(57)【要約】【課題】  トレンチ及びビアを有する相互接続構造体、並びにその製造方法を提供すること。【解決手段】  層間誘電体（ＩＬＤ）材料内に相互接続構造体を形成する方法であって、この方法は、ＩＬＤ材料内に１つ又は複数のビア開口部を生成するステップと、１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つを覆う第１のライナを形成するステップと、第１のライナで覆われている１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つの上に１つ又は複数のトレンチ開口部を生成するステップと、トレンチ開口部及び第１のライナの少なくとも一部を覆う第２のライナを形成するステップとを含む。この方法により形成される相互接続構造体も提供される。【選択図】      図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間誘電体（ＩＬＤ）材料の層内に相互接続構造体を形成する方法であって、
前記ＩＬＤ材料層（４２）内に１つ又は複数のビア開口部（４３）を生成することと、
前記１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つを覆う第１のライナ（５０）を形成することと、
前記第１のライナで覆われている前記１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つの上部に、１つ又は複数のトレンチ開口部（５５）を生成することと、
前記１つ又は複数のトレンチ開口部の少なくとも１つ、及び、前記第１のライナの少なくとも一部を覆う第２のライナ（５１）を形成することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記ビア開口部（４３）及び前記トレンチ開口部（５５）を導電性材料（４４）で充填することと、
前記導電性材料を前記ＩＬＤ材料（４２）層の上面と同一平面になるように平坦化し、前記相互接続構造体を形成することと、
をさらに含み、
前記ビア開口部は前記第１及び第２のライナで覆われ、前記トレンチ開口部は前記第２のライナで覆われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記導電性材料は、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、又はそれらの組み合わせの群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のライナ（５０）を形成する前に、前記ビア開口部（４３）をガウジングし、前のレベルの相互接続構造体（１０）の導電性領域（１４）において前記ビア開口部の底部にガウジを生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ガウジングすることは、前記ビア開口部（４３）の前記底部をイオン・スパッタリングし、前記第１のライナ（５０）の付着に適した前記ガウジを生成することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のライナ（５０）を形成することは、前記ビア開口部（４３）の上に金属ライニング材料の層を付着することを含み、前記金属ライニング材料は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕの群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記金属ライニング材料層（５０）は、１金属単分子層から数十単分子層まで、好ましくは１単分子層から５単分子層までの範囲の厚さを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のライナ（５１）を形成することは、前記ビア開口部（４３）及び前記トレンチ開口部（５５）の上に金属ライニング材料の層を付着することを含み、前記金属ライニング材料は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕの群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記金属ライニング材料層（５１）は、１金属単分子層から数十単分子層まで、好ましくは１単分子層から５単分子層までの範囲の厚さを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つ又は複数のビア開口部（４３）を生成することは、前記ビア開口部の上から見た状態を表すフォトマスク・パターンを形成することと、湿式エッチングを施して、前記ＩＬＤ材料内に前記パターンをコピーし、前記ビア開口部を生成することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記１つ又は複数のトレンチ開口部（５５）を生成することは、前記トレンチ開口部の上から見た状態を表すフォトマスク・パターンを形成することと、湿式エッチングを施して、前記ビア開口部と重なる前記ＩＬＤ材料内に前記パターンをコピーし、前記トレンチ開口部を生成することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも第１の相互接続構造体の層（１０）及び第２の相互接続構造体の層（４０）を含む多層の相互接続ユニットを形成する方法であって、
前記第１の相互接続構造体層（１０）の上に層間誘電体（ＩＬＤ）材料の層（４２）を形成することと、
前記ＩＬＤ材料層内に１つ又は複数のビア開口部（４３）を形成することと、
前記１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つを覆う第１のライナ（５０）を形成することと、
前記第１のライナで覆われている前記１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つの上部に、１つ又は複数のトレンチ開口部（５５）を生成することと、
前記トレンチ開口部（５５）及び前記第１のライナ（５０）の少なくとも一部を覆う第２のライナ（５１）を形成することと、
を含む方法。
【請求項１３】
前記ＩＬＤ材料層（４２）を形成する前に、誘電体バリア層（４１）を形成することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＩＬＤ材料（４２）の層内に生成された前記ビア開口部（４３）及びトレンチ開口部（５５）内に金属材料（４４）をめっきすることと、
前記金属材料を前記ＩＬＤ材料の上面と同一平面（４６）になるように平坦化し、前記第２の相互接続構造体層（４０）を形成することと、
をさらに含み、
前記ビア開口部は前記第１のライナ（５０）及び前記第２のライナ（５１）で覆われ、前記トレンチ開口部（５５）は前記第２のライナ（５１）で覆われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のライナ（５０）を形成する前に、前記ビア開口部（４３）をガウジングして、前記第１の相互接続構造体層１０の金属相互接続要素（１４）を露出させることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ガウジングすることは、前記ビア開口部（４３）の底部をイオン・スパッタリングし、前記第１のライナ（５０）の付着のためにガウジを準備することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のライナを形成することは、前記ビア開口部（４３）の上に金属ライニング材料の層（５０）を付着することを含み、前記金属ライニング材料は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕの群から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属ライニング材料層（５０）は、１金属単分子層から数十単分子層まで、好ましくは１単分子層から５単分子層までの範囲の厚さを有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
相互接続ユニットを形成する方法であって、
第１の相互接続層（１０）の真上に誘電体バリア層（４１）を形成することと、
前記誘電体バリア層上に層間誘電体（ＩＬＤ）材料（４２）の層を形成することと、
前記ＩＬＤ材料層内に１つ又は複数のビア開口部（４３）を生成することと、
前記１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つを覆う第１の金属ライナ（５０）を形成することと、
前記第１の金属ライナで覆われている前記１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つの上部に、１つ又は複数のトレンチ開口部（５５）を生成することと、
前記トレンチ開口部（５５）及び前記第１の金属ライナ（５０）の少なくとも一部を覆う第２の金属ライナ（５１）を形成することと、
を含む方法。
【請求項２０】
前記ＩＬＤ材料（４２）の層内に生成された前記ビア開口部（４３）及びトレンチ開口部（５５）内に金属材料（４４）をめっきすることと、
前記金属材料でめっきされた前記ＩＬＤ材料の上面を平坦化し、前記第２の相互接続層（４０）を形成することと、
をさらに含み、
前記ビア開口部は前記第１のライナ（５０）及び前記第２のライナ（５１）で覆われ、前記トレンチ開口部（５５）は前記第２のライナ（５１）で覆われる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＩＬＤ材料（４２）の前記上面を前記平坦化することは、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを施して、前記上面（４６）を平坦にすることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のライナ（５０）を形成する前に、前記第１の相互接続層（１０）の金属相互接続要素（１４）を露出させることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記ガウジングすることは、前記ビア開口部（４３）の底部をイオン・スパッタリングし、前記第１のライナ（５０）の付着のためにガウジを準備することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のライナを形成することは、前記ビア開口部の上に金属ライニング材料の層（５０）を付着することを含み、前記金属ライニング材料は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕの群から選択される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記金属ライニング材料層（５０）は、１金属単分子層から数十単分子層まで、好ましくは１単分子層から５単分子層までの範囲の厚さを有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
１つ又は複数の半導体デバイスを接続するための、半導体チップ内の相互接続構造体であって、
層間誘電体（ＩＬＤ）材料（４２）内に形成された１つ又は複数のビア（４３）と、
前記１つ又は複数のビアの少なくとも１つの上に形成された１つ又は複数のトレンチ（５５）と、
前記１つ又は複数のビアの少なくとも１つの周囲をライニングする第１のライナ（５０）と、
前記１つ又は複数のトレンチ及び前記第１のライナの周囲をライニングする第２のライナ（５１）と、
を備える相互接続構造体。
【請求項２７】
前記ＩＬＤ材料（４２）と前のレベルの相互接続構造体（１０）との間に誘電体バリア層（４１）をさらに備える、請求項２６に記載の相互接続構造体。
【請求項２８】
前記第１のライナ（５０）は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕ材料を含む、請求項２６に記載の相互接続構造体。
【請求項２９】
前記第２のライナ（５１）は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕ材料を含む、請求項２６に記載の相互接続構造体。
【請求項３０】
前記１つ又は複数のビア（４３）は、前のレベルの相互接続構造体（１０）の導電性領域（１４）内に形成されたガウジを有する、請求項２６に記載の相互接続構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造の分野に関する。特定的には、本発明は、トレンチ及びビアを有する相互接続構造体、並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造の分野において、例えばトランジスタのような能動半導体デバイスは、通常、周知の前工程（front end ofline、ＦＥＯＬ）技術によって製造される。能動素子（active device）を形成した後、周知の後工程（back end of line、ＢＥＯＬ）技術を用いて、相互接続部又は相互接続構造体（これらの用語は、本出願の全体にわたって交換可能に用いることができる）を形成又は生成することができる。相互接続部は、例えば、導電性材料及び／又は金属材料でできたトレンチ及び／又はビアを含むことができ、これを用いて能動素子の組に選択的に接続し、所望の機能又は性能、或いはそれらの組み合わせを達成することができる。さらに、２つ又はそれ以上の相互接続構造体の層を一体に形成し、本明細書では相互接続ユニットと呼ばれる相互接続ブロックを生成することができる。
【０００３】
従来から、相互接続構造体又は相互接続構造体の層は、最初にＩＬＤ材料の層内に１つ又は複数のビア開口部を生成することによって形成することができる。ＩＬＤ層は、前のレベル（prior level）の相互接続層又は相互接続構造体の表面上に、当技術分野において周知の通常のＣＶＤ又はＭＯＣＶＤ技術などによって形成又は付着することができる。続いて、ビア開口部の少なくとも１つ又は複数が生成された領域又は区域において同じＩＬＤ層内に１つ又は複数のトレンチ開口部を生成することができる。従って、トレンチ開口部は、ビア開口部と少なくとも部分的に重なることがある。ビア開口部及びトレンチ開口部の構造体を形成した後であるが、開口部を特定のタイプの導電性材料で充填する前に、金属ライナとすることができるライナ層を、ＩＬＤ層内の開口部の底部及び／又は側壁に付着することができる。当業者には周知のように、例えば、相互接続構造体の製造中、ライナを付着して、後続のステップにおいてビア及びトレンチを充填する導電性材料のＩＬＤ材料内への起こり得る拡散を低減及び／又は防止することができる。とりわけ、このようなＩＬＤ層内への導電性金属材料の拡散が、デバイスの不足（shortage）及び性能低下を引き起こすことがある。
【０００４】
従来から、ビア開口部に比較的良好な被覆率を与えるのに十分な厚さで、金属ライナを付着することができる。しかしながら、当技術分野において周知のように、通常、トレンチはより低いライナ被覆率しか必要としないため、ビア領域内の金属ライナと同時に付着され、よって、その厚さがビア領域内に付着された金属ライナの厚さに影響される、トレンチ領域内の金属ライナが、これが必要とするよりも無用に厚くなることがある。その結果、トレンチ領域内のより厚い金属ライナは、ライナ材料の比較的低い導電率と相まって、トレンチ領域内に後に形成される金属ラインの全体的な高い抵抗をもたらすことがある。
【０００５】
可能な高い抵抗に加えて、上述のような相互接続構造体を形成する従来のプロセスにより、トレンチ又は金属ラインが、粗いトレンチ底部を有し得ることも、当技術分野において周知である。以下により詳細に説明されるような、金属ライナをビア開口部及びトレンチ開口部に適用する前にビア・ガウジング（gouging）を行なうことによって生じるトレンチ底部の粗さは、周知のものである。超低ｋ誘電率（ＵＬＫ）材料の層がＩＬＤ層として用いられるとき、この粗さが特に深刻なものになる。粗いトレンチ底部は、例えば、増大した抵抗及び隣接する能動素子との可能な不足といったデバイス性能の低下をもたらすことがあり、深刻な場合には、これによりトレンチがより浅い深さで形成されることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、相互接続構造体の形成中、トレンチ領域及びビア領域において用いられるライナの厚さを調整し、より良好なデバイス性能を達成する必要性が、当技術分野に存在する。相互接続構造体の形成中に上の従来のプロセスによってもたらされるトレンチ底部における粗さを軽減する必要性も存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は、層間誘電体（ＩＬＤ）材料の層内に相互接続構造体を形成する方法を提供する。この方法の１つの実施形態は、ＩＬＤ材料層内に１つ又は複数のビア開口部を生成することと、１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つを覆う第１のライナを形成することと、第１のライナで覆われている１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つの上に１つ又は複数のトレンチ開口部を生成することと、１つ又は複数のトレンチ開口部の少なくとも１つと、第１のライナの少なくとも一部とを覆う第２のライナを形成することとを教示する。この方法は、ビア開口部及びトレンチ開口部を導電性材料で充填することと、導電性材料をＩＬＤ材料層の上面と同一平面になるように平坦化し、相互接続構造体を形成することとをさらに教示し、ビア開口部は第１及び第２のライナで覆われ、トレンチ開口部は第２のライナで覆われる。
【０００８】
一実施形態によると、この方法は、第１のライナを形成する前に、ビア開口部をガウジングし、前のレベルの相互接続構造体の導電性領域においてビア開口部の底部にガウジ（gouge）即ち穴を生成することをさらに教示し、ガウジングすることは、ビア開口部の底部をイオン・スパッタリングし、第１のライナの付着に適したガウジを生成することを含む。
【０００９】
別の実施形態によると、第１のライナ及び／又は第２のライナを形成することは、ビア開口部の上に金属ライニング材料の層を付着することを含む。金属ライニング材料は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕの群から選択することができる。金属ライニング材料の層は、１金属単分子層（monolayer）から数十単分子層まで、好ましくは１単分子層から５単分子層までの範囲の厚さを有する。
【００１０】
更に別の実施形態によると、１つ又は複数のビア開口部を生成することは、ビア開口部の上から見た状態を表すフォトマスク・パターンを形成することと、湿式エッチングを施して、ＩＬＤ材料内にパターンをコピーし、ビア開口部を生成することとを含む。同様に、１つ又は複数のトレンチ開口部を生成することは、トレンチ開口部の上から見た状態を表すフォトマスク・パターンを形成することと、湿式エッチングを施して、ビア開口部と重なるＩＬＤ材料内にパターンをコピーし、トレンチ開口部を生成することとを含む。
【００１１】
本発明の実施形態はまた、１つ又は複数の半導体デバイスを接続するための、半導体チップ内の相互接続構造体も提供する。相互接続構造体は、１つ又は複数のビアと、１つ又は複数のビアの少なくとも１つの上に形成された１つ又は複数のトレンチと、１つ又は複数のビアの少なくとも１つの周囲をライニングする第１のライナと、１つ又は複数のトレンチ及び第１のライナの周囲をライニングする第２のライナとを含む。一実施形態によると、第１のライナ及び／又は第２のライナは、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕ材料を含む。
【００１２】
本発明の実施形態は、トレンチ及びビアの調整されたライナ厚が、トレンチの導電率性能を最適化しながら、信頼性のためにビアの構造上の完全性を高め、かつ、より改善されたライナ被覆率による寄生的な電気的劣化を低減させるように働く相互接続構造体をさらに提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、添付の図面と併せて読んだときに、以下の本発明の詳細な説明からより完全に理解され、認識されるであろう。
【００１４】
説明を簡単かつ明確にするために、図に示される要素は、必ずしも縮尺通りに描かれていないことが分かるであろう。例えば、要素の幾つかの寸法は、明確にするために他の要素に対して強調される場合がある。
【００１５】
以下の詳細な説明においては、本発明の実施形態が完全に理解されるように、多くの具体的な詳細が記載される。しかしながら、当業者であれば、本発明の実施形態は、それらの具体的な詳細なしに実施できることが理解されるであろう。他の例では、本発明の実施形態を分かり難くしないように、周知の方法、手順を詳細に説明していない。
【００１６】
従来のＢＥＯＬ処理は、例えば、特に、誘電体バリア（「キャップ」）の付着、ＩＬＤの付着、ハードマスク又はフォトマスクの付着、リソグラフィ、湿式エッチング又は乾式エッチング及び付着といった周知の操作又はステップを含むことができる。しかしながら、本発明の本質の提示を分かり難くしないために、当技術分野において周知の処理ステップは、提示及び／又は説明のために互いに組み合わせてもよく、場合によっては、詳細に説明されないこともある。当業者であれば、以下の説明は、どちらかと言えば、本発明の顕著な特徴及び／又は要素に焦点を当てていることを理解するであろう。
【００１７】
図１乃至図５は、相互接続ユニット及び／又は相互接続構造体を形成する従来のプロセス及び／又は方法の概略的表示である。例えば、図１は、前のレベルの相互接続構造体１０の上に相互接続構造体２０を形成できることを示す。図１に示されるように、相互接続構造体１０の真上に誘電体バリア層２１を形成又は付着することができ、その上に、引き続き、層間誘電体（inter-level dielectric、ＩＬＤ）材料の層２２を形成することができる。次に、ＩＬＤ層２２内に、例えばエッチング・プロセスによって、１つ又は複数のビア開口部２３を生成又は形成することができる。ビア開口部２３は、誘電体バリア層２１の中までエッチングしてもしなくてもよい。ビア開口部２３が誘電体バリア層２１内にエッチングされる場合、誘電体バリア層２１を貫通してビア開口部２３をエッチングしないと、前の相互接続構造体１０のトレンチ及び／又はビア１４を露出させることはできない。相互接続層又は金属層１０とも呼ぶことができる相互接続構造体１０は、前のレベルのＩＬＤ層１２内に埋め込まれた１つ又は複数の金属トレンチ及び／又はビア１４を含むことができる。
【００１８】
ＩＬＤ層２２の適切な過エッチング（over-etch）を可能にし、かつ、ばらつきに起因するプロセス公差を与えるために、前の相互接続層１０の上に誘電体バリア層２１を形成又は付着することができる。１つの従来のプロセスによると、誘電体バリア層２１は、構造体の信頼性の問題を引き起こす、レジスト剥離のような破壊的なデバイス処理環境、及び、化学物質の処理による金属構造体内への可能な表面拡散から、例えば前の相互接続層１０のＣｕ構造体などの金属構造体を保護する。従って、誘電体バリア層２１を貫通してエッチングすることはできず、エッチング処理を適切に制御する必要がある。
【００１９】
図２は、生成後、ビア開口部２３を、例えば反射防止コーティング（ＡＲＣ）材料３２のような特定のタイプの平坦化材料で充填できることを示す。ＡＲＣ材料３２は、ビア開口部２３を充填し、ＩＬＤ層２２の上面を覆うことができる。当技術分野において周知のように、高度な統合構成で見られるように、レジスト・ポイズニング（resist poisoning）が、この段階で発生し得る。レジスト・ポイズニングは、ビア開口部２３のような誘電体構造体とＡＲＣ材料３２のようなレジスト材料との間の好ましくない相互接続に起因して発生する。レジスト・ポイズニングは、レジスト材料３２の構造部の適切な現像を妨げる場合があり、できるだけ回避すべきである。
【００２０】
後処理技術を適用する際又は使用する際、ＡＲＣ材料３２の上面を平坦化することができる。平坦化は、これらに限られるものではないが、スピンオン・プログラム最適化、サーマル・リフロー（thermal reflow）、又は化学機械研磨（ＣＭＰ）を含むことができる。引き続き、例えば、リソグラフィ技術、又は当技術分野において周知の他の従来の技術のような技術を用いて、ＡＲＣ材料３２の平坦化された上面にフォトマスク３４を形成することができる。その形成に続いて、例えば、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）技術などの技術を用いて、図３に示されるように、トレンチの所望の及び／又は所定の形状を表すフォトマスク３４のパターンをＩＬＤ層２２にコピー又は転写することができる。トレンチ・パターンのエッチングは、ビア開口部２３のものより浅い所定の深さで停止し、よって、ビア開口部２３の上に１つ又は複数のトレンチ開口部２５を形成することができる。トレンチ開口部２５の形成に続いて、周知の湿式エッチング又は他の技術を用いて、ビア開口部２３内に残っているＡＲＣ材料３２を除去又は剥離し、ビア開口部２３（図１）の底部において誘電体バリア層２１を露出させることができる。次に、従来のエッチング・プロセスの１つによって、ビア開口部２３の底部の誘電体バリア層２１を除去し、前のレベルの相互接続構造体１０内のトレンチ及び／又はビア１４の金属要素を露出させる。
【００２１】
従来から、図４に示されるようにトレンチ開口部２５及びビア開口部２３の露出面の上にライナ３０を付着する前に、イオン・スパッタリングのようなビア・ガウジングを行って、ビア開口部２３の底部における応力を軽減させ、前の相互接続層１０内のトレンチ及び／又はビア１４の金属要素へのライナ３０の接着性を改善することができる。しかしながら、ビア・ガウジングは、金属要素へのライナ３０の接着性を改善できるが、トレンチ２５の底部を粗くし、粗さ３５をもたらす恐れがある。多孔質の超低ｋ誘電率材料をＩＬＤ層２２として用いるときに、粗さ３５が特に深刻になる。当技術分野において周知のように、多孔質のＵＬＫ  ＩＬＤは、相互接続構造体の寄生容量を低減させ、かつ、多くの場合デバイスの動作速度によって測定されるデバイス性能を増大させるために用いられることが多い。
【００２２】
図５は、ライナ３０を形成した後、従来のプロセスに従ってビア開口部及びトレンチ開口部において導電性金属材料２４を充填することを示す。ライナ３０によって、例えば多孔質のＵＬＫ材料のＩＬＤ層２２から、導電性金属材料２４を分離又は絶縁することができる。ビア開口部２３及びトレンチ開口部２５における導電性金属材料の付着又は充填に続いて、例えば、ＣＭＰプロセスのような平坦化プロセスが続き、相互接続層又は相互接続構造体２０の平坦な上面２６を生成することができる。
【００２３】
以上の従来のプロセスによると、ライナ３０は、ビア開口部２３に対して良好な被覆率を与えるのに十分な厚さを有するように設計される。同じプロセス中に付着され、よって、ビア開口部２３における厚さに影響される、トレンチ開口部内のライナ３０の厚さは、一般に、トレンチ開口部２５には適切でないことがあるか、又はトレンチ開口部２５に合わせて調整することができない。例えば、トレンチ開口部２５の側壁におけるライナ３０は、必要とされるものより厚く、よって、導電性金属材料２４及びライナ３０を含むトレンチの全体的な抵抗の増大をもたらし得る。
【００２４】
同じく図５に示されるように、トレンチ底部２５における粗さ３５は、抵抗の増大及び隣接する能動素子との可能な不足といったデバイス性能の低下をもたらすことがある。深刻な場合には、このことは、形成することができるトレンチの可能な厚さに制限をもたらすことがある。
【００２５】
本発明の一実施形態によると、それぞれトレンチ及びビアについて異なる厚さのデュアル・ライナを有する相互接続層又は相互接続構造体を形成するための方法又はプロセスが提供される。本発明の別の実施形態によると、トレンチの底部ではなくビアの底部にビア・ガウジングを有する相互接続構造体を形成するための方法又はプロセスが提供される。
【００２６】
図６乃至図１１は、本発明の一実施形態による、デュアル・ライナ相互接続構造体及び／又は相互接続ユニット、並びにこれを製造するプロセスを例示する。図６において、前のレベルの相互接続層１０の上に、誘電体バリア層４１を形成又は付着することができる。誘電体バリア層４１は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＮＣＨ、又は他の適切なＳｉ含有材料及び／又はＮ含有材料のような材料を含むことができる。図６は、誘電体バリア層４１の上に層間誘電体（ＩＬＤ）層４２を付着することによって、誘電体バリア層４１を介して前のレベルの相互接続層１０の上に相互接続構造体４０を形成することをさらに示す。続いて、例えばエッチングによって、ＩＬＤ層４２内に１つ又は複数のビア開口部４３を生成又は形成することができる。ビア開口部４３は、誘電体バリア層４１内まで、及びこれを通ってエッチングすることができる。本発明の一実施形態によると、図７を参照して以下により詳細に説明されるように、前のレベルの相互接続層又は金属層１０の金属構造体１４への信頼性の問題及び／又は損傷を生じさせることなく、この段階で（図２に示されるような従来のプロセスとは反対に）誘電体バリア層４１を除去することができる。前のレベルの金属層１０は、銅（Ｃｕ）又は他の適切な導電性材料のような金属又は金属要素でできた１つ又は複数のトレンチ及び／又はビア１４を含むことができる。ＩＬＤ層１２内にトレンチ及び／又はビア１４が埋め込まれる。
【００２７】
図７は、トレンチ及び／又はビアを生成した後、ビア開口部４３の底部及び側壁の上、並びに相互接続構造体４０の上に、ライニング材料層又はライナ５０を付着し得ることを示す。ライナ５０は、金属ライナとすることができ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕのような材料を含むことができる。ライナ５０の厚さは、１金属単分子層（monolayer）から数十単分子層まで、好ましくは１単分子層から５単分子層までの範囲に及ぶことができる。しかしながら、本発明は、この点に制限されるものではなく、例えば、ライナ５０の材料などの要因に応じて、他の厚さを用いることができる。良好な性能のために、上述のライニング材料の多層を組み合わせて、多層の複合バリア構造体を形成することができる。本発明の一実施形態によると、前の金属層又は相互接続層１０の金属（例えば、Ｃｕ）構造体１４を保護し、かつ、ＩＬＤ層４２の誘電体ビア開口部構造４３を覆うことによって、金属構造体１４への可能な信頼性の問題及び／又は損傷を生じさせることなく、金属ライナ５０の適用は、この段階（図６）において誘電体バリア層４１を除去することを可能にし、後のプロセス・ステップにおけるレジスト・ポイズニングを回避する。
【００２８】
金属ライナ５０を付着する前、ビア・ガウジングを行って、ビア開口部４３の底部における応力を軽減し、前のレベルの相互接続層１０の金属要素１４への金属ライナ５０の接着性を改善することができる。本発明の一実施形態によると、ビア・ガウジングは、トレンチ開口部５５を形成する（図９）前に行なわれるので、図４に示されるもののようなビア・ガウジングにより生じるトレンチの底部の粗さを回避することができる。本発明の別の実施形態によると、ビア開口部４３をレジスト材料５２（図８）で充填する前に金属ライナ５０を付着するので、金属ライナ５０は、レジスト材料５２が、誘電体材料（４１及び４２）及び金属要素１４と直接接触するのを防止し、よって、誘電体材料（４１及び４２）及び金属要素１４の、図２に示される従来のプロセスにおけるようなレジスト材料との可能な良くない及び／又は好ましくない相互作用が防止される。
【００２９】
図８は、ライナ５０で覆われた後、引き続き、平坦化に適した材料５２で、ビア開口部４３を充填できることを示す。材料５２は、これらに限られるものではないが、ＯＰＬ（有機平坦化層）、ＩＰＬ（無機平坦化層）、ＡＲＣ（反射防止コーティング）、又はそれらの組み合わせを含むことができる。次に、材料５２の上面を平坦化することができ、材料５２の平坦化された上面において、当技術分野において周知のような従来のリソグラフィ技術を用いて、フォトマスク５４を現像することができる。
【００３０】
形成されるべき望ましいパターン及び／又は所定のパターンのトレンチを表すフォトマスク５４を形成した後、図９に示されるように、ライン・レベル・エッチングとして周知のプロセス、及び、例えば反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）法のような１つ又は複数の従来の方法を用いて、トレンチ・パターンをＩＬＤ層４２にコピーすることができる。ＡＲＣ、金属ライナ及びＩＬＤ材料を開口するために、非選択的なものにすることができる、協調的(concerted)エッチング・プロセスのような多数の技術の組み合わせを用いることができる。或いは、最初にＡＲＣを開口し、金属エッチングの化学作用が続き、リソグラフィにより定められたパターン領域内の金属ライナを除去する、選択的プロセスを用いることもできる。エッチングは、可能な金属残留物を防ぐために、フッ素に富んだものにしてもよい。次に、ビア開口部４３のものより浅い所定の又は所望の深さで停止することができる別個の誘電体エッチング・プロセスを用いて、ビア開口部４３の上に１つ又は複数のトレンチ開口部５５を形成することができる。
【００３１】
本発明の一実施形態によると、選択的エッチング・プロセス及び非選択的エッチング・プロセスの組み合わせを用いて、ビア領域内のＡＲＣ材料５２のリセス（recess）の範囲を制御し、ビアの底部の金属ライナ５０が保護されることを保証することができる。トレンチ開口部５５は、少なくとも１つのビア開口部４３の上に生成又は形成することができ、ビア開口部４３の下の直径とほぼ同じにすることができる幅を有し、少なくとも一方の側において、ビア開口部４３と垂直方向に整合する。しかしながら、当業者であれば、本発明は、この点に制限されるものではなく、トレンチ開口部５５は、ビア開口部４３とは異なる幅を有することができ、さらに、図９に示されるように、ビア開口部４３と垂直方向に整合した状態にできないことを理解するであろう。さらに、ビア開口部４３は、円筒形に類似したもの以外の形状を有することもできる。トレンチ開口部を形成した後、例えば、湿式エッチング技術などの、当技術分野において周知の技術を適用することによって、ＩＬＤ層４２の上面に残っているフォトマスク５４及びビア開口部４３内に残っているＡＲＣ材料５２を除去することができる。
【００３２】
次に、図１０に示されるように、トレンチ開口部５５の露出された側壁の上、及び、ビア開口部４３内部の第１のライナ層５０の上に、第２のライナ層５１を適用又は付着することができる。ライナ５１は、金属ライナとすることができ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕのような材料を含むことができる。このライナ５１の付着は、主としてトレンチ開口部５５を覆うために適用されるものであり、よって、ビア開口部４３を覆うライナ５０の厚さに制限されないので、ライナ５１の厚さを独立して調整することができる。例えば、ライナ５１の厚さを最適化し、比較的低く、可能な限り最小の抵抗を達成することができる。典型的には、ライナ５１の厚さは、１金属単分子層から数十単分子層まで、好ましくは１単分子層から５単分子層までの範囲に及ぶことができるが、本発明は、この点に制限されるものではなく、かつ、ライナ５１の材料を含むがそれに制限されない要因に応じて、他の厚さを用いることができる。最適な性能のために、上述のライナ材料の多層を組み合わせて、多層の複合バリア構造体を形成することができる。
【００３３】
第２のライナ５１層の付着に続いて、図１１に示されるように、ビア開口部４３及びトレンチ開口部５５を、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、及び能動素子を相互接続するのに適したそれらの合金及び／又は化合物のような金属材料で充填することができる。開口部４３及び５５の充填は、相互接続金属ライン４４を形成するめっき又はシーディング（seeding）によることができる。例えば、ＣＭＰプロセスによって、相互接続構造体４０の上面と同一平面になるように、開口部４３及び５５を充填する金属材料の上面を平坦化することができる。結果として得られる平坦な表面４６は、次のレベルの相互接続層の製造といった、後のデバイス処理に適したものにすることができる。
【００３４】
本発明により提供される付加的な利点は、多数の金属ライナの付着物を調整して、現場でより厚いライナを提供できることである。上述のように、Ｃｕ  ＣＭＰ中、より厚いライナは、より幅広のプロセス・ウィンドウを提供する。例えば、２ステップのＣｕ  ＣＭＰ研磨の際、フィールド・ライナ又はライナ５０（図１０）で停止するように、プロセスを設計することができる。より厚いフィールド・ライナ５０により、下の誘電体材料の完全性を損なうことなく、より積極的なＣｕの研磨が可能になる。他の場合には、Ｃｕ研磨ステップとライナとの間の選択性の欠如が、非平坦性をもたらす一因になることがある。本発明により提供されるより厚いライナは、改善された平坦性をもたらすことができる。
【００３５】
本発明の特定の特徴を本明細書において図示及び記載してきたが、多くの改変、置換、変更、及び等価物が当業者には想起されるであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の精神の中に含まれるそのような全ての改変及び変更を包含することを意図することを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】相互接続ユニット及び／又は相互接続構造体を形成する従来のプロセス及び／又は方法を示す。
【図２】相互接続ユニット及び／又は相互接続構造体を形成する従来のプロセス及び／又は方法を示す。
【図３】相互接続ユニット及び／又は相互接続構造体を形成する従来のプロセス及び／又は方法を示す。
【図４】相互接続ユニット及び／又は相互接続構造体を形成する従来のプロセス及び／又は方法を示す。
【図５】相互接続ユニット及び／又は相互接続構造体を形成する従来のプロセス及び／又は方法を示す。
【図６】本発明による、デュアル・ライナ相互接続構造体及び／又は相互接続ユニット、並びにその作製方法を示す。
【図７】本発明による、デュアル・ライナ相互接続構造体及び／又は相互接続ユニット、並びにその作製方法を示す。
【図８】本発明による、デュアル・ライナ相互接続構造体及び／又は相互接続ユニット、並びにその作製方法を示す。
【図９】本発明による、デュアル・ライナ相互接続構造体及び／又は相互接続ユニット、並びにその作製方法を示す。
【図１０】本発明による、デュアル・ライナ相互接続構造体及び／又は相互接続ユニット、並びにその作製方法を示す。
【図１１】本発明による、デュアル・ライナ相互接続構造体及び／又は相互接続ユニット、並びにその作製方法を示す。
【符号の説明】
【００３７】
１０：前のレベルの相互接続構造体
１４：トレンチ及び／又はビア
２０、４０：相互接続構造体
２１、４１：誘電体バリア層
２２、４２：層間誘電体（ＩＬＤ）層
２３、４３：ビア開口部
２４：導電性金属材料
２５、５５：トレンチ開口部
３０、５０、５１：ライナ
３２：反射防止コーティング（ＡＲＣ）材料
４４：導電性材料
５２：レジスト材料
５４：フォトマスク
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月17日(2009.2.17)
【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】
層間誘電体（ＩＬＤ）材料の層内に相互接続構造体を形成する方法であって、
前記ＩＬＤ材料層（４２）内に１つ又は複数のビア開口部（４３）を生成することと、
前記１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つを覆う第１のライナ（５０）を形成することと、
前記第１のライナで覆われている前記１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つの上部に、１つ又は複数のトレンチ開口部（５５）を生成することと、
前記１つ又は複数のトレンチ開口部の少なくとも１つ、及び、前記第１のライナの少なくとも一部を覆う第２のライナ（５１）を形成することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記ビア開口部（４３）及び前記トレンチ開口部（５５）を導電性材料（４４）で充填することと、
前記導電性材料を前記ＩＬＤ材料（４２）層の上面と同一平面になるように平坦化し、前記相互接続構造体を形成することと、
をさらに含み、
前記ビア開口部は前記第１及び第２のライナで覆われ、前記トレンチ開口部は前記第２のライナで覆われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記導電性材料は、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、又はそれらの組み合わせの群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のライナ（５１）を形成することは、前記ビア開口部（４３）及び前記トレンチ開口部（５５）の上に金属ライニング材料の層を付着することを含み、前記金属ライニング材料は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕの群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記１つ又は複数のビア開口部（４３）を生成することは、前記ビア開口部の上から見た状態を表すフォトマスク・パターンを形成することと、湿式エッチングを施して、前記ＩＬＤ材料内に前記パターンをコピーし、前記ビア開口部を生成することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記１つ又は複数のトレンチ開口部（５５）を生成することは、前記トレンチ開口部の上から見た状態を表すフォトマスク・パターンを形成することと、湿式エッチングを施して、前記ビア開口部と重なる前記ＩＬＤ材料内に前記パターンをコピーし、前記トレンチ開口部を生成することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも第１の相互接続構造体の層（１０）及び第２の相互接続構造体の層（４０）を含む多層の相互接続ユニットを形成する方法であって、
前記第１の相互接続構造体層（１０）の上に層間誘電体（ＩＬＤ）材料の層（４２）を形成することと、
前記ＩＬＤ材料層内に１つ又は複数のビア開口部（４３）を形成することと、
前記１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つを覆う第１のライナ（５０）を形成することと、
前記第１のライナで覆われている前記１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つの上部に、１つ又は複数のトレンチ開口部（５５）を生成することと、
前記トレンチ開口部（５５）及び前記第１のライナ（５０）の少なくとも一部を覆う第２のライナ（５１）を形成することと、
を含む方法。
【請求項８】
前記ＩＬＤ材料層（４２）を形成する前に、誘電体バリア層（４１）を形成することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＩＬＤ材料（４２）の層内に生成された前記ビア開口部（４３）及びトレンチ開口部（５５）内に金属材料（４４）をめっきすることと、
前記金属材料を前記ＩＬＤ材料の上面と同一平面（４６）になるように平坦化し、前記第２の相互接続構造体層（４０）を形成することと、
をさらに含み、
前記ビア開口部は前記第１のライナ（５０）及び前記第２のライナ（５１）で覆われ、前記トレンチ開口部（５５）は前記第２のライナ（５１）で覆われる、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
相互接続ユニットを形成する方法であって、
第１の相互接続層（１０）の真上に誘電体バリア層（４１）を形成することと、
前記誘電体バリア層上に層間誘電体（ＩＬＤ）材料（４２）の層を形成することと、
前記ＩＬＤ材料層内に１つ又は複数のビア開口部（４３）を生成することと、
前記１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つを覆う第１の金属ライナ（５０）を形成することと、
前記第１の金属ライナで覆われている前記１つ又は複数のビア開口部の少なくとも１つの上部に、１つ又は複数のトレンチ開口部（５５）を生成することと、
前記トレンチ開口部（５５）及び前記第１の金属ライナ（５０）の少なくとも一部を覆う第２の金属ライナ（５１）を形成することと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記ＩＬＤ材料（４２）の層内に生成された前記ビア開口部（４３）及びトレンチ開口部（５５）内に金属材料（４４）をめっきすることと、
前記金属材料でめっきされた前記ＩＬＤ材料の上面を平坦化し、前記第２の相互接続層（４０）を形成することと、
をさらに含み、
前記ビア開口部は前記第１のライナ（５０）及び前記第２のライナ（５１）で覆われ、前記トレンチ開口部（５５）は前記第２のライナ（５１）で覆われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のライナ（５０）を形成する前に、前記ビア開口部（４３）をガウジングして、前記ＩＬＤ材料層（４２）の下に位置する金属相互接続要素（１４）を露出することをさらに含む、請求項１、７又は１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガウジングすることは、前記ビア開口部（４３）の底部をイオン・スパッタリングし、前記第１のライナ（５０）の付着のためにガウジを準備することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のライナを形成することは、前記ビア開口部の上に金属ライニング材料の層（５０）を付着することを含み、前記金属ライニング材料は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕの群から選択される、請求項１、７又は１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属ライニング材料層（５０）は、１単分子層から５単分子層までの範囲の厚さを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
１つ又は複数の半導体デバイスを接続するための、半導体チップ内の相互接続構造体であって、
層間誘電体（ＩＬＤ）材料（４２）内に形成された１つ又は複数のビア（４３）と、
前記１つ又は複数のビアの少なくとも１つの上に形成された１つ又は複数のトレンチ（５５）と、
前記１つ又は複数のビアの少なくとも１つの周囲をライニングする第１のライナ（５０）と、
前記１つ又は複数のトレンチ及び前記第１のライナの周囲をライニングする第２のライナ（５１）と、
を含む相互接続構造体。
【請求項１７】
前記ＩＬＤ材料（４２）と前のレベルの相互接続構造体（１０）との間に誘電体バリア層（４１）をさらに含む、請求項１６に記載の相互接続構造体。
【請求項１８】
前記第１のライナ（５０）は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕ材料を含む、請求項１６に記載の相互接続構造体。
【請求項１９】
前記第２のライナ（５１）は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕ材料を含む、請求項１６に記載の相互接続構造体。
【請求項２０】
前記１つ又は複数のビア（４３）は、前のレベルの相互接続構造体（１０）の導電性領域（１４）内に形成されたガウジを有する、請求項１６に記載の相互接続構造体。
【国際調査報告】
2009545889.tif 000019
2009545889.tif 000020
2009545889.tif 000021