(57)【要約】半導体デバイス（１０）及び方法に関するものであり、半導体デバイス（１０）は隣接する収納開口部（４４，４６，４８）を持つ相互接続（３８，４０，４２）を有する。誘電体層（２０）は一つ以上の相互接続層（１８）の内の最上部相互接続層の一部分として形成される。開口部（３０）を誘電体層に形成することにより、誘電体層の改質部分（３２）が開口部の側壁の一部分に沿って形成される。開口部には金属のような導電材料が充填される。誘電体層（２０）の露出部分（２２）を除去して、誘電体層よりも上に延びる導電材料の突出パッド（３８，４０，４２）を形成する。収納開口部は、誘電体層の改質部分を除去することにより突出パッドに隣接して形成される。半導体デバイスを別の半導体デバイス（１００）に、すなわちウェハまたはチップに接合する場合、横方向に流動する金属は収納開口部に集められるので、確実に、信頼性の高い電気接続が半導体デバイスと他のデバイスとの間で行なわれる。
2009524932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆素子層を有した基板を設ける工程と、
複数の素子を基板の内部かつ前記被覆素子層の内部に形成する工程と、
一つ以上の相互接続層を前記被覆素子層の上に形成する工程と、
誘電体層を、前記一つ以上の相互接続層の内の最上部相互接続層を取り囲むように形成する工程と、
開口部を前記誘電体層の中に形成する工程と、
前記開口部に導電材料を充填する工程と、
前記誘電体層の露出部分を除去して、誘電体層よりも上に延びる導電材料の突出パッドを形成する工程と、
収納開口部を突出パッドに隣接して形成する工程とを備える、半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
誘電体層とは異なる材料である絶縁キャップ層を誘電体層の上に形成する工程をさらに備え、前記絶縁キャップ層は前記誘電体層の下地部分を保護する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記開口部を誘電体層の中に形成することにより、誘電体層の改質部分が開口部の側壁の一部分に沿って形成される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
収納開口部を形成する工程では更に、前記誘電体層の改質部分を除去して収納開口部を形成する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
開口部を形成する工程では更に、
パターニング済みマスク層を誘電体層上の絶縁キャップ層の上に設ける工程と、
誘電体層及び絶縁キャップ層をエッチングする工程と、
パターニング済みマスク層をプラズマ雰囲気中の酸化性化学種に曝露して除去する工程と、
収納開口部のサイズを制御すべく誘電体層の改質部分の大きさを決定するために、パターニング済みマスク層の除去を制御する工程とを備える、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記パターニング済みマスク層の除去を制御する工程では更に、パターニング済みマスク層を除去するために必要な時間、パターニング済みマスク層を除去するために使用されるパワー、パターニング済みマスク層を除去するために使用される圧力、パターニング済みマスク層を除去するために使用される温度の内の少なくとも一つのパラメータを制御し、そして除去に寄与する化学種を制御する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
第２半導体デバイスの突出金属パッドを半導体デバイスの突出パッドに接続する工程と、
半導体デバイスの突出パッドを温度及び圧力によって変形させる工程と、
第２半導体デバイスの金属パッド及び半導体デバイスの突出パッドの内、横方向に流動する全ての部分を収納開口部の内部に捕捉する工程とをさらに備える、請求項１記載の方法。
【請求項８】
更に別の収納開口部を、第２半導体デバイスの突出金属パッドに隣接して形成して、第２半導体デバイスの金属パッド及び半導体デバイスの突出パッドの内、横方向に流動する全ての部分を更に捕捉する工程をさらに備える、請求項７記載の方法。
【請求項９】
基板を設ける工程と、
複数のトランジスタを含む素子層を基板の上に設ける工程と、
一つ以上の相互接続層を素子層の上に設け、一つ以上の相互接続層は複数のトランジスタの内の少なくとも一部分との電気コンタクトを行う工程と、
誘電体層を、一つ以上の相互接続層の内の最上部相互接続層を取り囲むように設ける工程と、
絶縁キャップ層を誘電体層の上に設ける工程と、
誘電体層の改質部分を複数の開口部の側壁に沿って形成すべく、絶縁キャップ層及び誘電体層をパターニングし、及びエッチングして、複数の開口部をこれらの層の中に導電パッドの位置に形成する工程と、
複数の開口部に金属を充填する工程と、
絶縁キャップ層及び誘電体層の改質部分を除去して、複数の開口部の各開口部の中に位置して誘電体層よりも上に延びる金属パッドと、及び誘電体層の内部に在って、各金属パッドを取り囲む開口部と、を形成する工程とを備える、半導体の製造方法。
【請求項１０】
開口部を、誘電体層の内部に各金属パッドを取り囲むように、かつ誘電体層の表面の下方よりも誘電体層の表面で幅が広くなるように形成する工程をさらに備える、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
複数の開口部に金属を充填する工程では更に、
バリア層を、複数の開口部の各開口部の少なくとも内部に形成する工程と、
シード層をバリア層の上に形成する工程と、
シード層を使用して金属を複数の開口部の内部に電解メッキにより形成する工程とをさらに備える、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
絶縁キャップ層を第１誘電体材料により形成する工程と、
誘電体層を第２誘電体材料により形成する工程とをさらに備え、
前記第１誘電体材料を前記第２誘電体材料とは異なる材料から選択する、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
誘電体層の改質部分を複数の開口部の側壁に沿って、炭素を誘電体層から除去することにより形成する工程をさらに備える、請求項９記載の方法。
【請求項１４】
パターンマスクをプラズマ雰囲気中の酸化性化学種に曝露して除去する工程と、
電体層の内部に在って、各金属パッドを取り囲む開口部のサイズを制御するために誘電体層の改質部分の大きさを決定すべく、パターンマスクの除去を制御する工程とをさらに備える、請求項９記載の方法。
【請求項１５】
第２半導体デバイスの複数の突出金属パッドの内の該当する一つの突出金属パッドを半導体デバイスの複数の開口部の中の各金属パッドに接続する工程と、
半導体デバイスの各金属パッドを温度及び圧力によって変形させる工程と、
第２半導体デバイスの金属パッド、及び半導体デバイスの複数の開口部の各開口部の中の金属パッドの内、横方向に流動する全ての部分を、各金属パッドを取り囲む該当する各開口部の内部に捕捉する工程とをさらに備える、請求項９記載の方法。
【請求項１６】
基板と、
基板の上の素子層と、
基板及び素子層の内部に形成される複数の素子と、
素子層の上の一つ以上の相互接続層と、
一つ以上の相互接続層の内の最上部相互接続層を取り囲み、かつ導電材料で充填される開口部、及び誘電体層よりも上に延びる突出パッドを有する誘電体層と、
突出パッドに隣接する収納開口部とを備える半導体デバイス。
【請求項１７】
誘電体層の上に位置し、かつ材料が誘電体層とは異なる絶縁キャップ層をさらに備え、前記絶縁キャップ層は前記誘電体層の下地部分を保護する、請求項１６記載の半導体デバイス。
【請求項１８】
半導体デバイスの突出パッドに接続される突出金属パッドを有する第２半導体デバイスをさらに備え、第２半導体デバイスの金属パッドの一部分、及び半導体デバイスの突出パッドの一部分は収納開口部の内部に位置する、請求項１６記載の半導体デバイス。
【請求項１９】
更に、半導体デバイスの一部分と第２半導体デバイスの一部分との間に空間を備える、請求項１８記載の半導体デバイス。
【請求項２０】
半導体デバイスの突出金属は更に銅パッドを含む、
請求項１６記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して半導体処理に関し、特に接合構造の間の半導体相互接続に関する。
【背景技術】
【０００２】
技術が進歩するにつれて、集積回路（ＩＣ）の複雑さも増大し、更に多くの接続トランジスタ及び他の回路要素が必要になる。今日では、多くの電子システムが複数の集積回路を使用して所望の機能を実行する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、今日利用可能な一つの技術が３次元（３−Ｄ）垂直積層技術であり、この技術では、複数のウェハまたはチップを垂直に共通基板の上に積層して複数の階層の能動回路を実現する。例えば、ウェハまたはチップを表面と裏面とが対向するように積層することができ、この場合、一つのウェハまたはチップの表面が別のウェハまたはチップの裏面に取り付けられる。別の構成として、ウェハまたはチップを表面と表面とが対向するように積層することができ、この場合、一つのウェハまたはチップの表面が別のウェハまたはチップの表面に取り付けられる。積層ウェハまたはチップの間の電気接続を行なうために、積層体の各ウェハまたはチップの金属接合パッドを積層体の別のウェハまたはチップの金属接合パッドに接合する。しかしながら、ウェハまたはチップ全体に亘って表面にバラツキが生じるために、金属接合パッドの金属同士の接合は信頼性が悪くなり、相互接続の信頼性が悪くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
３−Ｄ垂直積層技術を使用して、ウェハまたはチップの積層体を形成することにより、垂直方向に積層した複数の階層の能動回路が得られる。一の実施形態では、一つのチップを別のチップの上に垂直方向に積層することができる（チップ同士の接合）、または一つのチップを別のウェハの上に垂直方向に積層することができる（チップ及びウェハの接合）。別の実施形態では、一つのウェハを別のウェハの上に垂直方向に積層することができる（ウェハ同士の接合）。上に議論したように、電気接続は、一つのチップまたはウェハの金属接合パッドを別のチップまたはウェハの金属接合パッドに接合することにより行なわれる。しかしながら、表面のバラツキによって相互接続の信頼性が悪くなる恐れがある。従って、本発明の一の実施形態では、突出金属接合パッドを形成して、これらのパッドが最終誘電体層の上に延び、そして収納部が突出金属接合パッドに隣接して形成されて半導体相互接続の信頼性を向上させるようにしている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図１〜７は、本発明の一の実施形態による半導体構造１０を形成する方法を示している。図１は半導体構造１０を示し、半導体構造１０は、基板１２と、基板１２の上の素子／コンタクト層１４と、の素子／コンタクト層１４の上の第１相互接続層１６と、第１相互接続層１６の上の一つ以上の相互接続層（群）１８と、一つ以上の相互接続層（群）１８の上の最終相互接続層２０と、そして最終相互接続層２０の上のキャップ層２２と、を有する。基板１２は、バルク基板またはセミコンダクターオンインシュレータ基板（ＳＯＩ）のようないずれかのタイプの半導体基板とすることができ、そしていずれかのタイプの半導体材料、または砒化ガリウム、シリコンゲルマニウム、シリコン、単結晶シリコンなどのような材料の組み合わせ、及び上に列挙した材料の組み合わせを含むことができる。能動回路は、基板１２の上に、及び基板１２の内部に形成され、能動回路は、いずれかの機能、または種々の機能を実行することができる。能動回路は、トランジスタ２６及び２４のような、いずれかの個数の、そしていずれかのタイプのトランジスタを含むことができる。トランジスタ２６及び２４は基板１２及び素子／コンタクト層１４に形成され、そして例えば、この技術分野で公知の種々の異なるタイプのソース及びドレイン領域、ゲート誘電体、ゲート積層体、スペーサなどを有するいずれかのタイプのトランジスタとすることができる。これらのトランジスタは、図１に示すように、基板１２の絶縁領域によって分離することができる。２つのトランジスタしか示していないが、半導体構造１０はいずれかのタイプの回路を形成するために、どのような個数のトランジスタも含むことができる。
【０００６】
素子／コンタクト層１４は更にコンタクト群を含み、これらのコンタクトは、トランジスタ２６及び２４のようなトランジスタ群との電気コンタクトを行ない、そして第１相互接続層１６にまで上に延出する。第１相互接続層１６の上の一つ以上の相互接続層（群）１８は、必要に応じて、いずれかの個数のビア層及びトレンチ層を含むことができ、これらのビア層及びトレンチ層によって、信号を第１相互接続層１６から基板１２上の他の素子に、そして最終相互接続層２０に伝送する。一の実施形態では、一つ以上の相互接続層（群）１８の各相互接続層は、信号を伝送する複数の導電部分（金属ビアまたは金属トレンチのような）を有する誘電体材料を含み、そして従来のプロセスを使用して形成することができる。これらの導電部分は、例えばアルミニウムまたは銅のような金属を含むことができる。最終相互接続層２０は誘電体２１を含み、この誘電体２１には、金属ビア及びトレンチが形成されて金属接合パッドを形成する。一の実施形態では、誘電体２１は、約４．０未満のＫのような低誘電率（Ｋ）を有する誘電体である。一の実施形態では、誘電体２１として、ＳｉＣＯＨまたは他の炭素含有誘電体を挙げることができる。最終相互接続層２０は、どのような数の誘電体も含むことができることに留意されたい。
【０００７】
一の実施形態では、キャップ層２２は、例えばテトラオルソシリケート（ＴＥＯＳ）堆積誘電体層のような絶縁キャップ層である。別の構成として、キャップ層２２の堆積は、シラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、酸素、またはこれらの組み合わせを使用して行なうことができる。一の実施形態では、キャップ層２２は、誘電体層２１の下地部分を保護する。また、一の実施形態では、キャップ層２２は誘電体２１とは材料が異なる。例えば、一の実施形態では、誘電体２１は炭素を含むが、キャップ層２２は炭素を含まない。
【０００８】
ここで、一の実施形態では、キャップ層２２は最終相互接続層２０の一部分として表わすことができることに留意されたい。また、一の実施形態では、最終相互接続層２０は、一つ以上の相互接続層（群）１８の内の最上層として表わすことができる。
【０００９】
図２は、パターニング済みマスク層２８をキャップ層２２の上に形成した後の半導体構造１０を示し、この場合、パターニング済みマスク層２８によって複数の開口部が画定される。一の実施形態では、パターニング済みマスク層２８はパターニング済みフォトレジスト層であり、このフォトレジスト層は従来の処理技術を使用して形成することができる。
【００１０】
図３は、開口部３０をパターニング済みマスク層２８を使用して形成した後の半導体構造１０を示している。一の実施形態では、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，Ｃ３Ｆ８などのようなフルオロカーボン化学種を使用する乾式反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用して開口部３０を形成し、開口部３０は最終相互接続層２０の誘電体２１に食い込んで延びる。一の実施形態では、複数のエッチングステップを使用して開口部３０を形成することができる。例えば、第１のエッチング化学種を使用してキャップ層２２を貫通するようにエッチングし、そして第２のエッチング化学種を使用して誘電体２１を、誘電体２１に食い込むようにエッチングすることができる。
【００１１】
図４は、開口部３０をパターニング済みマスク層２８を除去した後の半導体構造１０を示している。一の実施形態では、パターニング済みマスク層２８は酸化性エッチング雰囲気で、例えば酸素含有化学種または一酸化炭素化学種をプラズマ雰囲気で使用して除去される。酸化性エッチング雰囲気を使用してパターニング済みマスク層２８を除去する（すなわち、アッシングする）ことにより、誘電体２１の内、開口部３０内部の露出部分にダメージを与える、または露出部分を改質して、ダメージ誘電体領域３２が形成される（改質誘電体領域３２とも表記される）。例えば、誘電体２１が炭素を含むが、キャップ層２２は炭素を含まない構成の上に提示した例では、ダメージ誘電体領域または改質誘電体領域３２を形成することになる誘電体２１へのダメージは、これらの領域からの炭素の除去と表現することができる。
【００１２】
従って、パターニング済みマスク層２８の膜厚、及び酸化性エッチング雰囲気中の酸素の量を利用してダメージ誘電体領域３２の形成を制御することができる。例えば、パターニング済みマスク層２８を除去するために使用されるエッチングパラメータ（例えば、時間、パワー、圧力、温度、化学種、及びガス流量のような）を制御することにより、ダメージ誘電体領域３２のサイズ及び形状を制御することができる。ここでまた、誘電体２１の露出部分も開口部３０を形成するために使用されるエッチングによってダメージを受けている、または改質されていることに注目されたい；しかしながら、本実施形態では、ダメージ誘電体領域３２のほとんどの部分が、パターニング済みマスク層２８を除去している間に形成される。
【００１３】
図５は、バリア層３４をキャップ層２２の上に、かつ開口部３０の内部に形成し、そして金属層３６をバリア層３４の上に形成した後の半導体構造１０を示している。バリア層３４を使用して、金属が下地層に拡散する現象を防止することができる。一の実施形態では、バリア層３４は、例えばタンタル、窒化タンタル、窒化チタン、またはこれらの材料の組み合わせのような材料または層の組み合わせを含むことができる。一の実施形態では、金属層３６は電解メッキを使用して形成され、この場合、シード層をまず、バリア層３４の上に形成し（例えば、物理気相成長を使用して）、そしてこのシード層を使用して金属層３６を電解メッキにより形成する。一の実施形態では、金属層３６は銅層である。
【００１４】
図６は、化学的機械研磨（ＣＭＰ）を金属層３６及びバリア層３４に施して、下地のキャップ層２２を露出させた後の半導体構造１０を示している。開口部３０に対する充填がこの時点で行なわれて金属接合パッド３８，４０，及び４２（これらのパッドは、一の実施形態では、銅接合パッド３８，４０，及び４２である）が形成されていることに注目されたい。しかしながら、ＣＭＰが施されているので、金属接合パッド３８，４０，及び４２の頂部は真っ直ぐになっていない。すなわち、ＣＭＰによってこれらの金属接合パッドに、図６に示すようにディッシング（皿状の窪み）が生じる。
【００１５】
図７は、キャップ層２２を除去した後の半導体構造１０を示している。一の実施形態では、ＨＦウェットエッチングを使用してキャップ層２２を除去し、この場合、エッチングによって、誘電体のダメージ部分３２も最終相互接続層２０から除去される。例えば、一の実施形態では、誘電体のダメージ部分３２は、最終相互接続層２２の誘電体２１よりも炭素含有量が低い。従って、ＨＦエッチングを使用して誘電体のダメージ部分３２を、誘電体２１にほとんど影響を及ぼすことなく除去することができる。別の構成として、他の化学種を使用することができ、これらの化学種によって、ダメージのない低Ｋ材料または未処理の低Ｋ材料を除去することがないように、ダメージを受けた低Ｋ材料を選択的に除去する。従って、キャップ層２２の除去に使用されるエッチング化学種によって、金属接合パッド３８，４０，及び４２の各々に隣接する収納部４４，４６，及び４８がそれぞれ形成される（収納部４４，４６，及び４８は、収納開口部と表記することもできることに注目されたい）。また、パターニング済みマスク層２８を前の工程で除去する際に使用して誘電体のダメージ部分３２の形成を制御するエッチングパラメータを使用することにより、収納部４４，４６，及び４８のサイズ及び形状を制御することができることに注目されたい。一の実施形態では、収納部４４，４６，及び４８を形成することによって、開口部が、金属接合パッド３８，４０，及び４２の各々を取り囲む誘電体２１の内部にそれぞれ形成され、この場合、これらの開口部は誘電体２１の下方よりも誘電体２１の表面において広い幅を有する。また、キャップ層２２を除去することにより、金属接合パッドが最終相互接続層２２の誘電体２１よりも上に延びて突出するようになる。すなわち、図７に示すように、金属接合パッド３８，４０，及び４２は、最終相互接続層２０の誘電体２１よりも上に延びる。
【００１６】
最終相互接続層２０は更に、金属接合パッド３８，４０，及び４２のような金属接合パッドを、一つ以上の相互接続層１８に接続するビア部分を含むことに注目されたい。しかしながら、これらのビア部分は図３〜７の断面には示されない。ビア開口は、金属接合パッド３８，４０，及び４２に対応するトレンチを開口する前に、または後に形成することができ、いずれになるかは、ビアを最初に形成し、トレンチを最後に形成する方法（ビアファースト法）を使用するか、それともトレンチを最初に形成し、ビアを最後に形成する方法（トレンチファースト法）を使用するかによって変わる。従来の処理を使用して、これらのビアを形成することができるので、ここでは、従来の処理についての更に詳細な議論は行なっていない。
【００１７】
また、一の実施形態では、耐腐食性金属被覆層を金属接合パッド３８，４０，及び４２の露出部分の上に形成することができる。上述の実施形態では、耐腐食性金属被覆層の形成は、キャップ層２２の除去の前に、または後に行なうことができる。一の実施形態では、この耐腐食性金属被覆層は金を含む。
【００１８】
図８は、半導体構造１０を別の半導体構造１００に取り付けて、表面同士が対向する３次元の縦型積層構造を形成する様子を示している。半導体構造１０及び半導体構造１００の各々をチップまたはウェハの一部分とすることができることに注目されたい（半導体構造１０及び半導体構造１００は、半導体デバイス１０及び半導体デバイス１００とそれぞれ表記することもできる）。半導体構造１００は基板６４と、基板６４の上の素子／コンタクト層６２と、素子／コンタクト層６２の上の第１相互接続層６０と、第１相互接続層６０の上の一つ以上の相互接続層（群）５８と、一つ以上の相互接続層（群）５８の上の最終相互接続層５６と、そして最終相互接続層５６の中に形成され、かつ最終相互接続層５６よりも上に延びる突出金属接合パッド５４，５２，及び５０と、を含む。能動回路を基板６４の上に、そして基板６４の内部に形成し、能動回路はいずれかの機能、または種々の機能を実行することができる。能動回路は、トランジスタ１２６及び１２４のようないずれかの数の、そしていずれかのタイプのトランジスタを含む。トランジスタ１２６及び１２４は基板６４及び素子／コンタクト層６２に形成され、そして例えば、この技術分野で公知の種々の異なるタイプのソース及びドレイン領域、ゲート誘電体、ゲート積層体、スペーサなどを有するいずれかのタイプのトランジスタとすることができることに留意されたい。これらのトランジスタは、基板６４の絶縁領域によって分離することができる。２つのトランジスタしか示していないが、半導体構造１００はいずれかのタイプの回路を形成するために、どのような個数のトランジスタも含むことができる。基板１２、素子／コンタクト層１４、トランジスタ２４及び２６、第１相互接続層１６、一つ以上の相互接続層（群）１８、最終相互接続層２０、及び突出金属接合パッド５４，５２，及び５０に関して上に行なった記述は、基板６４、素子／コンタクト層６２、トランジスタ１２４及び１２６、第１相互接続層６０、一つ以上の相互接続層（群）５８、最終相互接続層５６、及び突出金属接合パッド３８，４０，及び４２のそれぞれにも当てはまることに留意されたい。半導体構造１００は更に収納部を最終相互接続層５６の中に、突出金属接合パッド５４，５２，及び５０の各々に隣接して含む。しかしながら、別の実施形態では、これらの収納部を設けなくてもよいことに留意されたい。また、別の実施形態では、半導体構造１００は異なる層、異なるタイプのトランジスタ及び回路、及び異なるタイプの金属接合パッドを有することができる。すなわち、半導体構造１００は、半導体構造１０と形態に関して類似する必要はない。
【００１９】
図８に示すように、半導体構造１００は半導体構造１０の上に半導体構造１０と対向するように配置されて、半導体構造１００の金属接合パッドの位置が半導体構造１０の金属接合パッドの位置と一致するようになる。次に、力を矢印６１の向きに加えて、半導体構造１０及び１００を図９に示すように接触させる。図９を参照すると、突出金属接合パッド３８，４０，及び４２が突出金属接合パッド５４，５２，及び５０にそれぞれ接合する。一の実施形態では、これらの突出金属接合パッドを高温（例えば、室温よりも高い温度）で接合する。また、一の実施形態では、これらの突出金属接合パッドは温度及び圧力によって接合中に変形する。接合が行なわれる結果として横方向に流れる余分の金属を全て、半導体構造１０及び半導体構造１００の隣接収納部（半導体構造１００に設けるとした場合）に捕捉する。このようにして、余分の金属は最終相互接続層２０または５６の上に接合中に流れ出すことがないので、隣接する相互接続の間の短絡を防止することができる。収納部には金属接合パッドからの金属材料を接合中に完全に充填することができる、または部分的にのみ充填することができることに注目されたい。また、収納部は、最終相互接続層５６の誘電体を最終相互接続層２０の誘電体と接触させることができるように十分大きく設計することができる。この実施形態では、２つの半導体構造の間の空間５９は設けない。
【００２０】
図１０〜１５は、本発明の別の実施形態による半導体構造２００を形成する様子を示している。図１０〜１５の同様の参照番号は、図１〜９の参照番号と同様の構成要素を指すために使用される。図１０の実施形態では、パターニング済みマスク層６６を最終相互接続層２０の上に形成する。すなわち、キャップ層２２のようなキャップ層は最終相互接続層２０の上には本実施形態では形成されない。パターニング済みマスク層６６は、パターニング済みマスク層２８に類似するので、パターニング済みマスク層２８に関して上で行なった記述はパターニング済みマスク層６６にも当てはまる。
【００２１】
図１１は、開口部６８を最終相互接続層２０の誘電体の中にまで延びるように形成した後の半導体構造２００を示している。開口部３０を形成するために上に説明した同じ化学種をここでも、開口部６８の形成に適用することができる。しかしながら、図１１の本実施形態では、キャップ層を貫通するエッチングは、キャップ層を設けないので必要がない。
【００２２】
図１２は、パターニング済みマスク層６６を除去した後の半導体構造２００を示している。パターニング済みマスク層２８の除去に関して上に説明したように、例えば酸素含有化学種または一酸化炭素化学種をプラズマ雰囲気中で使用する酸化性のエッチング雰囲気を使用してパターニング済みマスク層６６を除去することができる。酸化性のエッチング雰囲気を使用してパターニング済みマスク層６６を除去することにより、開口部３０内部の、そして誘電体２１の表面に沿った誘電体の露出部分にダメージを与える、または露出部分を改質して、誘電体のダメージ領域７０を形成する（誘電体の改質領域７０とも表記する）。一の実施形態では、誘電体のダメージ領域７０、または誘電体の改質領域７０を形成するダメージまたは改質は、これらの領域からの炭素の除去を意味する。従って、パターニング済みマスク層６６の厚さ、及び酸化性のエッチング雰囲気中の酸素の量を利用して、誘電体のダメージ領域７０の形成を制御することができる。例えば、パターニング済みマスク層６６を除去するために使用されるエッチングパラメータ（例えば、時間、パワー、圧力、温度、化学種、及びガス流量のような）を制御することにより、誘電体のダメージ領域７０のサイズ及び形状を制御することができる。また、誘電体２１の露出部分も開口部６８を形成するために使用されるエッチングによってダメージを受けていることに留意されたい。しかしながら、本実施形態では、誘電体のダメージ領域７０のほとんどが、パターニング済みマスク層６６を除去している間に形成される。
【００２３】
図１３は、バリア層７２を最終相互接続層２０の上に、そして開口部６８の内部に形成し、更に金属層７４をバリア層７２の上に形成した後の半導体構造２００を示している。バリア層３４及び金属層３６に関して上に行なった記述（材料及び形成方法を含む）がここでも、バリア層７２及び金属層７４にそれぞれ当てはまる。
【００２４】
図１４は、金属層７４及びバリア層７２にＣＭＰを施して下地の最終相互接続層２０を露出させた後の半導体構造２００を示している。開口部６８への充填がこの時点で行なわれて、金属接合パッド７６，７８，及び８０が形成されることに注目されたい。しかしながら、ＣＭＰが施されているので、金属接合パッド７６，７８，及び８０の頂部は真っ直ぐにはならない。すなわち、ＣＭＰを施すことによって、金属接合パッドにディッシングが図１４に示すように形成される。
【００２５】
図１５は、ダメージ部分７０を除去して収納部８２，８４，８６を金属接合パッド７６，７８，及び８０にそれぞれ隣接して形成した後の半導体構造２００を示している。一の実施形態では、ＨＦエッチングを使用して誘電体のダメージ部分７０を最終相互接続層２０から除去する。例えば、一の実施形態では、誘電体のダメージ部分７０の炭素含有量は、最終相互接続層２２の誘電体２１よりも少ない。従って、ＨＦエッチングを使用して誘電体のダメージ部分７０を、誘電体２１にほとんど影響を与えることなく除去することができる。別の構成として、他の化学種を使用して、ダメージのない、または未処理の低Ｋ材料を除去することがないように、ダメージを受けた低Ｋ材料を選択的に除去することができる。一の実施形態では、収納部８２，８４，８６を形成することにより、開口部が誘電体２１の内部に、金属接合パッド７６，７８，及び８０の各々を取り囲むようにそれぞれ形成され、この場合、これらの開口部は、誘電体２１の表面の下方よりも誘電体２１の表面において広い幅を有する。誘電体のダメージ部分７０を誘電体２１の頂部表面から除去することによっても、突出金属接合パッドが最終相互接続層の誘電体よりも上に延びるようになることに注目されたい。すなわち、図１５に示すように、金属接合パッド７６，７８，及び８０は最終相互接続層２０の誘電体２１よりも上に延びる。従って、パターニング済みマスク層６６を前の工程で除去する際に使用して誘電体のダメージ部分７０の形成を制御するエッチングパラメータを使用することにより、収納部４４，４６，及び４８のサイズ及び形状を制御し、そして金属接合パッド７６，７８，及び８０が誘電体２１よりも上に延びる長さを制御することができることに注目されたい。
【００２６】
ここで、金属接合パッド、及び金属接合パッドに隣接する収納部または開口部を有することにより、３次元縦型積層構造におけるような接合用半導体相互接続の信頼性の向上を可能にする半導体構造を提示してきたことを理解されたい。更に、半導体構造の金属接合パッドが最終誘電体よりも上に突出することにより、相互接続の信頼性の向上も可能になる。収納部を使用して余分な金属を接合プロセス中に収容して、チップまたはウェハの金属接合パッドを別のチップまたはウェハに接合するので、接合中に相互接続から溢れて横方向に流動する金属によって発生し得る短絡を防止することができる。また、金属接合パッドに隣接する、どのような形状の、またはサイズの開口部も必要に応じて使用することができることに注目されたい。これらの収納部または開口部のサイズ及び形状はエッチングのパラメータを制御することにより制御することができ、このエッチングによって、接合パッドが形成される最終相互接続層の誘電体に最初にダメージを与える、または誘電体を改質する。更に、収納部のサイズ及び形状は、積層対象の２つの半導体構造の誘電体を互いに接触させることができるように設計することもできる。
【００２７】
本記述及び請求項において用いられるとすると、「ｆｒｏｎｔ」、「ｂａｃｋ」、「ｔｏｐ」、「ｂｏｔｔｏｍ」、「ｏｖｅｒ」、「ｕｎｄｅｒ」などの用語は、説明のために使用され、かつ必ずしも恒久的な相対位置を表わすために使用されるのではない。このようにして使用される用語は適切な条件の下では入れ替え可能であり、従ってここに説明する本発明の実施形態は、例えば例示される向き、またはここに説明される向き以外の向きで動作することができることを理解されたい。
【００２８】
本明細書ではこれまで、本発明について特定の実施形態を参照しながら説明してきた。しかしながら、この技術分野の当業者であれば、種々の変形及び変更を、以下の請求項に示す本発明の技術範囲から逸脱しない限り加え得ることが理解できるであろう。従って、本明細書及び図は制限的な意味ではなく例示として捉えられるべきであり、そして全てのこのような変形は本発明の技術範囲に包含されるべきものである。
【００２９】
効果、他の利点、及び技術的問題に対する解決法について、特定の実施形態に関して上に記載してきた。しかしながら、効果、利点、問題解決法、及びいずれかの効果、利点、または問題解決法をもたらし、またはさらに顕著にし得る全ての要素（群）が、いずれかの請求項または全ての請求項の必須の、必要な、または基本的な特徴または要素であると解釈されるべきではない。本明細書で使用されるように、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語、または他の全てのこれらの変形は包括的な意味で適用されるものであり、一連の要素を備えるプロセス、方法、製品、または装置がこれらの要素のみを含むのではなく、明らかには列挙されていない、またはそのようなプロセス、方法、製品、または装置に固有の他の要素を含むことができる。
【００３０】
本明細書で使用されるように、「ｐｌｕｒａｌｉｔｙ」という用語は、「２つの」、または「２つよりも多くの」として定義される。本明細書で使用されるように、「ａｎｏｔｈｅｒ」という用語は、「少なくとも２番目以降の」として定義される。
【００３１】
本明細書で使用されるように、「ｃｏｕｐｌｅｄ」という用語は、「ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ」として定義されるが、必ずしも直接的である必要はなく、かつ必ずしも機械的である必要もない。
【００３２】
上の詳細な記述は例示であるので、「ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（一の実施形態）」について記述される場合、当該実施形態は例示としての実施形態である。従って、本文における単語「ｏｎｅ」の使用は、一つの、かつ一つのみの実施形態が、記載の特徴を有することができることを示すために行なわれるのではない。そうではなく、多くの他の実施形態が例示としての「ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（一の実施形態）」に関して記載した特徴を有することができ、かつ多くの場合に有することができる。従って、上に使用されるように、本発明が「ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（一の実施形態）」に関連して記述される場合、当該「ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」は本発明の多くの在り得る実施形態の内の一つの実施形態である。
【００３３】
詳細な記述における単語「ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」の使用に関して上のように暫定的に主張するのではあるが、この技術分野の当業者であれば、一つの被導入請求要素に関する特定の数が以下の請求項群において意図される場合には、このような意図は請求項において明示的に記載されることになり、そしてこのような記載がない場合には、このような制限は無い、または適用されないことを理解できるであろう。例えば、以下の請求項群において、一つの請求要素が「一つの」特徴を有する（ｈａｖｉｎｇ  “ｏｎｅ”  ｆｅａｔｕｒｅ）ものとして記載される場合、当該要素は記載の特徴の内の一つの、かつ一つのみの特徴に限定されることを意味する。
【００３４】
更に、本明細書で使用されるように、「ａ」及び「ａｎ」という用語は、一つの、または一つよりも多くの（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ  ｔｈａｎ  ｏｎｅ）として定義される。また、「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ」及び「ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ」のような修飾成句を請求項群において使用していることが、別の請求要素を不定冠詞「ａ」または「ａｎ」で修飾するときに、これによって、このような被修飾請求要素を含む特定の請求項が必ず、同じ請求項が修飾成句「ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ」または「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ」、及び「ａ」または「ａｎ」のような不定冠詞を含む場合であっても、このような要素を一つだけ含む発明に限定されてしまうことを意味するものとして解釈されるべきではない。同じ主張が定冠詞の使用にも当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【図２】本発明の一の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【図３】本発明の一の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【図４】本発明の一の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【図５】本発明の一の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【図６】本発明の一の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【図７】本発明の一の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【図８】本発明の一の実施形態による２つの半導体構造を取り付ける様子を表わす断面図。
【図９】本発明の一の実施形態による２つの半導体構造を取り付ける様子を表わす断面図。
【図１０】本発明の別の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【図１１】本発明の別の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【図１２】本発明の別の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【図１３】本発明の別の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【図１４】本発明の別の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【図１５】本発明の別の実施形態による半導体構造を形成する種々の工程における断面図。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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