(57)【要約】本発明は、層構造物および層構造物を生産する方法に関する。この層構造物は、基板に配置された層を含む。この層は、第一の部分領域および第二の部分領域を含み、この第一の部分領域は、分解可能な材料からできており、そしてこの第二の部分領域は、非分解性の材料からできた有用な構造を有する。この層構造物はまた、分解性材料および有用構造からできた層上に配置されている上部層を有する。層構造物は、分解性材料が層構造物から取り除かれ得るように設計される。
2005534168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
・基板上に配置され、分解性物質を含む第一の小区域、および第一の小区域に隣接して配置され非分解性物質を含む有用構造を有する第二の小区域を備える層を有し、
・分解性物質および有用構造を含む層の上に被覆層を有し、
・少なくとも有用構造と被覆層との間に導電性の不活性化層を有し、
・層構造から分解性物質を除去できるように層構造が設計されている
層構造。
【請求項２】
基板と分解性物質および有用構造を含む層との間に中間層を有する、請求項１に記載の層構造。
【請求項３】
基板がケイ素を含む、請求項１または２に記載の層構造。
【請求項４】
誘電体物質から被覆層および／または中間層が作製されている、請求項２または３に記載の層構造。
【請求項５】
被覆層および／または中間層が以下の物質
・酸化ケイ素、
・窒化ケイ素、
・ＳｉＬＫ、
・多孔性ＳｉＬＫ、
・オキサゾール、
・多孔性オキサゾール、
・ブラックダイヤモンド、
・コーラル、
・ナノガラス、
・ＪＳＲ  ＬＫＤ、
・ポリベンゾオキサゾール、
・ポリベンゾイミダゾール、
・ポリイミド、
・ポリキノリン、
・ポリキノキサリン、
・ポリアリーレン、および
・ポリアリーレンエーテル
の一つまたはこれらの組合せを含む、請求項２から４の一つに記載の層構造。
【請求項６】
分解した分解性物質に対して透過性であるように被覆層が設計されている、請求項１から５の一つに記載の層構造。
【請求項７】
導電性物質から有用構造が作製されている、請求項１から６の一つに記載の層構造。
【請求項８】
有用構造が
・銀、
・銀合金、
・タングステン、
・ケイ化タングステン、
・アルミニウム、
・アルミニウム合金、
・銅、および／または
・銅合金
を含む、請求項７に記載の層構造。
【請求項９】
誘電体物質から有用構造を作製されている、請求項１から６の一つに記載の層構造。
【請求項１０】
有用構造が
・二酸化ケイ素、
・窒化ケイ素、および／または
・セラミック物質
を含む、請求項９による層構造。
【請求項１１】
分解性物質が熱分解性である、請求項１から１０の一つに記載の層構造。
【請求項１２】
分解性物質が
・ポリエステル、
・ポリエーテル、
・ポリエチレングリコール、
・ポリプロピレングリコール、
・ポリエチレンオキシド、
・ポリプロピレンオキシド、
・ポリアクリレート、
・ポリメタクリレート、
・ポリアセタール、
・ポリケタール、
・ポリカーボネート、
・ポリウレタン、
・ポリエーテルケトン、
・脂環式重合体、
・ポリノルボルネン、
・脂肪族ポリアミド、
・ノボラック、
・ポリビニルフェノール、
・エポキシ化合物、
・これらの化合物の二元共重合体、および
・これらの化合物の三元共重合体
の一つまたはこれらの組み合せを含む、請求項１から１１の一つに記載の層構造。
【請求項１３】
分解性物質が感光性である、請求項１から１２の一つに記載の層構造。
【請求項１４】
基板と被覆層との間に配置された層中に少なくとも一つの支持構造が形成されている、請求項１から１３の一つに記載の層構造。
【請求項１５】
環境の影響から有用構造を保護するために基板の横方向の境界線に沿って作製された保護構造を有する、請求項１から１４の一つに記載の層構造。
【請求項１６】
少なくとも部分的に有用構造を囲む不活性化層を有する、請求項１から１５の一つに記載の層構造。
【請求項１７】
層構造を製造する方法であって、
・分解性物質を含む第一の小区域、および第一の小区域に隣接して配置され非分解性物質を含む有用構造を有する第二の小区域を備える層を基板上に作製し、
・分解性物質および有用構造を含む層の上に被覆層を作製し、
・少なくとも有用構造と被覆層との間に導電性不活性化層を作製し、
・層構造から分解性物質を除去できるように層構造を設計する
方法。
【請求項１８】
層構造から分解性物質を除去する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
熱分解によって層構造から分解性物質を除去する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１７から１９の一つに記載の方法であって、
・銅から有用構造を作製し、
・不活性化層によって少なくとも部分的に有用構造を覆い、不活性化層を
。無電解めっき法によってコバルト−タングステン−リン、コバルト−タングステン−ホウ素、コバルト−リンまたはルテニウムから作製し、または
。化学気相成長法によって、タンタル、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、窒化タングステンまたは炭化タングステンから作製する
方法。
【請求項２１】
請求項１７から２０の一つに記載の方法であって、
・分解性物質を析出させてパターニングし、
・有用構造の物質を析出させ、
・このようにして作製した層シーケンスの表面を平面化する
ことによって分解性物質および有用構造を含む層を作製する方法。
【請求項２２】
請求項１７から２０の一つに記載の方法であって、
・有用構造の物質を析出させてパターニングし、
・分解性物質を析出させ、
・このようにして作製した層シーケンスの表面を平面化する
ことによって分解性物質および有用構造を含む層を作製する方法。
【請求項２３】
被覆層の上に少なくとも一つの別の層スタックを作製し、別の層スタックが分解性物質および有用構造を含む別の層の上に別の被覆層を有する、請求項１７から２２の一つに記載の方法。
【請求項２４】
被覆層で相互に隔てられた有用構造を、被覆層中に作製され導電性物質で満たされた少なくとも一つのコンタクトホールによって相互に結合する、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、層構造および層構造を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術の多くの利用分野において、とくに集積回路の作製においては電気絶縁層が必要である。導電性区域、とくに相互配線が共存する集積回路中に絶縁層を作製すると、隣接する相互配線および相互配線間に配置された誘電層の間に結合静電容量が生じることがある。表面積Ａを有し、距離ｄに隣接して配置された二本の平行な相互配線の静電容量は、誘電体の比誘電率をεとすると次式で表される。
【０００３】
Ｃ＝εＡ／ｄ          （１）
現在開発中のシリコンマイクロエレクトロニクスの微細化、すなわち隣接する相互配線間の距離ｄの減少によって、とくに隣接する相互配線の表面積Ａを大きくすると、すなわち集積回路中のかなりの長さにわたって相互配線を互いに平行に配線すると、大きな結合静電容量Ｃが生じる。
【０００４】
現在開発中の集積回路の微細化によって、結合静電容量にともなう問題が大きくなりつつある。結合静電容量が増大すると、相互配線中の信号の伝播時間が長くなる、この伝播時間はオーム抵抗Ｒと静電容量Ｃとの積（「ＲＣ遅延」として知られる）によって決定されるからである。
【０００５】
式（１）から分かるように、構造によって定まる寸法Ａ、ｄが一定の場合、絶縁体の比誘電率εを低くすれば結合静電容量Ｃを低くできる。そこで、低い比誘電率εを有する物質（「低ｋ物質」として知られるもの）を集積回路中の絶縁層用物質として使用することが試みられている。
【０００６】
金属相互配線を電気的に相互分離するために、比誘電率約４．０を有する非晶質二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を多くの場合に誘電体として使用する。
【０００７】
最新の半導体チップ（０．１８μｍ技術以降）の性能は、相互配線のＲＣ遅延によって次第に深刻な悪影響を受けるようになりつつある。したがって、二酸化ケイ素は今後の高性能化の要求に対して誘電体媒質としてもはや適さない。
【０００８】
０．１３μｍ技術世代以降、一般に３未満の誘電率を有する低ｋ誘電体を次第に使用するようになりつつある。これらの誘電体の例としては、ｋ〜２．７のＳｉＬＫＴＭ、ｋ〜２．５のＯｘＤ（オキサゾール誘電体）、ｋ〜２．９のブラックダイヤモンドＴＭ（Ｂｌａｃｋ  ＤｉａｍｏｎｄＴＭ）、ｋ〜２．９のコーラルＴＭ（ＣｏｒａｌＴＭ）がある。
【０００９】
理想的な条件下では（真空）空孔はｋ＝１というｋ値を有するので、「低ｋ物質」中に空孔を導入することによって電気絶縁層の比誘電率をさらに低くできる。多孔性物質のｋ値は、空孔または細孔が占める容積比率の関数として低くなる。将来のテクノロジー世代では、たとえばｋ〜２．２の多孔性ＳｉＬＫ、ｋ〜２．１の多孔性ＯｘＤ、ｋ〜２．２のナノガラス（Ｎａｎｏｇｌａｓｓ）またはｋ〜２．２のＪＳＲ−ＬＫＤ（ＪＳＲ社が製造する低ｋ誘電体）などの多孔性物質をますます使用するようになろう。
【００１０】
多孔性低ｋ物質といえども理論上最適なｋ＝１（真空または近似的に空気）にははるかに及ばない。
【００１１】
［１］、［２］から、相互配線間の金属間誘電体として空気ギャップとして知られるもの、すなわち固体物質がまったく存在しない中間区域を使用することが知られている。しかしこの既知構造には、とくに二酸化ケイ素の非共形成長またはＣＶＤ（化学気相成長法）低ｋ物質（ＳｉＯＣ）をもとにするという欠点がある。このように空気ギャップを形成することは可能ではあるが、二酸化ケイ素あるいはＳｉＯＣが部分的に残存するため、実現できる実効誘電率はｋ＝２をわずかに下回るに過ぎない。
【００１２】
［３］には、犠牲ポリマーおよびシリコン酸化物層を使用して製造する銅／空気孔構造が開示されている。
【００１３】
［４］には、基板上に作製した相互配線上に孔を有する層を作製し、孔を通して相互配線間に位置する物質を放出する半導体構成部品の製造方法が開示されている。
【００１４】
［５］には、基板上に相互配線を有し、相互配線上に多孔質層を有し、相互配線間の犠牲構造物質を気化し、多孔質層を通して放出する層構造が開示されている。
【００１５】
［６］には、誘電体と導電性配線との間に空気孔を有する集積回路が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、先行技術と比較して、有用構造要素の寄生容量を低減する層構造を提供する課題にもとづく。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
独立特許請求項中に記載される特徴を有する層構造および層構造を製造する方法によってこの課題を解決する。
【００１８】
本発明による層構造は、基板上に配置され分解性物質を含む第一の小区域、および第一の小区域に隣接して配置され非分解性物質を含む有用構造を有する第二の小区域を備える層を含む。さらに、この層構造は分解性物質および有用構造を含む層の上に被覆層を有する。層構造から分解性物質を除去できるようにこの層構造を設計する。
【００１９】
さらに、本発明は層構造を製造する方法を提供する。この方法においては、分解性物質を含む第一の小区域、および第一の小区域に隣接して配置され非分解性物質を含む有用構造を有する第二の小区域を備える層を基板上に作製する。さらに、分解性物質および有用構造を含む層の上に被覆層を作製する。層構造から分解性物質を除去できるようにこの層構造を設計する。
【発明の効果】
【００２０】
明らかに、本発明によって、二つの層の間に埋め込まれ、分解性物質および有用構造を備える層を有する層構造を作り出す。有用構造は、たとえば集積回路の相互配線を含んでもよい。有用構造の相互配線間に寄生容量が発生することがあり、（１）によればこれらの静電容量の大きさは相互配線間に配置された分解性物質の比誘電率のレベルとともに増大する。本発明によると、分解性物質および被覆層を組み合わせて設計して、積層構造の適当な処理（たとえば一時的なアニーリング）によって、分解性物質を熱分解または気化できるようにする。こうして、望ましくは被覆層中を拡散させることによって層構造から分解性物質を除去する。このような処理後には、分解性物質は分解して有用構造要素間の区域にまったく残らず、理想的な条件下でε＝１の比誘電率を実現できる。こうして、式（１）によって静電容量Ｃが低下するのでＲＣ遅延は著しく低くなる。こうして、信号伝播時間を一定に保ったまま、隣接する相互配線をより接近して配置することができ、これは半導体技術の微細化へのトレンドと一致する。したがって、本発明によって相互配線間、とくに集積回路のメタル化層中の寄生容量結合を低減する。その結果、本発明によって複雑な細孔の作製または空孔の製造のための複雑な誘電体層のパターニングの必要を回避する。
【００２１】
明らかに、メタル化層の相互配線間に配置された誘電体物質を除去することができる。垂直方向の両側で層（被覆層または基板）によって相互配線を機械的に安定化する。理想的には、少なくとも被覆層は、間に配置された層の分解生成物に対して透過性であり、好ましくはそれ自身が低ｋ物質である物質から作られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
従属請求項から本発明の好ましい改良形態を明らかにする。
【００２３】
層構造は、好ましくは基板と分解性物質および有用構造を備える層との間に中間層を含むことがある。低ｋ物質から中間層を作ってもよく、および／または、中間層の機能によって有用構造の物質を層構造からの拡散から保護するように中間層を設計してもよい。
【００２４】
基板は好ましくはシリコンを含み、とくににシリコンウエハまたはシリコンチップであってよい。この結果、シリコンマイクロエレクトロニクスで使用する標準的な方法中に層構造の製造工程を組み込むことができる。
【００２５】
被覆層および／または中間層を誘電体物質から作ってもよい。詳しくは、被覆層および／または中間層は、酸化シリコン、窒化シリコン、ＳｉＬＫ、多孔性ＳｉＬＫ、オキサゾール、多孔性オキサゾール、ブラックダイヤモンド、コーラル、ナノガラス、ＪＳＲ  ＬＫＤ、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾイミダゾール、ポリイミド、ポリキノリン、ポリキノキサリン、ポリアリーレンおよび／またはポリアリーレンエーテルを含んでもよい。
【００２６】
好ましくは分解した分解性物質に対して透過性であるように層構造の被覆層を設計する。さらに、好ましくは分解方法を実行するときに破壊されたり損傷されたりすることから被覆層を保護するように設計する。詳しくは、およそ２５０℃からおよそ４００℃までの温度範囲への加熱の間に、熱分解または熱損傷から被覆層を保護するとよい。この温度範囲は、分解性物質を分解するために使用する熱分解法に一般的である。しかし、正確な分解温度は個々の場合に選択する物質によって異なる。
【００２７】
導電性物質、とくにアルミニウムおよび／または銅、および／または二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）またはセラミック物質などの誘電体物質から有用構造を作る。銅は、非常に低いオーム抵抗を有し、ＲＣ遅延を低レベルに保つことができるので、集積回路の相互配線用にとくに適する物質である。アルミニウムは、平面形状に析出させてからパターニングしてもよいし、あるいはダマシン（Ｄａｍａｓｃｅｎｅ）法を使用して加工してもよい。有用構造用物質として銅を使用するなら、最初に誘電体の層を成長させてからパターニングし、次にダマシン法を使用して誘電体物質のない区域に銅物質を導入することによって銅構造を作製する方が有利である。好ましくはＣＭＰ（化学機械研摩）法を使用して、この型の層シーケンスを平面化することができる。電気絶縁物質または誘電体物質から作られた有用構造の場合には、少なくとも有用構造と被覆層との間の導電性不活性化は不必要であることを強調しておく。
【００２８】
分解性物質は、好ましくは熱分解性である。すなわち分解性物質は、あらかじめ定めた化学媒質中（たとえば、アルゴン、窒素を含む保護気体雰囲気下または真空中）で、あらかじめ定めた温度であらかじめ定めた時間加熱することによって層構造から除去できる。必要な分解温度は、主として熱分解層用物質の選択に依存する。さらに、熱分解性構造用に種々の物質成分の混合物を使用することによって分解温度を変更することができる。熱分解に使用するその他の方法パラメータ（たとえば周囲の圧力など）を調節することによって、必要な分解温度を変えてもよい。
【００２９】
あるいは、熱的方法とは別の方法で分解性物質を分解してもよい。たとえば、分解性物質が適当な波長範囲（たとえばＵＶ放射）で電磁放射を十分に吸収する性質を有し、被覆層によるこのタイプの電磁放射の吸収が十分に低ければ、本発明による層構造に電磁放射を照射することによって分解性層を分解することができる。
【００３０】
分解性物質用に適する物質または物質種類の例は、ポリエステル、（主に脂肪族）ポリエーテル、たとえばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンオキシドまたはポリプロピレンオキシドである。ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアセタール、ポリケタール、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテルケトン、ポリノルボルネンなどの脂環式ポリマー、主に脂肪族のポリアミド、ノボラック、ポリビニルフェノールおよびエポキシ化合物もまた適している。ここで挙げた種類の物質の二元共重合体および三元共重合体もまた適している。
【００３１】
分解性物質は、好ましくは、たとえばレジストのように感光性または光パターニング性である。
【００３２】
詳しくは、光パターニング性レジストは、基材高分子および光活性成分または光酸の以下の組み合わせの一つである。
【００３３】
使用する高分子は、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアセタール類、ポリケタール、無水マレイン酸を有する共重合体（スチレン／無水マレイン酸など）、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレートなどのｔｅｒｔ−ブチルエステル（ＣＯＯＣ（ＣＨ３）３）、またはｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシスチレン（＝ｔ−ＢＯＣビニルフェノール）などのｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシ基（ＯＣＯ（ＣＨ３）３）を有する脂肪族、芳香族または、脂環式高分子である。
【００３４】
適当な光活性成分の例は、ジアゾケトン、ジアゾキノン、トリフェニルスルホニウム塩またはジフェニルヨードニウム塩である。
【００３５】
誘電体物質、レジストまたは分解性物質用に一時的に使用する適当な溶媒の例は、酢酸メトキシプロピル、酢酸エトキシプロピル、プロピオン酸エトキシエチル、Ｎ−メチルピロリドン、ガンマ−ブチロラクトン、シクロヘキサノンまたはシクロペンタノンである。
【００３６】
本発明による層構造の場合、基板と被覆層との間に配置された層中に、好ましくは少なくとも一つの支持構造を作製する。機械的性質を改善するために、チップレイアウト中で物質が存在しない十分に大きな区域がある場所に、好ましくは金属物質から作ったこの型の支持構造を使用すると有利である。たとえば支持構造を支柱として作製してもよい。機械的安定化用の支柱は、とくにボンドパッドの下に置くと有利である。
【００３７】
さらに、環境の影響から有用構造を保護するために、層構造は実質的に基板の横方向の境界線に沿って保護構造を有してもよい。明らかに、チップ内部に相互配線として製造した有用構造のチップの辺から始まる腐食または酸化を避けるために、チップの辺の周囲すべてにわたって不浸透性であり、好ましくは少なくとも二つの２μｍ幅の金属トラックおよび好ましくは複数の同様な連続する縦方向のヴァイアを含む保護リング（密封リング）を作製してもよい。
【００３８】
少なくとも部分的に有用構造を不活性化層（ライナー）で囲んでもよい。とくに、有用構造用物質として銅を使用するとき、銅物質の外部拡散を防ぐためまたは銅物質の接着を改善するための拡散障壁が有利である。
【００３９】
本発明による層構造を製造する方法のさらに詳細な説明を以下の文で提供する。層構造の構成は、層構造を製造するために使用する方法にも適用される。
【００４０】
たとえば熱分解によって分解性物質を層構造から除去することが好ましい。
【００４１】
層構造を製造する方法によると、銅から有用構造を作製し、（好ましくは選択的な）無電解めっき法によってコバルト−タングステン−リン（ＣｏＷＰ）、コバルト−タングステン−ホウ素（ＣｏＷＢ）、コバルト−リン（ＣｏＰ）またはルテニウム（Ｒｕ）から作製した不活性化層で少なくとも部分的にこの層を囲む。あるいは、（好ましくは選択的な）化学気相成長法（ＣＶＤ法）によって、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）または炭化タングステン（ＷＣ）から不活性化層を作製してもよい。
【００４２】
分解性物質を析出させてからパターニング（たとえば、リソグラフィー法およびエッチング法を使用して）し、次に有用構造の物質を析出させ、こうして得た層シーケンスの表面を平面化（たとえば、ＣＭＰ（「化学機械研摩」法）を使用して）することによって、分解性物質および有用構造を備える層を作製してもよい。有用構造用物質として銅を使用すると、この方法はとくに有利である。
【００４３】
あるいは、有用構造物質を析出させてパターニング（たとえば、リソグラフィー法およびエッチング法を用いて）し、次に分解性物質を析出させることによって、分解性物質および有用構造を含む層を形成することもできる。有用構造用に金属物質、たとえばアルミニウムまたは銅を使用すると、有用構造を形成するこの方法はダマシン法と呼ばれる。こうして作製した層シーケンスの表面を、次に平面化（たとえば、ＣＭＰ法を使用して）してもよい。
【００４４】
本発明の方法によると、被覆層の上に少なくとも一つの別の層スタックを作製することができる。別の層スタックは分解性物質および有用構造を備える別の層の上に別の被覆層を有する。
【００４５】
明らかに、本発明による層構造の二段以上を重ね合わせて作製することができる。この場合、層構造は基板、基板上に配置した有用構造および熱分解性物質を備える第一層、第一層上に作製した第一被覆層、第一被覆層上に作製した有用構造および分解性物質を備える第二層、第二層上に作製した第二被覆層、第二被覆層上に作製した有用構造および分解性物質を備える第三層、第三被覆層、等々を含む。
【００４６】
言い換えると、本発明による複数の層構造を互いに積層することができる。これはとくにシリコンマイクロエレクトロニクスで複数のメタル化層（一般にメタル化レベル１０段まで）を作製するときには有利である。できるだけ少ない作業工程数で層構造から分解性物質を除去するために、層をすべてまたはいくつか作製した後で一括分解法（たとえば加熱法）を使用してもよい。あるいは、層構造上の分解性物質の除去をとくに信頼性高く確実に完了させるために、有用構造および分解性物質を備える層と被覆層とを含む二重層を作製するたびに、この型の二重層に対して分解法を実行してもよい。言い換えると、二重層ごとに分解法を実行する。
【００４７】
被覆層中に作製し、導電性物質で満たした少なくとも一つのコンタクトホールによって、被覆層によって相互に隔てられた有用構造を電気的および／または機械的に相互に結合することが好ましい。
【００４８】
多数の一般的な値および物質を以下の文で列挙する。中間層の厚さは、好ましくは１００ｎｍと１０００ｎｍとの間である。分解性物質および有用構造を備える層の好ましい層の厚さは、約１００ｎｍと約１０００ｎｍとの間である。下にある層をパターニングするためのフォトレジストの一般的な厚さは好ましくは２００ｎｍと１０００ｎｍとの間である。さらに、反射防止層（たとえば、底面反射防止塗膜ＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｍ  Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ））を設けてもよい。
【００４９】
本発明による層構造の作製時のリソグラフィー法には、たとえば、波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは深紫外線（ＥＵＶリソグラフィー）波長を使用してよい。
【００５０】
要約すると、分解すると被覆層を通って問題なく拡散できる熱分解性または気化性物質を使用すれば、とくに外界から機械的に孤立した低ｋ誘電体として空孔構造を作製する新しい方法を創成できると結論される。分解性物質を分解することによって、とくに集積回路の相互配線間に空気ギャップを製造できる。こうして相互配線の容量結合ひいてはＲＣ信号遅延を著しく低減することができる。
【００５１】
本発明は、さらに、本発明による層構造を製造する簡単な方法を提供する。標準的な方法を使用して、本発明が提供する方法を実現できる。本発明はまた、多層メタル化において部分的に、たとえば集積回路の複数のメタル化層に対して使用することもできる。好ましくは、チップの辺の機械的な支持構造および支持リングによって層構造の機械的安定性を増大させる。
【実施例】
【００５２】
図１Ａから図１Ｈを参照して、本発明の第一の例示的な実施態様による層構造を製造する方法を以下の文で説明する。
【００５３】
図１Ｂに示す層シーケンス１０２を得るために、シリコンウエハ１００（図１Ａを参照）上にポリベンゾオキサゾールを含む基底層１０４を作製する。このために、まずスピンコート法によってＮ−メチルピロリドン中の溶液からポリベンゾオキサゾール前駆物質（ポリ−ｏ−ヒドロキシアミド）をシリコンウエハ１００に塗布し、加熱プレート上約１２０℃で約２分間乾燥する。次に、塗布したシリコン基板１００をアニーリング炉中窒素雰囲気下約４２０℃で約６０分間アニールする。このコンディショニングによって、ポリベンゾオキサゾール前駆物質をポリベンゾオキサゾール物質に変換する。誘電体基底層１０４の厚さは１μｍである。
【００５４】
図１Ｃに示す層シーケンス１０６を得るために、層シーケンス１０２にフォトレジストを含む補助層１０８を塗布する。このために、スピンコート法を使用して、メタクリル酸ｔｅｒｔ−ブチルとメタクリル酸メチルとの共重合体（２０重量部）、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウムを含む光酸および溶媒として酢酸メトキシプロピル（８０重量部）を含む分解性で光活性な膜を基底層１０４に塗布し、約１００℃で約１分間乾燥する。
【００５５】
図１Ｄに示す層シーケンス１１０を得るために、フォトマスク（相互配線用ランド−トレンチマスク）を使用して、レジスト補助層１０８を露光（露光波長２４８ｎｍ）し、加熱プレート上１００℃で１００秒間加熱（露光後加熱として知られる）し、東京応化製のアルカリ性現像水溶液ＮＭＤ−Ｗで約６０秒間現像し、次に１００℃で１分間乾燥する。これによって、補助層１０８に分解性物質を含む分解性構造１１２を作製する。図１Ｄによる分解性構造１１２の垂直高さは約１μｍである。
【００５６】
図１Ｅに示す層シーケンス１１４を得るために、ＰＥＣＶＤ（プラズマ増強化学気相成長法）法を使用して、層シーケンス１１０にライナー（タンタル物質、３０ｎｍ）および銅の種晶層（約１００ｎｍ）の薄層の組み合わせを塗布する。あるいは、ＰＶＤ（物理蒸着）法、すなわちスパッタリング法を利用してこれらの層を作製してもよい。次に分解性構造１１２のそれぞれ隣接する要素間のトレンチ区域をすべて銅物質で満たすように、電着法によって銅の種晶層の厚さを増大させる。図１Ｅに示すように、図１Ｅによる銅物質１１６の垂直高さは分解性構造１１２の垂直高さより高い。
【００５７】
図１Ｆに示す層シーケンス１１８を得るために、ＣＭＰ（化学機械研摩）法を使用して銅物質１１６を研磨し、分解性構造１１２と共通面となるまで高さを減らす。言い換えると、分解性構造１１２の上にある銅物質を研磨して除去した。銅表面を不活性化するために、無電解めっき法を使用して選択的に析出するコバルト−タングステン−リン層を塗布する（図には示していない）。残存する銅物質によって銅相互配線１２０を作製する。
【００５８】
図１Ｇに示す層シーケンス１２２を得るために、層シーケンス１２０に新たなポリベンゾオキサゾール前駆物質を塗布（上記で説明したと同様に）して乾燥する。結果として、ポリベンゾオキサゾールを含む誘電体被覆層１２４を作製する。
【００５９】
図１Ｈに示す本発明の第一の好ましい例示的な実施態様による層構造１２６を得るために、層シーケンス１２２に対してアニーリング法を実行する。４２０℃におけるポリベンゾオキサゾール誘電体のアニーリングの間に、その下にあるレジスト物質を含む分解性構造１１２は分解して、空孔１２８が残る。分解性構造１１２の分解した物質は被覆層１２４を通って拡散するので、誘電体被覆層１２４はこの方法の工程において損傷を受けることから保護される。空孔１２８は比誘電率約１を有するので、銅相互配線１２０相互間の結合静電容量は低下する。
【００６０】
本発明による層構造の第二の好ましい例示的な実施態様を以下の文で説明する。
【００６１】
この実施態様の場合、図１Ｈに示す層構造１２６から始めて、図１Ａから図１Ｈを参照して説明した方法の各工程におけると同じように、被覆層１２４上に分解性物質を含む別の層および隣接して配置された分解性物質を有する区域を作製する（図には示していない）。今説明した層の上に別の誘電体被覆層を作製し、その結果二段の重なり合う相互配線が生じる。相互配線の段は垂直方向の両側でそれぞれ誘電体層によって囲まれる。この方法は二段に限定されず、任意の所望の段数を積み重ねて作製することができる。
【００６２】
図１Ｉを参照して、本発明の第三の例示的な実施態様による層構造１３０を以下の文で説明する。
【００６３】
層構造１３０を作製するために使用する製造工程では、上記で図１Ａから図１Ｈを参照して説明したと実質的に同じ方法を実行する。ただし、層構造１３０を製造する方法は、次の点で層構造１２６を製造する方法と異なる。すなわち、図１Ｄを参照して説明した補助層１０８をパターニングして分解性構造１１２を作製する方法の工程で、図１Ｄに示す分解性構造１１２の要素１１２ａを二つの小要素に分割し、二つの小要素を空間的に離し、間に別の空孔が存在するように、要素１１２ａをさらにパターニングする。図１Ｅを参照して説明した方法の工程と類似の方法でこの別の空孔を銅物質で満たし、図１Ｆから図１Ｈを参照して説明したと同様な方法によって、図１Ｉに示す層構造１３０を得る。この構造では、層構造１３０の機械的安定性を改善するために銅の支持柱１３２をさらに提供する。
【００６４】
図１Ａから図１Ｈ、図１Ｊから図１Ｎを参照して、本発明の第四の例示的な実施態様による層構造を製造する方法を以下の文で説明する。
【００６５】
本発明による製造方法の第四の例示的な実施態様では、上記で図１Ａから図１Ｈを参照して説明した方法をまず実行する。
【００６６】
図１Ｊに示す層シーケンス１３４を得るために、図１Ｈに示す層シーケンスにフォトレジスト層１３６を塗布しパターニングする。上記で図１Ｃを参照して説明した補助層１０８の作製と同様な方法でフォトレジスト層１３６を塗布する。さらに、コンタクトホールマスクを使用してフォトレジスト層１３６を露光する。露出後加熱および現像処理して、銅相互配線１２０の一つの真上に位置するコンタクトホール１３８を作る。図１Ｊにも示すように、被覆層１２４の残りの表面をフォトレジスト層１３６で被覆する。
【００６７】
図１Ｋに示す層シーケンス１４０を得るために、酸素プラズマを使用してコンタクトホール１３８中の被覆層１２４の誘電体物質を１００秒間エッチングする。その結果、銅相互配線１２０の一つの表面が露出する。これによってヴァイアホール１４２を作製する。この銅相互配線１２０の表面には酸化物層が存在することがあるので、酸化物層を除去するためにアルゴンプラズマによるエッチングをさらに２０秒間実行する。
【００６８】
図１Ｌに示す層シーケンス１４４を得るために、Ｎ−メチルピロリドンで二分間処理して、残存するフォトレジスト層１３６を除去（ストリップ）し、こうして作製した層シーケンスを１２０℃で６０秒間乾燥する。
【００６９】
図１Ｍに示す層シーケンス１４６を得るために、電着法によってヴァイアホール１４２を銅物質で満たし、銅コンタクト１４８を作製する。
【００７０】
図１Ｎに示す層構造１５０を得るために、上記で第二の例示的な実施態様を参照して説明したように、分解性物質および相互に隣接して配置された新たな銅相互配線１５２を有する層ならびに別の被覆層１５６を含む別の二重層を作製する。さらに、このように製造した別の二重層から熱的な方法によって分解性物質を除去する。図１Ｎに示すように、これによって新たな空孔１５４を作製する。
【００７１】
本発明の第五の例示的な実施態様による層構造を製造する方法を以下の文で説明する。
【００７２】
この例示的な実施態様では図１Ａから図１Ｈを参照して説明した層構造１２６を製造する方法に対する変更を示す。これらの方法とは異なり、基底層１０４用の物質としてポリベンゾオキサゾール前駆物質の代わりに低ｋ物質、とくにＳｉＬＫＴＭ（ダウケミカル社の商標）物質を使用する。また、第一の例示的な実施態様で使用した補助層１０８用物質の代わりに、以下の成分を有するレジストを使用する。フェノールのヒドロキシル基をｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシ基でブロックしたポリビニルフェノール（ポリ−ｔ−ＢＯＣ−ビニルフェノール）２０重量部、光酸としてトリフルオロメタンスルホン酸ジフェニルヨードニウム１重量部、および、溶媒として酢酸エポキシエチル８０重量部。使用する物質の相違は別として、実質的に図１Ｈに示す層構造１２６に対応する層構造を得る。
【００７３】
本発明の第六の例示的な実施態様による層構造を製造する方法では、上記で第四の例示的な実施態様を参照して説明したように、層構造１５０と同様な層構造を作製する。しかし、第六の例示的な実施態様では、フォトレジストおよび誘電体用の物質として第五の例示的な実施態様の成分を使用する。
【００７４】
図１Ａから図１Ｈ、図１Ｊから図１Ｌ、図１Ｏから図１Ｒを参照して、本発明の第七の例示的な実施態様による層構造を製造する方法を以下の文で説明する。
【００７５】
まず、上記で図１Ａから図１Ｈ、図１Ｊから図１Ｌを参照して説明したように層シーケンス１４４を作製する。
【００７６】
図１Ｏに示す層シーケンス１５８を得るために、分解性で光活性な物質を含む別のフォトレジスト層１６０をスピンコートして乾燥する。
【００７７】
図１Ｐに示す層シーケンス１６２を得るために、相互配線フォトマスクを使用して、この別のフォトレジスト層１６０を露光する。別のフォトレジスト層１６０上で前にヴァイアホール１４２を配置した位置を露光するように相互配線フォトマスクを選ぶ。したがって、もとのヴァイアホール１４２の場所に位置する別のフォトレジスト層１６０の部分を露光し、続く現像工程の間に除去する。これによって、図１Ｐに示す一般的な二重ダマシン（Ｄｕａｌ  Ｄａｍａｓｃｅｎｅ）構造を作製する。二重ダマシン構造では被覆層１２４中でヴァイアホール１４２および相互配線１２０を露出する。さらに、別のフォトレジスト層１６０をパターニングして別の分解性構造１６４を作製した。
【００７８】
図１Ｑに示す層シーケンス１６６を得るために、上記で図１Ｅ、図１Ｆを参照して説明したように、別の銅相互配線１６６を作製する。同時に、ヴァイアホール１４２を銅物質で満たす。言い換えると、ライナー（たとえばタンタル）および銅の種晶層の析出によって、別の分解性構造１６４が存在しないヴァイアホール１４２を含め、層シーケンス１６２の表面区域を銅物質で被覆する。ＣＭＰ法を使用して過剰の銅およびライナー物質を除去し、層シーケンス１６６の平らな表面を作製する。
【００７９】
図１Ｒに示す層構造１７０を得るために、上記で図１Ｇ，図１Ｈを参照して説明したと同様に図１Ｑに示す層シーケンス１６６を作製する。最初に、層シーケンス１６６の表面に別の被覆層１７２を塗布する。次に、コンディショニングによって別の分解性構造１６４の残存フォトレジスト物質を除去して、新たな空孔１７４を作製する。
【００８０】
本発明の第八の例示的な実施態様による層構造を製造する方法を以下の文で説明する。
【００８１】
ジアミノジフェニルエーテルおよびベンゼンテトラカルボン酸無水物から得られるポリイミド前駆物質（ポリアミドカルボン酸）を、Ｎ−メチルピロリドン溶液からスピンコーティング法によってシリコン基板（ウエハ）に塗布し、加熱プレート上１２０℃で２分間乾燥する。次に、塗布した基板をアニーリング炉中窒素雰囲気下約４２０℃で約６０分間アニールする。アニーリングによってポリイミド前駆物質をポリイミドに変換する。誘電体層として機能するこのポリイミド膜の層の厚さは約１μｍである。
【００８２】
次に、スピンコーティング法によってポリエステル（ポリ−１，４−ブチレングリコールテレフタレート）の溶液を誘電体に塗布し、ホットプレート上約１５０℃で約３分間乾燥する。この層の厚さは約１μｍである。ＣＶＤ法（化学気相成長法）によって厚さ約２００ｎｍの二酸化ケイ素層をポリエステル層上に析出させ、分解性ポリエステル層パターニング用のハードマスクとする。二酸化ケイ素層に以下の成分で構成されるレジスト層を塗布する。ｍ−クレゾール−ノボラック２０重量部、２、３、４−トリヒドロキシベンゾフェノンとナフトキノン−ジアジド−４−スルホン酸とのトリエステル６重量部、および酢酸メトキシプロピル８０重量部。
【００８３】
レジストを１００℃で２分間乾燥した後、その層の厚さは約０．８μｍである。
【００８４】
フォトマスク（ランド−トレンチマスク）を使用してレジスト層を露光（露光波長３６５ｎｍ）し、セラニーズ（Ｃｅｌａｎｅｓｅ）が製造する水性アルカリ性現像液ＡＺ  ３０３を使用して約６０秒間現像し、約１００℃で約１分間乾燥する。レジスト構造の垂直高さは約０．８μｍである。
【００８５】
ＣＨＦ３プラズマエッチング法を３０秒間使用して、レジスト構造をまず二酸化ケイ素に転写し、次に６０秒間のＯ２プラズマエッチングによって分解性ポリエステル層に転写する。この場合、二酸化ケイ素層はエッチングマスクとして働く。エッチングの結果、この構造転写中にフォトレジスト物質を除去する。
【００８６】
次に、ＨＦ溶液で約６０秒間処理することによって二酸化ケイ素層を除去し、蒸留水で層シーケンスをすすぎ洗いして、１００℃で６０秒間乾燥する。
【００８７】
この製造方法によって製造したポリイミド上のポリエステル構造は、図１Ｂに示す層シーケンス１１０にほぼ対応する。この層シーケンスをもとに作業を続ければ、上記に示した製造方法の一つによって製造を続けて、本発明による層構造を得ることができる。
【００８８】
本明細書中では以下の出版物を引用する。
［１］  ビー・ピー・シー（Ｂ．Ｐ．Ｓｈｉｅｈ）、エル・シー・バスマン（Ｌ．Ｃ．Ｂａｓｓｍａｎｎ）、ディー・ケー・キム（Ｄ．−Ｋ．Ｋｉｍ）、ケー・シー・サラスワト（Ｋ．Ｃ．Ｓａｒａｓｗａｔ）、エム・ディー・ディール（Ｍ．Ｄ．Ｄｅａｌ）、ジェイ・ピー・マクビティー（Ｊ．Ｐ．ＭｃＶｉｔｔｉｅ）、アール・エス・リスト（Ｒ．Ｓ．Ｌｉｓｔ）、エス・ナグ（Ｓ．Ｎａｇ）、エル・ティン（Ｌ．Ｔｉｎｇ）、プロシーディングス（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ）ＩＥＥＥ、ＩＩＴＣ  １９９８、１２５−１２７
［２］  オー・デモリエンス（Ｄｅｍｏｌｌｉｅｎｓ、Ｏ．）ら、プロシーディングスオブＩＩＴＣ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＩＴＣ）  ２０００、２７６、２７７
［３］  ピー・コール（Ｋｏｈｌ、Ｐ．）ら、「０．３μｍ電気相互配線における空気ギャップ」、ＩＥＥＥ  電子デバイスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）、２１巻、第１２号、５５７−５５９ページ（２０００）
［４］  ドイツ特許  ４４  ４１  ８９８  Ｃ１
［５］  米国特許第５，４６１，００３
［６］  米国特許第６，３４２，７２２  Ｂ１
【図面の簡単な説明】
【００８９】
本発明の例示的な実施態様を図に示し、下記でさらに詳細に説明する。
【００９０】
図面中、
【図１】図１Ａから１Ｒには、本発明の種々の一般的な実施態様による本発明による層構造を製造する本発明による方法の種々の時点における層シーケンスを示す。
【符号の説明】
【００９１】
１００    シリコンウエハ
１０２    層シーケンス
１０４    基底層
１０６    層シーケンス
１０８    補助層
１１０    層シーケンス
１１２    分解性構造
１１２ａ  要素
１１４    層シーケンス
１１６    銅物質
１１８    層シーケンス
１２０    銅相互配線
１２２    層シーケンス
１２４    被覆層
１２６    層構造
１２８    空孔
１３０    層構造
１３２    銅支柱
１３４    層シーケンス
１３６    フォトレジスト層
１３８    コンタクトホール
１４０    層シーケンス
１４２    ヴァイアホール
１４４    層シーケンス
１４６    層シーケンス
１４８    銅コンタクト
１５０    層シーケンス
１５２    別の銅相互配線
１５４    別の空孔
１５６    別の被覆層
１５８    層シーケンス
１６０    別のフォトレジスト層
１６２    層シーケンス
１６４    別の分解性構造
１６６    層シーケンス
１６８    別の銅相互配線
１７０    層構造
１７２    別の被覆層
１７４    別の空孔
2005534168.tif 000003
2005534168.tif 000004
2005534168.tif 000005
2005534168.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月24日(2004.11.24)
【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】
・基板を有し、
・分解性物質を含む第一の小区域、および第一の小区域に隣接して配置され非分解性物質を含む有用構造物を有する第二の小区域を備える基板上に配置された層を有し、
・分解性物質および有用構造物を含む層の上に被覆層を有し、
・少なくとも有用構造物と被覆層との間に導電性の不活性化層を有し、
・被覆層中の拡散によって層構造物から分解性物質を除去できるように層構造物が設計される
層構造物。
【請求項２】
基板と分解性物質および有用構造物を含む層との間に中間層を有する、請求項１に記載の層構造物。
【請求項３】
基板がケイ素を含む、請求項１または２に記載の層構造物。
【請求項４】
誘電体物質から被覆層および／または中間層を作製する、請求項２または３に記載の層構造物。
【請求項５】
被覆層および／または中間層が以下の物質
・酸化ケイ素、
・窒化ケイ素、
・ＳｉＬＫ、
・多孔性ＳｉＬＫ、
・オキサゾール、
・多孔性オキサゾール、
・ブラックダイヤモンド、
・コーラル、
・ナノガラス、
・ＪＳＲ  ＬＫＤ、
・ポリベンゾオキサゾール、
・ポリベンゾイミダゾール、
・ポリイミド、
・ポリキノリン、
・ポリキノキサリン、
・ポリアリーレン、および
・ポリアリーレンエーテル
の一つまたはこれらの物質の組合せを含む、請求項２から４の一つに記載の層構造物。
【請求項６】
分解した分解性物質に対して透過性であるように被覆層が設計されている、請求項１から５の一つに記載の層構造物。
【請求項７】
導電性物質から有用構造物が作製されている、請求項１から６の一つに記載の層構造物。
【請求項８】
有用構造物が
・銀、
・銀合金、
・タングステン、
・ケイ化タングステン、
・アルミニウム、
・アルミニウム合金、
・銅、および／または
・銅合金
を含む、請求項７に記載の層構造物。
【請求項９】
誘電体物質から有用構造物が作製されている、請求項１〜６の一つに記載の層構造物。
【請求項１０】
有用構造物が
・二酸化ケイ素、
・窒化ケイ素、および／または
・セラミック物質
を含む、請求項９による層構造物。
【請求項１１】
分解性物質が熱分解性である、請求項１から１０の一つに記載の層構造物。
【請求項１２】
分解性物質が
・ポリエステル、
・ポリエーテル、
・ポリエチレングリコール、
・ポリプロピレングリコール、
・ポリエチレンオキシド、
・ポリプロピレンオキシド、
・ポリアクリレート、
・ポリメタクリレート、
・ポリアセタール、
・ポリケタール、
・ポリカーボネート、
・ポリウレタン、
・ポリエーテルケトン、
・脂環式重合体、
・ポリノルボルネン、
・脂肪族ポリアミド、
・ノボラック、
・ポリビニルフェノール、
・エポキシ化合物、
・これらの化合物の二元共重合体、および
・これらの化合物の三元共重合体
の一つまたはこれらの組み合せを含む、請求項１から１１の一つに記載の層構造物。
【請求項１３】
分解性物質が感光性である、請求項１から１２の一つに記載の層構造物。
【請求項１４】
基板と被覆層との間に配置された層中に少なくとも一つの支持構造物が作製されている、請求項１から１３の一つに記載の層構造物。
【請求項１５】
環境の影響から有用構造物を保護するために基板の横方向の境界線に沿って作製された保護構造物を有する、請求項１から１４の一つに記載の層構造物。
【請求項１６】
少なくとも部分的に有用構造物を囲む不活性化層を有する、請求項１から１５の一つによる層構造物。
【請求項１７】
層構造物を製造する方法であって、
・分解性物質を含む第一の小区域、および第一の小区域に隣接して配置され非分解性物質を含む有用構造物を有する第二の小区域を備える層を基板上に作製し、
・分解性物質および有用構造物を含む層の上に被覆層を作製し、
・少なくとも有用構造物と被覆層との間に導電性不活性化層を作製し、
・被覆層中の拡散によって層構造物から分解性物質を除去できるように層構造物を設計する
方法。
【請求項１８】
層構造物から分解性物質を除去する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
熱分解によって層構造物から分解性物質を除去する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１７から１９の一つに記載の方法であって、
・銅から有用構造物を作製し、
・不活性化層によって少なくとも部分的に有用構造物を覆い、不活性化層を
。無電解メッキ法によってコバルト−タングステン−リン、コバルト−タングステン−ホウ素、コバルト−リンまたはルテニウムから作製し、または
。化学気相成長法によって、タンタル、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、窒化タングステンまたは炭化タングステンから作製する
方法。
【請求項２１】
請求項１７から２０の一つに記載の方法であって、
・分解性物質を析出させてパターニングし、
・有用構造物の物質を析出させ、
・このようにして作製した層シーケンスの表面を平面化する
ことによって分解性物質および有用構造物を含む層を作製する方法。
【請求項２２】
請求項１７から２０の一つに記載の方法であって、
・有用構造物の物質を析出させてパターニングし、
・分解性物質を析出させ、
・このようにして作製した層シーケンスの表面を平面化する
ことによって分解性物質および有用構造物を含む層を作製する方法。
【請求項２３】
被覆層の上に少なくとも一つの別の層スタックを作製し、別の層スタックが分解性物質および有用構造物を含む別の層の上に別の被覆層を有する、請求項１７から２２の一つに記載の方法。
【請求項２４】
被覆層で相互に隔てられた有用構造物を、被覆層中に作製され導電性物質で満たされた少なくとも一つのコンタクトホールによって相互に結合する、請求項２３に記載の方法。
【国際調査報告】
2005534168.tif 000007
2005534168.tif 000008
2005534168.tif 000009
2005534168.tif 000010
2005534168.tif 000011
2005534168.tif 000012