマシン構造を形成する工程に関するものである。本工程は２個のマスクがスタックの上方に形成される絶縁体層とエッチストップ層を有するスタック形成工程を含む。
この第一のマスクは絶縁体層にビアまたはコンタクト開口を形成するのに用いられ、第二のマスクは絶縁体層に相互接続用の凹部を形成するのに用いられる。より好まし実施形態では、凹部はビアあるいはコンタクト開口に先行して形成される。
スタックが形成された後に２個のマスク層を用いることで、幾つかの工程と部分的に製造された集積回路のシステム間での搬送を減らすことができる。
換言すれば、絶縁体層とエッチストップ層が形成され、続いてパターン化され、二重ダマシン構造が形成される。さらに、絶縁体層とエッチストップ層は同じチャンバあるいはチャンバのクラスタ内に形成される。さらに少なくとも一個のレジスト工程をなくすことができる。

本発明の実施形態に用いられる集積回路の製造工程を説明するフローチャートである。 図１に示す工程を用いた連続する製造段階での集積回路の概略図である。 図１に示す工程を用いた連続する製造段階での集積回路の概略図である。 図１に示す工程を用いた連続する製造段階での集積回路の概略図である。 図１に示す工程を用いた連続する製造段階での集積回路の概略図である。 図１に示す工程を用いた連続する製造段階での集積回路の概略図である。 図１に示す工程を用いた連続する製造段階での集積回路の概略図である。

本発明の実施形態に係わる二重ダマシン構造を形成する工程を説明するものである。
本工程は２個のマスクがスタックの上方に形成される絶縁体層とエッチストップ層を有するスタック形成工程とを含む。
第一のマスクは絶縁体層のビアあるいはコンタクト開口を形成するためのものであり、第二のマスクは絶縁体層に相互接続用の凹部を形成するためのものである。
より好ましい実施形態は、ビアあるいはコンタクト開口が凹部の形成に先行して形成されることである。
スタックが形成された後に２個のマスク層を用いることで、幾つかの工程と部分的製造された集積回路をシステム間で搬送するのを減らすことができる。換言すれば、絶縁体層とエッチストップ層が形成され、続いてパターン化され、二重ダマシン構造が形成される。
さらに、絶縁体層とエッチストップ層は同じチャンバあるいはチャンバのクラスタ内に形成される。

以下図面を参照して説明する。なお、同一部分には同一符号を付して説明する。
図１は本発明の実施形態に用いられる集積回路の製造工程を説明するフローチャートである。
図２−図７は図１に示す工程を用いた連続する製造段階での集積回路の概略図である。
ステップ１０では、第一の絶縁体層１０５は基板１００上に形成される。
この第一の絶縁体層１０５は、例えば高密度堆積シリコン酸化物（例えばＳｉＯ₂）のような誘電体である。より好ましくは、第一の絶縁体層は、ホウ燐珪酸塩ガラス、燐珪酸塩ガラス、燐および／またはボロンドープテトラエチルオルト珪素酸ガラス、塗布ガラス膜（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）、キセロゲル、エローゲル、ポリマ、フッカ処理された酸化物、水素含有塗布ガラス膜（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ＳｉｌｓｅｓＱｕｉｏｘａｎｅ）のようなその他低誘電率フィルムから製造されるガラスである。

基板１００は、例えばシリコンのような半導体、あるいはＧａＡｓまたはＳｉＧｅのような化合物半導体である。より好ましくは、基板１００は誘電体、導電体あるいはその他の材料からなる集積回路の中間層である。さらに、基板１００の上表面１０１は、平坦ではない。
この例の場合、第一の絶縁体層１０５は、例えば周知の化学機械研磨（ＣＭＰ）を用いて平坦化される。

ステップ１５では、エッチストップ層１１０が第一の絶縁体層１０５の上方あるいは第一の絶縁体層１０５と直接接して形成される。より好ましい実施形態として、一層あるいは多層がエッチストップ層１１０と第一の絶縁体層１０５間に形成される。エッチストップ層に用いられる材料は、選択エッチングに対して第二の絶縁体層１１５より大きい耐エッチング性を有する材料から選択される。
換言すれば、エッチストップ層１１０は選択エッチング液にさらされたとき、第二の絶縁体層１１５よりもエッチングされる割合が小さい。例えば、エッチストップ層は第二の絶縁体層がＳｉＯ２である場合にはＴｉＮである。
さらに、エッチストップ層はＴａ、ＴａＮ、Ｓｉ３Ｎ４、シリコンリッチ酸化物、多層ＳｉＯ２誘電体層である。

ステップ２０では、第二の絶縁体層１０５がエッチストップ層１１０の上方あるいは直接接して形成される。第二の絶縁体層１１５は、第一の絶縁体層１０５を形成するのに用いたと同様の材料と工程を用いて形成される。
ステップ２５では、第一のパターン１２０が第二の絶縁体層１１５の上方あるいは直接接して形成される。第一のパターンマスクは、ビアあるいはコンタクト開口１２５（以下開口という）に対応する開口を有しており、集積回路の異なるレベル間の相互接続をもたらす。

ステップ３０では、開口は第一の絶縁体層１０５、エッチストップ層１１０、第二の絶縁体層１１５に形成される。この開口は従来のエッチング技術あるいは技術の組合わせにより形成され、少なくとも異なる三層を貫くエッチングする。より好ましくは、ステップ３０は第二の絶縁体層１１５だけをエッチングする。
この場合、ステップ４０では、エッチストップ層１１０の晒された部分およびこの晒された部分の下方の第一の絶縁体層１０５に対応する部分はエッチングされ、凹部がエッチングされたときにビアは完成する。例えば、開口は、１）第二の絶縁体層１１５上にレジスト材料層を付着するステップ、２）レチクルを通して通過するエネルギー源にレジスト材料を曝すステップ、３）レジストの曝された領域を除去し、レジストにパターンを形成するステップ、４）開口１２５をエッチングするステップにより形成される。エネルギー源は電子ビーム、光源、あるいはその他のこれに適するエネルギー源である。

続いて、ステップ３５では、第二パターンマスク１３０が第一パターンマスク１２０上または上方に形成される。例えば、第二のパターンマスク１３０は、１）開口１２５内および第一のパターンマスク１２０上にレジスト材料層を付着するステップ、２）レチクルを通して通過するエネルギー源にレジスト材料を曝すステップ、３）レジストの曝された領域を除去し、レジストにパターンを形成するステップで形成される。エネルギー源は電子ビーム、光源、あるいはその他のこれに適するエネルギー源である。

ステップ４０では、第二の絶縁体層１１５がパターン化され、形成される導電性ランナの対応する凹部１３５が形成される。第二の絶縁体層１１５は従来のエッチング技術を用いてパターン化される。エッチングステップ中、エッチストップ１１０が用いられ、このエッチングステップの終点を画定する。上記開口は凹部１３５の境界１３６、１３８内に入っており、あるいは少なくとも部分的に入っている。その後、ステップ４５では、マスク層１２０、１３０の残余部分は周知の技術を用いて剥ぎ取られ、ステップ４７で、部分的に完成した集積回路は従来工程を用いて洗浄される。

ステップ５０では、導電体層１４５は第二の絶縁体層１１５の上方に、さらに開口および凹部内に被覆堆積される。その後、凹部１３５の外側および第二に絶縁体層上または上方部分の導電体層は除去され、完全な相互接続が完成する。これは従来の化学機械研磨工程を用いて行なわれる。
導電体層１４５は、タングステン、アルミニウム、銅、ニッケル、ポリシリコン、あるいは当業者が導線として用いるのに適したその他周知の導電性材料である。
より好ましい例として、一つの多層が導電性層１４５の堆積に先行して形成される。これらの層は導電性層と周囲の層間の水分と不純物の移動を防止するバリヤ層である。具体例としてのバリヤ層１４７を図１７に示す。

例えば、導電性層１４５が銅であるなら、ＴａおよびＴａＮを含むバリヤ層１４７が導電体層の堆積に先行して、第二の絶縁体層１２０上および開口と凹部内に堆積される。導電性層がアルミニウムを含むなら、１）ＴａとＴａＮ、２）ＴｉとＴｉＮとＴｉが用いられる。さらに、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴａＮ、ＴｉＮ、あるいはＴｉＷのようなキャップ層が導電体層の上表面に形成される。
バリヤ層に用いられる他の材料は、ＷＳｉ、ＴｉＷ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、ＷＮ、ＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮを含む。
バリヤ層１４７は導電体層が実質的に形成されるめに接着層および／または核の役目をする。

その後、集積回路は、もし必要ならば、上述した工程および従来の工程を用いて形成された相互接続を含ませて、集積回路を完成させる追加の金属レベルを付加して完成される。この集積回路は、またトランジスタと特殊な集積回路設計に必要な他の要素を含む。これらの構造を含む集積回路の製造工程は、参考としてここに織り込まれれた１−３Ｗｏｌｆ，Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ＶＬＳＩＥｒａ、（１９８６）に記述されている。

〔発明の効果〕
二重ダマシン構造を有する集積回路を提供することができ、さらに、余分な工程を削減し二重ダマシン構造を形成できる製造工程を提供することができる。

１００ 基板
１０１ 上表面
１０５ 第一の絶縁体層
１１０ エッチストップ層
１１５ 第二の絶縁体層
１２０ 第一のパターン
１２５ 開口
１３０ 第二パターンマスク
１３５ 凹部
１３６ 境界
１３８ 境界
１４５ 導電体層
１４７ バリヤ層

Claims (5)

1. （ａ）第一のマスク層を用いて、第一の誘電体層、ストップ層及び第２の誘電体層がこの順序で積層されたスタック層を貫通するビアを形成するステップ、
   （ｂ）第二のマスク層を用いて、第一のマスク層を完全に除去ずる前に、前記スタック層へ延伸するが貫通はしない凹部を形成するステップ、ここで、凹部はビア上に位置付けられビアより大きく、
   （ｃ）相互接続を形成するために、前記ビア及び前記凹部中に導電材料を形成するステップ
   を含むことを特徴とする相互接続を製造する方法。
2. 前記第一及び第二のマスク層が、前記ステップ（ｂ）の後で、ステップ（ｃ）の前に除去されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記凹部が、前記ストップ層まで延伸することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. １以上の第一の誘電層、第二の誘電層及び前記ストップ層は、Ｓｉ_３Ｎ_４、シリコンリッチ酸化物、多層ＳｉＯ_２誘電体層からなる群より選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. （ａ）第一の誘電体層、ストップ層及び第二の誘電体層がこの順序で積層されたスタック層を形成するステップ、
   （ｂ）前記スタック層上にわたって形成されたビアマスク層をパターン形成するステップ、
   （ｃ）前記スタック層を前記ビアマスク層を介して第一のエッチングによりエッチングして、前記スタック層内であるが貫通しない第一の開口を形成するステップ、
   （ｄ）前記ビアマスク層上にわたって凹部マスク層をパターン形成し、前記第一の開口を露出するステップ、
   （ｅ）前記スタック層を前記凹部マスク層を介して第二のエッチングによりエッチングするステップ、ここで、前記第二のエッチングは、前記スタック層を完全に貫通して延伸する前記第一の開口を形成してビアを形成し、及び前記スタック層へ延伸するが貫通しない第二の開口を形成して凹部を形成し、前記第一の開口は前記第二の開口よりも大きく、
   （ｄ）前記スタック層を前記第二のエッチングによりエッチングした後、前記ビアマスク層及び前記凹部マスク層を除去するステップ、及び
   （ｅ）前記ビア及び前記凹部中に導電材料を形成して相互接続を形成するステップ
   を含むことを特徴とする相互接続を製造する方法。

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