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JP2022509816A - How to pattern a metal layer - Google Patents

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Abstract

Figure 2022509816000001

本開示は、デバイスの相互接続構造を製造するためのプロセスの一部として、デバイス(例えば、半導体デバイス)の金属層をパターニングして、相互接続層に特徴を形成するための方法を提供する。本開示の方法は、選択性が改善された、モリブデン層をパターニングするためのプロセスについて説明する。例えば、本開示は、他のデバイス構造又は材料を損傷することなく、アニーリング又はエッチングすることによって、モリブデン層の領域を修飾し、除去するための方法を提供する。
【選択図】図1

Figure 2022509816000001

The present disclosure provides a method for patterning a metal layer of a device (eg, a semiconductor device) to form features in the interconnect layer as part of a process for manufacturing the interconnect structure of the device. The methods of the present disclosure describe a process for patterning a molybdenum layer with improved selectivity. For example, the present disclosure provides a method for modifying and removing regions of a molybdenum layer by annealing or etching without damaging other device structures or materials.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

本開示の実施形態は、半導体デバイス構造を形成する方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、基板上に金属層をパターニングする方法に関する。 Embodiments of the present disclosure relate to methods of forming semiconductor device structures. More specifically, embodiments of the present disclosure relate to a method of patterning a metal layer on a substrate.

集積回路は、単一チップ上に数百万個ものトランジスタ、コンデンサ、及び抵抗を含むことができる複雑なデバイスへと進化を遂げている。チップ設計の進化は、結果的により高い回路密度をもたらし、チップの処理能力及び速度を向上させてきた。より高い回路密度を伴う、より速い処理能力に対する要求は、そのような集積回路を製造するために用いられる材料についても、対応する要求を課す。特に、集積回路部品の寸法が10nm未満のスケールに縮小されるにつれて、そのような部品から適切な電気的性能を得るために、低抵抗率の導電性材料、並びに低誘電率の絶縁材料が用いられている。 Integrated circuits have evolved into complex devices that can contain millions of transistors, capacitors, and resistors on a single chip. Evolutions in chip design have resulted in higher circuit densities, improving chip processing power and speed. The demand for faster processing power with higher circuit densities also imposes corresponding demands on the materials used to make such integrated circuits. In particular, as the dimensions of integrated circuit components are reduced to scales of less than 10 nm, low resistivity conductive materials, as well as low dielectric constant insulating materials, are used to obtain adequate electrical performance from such components. Has been done.

相互接続は、集積回路のさまざまな電子部品間の電気接続を提供し、これらの要素と、集積回路を他の回路に接続するためのデバイスの外部接触要素(例えば、ピン)との間の接続を形成する。従来、銅は、相互接続層にとって最適な材料であった。しかしながら、10nm未満のスケールでは、従来の銅の相互接続は導電率の低下を示し、銅は高度なノードにとって望ましくない材料となる。最近、相互接続材料としての銅の欠点を克服するために、代替となる材料が求められている。そのような材料の1つがモリブデンである。モリブデンの相互接続は、10nm未満のスケールでも望ましい電気的特性を示す。しかし、モリブデンは高硬度の金属であることから、モリブデン相互接続層は、半導体デバイスの製造中のパターニングが依然として困難である。 Interconnects provide electrical connections between the various electronic components of an integrated circuit, and the connections between these elements and the external contact elements (eg, pins) of the device for connecting the integrated circuit to other circuits. To form. Traditionally, copper has been the best material for interconnect layers. However, at scales below 10 nm, conventional copper interconnects show reduced conductivity, making copper an undesired material for advanced nodes. Recently, alternative materials have been sought to overcome the shortcomings of copper as an interconnect material. One such material is molybdenum. Molybdenum interconnects exhibit desirable electrical properties even on a scale of less than 10 nm. However, since molybdenum is a high-hardness metal, the molybdenum interconnect layer is still difficult to pattern during the manufacture of semiconductor devices.

したがって、モリブデン層をパターニングするための改善された方法が、当技術分野で必要とされている。 Therefore, an improved method for patterning a molybdenum layer is needed in the art.

一実施形態では、モリブデン相互接続層をパターニングする方法が提供される。該方法は、基板上にモリブデン層を形成することを含む。次に、マスキング層がモリブデン層の上に形成され、パターニングされて、モリブデン層の領域を周囲に露出する。モリブデンの露出された領域は、酸素で修飾されて、モリブデン相互接続層の酸化モリブデン部分を形成する。修飾後、モリブデン相互接続層の酸化モリブデン部分は、エッチングプロセスによって基板から除去される。 In one embodiment, a method of patterning a molybdenum interconnect layer is provided. The method comprises forming a molybdenum layer on the substrate. Next, a masking layer is formed on top of the molybdenum layer and patterned to expose the area of the molybdenum layer to the periphery. The exposed area of molybdenum is modified with oxygen to form the molybdenum oxide moiety of the molybdenum interconnect layer. After modification, the molybdenum oxide portion of the molybdenum interconnection layer is removed from the substrate by an etching process.

一実施形態では、パターニングされた基板上に金属相互接続層を形成する方法が提供される。該方法は、パターニングされた基板上にモリブデン層を形成することを含む。マスキング層がモリブデン層上に形成され、該マスキング層は、モリブデン層の望ましくない領域を周囲に露出するようにパターニングされる。次に、パターニングされた基板を中性粒子ビームに曝露して、モリブデン層の望ましくない領域を除去する。 In one embodiment, a method of forming a metal interconnect layer on a patterned substrate is provided. The method comprises forming a molybdenum layer on a patterned substrate. A masking layer is formed on the molybdenum layer, and the masking layer is patterned so as to expose undesired areas of the molybdenum layer to the periphery. The patterned substrate is then exposed to a neutral beam to remove unwanted regions of the molybdenum layer.

一実施形態では、基板上に金属相互接続層をパターニングする方法が提供される。該方法は、基板上にモリブデン相互接続層を形成することを含む。マスクがモリブデン層上に形成され、パターニングされて、モリブデン相互接続層の領域を露出する。次に、基板を基板処理チャンバの基板処理領域に配置し、約20バールから約55バールの範囲内の分圧及び約250℃から約550℃の範囲内の温度で気相HOに曝露して、後でモリブデン相互接続の露出領域を除去する。 In one embodiment, a method of patterning a metal interconnect layer on a substrate is provided. The method comprises forming a molybdenum interconnect layer on the substrate. A mask is formed on the molybdenum layer and patterned to expose the area of the molybdenum interconnect layer. The substrate is then placed in the substrate processing area of the substrate processing chamber and exposed to gas phase H2O at a partial pressure in the range of about 20 bar to about 55 bar and a temperature in the range of about 250 ° C to about 550 ° C. And later remove the exposed area of the molybdenum interconnect.

本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、その一部が添付の図面に示されている実施形態を参照することにより、上に簡単に要約されている本開示のより詳細な説明を得ることができる。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているにすぎず、したがって、その範囲を限定するとみなすべきではなく、他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。 To help you understand the above features of the present disclosure in detail, a more detailed description of the present disclosure briefly summarized above is provided by reference to embodiments, some of which are shown in the accompanying drawings. Obtainable. However, it should be noted that the accompanying drawings show only exemplary embodiments and therefore should not be considered limiting their scope and other equally valid embodiments may be acceptable.

本開示の一実施形態による、半導体デバイスなどのデバイスのモリブデン相互接続層をパターニングする方法のフロー図A flow diagram of a method for patterning a molybdenum interconnection layer of a device such as a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、基板上の1つ以上の層の一部が除去される前のモリブデン層を含む半導体デバイスの一部の概略的な断面図Schematic cross-sectional view of a portion of a semiconductor device comprising a molybdenum layer prior to removal of a portion of one or more layers on the substrate according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、基板上の1つ以上の層の一部が修飾された後のモリブデン層を含む半導体デバイスの一部の概略的な断面図Schematic cross-sectional view of a portion of a semiconductor device comprising a molybdenum layer after a portion of one or more layers on a substrate has been modified according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、基板上の1つ以上の層の一部が修飾された後のモリブデン層を含む半導体デバイスの一部の概略的な断面図Schematic cross-sectional view of a portion of a semiconductor device comprising a molybdenum layer after a portion of one or more layers on a substrate has been modified according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、基板上の1つ以上の層の一部が除去された後のモリブデン層を含む半導体デバイスの一部の概略的な断面図Schematic cross-sectional view of a portion of a semiconductor device comprising a molybdenum layer after a portion of one or more layers on a substrate has been removed according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、半導体デバイスなどのデバイスのモリブデン相互接続層をパターニングする方法のフロー図A flow diagram of a method for patterning a molybdenum interconnection layer of a device such as a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、基板上の1つ以上の層の一部が除去される前のモリブデン層を含む半導体デバイスの一部の概略的な断面図Schematic cross-sectional view of a portion of a semiconductor device comprising a molybdenum layer prior to removal of a portion of one or more layers on the substrate according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、基板上の1つ以上の層の一部が除去された後のモリブデン層を含む半導体デバイスの一部の概略的な断面図Schematic cross-sectional view of a portion of a semiconductor device comprising a molybdenum layer after a portion of one or more layers on a substrate has been removed according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、基板上の1つ以上の層のさらなる部分が除去された後のモリブデン層を含む半導体デバイスの一部の概略的な断面図Schematic cross-sectional view of a portion of a semiconductor device comprising a molybdenum layer after removal of additional portions of one or more layers on the substrate according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、半導体デバイスなどのデバイスのモリブデン相互接続層をパターニングする方法のフロー図A flow diagram of a method for patterning a molybdenum interconnection layer of a device such as a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure.

理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記載がなくとも、他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図されている。 For ease of understanding, where possible, the same reference numbers are used to indicate the same elements that are common to the drawings. It is contemplated that the elements and features of one embodiment can be beneficially incorporated into other embodiments without further description.

本開示は、デバイスの相互接続構造を製造するためのプロセスの一部として、デバイス(例えば、半導体デバイス)の金属層をパターニングして、相互接続層に特徴を形成するための方法を提供する。本開示の方法は、選択性が改善された、モリブデン層をパターニングするためのプロセスについて説明する。例えば、本開示は、他のデバイス構造又は材料を損傷することなく、アニーリング又はエッチングすることによって、モリブデン層の領域を修飾し、除去するための方法を提供する。 The present disclosure provides a method for patterning a metal layer of a device (eg, a semiconductor device) to form features in the interconnect layer as part of a process for manufacturing the interconnect structure of the device. The methods of the present disclosure describe a process for patterning a molybdenum layer with improved selectivity. For example, the present disclosure provides a method for modifying and removing regions of a molybdenum layer by annealing or etching without damaging other device structures or materials.

図1は、一実施形態による、半導体デバイスなどのデバイスのモリブデン層をパターニングする方法100のフロー図である。幾つかの実施形態では、モリブデン層は、基板表面に直接配置することができる。幾つかの実施形態では、モリブデン層は、バリア金属層などの別の金属層上に配置することができる。他の実施形態では、モリブデン層は、二酸化ケイ素層などの誘電体層上に配置することができる。モリブデン層のパターニングは、デバイスの相互接続構造を製造するために使用することができる。パターニングする方法100は、プラズマ処理チャンバ又は他の適切な処理チャンバなどの処理チャンバ内で行うことができる。以下に、方法100のさまざまな段階におけるモリブデン層を含むデバイスを示している図2A~2Cに示される図と併せて、図1の方法100を説明する。さらには、方法100は、相互接続構造を形成するために利用されるモリブデン層に関して以下に説明されるが、該方法100はまた、他の金属含有層と共に、他の半導体デバイス製造用途において有利に使用することもできる。 FIG. 1 is a flow chart of a method 100 for patterning a molybdenum layer of a device such as a semiconductor device according to one embodiment. In some embodiments, the molybdenum layer can be placed directly on the substrate surface. In some embodiments, the molybdenum layer can be placed on another metal layer, such as a barrier metal layer. In another embodiment, the molybdenum layer can be placed on a dielectric layer such as a silicon dioxide layer. Molybdenum layer patterning can be used to make interconnected structures for devices. The patterning method 100 can be performed in a processing chamber such as a plasma processing chamber or other suitable processing chamber. Hereinafter, the method 100 of FIG. 1 will be described together with the figures shown in FIGS. 2A to 2C showing devices containing a molybdenum layer at various stages of the method 100. Further, Method 100 is described below with respect to the molybdenum layer utilized to form the interconnect structure, which method 100, along with other metal-containing layers, is also advantageous in other semiconductor device manufacturing applications. It can also be used.

動作102では、モリブデン層202を含む半導体デバイス200(図2A参照)が、例えばエッチング処理チャンバなどのプラズマ処理チャンバ(図示せず)内に位置づけられる。半導体デバイス200は、製造工程にある、又は製造のさまざまな段階にある1つ以上の半導体デバイスを含むことができる。図2Aは、一実施形態による、基板201上に配置された1つ以上の層の一部が除去される前のモリブデン層202を含む半導体デバイス200の一部の概略的な断面図である。図2Aの図は、モリブデン層202の一部を修飾するために初期のパターニングプロセス(例えば、酸化プロセス)が行われる前の半導体デバイス200を示している。 In operation 102, the semiconductor device 200 (see FIG. 2A) containing the molybdenum layer 202 is positioned in a plasma processing chamber (not shown), such as an etching processing chamber. The semiconductor device 200 can include one or more semiconductor devices that are in the manufacturing process or at various stages of manufacturing. FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of a portion of the semiconductor device 200 comprising the molybdenum layer 202 before the portion of the one or more layers disposed on the substrate 201 is removed according to one embodiment. The figure of FIG. 2A shows a semiconductor device 200 before an initial patterning process (eg, an oxidation process) is performed to modify a portion of the molybdenum layer 202.

半導体デバイス200は、基板201を含む。基板201は、とりわけ、シリコン、結晶シリコン、酸化ケイ素、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、シリコンオンインシュレータ(SOI)、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、又はサファイアなどの適切な材料から形成することができる。幾つかの実施形態では、基板201は、200mm、300mm、450mm、又は他の直径の円形基板である。他の実施形態では、基板201は、長方形の基板又は正方形の基板である。SOIが基板201に用いられる実施形態では、該基板201は、シリコン結晶基板上に配置された埋め込み誘電体層をさらに含みうる。 The semiconductor device 200 includes a substrate 201. The substrate 201 is, among other things, silicon, crystalline silicon, silicon oxide, strained silicon, silicon germanium, doped or undoped polysilicon, silicon on-insulator (SOI), carbon-doped silicon oxide, silicon nitride, doped. It can be formed from suitable materials such as silicon, germanium, gallium arsenide, glass, or sapphire. In some embodiments, the substrate 201 is a circular substrate of 200 mm, 300 mm, 450 mm, or other diameter. In another embodiment, the substrate 201 is a rectangular substrate or a square substrate. In embodiments where SOI is used for substrate 201, the substrate 201 may further include an embedded dielectric layer disposed on a silicon crystal substrate.

モリブデン層202は基板201上に配置される。一実施形態では、モリブデン層202は、基板201上に直接、かつ基板201と接触して配置される。他の実施形態では、モリブデン層202は、誘電体層などの中間層(図示せず)上に配置することができる。これらの実施形態では、中間層は、基板201上に直接、かつ基板201と接触して配置され、モリブデン層202は中間層上に配置される。モリブデン層202は、集積回路の複数の要素又はデバイスを接続するための相互接続層として用いられる。 The molybdenum layer 202 is arranged on the substrate 201. In one embodiment, the molybdenum layer 202 is arranged directly on the substrate 201 and in contact with the substrate 201. In another embodiment, the molybdenum layer 202 can be placed on an intermediate layer (not shown) such as a dielectric layer. In these embodiments, the intermediate layer is arranged directly on the substrate 201 and in contact with the substrate 201, and the molybdenum layer 202 is arranged on the intermediate layer. The molybdenum layer 202 is used as an interconnect layer for connecting a plurality of elements or devices of an integrated circuit.

半導体デバイス200は、製造の1つ以上の段階中に、マスキング層203をさらに含む。マスキング層203は、モリブデン層202上に直接、又は誘電体層などの中間層(図示せず)上に形成することができる。幾つかの実施形態では、マスキング層は、ウェットエッチング溶液と反応しない材料で形成される。幾つかの実施形態では、マスキング層は低硬度材料で形成される。他の実施形態では、マスキング層203は、カーボンハードマスクなどのハードマスクである。カーボンハードマスクの代替として、又はカーボンハードマスクに加えて、マスキング層203は、他の高硬度材料で形成することができる。高硬度材料の例には、炭化タングステン(WC)、ホウ化炭化タングステン(tungsten boron carbide)(WBC)、窒化タングステン(WN)、ホウ化ケイ素(SiB)、炭化ホウ素(BC)、アモルファスカーボン、窒化ホウ素(BN)、炭化窒化ホウ素(BCN)、又は別の同様の材料が含まれるが、これらに限定されない。上述のマスキング層203の材料には、化合物(例えば、タングステンと炭素の等量化合物、化学量論的化合物など)、又はドープされた材料(例えば、少量の炭素を含むタングステン層)が含まれうる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、マスキング層203は、ナフトキノンジアジド(NQD)又は他の適切な光反応性材料などの感光性材料でできたフォトレジストである。他の実施形態では、 The semiconductor device 200 further includes a masking layer 203 during one or more stages of manufacture. The masking layer 203 can be formed directly on the molybdenum layer 202 or on an intermediate layer (not shown) such as a dielectric layer. In some embodiments, the masking layer is formed of a material that does not react with the wet etching solution. In some embodiments, the masking layer is made of a low hardness material. In another embodiment, the masking layer 203 is a hard mask such as a carbon hard mask. As an alternative to the carbon hard mask, or in addition to the carbon hard mask, the masking layer 203 can be formed of other high hardness materials. Examples of high hardness materials include Tungsten Carbide (WC), tungsten boron carbide (WBC), Tungsten Nitride (WN), Silicon Boron (SiB x ), Boron Carbide (BC), Amorphous Carbon, Includes, but is not limited to, boron nitride (BN), boron carbide (BCN), or other similar materials. The material of the masking layer 203 described above may include a compound (eg, an equal amount compound of tungsten and carbon, a stoichiometric compound, etc.) or a doped material (eg, a tungsten layer containing a small amount of carbon). .. In some embodiments that can be combined with other embodiments described herein, the masking layer 203 is made of a photosensitive material such as naphthoquinone diazide (NQD) or other suitable photoreactive material. It is a photoresist. In other embodiments,

幾つかの実施形態では、基板201は熱酸化された基板である。熱酸化された基板を含む実施形態では、モリブデン層202は、基板201上に直接形成することができる。熱酸化された基板は、モリブデン層202に接触する表面に酸素を含む。以下に説明するようにモリブデン層202の一部を除去して熱酸化された基板を露出させると、熱酸化された基板からの酸素を使用して、半導体デバイス200の露出した表面上にパッシベーション層(図示せず)が形成される。パッシベーション層は、エッチングプロセスがモリブデン層202を打ち破る際に、さらなるエッチングを停止するか、又は実質的に低減する。例えば、熱酸化された基板からの酸素は、モリブデン層202をエッチングするために用いられるシリコン含有ガスからのシリコン原子と結合して、半導体デバイス200の露出された部分上に酸化ケイ素のパッシベーション層を形成し、エッチングプロセスを停止することができる。パッシベーション層は、本明細書では、一部には、熱酸化された基板からの酸素によって形成されると説明されているが、酸素は、モリブデン層202の下に直接ある、酸素を含む層に由来してもよい。 In some embodiments, the substrate 201 is a thermally oxidized substrate. In embodiments that include a thermally oxidized substrate, the molybdenum layer 202 can be formed directly on the substrate 201. The thermally oxidized substrate contains oxygen on the surface in contact with the molybdenum layer 202. When a portion of the molybdenum layer 202 is removed to expose the thermally oxidized substrate as described below, oxygen from the thermally oxidized substrate is used to provide a passivation layer on the exposed surface of the semiconductor device 200. (Not shown) is formed. The passivation layer either stops or substantially reduces further etching as the etching process breaks through the molybdenum layer 202. For example, oxygen from the thermally oxidized substrate combines with silicon atoms from the silicon-containing gas used to etch the molybdenum layer 202 to form a silicon oxide passivation layer on the exposed portion of the semiconductor device 200. It can be formed and the etching process can be stopped. The passivation layer is described herein in part by oxygen from a thermally oxidized substrate, but the oxygen is in the oxygen-containing layer directly beneath the molybdenum layer 202. It may be derived.

幾つかの実施形態では、半導体デバイス200は、バリア層(図示せず)及び低誘電率絶縁誘電体層(図示せず)をさらに含むことができる。低誘電率絶縁誘電体層は、モリブデン層202と基板201との間の基板201上に配置される。バリア層は、モリブデン層202と低誘電率絶縁誘電体層との間の低誘電率絶縁誘電体層の上に配置することができる。バリア層は、窒化タンタル(TaN)、窒化チタン(TiN)、窒化アルミニウム(AIN)、窒化タンタルシリコン(TaSiN)、窒化チタンケイ素(TiSiN)、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化ケイ素(SiON)、炭化ケイ素(SiC)、(イソシアン化ケイ素(silicon isocyanide))SiNC、シリコンオキシカーバイド(SiOC)、又は他の適切な材料から製造することができる。さらには、低誘電率絶縁誘電体層は、SiO含有材料、SiN含有材料、SiOC含有材料、SiC含有材料、炭素系材料、又は他の適切な材料から形成することができる。 In some embodiments, the semiconductor device 200 may further include a barrier layer (not shown) and a low dielectric constant insulating dielectric layer (not shown). The low dielectric constant insulating dielectric layer is arranged on the substrate 201 between the molybdenum layer 202 and the substrate 201. The barrier layer can be placed on top of the low dielectric constant insulating dielectric layer between the molybdenum layer 202 and the low dielectric constant insulating dielectric layer. The barrier layer includes tantalum nitride (TaN), titanium nitride (TiN), aluminum nitride (AIN), tantalum nitride silicon (TaSiN), silicon nitride (TiSiN), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), and carbonic acid. It can be made from silicon (SiC), (silicon isocyanide) SiNC, silicon oxycarbide (SiOC), or other suitable material. Further, the low dielectric constant insulating dielectric layer can be formed from a SiO-containing material, a SiN-containing material, a SiOC-containing material, a SiC-containing material, a carbon-based material, or another suitable material.

動作104では、マスキング層203の一部が除去されて、図2Bに示されるように、モリブデン層202の露出された部分222を形成する。図2Bは、一実施形態による、モリブデン層202上に配置されたマスキング層203の一部が除去された後の半導体デバイス200の一部の概略的な断面図である。マスキング層203のこれらの部分の除去により、図2Bにトレンチとして示されるボイド205がマスキング層203に形成され、該ボイド205の底部はモリブデン層202の露出された部分222によって形成(すなわち、境界、又は部分的に画成)されている。したがって、マスキング層203の一部の除去により、モリブデン層202の一部が露出する。 In operation 104, part of the masking layer 203 is removed to form the exposed portion 222 of the molybdenum layer 202, as shown in FIG. 2B. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of a part of the semiconductor device 200 after the part of the masking layer 203 arranged on the molybdenum layer 202 is removed according to the embodiment. Removal of these portions of the masking layer 203 forms a void 205 in the masking layer 203, shown as a trench in FIG. 2B, the bottom of the void 205 formed by the exposed portion 222 of the molybdenum layer 202 (ie, the boundary, Or it is partially defined). Therefore, by removing a part of the masking layer 203, a part of the molybdenum layer 202 is exposed.

マスキング層203に上記の材料(すなわち、WCなどの高硬度材料)を使用することにより、モリブデン層202の上の特徴を選択的にエッチングするプロセスを改善することができるが、最終的には、マスキング層203の一部又はすべてが除去されて、トランジスタ構造など、デバイス上に特徴が形成される。 By using the above materials (ie, high hardness materials such as WC) for the masking layer 203, the process of selectively etching the features on the molybdenum layer 202 can be improved, but ultimately, Part or all of the masking layer 203 is removed to form features on the device, such as transistor structures.

動作106では、モリブデン層202の露出された部分222が修飾される。一実施形態では、露出された部分222が酸化されて、酸化モリブデン部分223を形成する。図2Cは、一実施形態による、モリブデン層202の露出された部分222が酸化された後のモリブデン層202を含む半導体デバイス200の一部の概略的な断面図である。 In operation 106, the exposed portion 222 of the molybdenum layer 202 is modified. In one embodiment, the exposed portion 222 is oxidized to form the molybdenum oxide portion 223. FIG. 2C is a schematic cross-sectional view of a portion of the semiconductor device 200 comprising the molybdenum layer 202 after the exposed portion 222 of the molybdenum layer 202 has been oxidized according to one embodiment.

露出された部分222は、直接酸素イオン注入又は酸素プラズマドーピングを含むがこれらに限定されないさまざまな方法によって酸化することができる。例えば、注入された酸素イオンは、モリブデン層202の露出された部分222に対して実質的に垂直な経路で衝撃を受け、露出された部分222に浸透することができる。注入されたイオンは、酸素イオンにエネルギーを与えるために利用される電力及びバイアスに応じて、露出部分222にさまざまな深さで浸透することができる。例えば、露出された部分222には、約5KeVから約30KeV、例えば約10KeVから約20KeVの加速電圧に、約0.5E16イオン/cm2から約5E17イオン/cm2、例えば約1E16イオン/cm2から約1E17イオン/cm2の範囲の用量でエネルギーを与えられた酸素イオンを用いて注入することができる。例えば、露出された部分222には、10KeV及び1E17イオン/cm2の用量でエネルギーを与えられた酸素イオンを用いて注入することができる。 The exposed portion 222 can be oxidized by a variety of methods including, but not limited to, direct oxygen ion implantation or oxygen plasma doping. For example, the injected oxygen ions are impacted by a path substantially perpendicular to the exposed portion 222 of the molybdenum layer 202 and can penetrate the exposed portion 222. The injected ions can penetrate the exposed portion 222 at various depths, depending on the power and bias used to energize the oxygen ions. For example, the exposed portion 222 may have an acceleration voltage of about 5 KeV to about 30 KeV, such as about 10 KeV to about 20 KeV, from about 0.5E16 ions / cm2 to about 5E17 ions / cm2, such as about 1E16 ions / cm2 to about 1E17. It can be infused with energized oxygen ions at doses in the range of ions / cm2. For example, the exposed portion 222 can be injected with oxygen ions energized at doses of 10 KeV and 1E17 ions / cm2.

イオン注入は、ビームライン又はプラズマ注入ツールによって行うことができる。本明細書に記載される実施形態に従って有利に使用することができる適切な市販の処理プラットフォームは、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のApplied Materials,Inc.社から入手可能なVIISTA(登録商標)PLAD(商標)プラットフォームである。他の製造業者による他の適切に構成された注入技術プラットフォームもまた、本明細書の実施形態に従って使用することができることが想定されている。 Ion implantation can be performed by a beamline or plasma implantation tool. Suitable commercially available processing platforms that can be advantageously used in accordance with the embodiments described herein are Applied Materials, Inc., located in Santa Clara, Calif., USA. VIISTA® PLAD ™ platform available from the company. It is envisioned that other well-configured injection technology platforms by other manufacturers can also be used in accordance with embodiments herein.

幾つかの実施形態では、露出された部分222の酸素イオン注入の後、半導体デバイス200は、アニーリングされて、酸化モリブデン部分223の多結晶構造を形成する。半導体デバイス200は、炉アニーリング又は急速熱アニーリング、例えば、ランプアニーリング又はレーザアニーリングなどのさまざまな方法によってアニーリングされる。一実施形態では、デバイス構造200は、約200℃から約600℃の間の温度、約0.5バールから約75バールの間の水蒸気圧力、及び約15分から約2時間の間の持続時間でアニーリングされる。幾つかの例では、デバイス構造200は、約250℃から約550℃の間、例えば約300℃から約500℃の間、例えば約350℃から約450℃の間の温度でアニーリングされる。幾つかの例では、デバイス構造200は、約25バールから約55バールの間、例えば約30バールから約50バールの間、例えば約35バールから約45バールの間の圧力でアニーリングされる。幾つかの例では、デバイス構造200は、約30分から約1.5時間の間、例えば45分から75分の間の持続時間の間、アニーリングされる。一例では、デバイス構造200は、325℃及び55バールの条件で約60分間アニーリングされる。 In some embodiments, after oxygen ion implantation of the exposed moiety 222, the semiconductor device 200 is annealed to form the polycrystalline structure of the molybdenum oxide moiety 223. The semiconductor device 200 is annealed by various methods such as furnace annealing or rapid thermal annealing, for example lamp annealing or laser annealing. In one embodiment, the device structure 200 has a temperature between about 200 ° C. and about 600 ° C., a water vapor pressure between about 0.5 bar and about 75 bar, and a duration between about 15 minutes and about 2 hours. Annealed. In some examples, the device structure 200 is annealed at a temperature between about 250 ° C and about 550 ° C, such as between about 300 ° C and about 500 ° C, for example between about 350 ° C and about 450 ° C. In some examples, the device structure 200 is annealed at a pressure between about 25 bar and about 55 bar, such as between about 30 bar and about 50 bar, for example between about 35 bar and about 45 bar. In some examples, the device structure 200 is annealed for a duration of about 30 minutes to about 1.5 hours, eg, 45 minutes to 75 minutes. In one example, the device structure 200 is annealed at 325 ° C. and 55 bar for about 60 minutes.

幾つかの実施形態では、熱アニーリングは、高圧で、かつ水素、重水素、フッ素、塩素、アンモニウム、又は高圧ガスアニーリングのための他の適切なガスなどの処理ガスの存在下で行われる。半導体デバイス200を高圧レベルでアニーリングすることにより、例えば350℃未満の低温であっても、酸化モリブデン部分223の多結晶構造の形成が容易になる。 In some embodiments, thermal annealing is performed at high pressure and in the presence of a processing gas such as hydrogen, deuterium, fluorine, chlorine, ammonium, or other suitable gas for high pressure gas annealing. Annealing the semiconductor device 200 at a high pressure level facilitates the formation of the polycrystalline structure of the molybdenum oxide moiety 223 even at a low temperature of, for example, less than 350 ° C.

動作108では、酸化モリブデン部分223が半導体デバイス200から除去されて、パターニングされたモリブデン層204を形成する。図2Dは、酸化モリブデン部分223が除去された後のパターニングされたモリブデン層204を含む基板201の一部の概略的な断面図である。酸化モリブデン部分223の除去により、パターニングされたモリブデン層204に、図2Dにトレンチとして示されるボイド205が形成され、該ボイド205の底部は基板201の上面207によって形成されている。 In operation 108, the molybdenum oxide moiety 223 is removed from the semiconductor device 200 to form the patterned molybdenum layer 204. FIG. 2D is a schematic cross-sectional view of a portion of the substrate 201 containing the patterned molybdenum layer 204 after the molybdenum oxide moiety 223 has been removed. By removing the molybdenum oxide portion 223, a void 205 shown as a trench in FIG. 2D is formed on the patterned molybdenum layer 204, and the bottom portion of the void 205 is formed by the upper surface 207 of the substrate 201.

酸化モリブデン部分223は、ウェットエッチング又はドライエッチングプロセスを含む、酸化モリブデンに対して選択的な任意の適切なエッチングプロセスによって基板201から除去することができる。例えば、酸化モリブデン部分223は、アンモニア溶液を用いたウェットエッチングによって基板201から除去される。アンモニア溶液は、酸化された部分223に対して選択的である。したがって、酸化された部分223は除去され、一方、酸化されていないパターニングされたモリブデン層204は、アンモニア溶液によって除去されない。アンモニア溶液は、約26%w/wから約30%w/w、例えば約28%w/wの濃度の水酸化アンモニウムを含みうる。半導体デバイス200は、酸化モリブデン部分223の所望の深さをエッチングするために、例えば約2分から約10分の間の持続時間でアンモニア溶液に曝されうる。 The molybdenum oxide moiety 223 can be removed from the substrate 201 by any suitable etching process selective for molybdenum oxide, including wet or dry etching processes. For example, the molybdenum oxide moiety 223 is removed from the substrate 201 by wet etching with an ammonia solution. The ammonia solution is selective for the oxidized moiety 223. Therefore, the oxidized portion 223 is removed, while the unoxidized patterned molybdenum layer 204 is not removed by the ammonia solution. Ammonia solution may contain ammonium hydroxide at a concentration of about 26% w / w to about 30% w / w, for example about 28% w / w. The semiconductor device 200 may be exposed to an ammonia solution for a duration of, for example, between about 2 minutes and about 10 minutes in order to etch the desired depth of the molybdenum oxide moiety 223.

本明細書に記載される例及び実施形態と組み合わせることができる別の例では、酸化モリブデン部分223は、pH10の緩衝液を用いたウェットエッチングによって半導体デバイス200から除去される。pH10の緩衝液は、四ホウ酸ナトリウム又は水酸化ナトリウムなどのナトリウム化合物を含む。半導体デバイス200は、酸化モリブデン部分223の所望の深さをエッチングするために、例えば約2分から約10分の間の持続時間でpH10緩衝液に曝されうる。酸化モリブデン部分223を選択的にエッチングするためのアンモニア溶液又はpH10緩衝液のいずれかの使用は、酸化されていないパターニングされたモリブデン層204又は半導体デバイス200の他の材料層及びデバイス構造を損なうことなく、酸化モリブデン部分223をエッチングする。 In another example that can be combined with the examples and embodiments described herein, the molybdenum oxide moiety 223 is removed from the semiconductor device 200 by wet etching with a pH 10 buffer. The pH 10 buffer contains a sodium compound such as sodium tetraborate or sodium hydroxide. The semiconductor device 200 may be exposed to pH 10 buffer for a duration of, for example, between about 2 minutes and about 10 minutes in order to etch the desired depth of the molybdenum oxide moiety 223. The use of either an ammonia solution or a pH 10 buffer to selectively etch the molybdenum oxide moiety 223 impairs the unoxidized patterned molybdenum layer 204 or other material layer and device structure of the semiconductor device 200. Instead, the molybdenum oxide portion 223 is etched.

図3は、一実施形態による、中性原子ビームエッチングによって半導体デバイスなどのデバイスのモリブデン層をパターニングする方法300のフロー図である。図1及び2に示される実施形態と同様に、モリブデン層202は、基板201上に直接、若しくは金属層又は誘電体層などの別の層上に配置することができる。本実施形態によるモリブデン層202のパターニングは、半導体デバイス200の相互接続構造を製造するために使用することができる。パターニングする方法300は、プラズマ処理チャンバなどの処理チャンバ内、又は中性原子ビームエッチング装置内で行われる。以下は、方法300のさまざまな段階におけるモリブデン層202を含む図2の半導体デバイス200を示す図4A~4Cに示される図と併せて、図3の方法300を説明している。さらには、方法300は、相互接続構造を形成するために利用されるモリブデン層202に関して以下に説明されるが、該方法300はまた、モリブデン以外の材料と共に、他の半導体デバイス製造用途において有利に使用することができる。 FIG. 3 is a flow chart of a method 300 for patterning a molybdenum layer of a device such as a semiconductor device by neutral atom beam etching according to one embodiment. Similar to the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the molybdenum layer 202 can be placed directly on the substrate 201 or on another layer such as a metal layer or a dielectric layer. The patterning of the molybdenum layer 202 according to the present embodiment can be used to manufacture the interconnection structure of the semiconductor device 200. The patterning method 300 is performed in a processing chamber such as a plasma processing chamber or in a neutral atom beam etching apparatus. The following describes the method 300 of FIG. 3 together with the diagrams shown in FIGS. 4A-4C showing the semiconductor device 200 of FIG. 2 comprising the molybdenum layer 202 at various stages of the method 300. Further, the method 300 is described below with respect to the molybdenum layer 202 used to form the interconnect structure, which method 300, along with materials other than molybdenum, is also advantageous in other semiconductor device manufacturing applications. Can be used.

動作302では、モリブデン層202を含む半導体デバイス200(図4A参照)は、例えばエッチング処理チャンバなどのプラズマ処理チャンバ(図示せず)内に位置づけられる。半導体デバイス200は、製造工程にある、又は製造のさまざまな段階にある1つ以上の半導体デバイスを含むことができる。図4Aは、一実施形態による、基板201上に配置された1つ以上の層の一部が除去される前のモリブデン層202を含む半導体デバイス200の一部の概略的な断面図である。図4Aの図は、モリブデン層202の一部を修飾するためにパターニングプロセス(例えば、中性ビームエッチング)が行われる前の半導体デバイス200を示している。 In operation 302, the semiconductor device 200 (see FIG. 4A) containing the molybdenum layer 202 is positioned within a plasma processing chamber (not shown), such as an etching processing chamber. The semiconductor device 200 can include one or more semiconductor devices that are in the manufacturing process or at various stages of manufacturing. FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a portion of the semiconductor device 200 comprising the molybdenum layer 202 before the portion of the one or more layers disposed on the substrate 201 is removed according to one embodiment. The figure of FIG. 4A shows the semiconductor device 200 before the patterning process (eg, neutral beam etching) is performed to modify a part of the molybdenum layer 202.

動作304では、マスキング層203の一部が除去されて、図4Bに示されるように、モリブデン層202の露出された部分222を形成する。図4Bは、一実施形態による、モリブデン層202上に配置されたマスキング層203の一部が除去された後の半導体デバイス200の一部の概略的な断面図である。マスキング層203のこれらの部分の除去により、図4Bにトレンチとして示されるボイド205がマスキング層203に形成され、該ボイド205の底部は、モリブデン層202の露出された部分222によって形成(すなわち、境界、又は部分的に画成)されている。したがって、マスキング層203の一部の除去により、モリブデン層202の一部が露出する。 In operation 304, part of the masking layer 203 is removed to form the exposed portion 222 of the molybdenum layer 202, as shown in FIG. 4B. FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of a part of the semiconductor device 200 after the part of the masking layer 203 arranged on the molybdenum layer 202 is removed according to the embodiment. Removal of these portions of the masking layer 203 forms voids 205 in the masking layer 203, shown as trenches in FIG. 4B, the bottom of the voids 205 formed by exposed portions 222 of the molybdenum layer 202 (ie, boundaries). , Or partially defined). Therefore, by removing a part of the masking layer 203, a part of the molybdenum layer 202 is exposed.

動作306では、モリブデン層202の露出された部分が半導体デバイス200から除去されて、パターニングされたモリブデン層204を形成する。図4Cは、モリブデン層202の露出された部分222が除去された後のパターニングされたモリブデン層204を含む半導体デバイス200の一部の概略的な断面図である。露出された部分222の除去により、パターニングされたモリブデン層204に、図4Cにトレンチとして示されるボイド205が形成され、該ボイド205の底部は基板201の上面によって形成されている。 In operation 306, the exposed portion of the molybdenum layer 202 is removed from the semiconductor device 200 to form the patterned molybdenum layer 204. FIG. 4C is a schematic cross-sectional view of a portion of the semiconductor device 200 comprising the patterned molybdenum layer 204 after the exposed portion 222 of the molybdenum layer 202 has been removed. Removal of the exposed portion 222 forms a void 205, shown as a trench in FIG. 4C, on the patterned molybdenum layer 204, the bottom of which is formed by the top surface of the substrate 201.

図3及び4によって示される実施形態では、モリブデン層202の露出された部分222は、加速原子ビームプロセスによって半導体デバイス200から除去することができる。本明細書に記載される実施形態に従って有利に使用することができる適切な市販の処理プラットフォームは、米国マサチューセッツ州ビレリカ所在のExogenesis Corp.社から入手可能なNanoAccel(商標)プラットフォームである。他の製造業者による他の適切に構成された加速原子ビームプラットフォームもまた、本明細書の実施形態に従って使用することができることが想定されている。 In the embodiments shown by FIGS. 3 and 4, the exposed portion 222 of the molybdenum layer 202 can be removed from the semiconductor device 200 by an accelerated atomic beam process. Suitable commercial processing platforms that can be advantageously used in accordance with the embodiments described herein are Exogenesis Corp., located in Billerica, Massachusetts, USA. NanoAccel ™ platform available from the company. It is envisioned that other well-configured accelerated atomic beam platforms by other manufacturers can also be used in accordance with embodiments herein.

一例では、モリブデン層202の露出された部分222は、ガスクラスタイオンビーム(GCIB)エッチングによって除去することができる。モリブデン層202のGCIBエッチング中に、加圧された不活性ガスは、処理チャンバ内のモリブデン層202の露出された部分222の方へと流れ、拡大し、かつ加速されて、露出された部分222の最も外側の原子にエネルギーを伝達して、該原子を除去させることができる。一実施形態では、ガスクラスタイオンビームは、アルゴンガスから形成される。他の実施形態では、酸素(O)、窒素(N)、メタン(CH)、及び六フッ化硫黄(SF)を含めた追加のガスを不活性ガスと組み合わせて、ガスクラスタイオンビームを形成することができる。 In one example, the exposed portion 222 of the molybdenum layer 202 can be removed by gas cluster ion beam (GCIB) etching. During the GCIB etching of the molybdenum layer 202, the pressurized inert gas flows towards the exposed portion 222 of the molybdenum layer 202 in the processing chamber, expands and accelerates, and the exposed portion 222. Energy can be transferred to the outermost atom of the molybdenum to remove the atom. In one embodiment, the gas cluster ion beam is formed from argon gas. In other embodiments, additional gases, including oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), methane (CH 4 ), and sulfur hexafluoride (SF 6 ), are combined with an inert gas to form gas cluster ions. A beam can be formed.

ガスクラスタイオンビームは、モリブデン層202の所望の部分に浸透してパターニングされたモリブデン層204を形成するように、マスキング層203のボイド205を通って実質的に垂直な経路に導かれうる。したがって、半導体デバイス200上の他のデバイス構造又は材料層は、ガスクラスタイオンビームエッチング中に損傷を受けないまま残される。ガスクラスタイオンビームは、10KeVから40KeV、例えば15KeVから35KeVの加速電圧へと加速させることができる。例えば、ガスクラスタイオンビームは、25KeVの加速電圧へと加速させることができる。半導体デバイス200は、2~20秒の間を含む、例えば約0秒から約30秒の間の任意の適切な線量時間の間、ガスクラスタイオンビームに曝露されうる。例えば、半導体デバイス200は、6、8、10、14、又は18秒の線量時間の間、ガスクラスタイオンビームに曝露されうる。 The gas cluster ion beam can be guided through the void 205 of the masking layer 203 into a substantially vertical path so as to penetrate the desired portion of the molybdenum layer 202 to form the patterned molybdenum layer 204. Therefore, other device structures or material layers on the semiconductor device 200 are left undamaged during gas cluster ion beam etching. The gas cluster ion beam can be accelerated from 10 KeV to 40 KeV, for example from 15 KeV to 35 KeV. For example, a gas cluster ion beam can be accelerated to an acceleration voltage of 25 KeV. The semiconductor device 200 can be exposed to a gas cluster ion beam for any suitable dose time, for example between about 0 and about 30 seconds, including between 2 and 20 seconds. For example, the semiconductor device 200 may be exposed to a gas cluster ion beam for a dose time of 6, 8, 10, 14, or 18 seconds.

本明細書に記載される実施形態及び例と組み合わせることができる別の例では、加速中性原子ビーム(ANAB)エッチングを使用して、半導体デバイス200からモリブデン層202の露出された部分222を除去する。GCIBエッチングと同様に、加速中性原子ビームエッチングは、加速されたガスクラスタイオンのビームを利用するが、ガスクラスタは解離され、電荷は露出された部分222の表面に衝突する前に除去される。加速された中性原子ビームは、モリブデン層202の所望の部分に浸透するように、マスキング層203のボイド205を通って実質的に垂直な経路に導かれうる。さらには、中性原子ビーム内の各原子は、比較的低いエネルギーを有し、ほんの少しの原子層の限定された表面修飾をもたらし、したがって、他の材料及び層又は半導体デバイス200へのエッチング損傷を大幅に低減又は排除する。 In another example that can be combined with the embodiments and examples described herein, accelerated neutral atomic beam (ANAB) etching is used to remove the exposed portion 222 of the molybdenum layer 202 from the semiconductor device 200. do. Similar to GCIB etching, accelerated neutral atom beam etching utilizes a beam of accelerated gas cluster ions, but the gas clusters are dissociated and the charge is removed before colliding with the surface of the exposed portion 222. .. The accelerated neutral atom beam can be guided in a substantially vertical path through the void 205 of the masking layer 203 so as to penetrate the desired portion of the molybdenum layer 202. Furthermore, each atom in the neutral atom beam has a relatively low energy, resulting in limited surface modification of only a few atomic layers and thus etching damage to other materials and layers or semiconductor devices 200. Is significantly reduced or eliminated.

加速された中性原子ビームは、10KeVから40KeV、例えば15KeVから35KeVの加速電圧へと加速される。例えば、加速された中性原子ビームは、25KeVの加速電圧へと加速される。半導体デバイス200は、2~20秒の間を含む、例えば約0秒から約30秒の間の任意の適切な線量時間の間、加速された中性原子ビームに曝露される。例えば、半導体デバイス200は、6、8、10、14、又は18秒の線量時間の間、加速された中性原子ビームに曝露されうる。アルゴンなどの不活性ガスを使用して、加速された中性原子ビームを形成することができる。幾つかの実施形態では、(O)、窒素(N)、メタン(CH)、及び六フッ化硫黄(SF)を含めた追加のガスを不活性ガスと組み合わせることができる。ANABエッチングは、任意の適切なエッチング条件で行うことができる。 The accelerated neutral atom beam is accelerated from 10 KeV to 40 KeV, for example from 15 KeV to 35 KeV. For example, the accelerated neutral atom beam is accelerated to an acceleration voltage of 25 KeV. The semiconductor device 200 is exposed to an accelerated neutral atomic beam for any suitable dose time, for example between about 0 and about 30 seconds, including between 2 and 20 seconds. For example, the semiconductor device 200 may be exposed to an accelerated neutral atomic beam for a dose time of 6, 8, 10, 14, or 18 seconds. An inert gas such as argon can be used to form an accelerated neutral atom beam. In some embodiments, additional gases, including (O 2 ), nitrogen (N 2 ), methane (CH 4 ), and sulfur hexafluoride (SF 6 ), can be combined with the inert gas. ANAB etching can be performed under any suitable etching conditions.

図5は、一実施形態による、高圧水アニールによって半導体デバイスなどのデバイスのモリブデン層をパターニングする方法500のフロー図である。図1~4に示される実施形態と同様に、モリブデン層は、基板表面に直接、若しくは金属層又は誘電体層などの別の層上に配置することができる。本明細書に記載される他の実施形態及び例と組み合わせることができる、本実施形態によるモリブデン層のパターニングは、デバイスの相互接続構造を製造するために使用することができる。パターニングする方法500は、エッチング処理チャンバなどのプラズマ処理チャンバ内、又は他の適切な処理装置内で行われる。方法500は、相互接続構造を形成するために利用されるモリブデン層に関して以下に説明されるが、該方法500はまた、モリブデン以外の材料と共に、他の半導体デバイス製造用途において有利に使用することもできる。 FIG. 5 is a flow chart of a method 500 for patterning a molybdenum layer of a device such as a semiconductor device by high-pressure water annealing according to one embodiment. Similar to the embodiments shown in FIGS. 1 to 4, the molybdenum layer can be arranged directly on the surface of the substrate or on another layer such as a metal layer or a dielectric layer. The patterning of molybdenum layers according to this embodiment, which can be combined with other embodiments and examples described herein, can be used to make interconnected structures for devices. The patterning method 500 is performed in a plasma processing chamber such as an etching processing chamber or in other suitable processing equipment. Method 500 is described below with respect to the molybdenum layer utilized to form the interconnect structure, which method 500 may also be advantageously used in other semiconductor device manufacturing applications with materials other than molybdenum. can.

動作302では、モリブデン層を含む半導体デバイスが、例えばエッチング処理チャンバなどのプラズマ処理チャンバ(図示せず)内に位置づけられる。半導体デバイスは、製造工程にある1つ以上の半導体デバイスを含むことができる。半導体デバイスは、例えば、図2及び4に関して説明した基板201、モリブデン層202、及びマスキング層203と同様に、基板、該基板の上に配置されたモリブデン層、及びマスキング層をさらに含む。半導体デバイスはまた、バリア層又は低誘電率絶縁層など、基板上に配置された他の材料層も含むことができる。 In operation 302, the semiconductor device containing the molybdenum layer is positioned in a plasma processing chamber (not shown), such as an etching processing chamber. The semiconductor device can include one or more semiconductor devices in the manufacturing process. The semiconductor device further includes, for example, a substrate, a molybdenum layer arranged on the substrate, and a masking layer, similar to the substrate 201, the molybdenum layer 202, and the masking layer 203 described with respect to FIGS. 2 and 4. The semiconductor device can also include other material layers disposed on the substrate, such as a barrier layer or a low dielectric constant insulating layer.

動作504では、マスキング層の一部が除去されて、モリブデン層の露出された部分を形成する。マスキング層のこれらの部分の除去により、マスキング層にボイド205が形成され、該ボイド205の底部は、モリブデン層の露出された部分によって形成されている。マスキング層の一部の除去により、モリブデン層の一部が露出する。 In operation 504, part of the masking layer is removed to form an exposed portion of the molybdenum layer. Removal of these portions of the masking layer forms voids 205 in the masking layer, the bottom of the void 205 being formed by exposed portions of the molybdenum layer. Removal of part of the masking layer exposes part of the molybdenum layer.

動作506では、半導体デバイスは、高圧水アニール(HPWA)プロセスに曝露され、半導体デバイスからモリブデン層の露出された部分が除去される。方法500は水蒸気を利用して半導体デバイスをアニーリングする高圧水アニールを説明しているが、他のガスを使用して、高圧下で半導体デバイスをアニーリングすることができることが想定されている。例えば、半導体デバイスは、水素、重水素、フッ素、塩素、アンモニウム、又は他の適切なガスを使用して高圧でアニーリングすることができる。別の例では、半導体デバイスは、水素、重水素、フッ素、塩素、アンモニウム、及び他の適切なガスを含むガスの組合せを使用してアニーリングすることができる。 In operation 506, the semiconductor device is exposed to a high pressure water annealing (HPWA) process and the exposed portion of the molybdenum layer is removed from the semiconductor device. Method 500 describes high pressure water annealing that uses steam to anneal a semiconductor device, but it is envisioned that other gases can be used to anneal the semiconductor device under high pressure. For example, semiconductor devices can be annealed at high pressure using hydrogen, deuterium, fluorine, chlorine, ammonium, or other suitable gas. In another example, the semiconductor device can be annealed using a combination of gases including hydrogen, deuterium, fluorine, chlorine, ammonium, and other suitable gases.

動作506では、処理チャンバは、圧力チャンバから処理チャンバに水蒸気を供給することによって加圧され、その後、デバイスの熱アニーリング及び水蒸気の排出による処理チャンバの減圧が行われる。熱アニーリングは、約250℃から約450℃の間、例えば約300℃から約400℃の間の温度で行われる。例えば、熱アニーリングは、約325℃から約375℃の間の温度で行われる。さらには、処理チャンバは、約10バールから約75バールの間、例えば約20バールから約60バールの間の圧力へと加圧される。例えば、処理チャンバは、約30バールから約50バールの間の圧力へと加圧される。デバイスを高圧水蒸気アニーリングに曝露すると、モリブデン層の露出された部分が除去され、したがって、他のデバイス構造又は材料層を損傷することなく、パターニングされたモリブデン層が形成される。 In operation 506, the processing chamber is pressurized by supplying water vapor from the pressure chamber to the processing chamber, followed by thermal annealing of the device and depressurization of the processing chamber by discharging the water vapor. Thermal annealing is performed at a temperature between about 250 ° C and about 450 ° C, for example between about 300 ° C and about 400 ° C. For example, thermal annealing is performed at a temperature between about 325 ° C and about 375 ° C. Further, the processing chamber is pressurized to a pressure between about 10 bar and about 75 bar, for example between about 20 bar and about 60 bar. For example, the processing chamber is pressurized to a pressure between about 30 bar and about 50 bar. Exposure of the device to high pressure steam annealing removes the exposed portion of the molybdenum layer, thus forming a patterned molybdenum layer without damaging other device structures or material layers.

本開示の実施形態は、デバイスの相互接続構造を製造するためのプロセスの一部として、デバイスの金属層をパターニングして相互接続層に特徴を形成する方法を含む。特に、本開示の方法は、選択性が改善された、モリブデン層をパターニングするためのプロセスについて記載している。モリブデン層のパターニングにおける選択性の向上により、大きいアンダーカット、並びに半導体デバイス内に積層された他の層及び構造に対する損傷を含めた、高硬度材料のパターニングに関連する欠点なしに、相互接続構造及び他の金属層の形成が可能になる。したがって、本明細書で提供される方法は、モリブデン及び他の高硬度金属を、相互接続構造などのデバイス構造にとってより望ましく実用的な材料にする。 Embodiments of the present disclosure include a method of patterning a metal layer of a device to form features in the interconnect layer as part of a process for manufacturing the interconnect structure of the device. In particular, the methods of the present disclosure describe a process for patterning a molybdenum layer with improved selectivity. Due to the increased selectivity in patterning of molybdenum layers, interconnect structures and interconnect structures and without the drawbacks associated with patterning high hardness materials, including large undercuts and damage to other layers and structures laminated within semiconductor devices. It allows the formation of other metal layers. Therefore, the methods provided herein make molybdenum and other high hardness metals more desirable and practical materials for device structures such as interconnect structures.

上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態を考案することができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
Although the above is intended for embodiments of the present disclosure, other embodiments and further embodiments of the present disclosure can be devised without departing from the basic scope of the present disclosure, the scope of which is as follows: Determined by the scope of claims.

Claims (15)

金属相互接続層を形成する方法であって、
基板上にモリブデン層を形成すること;
前記モリブデン層の上にマスキング層を形成すること;
マスキング層をパターニングして前記モリブデン層の一部を露出すること;
前記モリブデン層の露出された部分を酸素で修飾して前記モリブデン層の酸化モリブデン部分を形成すること;及び
前記基板から前記酸化モリブデン部分を除去すること
を含む、方法。
A method of forming a metal interconnect layer,
Forming a molybdenum layer on the substrate;
Forming a masking layer on the molybdenum layer;
Patterning the masking layer to expose part of the molybdenum layer;
A method comprising modifying an exposed portion of the molybdenum layer with oxygen to form a molybdenum oxide moiety of the molybdenum layer; and removing the molybdenum oxide moiety from the substrate.
前記モリブデン層の露出された部分が酸素プラズマドーピングによって修飾される、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the exposed portion of the molybdenum layer is modified by oxygen plasma doping. 前記モリブデン層の露出された部分が直接酸素注入によって修飾される、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the exposed portion of the molybdenum layer is modified by direct oxygen injection. 前記モリブデン層の酸化モリブデン部分がドライエッチング処理によって除去される、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the molybdenum oxide portion of the molybdenum layer is removed by a dry etching process. 前記モリブデン層の酸化モリブデン部分がウェットエッチング処理によって除去される、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the molybdenum oxide portion of the molybdenum layer is removed by a wet etching treatment. 前記モリブデン層の酸化モリブデン部分が、pH10の緩衝液によってウェットエッチングされる、請求項5に記載の方法。 The method according to claim 5, wherein the molybdenum oxide portion of the molybdenum layer is wet-etched with a buffer solution having a pH of 10. 前記モリブデン層の酸化モリブデン部分が、アンモニア溶液によってウェットエッチングされる、請求項5に記載の方法。 The method according to claim 5, wherein the molybdenum oxide portion of the molybdenum layer is wet-etched with an ammonia solution. エッチングによって前記モリブデン層の酸化モリブデン部分を除去する前に前記基板をアニーリングすることをさらに含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, further comprising annealing the substrate before removing the molybdenum oxide portion of the molybdenum layer by etching. 前記アニーリングが、約250℃から約550℃の間の温度、及び約25バールから約55バールの間の圧力で行われる、請求項8に記載の方法。 8. The method of claim 8, wherein the annealing is performed at a temperature between about 250 ° C. and about 550 ° C. and a pressure between about 25 bar and about 55 bar. パターニングされた基板上に金属相互接続層を形成する方法であって、
前記パターニングされた基板上にモリブデン層を形成すること;
前記モリブデン層上にマスキング層を形成することであって、前記マスキング層がパターニングされて前記モリブデン層の一部を露出する、マスキング層を形成すること;及び
前記パターニングされた基板を加速原子ビームに曝露して前記モリブデン層の露出した領域を除去すること
を含む、方法。
A method of forming a metal interconnect layer on a patterned substrate.
Forming a molybdenum layer on the patterned substrate;
By forming a masking layer on the molybdenum layer, the masking layer is patterned to expose a part of the molybdenum layer to form a masking layer; and the patterned substrate is used as an accelerating atomic beam. A method comprising exposing to remove an exposed area of the molybdenum layer.
前記加速原子ビームが、アルゴンを含むガスクラスタをイオン化し、加速することによって形成されるガスクラスタイオンビームである、請求項10に記載の方法。 10. The method of claim 10, wherein the accelerated atomic beam is a gas cluster ion beam formed by ionizing and accelerating a gas cluster containing argon. 前記ガスクラスタが約20KeVから30KeVの電位で加速される、請求項11に記載の方法。 11. The method of claim 11, wherein the gas cluster is accelerated at a potential of about 20 KeV to 30 KeV. 前記ガスクラスタイオンビームが、酸素、窒素、六フッ化硫黄、及びメタンからなる群より選択される1つ以上の追加のガスをさらに含む、請求項11に記載の方法。 11. The method of claim 11, wherein the gas cluster ion beam further comprises one or more additional gases selected from the group consisting of oxygen, nitrogen, sulfur hexafluoride, and methane. 前記加速原子ビームが、加速された中性原子ビームである、請求項10に記載の方法。 10. The method of claim 10, wherein the accelerated atomic beam is an accelerated neutral atomic beam. 基板上に金属相互接続層をパターニングする方法であって、
前記基板上にモリブデン相互接続層を形成すること;
前記モリブデン相互接続層上にマスキング層を形成すること;
前記マスキング層をパターニングして前記モリブデン相互接続層の一部を露出すること;及び
約20バールから約55バールの間の分圧及び約250℃から約550℃の間の温度で前記基板を気相HOに曝露して、前記モリブデン相互接続層の露出された部分を除去すること
を含む、方法。
A method of patterning a metal interconnect layer on a substrate.
Forming a molybdenum interconnect layer on the substrate;
Forming a masking layer on the molybdenum interconnect layer;
Patterning the masking layer to expose a portion of the molybdenum interconnect layer; and airing the substrate at a partial pressure between about 20 bar and about 55 bar and a temperature between about 250 ° C and about 550 ° C. A method comprising exposing the exposed portion of the molybdenum interconnect layer to phase H2O .
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