JP5079959B2 - デュアル・ダマシンプロセス用の改良された充填物質 - Google Patents
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Description
[発明の属する技術分野]
本発明は、概して集積回路の製造におけるデュアルダマシン(DUAL DAMASCENE)プロセスの際にコンタクトおよびビアホールを形成する面を保護するのに有用な充填組成物および方法に関する。より具体的には、発明の組成物は、ポリマーバインダーを含んだある量の架橋可能な固体組成物と、該固体組成物に対する溶媒系を含む。溶媒系の沸点は、充填組成物がかなりの程度にまで架橋されることなしに、第1段階のベーキング時に溶媒系が本質的に全て蒸発されるよう、組成物の架橋温度よりも低いことが好ましい。充填組成物は、使用時、予めコンタクトおよびビアホールがパターン形成された基板に、従来の方法によって適用され、その後組成物をリフロー温度まで加熱することにより、溶媒系を蒸発させ、組成物をホール内にフローさせることにより均一なカバレージを得る。組成物は、その後硬化され、デュアルダマシンプロセスの残りの工程が通常の方法で実施される。
【0002】
[従来の技術]
ダマシンプロセス、またはプリフォームされた溝内にはめ込まれたメタル構造を形成する方法、は、通常集積回路の接続を製造する好ましい方法である。その最も単純な形態において、デュアルダマシンプロセスは、基板上に1つの絶縁層を形成し、平坦化することで開始される。絶縁層内の必要とされるメタルラインパターンおよびホールに対応する位置には、各々水平方向のトレンチおよび垂直方向のホール(すなわち、コンタクトおよびビアホール)が、絶縁層からデバイス領域へと(第1の絶縁層を通過する場合、すなわちコンタクトホール)、または絶縁層から次のメタル層(基板構造中の上部絶縁層を通過する場合、すなわちビアホール)へと下方にエッチングされる。次にメタルがデポジットされ、トレンチおよびホールが充填される。そのようにして、メタルラインと内部接続が同時に製造される。最終工程として、得られた表面は、既知のCMP法を用いて平坦化され、他のデュアルダマシン構造を容易に受けられるようにする。
【0003】
デュアルダマシンプロセス時、コンタクトおよびビアホールは、通常トレンチエッチングよりも前にエッチングが完了する。そのため、トレンチエッチング工程では、(絶縁層または誘電層が形成される)コンタクトまたはビアホールの底部(ベース)および側壁(サイドウォール)は、オーバーエッチングにさらされ、ベース層を有するコンタクトの劣化につながるおそれがある。したがって、有機物質が、ビアホールまたはコンタクトホールを完全に若しくは部分的に充填し、さらなるエッチングから底部および側壁を保護するために使用される。これらの有機充填物質は、底部無反射コーティング(BARC)としても作用し、トレンチ層のパターン構造におけるパターンの劣化およびライン幅の偏差を削減若しくは排除し、誘電層の表面に充填物質による被覆を与える。
【0004】
通常の露光波長で高い吸光度を有する充填物質が過去数年間使用されていた。しかし、これら従来技術の物質は、充填特性が限定されていた。例えば、従来技術の組成物を基板内または基板表面上に形成されたビアホールまたはコンタクトホールに適用した場合、組成物により形成された膜は、ホール直近の基板表面できわめて薄くなり、その後の露光工程の際に好ましくない光反射を導く傾向がある。また、従来技術の組成物は、誘電層よりもエッチング速度が遅く、未エッチングの充填組成物が、エッチングポリマーがデポジットした壁(wall)を与える。これらの問題は、以下により詳細に説明する。
【0005】
本技術分野において、コンタクトおよびビアホールの技術分野において、コンタクトおよびビアホールの上部に完全なカバレージを与える充填物質に対する需要が存在している。さらに、この物質は、エッチング時にビアホールおよびコンタクトホールの底部(ベース)に適切な保護を与え、バリア層の劣化およびその下にあるメタル導電体の損傷を防止する。エッチング速度が誘電材料のエッチング速度以上の物質を選択するか、ホール内の充填物質が続くトレンチエッチングの際のトレンチの底部(ベース)以上に達しないように、コンタクトまたはビアホールを充填物質で部分的に充填することにより側壁(サイドウォール)でのポリマーの蓄積を防止する。
【0006】
発明の要約
本発明は、ダマシンプロセスの際に適用することで、ダマシン構造のトレンチの底部(ベース)でのホール上端部周辺へのエッチングポリマーの蓄積を防止しつつ、完全な表面カバレージを与える充填物質または組成物を提供することで従来技術の問題を解決する。
【0007】
より詳細には、組成物(本明細書において充填物質および充填組成物は、相互に置き換え可能に使用されている)は、ポリマーバインダーまたは樹脂を含んだある量の固体組成物と、該固体組成物用の溶媒系(単一若しくは複数の溶媒)を含む。本発明の組成物は、以下の2つの要件を達成するように考案されている点で従来の組成物よりも優れている。本発明の組成物は、プレベーキング工程(すなわち第1段階のベーキング)の際に、組成物の架橋を全く生じないか、若しくは最小限に抑えつつ、コンタクト若しくはビアホール内に自由に、かつ一様に流入する。本発明の組成物は、プレベーキングの際に溶媒が実質的に全て蒸発し、最終的なベーキング工程の際に、組成物にほとんど収縮が生じない。これら2つの要件は、組成物に対して、後で詳細に述べる“プレベーキング熱安定性試験”および“被膜収縮試験”を実施することで定量化される。
【0008】
上記の要件に適合するための充填組成物の能力に影響を及ぼす多数の要因が存在する。例えば、ポリマーバインダーまたは樹脂は、好ましくは、脂肪族骨格からなり、約80,000未満、好ましくは約25,000未満、より好ましくは約2,000〜7,500、の分子量を有する。好適なポリマーバインダーは、ポリエステル類、ポリアクリレート類、ポリ複素環式化合物類、ポリエーテルケトン類、ポリヒドロキシスチレン、ポリカーボネート類、ポリエピクロロヒドリン、ポリビニルアルコール、オリゴマー樹脂(クラウンエーテル類、シクロデキストリン類、エポキシ樹脂類)およびそれらの混合物である。本発明の組成物に使用される溶媒系は、好ましくは約160℃未満、より好ましくは約140℃未満、最も好ましくは約120℃未満、の沸点を有する。溶媒系は、また約85℃超、より好ましくは約100℃超、の引火点を有する。1以上の溶媒を溶媒系で使用する場合、溶媒系の沸点または引火点は、最も沸点が高い溶媒の沸点または最も引火点が低い溶媒の引火点を適用する。溶媒系は、また特定のダマシンプロセス用に選択されたレジスト系に適合性を有することが重要である。すなわち、空気乾燥された充填組成物の膜は、選択されたレジスト溶媒系で溶液中に実質的に目視可能な未溶解留物を残すことなく30秒以内で溶解する。
【0009】
組成物中に存在する溶媒系および他の揮発性の種の濃度は、膜を架橋させる直前(すなわち、第2段階のベーキング)での膜中の溶媒系および揮発性の種の合計濃度が、充填組成物の合計質量に対する質量%で約5%未満、好ましくは約2%未満、である限りは重要ではない。ただし、この溶媒系および揮発性の種の質量%は、上記した溶媒系の沸点および引火点と組み合わさって、第2段階のベーキングの際に起こる組成物の収縮が最小限であることを保証する上で重要である。溶媒系での使用に好ましい溶媒は、アルコール類、エーテル類、グリコールエーテル類、アミド類、エステル類、ケトン類、水、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノメチルエーテル酢酸塩(PGMEA)、乳酸エチルおよびPCBTF(p−クロロベンゾトリフルオライド)を含み、特にPGMEが好ましい。
【0010】
本発明の充填組成物は、好ましくは約150〜220℃、より好ましくは約180℃で架橋する。充填組成物は、第1段階のリフローベーキングの際に組成物が不適切な架橋を起こすのを防止するため、リフローベーキングの際に組成物が加熱される温度よりも高い温度で架橋することが重要である。そのような早すぎる段階での架橋は、コンタクトまたはビアホール内に組成物が完全に、かつ均一に流入することを妨げる。組成物中のポリマーバインダーの架橋は、組成物への架橋剤の使用、または組込式の架橋成分を含んだポリマーバインダーを選択することで達成される。好ましい架橋系は、アミノ樹脂類、エポキシド類、ブロック化イソシアネート類、アクリル酸類、およびそれらの混合物のような、酸若しくは塩基触媒された系、熱触媒された系、光触媒された系を含む。
【0011】
本発明の充填組成物に使用される全ての固体成分は、約200℃未満、好ましくは約120℃未満の第1段階のリフローベーキング温度で自由に流動する液体を形成し、組成物がホールの側壁に接着することにより、急勾配の凹凸(メニスカス)を形成するのを防止する。全ての組成物は、これらのリフロー温度で少なくとも約15秒間、好ましくは30秒間化学的に安定でなければならない。化学的に安定であることにより、組成物は物理的状態のみ変化するが、(組成物の架橋のような)化学的な変化はしないことを意味する。化学的安定性は、第1段階のベーキングの前後にUV/VISまたはFTIR若しくはその両方により測定することができる。
【0012】
従来技術のエッチングポリマーの蓄積問題を解決するため、充填組成物のエッチング速度は、ベース材料または誘電材料のエッチング速度におおよそ等しい。さらに、充填組成物は、フォトレジストのエッチング速度よりも速いエッチング速度を有する。組成物のエッチング速度とフォトレジストのエッチング速度の比は、少なくとも約1.5:1、好ましくは約3:1、より好ましくは約4:1である。そのような充填物質のエッチング速度を達成する1つの方法は、ポリマーバインダーの選択である。高度に酸化またはハロゲン化させた種は、エッチング速度を上昇させる。
【0013】
組成物は、必要に応じて随意の成分を含んでいてもよい。随意の成分は、湿潤剤(フッ素系表面活性剤、イオン性表面活性剤、非イオン性表面活性剤および高分子表面活性剤等の添加剤)および染料または発色基を含む。好適な染料の例は、特定のプロセスで使用される電磁気波長を吸収するいずれかの化合物を含む。使用可能な染料の具体例は、アントラセン、ナフタレン、ベンゼン、カルコン、フタルイミド類、パモ酸、アクリジン、アゾ化合物およびジベンゾフランを含む。染料は組成物と物理的に混合して使用してもよく、またはポリマーバインダーに化学的に結合させてもよい。電子ビーム露光用の誘電化合物を使用可能である。
【0014】
充填組成物をコンタクトまたはビアホールを有する基板に適用する方法は、単に従来のいずれかの方法(スピンコーティングを含む)により、ホールを形成する基板にある量の組成物を適用することよりなる。組成物をホールに適用した後、第1段階のベーキングの際に組成物を(上記したように)リフロー温度に加熱し、組成物をコンタクトまたはホールに流入させ、所望のホールおよび基板のカバレージを達成する。所望のカバレージを達成した後、得られた充填組成物の膜を少なくとも組成物の架橋温度まで加熱して膜を硬化させる。
【0015】
部分的な充填工程において、ホール内の硬化された充填材料の高さは、ホールの深さの約35〜65%、好ましくは少なくとも約50%である。完全な充填工程において、硬化された充填物質の高さは、ホールの深さの少なくとも約95%であり、好ましくは少なくとも約100%である。硬化された充填組成物の凹凸(メニスカス)は、ホールの深さの約15%未満であり、好ましくは約10%未満である。凹凸は、従来コンテナ(すなわちビアホールまたはコンタクトホール)内の流動可能な物質の上部表面に形成される凹部または“谷”であるとみなされるが、本明細書において、凹凸は、コンテナまたはホール内の物質の頂部表面に形成される凸部または“丘”をも意図する。本明細書において使用される凹凸の高さは、コンタクトまたはビアホールの側壁(サイドウォール)に接する組成物の最高点から凹凸の凹部の最低部までの距離を、凸形状の凹凸に関して、コンタクトまたはビアホールの側壁に接する組成物の最高点から凸形状の最高点までの距離を適用する。
【0016】
コンタクトまたはビアホールの端部に隣接する基板表面の硬化された充填物質膜の厚さは、コンタクトまたはビアホールの端部からホールの直径とほぼ等距離離れた基板表面上の膜の厚さの少なくとも約40%、好ましくは約50%、より好ましくは約70%である。最後に、組成物中の固体のパーセントは、基板表面上に形成されるフィルムの厚さが約35〜250nmになるような割合である。以下の本発明の方法は、上記した所望の特性を有するデュアルダマシンプロセス用の前駆体構造を生じる。
【0017】
[好適実施態様の詳細な説明]
1.従来のプロセスおよび組成物に関する問題
図1A−1Iは、従来の有機充填材料を用いた部分ビア充填プロセスの各工程を示す。図1Aにおいて、最初のダマシン構造11は、 基板12に形成され、ゲートまたはメタル配線16のパターンが埋め込まれた誘電体材料10を含む。保護バリア層18は、誘電体材料10およびメタル配線16を被覆し、次のエッチングの間、保護する。誘電体材料20が隣接したバリア層18に形成される。次に、図1Bに示すように、フォトレジスト22が誘電体層20に適用され、誘電体層20上でのコンタクトまたはビアホールのパターンの露光および現像、続いてエッチングが行われ、コンタクトまたはビアホール24が形成される。
【0018】
図1Cに、従来技術のBARC充填材料26をホール24に適用し、材料26の硬化によって、元のホール深さの35〜65%のレベルまでホールを部分的に充填する。図1Cにおいて、注目すべき従来技術の欠点が理解できる。最初に、ホール24の頂縁28において、BARC材料26は薄く、完全に脱湿され、殆ど残らないか、またはBARC材料26がなく、図1Dに示されるように、フォトレジスト30のトレンチパターンが部分32で削り取られるトレンチパターン工程に負の影響を与える反射を防止する。
【0019】
トレンチパターン後、トレンチ34が誘電体材料20にエッチングによって形成され、削り採られたトレンチパターンによって、部分36(図1E参照)の直近トレンチラインの間で、誘電体材料の一部が浸食される。従来技術の材料に関する他の問題は、硬化した材料が急峻なメニスカス(図1C中、「M」で表されるメニスカス高さ)を形成し、BARC材料26のエッチング速度が誘電体層20のそれよりも遅いことである。この遅いエッチング速度は、急峻なメニスカスと相まって、BARC材料26からなるピーク38の形成を招き、エッチポリマー40が誘電体層20の上に堆積および成長することになる。
【0020】
次に、図1Fに示すように、フォトレジスト30とBARC材料26が構造11から除去される。しかし、通常のBARC材料の剥離用組成物はポリマー40を除去せず、ポリマー40を除去するプロセスは、誘電体層20および/または保護バリア層18を攻撃する傾向がある。したがって、ポリマー40は、一般的に構造11上に残され、ダマシンプロセスが続いて行われる。
【0021】
図1Gにおいて、バリア層18は除去され、メタルまたはゲート材料42が、ホール24およびトレンチ34(図1H)に堆積される。図1Hに示されるデュアルダマシンの電極配線工程において、通常のCMPプロセスが行われダマシン構造44が完成される。
【0022】
図1I構造44を調べると、上述の充填材料の欠点によって生じる問題が容易に理解される。例えば、浸食されたトレンチライン部36は、しばしば46の箇所でショートすることがある。また、(充填材料である)エッチポリマー40の成長は、トレンチ34とホール24の間のメタルとメタルの接触面積が、ポリマー40の存在によって減少し、高いコンタクト/ビア抵抗を招く。さらに、ポリマー40の成長は、ポリマー40周辺のメタル中の応力の増加を生じさせ、往々にして、ホール24および/またはトレンチ34の周辺のメタルの亀裂を招き、最終的に回路欠陥となる。
【0023】
図2A〜2Iは、図2A〜2Iが、図2Cに示されるコンタクトまたはビアホール24において従来技術のBARC充填材料の(例えば、95%以上の)「完全」充填を示している以外は、図1A〜1Iに示されたプロセスに非常に似通った従来技術のダマシンプロセスを示している。完全充填プロセスの使用は、図1Cにおけるホール24の頂縁28に関する上述の薄くなる問題を排除する。しかし、BARC材料26の遅いエッチング速度は、依然として、図2E〜2Iに示されるように、エッチポリマー40の成長を生じさせる。さらに、このことは、成長したポリマー周辺の高抵抗化およびメタル配線の応力を招く。
【0024】
図3A〜3Iは、「コンフォーマル」形式として知られている、ビアまたはコンタクトホール24に従来技術のBARC充填材料が適用される以外は、上述のプロセスに非常に似通ったダマシン構造を形成する従来技術のプロセスを図示する。図3Cに示すように、コンフォーマル形式への適用は、BARC材料26からなる薄膜が、誘電体層20の頂面28、ホール24の下端面50、およびホール24の底面52に渡って被覆される。コンフォーマル形式への適用時、BARC材料26は、ほぼ均一な厚さを維持し、反射特性を良好に制御して、トレンチパターンの状態へのダメージを最小にする。しかし、BARC材料26の遅いエッチング速度は、図3E〜3Iに示されるように、誘電体層20上にエッチポリマー40が成長する問題を招く。
【0025】
コンフォーマル形式における従来技術のBARC材料を用いる場合のもう一つの問題は、ホール24の底面54が、時々、エッチングプロセスの間、エッチングガスから充分に保護されないことである。図3Eに示すとおり、バリア層18はエッチングの間に破られ、それによって、導電体16が露出し攻撃される。トレンチエッチング工程またはレジスト剥離除去工程の間で使用されるエッチングガスも、図3Fに示されるように、導電体16を攻撃する。レジスト剥離除去工程は、一般に、酸素プラズマ剥離、オゾンプラズマ剥離、およびオゾン水、過酸化イオウ、過酸化水素、および希HF等の各種の湿式化学処理および水リンスをを含むいくつかの工程からなる。大部分のメタル導電体16に対して湿式化学処理は、保護バリア層18がない場合には、メタルを直接エッチングし、次のリンス工程の間にメタル腐食を生じさせる。酸素ラジカル系プラズマ剥離プロセスも、メタルの表面に安定な金属酸化物を形成し、ビアまたはコンタクトの信頼性を低下させる。このことは、ビアまたはコンタクトの高抵抗および/またはビアまたはコンタクトのデュアルダマシン電極形成後の点54(図3I)における配線の完全な故障を招く。
【0026】
2.本発明
図4A〜4I、および6A〜6Iは、本発明によって表される充填材料を用いて得られる改良されたダマシン構造を図示する。図4A〜4Iは、上述の特性を有する有機充填材料を用いる完全ビア充填プロセスを示す。図4Aにおいて、最初のダマシン構造56は、基板60に形成され、ゲートまたは(アルミニウム、銅、タングステン、または他の導電性材料で形成された)メタル配線64のパターンが埋め込まれた誘電体材料10を含む。基板60は、シリコン、GaAs、または他の半導体材料で形成され、ソースおよびドレイン領域または他の電気要素を与えるドーピング領域を有する。バリア層66は、シリコン、タンタル、および窒化チタン、ならびに酸化チタンおよび酸化タンタルで形成することができる。誘電体層68は、バリア層66の直近に設けられる。誘電体材料58および誘電体材料68は、一般に二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化フッ素、および酸化チタンを含む絶縁性材料で形成される。図4Bに示すとおり、フォトレジスト70は誘電体層68に提要され、誘電体層68上にコンタクトまたはビアホールのパターンを露光および現像後、エッチングによってコンタクトまたはビアホール72が形成される。
【0027】
図4Cにおいて、本発明のBARC充填材料74は、好ましくはスピンコート法またはスプレーコート法によって、ホール72に適用され、ホール72を実質的に完全(すなわち、ホール深さの少なくとも95%)充填する。次に、材料74は、架橋温度に加熱されて架橋される。材料74の堆積の間、材料74が適用される基板は静置させるか、または約200〜5000rpmの回転数でスピンさせてもよい。材料74は半径方向または反半径方向のいずれかに適用してもよい。また、材料74は、スプレー噴霧法によって適用してもよい。必要ならば、ビアまたはコンタクトの充填深さを改善するために、前のスピンコートの後に、第2または第3の充填組成物層を、約15〜60秒間、少なくとも約1500rpmの回転速度で形成してもよい。最後に、材料74は、基板が約3000〜7000rpmの回転速度に約1〜3秒間加速され、続いて約200〜3000rpmの回転速度に減速され、乾燥するまで回転される、スパイクスピン法を用いて基板に適用される。ビアまたはコンタクト充填組成物を1回またはそれ以上塗布し、スピン乾燥による溶媒の除去の後、材料74からなる薄膜がベークされる。
【0028】
最初のベーク工程(または最初の工程のベーク)では、揮発性副生物および溶媒系を充填組成物被膜から除去され、材料74に含有されている固形成分のリフロー温度以上に被膜を加熱する。リフロー温度に加熱すると、材料74は液状化し、重力、毛細引力、または表面張力の下、容易にビアまたはコンタクトホール72に流れ込み、所望のカバレージおよびホール充填レベルを与え、材料74から排出する捕捉空気、溶媒および揮発成分と置換される。最初のベーク温度は、約200℃以下、好ましくは約140℃以下、さらに好ましくは約120℃以下である。最初のベーク工程は、液状充填材料74が化学変化しない(例えば、材料は架橋されない)ようにするべきである。最初のベーク工程は、制限されず、接触ホットプレート、基板とホットプレート面の間にガス台を有する近接ホットプレート、基板とホットプレート面の間に近接ピンを有する近接ホットプレート、対流式オーブン、赤外線オーブン、またはハロゲン急熱オーブンのいずれの方法で行ってもよい。最初のベーク工程の液状化されている間に、材料74は、約60秒以下、好ましくは約15秒以下、さらに好ましくは約1秒以下で所望のカバレージに到達する。
【0029】
材料74が充分に流動し所望のカバレージが達成されたとき、材料74は第2工程のベークで硬化される。第2の工程ベークは、材料74の被膜を架橋させ、材料74が次のレジスト塗布およびプロセスを妨害するのを防止する。材料74が硬化すると、フォトレジスト76が適用され、露光および現像によってトレンチ78のパターンが形成され、エッチングされる。材料74は誘電体層68のエッチング速度と等しいまたは大きいエッチング速度を有するため、従来技術において一般的な層68上のエッチポリマーの成長の問題を図4E〜4Iに示されるように、排除される。
【0030】
図4Eに示すとおり、フォトレジスト76およびBARC材料74は、バリア層66にダメージを与えないで構造56から除去される。これは、例によって、プラズマエッチング、オゾン剥離、オゾン水剥離、有機溶媒剥離、過酸化イオウクリーニング、過酸化水素クリーニングまたは前述の剥離およびクリーニングプロセスのいずれかの組合せによって行われる。次に、図4Gにおいて、バリア層66が(プラズマエッチング等によって)除去され、ホール72およびトレンチ78内に、(必要ならば、適当なバリアおよびシード(seed)層とともに)メタルまたはゲート材料80が堆積される(図4H参照)。図4Hに示されるデュアルダマシン配線形成工程の後、通常のCMPプロセスが行われ、完全ダマシン構造82となる。従来技術と異なり、最後の構造82にビアまたはコンタクトホール残留物、サイドウォールのポリマー成長またはビアまたはコンタクトホールの頂部周辺の冠状物、あるいは隣接トレンチのショートを招くパターンのゆがみのいずれも形成しない。
【0031】
図5A〜5Iに示されるプロセスは、図5A〜5Iが本発明の充填材料を用いる部分充填プロセスを示す以外は、図4A〜4Iに関して上述のプロセスに類似している。図6A〜6Iは、BARCの薄膜84が、硬化された充填材料74の上にスピンコートされた後、BARC被膜の硬化を行う別の実施態様を示す。被膜84は、次のレジスト露光に用いられる電磁波波長に適応される。第2の被膜は、次のレジストパターンを、レジストパターンの劣化を招く電磁波波長の変化から保護する。また、e−線レジストパターンの劣化を生じさせる、基板内の電荷衝撃を低減させるため、e−線露光用の導電性被膜が被膜84の代わりに適用される。次に、レジスト被膜76が適用され、前記のようにパターンが形成される。
【0032】
図7〜10は、本発明による充填組成物を用いたダマシン構造と、従来技術の充填組成物を用いた構造とを比較するものである。図8において、本発明の充填組成物86によって形成され、ビアまたはコンタクトホール88に適用されたメニスカスは、ビアまたはコンタクトホール92に適用され、図7に示される従来技術の充填材料90によって形成されたメニスカスよりも勾配がより少ない。それ故、ビアまたはコンタクトホールの高さHに比較して、本発明の充填組成物はHの約15%より小さい、好ましくはHの約10%より小さいメニスカス高さMを有する。例えば、ビアホールの高さHが200nmである場合、メニスカス高さMは、約30nmより小さい、好ましくは約20nmより小さい。このメニスカス高さMは、充填組成物のエッチング速度と相まって、従来技術のポリマー成長の問題を防止し、それによって、抵抗を増加させずにコンタクトまたはビアホール内にメタル導体を与える。
【0033】
図9は、ビアまたはコンタクトホールの開口98の直近の誘電体材料96の表面94上の従来技術の被膜90の厚さを示す。図10は、ビアまたはコンタクトホールの開口106の直近の誘電体材料104の表面102上の本発明の被膜100の厚さを示す。図9および10の両図において、各被膜90、100は、ホールの直径にほぼ等しいホールの縁から少し離れて厚さ「T」を有する。また、各被膜は、ホールの縁の上の領域または隣接して厚さ「t」を有する。本発明の被膜100の厚さtは、従来技術の被膜90の厚さtよりも大きい。デュアルダマシンプロセスに本発明の充填組成物を用いた場合、tは少なくともTの約40%、好ましくは少なくともTの約50%、さらに好ましくは少なくともTの約70%となる。例えば、与えられるホールが200nmの直径を有する場合、ホールの縁から少し離れてtは少なくとも約0.4Tとなる。
【0034】
組成物の試験
どの組成物が本発明の要件に適合するかを決定するため、組成物は以下の試験に付される。
【0035】
1.プリベーク熱安定性試験
充填材料は、所期の充填レベルおよび充填プロファイルを達成するために、リフロー可能で、プリベーク工程の間に密度が高くなるべきである。これを達成するために、基板および充填材料は、被膜から放出された溶媒を除去し、被膜が流動して充填材料が架橋する前に高密度化する温度に加熱されねばならない。架橋の開始とともに、溶媒への被膜の溶解度が減少するのに伴って、被膜の粘度および流動温度は増加し、化学的結合が堅固になり、被膜の密度勾配が減少する。
【0036】
ここで、「プリベーク熱安定性試験」は、プリベーク工程の間の架橋度を測定するものであり、次のように行われる。ビア充填材料を平坦なシリコンウエハ上にスピンコートし、30秒間:その従来技術の充填材料の製造者によって推奨されている標準のプリベーク温度;または本発明の充填材料中に存在する全ての溶媒の沸点以上、のいずれかの温度で第2のプリベークがなされる。プリベークに続いて、被膜の厚さがエリプソメータを用いて測定され記録される。次に、放出される溶媒の溶液または(その試験される充填組成物に対して選択された)溶媒が5秒間ウエーハ表面に加えられ、5000rpmで30秒間スピン乾燥される。最後に、試料を100で30秒間ベークし、再び被膜の厚さを測定して放出された溶媒によって除去された充填材料のパーセントを決定する。除去された充填材料のパーセントは未架橋の充填組成物の量に相当する。本発明の充填組成物は、この試験の間に、少なくとも約70%、好ましくは少なくとも約85%、さらに好ましくは実質的に完全に除去される。
【0037】
2.最後のベーク薄膜の耐溶媒性試験
充填材料がフォトレジストに対する二次層として適切な役割を果たすために、硬化された充填材料は、特定のフォトレジストがキャストされる溶媒系に相対的に不溶性でなければならない。このことは、フォトレジストの性能を典型的に低減させる、充填材料とフォトレジストの混合を避けるために必要である。ここで、どの硬化充填材料が、好ましいレジスト溶媒系において不溶性であるかを決定するために、「最後のベーク薄膜の耐溶媒性試験」が次のように行われる。ビア充填材料が、平坦なシリコンウエーハ上にスピンコートされ、30秒間:その従来技術の充填材料の製造者によって推奨されている標準のプリベーク温度;または本発明の充填材料中に存在する全ての溶媒の沸点以上、のいずれかの温度でプリベークがなされる。次に、試料を、該材料の架橋温度以上の温度で60〜90秒間、最後のプリベークがなされる。最後のベーク後、被膜の厚さがエリプソメータを用いて測定され記録される。PGMEがウエーハの表面に5秒間適用され、5,000rpmで30秒間スピン乾燥され、100℃で30秒間第2のベークがなされる。被膜の厚さを再び測定する。最終の被膜は、少しの損失または厚さが増加したままとなるべきである。溶媒と接触後の被膜厚さは約±3%より小さい変化であるべきである。
【0038】
3.被膜収縮試験
ビアまたはコンタクトホールにおける所望の充填材料プロファイルを得るために、プリベークと最後のベークの間での充填材料被膜の収縮は最小であるべきである。ここで、「被膜収縮試験」を次のように行う。充填材料が、平坦なシリコンウエーハ上にスピンコートされ、30秒間:その従来技術の充填材料の製造者によって推奨されている標準のプリベーク温度;または本発明の充填材料中に存在する全ての溶媒の沸点以上、のいずれかの温度でプリベークがなされる。プリベーク後、被膜の厚さが(エリプソメータを用いて)測定され記録される。次に、被覆されたウエーハに、少なくとも材料の架橋温度で最後のベークが行われ、その後、被膜の厚さが測定される。パーセント収縮は以下のようにして計算される。
%収縮=[(プリベーク厚さ−最後の厚さ)/(プリベーク厚さ)]X100
本発明の充填組成物は、この試験の間、収縮が約15%より小、好ましくは収縮が約10%より小である。
【0039】
[実施例]
以下の実施例は、本発明による好適方法を説明する。しかし、これらの実施例は説明のためのものであり、本発明の全範囲を限定するものではない。
【0040】
実施例1
1.共重合体の合成
加熱用マントルを用いて、機械的撹拌棒、温度件、熱電対付き窒素導入口、および窒素排出口を有するコンデンサーを備えた、3リットルの4つ口フラスコを用いて反応を行った。室温下、次の化合物を供給した:グリシジルメタクリレート13.59g;ヒドロキシプロピルメタクリレート25.25g;2,2’−アゾビスイソブチロニトリル1.17g;およびPGME158.83g中のドデカンチオール1.17g。得られた溶液を窒素下に15分間撹拌し、酸素を除去し、続いて窒素下に70℃で24時間撹拌した。加熱および窒素を止め、反応粉号物を室温まで冷却した。
【0041】
2.母液の合成
加熱用マントルを用いて、機械的撹拌棒、温度件、熱電対付き窒素導入口、および窒素排出口を有するコンデンサーを備えた、3リットルの4つ口フラスコを用いて反応を行った。室温下、次の化合物を供給した:本実施例の1で製造した共重合体65g(PGME中20重量%);9−アントラセンカルボキシリックアシッド6.85g;ベンジルトリエチルアンモニウム クロリド0.173g;PGME27.75g。反応混合物を窒素下に24時間還流した後、加熱を止め窒素を止め、混合物を室温まで冷却した。
【0042】
実施例2
全部充填ビアまたはコンタクト充填材料の製造
実施例1の2で製造した母液を27.62重量%、サイメル(Cymel)303LF(サイテック インダストリー社(Cytech INdustries,Inc.)から入手可能な架橋剤)1.73%、PGMEA27.35%、およびPGME43.3重量%で混合して、ビアまたはコンタクト充填材料を製造した。混合物を1時間撹拌して清澄な溶液を得た後、交換樹脂650Cを7.24%(混合物の重量基準)で15時間交換した。得られた混合物を、2x0.1μm(絶対)滴定フィルターで濾過した。この材料を2枚のシリコンウエーハ上に2500rpmのスピン速度で60秒間コートし、160℃で1分間ベーキングし、さらに215℃で90秒間ベークした。得られた被膜はほぼ1560Åの厚さであった。
【0043】
この組成物を2枚のシリコンウエーハにスピンコートにより適用した。ビア充填材料を静置し、次に、20,000rpm/秒の加速から2500rpmにし、60秒間保持した。ウエーハを、接触ホットプレート方式で160℃で60秒間プリベークした。ウエーハ1は1701Åの被膜厚さ、ウエーハ2は1702Åの被膜を厚さであった。
【0044】
上記の試験項目で説明したプリベ−ク熱安定性試験をウエーハ1に行った。剥離後の被膜厚さは0Åであった。したがって、被膜はプリベーク工程で完全に溶解可能のままであり、実質的に架橋が起こらなかったことを示している。次に、ウエーハ2を215℃で90秒間接触ホットプレート形式でベークした。得られた被膜の厚さは1561Åであり、141Å減少した(8.3%の収縮)。最後に、ウエーハ2を前述の最終ベーク被膜の耐溶媒性試験に供した。剥離前の厚さは1,563Åであり、2Åまたは0.3%増加した。したがって、この組成物は、本発明の充填組成物の最小被膜要件に適合する。
【0045】
実施例3
部分充填ビアまたはコンタクト充填材料の製造
前記の実施例2で製造した材料をPGMEおよびPGMEAで希釈し、約550〜600Åの被膜を与えるビアまたはコンタクト充填材料を製造した。この充填材料を2枚のシリコンウエーハに2500rpmのスピン速度で60秒間加え、160℃で1分間ベークし、215℃で60秒間ベークして、厚さ約590Åを有する被膜を形成した。材料が適切に希釈されたことを確認した。
【0046】
希釈された充填材料を、静置後、20,000rpm/秒の加速から2500rpmにし、60秒間保持することにより、2枚のシリコンウエーハにスピンコートした。両ウエーハを、接触ホットプレート形式で160℃で60秒間プリベークした。ウエーハ1および2上の被膜の厚さは、それぞれ639Åおよび644Åであった。プリベーク熱安定性試験をウエーハ1について行った。剥離後のの被膜厚さは0Åであった。被膜はプリベーク工程で完全に溶解可能のままであり、実質的に架橋が起こらなかったことを示している。次に、ウエーハ2を215℃で60秒間接触ホットプレート形式でベークした。得られた被膜の厚さは593Åであり、7.9%の被膜収縮に相当する51Åの減少であった。最後に、ウエーハ2を最終ベーク被膜の耐溶媒性試験に供した。剥離前の厚さは587Åであり、最終ベーク後6Å(または1%)の損失であった。したがって、この組成物は、本発明の充填組成物の最小被膜要件に適合する。
【0047】
実施例4
全部充填ビアまたはコンタクト充填への応用
実施例2で製造した組成物を、シリコンウエーハ上にパターンされた深さ1μm、直径0.35μmのホールの酸化膜上に塗布した。組成物を400rpmのスピン速度を5秒間、続いて20,000rpm/秒加速し、最終的に1500rpmのスピン速度で30秒間、基板上に動的分散してコートした。次に、被膜を接触ホットプレート形式で160℃60秒間プリベークし、さらに接触ホットプレート形式で215℃で60秒間最終ベークを行った。ウエーハ断面を、ホール中の充填組成物プロファイルをSEM分析(50,000X)した(図11参照)。充填材料は完全にホールを充填され、ホールの頂縁で厚さ104nm、ホールの縁から約350nm離れた箇所で厚さ113nmであった。メニスカス高さMは約66nmであった。
【0048】
したがって、充填材料は、全部ビアまたはコンタクトホール充填組成物に求められるように、完全にホールを充填した。ホールの縁とホールの中心の間の充填レベルの差は、元のホール深さの約15%よりも小であるべきである。この場合、6.6%よりも小さい差であった。ホールの縁での充填組成物の厚さは、ホールの縁から少し離れた場所での被膜厚さの少なくとも約40%でホールの直径にほぼ等しくあるべきである。この実施例では、ホールの縁における被膜の厚さはホールの縁から1ホール直径(すなわち、350nm)離れた場所での厚さの92%であった。したがって、この組成物は使用に適合する。
【0049】
実施例5
(薄層抗反射コーティングの第2層を有する完全充填のビアホールまたはコンタクト充填物質)
薄層、工業標準の抗反射コーティング(DUV30−6ARC(登録商標)、ミズーリ州ローラのブレワーサイエンス会社から入手可能で、製造業者の仕様に従って使用した場合平面シリコン上に厚さ約600オングストロームングの膜を与える)を、ビアホールの充填物質の上に適用して実施例4の工程が繰返された。DUV30−6が、硬化したビアホール充填物質上にスピン速度400rpm で5秒間動的分配され、次に20,000rpm /秒の加速度で、仕上げスピン速度3000rpm まで加速され、そのスピン速度で30秒間維持された。
【0050】
その後、膜はコンタクトホットプレートで、100℃で30秒間プリベークされ、引続きコンタクトホットプレートで、175℃で60秒間仕上げベークされた。その後、ウエーハを、ホールの充填組成物の状況を検査するためのSEM分析(50,000倍)のために切断した(参照:図12)。充填物質は要求通り、ホールを完全に充填していた。ホールの上端の膜厚は150nmで、ホールの端から約350nm離れた位置の膜厚は150nmであった。凹凸の高さMは31nmであった。ホールの端における充填の深さとホールの中心における充填の深さとの差は元のホールの高さの3.1%であった。ホールから350nm離れた位置の膜厚は、ホールの端の厚さと同じであり、膜に対する要求の全てに合致していた。
【0051】
実施例6
(ビアホールまたはコンタクトへの部分充填の適用)
実施例3で製造された組成物が、シリコンウエーハの上にパターン化された、深さ1μm、直径0.35μmのホールを有する酸化物膜の上にコートされた。組成物が基板上にスピン速度400rpm で5秒間動的分配によりコートされ、引続き20,000rpm /秒の加速度で、仕上げスピン速度1500rpまで加速され、そのスピン速度で30秒間維持された。その後、膜はコンタクトホットプレートモードで、160℃で60秒間プリベークされ、引続きコンタクトホットプレートで、215℃で60秒間仕上げベークされた。ウエーハはホールの充填組成物の状況をSEM分析(50,000倍)のために切断された(参照:図13)。充填物質は535nmまでホールを充填し、ホールの上端の膜厚は38nmで、ホールの端から約350nm離れた位置の膜厚は59nmであった。凹凸の高さMは129nmであった。
【0052】
ビアホールまたはコンタクトの部分充填の適用では、充填物質はホールの深さの35%〜65%の間を充填すべきである。この実施例では、ホールは53%まで充填された。ホールの端とホールの中心の間の充填水準の差は12.9%であった。ホールの端における充填組成物の膜厚は、ホールから350nm離れた位置の厚さの64.4%であった。かくして、この組成物は仕様に合致した。
【0053】
実施例7
(先行技術のBARCによるビアホールまたはコンタクトへの完全充填の適用)
先行技術のBARC(DUV30−16)が、先行技術の組成物の特性を示すために用いられた。DUV30−16は、2枚のシリコンウエーハの上にスピン速度400rpm で5秒間動的分配され、引続き20,000rpm /秒に加速され、仕上げスピン速度1500rpm まで加速し、そのスピン速度で30秒間維持された。2枚のウエーハはコンタクトホットプレートモードで、100℃で30秒間プリベークされた。ウエーハ上の膜1と2の厚さは、それぞれ1710オングストロームと1758オングストロームであった。プリベークの熱安定性試験がウエーハ1について行なわれた。ポスト−ストリップの厚さは1484オングストロングであった。膜はプリベーク後は、事実上不溶性であり、かなりの架橋が起きたことを示している。
【0054】
その後、ウエーハ2はコンタクトホットプレートモードで、175℃で60秒間ベークされた。得られた膜の厚さは1605オングストロームで、減少量は153オングストロームであり、膜の収縮率は8.7%であった。その後、ウエーハ2は仕上げベーク膜の耐溶媒試験に供された。ウエーハ2のストリップ後の厚さは1610オングストロングで、仕上げベーク後の増加量が5オングストローム(すなわち収縮率−0.31%)であった。かくして、先行技術のBARCは、仕上げベークの耐溶媒試験と膜収縮試験に合格した。しかし、先行技術のBARCは、プリベーク後に溶媒によって、充填組成物の13.2%が除去されただけであり、プリベーク安定性試験に不合格であり、少なくとも約70%除去という最低要件以下であった。
【0055】
DUV30−16は、シリコンウエーハの上にパターン化された、深さ1μm、直径0.35μmのホールを有する酸化物膜の上にコートされた。組成物は基板上にスピン速度400rpm で5秒間動的分配によりコートされ、引続き20,000rpm /秒の加速度で、仕上げスピン速度1500rpm まで加速され、そのスピン速度で30秒間維持された。その後、膜はコンタクトホットプレートモードで、100℃で30秒間プリベークされ、引続きコンタクトホットプレートで、175℃で60秒間仕上げベークされた。ウエーハはホールの充填組成物の状況のSEM分析(60,000倍)のために切断された(参照:図14)。充填物質はホールを完全に充填せず、908nmの充填高さであった。ホール上端の膜厚は93nmで、ホールの端から約350nm離れた位置の膜厚は157nmであった。凹凸の高さMは220nmであった。
【0056】
かくして、充填物質はホールの深さの93%までホールを充填しただけであり、ビアホールまたはコンタクトの完全充填に要求される、少なくとも約95%よりは少なかった。また、ホールの端とホールの中心との間の充填水準の差(すなわち、凹凸の高さM)は、元のホールの深さの約15%以下であるべきである。この場合、差は22%であり、許容できる凹凸の高さMの15%より大きかった。ホールの端の充填組成物の膜厚は、ホールの直径にほぼ等しいホールの端からの距離における膜厚の少なくとも約40%であるべきである。この実施例において、ホールの端の膜厚はホールの端から一つのホールの直径分だけ離れた(すなわち、350nm)位置の厚さの59.5%であった。かくして、この組成物はこの後者の仕様に合致した。
要するに、膜は、プリベーク工程において、実質的に架橋し、完全充填への適用のための完全充填要件を達成せずに、結果として最大許容高さを超える凹凸の高さMをもたらした。
【0057】
実施例8
(先行技術のBARCのビアホールまたはコンタクトの完全充填物質への適用)
先行技術のBARC(EXP97053、ブレワーサイエンス会社から入手可能)が、先行技術の組成物の特性を示すために用いられた。EXP97053が、2枚のシリコンウエーハにスピン速度400rpm で5秒間動的分配され、引続き20,000rpm /秒の加速度で、仕上げスピン速度2500rpm まで加速され、そのスピン速度で30秒間維持された。2枚のウエーハはコンタクトホットプレートモードで、100℃で30秒間プリベークされた。ウエーハ上の膜1と2の厚さは、それぞれ2281オングストロームと2272オングストロームであった。プリベークの熱安定性試験がウエーハ1について行なわれた。ストリップ後の厚さは138オングストロームであった。かくして、膜はプリベーク後に、ほとんど溶解し、架橋が少量生じたことを示している。
【0058】
その後、ウエーハ2はコンタクトホットプレートモードで、175℃で60秒間仕上げベークされた。得られた膜の厚さは1888オングストロームで、減少量は384オングストロームであり、膜の収縮率は16.9%であった。その後、ウエーハ2は仕上げベーク膜の耐溶媒試験に供された。ウエーハ2のストリップ後の厚さは1877オングストローム、仕上げベーク後の損失は11オングストローム(すなわち収縮率0.6%)であった。かくして、先行技術のBARCは仕上げベークの耐溶媒試験とプリベーク熱安定試験に合格した。しかし、先行技術のBARCは、仕上げベーク中の膜厚が16.9%まで減少したので、膜収縮試験は不合格であった。
【0059】
EXP97053は、シリコンウエーハの上にパターン化された、深さ1μm、直径0.35μmのホールを有する酸化物膜の上にコートされた。組成物は基板上にスピン速度400rpm で5秒間動的分配によりコートされ、引続き20,000rpm /秒の加速度で、仕上げスピン速度2500rpm まで加速され、そのスピン速度で30秒間維持された。その後、膜はコンタクトホットプレートモードで、100℃で30秒間プリベークされ、引続きコンタクトホットプレートで、175℃で60秒間仕上げベークされた。ウエーハはホールの充填組成物の状況のSEM分析(50,000倍)のために切断された(参照:図15)。充填物質はホールを完全に充填せず、745nmの充填高さに過ぎなかった。ホール上端の膜厚は102nmで、ホールの端から約350nm離れた位置の膜厚は124nmであった。凹凸の高さMは412nmであった。
【0060】
充填物質はホールの深さの74.5%までホールを充填しただけであり、完全ビアまたはコンタクトホールへの充填に要求される、少なくとも約95%よりは少なかった。ホールの端とホールの中心との間の充填水準の差は41.2%であり、許容できる凹凸の高さMの15%より大きかった。
ホールの端の充填組成物の膜厚は、ホールの端からホールの直径にほぼ等しい距離(すなわち、350nm)の位置における膜厚の82.3%であった。かくして、この組成物は後者の仕様に合致した。
要するに、この膜は完全充填への適用のための完全充填要件の全てを達成できなかった。むしろ、この膜はプリベークと仕上げベークの間の収縮が大きく、大きな凹凸の高さMを生じ、ホールを完全充填することが不可能である。
【0061】
実施例9
(先行技術のBARCによるビアホールまたはコンタクトの部分充填用充填物質への適用)
先行技術のBARC(EXP97053、フィルムの厚さが約800オングストロームになるように調整された)が、先行技術の組成物の特性を示すために用いられた。EXP97053は2枚のシリコンウエーハにスピン速度400rpm で5秒間動的分配され、引続き20,000rpm /秒の加速度で、仕上げスピン速度2500rpm まで加速し、そのスピン速度で60秒間維持された。2枚のウエーハはコンタクトホットプレート様式で、100℃で30秒間プリベークされた。ウエーハ上の膜1と2の厚さはそれぞれ799オングストロームと805オングストロームであった。プリベークの熱安定性試験がウエーハ1について行なわれた。ストリップ後の厚さは345オングストロームであった。膜はプリベーク後は、部分溶解し、少量の架橋が56.8%のストリッピングで生じたことを示している。
【0062】
その後、ウエーハ2はコンタクトホットプレート様式で、175℃で60秒間仕上げベークされた。得られた膜の厚さは662オングストロームで、減少量は143オングストロームであり、膜の収縮率は17.8%であった。ウエーハ2は仕上げベークフィルムの耐溶媒試験に供された。ウエーハ2のストリップ後の厚さは657オングストローム、仕上げベーク後の損失は5オングストローム(すなわち収縮率0.7%)であった。かくして、先行技術のBARCは仕上げベークの耐溶媒試験に合格した。しかし、先行技術のBARCは仕上げベーク中の膜厚が17.8%まで減少したので、膜収縮試験は不合格であった。また先行技術のBARCは、充填組成物の56.8%だけが除去されたに過ぎず、プリベーク熱安定性試験に不合格であった。
【0063】
EXP97053はシリコンウエーハの上にパターン化された、深さ1μm、直径0.35μmのホールを有する酸化物膜の上にコートされた。組成物は基板上にスピン速度400rpm で5秒間動的分配によりコートされ、引続き20,000rpm /秒の加速度で、仕上げスピン速度2500rpm まで加速され、そのスピン速度で30秒間維持された。その後、膜はコンタクトホットプレートモードで、100℃で30秒間プリベークされ、引続きコンタクトホットプレートで、175℃で60秒間仕上げベークされた。ウエーハはホールの充填組成物の状況のSEM分析(50,000倍)のために切断された(参照:図16)。充填物質はホールの426nmまでを充填し、ホールの上端の膜厚は14nmで、ホールの端から約350nm離れた位置の膜厚は32nmであった。凹凸の高さMは257nmであった。
【0064】
部分充填への適用において、物質はホールの35%〜65%を充填すべきである。この実施例において、充填物質はホールの42.6%まで充填された。ホールの端とホールの中心との間の充填水準の差は25.7%であり、許容できる凹凸の高さのMの15%より大きい。ホールの端の充填組成物の膜厚は、ホールの直径にほぼ等しいホールの端からの距離(すなわち、350nm)における膜厚の43.8%であり、この要求に合致する。
要するに、この組成物は、意味ある架橋と、プリベークと仕上げベークの間の収縮が大きく(大きな凹凸につながる)、最低要件に合致しなかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 コンタクトまたはビアホール充填物質として、従来技術の部分的に平坦化する底部無反射コーティング(BARC)を用いた部分充填工程を表した図であり、図1Aは開始時の基板構造を表しており、図1Bは誘電層にフォトレジストを適用して、露光を行い成長させた後、コンタクトまたはビアホールをエッチングした後の図1Aの構造を表しており、図1Cは従来技術のBARCを構造に適用して硬化させた後の図1Bの構造を表しており、図1Dはフォトレジストを適用して、露光を行い成長させた後の図1Cの構造を表しており、図1Eはトレンチパターンをエッチングした後の図1Dの構造を表しており、図1Fは構造からフォトレジストおよび充填物質を除去した後の図1Eの構造を表しており、図1Gはバリア層を除去した後の図1Fの構造を表しており、図1Hはコンタクトまたはビアホール内にメタルをデポジットした後の図1Gの構造を表しており、図1Iは、図1A〜図1Hに示した工程により形成される最終的なダマシン構造を表している。
【図2】 コンタクトまたはビアホールとして従来技術の平坦化するBARCを用いた完全充填工程を表した図であり、図2Aは開始時の基板構造を表しており、図2Bは誘電層にフォトレジストを適用して、露光を行い成長させた後、コンタクトまたはビアホールをエッチングした後の図2Aの構造を表しており、図2Cは従来技術のBARCを構造に適用して硬化させた後の図2Bの構造を表しており、図2Dはフォトレジストを適用して、露光を行い成長させた後の図2Cの構造を表しており、図2Eはトレンチパターンをエッチングした後の図2Dの構造を表しており、図2Fは構造からフォトレジストおよび充填物質を除去した後の図2Eの構造を表しており、図2Gはバリア層を除去した後の図2Fの構造を表しており、図2Hはコンタクトまたはビアホール内にメタルをデポジットした後の図2Gの構造を表しており、図2Iは、図2A〜図2Hに示した工程により形成される最終的なダマシン構造を表している。
【図3】 コンタクトまたはビアホールの充填物質として従来技術のコンフォーマル型のBARCを用いた充填工程を表した図であり、図3Aは開始時の基板構造を表しており、図3Bは誘電層にフォトレジストを適用して、露光を行い成長させた後、コンタクトまたはビアホールをエッチングした後の図3Aの構造を表しており、図3Cは従来技術のコンフォーマルBARCを構造に適用して硬化させた後の図3Bの構造を表しており、図3Dはフォトレジストを適用して、露光を行い成長させた後の図3Cの構造を表しており、図3Eはトレンチパターンをエッチングした後の図3Dの構造を表しており、図3Fは構造からフォトレジストおよび充填物質を除去した後の図3Eの構造を表しており、図3Gはバリア層の残りを除去した後の図3Fの構造を表しており、図3Hはコンタクトまたはビアホール内にメタルをデポジットした後の図3Gの構造を表しており、図3Iは、図3A〜図3Hに示した工程により形成される最終的なダマシン構造を表している。
【図4】 図4は、本発明の充填物質を用いた完全充填工程を表した図であり、図4Aは開始時の基板構造を表しており、図4Bは誘電層にフォトレジストを適用して、露光を行い成長させた後、コンタクトまたはビアホールをエッチングした後の図4Aの構造を表しており、図4Cは本発明の充填物質を構造に適用して硬化させた後の図4Bの構造を表しており、図4Dはフォトレジストを適用して、露光を行い成長させた後の図4Cの構造を表しており、図4Eはトレンチパターンをエッチングした後の図4Dの構造を表しており、図4Fは構造からフォトレジストおよび充填物質を除去した後の図4Eの構造を表しており、図4Gはバリア層を除去した後の図4Fの構造を表しており、図4Hはコンタクトまたはビアホール内にメタルをデポジットした後の図4Gの構造を表しており、図4Iは、図4A〜図4Hに示した工程により形成される最終的なダマシン構造を表している。
【図5】 本発明の充填物質を用いた部分充填工程を表した図であり、図5Aは開始時の基板構造を表しており、図5Bは誘電層にフォトレジストを適用して、露光を行い、成長させた後、コンタクトまたはビアホールをエッチングした後の図5Aの構造を表しており、図5Cは本発明の充填物質を構造に適用して硬化させた後の図5Bの構造を表しており、図5Dはフォトレジストを適用して、露光を行い成長させた後の図5Cの構造を表しており、図5Eはトレンチパターンをエッチングした後の図5Dの構造を表しており、図5Fは構造からフォトレジストおよび充填物質を除去した後の図5Eの構造を表しており、図5Gはバリア層を除去した後の図5Fの構造を表しており、図5Hはコンタクトまたはビアホール内にメタルをデポジットした後の図5Gの構造を表しており、図5Iは、図5A〜図5Hに示した工程により形成される最終的なダマシン構造を表している。
【図6】 コンタクトまたはビアホールに本発明の充填物質を適用した後、コンタクトまたはビアホール上にBARC薄膜を適用する完全充填工程を表した図であり、図6Aは開始時の基板構造を表しており、図6Bは誘電層にフォトレジストを適用して、露光を行い成長させた後、コンタクトまたはビアホールをエッチングした後の図6Aの構造を表しており、図6Cは本発明の充填物質を構造に適用し、コンタクトまたはビアホールを完全に充填して、該充填物質を硬化させた後、硬化した充填物質にBARC薄膜を適用して、該薄膜を硬化させた後の図6Bの構造を表しており、図6Dはフォトレジストを適用して、露光を行い成長させた後の図6Cの構造を表しており、図6Eはトレンチパターンをエッチングした後の図6Dの構造を表しており、図6Fは構造からフォトレジストおよび充填材料を除去した後の図6Eの構造を表しており、図6Gはバリア層を除去した後の図6Fの構造を表しており、図6Hはコンタクトまたはビアホール内にメタルをデポジットした後の図6Gの構造を表しており、図6Iは、図6A〜図6Hに示した工程により形成される最終的なダマシン構造を表している。
【図7】 コンタクトまたはビアホール内に従来技術の充填組成物を用いたデュアルダマシン工程でのプレカーサー構造の凹凸の高さを表した図である。
【図8】 コンタクトまたはビアホール内に本発明の充填組成物を用いたデュアルダマシン工程でのプレカーサー構造の凹凸の高さを表した図である。
【図9】 デュアルダマシン工程のプレカーサー構造のコンタクトまたはビアホールを囲む面に従来技術の充填組成物を適用して形成した膜の厚さを表した図である。
【図10】デュアルダマシン工程のプレカーサー構造のコンタクトまたはビアホールを囲む面に本発明の充填組成物を適用して形成した膜の厚さを表した図である。
【図11】 本発明の充填物質をビアホールに適用して、硬化させた後の様子を表したSEM写真(50,000倍)である。
【図12】 本発明の充填物質をビアホールに適用して、硬化させた後、該物質の上部に無反射コーティング薄膜を適用して、該膜を硬化させた後の様子を表したSEM写真(50,000倍)である。
【図13】 ビアホールの部分充填工程における本発明の充填組成物の硬化後の様子を表したSEM写真である(50,000倍)。
【図14】 ビアホール内を従来技術のBARCで充填して、硬化させた後の様子を表したSEM写真である(60,000倍)。
【図15】 ビアホール内を従来技術の別のBARCで充填して、硬化させた後の様子を表したSEM写真である(50,000倍)。
【図16】 ビアホール内を従来技術のBARCで部分的に充填して、硬化させた後の様子を表したSEM写真である(50,000倍)。
Claims (40)
- エッチング工程においてベース材料を保護するために、ベース材料に形成されたコンタクトまたはビアホールのコーティング用充填組成物であって、
ポリマーバインダーおよび架橋剤を含むある量の固体成分と、該固体成分のための溶媒系とを含有し、
前記ポリマーバインダーが、ポリエステル類;ポリアクリレート類;ポリ複素環式化合物類;ポリエーテルケトン類;ポリヒドロキシスチレン;ポリカーボネート類;ポリエピクロロヒドリン;ポリビニルアルコール;クラウンエーテル類、シクロデキストリン類またはエポキシ樹脂類に属するオリゴマー樹脂;およびそれらの混合物;からなる群から選択され、
前記ポリマーバインダーが80,000以下の分子量であり、
前記溶媒系が、アルコール類、エーテル類、アミド類、エステル類、ケトン類およびそれらの混合物からなる群から選ばれる溶媒を含み、
プリベーク熱安定性試験における、ベース材料からの除去が少なくとも70%であり、
膜収縮試験における、収縮率が15%未満である組成物。 - 前記溶媒系の沸点が160℃以下である請求項1の組成物。
- 前記溶媒系が85℃より高い引火点を有する請求項1の組成物。
- 前記ポリマーバインダーがポリアクリレートを含む請求項1の組成物。
- 前記溶媒がプロピレングリコールモノメチルエーテルである請求項1の組成物。
- 前記架橋剤が、アミノプラスト類、エポキシド類、イソシアネート類、アクリル類およびそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項1の組成物。
- 前記ポリマーバインダーが架橋基を含む請求項1の組成物。
- 前記組成物の架橋温度が150〜220℃からである請求項1の組成物。
- 前記固体成分が、混合されたときに、200℃以下の融点を有する請求項1の組成物。
- 前記組成物と前記ベース材料は各々のエッチング速度を有し、該組成物のエッチング速度は、該ベース材料のエッチング速度とほぼ同程度である請求項1の組成物。
- 前記組成物がさらに光吸収染料を含む請求項1の組成物。
- 前記染料が前記ポリマーバインダーに結合されている請求項11の組成物。
- 前記組成物がさらに湿潤剤を含む請求項1の組成物。
- 前記湿潤剤がフッ素系界面活性剤である請求項13の組成物。
- 基板に形成され、底と側壁を有するコンタクトまたはビアホールへ、エッチング工程において基板を保護するのに有用な前記充填組成物を適用する方法において、ある量の請求項1の充填組成物を供給し、そして該組成物を該底および側壁の少なくとも一部に適用する工程からなる該方法。
- 前記組成物が架橋温度で架橋され、さらに、少なくとも一部の組成物がコンタクトまたはビアホールにフローするように該組成物を、該組成物の架橋温度より低い温度に加熱する工程を含む請求項15の方法。
- 前記加熱工程は、前記組成物を120℃より低い温度に加熱することを含む請求項16の方法。
- 前記リフロー加熱工程の後に、さらに前記組成物を少なくとも架橋温度に加熱することによって該組成物を架橋する工程を含む請求項16の方法。
- 前記ホールが深さを有し、かつコンタクトまたはビアホールの中の硬化した充填組成物の高さがホールの深さの少なくとも50%である請求項18の方法。
- 前記ホールが深さを有し、かつ硬化した充填組成物の凹凸の高さが、コンタクトまたはビアホールの深さの10%より小さい請求項18の方法。
- 前記ホールが直径と、開口部を規定する上部の環状端を有し、前記基板が該環状端に隣接する面を与え、前記適用工程が、ある量の前記組成物を該基板に接触させて、膜を形成し、該膜は、該環状端からホールの直径とほぼ同程度離れた位置の厚さTと、ホールの端に隣接する厚さtを有し、該硬化後のtがTの少なくとも40%である請求項18の方法。
- 前記適用工程が、前記組成物を基板の表面と、コンタクトまたはビアホールの底と側壁にスピンコートすることを含む請求項15の方法。
- 前記溶媒系が85℃より高い引火点を有する請求項15の方法。
- 前記ポリマーバインダーがポリアクリレートからなる請求項15の方法。
- 前記溶媒がプロピレングリコールモノメチルエーテルである請求項15の方法。
- 前記ポリマーバインダーが架橋基を含む請求項15の方法。
- 前記組成物の架橋温度が150〜220℃からである請求項15の方法。
- 前記固体成分が、混合されたときに、200℃未満の融点を有する請求項15の方法。
- 前記組成物と前記ベース材料は各々のエッチング速度を有し、該組成物のエッチング速度は、該ベース材料のエッチング速度とほぼ同程度である請求項15の方法。
- デュアル・ダマシンパターン化プロセスの途中で形成された前駆体構造であって、
誘電体物質とある量の硬化した有機充填組成物を有し、
前記誘電体物質は、その中に形成され、底壁と側壁によって規定されたホールを有し、かつ該ホールはホール深さを与え、
前記硬化した有機充填組成物は、前記ホールの中で、底壁と側壁の表面の少なくとも一部に接触し、該組成物は凹凸を形成し、該凹凸の高さMは前記ホールの深さの15%より小さく、
前記硬化した有機充填組成物は、請求項1に記載の組成物から形成される前駆体構造。 - 前記ホールが直径と開口部を規定する上部環状端を有し、前記誘電体物質は該環状端に隣接する表面を提供し、前記充填組成物の少なくとも一部が該誘電体物質表面に膜の形状で適用され、該膜は、該環状端からホールの直径とほぼ同等の距離の位置における厚さTと、ホールの端に隣接する厚さtを有し、tは少なくともTの40%である請求項30の構造。
- 前記硬化した有機充填組成物がホールの深さの少なくとも50%を充填する請求項30の構造。
- 前記硬化した有機充填組成物がホールの深さの少なくとも95%を充填する請求項32の構造。
- 前記硬化した有機充填組成物がホールの深さの少なくとも50%を充填する請求項31の構造。
- 前記硬化した有機充填組成物がホールの深さの少なくとも95%を充填する請求項34の構造。
- 前記硬化した有機充填組成物の少なくとも一部に適用された抗反射コーティングをさらに含む請求項30の構造。
- デュアル・ダマシンパターン化プロセスの途中で形成された前駆体構造であって、
誘電体物質とある量の硬化した有機充填組成物を有し、
前記誘電体物質はその中に形成されたホールを有し、該ホールは直径と、底壁と側壁で規定され、前記側壁は開口部を規定する上部環状端を有し、該誘電体物質は該環状端に隣接する表面を提供し、
前記硬化した充填組成物はホールの中、底壁と側壁の表面の少なくとも一部および誘電体物質の表面に膜の形状で接触しており、該膜は、該環状端からホールの直径とほぼ同等の距離の位置における厚さTと、ホールの端に隣接する厚さtを有し、tは少なくともTの40%であることからなり、
前記硬化した有機充填組成物は、請求項1に記載の組成物から形成される前駆体構造。 - 前記硬化した有機充填組成物がホールの深さの少なくとも50%を充填する請求項37の構造。
- 前記硬化した有機充填組成物がホールの深さの少なくとも95%を充填する請求項38の構造。
- 前記硬化した有機充填組成物の少なくとも一部に適用された反射防止層をさらに含む請求項37の構造。
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