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技術 電子チップへの接続部を製造する方法

出願人 コミサリアアエナジーアトミックエオックスエナジーズオルタネティヴ
発明者 ポッセム,ニコラスマゼル,ヤン
出願日 2017年2月3日 (4年4ヶ月経過) 出願番号 2018-541421
公開日 2019年3月7日 (2年3ヶ月経過) 公開番号 2019-506750
状態 特許登録済
技術分野 半導体または固体装置のマウント 半導体集積回路装置の内部配線
主要キーワード 炭窒化珪素 有機マスク 金属堆積物 導電性トラック SiCN層 導電性接続 電子チップ 格納段階
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年3月7日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

解決手段

本発明は、電子チップ導電性接続部(30)を製造する方法に関し、この方法は、a)絶縁層(7, 9)をウエハの一面に成膜する工程、b)絶縁層を覆う少なくとも1つの金属に基づき第1の開口部を有する層を形成する工程、c)少なくとも1つのハロゲンを含む化合物に基づくプラズマエッチングによって、第1の開口部の延長部分の絶縁層(7, 9)に第2の開口部をエッチングする工程、d)工程c)の後に得られた構造全体真空中でアニールする工程、及びe)工程d)の後、導電性接続部を第2の開口部に形成する工程を有する。

概要

背景

電子チップは、半導体ウエハの内部及び最上部に形成された電子回路を備えている。このような電子回路では、トランジスタダイオードコンデンサなどの基本素子導電性接続部によって相互に接続されている。

電子チップの製造では、基本素子をまず形成する。このような基本素子は半導体ウエハの表面に置かれた接点を有している。導電性接続部を後で形成する。このような導電性接続部は接点を介して基本素子に結合されており、電気絶縁材料によって互いに分離されている。

概要

本発明は、電子チップの導電性接続部(30)を製造する方法に関し、この方法は、a)絶縁層(7, 9)をウエハの一面に成膜する工程、b)絶縁層を覆う少なくとも1つの金属に基づき第1の開口部を有する層を形成する工程、c)少なくとも1つのハロゲンを含む化合物に基づくプラズマエッチングによって、第1の開口部の延長部分の絶縁層(7, 9)に第2の開口部をエッチングする工程、d)工程c)の後に得られた構造全体真空中でアニールする工程、及びe)工程d)の後、導電性接続部を第2の開口部に形成する工程を有する。

目的

従って、実施形態の目的は、上述した不利点の全て又は一部を克服することである

効果

実績

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請求項1

電子チップ導電性接続部(30)を製造する方法であって、a)絶縁層(7, 9)をウエハの表面に成膜する工程、b)前記絶縁層を覆う少なくとも1つの金属から構成されて第1の開口部(15)を有する層(13)を形成する工程、c)少なくとも1つのハロゲン化合物から構成されたプラズマを用いたエッチングによって、前記絶縁層(7, 9)に前記第1の開口部と一列に第2の開口部(17)をエッチングする工程、d)工程c)の後に得られた構造体によって形成された組立体酸素、又は水素及び窒素の混合物、又はメタン及び窒素の混合物に曝す工程、e)前記組立体を真空中でアニールする工程、及びf)工程e)の後、前記導電性接続部を前記第2の開口部に形成する工程を順次的に有することを特徴とする方法。

請求項2

工程d)を、1.3 Paを超える圧力で行うことを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項3

工程d)の時間は5秒より長いことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。

請求項4

工程e)で、前記組立体を100 ℃より高い温度でアニールすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。

請求項5

工程e)で、前記組立体を300 Paより低い圧力下でアニールすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。

請求項6

工程e)で、水素及び/又は不活性ガスを含むガスの存在下で前記組立体をアニールすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。

請求項7

工程e)で1分〜10分の間、前記組立体をアニールすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。

請求項8

前記ハロゲン化合物はフッ素化合物であり、少なくとも1つの金属から構成された前記層は、少なくとも50質量%のチタンを含む層であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。

請求項9

前記絶縁層(9) はSiOCH 層であり、工程e)で前記組立体を300 ℃より低い温度でアニールすることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。

請求項10

前記SiOCH 層(9) は多孔性であり、20%〜50%の範囲内の多孔度を有することを特徴とする請求項9に記載の方法。

請求項11

前記絶縁層(9) を酸化珪素から形成することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。

請求項12

工程c)、工程d)及び工程e)を同一の反応器で行うことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。

技術分野

0001

本願は、電子チップの製造に関し、特に電子チップの要素間に導電性接続部を製造する方法に関する。

背景技術

0002

電子チップは、半導体ウエハの内部及び最上部に形成された電子回路を備えている。このような電子回路では、トランジスタダイオードコンデンサなどの基本素子が導電性接続部によって相互に接続されている。

0003

電子チップの製造では、基本素子をまず形成する。このような基本素子は半導体ウエハの表面に置かれた接点を有している。導電性接続部を後で形成する。このような導電性接続部は接点を介して基本素子に結合されており、電気絶縁材料によって互いに分離されている。

発明が解決しようとする課題

0004

N. Posseme等著の「Residue growth on metallic hard mask after dielectric etching in fluorocarbon based plasmas. II. Solutions」という表題論文(J. Vac. Sci. Technol. B 29 (1),Jan/Feb 2011)には、絶縁材料によって分離された接続部を形成する方法が記載されている。この方法では、絶縁材料をマスクを介してエッチングする。この方法で使用される絶縁材料を劣化させずにマスクを除去するために、マスクは金属から構成されている。

0005

より一般的には、公知の接続部形成方法で絶縁材料をエッチングするために金属から構成されたマスクを使用する。エッチングの後、マスク及びエッチングされた領域に微粒子又は凝集体が生じる場合がある。このような凝集体は、公知の方法の信頼性を損う欠陥の原因になる。

0006

従って、絶縁材料によって分離された接続部を形成するために金属から構成されたマスクを実施し得る方法の必要性がある。

0007

従って、実施形態の目的は、上述した不利点の全て又は一部を克服することである。

0008

実施形態の目的は、エッチング工程後の凝集体の生成を制限しながら、絶縁材料をエッチングするために金属から構成されたマスクの使用を可能にして接続部を形成することである。

課題を解決するための手段

0009

従って、実施形態は、電子チップの導電性接続部を製造する方法であって、a)絶縁層ウエハの表面に成膜する工程、b)前記絶縁層を覆う少なくとも1つの金属から構成されて第1の開口部を有する層を形成する工程、c)少なくとも1つのハロゲン化合物に基づくプラズマを用いたエッチングによって、前記絶縁層に前記第1の開口部と一列に第2の開口部をエッチングする工程、d)工程c)の後に得られた構造体によって形成された組立体酸素、又は水素及び窒素の混合物、又はメタン及び窒素の混合物に曝す工程、e)前記組立体を真空中でアニールする工程、及びf)工程e)の後、前記導電性接続部を前記第2の開口部に形成する工程を順次的に有することを特徴とする方法を提供する。

0010

実施形態によれば、工程d)を、1.3 Paを超える圧力で行う。

0011

実施形態によれば、工程d)の時間は5秒より長い。

0012

実施形態によれば、工程e)で、前記組立体を100 ℃より高い温度でアニールする。

0013

実施形態によれば、工程e)で、前記組立体を300 Paより低い圧力下でアニールする。

0014

実施形態によれば、工程e)で、水素及び/又は不活性ガスを含むガスの存在下で前記組立体をアニールする。

0015

実施形態によれば、工程e)で1分〜10分の間、前記組立体をアニールする。

0016

実施形態によれば、前記ハロゲン化合物はフッ素化合物であり、少なくとも1つの金属から構成された前記層は、少なくとも50質量%のチタンを含む層である。

0017

実施形態によれば、前記絶縁層はSiOCH 層であり、工程e)で前記組立体を300 ℃より低い温度でアニールする。

0018

実施形態によれば、前記SiOCH 層は多孔性であり、20%〜50%の範囲内の多孔度を有する。

0019

実施形態によれば、前記絶縁層を酸化珪素から形成する。

0020

実施形態によれば、工程c)、工程d)及び工程e)を同一の反応器で行う。

図面の簡単な説明

0021

前述及び他の特徴及び利点を、添付図面を参照して本発明を限定するものではない特定の実施形態について以下に詳細に説明する。

0022

チップの接続部を形成する方法の工程を示す図である。
チップの接続部を形成する方法の工程を示す図である。
チップの接続部を形成する方法の工程を示す図である。
チップの接続部を形成する方法の工程を示す図である。
チップの接続部を形成する方法の工程を示す図である。
チップの接続部を形成する方法の工程を示す図である。
チップの接続部を形成する方法の工程の実施形態を示す図である。
チップの接続部を形成する方法の工程の実施形態を示す図である。

実施例

0023

同一の要素は様々な図面において同一の参照番号で示されており、更に様々な図面は正しい縮尺で示されていない。明瞭化のために、記載された実施形態の理解に有用な工程及び要素のみが示され詳述されている。特に、電子チップの回路の基本素子は示されていない。

0024

以下の記載では、「最上部」などの相対位置を表す文言について言及する場合、関係する図面における関係する要素の向きについて言及している。

0025

以下の記載では、凝集体という文言は、大きさが5nmより大きい微粒子を意味する。

0026

図1A〜1Fは、チップの導電性接続部を形成する方法の工程を示す断面略図である。実施形態によれば、得られた接続部は、低い誘電率、つまり約3より小さい比誘電率を有する絶縁体によって分離されている。このような低い比誘電率によって、隣り合う接続部により伝送される電気信号がチップの動作中に互いを妨げることを回避することが可能になる。

0027

図1Aは半導体ウエハ1 を示す。図示されていない基本素子が半導体ウエハ1 の内部及び最上部に形成されている。このような素子は、半導体ウエハ1 の表面5 のレベルに配置された接点3 を有している。2つの接点3 のみが示されている。表面5 は平坦であり、接点3 は表面5 と面一である。

0028

図1Bは複数の順次的な工程を示す。炭窒化珪素(SiCN)の絶縁層7 を表面5 に成膜する。その後、炭化及び水素化した酸化珪素(SiOCH )から形成された絶縁層9 を絶縁層7 上に形成する。絶縁層9 を酸化珪素層11で覆う。絶縁層7 、絶縁層9 及び酸化珪素層11をプラズマ蒸着法によって形成してもよい。その後、酸化珪素層11を窒化チタン(TiN )層13で覆う。

0029

図1Cでは、接点3 の上側の窒化チタン層13に開口部15をエッチングする。エッチングを、図示されていないマスク層に形成された開口部を介して行ってもよい。その後、マスク層をエッチングによって除去する。

0030

図1Dに示されている工程では、酸化珪素層11及びSiOCH 層9 に開口部15と一列に開口部17をプラズマによってエッチングする。酸化珪素層11及びSiOCH 層9 のエッチングを、以下HFC プラズマと称されるハイドロフルオロカバイドから構成されたプラズマ、例えばオクタフルオロブタンC4F8のようなフルオロカーバイドから構成されたプラズマで行ってもよい。従って、開口部15を有するTiN 層13はマスクを形成する。エッチング停止層を形成するSiCN層7 に至るまでエッチングを行う。その後、接点3 に置かれたSiCN層7 の部分をエッチングする。四フッ化炭素(CF4 )及びフルオロメタン(CH3F)のようなハイドロフルオロカーバイドから構成されたプラズマでSiCN層7 をエッチングしてもよい。

0031

図1Eでは、この方法の次の工程を行うまで組立体を格納して空気に曝した。待機時間は3時間より長くてもよい。凝集体19が、エッチングされた部分の壁及び窒化チタン層13の表面に生じる。

0032

図1Fは、この方法のその後の工程を示す。特に開口部17を充填する金属堆積物構造全体に亘って形成されている。窒化チタン層13及び酸化珪素層11並びに金属堆積物の一部は化学機械研磨によって除去されている。酸化珪素層11は研磨停止層として使用される。金属堆積物の部分21は開口部17に残存しており、接点3 に結合された接続部を形成する。SiOCH の絶縁層9 の部分によって分離された導電性接続部21が得られる。

0033

凝集体19の存在は欠陥の原因になる。特に、開口部17に存在する凝集体19は金属成膜工程を妨げ、導電性接続部21の質を変える場合がある。更に、エッチングされた部分に存在する凝集体19は、SiOCH の絶縁層9 の質を変える場合があり、チップの動作中、導電性接続部21によって伝送される信号が隣り合う導電性接続部21を通って送られる信号によって妨げられる危険性がある。更に、窒化チタン層13の表面に存在する凝集体は研磨法を妨げて、半導体ウエハの表面に欠陥25をもたらす。欠陥25の存在によってチップの動作が損なわれる場合がある。

0034

本発明者らは、フッ素化された残留物が、絶縁層7 及び絶縁層9 をHFCプラズマでエッチングする工程の後に得られた構造体の表面に存在することを実証した。本発明者らは、凝集体19が窒化チタン層13のチタンとフッ素化された残留物と空気の湿度との相互作用で生じることを更に実証した。例えば、本発明者らは、C4F8から構成されたプラズマに少なくとも60秒、その後空気に2分より長い時間、連続的に曝されたTiN 層の表面に凝集体が生じることを観察した。

0035

凝集体の形成を制限するために、図1Dに示されたエッチング工程の後であって、図1Eに関連して記載された待機工程の前に加工工程を行ってもよい。加工工程は、酸素、又は水素及び窒素の混合物、又はメタン及び窒素の混合物に組立体を曝す段階であってもよく、周囲空気に曝す前に加工工程を行ってもよい。加工工程は更に、組立体に乾燥空気を数十分間通す段階であってもよい。しかしながら、このような加工工程によって、凝集体の数を十分減らすことはできない。

0036

従って、図1A〜1Fに関連して記載された方法は信頼できない。

0037

図2A及び2Bは、チップの接続部を製造する方法の実施形態の工程を示す。

0038

図2Aに示された工程に先行する工程は、図1A〜1Dに示された工程と同様であり、すなわち、
a) SiCN、SiOCH 及び酸化珪素から夫々形成された絶縁層7, 9, 11を、ウエハ1 の表面と面一に接点3 を有するウエハ1 の前記表面に順次的に成膜し、その後、TiN 層13を成膜し、
b) TiN 層13に開口部をエッチングし、
c) 絶縁層7, 9, 11をHFCプラズマでエッチングする。

0039

例として、絶縁層7 の厚さは5nm〜30nmの範囲内である。絶縁層9 の厚さは30nm〜200 nmの範囲内であってもよい。酸化珪素層11の厚さは10nm〜50nmの範囲内であってもよい。実施例によれば、TiN 層13の厚さは5nm〜50nmの範囲内である。

0040

図2Aに示された工程では、工程c)の後に得られた構造全体を、300 Pa(約2mmHg)未満の圧力下の真空でアニールする。アニール中に存在する残留ガスは水素、又は窒素、ヘリウム若しくはアルゴンなどの不活性ガスであってもよい。アニールを100 ℃より高い温度で行う。アニール温度は、SiOCH の絶縁層9 の損傷を回避するために300 ℃未満である。アニール時間は1分〜10分の範囲内であってもよい。

0041

その後、待機段階及び格納段階中に組立体を周囲空気に曝す。本発明者らは、18時間に達してもよい空気に曝す段階の後に凝集体が形成されないことを観察した。壁に存在するフッ素化された残留物はアニールによって部分的に除去されているように見える。

0042

変形例では、エッチング工程c)の後であって、図2Aに示されたアニール工程の前に追加の加工工程を行う。この加工工程では、1.3 Pa(約10 mTorr)より高く、好ましくは1.3 Pa〜6.7 Paの範囲内(約10 mTorrと約50 mTorrとの間)の圧力下で、5秒より長い時間、好ましくは5秒〜30秒の範囲内で、工程c)の後に得られた構造全体を酸素、又は水素及び窒素の混合物、又はメタン及び窒素の混合物に曝す。フッ素化された残留物を除去することができる他のガスを使用してもよく、例えば、炭素を含有するガス又はフッ素化された残留物を酸化若しくは還元によって除去することができるガスを使用してもよい。

0043

図2Bに示されている工程では、開口部17に銅又はタングステンなどの導体を充填し、図1Fに関連して記載された工程と同様に表面を研磨する。

0044

接点3 に結合されてSiOCH の絶縁層9 の部分によって分離された導電性接続部30が得られる。その後の工程で、絶縁層9 上に配置されて導電性接続部30を結合する導電性トラックを形成してもよい。

0045

チップの動作中、電子信号が導電性トラックによって導電性接続部30に伝送される。SiOCH の比誘電率は3未満であり得る。そのため、導電性接続部30によって伝送される信号が、隣り合う接続部によって伝送される信号によって妨げられない。変形例では、絶縁層のSiOCH は多孔性であるため、非多孔性のSiOCH の誘電率より小さい誘電率を有する。多孔性のSiOCH から形成された絶縁層は、20%〜50%の範囲内の多孔度を有してもよい。

0046

特定の実施形態が述べられている。様々な変更及び調整が当業者想起される。特に、記載された実施形態では絶縁体をHCFプラズマによってエッチングしているが、あらゆるタイプのハロゲン化合物、例えばクロロフルオロカーバイド又はハイドロクロロカーバイドなどのハロゲノアルカンから構成されたプラズマによって絶縁体をエッチングしてもよい。

0047

更に、記載された実施形態では絶縁層9 がSiOCH から形成されているが、絶縁層9 は、ハロゲン化合物から構成されたプラズマによってエッチングされ得るあらゆる他の材料から形成されてもよい。例として、絶縁層9 は酸化珪素から形成されている。

0048

更に、図2Aに関連して記載されたアニール工程中に使用される温度はSiOCH の絶縁層9 の損傷を避けるために300 ℃より低いが、この温度は使用される材料に適合するより高い値を有してもよい。

0049

更に、エッチング停止層7 が実施形態ではSiCNから形成されているが、この層は使用されるプラズマに適合したあらゆる他の材料から形成されてもよい。例として、酸化珪素から形成された絶縁体をエッチングするためにプラズマを使用する場合、エッチング停止層は窒化珪素から形成されてもよい。

0050

更に、特定の研磨停止層が記載されているが、この層は省略されてもよく、又はあらゆる他の適合した層と取り替えられてもよい。

0051

更に、既に記載された実施形態ではTiN のマスクが使用されているが、マスクは、少なくとも1つの金属から構成されたあらゆるマスク、つまり、50質量%を超える割合の金属を含んでいるあらゆるマスクであってもよく、特にハロゲン化プラズマ、その後に空気に順次的に曝した後に凝集体を生成する少なくとも1つの金属から構成されたあらゆるマスクであってもよい。例として、マスクは窒化タンタル酸化アルミニウム又は酸化ハフニウムから形成されてもよく、或いはマスクは金属製であってもよく、例えばチタン又はタンタルから形成されてもよい。

0052

更に、特定の工程が少なくとも1つの金属から構成されたマスクを形成するために記載されているが、これらの工程は、絶縁層を覆う少なくとも1つの金属から構成されて開口部を有する層を形成することができるあらゆる他の方法と置き換えられてもよい。

0053

更に、記載された実施形態では少なくとも1つの金属から構成された単一のマスクが使用されているが、少なくとも1つの金属から構成されたマスクを、例えば有機材料のマスクと組み合わせてもよい。例として、TiN 層13に開口部をエッチングする図1Cに関連して記載された工程の後に得られた構造全体に亘って、有機材料から形成されたマスク層を成膜してもよい。その後、このマスク層をエッチングして有機マスクを得る。金属から構成されたマスクと組み合わされた有機マスクによって、接続部及びこれらの接続部を結合するトラックの選択された構成を形成することができる。

0054

更に、開示した実施形態では、図2Bに示された工程の後、導電性接続部30を結合するトラックを形成する。変形例では、図2Aに示された工程の前に、
− トラックの構成に応じて窒化チタン層13に開口部をエッチングする工程、及び
− これらの開口部から酸化珪素層11をエッチングして、その後、絶縁層9 の厚さの一部をエッチングする工程
を追加することにより、導電性接続部30を結合するトラックを形成してもよい。ここでエッチングをHFCプラズマによって行ってもよい。その後、図2Bに示されている工程中にトラックを接続部と同時的に形成してもよい。

0055

本特許出願は、参照によって本明細書に組み込まれる仏国特許出願第16/50994 号明細書の優先権を主張している。

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