(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に回路要素が設けられ、前記半導体基板上の複数の誘電層を通って前記回路要素を接続するための相互接続部材が設けられ、前記回路要素及び前記相互接続部材を囲むように前記複数の誘電層を通ってクラック止め構造が設けられた集積回路を製造する方法であって、
（イ）前記半導体基板に前記回路要素を形成するステップと、
（ロ）前記半導体基板上に第１誘電層を形成し、該第１誘電層内に、前記回路要素に接続するバイアを形成すると共に、前記クラック止め構造を構成する、それぞれが導電物質からなる複数個の垂直クラック止め部材を互いに隣接して形成するステップと、
（ハ）前記第１誘電層上に第２誘電層を形成し、該第２誘電層内に、前記バイアに接続する水平相互接続部材を形成すると共に、前記複数個の垂直クラック止め部材の上に重なる導電物質からなる水平クラック止め部材を形成して、前記垂直クラック止め部材と前記水平クラック止め部材からなるクラック止め部材を形成するステップと、
（ニ）前記複数の誘電層を通る前記相互接続部材及び前記クラック止め構造が完成するまで、前記ステップ（ロ）及び（ハ）を繰り返して前記クラック止め部材を複数個形成すると共に、前記相互接続部材を構成する前記バイア及び水平相互接続部材を複数個形成するステップと、
（ホ）前記複数の誘電層のうち最上部の誘電層上にキャップ層を形成するステップと、
（ヘ）前記クラック止め構造上の前記キャップ層に開口を形成し、該開口内に金属層を形成するステップとを含み、
（ト）前記クラック止め部材はそれぞれ、横寸法が直下のクラック止め部材の対応する横寸法より許容差だけ小さく、前記クラック止め部材がそれぞれ前記対応する横寸法内に配置されていることを特徴とする、集積回路の製造方法。
【請求項２】
前記複数個の垂直クラック止め部材のうちの外側の部材の外壁と前記水平クラック止め部材の外壁とが整列されている、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ロ）及び（ハ）がデュアル・ダマシーン法で行われ、前記ステップ（ロ）において前記第１誘電層内に前記複数個の垂直クラック止め部材及び前記バイアのための開口が形成され該開口が前記導電物質で同時に埋められ、前記ステップ（ハ）において前記第２誘電層内に前記水平クラック止め部材及び水平相互接続部材のための開口が形成され該開口が前記導電物質で同時に埋められる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記導電物質は銅である、請求項１又は請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記クラック止め構造と前記相互接続構造の間に、前記複数の誘電層を通る第２クラック止め構造を形成するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
半導体基板に回路要素が設けられ、前記半導体基板上の複数の誘電層を通って前記回路要素を接続するための相互接続部材が設けられ、前記回路要素及び前記相互接続部材を囲むように前記複数の誘電層を通ってクラック止め構造が設けられた集積回路であって、
（ａ）前記半導体基板上に設けられた第１誘電層内に設けられ前記回路要素に接続するバイア、並びに、前記第１誘電層内に設けられ前記クラック止め構造を構成する複数個の互いに隣接した導電物質からなる垂直クラック止め部材と、
（ｂ）前記第１誘電層上に設けられた第２誘電層内に設けられ前記バイアに接続する水平相互接続部材、並びに、前記第２誘電層内に設けられ前記複数個の垂直クラック止め部材の上に重なる導電物質からなる水平クラック止め部材であって、前記垂直クラック止め部材と前記水平クラック止め部材とがクラック止め部材を構成し、
（ｃ）前記複数の誘電層を通る前記相互接続部材及び前記クラック止め構造を完成するように、前記（ａ）及び（ｂ）の繰り返しにより構成された積層構造と、
（ｄ）該積層構造のうち最上部の誘電層上に設けられたキャップ層と、
（ｅ）前記クラック止め構造上の前記キャップ層の開口内に設けられた金属層と、
（ｆ）前記クラック止め部材はそれぞれ、横寸法が直下のクラック止め部材の対応する横寸法より許容差だけ小さく、前記クラック止め部材がそれぞれ前記対応する横寸法内に配置されていることを特徴とする、集積回路。
【請求項７】
前記複数個の垂直クラック止め部材のうちの外側の部材の外壁と前記水平クラック止め部材の外壁とが整列されている、請求項６記載の集積回路。
【請求項８】
前記第１誘電層内の前記複数個の垂直クラック止め部材及び前記バイアと、前記第２誘電層内の前記水平クラック止め部材及び水平相互接続部材が前記導電物質である、請求項６記載の集積回路。
【請求項９】
前記導電物質は銅である、請求項６又は請求項８記載の集積回路。
【請求項１０】
前記クラック止め構造と前記相互接続構造の間に、前記複数の誘電層を通る第２クラック止め構造が設けられている、請求項６記載の集積回路。
【請求項１１】
前記クラック止め構造と前記相互接続構造の間に、前記複数の誘電層を通る第２クラック止め構造及び酸素バリアとして働く保護リングが設けられている、請求項６記載の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は集積回路に関し、特にＬｏｗ−Ｋ（低誘電率）誘電体と銅のメタライゼーションを持つ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅相互接続集積回路という比較的新しい分野の性能の良さは周知の通りである。これは特に銅が、低誘電率の多孔質誘電物質と組み合わせられるときに著しい。ただしこのような物質の組み合わせは、予想外に、酸素による腐食の影響を受けやすいことがわかっている。窒化物と酸化物は酸素に対する良好なバリアになるが、従来技術に用いられる酸素をブロックする方法には効果のないことが証明されており、腐食を防ぐ改良された方法が求められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、クラック（き裂）の伝播をブロックするとともに、集積回路への酸素の拡散及びこれに続く回路のメタライゼーションの腐食を少なくする構造及び方法に関する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は複合クラック止め構造にある。対応するクラック止め要素が回路相互接続要素と同時に作製される。例えば回路の水平相互接続要素は、クラック止めに対応する構造を持ち、回路の相互接続層間のバイアはクラック止めに対応する構造を持つ。
【０００５】
本発明の他の特徴はクラック止め構造にある。積層が幅方向に減少するので、上位層は次に下位の層の限度内に収まり、プロセス許容度が得られる。
【０００６】
本発明の他の特徴は、回路の相互接続部材と同じ物質からクラック止めが形成されることにある。つまりクラック止めは、耐腐食性ではなく腐食の影響を受けやすい。
【０００７】
本発明の他の特徴は、クラック止めのキャップとして、保護誘電層内の開口に挿入される金属構造を使用することにある。
【０００８】
本発明の他の特徴は、主クラック止めの内部の、主クラック止めと保護リングの間に冗長な酸素バリアを使用することにある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を参照する。集積回路の上部の一部が示してある。左上に「切り口」と示した矢印は、ウエハの切り口になる領域１０を示す。中央の複合構造はクラック止めを形成する。クラック止めは、主として切り口内及び切り口付近の領域から回路本体へのクラックの伝播を防ぐためのものである。クラック止め構造２は、個別には示していないが参照符号６として示した一連の誘電層内に埋め込まれる。図の上部に沿って、窒化層２０、酸化層３０、及び窒化物キャップ層３１の重層が回路上部を覆う。
【００１０】
Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｕとの結合性の良い物質等の金属層４０は、層２０の開口を埋め、層３０の上部に延びるので、酸素の拡散を防ぐように働く。金属層４０（Ａｌ等）は、クラック止め要素１４２（好適には銅）の物質との接合性の良いものが選ばれる。銅と窒化層２０の界面はクラックが伝播しやすいポイントだからである。開口はクラック止めの幅より小さくすることができるが、これは必須条件ではない。
【００１１】
図３に示す従来技術では、層２０、３０、３１の、クラック止め構造２’の各側面に開口が与えられる。これは誘電体１０の上層と窒化物キャップ層３１の界面に沿ったクラックの伝播を抑止するためである。クラック止め上、開口内にある金属４０’は任意である。この方法はクラックを防ぐには良いが、、低誘電率物質に浸透する酸素の重要性は、従来技術では認識されていなかった。
【００１２】
図の中央付近に、参照符号２として示し、要素１１２、１２２、１３２、１４２を含む複合構造は、クラック止め構造としても１次酸素拡散バリアとしても機能する。クラック止めの右側の保護リング４は、従来技術では移動イオンの拡散を防ぐ１次バリアであるが、ここでは２次酸素バリアになる。右側の、回路の金属相互接続の一部は、説明の便宜を考慮して示してある。水平相互接続部材と呼ばれるブロック（ワイヤ）１４６は、図の平面に垂直な方向に延びたワイヤである。バイア１３６は、好適には従来のデュアル・ダマシーン・プロセスでワイヤ１４６に沿って形成される。バイア１３６の下のブロック１２６は水平ワイヤを表す。バイア１３６はワイヤ１２６、１４６間に電気接続を形成する。銅部材は全て従来の拡散バリア・ライナを持つ（簡素化のため図示せず）。構造２、４間に破線で囲んだ部分３は、オプションの２次構造を表し、クラック止め構造２と同じである。このオプションは、構造２に不具合が生じた場合に酸素の拡散を防ぐ冗長な保護構造を与える。
【００１３】
図の下部のボックス８は、トランジスタ、ダイオード、及び組み合わせられて当該回路を形成する他の回路要素（デバイス）を表す。基板１は従来の半導体基板（シリコン等）である。
【００１４】
本発明が取り組む問題の１つは、銅相互接続部材１２６、１３６、１４６等の酸素による腐食である。酸素は、低誘電率または多孔質の物質中を容易に拡散すること、またタングステン、ＴａＮ等の銅相互接続に用いられる従来のライナ物質の被覆が不適切なため、酸素に対する配線バリアが劣化することがわかっている。これらのバリアはこれまで、銅の密着性を改良し、銅が相互接続部から離れて拡散するのを防ぐために用いられている。よって当業者は、酸素による銅の腐食がライナにより防止されることを期待しよう。
【００１５】
酸素は、ライナ物質内の拡散や、クラック、ピンホール、その他の弱い部分を通ることにより銅に達する。これが起こると、銅は腐食しあるいは急速に周囲の誘電物質へ逃げ、オープン回路や隣接する配線への短絡を引き起こす。
【００１６】
回路の作製時、デバイスはＣＭＯＳ等の従来の方法で基板１に形成され、次に相互接続やクラック止めが形成される。
【００１７】
クラック止めの最下位層あるいは可能なら下位層に、ポリシリコン等の下位の相互接続が必要になることがある。これには、銅の最下位層がシリコン基板に達するようにする高アスペクト比の開口が不要になるという利点がある。酸素が拡散する通路を残すことを避けるには、低誘電率または多孔質の誘電体内には、連続したクラック止め部材が必要である。
【００１８】
金属相互接続の作製が始まれば、回路の相互接続要素、保護リング要素、及びクラック止め要素は、好適には全て同時に形成される。例えば第１金属相互接続層がデュアル・ダマシーン構造であり、トランジスタのソース、ドレイン、ゲートと接触する場合、同じマスクにより、保護リングとクラック止めの場所に開口が開けられる。第１相互接続がポリシリコンの場合、これは好適にはクラック止めの最下層であるが、これは必須条件ではない。保護リングとクラック止めの開口は、集積回路の全周に延び、横幅は都合の良い長さになる。
【００１９】
回路の相互接続は、例えば一連のデュアル・ダマシーン開口に作製され、２層（２レベル）開口群は、下位層にバイア、上位層にワイヤを有し、従来のプロセスで誘電層に形成される。ライナ層が被着された後、銅に金属（好適には電気めっきした金属）が両方のバイア（及び垂直クラック止め要素）と水平ワイヤで埋められる。
【００２０】
相互接続形成プロセスが完了すると、幅が回路のワイヤと必ずしも同じではない水平クラック止め部材と、好適にはバイアの横寸法の垂直部材（例えば３組）の層が交互になったクラック止め構造２が形成される。複数の垂直部材を使用することは必須条件ではなく、冗長性を与えるためである。実施例のバイア、要素１２２、１４２の幅は例えば９μｍ、グループ１１２、１３２の要素の幅は例えば１．５μｍである。互い違いになったこの垂直構造を使用する必要はなく、回路設計者は、必要に応じて、保護リングの場合と同様、クラック止めの全ての要素の幅を同じにしてもよい。
【００２１】
保護リングは、導電性を改良するため、例えば横幅が同じ部材から形成される。保護リングは、設計者が跳ね除けたい移動イオンの極性及び保護リングに引き寄せたい極性に応じてグランドまたは正電圧に接続される。また保護リングは幅が先細りの構造にしてもよい。
【００２２】
図２を参照する。クラック止め構造の一部が詳しく示してある。ブロック１１２−１は銅である（またはポリシリコン、窒化物、酸化物等）。デュアル・ダマシーン構造１１２−２、１１２−３はそれぞれ、直下の構造より幅を狭くして形成される。これは、ライナの被覆整合性を良くし、クラック止め物質の方へ酸素が拡散しやすいポイントを避けるためである。従って好適実施例では、層間の位置ずれは避けられないが、そのために低いコーナーが露出することのないように、各層は前の層より狭く形成される。例えば、３σの位置合わせ許容度が０．１μｍのとき、上位層は下位層より０．２μｍ小さくなる。
【００２３】
当業者には明らかなように、本発明は、低誘電率の物質や酸素だけではなく多くの誘電物質、多くの腐食性物質に適用され、層間誘電物質を全て同じにする必要はない。さらに相互接続を形成する方法は多く、バイアを別々に形成して埋めた後、水平相互接続部材を形成する、最初にバイアをエッチングしてから水平方向をエッチングし、同時にバイアを埋める、最初に水平方向をエッチングしてからバイアをエッチングする等がある。またデュアル・ダマシーン方式はコストを下げるためであり必須ではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って形成された集積回路の一部を示す図である（一部概略）。
【図２】好適実施例の詳細を示す図である。
【図３】従来技術のクラック止めを示す図である。
【符号の説明】
２  クラック止め構造
【図１】
0003627009.tif 000002
【図２】
0003627009.tif 000003
【図３】
0003627009.tif 000004