(57)【要約】【課題】  進化したバックエンドオブライン用の新規な封止型マルチメタルブランチフット構成体のシステム及び方法を提供する。【解決手段】  集積回路ダイ内に積層された複数個の金属間誘電体層内に複数個の金属トラックを形成する。該金属トラックの周りに薄い保護誘電体層を形成する。該保護誘電体層はハードマスクとして作用して該金属間誘電体層内の金属トラック間にコンタクトビアを画定する。【選択図】  図１
2014072525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板、
該半導体基板内の複数個のトランジスタ、
該半導体基板の上側の第１金属間誘電体層、
該第１金属間誘電体層の上側の複数個の第１金属トラック、
該第１金属トラックの内の少なくとも１個の上部、底部、及び側部上の第１保護誘電体層、
該第１金属トラック及び該第１保護誘電体層の上側の複数個の第２金属トラック、
該第２金属トラックの内の少なくとも１個の上部、底部、及び側部上の第２保護誘電体層、
を有しており、該第１及び第２金属間誘電体層が該第１及び第２保護誘電体層に関して選択的にエッチング可能である装置。
【請求項２】
請求項１において、
該第１及び第２金属間誘電体層内に第１ビアが設けられており、該第１保護誘電体層が該第１ビアの一つの幅寸法を決定する少なくとも１個の側壁を形成している装置。
【請求項３】
請求項２において、
該第１ビア内に第１導電性プラグが設けられており、該第１プラグが該第２金属トラックの内の該少なくとも１個と一体的である装置。
【請求項４】
請求項１において、
該第１保護誘電体層が窒化シリコンを包含している装置。
【請求項５】
請求項４において、
該第１保護誘電体層が炭素を包含している装置。
【請求項６】
請求項５において、
該第１保護誘電体層が５０ｎｍ未満の厚さを有しており、且つ該第１金属間誘電体層が１００ｎｍを越える厚さを有している装置。
【請求項７】
請求項１において、
該第２金属間誘電体層の上側の第２金属間誘電体層、
該第３金属間誘電体層の上側の複数個の第３金属トラック、
該第３金属トラックの内の少なくとも１個の上部、底部、側部を被覆している第３保護誘電体層、
第３金属トラック及び第３保護誘電体層の上側の第４金属間誘電体層、
該第４金属間誘電体層の上側の複数個の第４金属トラック、
該第４金属トラックの内の少なくとも１個の上部、底部、側部を被覆している第４保護誘電体層、
を有している装置。
【請求項８】
請求項７において、
第２ビアが該第３及び第４金属間誘電体層内に設けられており、該第２プラグを露出している装置。
【請求項９】
請求項８において、
該第２ビア内の第２プラグが該少なくとも１個の第４金属トラックを該少なくとも１個の第２金属トラックへ電気的に結合している装置。
【請求項１０】
半導体基板、
該半導体基板の上側の第１金属間誘電体層、
該第１金属間誘電体層の上側の第１金属トラック、
該第１金属トラックの上部、底部、側部表面上の保護誘電体層、
該第１金属トラック及び該第１保護誘電体層の上側の第２金属間誘電体層、
該第２金属間誘電体層上の第２金属トラック、
該第１金属トラックの上部、底部、側部表面上の保護誘電体層、
該第１及び第２金属間誘電体層内の第１ビア、
該第１ビア内の第１導電性プラグ、
を有しており、該第１保護誘電体層が該第１ビアの幅寸法を画定する少なくとも１個の側壁を形成している装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
該第２金属間誘電体内の第２ビア、
該第２金属トラックを該第１金属トラックと接続している該第２ビア内の第２プラグ、
を有している装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
該第１プラグ、該第２プラグ、該第２金属トラックが互いに一体的である装置。
【請求項１３】
第１金属間誘電体層の上側に第１金属トラックを形成し、
該第１金属トラックの上側に第１保護誘電体層を形成し、
該保護誘電体層の上側に第２金属間誘電体層を形成し、
該第２金属間誘電体層の上側に第２保護誘電体層を形成し、該第１及び第２金属間誘電体層は該第１及び第２保護誘電体層に関して選択的にエッチング可能であり、
該第１及び第２金属間誘電体層内に開口をエッチングして、該第１及び第２金属間誘電体層内に開口をエッチングすることにより該第１及び第２金属間誘電体層内に第１ビアを形成し、
該開口内に導電性物質をデポジットさせることにより該ビア内の第１導電性プラグ及び第２金属トラックを形成する、
ことを包含している方法であって、少なくとも１個の側壁を形成している該第１保護誘電体層が該第１ビアの幅寸法を画定し、該第２金属トラックが該第２金属間誘電体層の上側にある方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
該第２金属トラックの上側に第３金属間誘電体層を形成し、
該第３保護誘電体層の上側に第３金属トラックを形成し、
該第３金属間誘電体層の上側に第３保護誘電体層を形成する、
ことを包含している方法。
【請求項１５】
請求項１３において、
該第３保護誘電体層の上側に第４保護誘電体層を形成し、
該第４金属間誘電体層の上側に第４保護誘電体層を形成し、該第３及び第４保護誘電体層は該第３及び第４保護誘電体層に関して選択的にエッチング可能であり、
該第３及び第４金属間誘電体層内に第２開口をエッチングして該第３金属間誘電体層内に第２ビアを形成し、
該第２開口内に第２導電性物質をデポジットすることにより該ビア内の第２プラグ及び第４金属トラックを形成する、
ことを包含しており、該第３保護誘電体層が該第２ビアの幅を画定する少なくとも１個の側壁を形成し、該第４金属トラックが該第４金属間誘電体層の上側に存在する方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
該第２ビアが該第１プラグを露出させる方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
該第２プラグが該第１プラグと直接接触している方法。
【請求項１８】
請求項１３において、
該第１開口を形成する場合に、更に、該第２金属間誘電体層及び該第２保護誘電体層内に第２ビアを形成し、該第２ピアが該第１金属トラックの内の一つを露出させる方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
該第１開口を充填する場合に、該第２ビア内に第２プラグを形成して該露出されている第１金属トラックを該第２金属トラックの内の一つへ電気的に接続させる方法。
【請求項２０】
請求項１３において、
該第１金属トラックの内の少なくとも一つの上に第１保護誘電体封止層を形成し、該第１保護誘電体封止層が該少なくとも一つの第１金属トラックの上部表面、底部表面、及び側部を被覆する方法。
【請求項２１】
請求項２０において、
該第１保護誘電体封止層の上部部分が該第１保護誘電体層を包含している方法。
【請求項２２】
請求項２０において、
該第１保護誘電体封止層が５０ｎｍ未満の厚さを有している方法。
【請求項２３】
請求項２０において、
該第２金属トラックの内の少なくとも一つの上に第２保護誘電体封止層を形成し、該第２保護誘電体封止層が該第２保護誘電体層を包含しており且つ該少なくとも一つの第２金属トラックの上部、底部、及び側部を被覆している方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集積回路デザインの分野に関するものであって、更に詳細には、集積回路ダイ内の金属相互接続に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路技術が継続して一層小さな技術ノードへスケールダウンするに従い、ラインのバックエンドの接続は非常に挑戦的なもので且つ実現するのに複雑なものとなる。ダブルパターニング等の複雑なパターニング手法が一層小さな相互接続特徴部を与えるために使用される。集積回路内のビア及びメタルラインが一層小さく且つ一層近くなるにつれて、集積回路内において多くの問題が発生する可能性がある。これらの問題は、集積回路の寿命期間中におけるエレクトロマイグレーション及び時間依存性誘電破壊のみならず、製造期間中におけるフォトリソグラフィマスクのアライメントの困難性が包含している場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠点を解消し、改良した集積回路技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１実施例は集積回路ダイにおける金属相互接続部を形成する方法である。集積回路ダイの基板上に第１金属層から第１金属トラックを形成する。該第１金属トラックは比較的薄い保護誘電被膜内に被覆された第１金属間誘電体層上に形成される。該第１金属間誘電体層及び該第１金属トラック上に第２金属間誘電体層を形成する。該第１及び第２金属間誘電体層は該保護誘電被覆に関して選択的にエッチング可能である。
【０００５】
次いで、該第２金属間誘電体層をパターニングし且つエッチングして該第１及び第２金属間誘電体層を介してコンタクトビアを形成する。該第１及び第２誘電体層内にビアを開口するために使用されるマスクのパターニングした特徴部は比較的大きいが、その理由は、第１金属トラック上の保護被覆がマスクとして作用してビアを形成するからであり、該保護被覆はビアを開口するエッチャントによってエッチングされないからである。従って、第１金属トラック上方の第２誘電体層内に大きな開口を形成することが可能であるが、該ビアは、部分的に、第１金属トラックの側部上の保護誘電体層によって境界が定められ且つフォトリソグラフィマスクの比較的大きな特徴部にも拘らずに小さいものである。この様に、ビアが第１及び第２誘電体層を介して形成される。
【０００６】
次いで、導電性物質が該ビア内および第２誘電体層及び保護層上にデポジット即ち付着される。次いで、該導電性物質は第１誘電体層にわたり除去されて、充填されたビアの導電性プラグと一体的なパターニングされた第２金属トラックを残存させる。第２の薄い保護誘電体層が第２金属トラックを被覆する。該プロセスを繰り返して更なる金属トラック及び第１及び第２金属トラック上方のビアを形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】１実施例に基く集積回路ダイの断面図。
【図２】１実施例に基いて第１金属間誘電体層内にトレンチが形成されている集積回路ダイの断面図。
【図３】１実施例に基いてトレンチ内に保護誘電体層をデポジットされている集積回路ダイの断面図。
【図４】１実施例に基いて絶縁体層上にデポジットしたバリア層を具備する集積回路ダイの断面図。
【図５】１実施例に基いてバリア層上に導電性物質を具備している集積回路ダイの断面図。
【図６】１実施例に基いて第１金属トラックを形成するために導電性物質が平坦化されている集積回路ダイの断面図。
【図７】１実施例に基いて第１金属トラックの厚さが減少された後の集積回路ダイの断面図。
【図８】１実施例に基いて第１金属トラック上に保護誘電体層を形成した後の集積回路ダイの断面図。
【図９】１実施例に基いて保護誘電体層の一部が除去された後の集積回路ダイの断面図。
【図１０】１実施例に基いて第１金属間誘電体層及び保護誘電体層上に第２金属間誘電体層を具備している集積回路ダイの断面図。
【図１１】１実施例に基いて第２金属間誘電体層内に形成したトレンチを具備している集積回路ダイの断面図。
【図１２】１実施例に基いて第２金属間誘電体層上に形成した保護誘電体層を具備している集積回路ダイの断面図。
【図１３】１実施例に基いて第１及び第２金属間誘電体層を介して形成した開口を具備している集積回路ダイの断面図。
【図１４】１実施例に基いて第１及び第２金属間誘電体層内の開口内に金属バリア層を具備している集積回路ダイの断面図。
【図１５】１実施例に基いて第１及び第２金属間誘電体層内の開口を充填している金属層を具備している集積回路ダイの断面図。
【図１６】１実施例に基いて平坦化された金属層を具備している集積回路ダイの断面図。
【図１７】１実施例に基いて金属層の一部を除去した後の集積回路ダイの断面図。
【図１８】１実施例に基いて金属層上に保護誘電体層を形成した後の集積回路ダイの断面図。
【図１９】１実施例に基いて保護誘電体層を平坦化した後の集積回路ダイの断面図。
【図２０】１実施例に基いて付加的な金属層を形成するために図１乃至１９のステップを繰り返した後の集積回路ダイの断面図。
【図２１】１実施例に基いて金属相互接続部を具備している集積回路ダイの断面図。
【図２２】１実施例に基いてダブルフットブランチ構成体を包含している金属相互接続部を具備している集積回路ダイの断面図。
【図２３】更なる実施例に基いてダブルフットブランチ構成体を包含している金属相互接続部を具備している集積回路ダイの断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１乃至２０は、１実施例に基いて、集積回路ダイの金属相互接続部を形成する方法を例示している。有益的なことであるが、該金属相互接続部の幾つかの側面は、１実施例に基いて集積回路ダイに適した比較的小さな特徴部を提供しながら、緩和されたフォトリソグラフィ拘束条件を使用して形成することが可能である。図２１乃至２３は、幾つかの代替的実施例に基く金属相互接続部を具備している集積回路ダイを例示している。
【０００９】
図１は１実施例に基く集積回路ダイ３０の断面図である。集積回路ダイ３０は半導体基板３１を包含している。トランジスタ３４が半導体基板３１上及び内に形成されている。誘電体層３２が半導体基板３１の上側に存在している。模式的に線でのみ示されている金属相互接続部３３は誘電体層３２内に形成されている。保護誘電体層３６が金属間誘電体層３２の上側に存在している。第１金属間誘電体層３８が保護誘電体層の上側に存在している。
【００１０】
半導体基板３１は、例えば、シリコン又は別の適宜の半導体層であり、その上及び中にトランジスタ３４を形成することが可能である。
【００１１】
誘電体層３２は図１においては単一の層として示されているが、実際には、誘電体層３２はトランジスタ３４が形成されている半導体基板３１の上に設定される導電層及び誘電体層を包含することが可能である。金属相互接続部３３は、金属トラック、ビア、及び保護誘電体層３６下側の誘電体層３２内に形成される信号線、を包含することが可能である。金属相互接続部３３は、下側のトランジスタ３４へ及び以下に説明する如くにその後に形成される導電性構成体への接続を与えることが可能である。
【００１２】
保護誘電体層３６は、例えば、窒素を具備するシリコンカーバイド層、窒化シリコン層、又は炭素を含む窒化シリコン、である。保護誘電体層３６は２００〜５００Åの範囲の厚さである。１例においては、保護誘電体層３６は誘電率Ｋが約３である。その他の適宜の物質及び寸法を図１に示した特徴部に使用することが可能である。
【００１３】
第１金属間誘電体層３８は、例えば、６００〜１５００Åの範囲の厚さのナノ多孔性誘電体層である。集積回路の特徴部における寸法が継続して縮小するに従い、集積回路の導電性特徴部間の容量は増加し始める。例えば、集積回路ダイ３０内に形成される金属トラック及びビア等の導電性特徴部間の容量は、その特徴部間の距離が減少するに従い、増加する。集積回路の導電性特徴部間の容量は、それらの間の物質の誘電率に比例する。そのために、第１金属間誘電体層３８は低Ｋ誘電体層である。このことは、第１金属間誘電体層３８の誘電率は比較的小さいことを意味している。このことは、第１金属間誘電体層３８内、上、又は下側に形成した特徴部間の容量を減少させることに貢献する。金属間誘電体層３８は、例えば、多孔性二酸化シリコン又はその他の多孔性物質等の多孔性誘電体とすることが可能である。代替的に、第１金属間誘電体層３８は多孔性誘電体層以外の物質とすることが可能であるが、尚且つ非常に低い誘電率を有する物質から形成する。誘電体層３２は金属間誘電体層３８と同じ物質から形成することも可能である。
【００１４】
図２において、第１金属間誘電体層３８をパターン処理し且つエッチングして第１金属間誘電体層３８内にトレンチ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを開口する。第１金属間誘電体層３８は保護誘電体層３６へ到達する迄ずーとエッチングすることはない。その代わりに、金属間誘電体層３８は選択した深さへ選択的にエッチングすべく時間に基いた制御を行ってエッチングする。図２におけるトレンチ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの深さは、例えば、５０〜９０ｎｍである。第１金属間誘電体層３８におけるトレンチ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは反応性イオンエッチを使用して開口することが可能である。該反応性イオンエッチの深さを制御する時間を基礎とした制御は、例えば、段差高さ前進型処理制御（step height advanced process control）である。この様な前進型処理制御はエッチングが過剰に進行すること無しに特定の深さへ進むことを可能とする。
【００１５】
トレンチ４０ａ及び４０ｃの幅は、例えば、３２ｎｍである。トレンチ４０ｂの幅は以下に更に詳述する理由によりトレンチ４０ａ及び４０ｃよりも一層幅広である。トレンチ４０ａ，４０ｂ，４０ｃに対する多数のその他の適宜の寸法を集積回路ダイ３０の所望のパラメータに従って選択することが可能である。更に、所望により、同一か又は同様の結果を達成するために本書に記載するもの以外のエッチング技術を使用することが可能である。
【００１６】
図３において、第１金属間誘電体層３８上及びトレンチ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ内に保護誘電体層４２をデポジット即ち付着させる。保護誘電体層４２は第１金属間誘電体層３８に関して高いエッチ選択性を有している。保護誘電体層４２も、第１金属間誘電体層３８に関して高いエッチ選択性を維持しながら、低いＫ値を有している。
【００１７】
１実施例において、保護誘電体層４２は、例えば、窒素を具備するシリコンカーバイド層、窒化シリコン、窒化シリコン層、又は炭素を含む窒化シリコン層等の保護誘電体層３６と同じ物質である。代替的に、保護誘電体層４２は保護誘電体層３６と異なる物質とすることが可能であるが、上にリストした物質と同じグループから選択されるものである。保護誘電体層４２も任意のその他の適宜の物質のものとすることが可能である。
【００１８】
保護誘電体層４２は、例えば、３００〜５００Åの厚さである。保護誘電体層４２はプラズマエンハンスト化学蒸着又は低圧化学蒸着などの化学蒸着プロセスによってデポジットさせることが可能である。層４２は、好適実施例においては、誘電体層３８よりも一層高い密度のものであり、且つ高密度化学蒸着プロセスを使用することが可能である。代替的に、保護誘電体層４２はその他の適宜の方法又はプロセスを使用して形成することが可能である。
【００１９】
図４において、薄いバリア層４４を保護誘電体層４２上及びトレンチ４０内にデポジットさせる。バリア層４４は金属トラックからの可動性金属原子が誘電体層内に入り込むことを阻止する。該バリア層は、又、その後にデポジットされる金属層に対する接着層として作用する。バリア層４４は、例えば、チタン、窒化チタン、タンタル、又は窒化タンタルの内の１個以上の層である。代替的に、その他の適宜の物質を使用してバリア層４４を形成することが可能である。Ｔｉ及び／又はＴｉＮが使用される場合には、バリア層４４は、例えば、４〜２０Åの厚さである。Ｔａ及び／又はＴａＮがバリア層４４用に使用される場合には、バリア層４４は、例えば、６０Åの厚さである。勿論、その他の適宜の厚さ及び物質を使用することが可能である。
【００２０】
図５において、導電性物質４６の厚い層をバリア層４４上及びトレンチ４０内にデポジットさせる。導電層４６がトレンチ４０を充填し且つ第１金属間誘電体層３８の上部表面上方に延在する。導電性物質４６はバリア層４４と直接接触している。
【００２１】
導電性物質４６は、本例においては、銅である。しかしながら、その他の適宜の物質を導電性物質４６に使用することが可能である。導電性物質は電着及び無電極プロセスを使用して形成することが可能である。特に、導電性物質４６は、最初に、物理的蒸着（ＰＶＤ）プロセスで非常に薄い銅シード層をデポジットさせることによってデポジット即ち付着させることが可能である。該シード層は、例えば、１０ｎｍの厚さである。その他の適宜のプロセスを使用して導電性物質４６をデポジットさせることが可能である。
【００２２】
図６において、保護誘電体層４２から過剰な導電性物質を除去するために平坦化ステップが行われている。その平坦化ステップは、例えば、保護誘電体層４２上の停止すべく形態とされた化学的機械的研磨ステップである。これは、導電性物質４６及びバリア層４４から個別的な第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃを形成しながら過剰な導電性物質を除去する効果を有している。第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃは保護誘電体層４２で被覆された夫々の側部及び底部を有している。第１金属トラックは第１金属層、即ちメタル１、から形成される。トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃは第１金属層内に形成されるものとして説明したが、第１金属層の下側にはより多くの数の金属層、及びそれにより形成された金属トラックが存在する場合があることが理解される。
【００２３】
図７において、第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃの一部が除去される。１例においては、第１金属トラック４８ａ，４８ｂ．４８ｃの１５〜３５ｎｍの厚さが除去される。第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃの上部物質の除去は、例えば、第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃを保護誘電体層４２よりも一層迅速にエッチする化学的機械的平坦化ステップによって行うことが可能である。代替的に、反応性イオンエッチを行うことが可能であり、それは保護誘電体層４２よりも銅を一層迅速にエッチする。この様に、第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃからの物質は、マスクを使用せずに、保護誘電体層４２に関して選択的に除去することが可能である。即ち、ＣＭＰによるか又は反応性イオンエッチングによるかに拘らずに、マスクが使用されることは無く、且つ該エッチングプロセスは保護誘電体層４２の場合よりも一層迅速に第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃをエッチするものであるから、該エッチプロセスの後に図７に示した構成は残存する。このことは、金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃの上部と誘電体層３８の上部表面との間にギャップを残存させる。
【００２４】
金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃは、トランジスタ３４へ及びコンタクトパッド、半田ボール、又はリード等の集積回路ダイ３０外側のメタルコンタクトへを包含して、信号が集積回路ダイ３０を介して通過することを許容する導電性信号担持ラインである。トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃが第１金属層内に形成されているとして説明しているが、金属相互接続部３３および多分第１金属層下側のその他の金属層が存在する場合があることが理解される。金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃは、金属相互接続部３３及び集積回路ダイ内のその他の金属相互接続部と共に、半導体基板内に形成されているトランジスタ３４間の及び集積回路ダイ３０外部のコンポーネントとの接続を可能とさせる。
【００２５】
１例においては、金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃは銅から形成される。バリア層３４はチタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、又はその他の適宜のバリア層からなる１個以上の層である。金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃは、例えば、６０〜１００ｎｍの厚さである。金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃは、技術ノード及び実現される最小寸法に依存して、３２ｎｍ，２０ｎｍ、又はその他の適宜の距離だけ分離される。多くの集積回路においては、金属トラックは、銅ライン及びビアを処理する上での困難性に起因して、アルミニウム又はアルミニウム銅から形成される。しかしながら、技術ノードがより一層小さい寸法へ減少するに従い、高い導電性及びその他のパラメータに起因して、集積回路ダイにおける金属トラック及びビアに対しては銅が好適である。金属トラック、ビア、及びバリア層に対しては、任意の適宜の金属及びその他の物質を使用することが可能である。
【００２６】
図８において、保護誘電体層５０を第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃ上及び保護誘電体層４２上にデポジットさせる。保護誘電体層５０は、好適には、保護誘電体層４２と同一の物質であるが、誘電体層３８に関して所望のエッチ選択性を有すると共に堅牢性を有している異なる物質のものとすることが可能である。保護誘電体層５０は誘電体層３８の上に厚さｔを有している。金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃと誘電体層３８の上部との間の逃げ即ち凹所の厚さはＴである。金属トラック４８ａは幅Ｗ１を有しており、金属トラック４８ｂは幅Ｗ２を有している。
【００２７】
金属トラック及び誘電保護層の幅と高さとの間の或る関係を満足することは、平坦化ステップの後に保護誘電体層５０の幾らかの部分が一層幅広の金属トラック４８ｂの上部表面上に残存することを確保することに貢献することが可能である。例えば、１実施例においては、金属トラック４８ａの幅Ｗ１は誘電保護層５０の厚さｔの２倍未満である。金属トラック４８ｂの幅Ｗ２は、金属トラック４８ｂと誘電体層３８の上部表面との間の逃げ即ち凹所の厚さＴの３倍を越えている。幅と高さとのこれらの関係を満足させることは、将来の処理ステップのために使用すべきマスクの数を減少させることに貢献する場合がある。特に、保護誘電体層５０が図９に示される如くに平坦化される場合に、一層幅広の金属トラック４８ｂからより多くの保護誘電物質が除去される。金属トラック４８ｂ上の保護誘電体層５０のこの減少された厚さは将来の処理ステップにおいて有益的である場合がある。しかしながら、保護誘電体層５０の幾らかの部分が平坦化ステップの後に残存することが望ましい。
【００２８】
１例においては、集積回路ダイ３０を２０ｎｍ技術ノードに従って処理する。この様な例においては、Ｗ１は３２ｎｍであり、Ｗ２は６４ｎｍであり、ｔは２０ｎｍであり、且つＴは３０ｎｍである。図面中の特徴部は寸法通りではなく、図示した通りでは上述した関係を適切に満足しないかもしれない。しかしながら、実際上、図８に示した構成の厚さ及び深さは上述した関係を満足させるようにさせることが可能である。代替的に、これらの関係はその他の実施例に基いて満足させないままとさせることが可能である。例えば、金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃの全てが同一の幅又は厚さｔを有することが可能であり、且つＴを上述したものとは異なるものとすることが可能である。
【００２９】
図９において、上述した平坦化プロセスを実施して第１金属間誘電体層３８の上の保護誘電体層５０の過剰な保護誘電物質を除去する。平坦化プロセスの１例は第１金属間誘電体層３８において停止する形態とされている化学的機械的平坦化プロセスである。このことは、夫々の誘電封止層５２ａ，５２ｂで封止されている第２金属ライン４８ａ，４８ｂ，４８ｃを残存させる。前述した如く、第１金属間誘電体層３８は、第１金属トラック４８ａ，４８ｂ．４８ｃを封止している誘電体封止層５２ａ，５２ｂに関して選択的にエッチング可能である。
【００３０】
第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃを誘電体封止層５２ａ，５２ｂ内に封止させることは、金属ライン、誘電体層、及びビアの寸法の更なるダウンスケーリングの場合に発生する問題の幾つかを回避することに貢献する。例えば、低Ｋ誘電体層又はたとえ通常の誘電体層によってのみ封止されている金属ラインにおいては、金属トラックから誘電物質内への金属原子のエレクトロマイグレーションの問題が発生する。これは集積回路において深刻な問題を発生する場合がある。例えば、金属トラックが銅から構成されており且つ銅原子が多孔性の低Ｋ誘電体内に入り込む場合には、金属トラックの品質が低下するのみならず、銅原子は金属トラックから多孔性誘電物質を介して敏感な区域内に入り込む場合がある。誘電体封止層５２ａ，５２ｂはこの問題を阻止することに貢献する。何故ならば、それらは金属間誘電体層３８よりも多孔性ではなく且つ一層堅牢だからである。
【００３１】
集積回路ダイ３０のコンポーネントのダウンスケーリングに伴って発生することのある別の問題は時間依存性誘電体ブレークダウンである。電流は金属トラックを介して担持されるので、金属トラックを取り囲んでいる誘電物質に対して損傷が発生する場合がある。このことは、特に、前述した如くにレベル間誘電体層として使用される低Ｋ誘電物質に対して言えることである。
【００３２】
金属トラックを高密度絶縁性誘電体封止層５２ａ、５２ｂ内に封止することは、集積回路ダイ３０を時間依存性絶縁破壊から保護する。誘電体封止層５２ａ，５２ｂ内に封止された金属ラインは一層高い電圧を担持することも可能である。このことは、集積回路ダイ３０の利用範囲を増加させることを可能とする。この様な集積回路ダイ３０は、低電圧適用例及び高電圧適用例の両方において使用することが可能である。
【００３３】
誘電体封止層５２ａ，５２ｂは約２００〜５００Åの厚さの比較的薄い層である。より幅広の金属トラック４８ｂの上の誘電体封止層５２ｂにおける窪み５４は、前に説明したように、金属トラック４８ｂの幅に起因して存在している。誘電体封止層５２ａ，５２ｂは薄く且つ堅牢であるために、一層厚い低Ｋ誘電物質は第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃ間の空間を充填することが可能であり、それにより時間依存性絶縁破壊及びエレクトロマイグレーションに対する堅牢な隔離を維持すると共に、低Ｋ誘電物質の低い容量の利点を提供している。
【００３４】
図１０において、第２金属間誘電体層５６が第１金属間誘電体層３８上及び誘電体封止層５２ａ，５２ｂ上にデポジットされている。第２金属間誘電体層５６も低Ｋ誘電体層又はその他の適宜の誘電体層である。第２金属間誘電体層は誘電体封止層５２ａ，５２ｂに関して選択的にエッチング可能である。第２金属間誘電体層は、シリコン酸化物層、多孔性誘電体層、又はその他の適宜の誘電体層等の複数の層を包含することが可能である。
【００３５】
図１１において、第２金属間誘電体層５６がパターン処理され且つエッチングされて幅広のトレンチ５８ａ，５８ｂを開口している。該トレンチの深さは、例えば、５００Åである。トレンチ５８ａは第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃにわたり配置されている。トレンチ５８ｂは金属トラック４８ｃにわたり配置されている。トレンチ５８ａ，５８ｂは反応性イオンエッチ、ウエットエッチ、又は前に説明したような任意のその他の適宜のプロセスを使用して開口させることが可能である。
【００３６】
図１２において、保護誘電体層６０が第２金属間誘電体層５６上及びトレンチ５８ａ，５８ｂ内にデポジットされる。保護誘電体層６０は、好適には、誘電体封止層５２ａ，５２ｂと同じ物質であるが、その他の適宜の物質を使用することが可能である。前述した如く、保護誘電体層６０は第２金属間誘電体層５６に関して高いエッチ選択性を有している。好適には、保護誘電体層６０は、第２金属間誘電体層５６に関して高いエッチ選択性を維持しながら可及的に低いＫ値を有するものである。保護誘電体層６０は、例えば、３００〜５００Åの厚さである。
【００３７】
図１３において、トレンチ５８ａ及び５８ｂは、更に、エッチされて更なる開口６２ａ，６２ｂ，６２ｃを形成する。開口６２ａはビア６４ａを包含しており、それは第１及び第２金属間誘電体層３８，５６を介して延在している。同様のビア６４ｂ及び６４ｃが開口６２ａ，６２ｂ，６２ｃ内に形成される。
【００３８】
ビア６４ａ，６４ｂ，６４ｃは、保護誘電体層３６下側の金属相互接続部３３（不図示）を露出させるように形成することが可能である。
【００３９】
ビア６４ａ，６４ｂ，６４ｃのアライメントは容易に達成される。何故ならば、第１金属トラック４８ａ，４８ｂを取り囲んでいる誘電体封止層５２ａ，５２ｂは第１及び第２金属間誘電体層３８及び５６をエッチングするエッチャントに対するマスク又はエッチストップとして作用するからである。形成すべき相互接続用のビアのタイプに依存して、このことは、エキストラなマスクに対する必要性を取除くことが可能であるか、又はそれはアライメントエラーを著しく減少させる。何故ならば、ビア６４ａ，６４ｂ，６４ｃは誘電体封止層５２ａ，５２ｂと自己整合されるからである。誘電体層３８及び５６をエッチングした後にエッチ化学物質を変えることによって、保護誘電体層３６内に開口を形成することが可能である。１実施例においては、保護誘電体層３６は誘電体封止物質５０とは異なる物質であり、且つ異なるエッチ化学を有している。この様に、誘電体層３８及び５６がエッチングされた後に、エッチ化学物質を誘電体封止層５２ａに関して保護誘電体層３６を選択的にエッチするエッチャントへ変えることが可能である。保護誘電体層３６が誘電封止層５２ａと同じ物質である場合には、保護誘電体層３６をエッチするために別のマスクを使用することが可能である。保護誘電体層３６をエッチするために、任意の適宜の方法を使用することが可能である。
【００４０】
第１金属トラック４８ｂを露出させるために直接ビア６６も形成される。直接ビア６６はビア６４ａ，６４ｂ，６４ｃを形成するのと同じエッチステップで形成される。このことが可能となる理由は、誘電封止層５２ｂが、前述した如くに、金属トラック４８ｂの上部部分の上で一層薄いからである。それは充分に薄いので、そのエッチは、誘電封止層５２ａ，５２ｂの一層厚い部分を完全に貫通してエッチングすること無しに、金属トラック４８ｂの表面を露出させる。直接ビアとは、一つの金属層の金属トラックをその直下の金属層の金属トラックへ接続させるビアである。
【００４１】
図１４において、バリア層７０を開口６２ａ，６２ｂ，６２ｃ内にデポジットさせて、図１４に示した層及び構成体の側壁及び上部表面をライニングする。従って、バリア層７０は第１及び第２金属間誘電体層３８，５６と接触している。バリア層７０は金属トラック４８ｂの露出部分と接触しており且つ金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃ下側の金属トラック（不図示）と接触している場合がある。バリア層７０は、前述した如く、チタン、又はチタンと、窒化チタンと、タンタルと、窒化タンタルとの結合物、又はバリア層に対して任意のその他の適宜の物質、とすることが可能である。
【００４２】
図１５において、導電性物質７２を開口６２ａ，６２ｂ，６２ｃ内にデポジットさせる。導電性物質７２は第２金属間誘電体層５６上のバリア層７０上にある。導電性物質７２は、第２金属間誘電体層５６の高さを越える非常に厚い層で配置される。導電性物質７２は好適には銅である。しかしながら、集積回路の寸法やその他の考慮事項に従ってその他の適宜の導電性物質を使用することが可能である。１実施例においては、導電性物質７２は第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃと同一の物質である。代替的に、導電性物質７２は第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃとは異なる物質とすることが可能である。導電性物質７２は電着プロセス又は無電極と電着プロセスとの結合を使用するか、又は任意のその他の適宜の態様で、配置させることが可能である。
【００４３】
図１６において、平坦化プロセスが前述した如くに行われる。平坦化プロセスは、導電性物質７２の過剰部分、金属間誘電体層５６及びバリア層の一部を除去する。化学的機械的平坦化プロセスは同期型プロセスとすることが可能であり、又は、例えば、第１金属トラック４８ａ，４８ｂ，４８ｃの上に載置される第２金属間誘電体層５６の中間部分上で停止する形態とさせることが可能である。この様に、第２金属トラック７４ａ，７４ｂ，７４ｃは導電性物質７２及びバリア層７０から形成される。同時に、導電性プラグ７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄがビア６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６６内に形成される。第２金属トラック７４ａ，７４ｂ，７４ｃはプラグ７５ａ，７５ｂ，７５ｃによって保護誘電体層３６下側の金属相互接続部３３へ接続される。金属トラック７４ｂはプラグ７５ｄで充填されている直接ビア６６によって金属トラック４８ｂへ接続されている。従って、ビアを充填し且つ第２金属トラック７４ａ，７４ｂ，７４ｃを形成するために、単一のプロセスが使用される。このことはフォトリソグラフィの拘束条件を緩和させ、フォトリソグラフィのステップ数を減少させ、金属でポジションステップ数を減少させ、エレクトロマイグレーション及び時間依存性絶縁破壊に対する保護を改善させることを可能とする。
【００４４】
図１８において、保護誘電体層７６が誘電体層５６上、金属トラック７４ａ，７４ｂ，７４ｃ上、及び保護誘電体層６０の露出部分上にデポジットされる。保護誘電体層７６は、好適には、保護誘電体層６０と同一の物質であるが、その他の適宜の物質から選択することも可能である。図１９において、平坦化プロセスが行われて保護誘電体層７６を平坦化させる。この平坦化プロセスは金属トラック７４ａ，７４ｂ，７４ｃ上及び下に誘電体封止層７８ａ，７８ｂを残存させる。
【００４５】
図２０は、非常に高い密度の金属ライン接続部を与えるために図１〜１９に関連して説明したプロセスを繰り返した後に得られる集積回路を示している。特に、第３金属間誘電体層８２が第２金属間誘電体層５６及び誘電体封止層７８ａ，７８ｂ上に形成されている。金属トラック８４ａ，８４ｂ，８４ｃが形成されており且つ誘電体封止層８６ａ，８６ｂ，８６ｃ内に被覆されている。第４金属間誘電体層９０が第３金属間誘電体層８２上に形成されている。第４金属ライン９２ａ，９２ｂ，９２ｃが第１金属間誘電体層９０内に形成されている。ビア９６ａ，９６ｂ，９６ｃは導電性プラグ９７ａ，９７ｂ，９７ｃで充填されていて第４金属トラック９２ａ，９２ｂ，９２ｃを第２金属トラック７４ａ，７４ｂ，７４ｃと電気的に接続させている。誘電体封止層８６ａ，８６ｂ，８６ｃは、前述した如く、ビア９６ａ，９６ｂ，９６ｃを形成する場合に、エッチマスクとして作用する。ビア９６ａ，９６ｂ，９６ｃは、夫々、ビア９６ａ，９６ｂ，９６ｃと合体して、夫々、第１、第２、第３、第４金属間誘電体層３８，５６，８２，９０を介して延在する単一のビアを形成する。
【００４６】
図２０に示されている金属相互接続部は、金属トラック周りの誘電体封止層に起因して緩和されたリソグラフィ拘束条件で形成される。該誘電体封止層は、又、前述した如くに絶縁破壊に対して耐久性のあるより一層堅牢な相互接続ラインを提供する。該金属相互接続部は図２０に示したものとは異なるように形成することが可能である。例えば、金属トラック９２ａ，９２は、金属トラック７４ａ，７４ｂがそうであるように、互いに電気的に分離させることが可能である。より多くの又はより少ない数の直接ビアを形成することが可能である。図示したものとは異なる多くの相互接続構成体及びパターンを本開示の原理に従って形成することが可能である。この様なその他の相互接続構成体及びパターンの全てが本発明の技術的範囲内に入るものである。
【００４７】
図２１は、図１〜２０に関連して説明した如き本発明の原理を使用する１実施例に基いて形成した金属相互接続構成体を具備する集積回路ダイ３０を例示している。図２０のものに類似している特徴を説明するために同じ参照番号が使われている。図２１において、金属トラック９２ａ，９２ｂ，９２ｃは、金属トラック７４ａ，７４ｂ，７４ｃがそうであるように、互いに電気的に分離されている。金属ライン９２ａ，９２ｂ，９２ｃは、各々、夫々の誘電体封止層９４ａ，９４ｂ，９４ｃ内に被覆されている。夫々の誘電保護層７８ａ，７８ｂ，７８ｃは金属ライン７４ａ，７４ｂ，７４ｃを被覆している。直接ビアが金属ライン７４ａ及び４８ａを接続している。
【００４８】
図２２は１実施例に基いて形成されたダブルフットブランチ（double foot branch）構成体１００を具備する集積回路ダイ３０を例示している。ビア６４ｂ，６４ｄ及び金属ライン７４ｂ用のトレンチが形成されており且つ金属間誘電体層３８，５６に関しての誘電体封止層５２ｂのエッチ選択性に起因してエッチマスクとして誘電体封止層５２ｂを使用して単一のエッチステップで充填される。ビア９６ｂ、９６ｄ及び金属ライン９２ｂが形成され且つビア６４ｂ、６４ｄ及び金属ライン７４ｂの場合と同じ態様で充填される。この様に、ダブルフットブランチ導電性構成体１００をトレンチのみのリソグラフィを使用して形成することが可能である。
【００４９】
図２３は、ダブルフットブランチ１００及び１実施例に基くその他の金属相互接続部を具備している集積回路ダイである。金属トラック７４ａ，７４ｃ及び９２ａ，９２ｃは、図２２で説明した金属ライン９２ｂ，７４ｂと同一の態様で形成される。ダブル金属フットブランチ１００は、図２２において形成されたダブル金属フットブランチ１００と同一の態様で形成される。
【００５０】
集積回路ダイを形成する既知のプロセスに従って第１金属間誘電体層９０にわたり更なる誘電体層を形成することが可能である。結局は、第４金属間誘電体層９０にわたりパッシベーション層を形成することが可能であり、集積回路ダイ３０における金属トラック及びビアを介してトランジスタ３４への接続を与えるために該パッシベーション層上にコンタクトパッドを形成することが可能である。最後に、該集積回路ダイをモールド化合物内に封止させ且つ該コンタクトパッドへ結合されている半田ボール、リード、又はピンを設けることが可能であり、その結果、該集積回路ダイは、回路基板上又はその他の適宜の位置の上等の電子コンポーネント内に据え付けることが可能である。集積回路ダイを形成するための多くのプロセス及び構造については本書においては詳細に説明していないが、この様なプロセス及び構造は当業者に既知であるか又は本開示に鑑みて実現することが可能なものである。
【００５１】
図面中の特徴部は、当業者によって理解されるように、縮尺通りではない。図面中に図示した構成はここに記載した関係を適切に満足しない場合がある。図１〜２３に関連して説明したプロセス及び構成は例示としてあたえたものである。その他のタイプの物質、厚さ、幅、構成、及びパターンを本発明の原理に従って使用することが可能である。全てのこの様な代替的実施例は本発明の技術的範囲に属するものである。
【００５２】
上述した種々の実施例は更なる実施例を与えるために結合させることが可能である。
【００５３】
上述した説明に鑑みてこれら及びその他の変更を上記実施例に対して行うことが可能である。一般的に、以下の特許請求の範囲において使用されている用語は本明細書及び図面中に開示されている特定の実施例に制限して解釈されるべきではなく、均等物と共に全ての可能な実施例を包含して解釈されるべきである。従って、特許請求の範囲は本開示によって制限されるものではない。
【００５４】
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明したが、本発明はこれらの具体的な実施例に制限されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種々の変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５５】
３０：集積回路ダイ
３１：半導体基板
３２：誘電体層
３３：金属相互接続部
３４：トランジスタ
３８：金属間誘電体層
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ：トレンチ
４２：保護誘電体層
４４：バリア層
４６：導電性物質
４８ａ，４８ｂ，４８ｃ：金属トラック
５０：保護誘電体層
５２ａ，５２ｂ：誘電体封止層
【図１】
2014072525.tif 000003
【図２】
2014072525.tif 000004
【図３】
2014072525.tif 000005
【図４】
2014072525.tif 000006
【図５】
2014072525.tif 000007
【図６】
2014072525.tif 000008
【図７】
2014072525.tif 000009
【図８】
2014072525.tif 000010
【図９】
2014072525.tif 000011
【図１０】
2014072525.tif 000012
【図１１】
2014072525.tif 000013
【図１２】
2014072525.tif 000014
【図１３】
2014072525.tif 000015
【図１４】
2014072525.tif 000016
【図１５】
2014072525.tif 000017
【図１６】
2014072525.tif 000018
【図１７】
2014072525.tif 000019
【図１８】
2014072525.tif 000020
【図１９】
2014072525.tif 000021
【図２０】
2014072525.tif 000022
【図２１】
2014072525.tif 000023
【図２２】
2014072525.tif 000024
【図２３】
2014072525.tif 000025