(57)【要約】【課題】  極太ワイヤを有する半導体デバイスと、デュアル・ダマシン・プロセスを使用してそれを製造する方法を提供することにある。【解決手段】  この方法では、スタック構造内で少なくとも１つの部分ビア（２６）がエッチングされ、少なくとも１つの部分ビア（２６）の周りにボーダ（３２）が形成される。この方法は、少なくとも１つのエッチング・ストップ層（２２）までビア・エッチングを続行しながら、選択エッチングを使用して太い配線を形成するステップをさらに含む。【選択図】  図６
2009524257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタック構造内に少なくとも１つの部分ビアをエッチングするステップと、
前記少なくとも１つの部分ビアの周りにボーダを形成するステップと、
少なくとも１つのエッチング・ストップ層までビア・エッチングを続行しながら、選択エッチングを使用して太い配線を形成するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記太い配線を形成するステップがデュアル・ダマシン・プロセスの一部である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ボーダを形成するステップが、前記スタック構造上にネガ・フォトレジストを形成するステップと、前記少なくとも１つの部分ビアから離れた前記ネガ・フォトレジストの部分を露出するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのエッチング・ストップ層が、Ｍｘ−１金属層を覆う第１のエッチング・ストップ層と、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）キャパシタを覆う第２のエッチング・ストップ層とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＭＩＭキャパシタを覆う前記エッチング・ストップ層が、前記Ｍｘ−１金属層を覆う前記エッチング・ストップ層より厚く形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記スタック構造内にＭＩＭキャパシタを組み込むステップをさらに含み、前記太い配線が前記ＭＩＭキャパシタを覆う前記少なくとも１つのエッチング・ストップ層まで延びる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記スタック構造を形成するステップが、
第１の低誘電率（ｋ）誘電体材料内に形成されたダマシン銅線を準備するステップと、
前記第１の低誘電率誘電体材料上にエッチング・ストップ層を形成するステップと、
前記エッチング・ストップ層上に層間誘電体層および第２の誘電体層を形成するステップと、
前記第２の誘電率誘電体層上に第２のエッチング・ストップ層を形成するステップと、
前記エッチング・ストップ層上に第３の低誘電率誘電体層を形成するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＭＩＭキャパシタが、Ｗ、ＷＮ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、およびＴｉＳｉＮのうちの少なくとも１つを含む耐熱金属または合金を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記第１および第２の低誘電率誘電体材料ならびに前記第２の誘電体層のうちの少なくとも１つが、フッ素ドープ・シリケート・ガラス（ＦＳＧ）である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記エッチング・ストップ層および前記第２のエッチング・ストップ層が、少なくとも、窒化シリコン、炭窒化シリコン、酸炭窒化シリコン、および炭化シリコンである、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記層間誘電体層にＭＩＭキャパシタを埋め込むステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＭＩＭキャパシタが、窒化シリコン、炭窒化シリコン、酸炭窒化シリコン、および炭化シリコンからなるエッチング・ストップ層のうちの少なくとも１つを有する複数のプレートである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの部分ビアをエッチングするステップが、下にある金属層およびＭＩＭキャパシタのうちの少なくとも１つと位置合わせされた前記スタック構造を部分的にエッチングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記太い配線を形成するステップが、前記少なくとも１つの部分ビアの前記形成後に前記スタック構造上にネガ・フォトレジストを付着させるステップと、前記少なくとも１つの部分ビアから離れた前記ネガ・フォトレジストを露出してボーダを形成するステップと、さらに前記スタック構造内に入るように前記少なくとも１つの部分ビアをエッチングし、選択エッチングを行い少なくとも１つのトラフを形成するステップとを含み、前記選択エッチングが、下にある金属層およびＭＩＭキャパシタのうちの少なくとも１つに付着させた前記少なくとも１つのエッチング・ストップ層に対して選択的なものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
集積回路チップを形成するために請求項１に記載の前記ステップを実施するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の前記ステップが、デュアル・ダマシン銅後工程（ＢＥＯＬ）プロセスであり、ワイヤおよびビア高として定義された銅層が３．５ミクロン以上の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのエッチング・ストップ層までビア・エッチングを続行しながら、選択エッチングを使用して太い配線を形成するステップが、前記ビアが前記少なくとも１つのエッチング・ストップ層まで延びる前に上部埋め込みエッチング層まで延びるトラフ・エッチングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
デュアル・ダマシン銅後工程（ＢＥＯＬ）構造を形成する方法であって、
少なくとも１つの下にある金属層と位置合わせされた部分高ビアを形成するステップと、
ネガ・フォトレジスト材料を塗布するステップと、
前記部分高ビアに最も近い前記ネガ・フォトレジスト材料内にボーダを形成するステップと、
追加の深さまで前記部分高ビアをエッチングし、選択エッチングを行いトラフを形成するステップと、
前記ＢＥＯＬ構造内にＭＩＭキャパシタを組み込むステップと、
を含む、方法。
【請求項１９】
前記エッチングするステップが、金属層および前記ＭＩＭキャパシタの上の少なくとも１つのエッチング・ストップ層までエッチングするステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
第１の低誘電率（ｋ）誘電体材料内に形成された前記下にある金属層を準備するステップと、
前記第１の低誘電率誘電体材料上にエッチング・ストップ層を形成するステップと、
前記エッチング・ストップ層上に酸化物層および層間誘電体層を形成するステップと、
二酸化シリコン層内に前記ＭＩＭキャパシタを埋め込むステップと、
前記ＭＩＭキャパシタ上にキャップ層を形成するステップと、
前記層間誘電体層上に第２のエッチング・ストップ層を形成するステップと、
前記エッチング・ストップ層上に第３の低誘電率誘電体層を形成するステップと、
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記エッチング・ストップ層および前記第２のエッチング・ストップ層が、窒化シリコン、炭窒化シリコン、酸炭窒化シリコン、および炭化シリコンからなるエッチング・ストップ層のうちの少なくとも１つである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ＭＩＭキャパシタが、窒化シリコン、炭窒化シリコン、酸炭窒化シリコン、および炭化シリコンからなるエッチング・ストップ層のうちの少なくとも１つを有する複数のプレートを使用して形成される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記追加の深さまで前記部分高ビアをエッチングし、選択エッチングを行いトラフを形成するステップが、前記ビアが少なくとも別のエッチング・ストップ層に突き当たる前に上部埋め込みエッチング層まで前記トラフをエッチングするステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記ボーダを形成するステップが、前記部分高ビアから離れた前記ネガ・フォトレジストの部分を露出するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記トラフをエッチングするステップが、前記ＭＩＭキャパシタを覆うキャップ層および下にある金属層のうちの少なくとも１つまで選択的にエッチングするステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記追加の深さまで部分高ビアをエッチングし、選択エッチングを行いトラフを形成するステップが、前記下にある金属層および前記ＭＩＭキャパシタのうちの少なくとも１つと位置合わせされる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
太いワイヤ構造を形成するためのデュアル・ダマシン方法であって、
スタック構造内に部分ビアを形成するステップと、
前記部分ビアの前記形成後に前記スタック構造上にネガ・フォトレジストを付着させるステップと、
前記部分ビアから離れた前記ネガ・フォトレジストを露出して、前記部分ビアの上にボーダを形成するステップと、
さらに前記スタック構造内に入るように前記部分ビアをエッチングするステップと、
前記部分ビア内に選択エッチングを行いトラフを形成するステップであって、前記選択エッチングが下にある金属層の少なくとも１つに付着させた少なくとも１つのエッチング・ストップ層に対して選択的なものであり、ＭＩＭが、少なくとも、上部プレートと、ＭＩＭ誘電体と、下部プレートとを有するステップと、
を含む、方法。
【請求項２８】
前記太いワイヤ構造が３．５ミクロン以上の厚さを有する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
集積回路チップを形成するために請求項１に記載の前記ステップを実施するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記ビアが前記上部プレートを貫通して完全にエッチングされず、前記ＭＩＭ誘電体と接触しないようなスパッタ除去と同等の、１０ナノメートル未満の酸化物からなるＭＩＭ上部プレートのスパッタ洗浄除去を含む、前記ＭＩＭキャパシタを形成するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのエッチング・ストップが、第１のエッチング・ストップと第２のエッチング・ストップであり、前記第１のエッチング・ストップが前記下にある金属層の上に形成され、前記第２のエッチング・ストップが前記ＭＩＭキャパシタの表面上に形成され、前記第１のエッチング・ストップの高さより大きい高さまで形成される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
第１の誘電体層内に形成されたダマシン銅線と、
前記ダマシン銅線を覆うエッチング・ストップ層と、
前記エッチング・ストップ層上の第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層上の第２のエッチング・ストップ層と、
前記エッチング・ストップ層上の第３の誘電体層と、
前記第１、第２、および第３の誘電体層を貫通して形成され、前記ダマシン銅線に接触する、１．５ミクロン以上の高さのビアと、
前記第２のエッチング・ストップに最も近く形成され、実質的に軸方向に前記ビアと一直線になり、前記ビアより大きい幅を有する、２ミクロン以上の高さのトラフと、
を含む、太いワイヤ構造。
【請求項３３】
酸化物層内に埋め込まれたＭＩＭキャパシタと、前記ＭＩＭキャパシタの上に形成されたエッチング・ストップ層とをさらに含み、前記ビアが前記ＭＩＭキャパシタの上に形成された前記エッチング・ストップ層と一直線になり、前記エッチング・ストップ層まで延び、前記トラフが前記ＭＩＭキャパシタの上に形成された前記ビアと軸方向に一直線になり、前記第２のエッチング・ストップの近くで止まる、請求項３２に記載の構造。
【請求項３４】
誘電体スタックが５．５μｍの高さであり、３．５μｍの高さのワイヤを有し、前記ビアが１．２μｍの最小幅を有する、請求項３２に記載の構造。
【請求項３５】
ＦＳＧ（フッ素ドープ・シリケート・ガラス）誘電体材料内に形成された下にあるワイヤと、
前記下にあるワイヤを覆う第１の窒化物キャップ層と、
前記第１の窒化物キャップ層上に形成された層間層と、
前記層間層の一部分に埋め込まれたＭＩＭキャパシタと、
前記ＭＩＭキャパシタ層上に形成されたＭＩＭエッチング・ストップ・キャップ層であって、前記第１の窒化物キャップより大きい厚さを有するＭＩＭエッチング・ストップ・キャップ層と、
前記層間層上に形成された第２の窒化物キャップ層と、
前記第２の窒化物キャップ上に形成されたＦＳＧ誘電体層と、
前記下にあるワイヤおよび前記ＭＩＭキャパシタのうちの少なくとも１つと一直線になり、前記ＭＩＭ窒化物キャップ層および前記第１の窒化物キャップ層に最も近いところまで延びるビアと、
実質的に軸方向に前記ビアと一直線になり、前記ビアより大きい幅を有し、前記第２の窒化物キャップ層まで延びるトラフと、
を含む、太いワイヤ構造。
【請求項３６】
前記ＭＩＭキャパシタが、Ｗ、ＷＮ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、およびＴｉＳｉＮのうちの少なくとも１つを含む耐熱金属または合金からなる、請求項３５に記載の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体デバイスおよび製造方法に関し、詳細には、アナログまたは極太ワイヤを有する半導体デバイスと、デュアル・ダマシン・プロセス（dual-damascene process）を使用してそれを製造する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
極太ダマシン銅（Ｃｕ）ワイヤ（たとえば、太さ２μｍを超えるもの）は、現在、シングル・ダマシン処理によって形成されている。シングル・ダマシン・プロセスの使用は、主に、ビアおよびワイヤ・エッチング・プロセス中にＭＩＭキャパシタと下にある配線層の両方に接触するという問題を含む、デュアル・ダマシン処理に関連する集積問題によるものである。
【０００３】
極太デュアル・ダマシンＣｕワイヤ・プロセスでは、従来のリソグラフィ・ステップを使用して、ビアおよびトレンチが定義される。これらの従来のプロセスでは、ビアの高さは約５．５μｍであり、幅は約１．５μｍである。ビアの形成後、ビアは、トラフ(溝、凹部)・リソグラフィ・ステップのために下にあるＣｕ配線層Ｍｘまで、たとえば、反射防止コーティング（ＡＲＣ：anti-reflective coating）などのスピン・オン有機材料（spinon organic material）で充填される。
【０００４】
しかし、第２のデュアル・ダマシン・リソグラフィ・ステップは極太ダマシンＣｕワイヤ・プロセスで加工品（ワーク）を作成するには難しいものであることが判明している。一例として、ビア先トレンチ後プロセス（via first, trench last process）の場合、ＡＲＣはビア内に砂時計形構造（hourglass formation）を形成し、その結果、ビア内に大きいボイドが形成されることが判明している。より具体的には、業界標準の中紫外線（ＭＵＶ：mid UV）または遠紫外線（ＤＵＶ：Deep UV）ＡＲＣが４０％を超える充填を達成し、そのすべてがビア内に大きいボイドを残し、それがトラフ・エッチング中に開放されることが判明している。これらのボイドにより、その後のエッチングでは、エッチング液がボイドを貫通してエッチングすることによって下にある金属層で腐食を引き起こしていた。
【０００５】
たとえば、ＡＲＣがより厚くなる場合、ビア内の充填特性はより良好になるが、その後のエッチング・プロセス中に他の問題が発生する。たとえば、受け入れられるビア充填は、０．８μｍ層を使用して達成することができるが、これは、非常に長いＡＲＣ開口（オープン）ステップが必要であることと、トラフＲＩＥ中にビアの周りに大きいフェンスまたはレールが生成されることにより、トラフＲＩＥを非常に複雑なものにする。より具体的には、より厚いＡＲＣ充填を使用するＲＩＥプロセス中に、トラフＲＩＥプロセスの早い時期に、ビアの側面にフェンスが形成される。これにより、下にある金属（Ｍｘ）層までビア・エッジに沿って優先エッチングが行われることになる。したがって、ＡＲＣが約０．８μｍのものである場合、レジスト侵食、大規模フェンス、およびトラフＲＩＥ（反応性イオン・エッチング）問題が発生することが判明している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の諸問題のうちの１つまたは複数を克服することを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様の方法は、スタック構造内に少なくとも１つの部分ビアをエッチングするステップと、少なくとも１つの部分ビアの周りにボーダを形成するステップとを含む。この方法は、少なくとも１つのエッチング・ストップ層までビア・エッチングを続行しながら、選択エッチングを使用して太い配線を形成するステップをさらに含む。
【０００８】
諸実施形態では、この太い配線を形成するステップはデュアル・ダマシン・プロセスの一部である。ボーダを形成するステップは、スタック構造上にネガ・フォトレジストを形成するステップと、少なくとも１つの部分ビアから離れたネガ・フォトレジストの部分を露出するステップとを含む。少なくとも１つのエッチング・ストップ層は、Ｍｘ−１金属層の上の第１のエッチング・ストップ層と、ＭＩＭ（metal insulator metal）キャパシタの上の第２のエッチング・ストップ層とを含む。ＭＩＭキャパシタの上のエッチング・ストップ層は、Ｍｘ−１金属層の上のエッチング・ストップ層より厚く形成される。
【０００９】
この方法は、スタック構造内にＭＩＭキャパシタを組み込むステップをさらに含み、太い配線はＭＩＭキャパシタの上の少なくとも１つのエッチング・ストップ層まで延びる。スタック構造を形成するステップは、第１の低誘電率（ｋ）誘電体材料内に形成されたダマシン銅線を準備するステップと、第１の低誘電率誘電体材料上にエッチング・ストップ層を形成するステップとを含む。層間誘電体層および第２の誘電体層はエッチング・ストップ層上に形成される。第２のエッチング・ストップ層は第２の誘電率誘電体層上に形成され、第３の低誘電率誘電体層はエッチング・ストップ層上に形成される。
【００１０】
ＭＩＭキャパシタは、Ｗ、ＷＮ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、およびＴｉＳｉＮのうちの少なくとも１つを含む耐熱金属または合金を含む。第１および第２の低誘電率誘電体材料ならびに第２の誘電体層のうちの少なくとも１つは、フッ素ドープ・シリケート・ガラス（ＦＳＧ：fluorine doped silicate glass）である。エッチング・ストップ層および第２のエッチング・ストップ層は、少なくとも、窒化シリコン、炭窒化シリコン（silicon carbo nitride）、酸炭窒化シリコン（silicon oxycarbo nitride）、および炭化シリコンである。ＭＩＭキャパシタは層間誘電体層に埋め込まれる。ＭＩＭキャパシタは、窒化シリコン、炭窒化シリコン、酸炭窒化シリコン、および炭化シリコン・エッチング・ストップ層のうちの少なくとも１つを有する複数のプレートである。
【００１１】
少なくとも１つの部分ビアをエッチングするステップは、下にある金属層およびＭＩＭキャパシタのうちの少なくとも１つと位置合わせされたスタック構造に部分的にエッチングするステップを含む。太い配線を形成するステップは、少なくとも１つの部分ビアの形成後にスタック構造上にネガ・フォトレジストを付着させるステップと、少なくとも１つの部分ビアから離れたネガ・フォトレジストを露出してボーダを形成するステップと、さらにスタック構造内に入るように少なくとも１つの部分ビアをエッチングし、選択エッチングを行い少なくとも１つのトラフを形成するステップとを含む。この選択エッチングは、下にある金属層およびＭＩＭキャパシタのうちの少なくとも１つに付着させた少なくとも１つのエッチング・ストップ層に対して選択的なものである。
【００１２】
諸実施形態では、集積回路チップを形成するために本発明の諸ステップが使用される。本発明の諸ステップは、デュアル・ダマシン銅後工程（ＢＥＯＬ：back end of line）プロセスであり、ワイヤおよびビア高として定義された銅層は約３．５ミクロン以上の厚さを有する。少なくとも１つのエッチング・ストップ層までビア・エッチングを続行しながら、選択エッチングを使用して太い配線を形成するステップは、ビアが少なくとも１つのエッチング・ストップ層まで延びる前に上部埋め込みエッチング層まで延びるトラフ・エッチングを含む。
【００１３】
本発明の他の態様では、この方法は、デュアル・ダマシン銅ＢＥＯＬ構造を形成することを対象とする。この方法は、少なくとも１つの下にある金属層と位置合わせされた部分高ビアを形成するステップと、ネガ・フォトレジスト材料を塗布するステップとを含む。この方法は、部分高ビアに最も近いネガ・フォトレジスト材料内にボーダを形成するステップと、追加の深さまで部分高ビアをエッチングし、選択エッチングを行いトラフを形成するステップとをさらに含む。この方法は、ＢＥＯＬ構造内にＭＩＭキャパシタを組み込むステップをさらに含む。
【００１４】
諸実施形態では、エッチングするステップは、金属層およびＭＩＭキャパシタの上の少なくとも１つのエッチング・ストップ層までエッチングするステップを含む。この方法は、第１の低誘電率誘電体材料内に形成された下にある金属層を準備するステップと、第１の低誘電率誘電体材料上にエッチング・ストップ層を形成するステップと、エッチング・ストップ層上に酸化物層および層間誘電体層を形成するステップと、酸化物（二酸化シリコン）層内にＭＩＭキャパシタを埋め込むステップと、ＭＩＭキャパシタ上にキャップ層を形成するステップと、層間誘電体層上に第２のエッチング・ストップ層を形成するステップと、エッチング・ストップ層上に第３の低誘電率誘電体層を形成するステップとをさらに含む。
【００１５】
エッチング・ストップ層および第２のエッチング・ストップ層は、窒化シリコン、炭窒化シリコン、酸炭窒化シリコン、および炭化シリコンからなるエッチング・ストップ層のうちの少なくとも１つである。ＭＩＭキャパシタは、窒化シリコン、炭窒化シリコン、酸炭窒化シリコン、および炭化シリコンからなるエッチング・ストップ層のうちの少なくとも１つを有する複数のプレートを使用して形成される。追加の深さまで部分高ビアをエッチングし、選択エッチングを行いトラフを形成するステップは、ビアが少なくとももう１つのエッチング・ストップ層に突き当たる前に上部埋め込みエッチング層までトラフをエッチングするステップを含む。ボーダを形成するステップは、部分高ビアから離れたネガ・フォトレジストの部分を露出するステップを含む。トラフをエッチングするステップは、ＭＩＭキャパシタの上のキャップ層および下にある金属層のうちの少なくとも１つまで選択的にエッチングするステップを含む。追加の深さまで部分高ビアをエッチングし、選択エッチングを行いトラフを形成するステップにおいて、形成されるトラフは下にある金属層およびＭＩＭキャパシタのうちの少なくとも１つと位置合わせされる。
【００１６】
本発明の他の態様では、太いワイヤ構造を形成するためのデュアル・ダマシン方法は、スタック構造内に部分ビアを形成するステップと、部分ビアの形成後にスタック構造上にネガ・フォトレジストを付着させるステップとを含む。この方法は、部分ビアから離れたネガ・フォトレジストを露出して、部分ビアの上にボーダを形成するステップをさらに含む。この部分ビアはさらにスタック構造内に入るようにエッチングされる。この方法は、部分ビア内に選択的にエッチングしてトラフを形成するステップをさらに含む。この選択エッチングは、下にある金属層の少なくとも１つに付着させた少なくとも１つのエッチング・ストップ層に対して選択的なものである。ＭＩＭは、少なくとも、上部プレートと、ＭＩＭ誘電体と、下部プレートとを有する。
【００１７】
諸実施形態では、太いワイヤ構造は約３．５ミクロン以上の厚さを有する。諸ステップは、集積回路チップを形成するために設計されている。ＭＩＭキャパシタは、ビアが上部プレートを貫通して完全にエッチングされず、ＭＩＭ誘電体と接触しないようなスパッタ除去と同等の、１０ナノメートル未満の酸化物からなるＭＩＭ上部プレートのスパッタ洗浄除去によって形成される。少なくとも１つのエッチング・ストップは、第１のエッチング・ストップと第２のエッチング・ストップである。第１のエッチング・ストップは下にある金属層の上に形成され、第２のエッチング・ストップは、ＭＩＭキャパシタの表面上に形成され、第１のエッチング・ストップの高さより大きい高さまで形成される。
【００１８】
本発明の他の態様では、太いワイヤ構造は、第１の誘電体層内に形成されたダマシン銅線と、ダマシン銅線を覆うエッチング・ストップ層とを含む。第２の誘電体層はエッチング・ストップ層上に形成される。第２のエッチング・ストップ層は第２の誘電体層上に形成され、第３の誘電体層はエッチング・ストップ層上に形成される。約１．５ミクロン以上の高さのビアは、第１、第２、および第３の誘電体層を貫通して形成され、ダマシン銅線に接触する。約２ミクロン以上の高さのトラフは、第２のエッチング・ストップに最も近く形成され、実質的に軸方向にビアと一直線になり、ビアより大きい幅を有する。ＭＩＭキャパシタは酸化物層内に埋め込まれ、エッチング・ストップ層はＭＩＭキャパシタの上に形成される。ビアは、ＭＩＭキャパシタの上に形成されたエッチング・ストップ層と一直線になり、そのエッチング・ストップ層まで延び、トラフは、ＭＩＭキャパシタの上に形成されたビアと軸方向に一直線になり、第２のエッチング・ストップの近くで止まる。誘電体スタックは約５．５μｍの高さであり、約３．５μｍの高さのワイヤを有し、ビアは約１．２μｍの最小幅を有する。
【００１９】
本発明の一態様では、太いワイヤ構造は、ＦＳＧ（フッ素ドープ・シリケート・ガラス）誘電体材料内に形成された下にあるワイヤを含む。第１の窒化物キャップ層は下にあるワイヤを覆う。層間層は第１の窒化物キャップ層上に形成される。ＭＩＭキャパシタは層間層の一部分に埋め込まれる。ＭＩＭエッチング・ストップ・キャップ層はＭＩＭキャパシタ層上に形成され、ＭＩＭキャップ層は第１の窒化物キャップより大きい厚さを有する。第２の窒化物キャップ層は層間層上に形成される。ＦＳＧ誘電体層は第２の窒化物キャップ上に形成される。ビアは、下にあるワイヤおよびＭＩＭキャパシタのうちの少なくとも１つと一直線になり、ＭＩＭ窒化物キャップ層および第１の窒化物キャップ層に最も近いところまで延びる。トラフは、実質的に軸方向にビアと一直線になり、ビアより大きい幅を有し、第２の窒化物キャップ層まで延びる。諸実施形態では、ＭＩＭキャパシタは、Ｗ、ＷＮ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、およびＴｉＳｉＮのうちの少なくとも１つを含む耐熱金属または合金からなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、一般に、半導体デバイスおよび製造方法に関し、詳細には、デュアル・ダマシン・プロセスを使用して、太いワイヤを有するデバイスを製造する方法に関する。本発明のデュアル・ダマシン・プロセスを使用することにより、ビアのエッジにおける突き抜け現象、ビアのアンダー・エッチング（under etch）、トラフのアンダー・エッチングまたはオーバー・エッチング（overetch）などの問題が解消される。さらに、本発明のプロセスは、下にある金属層またはＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）キャパシタあるいはその両方に対する腐食作用を解消する。一実施例では、本発明のデュアル・ダマシン・プロセスは、たとえば、部分深さビアを形成するステップと、ネガ・フォトレジスト材料を塗布するステップと、次にトラフをエッチングし、ビア・エッチングを完了するステップとを含む。この方法は、任意選択で、後工程（ＢＥＯＬ）構造内に、ＭＩＭキャパシタまたは薄膜抵抗などのその他の受動素子を組み込むステップを含む。
【００２１】
諸実施形態では、結果の構造はデュアル・ダマシン銅後工程（ＢＥＯＬ）構造であり、その構造内でワイヤおよびビアで構成される銅層は少なくとも３．５ミクロンの厚さを有する。本発明のプロセスによって形成された少なくとも１つの構造では、使用される誘電体スタックは約５．５μｍの高さであり、約３．５μｍの高さのワイヤを有する。諸実施形態では、ワイヤおよびビアはそれぞれ約３μｍおよび約２μｍの最終高を有し、ビアおよびワイヤはいずれも約１．２μｍの最小幅を有する。
【００２２】
図１は、本発明による開始構造を示している。この開始構造は、隣接金属ラインを絶縁するために使用される低誘電率（ｋ）誘電体材料１０内に形成されたダマシン銅線１２を含む。低誘電率誘電体材料１０は、金属ライン間の不要な容量結合、したがって、「クロストーク」を低減する。諸実施形態では、誘電体材料１０は、たとえば、ＳｉＯ2、フッ素ドープＳｉＯ2（ＦＳＧ）、ＳｉＣＯＨ、ポリアリーレン（エーテル）、多孔性誘電体、部分エアギャップ、または完全エアギャップにすることができる。諸実施形態では、当技術分野で知られている通り、均一寸法を保証するために銅配線なしのエリア内にダミー充填形状を設けることができるが、本発明を実施するためにダミー充填形状は不要であることを理解しなければならない。
【００２３】
誘電体材料１０上には、たとえば、窒化シリコン、炭窒化シリコン、酸炭窒化シリコン、または炭化シリコンからなるキャップ層のうちの１つまたは複数を、高密度プラズマ（ＨＤＰ）、プラズマ促進ＣＶＤ、またはスピン・オン層のうちの１つまたは複数を用いてビア・エッチング・ストップ層１４が形成される。諸実施形態では、エッチング・ストップ層１４は、Ｍｘ−１層の上で最小化することができ、一実施形態では、約２５〜７５ｎｍの範囲内である。
【００２４】
さらに図１を参照すると、エッチング・ストップ層１４上には、層１０について前述したように、たとえば、酸化物ベースの材料などの層間誘電体層１６を付着させる。一実施形態では、ＭＩＭキャパシタ１８は、従来のプロセスを使用して、層間誘電体層１６内に埋め込まれる。ＭＩＭキャパシタ１８は、当業者にとって既知の任意の従来のスタック構造にすることができる。しかし、一実施形態では、ＭＩＭキャパシタ１０は、ＴｉＮ上部プレートとともにＴｉＮ／Ｗ／ＴｉＮ下部プレートを含む。他の諸実施形態では、ＭＩＭキャパシタ１８は、ＴａＮ／Ｔａ、ＴａＮ／Ｔａ／ＴａＮ、またはＴａＮ／Ｔａ／ＴｉＮ下部プレートを使用する。ＭＩＭキャパシタ１８が含まれる場合、誘電体層１６は、ＭＩＭ形成のための第１のステップと、ＭＩＭ形成後の第２のステップという２つのステップで付着させることになるであろう。当技術分野で知られている通り、２５〜７５ｎｍの標準的な厚さ範囲内の二酸化シリコン、窒化シリコン、アルミナ、五酸化タンタルのうちの１つまたは複数などの任意のＭＩＭ誘電体を使用できるであろう。
【００２５】
第２の誘電体付着後に、平坦化ステップ、たとえば、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を実行し、ＭＩＭ高さの約１．５〜３倍に等しい厚さの誘電体を除去し、続いて、当技術分野で知られている通り、標準的なウェハ洗浄によってウェハを平坦化することができる。また、ＣＭＰステップは、最後の誘電体層付着（層２４ａ）後に実行することもできるであろう。後者が実施される場合、ＭＩＭの上の誘電体層はＭＩＭ（図示せず）のプロファイルに従うことになるであろう。
【００２６】
ＭＩＭキャパシタ１８を含む一実施形態では、エッチング・ストップ層１８ａ、たとえば、上部窒化シリコン・キャップ層、炭窒化シリコン、酸炭窒化シリコン、または炭化シリコン・エッチング・ストップ層、あるいは組成の点で層１４と同様の膜がＭＩＭキャパシタ１８上に形成される。一実施形態では、上部窒化物層１８ａは、エッチング・ストップ層１４の約２倍の厚さであり、窒化シリコンから形成される。例示的な一例として、窒化物層１８ａは約１５０ｎｍの厚さにすることができる。以下により詳細に論じる通り、これにより、その後のエッチング・プロセスでエッチング・ストップ層１４をエッチングする前に、ＭＩＭキャパシタ１８を露出しないことを保証する。ＭＩＭキャパシタ１８は、諸実施形態では、当業者によって知られている通り、約０．４μｍの全高と、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａ、Ｗ、ＷＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮのうちの１つまたは複数などの耐熱金属の上部および下部導電プレートと、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3／Ｔａ2Ｏ5／Ａｌ2Ｏ3多層膜のうちの１つまたは複数などのＭＩＭ誘電体とを有する。一実施形態では、上部ＭＩＭプレートはＴｉＮからなり、ＭＩＭ誘電体を貫通するエッチングおよび下部ＭＩＭプレートの露出を回避するためにＭＩＭ誘電体に対して選択的にＴｉＮ  ＲＩＥエッチングが施される。ＭＩＭ誘電体はＡｌ2Ｏ3／Ｔａ2Ｏ5／Ａｌ2Ｏ3多層膜であり、ＭＩＭ下部プレートは、任意選択でＴｉＮまたはＴａＮによって下および上が被覆されたＷまたはＴａなどの低抵抗耐熱金属である。
【００２７】
二酸化シリコン層１８上には、低誘電体材料２０、たとえば、ＦＳＧが形成される。低誘電体材料２０および酸化物層１８の厚さは、一実施形態では約０．３μｍであるが、本発明では他の厚さも企図されている。低誘電体材料２０上には、約１００ｎｍの範囲内のエッチング・ストップ層２２が形成される。諸実施形態では、エッチング・ストップ層２２は窒化シリコン・キャップ層である。後続の誘電体層２４の付着力を改善するために、エッチング・ストップ層２２上に任意選択の酸化物層２２ａを形成することができる。たとえば、層２２は２００ｎｍのＳｉＯ2を含むことができ、層２４は３μｍのＦＳＧから構成することができるであろう。窒化シリコンの上のＦＳＧ膜の付着力またはその他の特性を改善するために、ＦＳＧの下にドープなし酸化物の存在が示されている。
【００２８】
低誘電体材料２４、たとえば、ＦＳＧは、任意の従来の方法で窒化物層２２上に形成される。諸実施形態では、低誘電体材料２４は約３μｍの厚さである。任意選択のステップで、低誘電体材料２４上に二酸化シリコン層２４ａを形成することができる。この任意選択のステップでは、二酸化シリコン層２４ａは約０．３μｍ〜０．５μｍの厚さにすることができ、低誘電体材料２４は約２．５μｍの厚さにすることができる。理解される通り、二酸化シリコン層２４ａは、銅ＣＭＰ（化学機械的研磨）プロセス中にあまり可変性および侵食をもたらさない可能性があり、その後のエッチングおよびＣＭＰ処理中に完全に除去される場合もあれば除去されない場合もある。
【００２９】
図２は、図１の構造内に部分ビアを形成するためのエッチング・プロセスを表している。諸実施形態では、１つまたは複数の部分ビア２６が構造内に形成される。諸実施形態では、部分ビア２６は、従来方法のフォトレジスト、パターン形成、およびエッチングによって形成される。たとえば、フォトレジストは、低誘電体材料２４または二酸化シリコン層２４ａ上に形成することができる。フォトレジストを光に曝してパターンを形成する。次に、たとえば、従来のＲＩＥプロセスを使用してパターンをエッチングして、部分ビア２６を形成する。フォトレジストは好ましくは剥離または除去される。
【００３０】
諸実施形態では、部分ビア２６は、その後のエッチングおよびワイヤ形成のために金属層１２またはＭＩＭキャパシタ１８あるいはその両方と位置合わせされて低誘電体材料２４内に形成される。誘電体材料２４（ならびに、代替諸実施形態では、酸化シリコン層２４ａ）の厚さに応じて、層２４および２４ａの厚さの合計の約２／３の深さならびに約１．２μｍの幅まで、部分ビア２６をエッチングすることができる。諸実施形態では、エッチング液の化学反応は、ＲＩＥエッチングが完了した後にレジストがウェハ内に残存するように、当業者によって知られている通り、従来の平行板ＲＩＥリアクタを使用するＣＦ4／Ａｒ／ＣＯなどの標準的なＲＩＥベースの化学反応である。代わって、当技術分野で知られている通り、リソグラフィ・パターン形成の前に任意の標準的なハード・マスクまたは低温誘電体でコーティングされたＡＲＣを使用できるであろう。
【００３１】
図３は、トラフ(trough、溝)を形成する開始プロセスを示している。この実施形態では、部分ビア２６内に加えて、低誘電体材料２４上または二酸化シリコン層２４ａ上にネガ・フォトレジスト２８が形成される。フォトレジスト２８により部分ビア２６内で良好な充填特性が得られていることが判明している。特に、未露出のネガ・フォトレジストは現像プロセス中に除去される。これは、配線トラフなしのエリアは光に曝され、配線トラフを有することになるエリアは光に曝されないことを意味する。未露出のネガ・レジストは部分的にエッチングされたビア２６内にあるので、それはレジスト現像プロセス中に容易に除去することができる。このプロセスにより、ＡＲＣ層の使用が解消され、したがって、ワイヤ・トラフＲＩＥエッチング中のエッチングおよびビア内のＡＲＣ充填に関連する問題が解消される。
【００３２】
図４に示されている通り、ワイヤ・トラフ開口部３０は、部分ビア２６のエッジから離れたネガ・フォトレジストの部分を露出することによって形成される。開口部３０は、実質的に軸方向に(軸に対して対称に)部分ビア２６と位置合わせされている。開口部３０は、部分ビア２６から離れたネガのレジストを露出することによって形成され、その結果、部分ビア２６の側面にビア・ボーダ３２が形成される。ビア・ボーダ３２は約０．６ミクロン以下であるが、ゼロより大きい。ビア・ボーダ３２は、諸実施形態では、図８および図９に示されている通り、転写されない部分ビア２６のエッジからネガ・フォトレジストの露出中に光がしみ出すのを回避するために必要である。
【００３３】
図５は、本発明による追加の処理ステップを示している。ワイヤ・トラフ開口部３０を有するレジスト層２８のパターン形成の後で、プロセスはエッチング液プロセスを続行し、ビア２６がエッチング・ストップ層２２を貫通してエッチングされ、トラフ３４がエッチング・ストップ層２２を貫通してエッチングされないように、誘電体層２４内に部分ビア２６およびトラフ３４をエッチングする。プロセスのこの時点で、ビア２６はエッチング・ストップ層１８ａに到達していない。図５に示されている通り、このエッチング・プロセスは、層間誘電体層１６（図示）または誘電体層２０内に部分ビア２６をエッチングすることになる。一実施形態では、トラフＲＩＥエッチングが窒化物ストップ層１４に突き当たる前にビアがＭＩＭエッチング・ストップ層１８ａに突き当たるのを防止するために、ビア高が最適化される（たとえば、層１６の厚さに応じて、ビアは約２ミクロンの範囲内になる可能性がある）。
【００３４】
このエッチング・ステップでは、エッチング液の化学反応は、エッチング・ストップ層に対して非選択的なものであり、すなわち、層２４、２０、および１６のＲＩＥエッチング速度はエッチング・ストップ層２２のＲＩＥエッチング速度とほぼ同じである。この非選択エッチング・プロセスは、誘電体層１６または２０の一部分のみをエッチングするように時間設定される。金属層１２およびＭＩＭキャパシタ１８の上にある誘電体層の部分はエッチングされず、したがって、エッチング液はエッチング・ストップ層１４および１８ａ内にエッチングせず、たとえば、エッチングは窒化物層１４（金属層１２を保護するもの）および窒化物層１８ａ（ＭＩＭキャパシタ１８を保護するもの）の上で止まることになる。
【００３５】
以下の表１は、業界標準の平行板ＲＩＥチャンバで実行されるトラフ用のＲＩＥエッチング条件（第２のデュアル・ダマシン・ステップ）を示している。上記で論じた集積要件が満たされる限り、他のＲＩＥリアクタで可能であるように他の化学反応を使用できる可能性があることに留意されたい。
【表１】
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【００３６】
図６は、本発明による選択的ＲＩＥエッチング・プロセスを表している。この処理ステップでは、窒化シリコンに対して選択的なＲＩＥエッチング・プロセスを使用して、トラフ３４を形成する。このＲＩＥ処理ステップでは、理解される通り、エッチング化学反応によって、好ましくはエッチング・ストップ層１４および１８ａ（たとえば、窒化シリコン層）の少し上までビアをさらにエッチングすることになる。しかし、諸実施形態では、このエッチング・プロセス中にＲＩＥプロセスは、エッチング・ストップ層１４までエッチングする前にエッチング・ストップ層１８ａまでエッチングすることになる。このように、実施例によっては、エッチング・ストップ層１８ａをわずかにエッチングで除去する可能性があるが、ＭＩＭキャパシタ１８の上部層が露出されないような低速で行われる。このため、エッチング・ストップ層１８ａはエッチング・ストップ層１４より厚くなる可能性があり、ＭＩＭキャパシタ１８がエッチング・プロセス中に露出されないことが保証される。
【００３７】
エッチング・ストップ層１８ａに対するＲＩＥ選択性を維持するという一態様は、ビアのみをエッチングすることにより、ＲＩＥチャンバ内で使用可能な酸素を制限することである。ビアが完全にエッチングされる前にエッチング・ストップ層２２を貫通してトラフ３４のパターンがエッチングされる場合、トラフ開口部内でエッチングされた誘電体から酸素が解放されることにより、エッチング・ストップ層１８ａに対するＲＩＥ選択性が低減または除去され、その結果、ＭＩＭキャパシタの上部プレート内にＲＩＥエッチングが進行し、結果的にＭＩＭの歩留まりまたは誘電体の信頼性が劣化する。エッチングのこの部分およびその他の部分は、既知のエッチング速度を使用するか、または発光分光法（または任意のその他の既知の方法）を使用してエッチングを終点とすることによって、固定時間に基づいて実行することができる。
【００３８】
諸実施形態では、トラフ３４は、幅が約１ミクロン〜１００ミクロンの範囲であり、高さが約３ミクロン〜３．５ミクロンの範囲である。これに対して、ビアは、処理後、約２ミクロンの高さになる。しかし、上記の寸法は非制限的で例示的な一例として示されており、本発明の実施例によって他の寸法も等しく達成可能であることを理解されたい。
【００３９】
さらに図６を参照すると、上記のエッチング液プロセスにおいて、一実施形態では、選択性を増すために、２ｓｃｃｍのＣ4Ｆ8トラフＲＩＥ（反応性イオン・エッチング）を追加することができる。このエッチング液プロセスは、トラフ・エッジにおける窒化シリコン突き抜け現象を解消し、ＭＩＭキャパシタに対する良好な選択性をもたらし、ポリマＲＩＥストップおよびビア・バーＲＩＥ問題（たとえば、ビア・バーはエッチング液の化学反応に対する抵抗力がかなり低いことが知られている）を回避する。また、この選択エッチング・ステップでは、エッチング・ストップ層１４および１８ａは、選択的エッチング液プロセス中にエッチング・ストップとして作用し、その結果、下にある金属（たとえば、銅）層１２またはＭＩＭキャパシタ１８が露出されないこと、たとえば、エッチング・ストップ層がＲＩＥを停止するのに十分な厚さになることを保証する。当業者によって知られている通り、追加のプロセス・ステップとして、トラフ３２が形成された後、フォトレジスト２８が剥離され、窒化シリコン層１４（ならびに任意の他の露出誘電体）にエッチングを施して下にあるワイヤ１２を露出し、任意選択の脱フッ素プラズマ洗浄が実行され、３０秒の１００：１ＤＨＦ洗浄などのウェハ洗浄が実行され、耐熱金属ライナである銅シードを付着させ、銅を電気メッキし、ＣＭＰを使用して余分な金属を除去することにより、ウェハが金属被覆される。
【００４０】
エッチング時間対ワイヤおよびビア高をモデル化して、プロセスを最適化し、エッチング・ストップ層１８ａを貫通するエッチングを回避することは可能である。図７は、１．５μｍの部分ビア深さの場合のエッチング時間対層間深さ目標のグラフを示している。このグラフに示されている通り、水平線はエッチングがエッチング・ストップ層１４に突き当たるまでの時間を表し、傾斜線はビアがＭＩＭキャパシタ１８のエッチング・ストップ層１８ａに突き当たるまでの時間を表している。酸化物トラフ・エッチングは、ビアがＭＩＭキャパシタ１８のエッチング・ストップ層１８ａに突き当たる前に、エッチング・ストップ層（たとえば、キャップ）２２上で終点（ＥＰ：endpoint）となる。図７では、最適ビア高は、処理後、１．９μｍになる。
【００４１】
図８および図９は、本発明により処理された中間構造（ビアの周りに６００ｎｍのトラフ・ボーダあり）と、ボーダなしの構造の比較を示している。この表現では、図８は、本発明により形成された構造の側面図と平面図を示している。本発明により形成されたボーダありの部分ビア内にいかなる残留レジストも残存しないことは明白である。しかし、図９に示されている通り、ボーダなしのビアを使用すると、その結果、残留レジストがビア内に残存することになる。すなわち、ビア内に浮きかす（スカム、scumming）が存在する。この浮きかすは、光がビア内に流出し、後で現像できないことによるものであり、このため、ビアおよびトラフを形成するためのその後のエッチング・プロセスが損なわれることになる。
【００４２】
典型的なＭＩＭキャパシタは図１０に示されており、各層は表２に記載されている。ＭＩＭ上部プレート５２および下部プレート５０は、導体であり、複数の層で構成することができる。ダマシン銅配線で形成されたＭＩＭキャパシタの場合、プレートは、典型的には、上述の通り、Ｗ、ＷＮ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮなどの耐熱金属または合金からなる。ＰＥＣＶＤ酸化シリコンまたは窒化シリコンあるいはＣＶＤアルミナ被覆五酸化タンタルの１つまたは複数の層を使用するＭＩＭキャパシタの場合、ＴｉＮ、ＴａＮ、またはＴａがＭＩＭ誘電体５１に直接接触すると、優れたＭＩＭ信頼性が得られている。追加の下部プレート要件は、ＭＩＭ品質要素を改善するために、低いシート抵抗を有することである。
【００４３】
ＭＩＭ下部プレート５０は上からビアに接触し、その結果、上部プレートのないエリア内で接触することになる。これは、有効下部プレート抵抗を最小化し、ＭＩＭ品質要素を最大化するために、ＭＩＭ下部プレート５０が比較的厚く、すなわち、１００〜４００ｎｍになる必要があることを意味する。ＭＩＭ上部プレート５２は上のビアに接触し、上からの配線でストラップされ得るので、そのシート抵抗は比較的重要ではなく、重要なパラメータは、ＭＩＭの上のビアが形成されたときに実行されるＲＩＥエッチング、ウェット・エッチング、および洗浄に対するそのエッチング耐性である。
【００４４】
ビアがＭＩＭ上部プレートに接触する（すなわち、トラフ・エッチング中にエッチング・ストップ層１８ａを貫通してエッチングする）場合、ＭＩＭ誘電体の完全性は帯電損傷のために劣化する可能性がある。ビアがＭＩＭ上部プレートを完全に貫通してエッチングし、ＭＩＭ誘電体に接触する場合、ＭＩＭ上部プレート５２および下部プレート５０は、短絡されるか、または誘電漏洩特性が不十分になる。最後に、ハード・マスクまたはエッチング・ストップ層５３および５４は、ビアがＭＩＭプレート内にエッチングするのを防止するのに十分な厚さである必要がある。ＭＩＭはビア高に適合しなければならないので、これは、前の配線レベルの上のＭＩＭ高が制限され、ＭＩＭプレート抵抗、ＭＩＭハード・マスクまたはエッチング・ストップ層の厚さなどの間でトレードオフがあることを意味する。ビアおよびトラフＲＩＥ後にウェハが金属被覆されると、３０秒間の１００：１ＤＨＦなどのウェット洗浄と、それに続くアルゴン・スパッタ洗浄が実行される。上述の通り、ＭＩＭ上部プレート５２と下部プレート５０との短絡を回避するために、ＭＩＭ上部プレートのアルゴン・スパッタ洗浄除去は最小限にしなければならない。たとえば、ＭＩＭキャパシタ形成は、ＭＩＭ上部プレートと下部プレートとの短絡を回避するためのスパッタ除去と同等の１０ナノメートル未満の酸化物のＭＩＭ上部プレートのスパッタ洗浄除去を含む。
【表２】
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【００４５】
ＦＳＧ誘電体は、ドープなし酸化シリコンよりかなり高い圧縮応力を有する傾向がある。このため、ドープなし酸化シリコンは任意選択でビア誘電体スタックの一部に使用され、全体的なウェハの曲げを低減するために配線容量に対する影響は最も少ない。高応力膜のために過剰な曲げを有するウェハは、リソグラフィ・アライナ、ＲＩＥなどの処理ツールにおけるチャッキングが困難である。しかし、ＦＳＧおよびドープなし二酸化シリコンだけでなく、任意の誘電体を層に使用できることが企図されている。ドープなし二酸化シリコンも任意選択で図１の層２４の上に約１００〜５００ｎｍ、たとえば、３００ｎｍの厚さまで使用することができる。ドープなし酸化シリコンは、大気中またはウェット洗浄中の湿気によりＦＳＧより反応性が低くなり、フォトレジスト中毒を低減することができ、層１４のエッチングおよびその後のＣｕ  ＣＭＰプロセス中にウェハ上に部分的に残るかまたは完全に除去された場合、最終的な配線容量に対する影響はごくわずかであるか、まったくない。
【００４６】
ビア・エッチングはトラフＲＩＥ中に完了するので、トラフＲＩＥ化学反応は、ビア・ホールとビア・バーの両方をエッチングするために最適化しなければならない。トラフＲＩＥ中に、ビア・バーとビア・ホールはトラフのようにエッチングされる。選択的トラフ・エッチングを埋め込みエッチング・ストップ層上で終点とすると、その化学反応は、ビア・ホールとビア・バー用に最適化された超選択的ビア・エッチングに切り替わることになる。
【００４７】
上述の方法は、ＣＭＯＳ、ＳｉＧｅ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭトランジスタなどの集積回路チップを形成する際に使用される。結果として得られる集積回路チップは、生ウェハの形で（すなわち、複数のパッケージ化していないチップを有する単一ウェハとして）、むき出しのダイとして、またはパッケージ化した形で、メーカから配布することができる。後者の場合、チップは単一チップ・パッケージ内（マザーボードまたはその他の高レベル・キャリアに取り付けられるリードを含むプラスチック・キャリアなど）またはマルチチップ・パッケージ内（表面相互接続または埋め込み相互接続のいずれか一方または両方を有するセラミック・キャリアなど）に取り付けられる。いずれの場合も、チップは、（ａ）マザーボードなどの中間製品または（ｂ）最終製品の一部として、他のチップ、ディスクリート回路素子、またはその他の信号処理装置、あるいはこれらの組み合わせと統合される。最終製品は、玩具およびその他のローエンド応用例から、ディスプレイ、キーボードまたはその他の入力装置、中央処理装置を有する高度コンピュータ製品に及ぶ、集積回路チップを含む任意の製品にすることができる。
【００４８】
模範的な諸実施形態に関して本発明を説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲の精神および範囲内で、変更例とともに本発明を実施できることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による初期構造を示す図である。
【図２】本発明により実施される処理ステップを示す図である。
【図３】本発明により実施される処理ステップを示す図である。
【図４】本発明により実施される処理ステップを示す図である。
【図５】本発明により実施される処理ステップを示す図である。
【図６】本発明により実施される処理ステップを示す図である。
【図７】１．５μｍの部分ビア深さの場合のエッチング時間対層間深さ目標のグラフである。
【図８】本発明により処理された中間構造（ボーダあり）を示す図である。
【図９】本発明により処理されたボーダなしの構造を示す図である。
【図１０】本発明により実施されるＭＩＭキャパシタの一例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタック構造内に少なくとも１つの部分ビアをエッチングするステップと、
前記少なくとも１つの部分ビアの周りにボーダを形成するステップと、
少なくとも１つのエッチング・ストップ層までビア・エッチングを続行しながら、選択エッチングを使用して太い配線を形成するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記太い配線を形成するステップがデュアル・ダマシン・プロセスの一部である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ボーダを形成するステップが、前記スタック構造上にネガ・フォトレジストを形成するステップと、前記少なくとも１つの部分ビアから離れた前記ネガ・フォトレジストの部分を露出するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのエッチング・ストップ層が、Ｍｘ−１金属層を覆う第１のエッチング・ストップ層と、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）キャパシタを覆う第２のエッチング・ストップ層とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＭＩＭキャパシタを覆う前記エッチング・ストップ層が、前記Ｍｘ−１金属層を覆う前記エッチング・ストップ層より厚く形成される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記スタック構造内にＭＩＭキャパシタを組み込むステップをさらに含み、前記太い配線が前記ＭＩＭキャパシタを覆う前記少なくとも１つのエッチング・ストップ層まで延びる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記スタック構造を形成するステップが、
第１の低誘電率（ｋ）誘電体材料内に形成されたダマシン銅線を準備するステップと、
前記第１の低誘電率誘電体材料上にエッチング・ストップ層を形成するステップと、
前記エッチング・ストップ層上に層間誘電体層および第２の誘電体層を形成するステップと、
前記第２の誘電率誘電体層上に第２のエッチング・ストップ層を形成するステップと、
前記エッチング・ストップ層上に第３の低誘電率誘電体層を形成するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＭＩＭキャパシタが、Ｗ、ＷＮ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、およびＴｉＳｉＮのうちの少なくとも１つを含む耐熱金属または合金を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記第１および第２の低誘電率誘電体材料ならびに前記第２の誘電体層のうちの少なくとも１つが、フッ素ドープ・シリケート・ガラス（ＦＳＧ）である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記エッチング・ストップ層および前記第２のエッチング・ストップ層が、少なくとも、窒化シリコン、炭窒化シリコン、酸炭窒化シリコン、および炭化シリコンである、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記層間誘電体層にＭＩＭキャパシタを埋め込むステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＭＩＭキャパシタが、窒化シリコン、炭窒化シリコン、酸炭窒化シリコン、および炭化シリコンからなるエッチング・ストップ層のうちの少なくとも１つを有する複数のプレートである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの部分ビアをエッチングするステップが、下にある金属層およびＭＩＭキャパシタのうちの少なくとも１つと位置合わせされた前記スタック構造を部分的にエッチングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記太い配線を形成するステップが、前記少なくとも１つの部分ビアの前記形成後に前記スタック構造上にネガ・フォトレジストを付着させるステップと、前記少なくとも１つの部分ビアから離れた前記ネガ・フォトレジストを露出してボーダを形成するステップと、さらに前記スタック構造内に入るように前記少なくとも１つの部分ビアをエッチングし、選択エッチングを行い少なくとも１つのトラフを形成するステップとを含み、前記選択エッチングが、下にある金属層およびＭＩＭキャパシタのうちの少なくとも１つに付着させた前記少なくとも１つのエッチング・ストップ層に対して選択的なものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記太い配線を形成するステップが、前記ビアが前記少なくとも１つのエッチング・ストップ層まで延びる前に上部埋め込みエッチング層まで延びるトラフ・エッチングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
二重ダマシン銅後工程（ＢＥＯＬ）構造を形成する方法であって、
少なくとも１つの下にある金属層と位置合わせされた部分高ビアを形成するステップと、
ネガ・フォトレジスト材料を塗布するステップと、
前記部分高ビアに最も近い前記ネガ・フォトレジスト材料内にボーダを形成するステップと、
追加の深さまで前記部分高ビアをエッチングし、選択エッチングを行いトラフを形成するステップと、
前記ＢＥＯＬ構造内にＭＩＭキャパシタを組み込むステップと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記エッチングするステップが、金属層および前記ＭＩＭキャパシタの上の少なくとも１つのエッチング・ストップ層までエッチングするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１の低誘電率（ｋ）誘電体材料内に形成された前記下にある金属層を準備するステップと、
前記第１の低誘電率誘電体材料上にエッチング・ストップ層を形成するステップと、
前記エッチング・ストップ層上に酸化物層および層間誘電体層を形成するステップと、
前記酸化物層内に前記ＭＩＭキャパシタを埋め込むステップと、
前記ＭＩＭキャパシタ上にキャップ層を形成するステップと、
前記層間誘電体層上に第２のエッチング・ストップ層を形成するステップと、
前記エッチング・ストップ層上に第３の低誘電率誘電体層を形成するステップと、
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記トラフを形成するステップが、前記ビアが少なくとも別のエッチング・ストップ層に突き当たる前に上部埋め込みエッチング層まで前記トラフをエッチングするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ボーダを形成するステップが、前記部分高ビアから離れた前記ネガ・フォトレジストの部分を露出するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記トラフを形成するステップが、前記ＭＩＭキャパシタの上のキャップ層および下にある金属層のうちの少なくとも１つまで選択的にエッチングするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記トラフを形成するステップで形成されるトラフが、前記下にある金属層および前記ＭＩＭキャパシタのうちの少なくとも１つと位置合わせされる、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
太いワイヤ構造を形成するための二重ダマシン方法であって、
スタック構造内に部分ビアを形成するステップと、
前記部分ビアの前記形成後に前記スタック構造上にネガ・フォトレジストを付着させるステップと、
前記部分ビアから離れた前記ネガ・フォトレジストを露出して、前記部分ビアの上にボーダを形成するステップと、
さらに前記スタック構造内に入るように前記部分ビアをエッチングするステップと、
前記部分ビア内に選択エッチングを行いトラフを形成するステップであって、前記選択エッチングが下にある金属層の少なくとも１つに付着させた少なくとも１つのエッチング・ストップ層に対して選択的なものであり、ＭＩＭが、少なくとも、上部プレートと、ＭＩＭ誘電体と、下部プレートとを有するステップと、
を含む、方法。
【請求項２４】
前記ビアが前記上部プレートを貫通して完全にエッチングされず、前記ＭＩＭ誘電体と接触しないようなスパッタ除去と同等の、１０ナノメートル未満の酸化物からなるＭＩＭ上部プレートのスパッタ洗浄除去を含む、前記ＭＩＭキャパシタを形成するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのエッチング・ストップが、第１のエッチング・ストップと第２のエッチング・ストップであり、前記第１のエッチング・ストップが前記下にある金属層の上に形成され、前記第２のエッチング・ストップが前記ＭＩＭキャパシタの表面上に形成され、前記第１のエッチング・ストップの高さより大きい高さまで形成される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
第１の誘電体層内に形成されたダマシン銅線と、
前記ダマシン銅線を覆うエッチング・ストップ層と、
前記エッチング・ストップ層上の第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層上の第２のエッチング・ストップ層と、
前記エッチング・ストップ層上の第３の誘電体層と、
前記第１、第２、および第３の誘電体層を貫通して形成され、前記ダマシン銅線に接触する、１．５ミクロン以上の高さのビアと、
前記第２のエッチング・ストップに最も近く形成され、実質的に軸方向に前記ビアと位置合わせされ、前記ビアより大きい幅を有する、２ミクロン以上の高さのトラフと、
を含む、太いワイヤ構造。
【請求項２７】
酸化物層内に埋め込まれたＭＩＭキャパシタと、前記ＭＩＭキャパシタの上に形成されたエッチング・ストップ層とをさらに含み、前記ビアが前記ＭＩＭキャパシタの上に形成された前記エッチング・ストップ層と一直線になり、前記エッチング・ストップ層まで延び、前記トラフが前記ＭＩＭキャパシタの上に形成された前記ビアと軸方向に一直線になり、前記第２のエッチング・ストップの近くで止まる、請求項２６に記載の構造。
【請求項２８】
ＦＳＧ（フッ素ドープ・シリケート・ガラス）誘電体材料内に形成された下にあるワイヤと、
前記下にあるワイヤを覆う第１の窒化物キャップ層と、
前記第１の窒化物キャップ層上に形成された層間層と、
前記層間層の一部分に埋め込まれたＭＩＭキャパシタと、
前記ＭＩＭキャパシタ層上に形成されたＭＩＭエッチング・ストップ・キャップ層であって、前記第１の窒化物キャップより大きい厚さを有するＭＩＭエッチング・ストップ・キャップ層と、
前記層間層上に形成された第２の窒化物キャップ層と、
前記第２の窒化物キャップ層上に形成されたＦＳＧ誘電体層と、
前記下にあるワイヤおよび前記ＭＩＭキャパシタのうちの少なくとも１つと位置合わせされ、前記第２の窒化物キャップ層および前記第１の窒化物キャップ層に最も近いところまで延びるビアと、
実質的に軸方向に前記ビアと位置合わせされ、前記ビアより大きい幅を有し、前記第２の窒化物キャップ層まで延びるトラフと、
を含む、太いワイヤ構造。
【国際調査報告】
2009524257.tif 000015