RU2523064C1 - Forming of multilevel copper interconnections of micro ic with application of tungsten rigid mask - Google Patents
Forming of multilevel copper interconnections of micro ic with application of tungsten rigid mask Download PDFInfo
- Publication number
- RU2523064C1 RU2523064C1 RU2013102776/28A RU2013102776A RU2523064C1 RU 2523064 C1 RU2523064 C1 RU 2523064C1 RU 2013102776/28 A RU2013102776/28 A RU 2013102776/28A RU 2013102776 A RU2013102776 A RU 2013102776A RU 2523064 C1 RU2523064 C1 RU 2523064C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- mask
- rigid mask
- rigid
- dielectric
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и сверхбольших интегральных схем (СБИС) в части формирования многоуровневых металлических соединений.The invention relates to the manufacturing technology of semiconductor devices and ultra-large integrated circuits (VLSI) in terms of the formation of multilevel metal compounds.
Уровень техникиState of the art
Уровень современной микроэлектроники определяется степенью интеграции элементов в едином приборе и/или на отдельном полупроводниковом кристалле микросхемы. Степень интеграции напрямую зависит от минимальных размеров элементов и расстояний между ними. Сложность современных интегральных схем такова, что для организации электрического соединения миллионов элементов требуется много уровней металлических соединений с поперечными размерами проводников, сравнимыми с минимальными размерами элементов порядка десятка нанометров. Уменьшая шаг разводки и добавляя последовательные проводящие слои, многоуровневая металлизация удовлетворяет потребностям более высокоплотных схем (V. Agarwal, М.S. Hrishikesh, S.W. Keckler and D. Burger, Clock rate versus IPC: the end of the road for conventional microarchitectures. Proceedings of the International Symposium on Computer Architecture, pp.248-259, 2000.) Доступное число металлических слоев утроилось за прошлые 10 лет так, что текущие технологии (уровня 90-180 нм) имеют 6-10 уровней. При этом для снижения электрических потерь требуется использовать в качестве проводников материалы с высокой проводимостью, а для изоляции - слои диэлектрических материалов с минимально возможным коэффициентом диэлектрической проницаемости, так называемыми low-k диэлектриками.The level of modern microelectronics is determined by the degree of integration of elements in a single device and / or on a separate semiconductor chip chip. The degree of integration directly depends on the minimum dimensions of the elements and the distances between them. The complexity of modern integrated circuits is such that the organization of the electrical connection of millions of elements requires many levels of metal connections with transverse dimensions of conductors comparable to the minimum size of elements of the order of ten nanometers. By decreasing the wiring step and adding consecutive conductive layers, multilevel metallization satisfies the needs of higher density circuits (V. Agarwal, M.S. Hrishikesh, SW Keckler and D. Burger, Clock rate versus IPC: the end of the road for conventional microarchitectures. Proceedings of the International Symposium on Computer Architecture, pp. 248-259, 2000.) The available number of metal layers has tripled in the past 10 years so that current technologies (90-180 nm) have 6-10 levels. At the same time, to reduce electrical losses, it is required to use materials with high conductivity as conductors, and for insulation - layers of dielectric materials with the lowest possible dielectric constant, the so-called low-k dielectrics.
В настоящее время в производстве СБИС в качестве основного материала проводников многоуровневых металлических соединений используются алюминий и медь. Медь, как правило, используется в СБИС с проектными нормами 130 нм и менее. Связано это с тем, что с уменьшением сечения проводников и расстояния между проводниками, которые непосредственно зависят от линейных размеров элементов, начинает существенно возрастать сопротивление электрической разводки и электрические емкости близко расположенных проводников. Это увеличивает задержки распространения сигналов в СБИС и потери мощности. Переход от алюминиевых проводников в структуре СБИС на медные обусловлен более низким удельным сопротивлением меди по сравнению с алюминием. Переход на использование меди потребовал изменения технологического процесса формирования проводников. Так как медь не образует летучих соединений с температурами кипения или возгонки, совместимыми с полупроводниковой технологией, использовать традиционные промышленные технологии сухого травления через фоторезистивную маску не представляется возможным. Поэтому был разработан процесс Дамасцен (в русской литературе уже утвердилось такое название (damascene), в котором в диэлектрическом слое вытравливается траншея будущего проводника, которая затем заполняется медью, создавая таким образом электрическое соединение элементов. Этот процесс в общем случае включает в себя стадии:Currently, in the production of VLSI, aluminum and copper are used as the main material for conductors of multilevel metal compounds. Copper, as a rule, is used in VLSI with design standards of 130 nm or less. This is due to the fact that with a decrease in the cross section of the conductors and the distance between the conductors, which directly depend on the linear dimensions of the elements, the resistance of the electrical wiring and the electrical capacitance of closely located conductors begin to increase significantly. This increases signal propagation delays in the VLSI and power loss. The transition from aluminum conductors in the structure of VLSI to copper is due to a lower resistivity of copper compared to aluminum. The transition to the use of copper required a change in the technological process of forming conductors. Since copper does not form volatile compounds with boiling or sublimation temperatures compatible with semiconductor technology, it is not possible to use traditional industrial technologies for dry etching through a photoresist mask. Therefore, the Damascene process was developed (the name (damascene) has already been established in Russian literature, in which the trench of the future conductor is etched in the dielectric layer, which is then filled with copper, thereby creating an electrical connection of the elements. This process generally includes the steps of:
- формирование слоя диэлектрика, которым проводник будет окружен с боковых сторон;- the formation of a dielectric layer with which the conductor will be surrounded on the sides;
- формирование маски для вытравливания траншеи в слое диэлектрика;- the formation of a mask for etching the trench in the dielectric layer;
- вытравливание траншеи в слое диэлектрика;- etching of the trench in the dielectric layer;
- нанесение барьерного слоя для предотвращения взаимодействия меди с окружающими материалами и деградации последних;- applying a barrier layer to prevent the interaction of copper with surrounding materials and degradation of the latter;
- нанесение зародышевого слоя для последующего осаждения меди;- application of the germ layer for subsequent deposition of copper;
- электрохимическое осаждение меди с заполнением траншеи;- electrochemical deposition of copper with the filling of the trench;
- химико-механическая полировка меди, удаляющая осажденный слой меди с поверхности осажденного слоя диэлектрика и оставляющая медь внутри вытравленных траншей, формирующих проводники электрической разводки соответствующего уровня микросхемы.- chemical-mechanical polishing of copper, which removes the deposited copper layer from the surface of the deposited dielectric layer and leaves copper inside the etched trenches that form the electrical wiring conductors of the corresponding microcircuit level.
Помимо этого, для формирования не только проводников одного уровня, но и контактов через переходные окна к нижележащему уровню электрической разводки процесс Дамасцен был модифицирован и получил название Двойной Дамасцен (dual damascene). Таким образом, в одном уровне разводки формируются траншеи (позиция 95 Фиг.1) и переходные контактные окна (позиция 94 Фиг.1) (United States Patent 5635423, Simplified dual damascene process for multi-level metallization and interconnection structure. 1997).In addition, for the formation of not only conductors of the same level, but also contacts through transition windows to the underlying level of electrical wiring, the Damascene process was modified and received the name Double Damascene. Thus, trenches (
В КМОП технологии, основные параметры которой изложены в международной дорожной карте полупроводников (ITRS), для уровня 45 нм и ниже предусмотрено использование диэлектрика low-k с коэффициентом диэлектрической проницаемости в диапазоне от 2,3 до 2,9 для первого уровня металла (ITRS Edition Reports and Ordering. Interconnect 2010 tables. 2010) (Таблица 1)CMOS technology, the main parameters of which are set out in the International Semiconductor Roadmap (ITRS), for the level of 45 nm and below provides the use of low-k dielectric with a dielectric constant in the range from 2.3 to 2.9 for the first metal level (ITRS Edition Reports and Ordering. Interconnect 2010 tables. 2010) (Table 1)
Такой коэффициент диэлектрической проницаемости в современном уровне развития материаловедения достигается только у диэлектриков из пористых материалов.Such a coefficient of dielectric constant in the current level of development of material science is achieved only in dielectrics made of porous materials.
В ближайшем аналоге для формирования проводников и контактов в пористом low-k диэлектрике используется маршрут двойного Дамасцена (United States Patent US 2010/0022091. Method for plasma etching porous low-k dielectric layer. 2010). Однако возникают некоторые сложные проблемы в процессе интеграции диэлектрических материалов с пористой структурой в маршрут двойного Дамасцена. Травление в плазме, последующее затем удаление фоторезиста и очистка пористых материалов от полимеров в узких структурах изменяют свойства пористого материала, которые влияют на электрические свойства и свойства надежности (К. Маех, M.R. Baklanov, D. Shamiryan, F. Iacopi, S.H. Brongersma, Z.S. Yanovitskaya. Low dielectric constant materials for microelectronics J. Appl. Phys. 93 (2003) 8793).In the closest analogue, a double Damascene route is used to form conductors and contacts in a porous low-k dielectric (United States Patent US 2010/0022091. Method for plasma etching porous low-k dielectric layer. 2010). However, some complex problems arise in the process of integrating dielectric materials with a porous structure into the double Damascene route. Plasma etching followed by removal of the photoresist and purification of porous materials from polymers in narrow structures alter the properties of the porous material, which affect the electrical and reliability properties (K. Maeh, MR Baklanov, D. Shamiryan, F. Iacopi, SH Brongersma, ZS Yanovitskaya. Low dielectric constant materials for microelectronics J. Appl. Phys. 93 (2003) 8793).
Существует два типа масок для формирования топологического рисунка в low-k материале: мягкая маска (фоторезист) и жесткая маска (неорганические материалы). Технология с ипользованием фоторезистивной маски достаточно проста, поскольку не требует осаждения и удаления дополнительных слоев, кроме фоторезиста и органического антиотражающего покрытия (ARC), разделяющего фоторезист и стек снизу. В случае применения жесткой маски она осаждается сверху на low-k, диэлектрик, а затем наносятся ARC и фоторезист. Процесс плазменного травления делится на 4 этапа: (1) вскрытие ARC, (2) травление жесткой маски, (3) очистка от фоторезиста/ARC, и (4) травление low-k диэлектрика через жесткую маску.There are two types of masks for forming a topological pattern in low-k material: a soft mask (photoresist) and a hard mask (inorganic materials). The technology using a photoresist mask is quite simple, because it does not require deposition and removal of additional layers, except for the photoresist and organic antireflection coating (ARC), which separates the photoresist and the stack from the bottom. In the case of applying a rigid mask, it is deposited on top of the low-k, dielectric, and then ARC and a photoresist are applied. The plasma etching process is divided into 4 stages: (1) ARC opening, (2) hard mask etching, (3) photoresist / ARC cleaning, and (4) low-k dielectric etching through the hard mask.
Несмотря на то что процесс с использованием резистивной маски является предпочтительным с точки зрения затрат, однако он имеет ряд существенных недостатков. Для органических low-k полимеров резистивная маска исключается, так как материал, подлежащий травлению, и материал резистивной маски принадлежат к одному классу материалов: органические полимеры. Таким образом, селективность травления low-k диэлектрика к резистивной маске очень мала и при последующей очистке от полимеров плазма растравит low-k диэлектрик также быстро, как и удалит фоторезист. Таким образом, для формирования структур из органических полимеров жесткая маска является абсолютным требованием.Although the process using a resistive mask is preferable from the point of view of costs, however, it has several significant disadvantages. For organic low-k polymers, the resistive mask is excluded, since the material to be etched and the material of the resistive mask belong to the same class of materials: organic polymers. Thus, the selectivity of etching a low-k dielectric to a resistive mask is very small and upon subsequent purification from polymers, the plasma will etch the low-k dielectric as quickly as it removes the photoresist. Thus, a rigid mask is an absolute requirement for the formation of structures from organic polymers.
Для гибридных материалов на основе диоксида кремния резистивная маска может быть использована не всегда. В связи с различной природой резистивной маски и low-k диэлектрика, основной частью состава которого являются SiOCH-группы (строго говоря, не совсем иной, поскольку SiOCH в своем составе также содержит отдельные СН3 углеводородные группы), есть, тем не менее, условия, при которых селективность травления SiOCH к резистивной маске позволяет сформировать заданную топологическую структуру контакта.For silica hybrid materials, a resistive mask may not always be used. Due to the different nature of the resistive mask and the low-k dielectric, the main part of the composition of which are SiOCH groups (strictly speaking, it’s not completely different, since SiOCH also contains individual CH3 hydrocarbon groups in its composition), however, there are conditions in which the selectivity of SiOCH etching to the resistive mask allows the formation of a given topological contact structure.
Процесс последующего удаления резистивной маски должен быть оптимизирован таким образом, чтобы не повредить low-k материал, так как гидрофобность SiOCH материалов зависит именно от наличия -СН3 групп, в то время как плазма, используемая для удаления резиста, также удаляет с поверхности low-k материала эти углеводородные группы. Уже в технологии 65 нм невозможно игнорировать повреждения поверхности и боковой стенки траншеи, вызванные плазмой для удаления резиста. Дальнейшее снижение критических размеров (CD) приносит две новые задачи: во-первых, толщина резиста должна быть уменьшена, чтобы обеспечить требуемое разрешение, во-вторых, узкие линии не допускают глубоких повреждений боковых стенок.The process of subsequent removal of the resistive mask should be optimized so as not to damage the low-k material, since the hydrophobicity of SiOCH materials depends precisely on the presence of -CH3 groups, while the plasma used to remove the resist also removes low-k from the surface material these hydrocarbon groups. Already in 65 nm technology, it is impossible to ignore damage to the surface and side wall of the trench caused by plasma to remove the resist. A further reduction in critical dimensions (CD) brings two new challenges: firstly, the thickness of the resist must be reduced to provide the required resolution, and secondly, narrow lines do not allow deep damage to the side walls.
На основании вышеизложенного жесткая маска может рассматриваться как единственный жизнеспособный вариант для формирования SiOCH low-k диэлектриков для технологий ниже 45 нм (Mikhail R. Baklanov, Jean-Francois de Marneffe, Denis Shamiryan, Adam M. Urbanowicz, Hualiang Shi, Tatyana V. Rakhimova, Huai Huang and Paul S. Ho. Plasma processing of low-k dielectrics. J. Appl. Phys. 112, 000000 (2012)).Based on the foregoing, a rigid mask can be considered as the only viable option for the formation of SiOCH low-k dielectrics for technologies below 45 nm (Mikhail R. Baklanov, Jean-Francois de Marneffe, Denis Shamiryan, Adam M. Urbanowicz, Hualiang Shi, Tatyana V. Rakhimova Huai Huang and Paul S. Ho. Plasma processing of low-k dielectrics. J. Appl. Phys. 112, 000000 (2012)).
Существует два основных типа жестких масок: диэлектрические и металлические. Диэлектрические жесткие маски могут быть на основе кремния (SiO2, Si3N4 или SiC) или на основе углерода (аморфного углерода). Металлические жесткие маски обычно состоят из нитридов металлов, это TaN или TiN. Оксиды металлов и кремния не очень хорошо подходят для травления органосиликатных стекол, потому что их осаждение включает в себя использование кислородсодержащих окислителей и они могут привести к деградации low-k материала. Si-маски лучше всего подходят для органического полимера low-k, потому что они обладают высокой селективностью травления к low-k диэлектрику в плазме на основе Н2 или O2, что позволяет использовать относительно тонкие маски.There are two main types of hard masks: dielectric and metal. The dielectric rigid masks can be based on silicon (SiO2, Si3N4 or SiC) or based on carbon (amorphous carbon). Hard metal masks usually consist of metal nitrides, such as TaN or TiN. Metal and silicon oxides are not very suitable for etching organosilicate glasses because their deposition involves the use of oxygen-containing oxidizing agents and they can lead to degradation of low-k material. Si masks are best suited for the low-k organic polymer because they have a high selectivity for etching to the low-k dielectric in a plasma based on H2 or O2, which allows the use of relatively thin masks.
Для материалов SiOCH жесткая маска на основе Si нетехнологична (Фиг.2а), так как оба материала low-k диэлектрика и жесткой маски содержат Si, из-за этого трудно достичь требуемой селективности травления, что приводит к эффектам огранки и скругления верхней части вскрываемого контакта (N. Posseme, Т. David, М. Darnon, Т. Chevolleau, О. Joubert. Impact of Hard Mask Composition and Etching Chemistry on Porous Ultra Low-k Material Modification. Int. Conf. Microelectron. Interfaces 2005). Низкая селективность требует осаждения толстого слоя жесткой маски, что ухудшает разрешение процесса, а также увеличивает эффективное значение константы диэлектрической проницаемости k в структуре контакта, если оставить жесткую маску на поверхности low-k после процесса травления. Опять же удаление жесткой маски на основе Si представляет собой проблему, поскольку она имеет состав, схожий с low-k диэлектриком.For SiOCH materials, a rigid mask based on Si is not technologically advanced (Fig. 2a), since both materials of a low-k dielectric and a rigid mask contain Si, because of this it is difficult to achieve the required etching selectivity, which leads to faceting and rounding of the upper part of the opened contact (N. Posseme, T. David, M. Darnon, T. Chevolleau, O. Joubert. Impact of Hard Mask Composition and Etching Chemistry on Porous Ultra Low-k Material Modification. Int. Conf. Microelectron. Interfaces 2005). Low selectivity requires the deposition of a thick layer of a hard mask, which affects the resolution of the process, and also increases the effective value of the dielectric constant k in the contact structure, if you leave the hard mask on the low-k surface after the etching process. Again, removing a Si-based rigid mask is a problem because it has a composition similar to a low-k dielectric.
Последние разработанные решения для формирования SiOCH включают металлические жесткие маски и жесткие маски из аморфного углерода. В этом случае после удаления ARC металл жесткой маски, как правило, травится в плазме HBr-Cl2, тогда как аморфный углерод, как правило, травится с помощью плазмы N2-O2 или N2-H2.Recent development solutions for SiOCH formation include metal hard masks and amorphous carbon hard masks. In this case, after ARC removal, the hard mask metal is usually etched in HBr-Cl2 plasma, while amorphous carbon is usually etched using N2-O2 or N2-H2 plasma.
Так как во время вскрытия ARC low-k материал защищен жесткой маской, на данном этапе возможно незначительное повреждение. Тем не менее необходимо соблюдать осторожность при шаге вскрытия жесткой маски, особенно при использовании жесткой маски из аморфного углерода, в этом случае тонкая плотная пленка SiO2 или SiC может выступать в качестве эффективной защиты от диффундирующих радикалов. В случае металлической жесткой маски (например, TiN) при травлении low-k высокая селективность SiOCH/TiN достигается из-за того, что основной продукт травления - TiF4 - имеет относительно низкую летучесть (температура кипения при атмосферном давлении 284°C) по сравнению с SiF4 (температура кипения при атмосферном давлении - 86°C). С этой точки зрения, TaN является менее предпочтительной, так как ее основной продукт травления TaF5 более летучий, чем TiF4. Кроме того, металл жесткой маски не способствует увеличению эффективного значения константы диэлектрической проницаемости k, потому что жесткая маска удаляется процессами СМР после заполнения контакта металлом (М. Darnon, Т. Chevolleau, D. Eon, L. Vallier, J. Torres, O. Joubert. Etching characteristics of TiN used as hard mask in dielectric etch process. J. Vac. Sci. Technol. В 24 (2006) 2262.).Since the material is protected by a hard mask during the opening of the ARC low-k, minor damage is possible at this stage. Nevertheless, care must be taken when opening the stiff mask, especially when using a stiff mask made of amorphous carbon, in which case a thin dense SiO2 or SiC film can act as an effective protection against diffusing radicals. In the case of a metal hard mask (e.g., TiN) during low-k etching, high selectivity of SiOCH / TiN is achieved because the main etching product - TiF4 - has a relatively low volatility (boiling point at atmospheric pressure 284 ° C) compared to SiF4 (boiling point at atmospheric pressure - 86 ° C). From this point of view, TaN is less preferred since its main etch product TaF5 is more volatile than TiF4. In addition, the metal of the stiff mask does not contribute to an increase in the effective value of the dielectric constant k, because the stiff mask is removed by SMR after filling the contact with metal (M. Darnon, T. Chevolleau, D. Eon, L. Vallier, J. Torres, O. Joubert. Etching characteristics of TiN used as hard mask in dielectric etch process. J. Vac. Sci. Technol. 24 (2006) 2262.).
Основными недостатками применения металлических жестких масок являются металлсодержащие остатки травления, которые очень трудно удалить (Фиг.2b). Эффект микромаскирования вызван низколетучими продуктами травления TiN, которые переосаждаются на поверхности травимой структуры. Освобождение механических напряжений при использовании TiN может привести к серьезным искажениям (так называемая «волнистость») в полосах металла и low-k диэлектрика в узких линиях с высоким аспектным соотношением сторон в процессе травления, что будет показано ниже.The main disadvantages of using metal hard masks are metal-containing etching residues that are very difficult to remove (Figure 2b). The micromasking effect is caused by low-volatility TiN etching products that reprecipitate on the surface of the etched structure. The release of mechanical stresses when using TiN can lead to serious distortions (the so-called "waviness") in the bands of metal and low-k dielectric in narrow lines with a high aspect ratio during etching, which will be shown below.
Для интеграции пористых SiOCH диэлектриков в архитектуру двойного Дамасцена был разработан метод использования двухслойной жесткой маски для предотвращения непосредственного воздействия на пористый диэлектрический материал плазмы кислорода (О. Hinsinger, R. Fox, Е. Sabouret, С. Goldberg, С.Verove, W. Besling, P. Brun, E. Josse, C. Monget, O. Belmont, J. Van Hassel, B.G. Sharma, J.P. Jacquemin, P. Vannier, A. Humbert, D. Brunei, R. Gonella, E. Mastromatteo, D. Rebert, A. Farcy, J. Muel. Demonstration of an extandable and industrial 300 mm BEOL integration for the 65-nm technology node. Int. Electron. Devices Meeting (2004)).To integrate porous SiOCH dielectrics into the double Damascene architecture, a method of using a two-layer rigid mask was developed to prevent direct exposure to porous dielectric material of oxygen plasma (O. Hinsinger, R. Fox, E. Sabouret, C. Goldberg, C. Verove, W. Besling , P. Brun, E. Josse, C. Monget, O. Belmont, J. Van Hassel, BG Sharma, JP Jacquemin, P. Vannier, A. Humbert, D. Brunei, R. Gonella, E. Mastromatteo, D. Rebert, A. Farcy, J. Muel. Demonstration of an extandable and industrial 300 mm BEOL integration for the 65-nm technology node. Int. Electron. Devices Meeting (2004).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ формирования многоуровневых медных межсоединений СБИС с использованием слоя нитрида титана в качестве жесткой маски (М. Darnon and Т. Chevolleau, Т. David, J. Ducote, N. Posseme, R. Bouyssou, F. Bailly, D. Perret, O. Joubert. Patterning of porous SiOCH using an organic mask: Comparison with a metallic masking strategy. J. Vac. Sci. Technol. В (28) №1, Jan/Feb 2010 149-156). Формирование траншей SiOCH выполнено с использованием жесткой маски из металлического TiN на подслое SiO2.Closest to the technical nature of the present invention is a method of forming multilevel copper interconnects VLSI using a layer of titanium nitride as a hard mask (M. Darnon and T. Chevolleau, T. David, J. Ducote, N. Posseme, R. Bouyssou, F Bailly, D. Perret, O. Joubert. Patterning of porous SiOCH using an organic mask: Comparison with a metallic masking strategy. J. Vac. Sci. Technol. In (28) No. 1, Jan / Feb 2010 149-156) . The formation of SiOCH trenches was performed using a rigid mask made of TiN metal on the SiO2 sublayer.
Стек состоит из слоя SiO2 (TEOS) толщиной 40 нм, который наносят на пористый low-k диэлектрик перед осаждением 45 нм TiN металлической жесткой маски (Фиг.3). Однако при травлении пористых low-k диэлектриков во фторуглеродной плазме через жесткую маску из TiN индуцируется образование энергонезависимых Ti осадков травления на основе побочного продукта, который получается в процессе переосаждения на боковых стенках траншеи и приводит к серьезным искажениям профиля (Фиг.4).The stack consists of a 40 nm thick SiO2 (TEOS) layer, which is deposited on a porous low-k dielectric before the 45 nm TiN metal hard mask is deposited (Figure 3). However, when etching porous low-k dielectrics in a fluorocarbon plasma through a rigid TiN mask, the formation of non-volatile Ti etching deposits is induced based on the by-product that is produced during reprecipitation on the side walls of the trench and leads to serious distortion of the profile (Figure 4).
Переосаждение побочных продуктов на боковых стенках пористых low-k диэлектриков зависит от наличия слоя фоторезиста на поверхности TiN жесткой маски.Reprecipitation of by-products on the side walls of porous low-k dielectrics depends on the presence of a photoresist layer on the surface of the TiN hard mask.
Рассмотрим следующие примеры:Consider the following examples:
1) Вскрыли TiN, затем удалили фоторезист со всей пластины, кроме одного участка, после чего протравили диэлектрический материал. Т.е. основная часть пластины протравлена через TiN жесткую маску и лишь один участок через TiN жесткую маску, защищенную фоторезистом (Фиг.5). На основной части пластины наблюдалось переосаждение продуктов после травления, при этом и часть пластины, закрытая фоторезистом, также была с осажденными продуктами. Причиной глобального эффекта осаждения продуктов является распыление TiN и переосаждение из газовой фазы.1) TiN was opened, then the photoresist was removed from the entire plate except one section, after which the dielectric material was etched. Those. the main part of the plate is etched through the TiN hard mask and only one section through the TiN hard mask protected by a photoresist (Figure 5). On the main part of the plate, reprecipitation of the products after etching was observed, while the part of the plate covered by the photoresist was also with precipitated products. The cause of the global effect of product deposition is TiN atomization and gaseous reprecipitation.
2) Вскрыли TiN, затем удалили фоторезист с одного участка, после чего протравили диэлектрический материал. Т.е. основная часть пластины протравлена через TiN жесткую маску, защищенную фоторезистом, и лишь один участок через TiN жесткую маску без фоторезиста (Фиг.6). На основной части не было обнаружено переосаждения продуктов, кроме участка, не защищенного фоторезистом. Причиной локального эффекта осаждения частиц является распыление TiN с поверхности и переосаждение из газовой фазы.2) TiN was opened, then the photoresist was removed from one section, after which the dielectric material was etched. Those. the main part of the plate is etched through a TiN hard mask protected by a photoresist, and only one section through a TiN hard mask without a photoresist (Fig.6). On the main part, no reprecipitation of products was found, except for the area not protected by photoresist. The cause of the local particle deposition effect is the spraying of TiN from the surface and reprecipitation from the gas phase.
Поскольку переосаждение побочных продуктов на боковых стенках пористых low-k диэлектриков зависит от наличия слоя фоторезиста на поверхности TiN жесткой маски в процессе формирования контакта, удаление фоторезиста необходимо после вскрытия low-k диэлектрика. Однако для пористого материала, как показали авторы (М. Darnon, Т. Chevolleau, Т. David, N. Posseme, J. Ducote, С. Licitra, L. Vallier, O. Joubert, J. Torres. Modifications of dielectric films induced by plasma ashing processes: Hybrid versus porous SiOCH materials. J. Vac. Sci. Technol. В 26, 1964 (2008)), происходит деградация low-k диэлектриков, подвергшихся экспозиции в плазме для удаления фоторезиста. Удаление в NH3 и O2 в плазме вызывает истощение углерода и поглощение влаги, материал low-k диэлектрика становится гидрофильным и его диэлектрическая константа сильно возрастает. Плазма СН4 приводит к сильному истощению углерода (обеднение СН3) без поглощения влаги и образованию тонкого слоя углерода на поверхности. Материал low-k диэлектрика остается гидрофобным, диэлектрическая постоянная изменяется незначительно. В дальнейшем увеличение диэлектрической постоянной связано с захватом воды больше, чем с обеднением метильной группы. Материал low-k диэлектрика должен остаться гидрофобным.Since the reprecipitation of by-products on the side walls of porous low-k dielectrics depends on the presence of a photoresist layer on the TiN surface of the rigid mask during contact formation, photoresist removal is necessary after opening the low-k dielectric. However, for porous material, as shown by the authors (M. Darnon, T. Chevolleau, T. David, N. Posseme, J. Ducote, C. Licitra, L. Vallier, O. Joubert, J. Torres. Modifications of dielectric films induced by plasma ashing processes: Hybrid versus porous SiOCH materials. J. Vac. Sci. Technol. 26, 1964 (2008)) degradation of low-k dielectrics exposed in the plasma to remove the photoresist. Removal in NH3 and O2 in the plasma causes carbon depletion and moisture absorption, the low-k dielectric material becomes hydrophilic and its dielectric constant increases greatly. Plasma CH4 leads to severe carbon depletion (depletion of CH3) without moisture absorption and the formation of a thin layer of carbon on the surface. The low-k dielectric material remains hydrophobic, the dielectric constant varies slightly. Subsequently, an increase in the dielectric constant is associated with water capture more than with the depletion of the methyl group. The low-k dielectric material should remain hydrophobic.
Используя оптимизированный рецепт для травления пористого low-k диэлектрика (CF4/Ar), возможно формирование траншей шириной до 100 нм (М. Darnon and Т. Chevolleau, Т. David, J. Ducote, N. Posseme, R. Bouyssou, F. Bailly, D. Perret, O. Joubert. Patterning of porous SiOCH using an organic mask: Comparison with a metallic masking strategy. J. Vac. Sci. Technol. В (28) №1, Jan/Feb 2010 149-156). При меньших размерах наблюдается волнистость диэлектрических линий (Фиг.7). Явление волнистости линии объясняется выходом высоких остаточных напряжений нитрида титана, который деформирует менее жесткую линию пористого low-k диэлектрика. Представленные результаты показывают, что процесс формирования траншеи пористого low-k диэлектрика зависит от материала жесткой маски.Using an optimized recipe for etching a porous low-k dielectric (CF4 / Ar), trenches up to 100 nm wide are possible (M. Darnon and T. Chevolleau, T. David, J. Ducote, N. Posseme, R. Bouyssou, F. Bailly, D. Perret, O. Joubert, Patterning of porous SiOCH using an organic mask: Comparison with a metallic masking strategy. J. Vac. Sci. Technol. In (28) No. 1, Jan / Feb 2010 149-156). With smaller sizes, there is a waviness of the dielectric lines (Fig.7). The phenomenon of line waviness is explained by the release of high residual stresses of titanium nitride, which deforms the less rigid line of the porous low-k dielectric. The presented results show that the process of forming a trench of a porous low-k dielectric depends on the material of the rigid mask.
Скорость травления диэлектрических слоев на основе кремния во фторсодержащей плазме практически линейно зависит от приложенного к образцу смещения. Это означает, что обрабатываемый образец специально подвергается достаточно интенсивной ионной бомбардировке для достижения приемлемых скоростей травления, что в свою очередь приводит не только к повышению скорости травления маски, но и образованию развивающейся фаски на краю маскирующего покрытия (т.н. фасетирование маски). Этот эффект может вызвать преждевременный «снос» края маски (при низкой селективности или неправильном выборе толщины маски) и, как следствие, наклон профиля травления.The etching rate of silicon-based dielectric layers in a fluorine-containing plasma almost linearly depends on the bias applied to the sample. This means that the treated sample is specially subjected to sufficiently intense ion bombardment to achieve acceptable etching rates, which in turn leads not only to an increase in the etching rate of the mask, but also to the formation of a developing chamfer at the edge of the masking coating (the so-called facet mask). This effect can cause premature “drift” of the edge of the mask (with low selectivity or the wrong choice of thickness of the mask) and, as a result, the slope of the etching profile.
Представленные результаты показывают, что форма профиля сформированной траншеи в пористом low-k диэлектрике, уровень загрязнения ее стенок и уровень обеднения поверхностных слоев полезными улерод-водородными группами зависит от выбора материала маски.The presented results show that the profile shape of the formed trench in a porous low-k dielectric, the level of contamination of its walls and the level of depletion of the surface layers with useful carbon-hydrogen groups depends on the choice of mask material.
Раскрытие предлагаемого изобретенияDisclosure of the invention
Как было показано выше, при использовании жесткой маски из TiN при формировании многоуровневых медных межсоединений СБИС возникает ряд проблем, влияющих на выход годной многоуровневой медной металлизации, а значит на выход годных СБИС в целом:As shown above, when using a rigid TiN mask during the formation of multilevel copper VLSI interconnects, a number of problems arise that affect the output of suitable multilevel copper metallization, and therefore the output of suitable VLSI in general:
- Узкое технологическое окно процессов травления вследствие плохой летучести фторгалогенидов титана;- A narrow technological window of etching processes due to the poor volatility of titanium fluorohalides;
- Профиль травления бочкообразной формы из-за переосаждения продуктов из газовой фазы вследствие распыления TiN;- Barrel-shaped etching profile due to reprecipitation of products from the gas phase due to TiN sputtering;
- Волнообразность узких и высоких линий из-за релаксации остаточных напряжений;- The waveform of narrow and high lines due to relaxation of residual stresses;
- Деградация low-k диэлектриков, подвергшихся экспозиции в плазме для удаления фоторезиста, при формировании топологического рисунка с использованием TiN жесткой маски;- Degradation of low-k dielectrics exposed to plasma to remove photoresist when forming a topological pattern using a TiN hard mask;
- Усложненность маршрута и его более дорогая реализация при формировании low-k диэлектрика через TiN жесткую маску, так как предварительное травление слоя самой жесткой маски TiN и последующее травление через нее подслоя SiO2, а затем low-k диэлектрика необходимо осуществлять в разных реакторах. Это связано с тем, что травление TiN осуществляется, как правило, в плазме на основе хлора, а травление диэлектриков в плазме на основе, фтор- и углеродсодержащих соединений.- The complexity of the route and its more expensive implementation when forming a low-k dielectric through a TiN hard mask, since the preliminary etching of the layer of the most rigid TiN mask and subsequent etching through it of the SiO2 sublayer and then the low-k dielectric must be carried out in different reactors. This is due to the fact that the etching of TiN is carried out, as a rule, in a plasma based on chlorine, and the etching of dielectrics in a plasma based on fluorine and carbon-containing compounds.
Целью настоящего предлагаемого изобретения является повышение надежности и увеличение процента выхода годных изделий КМОП СБИС при формировании многоуровневых медных межсоединений за счет:The aim of the present invention is to increase reliability and increase the percentage of yield of CMOS VLSI products during the formation of multilevel copper interconnects due to:
- упрощения технологического маршрута создания жесткой маски;- simplification of the technological route for creating a rigid mask;
- устранения искажений и дефектности при вскрытии траншей и переходных окон через жесткую маску;- elimination of distortions and defects when opening trenches and transition windows through a hard mask;
- устранения деградации low-k диэлектрика вследствие избежания контакта плазмы для удаления фоторезиста с пористой поверхностью low-k диэлектрика.- eliminating the degradation of the low-k dielectric due to the avoidance of plasma contact to remove the photoresist from the porous surface of the low-k dielectric.
Указанные цели достигаются, если в маршруте производства КМОП СБИС при формировании многоуровневых медных межсоединений в качестве жесткой маски вместо слоя металлического нитрида титана (TiN) используется слой металлического вольфрама (W).These goals are achieved if the layer of metallic tungsten (W) is used instead of a layer of titanium metal nitride (TiN) in the production route of CMOS VLSI during the formation of multilevel copper interconnects as a rigid mask.
Отличительными признаками по отношению к прототипу, характеризующими изобретение, которые являются также существенными признаками, является разработка способа для формирования многоуровневых медных межсоединений СБИС (Фиг.8) без изменения параметров конструкторской топологии (т.е. уменьшения линейных размеров). Вместо материала верхнего слоя жесткой маски TiN прототипа мы применяем другой материал верхнего слоя жесткой маски W.Distinctive features in relation to the prototype, which characterize the invention, which are also essential features, is the development of a method for forming multilevel copper VLSI interconnects (Fig. 8) without changing the design topology parameters (i.e., reducing the linear dimensions). Instead of the material of the upper layer of the TiN rigid mask of the prototype, we use another material of the upper layer of the rigid mask W.
Техническим результатом предложенного решения является формирование заданного профиля травления, соответствующего требованиям по формированию контактов и траншей.The technical result of the proposed solution is the formation of a given etching profile that meets the requirements for the formation of contacts and trenches.
Указанный технический результат достигается за счет того, что при формировании многоуровневых медных межсоединений СБИС процессом двойного Дамасцена через двухслойную жесткую маску, включающим нанесение слоя изолирующего диэлектрика на пластину, в теле которого будут формироваться проводники многоуровневой металлизации интегральной схемы, нанесение поверх изолирующего диэлектрика нижнего слоя двухслойной жесткой маски двуокиси кремния и верхнего слоя двухслойной жесткой маски, формирование на верхнем слое двухслойной жесткой маски топологической маски из резиста, травление верхнего слоя двухслойной жесткой маски по топологической маске из резиста, удаление остаточного резиста с поверхности топологического рисунка, сформированного в верхнем слое двухслойной жесткой маски, травление нижнего слоя двухслойной жесткой маски двуокиси кремния по топологическому рисунку верхнего слоя двухслойной жесткой маски, вытравливание траншей и переходных контактных окон в слое изолирующего диэлектрика по топологическому рисунку в двухслойной жесткой маске, заполнение сформированных траншей и переходных контактных окон слоем металлизации и удаление избыточного объема нанесенного металла с поверхности пластин, в качестве материала верхнего слоя жесткой маски используется слой вольфрама.This technical result is achieved due to the fact that during the formation of multilevel copper VLSI interconnects by the double Damascene process through a two-layer rigid mask, including the deposition of an insulating dielectric layer on a plate, in whose body conductors of multilevel metallization of an integrated circuit will be formed, deposition of a lower two-layer rigid layer on top of the insulating dielectric masks of silicon dioxide and the upper layer of a two-layer rigid mask, the formation on the upper layer of a two-layer rigid mask skiing of a topological mask from a resist, etching the upper layer of a two-layer rigid mask by a topological mask from a resist, removing the residual resist from the surface of a topological pattern formed in the upper layer of a two-layer rigid mask, etching the lower layer of a two-layer rigid mask of silicon dioxide according to the topological pattern of the upper layer of a two-layer rigid mask , etching of trenches and transition contact windows in an insulating dielectric layer according to the topological pattern in a two-layer rigid mask, filling spheres trenches and transition contact windows with a metallization layer and removal of an excess volume of deposited metal from the surface of the plates, a tungsten layer is used as the material of the upper layer of the rigid mask.
Толщина верхнего слоя вольфрама двухслойной жесткой маски составляет от 25 нм до 100 нм.The thickness of the upper layer of tungsten of a two-layer rigid mask is from 25 nm to 100 nm.
Графические изображения, поясняющие сущность изобретенияGraphic images illustrating the invention
Фиг.1 - Поперечное сечение полупроводникового прибора, производимого в соответствии с изобретением States Patent 5635423.Figure 1 - Cross-section of a semiconductor device manufactured in accordance with the invention of the States Patent 5635423.
Фиг.2 - Траншеи пористого SiOCH, протравленные через жесткую маску (а) SiO2, (b) TiN.Figure 2 - Trenches of porous SiOCH etched through a rigid mask (a) SiO2, (b) TiN.
Фиг.3 - Схема стека пористого low-k диэлектрика с двухслойной жесткой маской SiO2/TiN.Figure 3 is a stack diagram of a porous low-k dielectric with a two-layer rigid SiO2 / TiN mask.
Фиг.4 - РЭМ поперечное сечение структуры пористого диэлектрика, протравленного через TiN жесткую маску.4 is a SEM cross-section of the structure of a porous dielectric etched through a TiN rigid mask.
Фиг.5 - Природа осадков TiFx, эффект локального маскирования.Figure 5 - The nature of the precipitation of TiFx, the effect of local masking.
Фиг.6 - Природа осадков TiFx, эффект глобального маскирования.6 - The nature of the precipitation of TiFx, the effect of global masking.
Фиг.7 - Искривление линий пористого SiOCH, протравленного через жесткую маску TiN.7 - Curvature of the lines of porous SiOCH etched through a rigid TiN mask.
Фиг.8 - Схема формирования пористого low-k диэлектрика, используя двухслойную жесткую маску W/SiO2 в соответствии с нашим предлагаемым изобретением.Fig. 8 is a diagram of the formation of a porous low-k dielectric using a two-layer rigid W / SiO2 mask in accordance with our invention.
Фиг.9 - Схема стека пористого low-k диэлектрика с двухслойной жесткой маской W/SiO2.Fig. 9 is a diagram of a stack of a porous low-k dielectric with a two-layer rigid W / SiO2 mask.
Фиг.10 - Профиль структуры W/SiO2. Исходная толщина W 55-нм. Параметры процесса: WICP=600 Вт, Wсм=80 Вт (-90 В), Р=6 мТорр, t=60 сек.Figure 10 - Profile structure of W / SiO 2 . The initial thickness of W is 55 nm. Process parameters: W ICP = 600 W, W cm = 80 W (-90 V), P = 6 mTorr, t = 60 sec.
Осуществление предлагаемого изобретенияThe implementation of the invention
Предлагаемое изобретение реализуется следующим образом (Фиг.8). Стек межсоединений включает в себя подложку 1, диэлектрический слой 2 (термический оксид, TEOS, легированный оксид и др.), металлический слой 3 (медь) и стоп-слой 4 (непроводящие материалы, пленки на основе SiC и SiCN), пористый low-k диэлектрик 5, маскирующий слой 6 (низкотемпературный оксид, TEOS,), который используется в качестве нижнего слоя двухслойной жесткой маски, маскирующий слой 7 (вольфрам) который используется в качестве верхнего слоя двухслойной жесткой маски, и слой электронорезиста 8 (Фиг.8 А).The invention is implemented as follows (Fig. 8). The interconnect stack includes
Сначала производится формирование переходного контактного окна путем формирования топологического рисунка в верхнем слое двухслойной жесткой маски 7 через электронорезистивную маску 8 методом плазмохимического травления. Затем остатки электронорезистивной маски 8 удаляются в плазме (Фиг.8 Б) в этом же реакторе.First, a transition contact window is formed by forming a topological pattern in the upper layer of a two-layer
После удаления электронорезистивной маски 8 проводится процесс плазмохимического формирования переходного контактного окна в слое пористого low-k диэлектрика 5 до стоп-слоя 4 через нижний слой 6 двухслойной жесткой маски, сформированной по топологии верхнего слоя 7 двухслойной жесткой маски (Фиг.8 В).After removal of the electron-
Так как процесс формирования топологии в жесткой маске и процесс последующего травления low-k диэлектрика осуществляются во фторсодержащих плазмах, нет необходимости разделять эти процессы по разным реакторам.Since the formation of a topology in a rigid mask and the subsequent etching of a low-k dielectric are carried out in fluorine-containing plasmas, there is no need to separate these processes into different reactors.
После формирования переходного контактного окна в слое пористого low-k диэлектрика 5 остатки верхнего слоя вольфрама 7 двухслойной жесткой маски удаляют в плазме и проводят очистку поверхности пластины методами сухой и жидкостной очистки (Фиг.8 Г).After the formation of the transition contact window in the layer of porous low-
После формирования переходного контактного окна происходит формирование траншеи межсоединения по традиционному маршруту двойного Дамасцена, для этого формируют новый стек путем осаждения планаризующего жертвенного слоя 9 (ARC, SOG), который заполняет сформированные ранее переходные контактные окна. Далее, снова осаждается верхний слой двухслойной жесткой маски 10 из вольфрама, на который наносится электронорезист 11 (Фиг.8 Д).After the transition contact window is formed, an interconnect trench is formed along the traditional double Damascene route, for this a new stack is formed by deposition of the planarizing sacrificial layer 9 (ARC, SOG), which fills the previously formed transition contact windows. Next, the upper layer of the two-layer
Формирование траншеи межсоединений происходит путем формирования топологического рисунка в верхнем слое двухслойной жесткой маски 10 через электронорезистивную маску 11 методами плазмохимического травления (Фиг.8 Е).The formation of a trench of interconnects occurs by forming a topological pattern in the upper layer of a two-layer
После формирования верхнего слоя 10 двухслойной жесткой маски по топологии траншеи проводится процесс плазмохимического травления жертвенного слоя 9 по топологии траншеи до нижнего слоя 6 двухслойной 4 жесткой маски (Фиг.8 Ж).After the formation of the
Затем проводится процесс плазмохимического формирования траншеи в пористом low-k диэлектрике 5 через нижний слой 6 двухслойной жесткой маски по топологии траншеи, сформированной в жертвенном слое 9 ранее (Фиг.8 З).Then, the process of plasma-chemical formation of the trench in the porous low-
После формирования траншеи в пористом low-k диэлектрике 5 плазмохимическими методами удаляют остатки верхнего слоя 10 двухслойной жесткой маски и жертвенный слой 9 (Фиг.8 И).After the formation of the trench in a porous low-
Далее по топологии переходного контактного окна происходит травление стоп-слоя 4 и вскрытие контакта к нижележащему металлическому слою. Затем проводится жидкостная очистка поверхности пластины (Фиг.8 К).Further, according to the topology of the transition contact window, the
Далее происходит процесс конформного осаждения барьерного слоя и металлического слоя проводника 12 (Медь) (Фиг.8 Л).Next, the process of conformal deposition of the barrier layer and the metal layer of the conductor 12 (Copper) (Fig. 8 L) takes place.
Затем методом химико-механической полировки удаляют остатки металлического слоя проводника 12 вместе с нижним слоем 6 двухслойной жесткой маски (Фиг.8 М).Then, by the method of chemical-mechanical polishing, the remnants of the metal layer of the
Так формируется один уровень разводки. Следующий уровень разводки формируется аналогичным способом, описанным выше, при этом в качестве подложки (позиция 1 Фиг.8) выступает сформированный ранее уровень разводки. Таким образом формируются многоуровневые металлические соединения.This forms one level of wiring. The next level of wiring is formed in a similar manner described above, while the previously formed level of wiring acts as a substrate (
Плазмохимическое травление приведенной многослойной структуры проводилось с использованием технологического реактора высокоплотной плазмы методом реактивно-ионного травления. В состав установки входят: вакуумная система (система откачки), включающая в себя турбомолекулярный насос, безмасляный механический насос, форвакуумную и байпасную магистрали, вакуумные клапаны и арматуру, вакуумные 1 датчики для контроля остаточного и рабочего вакуума. Плазмохимический реактор, включает в себя:Plasma-chemical etching of the reduced multilayer structure was carried out using a high-density plasma process reactor using reactive-ion etching. The installation includes: a vacuum system (pumping system), which includes a turbomolecular pump, an oil-free mechanical pump, a foreline and bypass line, vacuum valves and fittings,
- источник плазмы с индуктивным возбуждением плазмы и магнитной системой для повышения плотности плазмы и радиальной однородности ее параметров;- a plasma source with inductive excitation of the plasma and a magnetic system to increase the plasma density and radial uniformity of its parameters;
- распределитель газа, обеспечивающий однородное распределение газовых потоков и возможность их регулирования в зоне осаждения;- gas distributor, providing a uniform distribution of gas flows and the possibility of their regulation in the deposition zone;
- нагреваемый столик-держатель пластин с подачей газообразного гелия под пластину для выравнивания распределения температуры по пластине и улучшения теплового контакта последней с держателем.- a heated table-holder plates with the supply of gaseous helium under the plate to equalize the temperature distribution on the plate and improve thermal contact of the latter with the holder.
- систему регулирования газонапуска (5 каналов, каждый из которых включает в себя быстрореагирующий регулятор массового расхода газа и 2 запирающих клапана);- gas inlet control system (5 channels, each of which includes a quick-response gas mass flow controller and 2 shut-off valves);
- ВЧ-генератор с устройством согласования с индуктором возбуждения плазмы;- An RF generator with a matching device with a plasma excitation inductor;
- ВЧ-генератор с устройством согласования для подачи смещения на держатель пластины;- RF generator with matching device for applying bias to the plate holder;
- систему контроля и поддержания температуры пластины;- a system for monitoring and maintaining the temperature of the plate;
- шлюзовую камеру для индивидуальной загрузки пластин.- a lock chamber for individual loading of plates.
Скорость травления определялась потерей толщины материала в процессе травления. Профили сформированных структур были обследованы с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM).The etching rate was determined by the loss of material thickness during etching. Profiles of the formed structures were examined using scanning electron microscopy (SEM).
В процессе плазмохимического анизотропного травления вольфрамового слоя в качестве рабочих газов использовались смеси элегаза (SF6) с кислородом. Все процессы проводились в диапазоне поддержания температуры пластины 4-25°C. В качестве рабочих образцов использовались кремниевые пластины КДБ-10 с ориентацией (100), на которые были нанесены слои SiO2 (стоп-слой толщиной 50-400 нм) и слой вольфрама толщиной 25-100 нм (Фиг.9). В качестве маски использовался электронорезист ПММА-950К-А2, а также резист ТОК САР 112A3.In the process of plasma chemical anisotropic etching of the tungsten layer, mixtures of SF6 (oxygen) with oxygen were used as working gases. All processes were carried out in the range of maintaining the temperature of the plate 4-25 ° C. As working samples, KDB-10 silicon wafers with an orientation of (100) were used, onto which SiO2 layers (stop
Проведем предварительные оценки оптимальной толщины маскирующих слоев из вольфрама для формирования второго слоя из SiO2 двойной маски для травления пористых low-k диэлектриков. Для щелей шириной 50 нм аспектное отношение без учета высоты первого слоя маски становится 400 нм/50 нм=8, что сильно замедлит процесс травления в узких щелях. Оптимальными по толщине являются слои вольфрама, примерно в 10 раз более тонкие, чем толщина слоя low-k диэлектрика. Малая толщина вольфрамового покрытия позволяет использовать электронорезисты малой толщины, что в свою очередь приводит к увеличению разрешения на операции электронолитографии. Поэтому толщина слоя для масок на основе W выбирается в диапазоне от 25 нм до 100 нм.We carry out preliminary estimates of the optimal thickness of the masking layers of tungsten for the formation of a second layer of SiO2 double mask for etching porous low-k dielectrics. For slots with a width of 50 nm, the aspect ratio without taking into account the height of the first layer of the mask becomes 400 nm / 50 nm = 8, which will greatly slow down the etching process in narrow slits. Optimal thicknesses are tungsten layers, about 10 times thinner than the thickness of the low-k dielectric layer. The small thickness of the tungsten coating allows the use of small thickness electron resistors, which in turn leads to an increase in the resolution for electron lithography operations. Therefore, the layer thickness for W-based masks is selected in the range from 25 nm to 100 nm.
В свою очередь для травления слоя пористого low-k диэлектрика толщиной 400 нм через маски толщины необходимы технологические процессы, обеспечивающие высокую селективность по отношению к жесткой маске из W (с учетом фасетирования маски) не менее 15.In turn, for etching a layer of a porous low-k dielectric with a thickness of 400 nm through masks of thickness, technological processes are required that provide high selectivity with respect to the hard mask of W (taking into account the faceting of the mask) of at least 15.
Для достижения подобных значений селективности мы использовали обычно применяемые для травления окиси кремния смеси, где в качестве основного газа поставщика фторуглерод-радикалов применяются сильные полимеробразующие газы, такие как C4F8. Правильный подбор состава газовой смеси, приложенного к образцу, ВЧ-смещения и рабочей температуры образца позволяют поддерживать на поверхности вольфрама необходимую для обеспечения селективности толщину фторполимерного слоя (около 3 нм), что приводит к большому различию в скоростях травления диэлектрика и маски. Процесс травления диэлектрика проводился в том же технологическом реакторе, что и травление первого слоя жесткой маски.To achieve these selectivity values, we used mixtures commonly used for etching silica, where strong polymer-forming gases, such as C 4 F 8, are used as the main gas supplier of fluorocarbon radicals. Correct selection of the composition of the gas mixture applied to the sample, the RF bias, and the working temperature of the sample make it possible to maintain the thickness of the fluoropolymer layer (about 3 nm) necessary for ensuring selectivity on the tungsten surface, which leads to a large difference in the etching rates of the dielectric and mask. The process of etching the dielectric was carried out in the same technological reactor as the etching of the first layer of the rigid mask.
На Фиг.10 изображен профиль травления второго слоя диоксида кремния на глубину травления 240 нм через маску первого слоя W с начальной толщиной 32 нм двойной жесткой маски для формирования пористых low-k диэлектриков при минимальном размере 50 нм. Процесс демонстрирует низкую дефектность и отсутствие загрязнений на дне протравленных траншей. В данном процессе достигнута селективность травления по отношению к вольфрамовой маске не менее 15, при этом вертикальный профиль в нижней части маски говорит о сохранении возможности маскирования при продолжении процесса травления.Figure 10 shows the etching profile of the second silicon dioxide layer to an etching depth of 240 nm through the mask of the first layer W with an initial thickness of 32 nm of a double rigid mask to form porous low-k dielectrics with a minimum size of 50 nm. The process demonstrates low defectiveness and the absence of contamination at the bottom of the pickled trenches. In this process, etching selectivity with respect to the tungsten mask of at least 15 was achieved, while the vertical profile in the lower part of the mask indicates the possibility of masking while continuing the etching process.
Таким образом, использование технологии, так называемой двойной жесткой маски, позволяет формирование пористых low-k диэлектриков для технологии 45 нм и ниже. В качестве материалов для двойной жесткой маски выбраны вольфрам в качестве первого, верхнего, слоя толщиной от 25 нм до 100 нм и оксид кремния в качестве второго, нижнего, слоя, покрывающего пористый low-k диэлектрик, толщиной от 30 до 300 нм.Thus, the use of technology, the so-called double hard mask, allows the formation of porous low-k dielectrics for
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013102776/28A RU2523064C1 (en) | 2013-01-23 | 2013-01-23 | Forming of multilevel copper interconnections of micro ic with application of tungsten rigid mask |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013102776/28A RU2523064C1 (en) | 2013-01-23 | 2013-01-23 | Forming of multilevel copper interconnections of micro ic with application of tungsten rigid mask |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2523064C1 true RU2523064C1 (en) | 2014-07-20 |
RU2013102776A RU2013102776A (en) | 2014-07-27 |
Family
ID=51217592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013102776/28A RU2523064C1 (en) | 2013-01-23 | 2013-01-23 | Forming of multilevel copper interconnections of micro ic with application of tungsten rigid mask |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2523064C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2767154C1 (en) * | 2021-04-30 | 2022-03-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чеченский государственный университет" | Method of making metal interconnections |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5635423A (en) * | 1994-10-11 | 1997-06-03 | Advanced Micro Devices, Inc. | Simplified dual damascene process for multi-level metallization and interconnection structure |
US6140238A (en) * | 1997-09-03 | 2000-10-31 | National Semiconductor Corporation | Self-aligned copper interconnect structure and method of manufacturing same |
US6180523B1 (en) * | 1998-10-13 | 2001-01-30 | Industrial Technology Research Institute | Copper metallization of USLI by electroless process |
US6420258B1 (en) * | 1999-11-12 | 2002-07-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Selective growth of copper for advanced metallization |
RU2230391C2 (en) * | 2002-03-21 | 2004-06-10 | Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" | Process of manufacture of self-aligned built-in copper metallization of in tegrated circuits |
US6841466B1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-01-11 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Method of selectively making copper using plating technology |
RU2420827C1 (en) * | 2010-01-11 | 2011-06-10 | Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" | Manufacturing method of multi-level copper metallisation of vlsic |
US8293635B2 (en) * | 2008-07-15 | 2012-10-23 | Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation | Method and system for forming conductive bumping with copper interconnection |
-
2013
- 2013-01-23 RU RU2013102776/28A patent/RU2523064C1/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5635423A (en) * | 1994-10-11 | 1997-06-03 | Advanced Micro Devices, Inc. | Simplified dual damascene process for multi-level metallization and interconnection structure |
US6140238A (en) * | 1997-09-03 | 2000-10-31 | National Semiconductor Corporation | Self-aligned copper interconnect structure and method of manufacturing same |
US6180523B1 (en) * | 1998-10-13 | 2001-01-30 | Industrial Technology Research Institute | Copper metallization of USLI by electroless process |
US6420258B1 (en) * | 1999-11-12 | 2002-07-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Selective growth of copper for advanced metallization |
RU2230391C2 (en) * | 2002-03-21 | 2004-06-10 | Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" | Process of manufacture of self-aligned built-in copper metallization of in tegrated circuits |
US6841466B1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-01-11 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Method of selectively making copper using plating technology |
US8293635B2 (en) * | 2008-07-15 | 2012-10-23 | Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation | Method and system for forming conductive bumping with copper interconnection |
RU2420827C1 (en) * | 2010-01-11 | 2011-06-10 | Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" | Manufacturing method of multi-level copper metallisation of vlsic |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2767154C1 (en) * | 2021-04-30 | 2022-03-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чеченский государственный университет" | Method of making metal interconnections |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013102776A (en) | 2014-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7115517B2 (en) | Method of fabricating a dual damascene interconnect structure | |
US7618889B2 (en) | Dual damascene fabrication with low k materials | |
US7750479B2 (en) | Treatment of plasma damaged layer for critical dimension retention, pore sealing and repair | |
US7132369B2 (en) | Method of forming a low-K dual damascene interconnect structure | |
JP7314293B2 (en) | Film stacks for lithographic applications | |
KR102263321B1 (en) | Low-k dielectric and processes for forming same | |
US6168726B1 (en) | Etching an oxidized organo-silane film | |
US6844266B2 (en) | Anisotropic etching of organic-containing insulating layers | |
US20080124919A1 (en) | Cleaning processes in the formation of integrated circuit interconnect structures | |
US20060102197A1 (en) | Post-etch treatment to remove residues | |
US20010008226A1 (en) | In-situ integrated oxide etch process particularly useful for copper dual damascene | |
US6777171B2 (en) | Fluorine-containing layers for damascene structures | |
US20090142931A1 (en) | Cleaning method following opening etch | |
US20070026665A1 (en) | Method of fabricating a dual damascene interconnect structure | |
WO2000003432A1 (en) | Plasma etch process of a dielectric multilayer structure particularly useful for dual damascene | |
WO2013070570A1 (en) | Methods of removing a material layer from a substrate using water vapor treatment | |
US10453700B2 (en) | Low damage low-k dielectric etch | |
US9330964B2 (en) | Semiconductor structures and fabrication methods for improving undercut between porous film and hardmask film | |
US7572734B2 (en) | Etch depth control for dual damascene fabrication process | |
US9048268B2 (en) | Method and equipment for removing photoresist residue after dry etch | |
WO2013040751A1 (en) | Method for forming air gap interconnect structure | |
US20100043821A1 (en) | method of photoresist removal in the presence of a low-k dielectric layer | |
US20050079703A1 (en) | Method for planarizing an interconnect structure | |
Steinbruchel et al. | Copper interconnect technology | |
US7314824B2 (en) | Nitrogen-free ARC/capping layer and method of manufacturing the same |