(57)【要約】【課題】  化学的機械的研磨中の層間剥離を防止するために、増大した接着力により、銅の導体の抵抗に対して正確で均等な制御を行って、デュアルダマシン・タイプの超低誘電率誘電体プラス銅相互接続構造を提供する。  【解決手段】  本発明は、基板上の電気的相互接続構造を提供し、ポロゲンが除去された表面領域を含む第１の多孔質誘電体層と、ポロゲンが除去された第１の多孔質誘電体層の表面領域内に孔の一部を満たすために、エッチング停止層が延びるように、第１の多孔質誘電体層上に配置されているエッチング停止層とを含み、それにより以降の処理中の接着力を改善する。もう１つの構造は、基板と、基板上に配置されている複数の多孔質誘電体層と、誘電体層の第１の層と誘電体層の第２の層との間に配置されてるエッチング停止層と、多孔質誘電体層のうちの少なくとも１つとエッチング停止層との間に配置されている少なくとも１つの薄くて丈夫な非多孔質誘電体層とを含む。これらの構造を形成するための方法も提供する。
2005519455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の電気的相互接続構造であって、
ポロゲンが除去された表面領域を含む第１の多孔質誘電体層と、
前記第１の多孔質誘電体層上に設けられたエッチング停止層を含み、
前記エッチング停止層は前記ポロゲンが除去された前記第１の多孔質誘電体層の表面領域内の孔の一部を満たすように延びる、電気的相互接続構造。
【請求項２】
前記エッチング停止層上に配置される第２の多孔質誘電体層をさらに含む、請求項１に記載の電気的相互接続構造。
【請求項３】
前記第１の多孔質誘電体層および前記第２の多孔質誘電体層のうちの少なくとも一方が有機誘電体からなる、請求項２に記載の電気的相互接続構造。
【請求項４】
前記多孔性が犠牲ポロゲンの分解により形成される、請求項２に記載の電気的相互接続構造。
【請求項５】
前記第１の多孔質誘電体層が、６００〜５０００オングストロームの範囲内の厚さを有する、請求項２に記載の電気的相互接続構造。
【請求項６】
前記第２の多孔質誘電体層が、６００〜５０００オングストロームの範囲内の厚さを有する、請求項２に記載の電気的相互接続構造。
【請求項７】
前記エッチング停止層が、前記多孔質誘電体層に対してエッチング選択性を有するスピンオン材料からなる、請求項２に記載の電気的相互接続構造。
【請求項８】
前記エッチング停止層が、オルガノ・シルセスキオクサン、ヒドリド・シルセスキオクサン、ヒドリド・オルガノ・シルセスキオクサン、およびシロキサンからなるグループから選択した材料からなる、請求項２に記載の電気的相互接続構造。
【請求項９】
エッチング停止層が、２００〜６００オングストロームの厚さを有する、請求項２に記載の電気的相互接続構造。
【請求項１０】
前記基板上の多孔質誘電体層の多層スタック内に形成された複数のパターン化された金属導体をさらに含み、前記スタックが少なくとも前記第１の多孔質誘電体層、前記エッチング停止層、および前記第２の多孔質誘電体層を含む、請求項２に記載の電気的相互接続構造。
【請求項１１】
前記パターン化された金属導体のうちの少なくとも１つが電気バイアである、請求項９に記載の電気的相互接続構造。
【請求項１２】
前記パターン化された金属導体のうちの少なくとも１つが、前記バイアに接続しているラインである、請求項１１に記載の電気的相互接続構造。
【請求項１３】
前記第１の多孔質誘電体層が、その内部に形成された金属バイアを有する、請求項２に記載の電気的相互接続構造。
【請求項１４】
前記第２の多孔質誘電体層が、その内部に形成された金属ラインを有する、請求項２に記載の電気的相互接続構造。
【請求項１５】
前記第２の多孔質誘電体層上に配置されるハードマスク層をさらに含み、
前記ハードマスク層は、前記ポロゲンが除去された前記第２の多孔質誘電体層の表面領域内の孔の一部を満たすように延びる、請求項２に記載の電気的相互接続構造。
【請求項１６】
前記ハードマスク層が、前記多孔質誘電体に対してエッチング選択性を有する材料からなる、請求項１５に記載の電気的相互接続構造。
【請求項１７】
前記ハードマスク層が、オルガノ・シルセスキオクサン、ヒドリド・シルセスキオクサン、ヒドリド・オルガノ・シルセスキオクサン、およびシロキサンからなるグループから選択した材料からなる、請求項１５に記載の電気的相互接続構造。
【請求項１８】
前記第１および第２の多孔質誘電体層が有機誘電体からなり、前記エッチング停止層が、無機低誘電率誘電体および無機／有機ハイブリッド材料のうちの１つである、請求項１に記載の電気的相互接続構造。
【請求項１９】
前記無機低誘電率誘電体エッチング停止層が多孔性である、請求項２に記載の電気的相互接続構造。
【請求項２０】
前記第１の多孔質誘電体層が有機誘電体からなる、請求項１に記載の電気的相互接続構造。
【請求項２１】
前記多孔性が犠牲ポロゲンの分解によるものである、請求項１に記載の電気的相互接続構造。
【請求項２２】
前記第１の多孔質誘電体層が、６００〜５０００オングストロームの範囲内の厚さを有する、請求項１に記載の電気的相互接続構造。
【請求項２３】
前記エッチング停止層が、前記誘電体層の多孔質誘電体に対してエッチング選択性を有するスピンオン材料からなる、請求項１に記載の電気的相互接続構造。
【請求項２４】
前記エッチング停止層が、オルガノ・シルセスキオクサン、ヒドリド・シルセスキオクサン、ヒドリド・オルガノ・シルセスキオクサン、およびシロキサンからなるグループから選択した材料からなる、請求項１に記載の電気的相互接続構造。
【請求項２５】
前記エッチング停止層が、２００〜６００オングストロームの厚さを有する、請求項１に記載の電気的相互接続構造。
【請求項２６】
前記基板が、その上に形成されている接着力促進剤の層を含む半導体ウェハである、請求項１に記載の相互接続構造。
【請求項２７】
基板上に電気的相互接続構造を形成するための方法であって、
ポロゲンが除去された表面領域を含む第１の多孔質誘電体層を供給するステップと、
前記ポロゲンが除去された前記第１の多孔質誘電体層の表面領域内の孔の一部を満たすように、前記第１の多孔質誘電体層上にエッチング停止層を形成するステップとを含む方法。
【請求項２８】
前記第１の表面領域から前記ポロゲンを除去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２９】
前記エッチング停止層の上に第２の多孔質誘電体層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３０】
前記層内で最初に犠牲ポロゲンを分解することにより、前記第１の多孔質誘電体層および前記第２の多孔質誘電体層のうちの少なくとも一方内に多孔性を形成するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記エッチング停止層が、オルガノ・シルセスキオクサン、ヒドリド・シルセスキオクサン、ヒドリド・オルガノ・シルセスキオクサン、およびシロキサンからなるグループから選択される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１の多孔質誘電体層内に金属バイア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３３】
前記第２の多孔質誘電体層内に金属ライン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３４】
前記基板上の多孔質誘電体層の多層スタック内に、複数のパターン化された金属導体を形成するステップをさらに含み、前記スタックが少なくとも前記第１の多孔質誘電体層、前記エッチング停止層、および前記第２の多孔質誘電体層を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３５】
前記誘電体層を多孔性にするために前記誘電体層を硬化するステップをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記硬化が、３００℃〜４５０℃の温度で１５分から３時間の間行われる炉硬化ステップである、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
残りのポロゲンが、前記硬化ステップ中に前記第１および第２の多孔質誘電体層から除去される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記残りのポロゲンが低分子量の化合物に劣化し、前記硬化ステップ中に、前記第１および第２の多孔質誘電体層および前記埋込エッチング停止層の自由空間を通して前記層から拡散する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記ポロゲンが除去された前記第２の多孔質誘電体層の表面領域内の孔の一部を満たすように、前記第２の多孔質誘電体層上にハードマスク層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４０】
前記ハードマスク層が、化学的機械的研磨の研磨停止層である、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
構造であって、
基板と、
前記基板上に配置される複数の多孔質誘電体層と、
前記誘電体層の第１の層と前記誘電体層の第２の層との間に配置されるエッチング停止層と、
前記多孔質誘電体層のうちの少なくとも１つと前記エッチング停止層との間に配置されている少なくとも１つの薄い非多孔質誘電体層とを備える構造。
【請求項４２】
前記薄い非多孔質誘電体層が、２５〜１５０オングストロームの厚さを有する、請求項４１に記載の構造。
【請求項４３】
前記薄い非多孔質誘電体層が、前記多孔質誘電体層の反応性機能と同じ反応性機能を含む組成を有する、請求項４１に記載の構造。
【請求項４４】
前記薄い非多孔質誘電体層が、前記多孔質誘電体層の組成と共有結合を形成する組成を有する、請求項４１に記載の構造。
【請求項４５】
前記薄い非多孔質誘電体層が、０．３０ＭＰａ−ｍ１／２より大きい破壊靱性値を有し、前記多孔質誘電体層と共有結合をする低誘電率誘電体からなるグループから選択した材料からなる、請求項４１に記載の構造。
【請求項４６】
前記多孔質誘電体層のうちの少なくとも１つが、６００〜５０００オングストロームの厚さを有する、請求項４１に記載の構造。
【請求項４７】
前記多孔質誘電体層のうちの前記少なくとも１つが、前記多孔質誘電体層の他方と同じ化学的組成を有する、請求項４１に記載の構造。
【請求項４８】
前記多孔質誘電体層のうちの前記少なくとも１つが、前記多孔質誘電体層の他方とほぼ同じ厚さを有する、請求項４１に記載の構造。
【請求項４９】
前記エッチング停止層が、シリコン、炭素、酸素および水素からなる化学的組成を有する、請求項４１に記載の構造。
【請求項５０】
前記エッチング停止層が、オルガノ・シルセスキオクサン、ヒドリド・シルセスキオクサン、ヒドリド・オルガノ・シルセスキオクサン、シロキサンおよび前記多孔質誘電体に対してエッチング選択性を有する他のスピンオン材料からなるグループから選択される、請求項４１に記載の構造。
【請求項５１】
前記エッチング停止層が、２００〜６００オングストロームの厚さを有する、請求項４１に記載の構造。
【請求項５２】
前記基板上の多孔質誘電体層の多層スタック内に形成されている複数のパターン化された金属導体をさらに含み、前記スタックが前記複数の多孔質誘電体層を含む、請求項４１に記載の構造。
【請求項５３】
前記パターン化された金属導体のうちの少なくとも１つが電気バイアである、請求項５２に記載の構造。
【請求項５４】
前記パターン化された金属導体のうちの少なくとも１つが、前記バイアに接続しているラインである、請求項５２に記載の構造。
【請求項５５】
基板上に、前記基板上に配置されている複数の多孔質誘電体層を有し、前記誘電体層の第１の層と前記誘電体層の第２の層の間にエッチング停止層を有する電気的相互接続構造を形成するための方法であって、
前記多孔質誘電体層のうちの少なくとも１つと前記エッチング停止層との間に少なくとも１つの薄い非多孔質誘電体層を形成するステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および他の高速ＩＣ用の相互接続構造に関する。本発明は、強化された回路速度、導体抵抗の正確な値、および改善された機械的保全性を有する超低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）相互接続構造を提供する。本発明の構造は、従来の構造と比較した場合、金属ライン抵抗に対する改善された制御と共に、改善された靱性および接着性を有する。本発明は、また、以下の説明を読めば明らかになる多くの他の利点も有する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、本出願と同一譲受人に譲渡された、２００１年２月２８日付けの「多層スピンオン多孔質誘電体からなる低誘電率誘電体相互接続構造」（Low-k Dielectric Interconnect Structure Comprised of Multi Layer ofSpin-On Porous Dielectrics）という名称の特許出願番号０９／７９５，４３１に関する。上記出願の内容は、参照により本明細書に組み込むものとする。
【０００３】
デュアルダマシン・タイプの多くの低誘電率誘電体（low-kdielectric）プラス銅（Cu）相互接続構造は周知である。ＳｉＬＫ（商標）を低誘電率誘電体として使用することができるデュアルダマシン・プロセスの一例については、本発明の同一譲受人に譲渡された米国特許第６，３８３，９２０号を参照されたい。上記米国特許は、その全体が本明細書に記載してあるかのように、参照により全体を本明細書に組み込むものとする。将来の世代の集積回路のＲＣ遅延を必要なだけ低減するためには、多孔質材料を誘電体として使用しなければならない。さらに、多孔質有機材料の孔のサイズは５〜２０ナノメートルであるので、金属ラインの底部を平滑にするために埋込エッチング停止層が必要である。これらの構造は、銅の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を含むいくつかの処理ステップで処理しなければならない。化学的機械的研磨は誘電体スタック中に応力を発生し、層間剥離を起こす恐れがある。層間剥離は、誘電体の界面に対するエッチング停止層のところの接着力が弱いために起こる場合がある。
【特許文献１】特許出願番号０９／７９５，４３１
【特許文献２】ＰＣＴ国際特許出願ＷＯ００／３１１８３号
【特許文献３】米国特許第６，２１８，０２０号
【特許文献４】米国特許第６，１７７，１９９号
【特許文献５】ＰＣＴ国際特許出願ＷＯ００／４０６３７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の１つの目的は、ＣＭＰ中の層間剥離を防止するために、増大した接着力により、銅の導体の抵抗に対して正確で均等な制御を行って、デュアルダマシン・タイプの超低誘電率誘電体プラス銅相互接続構造を提供することである。
【０００５】
本発明の１つの目的は、スピン・コーティングした誘電体の多層をベースとする改善された接着力を有する埋込ＲＩＥ停止層を含む多孔質誘電体スタック（porous dielectric stack）を提供することである。
【０００６】
本発明の１つの目的は、改善された靱性および接着力を有し、粗面がより平滑なスピン・コーティングされた誘電体層の多層をベースとする銅の導体の抵抗に対する正確で均等な制御により低誘電率誘電体プラス銅相互接続構造を提供することである。
【０００７】
本発明のもう１つの目的は、本発明のこれらの構造の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、基板上の電気的相互接続構造は、ポロゲン（porogen）が除去された表面領域を有する第１の多孔質誘電体層（porous dielectric layer）、およびポロゲンが除去された第１の多孔質誘電体層の表面領域内の孔の一部を満たすために、エッチング停止層が延びるように、第１の多孔質誘電体層上に位置するエッチング停止層を含む。構造は、さらに、第１の多孔質誘電体層の上に位置する第２の多孔質誘電体層を含むことができる。第１の多孔質誘電体層および第２の多孔質誘電体層のうちの少なくとも一方は、ＳｉＬＫ（商標）、ＧＸ−３ｐ（商標）または他の多孔質低誘電率誘電体から形成することができる。この場合、多孔性は、メーカーが供給するような材料の成分であってもよい、犠牲ポロゲンの分解により形成される。このタイプの材料は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社に譲渡された、Ｋｅｎｎｅｔｈ、Ｊ．Ｂｒｕｚａ他の「架橋可能なマトリックス前駆物質およびポロゲンを含む組成物およびこの組成物から製造した多孔質マトリックス」（A composition containing a cross-linkable matrix precursor and aporogen, and a porous matrix prepared therefrom）という名称の特許協力条約（ＰＣＴ）国際特許出願ＷＯ００／３１１８３号に記載されている。上記特許出願の内容は、参照により全体を本明細書に組み込むものとする。エッチング停止層は、ＨＯＳＰ（商標）、ＨＯＳＰ  ＢＥＳｔ（商標）、Ｅｎｓｅｍｂｌｅ（商標）Ｅｔｃｈ  Ｓｔｏｐ、Ｅｎｓｅｍｂｌｅ（商標）Ｈａｒｄ  Ｍａｓｋ、オルガノ・シルセスキオクサン（organo silsesquioxane）、ヒドリド・シルセスキオクサン（hydrido silsesquioxane）、ヒドリド・オルガノ・シルセスキオクサン（hydrido-organo silsesquioxane）、シロキサン（siloxane）、または多孔質誘電体に対してエッチング選択性を有する他のスピンオン材料から形成することができる。このタイプの材料は、ＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａｌ社に譲渡された、Ｎｉｇｅｌ  Ｐ．Ｈａｃｋｅｒ他の「大量の有機含有物を含むオルガノ・ヒドリド・シロキサン樹脂からの誘電体膜」（Dielectric films from organohydridosiloxane resins with high organiccontent）という名称の米国特許第６，２１８，０２０号、およびＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａｌ社に譲渡された、Ｎｉｇｅｌ  Ｐ．Ｈａｃｋｅｒ他の「小量の有機含有物を含むオルガノ・ヒドリド・シロキサン樹脂からの誘電体膜」（Dielectric films from organohydridosiloxane resins with low organiccontent）という名称の米国特許第６，１７７，１９９号に記載されている。上記米国特許の内容は、参照により全体を本明細書に組み込むものとする。
【０００９】
構造は、基板上の多孔質誘電体層の多層スタック内に形成された複数のパターン化された金属導体を含むことができる。スタックは、少なくとも第１の多孔質誘電体層および第２の多孔質誘電体層を含む。第１の多孔質誘電体層内に位置するパターン化された金属導体のうちの少なくとも１つは電気バイアであってもよい。第２の多孔質誘電体層内に位置するパターン化された金属導体のうちの少なくとも１つは、バイアに接続しているラインであってもよい。構造は、頂部ハードマスク、またはポロゲンが除去された第２の誘電体の表面領域に塗布された研磨停止層を含むことができる。ハードマスクまたは研磨停止層は、ＨＯＳＰ（商標）、ＨＯＳＰ  ＢＥＳｔ（商標）、Ｅｎｓｅｍｂｌｅ（商標）Ｅｔｃｈ  Ｓｔｏｐ、Ｅｎｓｅｍｂｌｅ（商標）Ｈａｒｄ  Ｍａｓｋ、オルガノ・シルセスキオクサン、ヒドリド・シルセスキオクサン、ヒドリド・オルガノ・シルセスキオクサン、シロキサン、または多孔質誘電体に対してエッチング選択性を有する他のスピンオン材料から形成することができる。このタイプの材料は、ＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａｌ社に譲渡された、Ｎｉｇｅｌ  Ｐ．Ｈａｃｋｅｒ他の「大量の有機含有物を含むオルガノ・ヒドリド・シロキサン樹脂からの誘電体膜」（Dielectric films from organohydridosiloxane resins with high organiccontent）という名称の米国特許第６，２１８，０２０号、およびＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａｌ社に譲渡された、Ｎｉｇｅｌ  Ｐ．Ｈａｃｋｅｒ他の「小量の有機含有物を含むオルガノ・ヒドリド・シロキサン樹脂からの誘電体膜」（Dielectric films from organohydridosiloxane resins with low organiccontent）という名称の米国特許第６，１７７，１９９号に記載されている。上記米国特許の内容は、参照により全体を本明細書に組み込むものとする。
【００１０】
本発明は、また、ポロゲンが除去された表面領域を有する第１の多孔質誘電体層を供給するステップと、ポロゲンが除去された第１の多孔質誘電体層の表面領域内の孔の一部を満たすために、エッチング停止層が延びるように、第１の多孔質誘電体層上にエッチング停止層を形成するステップとを含む、基板上に電気的相互接続構造を形成するための方法に関する。この方法は、さらに、第１の表面領域からポロゲンを除去するステップを含むことができる。ポロゲンは、加熱、特に高温の表面上でベーキングすることにより除去することができる。この方法は、さらに、第１の多孔質誘電体層上に第２の多孔質誘電体層を形成するステップを含むことができる。第１の多孔質誘電体層および第２の多孔質誘電体層のうちの少なくとも一方は、多孔質ＳｉＬＫ（商標）、ＧＸ−３ｐ（商標）または他の多孔質低誘電率誘電体から作ることができる。この場合、多孔性は、犠牲ポロゲンの分解により形成される。この方法は、さらに、第１の多孔質誘電体層内に金属バイアを形成するステップと、第２の多孔質誘電体層内に金属ラインを形成するステップとを含むことができる。
【００１１】
この方法は、さらに、基板上の多孔質誘電体層の多層スタック内に複数のパターン化された金属導体を形成するステップを含むことができる。スタックは、少なくとも第１の多孔質誘電体層および第２の多孔質誘電体層を含む。追加の誘電体層を追加することもできるし、導体を追加することにより構造を完成することもできる。頂部ハードマスクまたは研磨停止層は、ポロゲンが除去された第２の誘電体の表面領域に塗布することができる。
【００１２】
この方法は、さらに、誘電体層を多孔性にするために誘電体層を硬化するステップを含むことができる。スタック内の誘電体層は、好適には、１つのツールで順次塗布した後で、１回のステップで硬化することが好ましい。誘電体塗布ツールとしては、高温ホット・プレート・ベーキング・チャンバを含むスピン・コーティング・ツールを使用することができ、硬化ステップとしては、約３００℃〜約５００℃の温度で約１５分から約３時間の間行う炉硬化ステップを使用することができる。
【００１３】
それ故、本発明は、また接着力が改善されたスピンオン埋込ＲＩＥ停止層を含むデュアルダマシン・タイプの金属配線プラス多孔質低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）相互接続構造に関する。本発明の構造のこの態様は、Ａ）１つのツールで順次塗布され、次に、１回の炉硬化ステップで硬化されるすべてのスピンオン誘電体の多層構造と、Ｂ）誘電体の多層構造内の複数のパターン化された金属導体からなる。改善された接着力は、エッチング停止層を塗布する前に、バイア・レベルの多孔質ＳｉＬＫの表面近くのポロゲンを部分的に焼却することにより得ることができる。
【００１４】
本発明の構造は、従来のスピンオン埋込エッチング停止構造と比較した場合、表面上のポロゲンの一部を焼却したために、多孔質ＳｉＬＫとエッチング停止層との間の接触表面積が増大したことによる改善された接着力を有する。本発明の構造は、この構造が表面付近の犠牲ポロゲンの一部を焼却したことにより、ポロゲン焼却の前に多孔質ＳｉＬＫの層を有するという点で独自のものである。これにより、孔の頂部層がスピンオン埋込エッチング停止層により部分的に満たされ、その結果、誘電体とエッチング停止層との間の接着力が増大する。
【００１５】
他の態様においては、本発明の構造は、構造が多孔質誘電体と埋込エッチング停止層との間に極度に薄い非多孔質の丈夫な誘電体層を有するという点で独自のものである。この丈夫で薄い非多孔質誘電体層はいくつかの目的に役立つ。この誘電体層は、相互接続構造の靱性、接着力および信頼性を改善する。接着力を改善するために、非多孔質層は、表面の孔を除去することによりエッチング停止層との接触表面積を増大しながら、１つのネットワークを形成するために多孔質誘電体と共有結合する０．３ＭＰａ−ｍ１／２より大きい破壊靱性を有する多孔質誘電体のバージョンである。靱性は、構造の応力が増大したエリア内の界面の近くに丈夫な材料を内蔵させることにより増大することができる。このタイプの丈夫な材料は、多孔質誘電体が必要とする非常に小さな孔をサポートするのに必要な特性を有していないので、一般的に多孔質誘電体用のマトリックスとして使用することはできない。最後に、エッチング停止層と多孔質誘電体層との間に非多孔質誘電体層を内蔵させて、エッチング停止層の底部の孔を除去することにより、ラインをもっと平滑にすることができる。
【００１６】
それ故、本発明は、スピンオン埋込ＲＩＥ停止層を含む、デュアルダマシン・タイプの改善された靱性および接着力を有する金属配線プラス多孔質低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）相互接続構造に関する。本発明の構造は、ａ）１つのツールで順次塗布され、次に、１回の炉硬化ステップで硬化されるすべてのスピンオン誘電体の多層と、ｂ）誘電体の多層内の複数のパターン化された金属導体からなる。改善された靱性および接着力は、多孔質誘電体とエッチング停止層との間、エッチング停止層と多孔質誘電体との間、または両方に、０．３ＭＰａ−ｍ１／２より大きい破壊靱性を有する薄い非多孔質誘電体層を内蔵させることにより達成される。
【００１７】
本発明によれば、構造、特に電気的相互接続構造は、基板と、基板上に配置されている複数の多孔質誘電体層と、誘電体層の中の第１の層と誘電体層の中の第２の層との間に配置されているエッチング停止層と、多孔質誘電体層のうちの少なくとも１つとエッチング停止層との間に配置されている少なくとも１つの薄い非多孔質誘電体層とを備える。薄い非多孔質誘電体層は、約２５〜１５０オングストロームの厚さを有することができる。好適には、薄い非多孔質誘電体層は、多孔質誘電体層の反応性機能と同じ反応性機能を有する組成を有することが好ましく、特に多孔質誘電体層の組成と共有結合を形成する組成を有することが好ましい。薄い非多孔質誘電体層とは、ＳｉＬＫ（商標）、ＧＸ−３（商標）、または０．３ＭＰａ−ｍ１／２より大きい、好適には、０．３５ＭＰａ−ｍ１／２より大きい破壊靱性値を有し、多孔質誘電体層と共有結合をする他の低誘電率誘電体からなるグループから選択した材料で作ることができる。このタイプの材料は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社に譲渡された、Ｅｄｗａｒｄ  Ｏ．Ｓｈａｆｆｅｒ  ＩＩ他の「優れた接着力と靱性を有する低誘電率ポリマおよびこのようなポリマから作った物品」（Low Dielectric Constant Polymers Having Good Adhesion and Toughnessand Articles Made With Such Polymers）という名称の特許協力条約（ＰＣＴ）国際特許出願ＷＯ００／４０６３７号に記載されている。
【００１８】
多孔質誘電体層のうちの少なくとも１つは、ＳｉＬＫ（商標）、ＧＸ−３ｐ（商標）、または他の多孔質低誘電率誘電体層からなるグループから選択された材料からなる。このタイプの材料は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社に譲渡された、Ｋｅｎｎｅｔｈ、Ｊ．Ｂｒｕｚａ他の「架橋可能なマトリックス前駆物質およびポロゲンを含む組成物、およびそれから作った多孔質マトリックス」（A composition containing a cross-linkable matrix precursor and aporogen, and a porous matrix prepared therefrom）という名称の特許協力条約（ＰＣＴ）国際特許出願ＷＯ００／３１１８３号に記載されている。上記特許出願の内容は、参照により全体を本明細書に組み込むものとする。上記材料は、約６００〜５０００オングストロームの厚さを有することができ、通常、多孔質誘電体層のうちの少なくとも１つは、他の多孔質誘電体層の化学的組成と同じ化学的組成を有する。多孔質誘電体層のうちの少なくとも１つは、他の多孔質誘電体層とほぼ同じ厚さのものでよく、約６００〜５０００オングストロームの厚さを有する。
【００１９】
エッチング停止層は、ＨＯＳＰ（商標）、ＨＯＳＰ  ＢＥＳｔ（商標）、Ｅｎｓｅｍｂｌｅ（商標）Ｅｔｃｈ  Ｓｔｏｐ、Ｅｎｓｅｍｂｌｅ（商標）Ｈａｒｄ  Ｍａｓｋ、オルガノ・シルセスキオクサン、ヒドリド・シルセスキオクサン、ヒドリド・オルガノ・シルセスキオクサン、シロキサン、または多孔質誘電体に対してエッチング選択性を有する他のスピンオン材料から形成することができる。このタイプの材料は、ＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａｌ社に譲渡された、Ｎｉｇｅｌ  Ｐ．Ｈａｃｋｅｒ他の「大量の有機含有物を含むオルガノ・ヒドリド・シロキサン樹脂からの誘電体膜」（Dielectric films from organohydridosiloxane resins with high organiccontent）という名称の米国特許第６，２１８，０２０号、およびＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａｌ社に譲渡された、Ｎｉｇｅｌ  Ｐ．Ｈａｃｋｅｒ他の「小量の有機含有物を含むオルガノ・ヒドリド・シロキサン樹脂からの誘電体膜」（Dielectric films from organohydridosiloxane resins with low organiccontent）という名称の米国特許第６，１７７，１９９号に記載されている。上記米国特許の内容は、参照により全体を本明細書に組み込むものとする。上記材料は、約２００〜６００オングストロームの厚さを有することができる。
【００２０】
構造は、さらに、基板上の多孔質誘電体層の多層スタック内に形成された複数のパターン化された金属導体を含むことができる。スタックは複数の多孔質誘電体層を含む。パターン化された金属導体のうちの少なくとも１つは、電気バイアまたはバイアに接続しているラインであってもよい。
【００２１】
また、本発明は、基板上に電気的相互接続構造を形成するための方法に関する。上記構造は、基板上に配置されている複数の多孔質誘電体層と、誘電体層の第１の層と誘電体層の第２の層との間のエッチング停止層を有する。この方法は、多孔質誘電体層のうちの少なくとも１つの層とエッチング停止層との間に少なくとも１つの薄い非多孔質誘電体層を形成するステップを含む。この方法は、さらに、基板上に、複数の多孔質誘電体層を含む多孔質誘電体層の多層スタックを形成するステップと、多層スタック内に複数のパターン化された金属導体を形成するステップとを含む。パターン化された金属導体のうちの少なくとも１つを電気バイアとして形成することができる。パターン化された金属導体のうちの少なくとも１つは、バイアに接続しているラインであってもよい。
【００２２】
多層誘電体スタックは、スピン・コーティングにより基板に塗布される。この方法は、さらに、ホット・プレート上で多層誘電体スタックの個々の層をベーキングするステップを含むことができる。この方法は、さらに、多層誘電体スタックを硬化するステップを含むことができる。多層誘電体スタックの硬化は、単一ステップで炉を用いて行うことができる。
【００２３】
この方法は、また、１つのスピン・コーティング・ツールで塗布とベーキングを行うように基板に多層誘電体スタックを塗布して、多層誘電体スタックをベーキングするステップを含む。追加の誘電体層を追加することができ、デュアルダマシン導体を追加の層内に形成することができる。
【００２４】
本発明の他の目的、利点および特徴は、添付の図面を参照しながら下記の説明を読めば理解することができるだろう。図面中、類似の部材には類似の番号が付けられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明による構造
図１および図２を参照すると、シリコン基板１は、その上に第１の多孔質低誘電率誘電体層５、エッチング停止層７および第２の多孔質低誘電率誘電体層９を含む。炉硬化により、多孔質低誘電率誘電体層５とエッチング停止層７との間に弱い界面を形成することができる。このような弱い界面が形成されるのは、スピンオン埋込エッチング停止層を含む多孔質ＳｉＬＫ（商標）（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社独自の有機超低誘電率層間誘電体樹脂）に対してこのようなタイプの処理を行っている間に、埋込エッチング停止層と共に、多孔質ＳｉＬＫ（商標）のライン・レベルおよびバイア・レベルの両方が塗布されるまで、多孔質ＳｉＬＫ（商標）からポロゲンが焼却されないからである。多孔質ＳｉＬＫ（商標）のバイア・レベル内のポロゲンを完全に焼却するには、４３０℃で約４０分間かかる。何故なら、多孔質ＳｉＬＫ（商標）膜からすべてのポロゲンを拡散すると、生の処理時間が非常に長くなるからである。それ故、ポロゲンを除去しないで、多孔質ＳｉＬＫ（商標）膜と部分的に反応させるために、多孔質ＳｉＬＫ（商標）の底部層を１〜３分間ホット・プレートでベーキングする。最終的な硬化中に除去されるポロゲンの表面付近の濃度が高い場合には、このベーキング・サイクルにより、バイア・レベルの多孔質ＳｉＬＫ（商標）とエッチング停止層との間に弱い界面を形成することができる。
【００２６】
図３〜図６に示し、以下にさらに詳細に説明するように、本発明によれば、エッチング停止層を塗布する前にバイア・レベルの多孔質ＳｉＬＫ（商標）の表面付近のポロゲンの一部を焼却することにより接着力を改善することができる（図４）。中間ホット・プレート・ベーキングの時間を長くし、または温度を上げることにより、表面付近のポロゲンの一部を除去することができる。そうすることにより、バイア・レベルの多孔質ＳｉＬＫ（商標）とエッチング停止層間の接触表面積が広くなり、その結果接着力が改善される。
【００２７】
図７を参照すると、基板１は、例えば、トランジスタおよび導体素子のアレイのような電子デバイスを含むことができる。本発明による相互接続構造３は基板１の上に形成される。構造３は、６００〜５０００オングストロームの厚さを有する第１の多孔質ＳｉＬＫ（商標）誘電体層５からなる。この第１の多孔質ＳｉＬＫ（商標））誘電体層５は、４５０℃を超えるガラス転移温度と２．２の低い誘電率を有する、約４２５℃の温度に対して熱的に安定した高度の芳香族構造を含むことができる。この厚さは、実施する技術によりこの広い範囲内で選択することができる。
【００２８】
厚さが２００〜６００オングストローム（より好適には、２００〜３００オングストローム）であり、多孔質誘電体に対して少なくとも１０：１のエッチング選択性を与える原子組成を有するＨＯＳＰ（商標）（スピンオン・ハイブリッド有機／無機低誘電率誘電体）エッチング停止層７は、第１の多孔質ＳｉＬＫ（商標）層５上に配置される。この材料は、非多孔質ＳｉＬＫ（商標）に対して高い接着力を有し、４２５℃を超える温度に対して熱的に安定であり、３．２またはそれより低い誘電率を有する。
【００２９】
６００〜５０００オングストロームの厚さを有し、４５０℃を超えるガラス転移温度と２．２の低い誘電率を有する、約４２５℃の温度に対して熱的に安定した高度の芳香族構造である第２の多孔質ＳｉＬＫ（商標）誘電体層９は、エッチング停止層７上に配置される。
【００３０】
頂部ハードマスクまたは研磨停止層１１は、上記の方法でポロゲンが除去された第２の多孔質誘電体層９の表面領域上に塗布することができる。
【００３１】
デュアルダマシン・プロセスにより形成された、パターン化された金属ライン１３およびバイア１４は、上記誘電体の多層構造内に形成される。
【００３２】
他の低誘電率のスピン・コーティングした材料を誘電体層５および９およびエッチング停止層７用に使用することができる。層５および９用に使用することができる他の材料の例としては、ＧＸ−３ｐ（商標）または他の多孔質低誘電率誘電体がある。この場合、多孔性は、犠牲ポロゲンの分解により形成される。層７用に使用することができる他の材料の例としては、ＨＯＳＰ  ＢＥＳｔ（商標）、Ｅｎｓｅｍｂｌｅ（商標）Ｅｔｃｈ  Ｓｔｏｐ、Ｅｎｓｅｍｂｌｅ（商標）Ｈａｒｄ  Ｍａｓｋ、オルガノ・シルセスキオクサン、ヒドリド・シルセスキオクサン、ヒドリド・オルガノ・シルセスキオクサン、シロキサン、または多孔質誘電体に対してエッチング選択性を有する他のスピンオン材料がある。
【００３３】
本発明による方法
Ａ．誘電体層のスタックの形成
本発明による相互接続構造３は、スピンオン技術により基板１またはウェハに塗布することができる。構造３内の第１の層５は、好適には、６００〜５０００オングストロームの所望する厚さを有する多孔質低誘電率誘電体であることが好ましい。この低誘電率誘電体は、１０００〜４０００ｒｐｍのスピン速度でスピンオン技術により塗布される。スピニングの後で、基板１は、低誘電率誘電体の溶媒を除去するために、１００〜３５０℃の温度で３０〜１２０秒間ホット・プレート・ベーキングされる。基板１は、次に、酸素制御ホット・プレート上に置かれ、４００℃で５〜１０分間または４００℃で２分間硬化され、その後で４３０℃で２分間硬化される。これらの時間および温度は、第１の層５の膜を不溶性にし、膜の表面のポロゲンを除去するには十分な時間および温度である。
【００３４】
冷却後、２００〜３００オングストロームの所望する厚さを有する埋込エッチング停止層７は、１０００〜４０００ｒｐｍのスピン速度でスピンオン技術により塗布される。次に、ウェハはホット・プレート上に置かれ、溶媒を除去するために１００〜３００℃で３０〜１２０秒間ベーキングされる。次に、ウェハは３００〜４００℃の酸素制御ホット・プレート上に１〜２分間置かれる。この時間により、膜を不溶性にするための十分な架橋が促進される。冷却後、頂部誘電体層９が類似の方法で塗布される。層９は層５と同じ組成であるが、厚さが若干厚い。頂部低誘電率誘電体層９の所望する厚さは６００〜５０００オングストロームである。この層は１０００〜４０００ｒｐｍでスピニングされ、次に溶媒を除去するために、ウェハは１００〜３５０℃で３０〜１２０秒間ホット・プレート・ベーキングされる。
【００３５】
Ｂ．１回の硬化ステップでの誘電体層のスタックの硬化
この時点で、スタックを架橋し、犠牲ポロゲンを焼却するために、ウェハは、炉内の純粋な窒素（Ｎ２）（非常に低濃度の酸素（Ｏ２）および水（Ｈ２Ｏ）を含む）の雰囲気内に入れられ、３５０〜４５０℃で１５分から３時間の間硬化される。犠牲ポロゲンは熱的に劣化し、次に、誘電体層およびエッチング停止層の自由容積を通して誘電体スタックから拡散しスタック内に多孔質誘電体層が残る。
【００３６】
Ｃ．デュアルダマシン・パターン化のための追加の誘電体層の追加（分散ハードマスク）
すでに説明したように、例えば、米国特許第６，３８３，９２０号に記載されているデュアルダマシン・プロセスを、追加層を追加する際に使用することができる。
【００３７】
Ｄ．図７のデュアルダマシン構造の完成（標準プロセス・ステップによる）
これは、スピンオン誘電体の底部誘電体内にバイアを形成し、多層の頂部誘電体内にトレンチを形成するステップと、トレンチを少なくとも１つの導電性金属で満たすステップと、ハードマスクまたは研磨停止層上の導電性金属ストッピングを平らにするステップとを含む標準デュアルダマシンＢＥＯＬ（ラインの背面の端部）処理である。
【００３８】
例１：多孔質ＳｉＬＫ（商標）／ＨＯＳＰ（商標）／多孔質ＳｉＬＫ（商標）構造の作成
Ａ．図１に示す誘電体層のスタックの形成
【表１】
2005519455.tif 000003
【００３９】
上記の表Ｉおよび図８を参照すると、ステップ２０において、直径２００ｍｍのシリコン・ウェハ基板が、ＡＰ４０００の溶液をウェハに塗布することにより接着力促進剤により処理され、その後で３０００ｒｐｍで３０秒間スピニングされる。次に、ステップ２２において、ウェハが、１回目のホット・プレート・ベーキングを行うために、１８５℃で９０秒間ホット・プレートの上に置かれる。
【００４０】
ウェハを室温まで冷却した後で、ステップ２４において、低誘電率誘電体（多孔質ＳｉＬＫ（商標））の第１の層が塗布される（図１の層５）。ＳｉＬＫ（商標）溶液がウェハ上に置かれ、ウェハが３０００ｒｐｍで３０秒間スピニングされる。スピニング後、ステップ２６（第２のホット・プレート・ベーキング）において、溶媒の一部を乾かすために、ウェハが１５０℃のホット・プレート上に２分間置かれる。次に、ウェハは４００℃のホット・プレートに移され、５分間放置される。別の方法としては、ステップ２６において、ウェハは、溶媒の一部を乾かすために１５０℃のホット・プレート上に２分間置かれ、４００℃のホット・プレートに移され、２分間放置される。次に、４３０℃のホット・プレートに移され、２分間放置される。時間および温度スケジュールは、膜を不溶性にし、表面付近の犠牲ポロゲンを焼却するのに十分なものでなければならない。
【００４１】
次に、ウェハは冷却され、スピナーに戻される。ステップ２８において、３０００ｒｐｍのスピニング速度で、膜の厚さを２５０Åにするように希釈したＨＯＳＰ（商標）の溶液がウェハに塗布され、エッチング停止層７（図１）を形成するために、３０００ｒｐｍで３０秒間スピニングした。スピニング後、ステップ３０（第３のホット・プレート・ベーキング）において、溶媒の一部を乾かすために、ウェハは１５０℃のホット・プレート上に２分間置かれる。次に、膜の一部を架橋するために、ウェハは４００℃のホット・プレートに移され、２分間放置される。この時間および温度は、膜を不溶性にするのに十分なものである。
【００４２】
ステップ３２において、層９を形成するために、多孔質ＳｉＬＫの第２の層が、第１の層と類似の方法で塗布される（図１）。多孔質ＳｉＬＫがウェハに塗布され、ウェハが３０００ｒｐｍで３０秒間スピニングされる。ステップ３４（第４のホット・プレート・ベーキング）において、溶媒の一部を乾かすためにウェハは１５０℃のホット・プレート上に２分間置かれる。
【００４３】
ステップ３６において、ウェハは酸素制御オーブン内に置かれ、ＳｉＬＫおよびエッチング停止層を硬化し、層間の架橋を促進し、およびポロゲンを熱により劣化し焼却するために、４３０℃で８０分間硬化される。
【００４４】
Ｃ．デュアルダマシン・パターン化のための追加誘電体層の追加（分散ハードマスク）
上記の層を含む硬化したウェハをＰＥＣＶＤ反応装置内に置き、窒化シリコンの３５０オングストロームの厚さの層を３５０℃で堆積し、次に３５０℃で二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の１５００オングストロームの層を堆積した。これにより、例１の誘電体の多層の形成が完了する。
【００４５】
Ｄ．図７のデュアルダマシン構造の完成
次に、例えば、米国特許第６，３８３，９２０号の記載に従ってリソグラフィおよびエッチング・プロセスを行う。次に、デュアルダマシン構造が、業界では周知の方法の標準プロセスで完成する（エッチングしたトレンチおよびバイア開口部をライナーおよび次に銅（Ｃｕ）で満たし、ＣＭＰで銅を平らにする）。
【００４６】
最後のＣＭＰプロセス中に、ステップＣで堆積された二酸化シリコンの層が除去され、図７の構造が残る。都合のよいことに、図７のすべての誘電体層（５、７および９）は、１つのスピニング／塗布ツールで３つの層を順次塗布した後で、１回の炉硬化ステップ中にすでに硬化されている。
【００４７】
本発明によるもう１つの構造
図９を参照すると、例えば、集積回路を形成することができる構造は、基板１０１、第１の多孔質誘電体層１０５、および第２の多孔質誘電体層１１３を含む。当業者であれば周知のように、エッチング停止層１０９を誘電体層１０５と１１３との間に配置することができる。基板１０１は、通常、シリコンからなり、誘電体、金属領域、接着力促進剤、またはこれらの任意の組合わせを含むことができる。基板１０１としては、異なる組成の半導体ウェハを使用することができ、多孔質誘電体層１０５および１１３は、多孔質ＳｉＬＫ（商標）という名称で販売されている材料（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社独自の有機超低誘電体層間誘電体樹脂）から形成することができる。他の使用できる材料としては、ＧＸ−３ｐ（商標）または他の多孔質低誘電率誘電体等がある。
【００４８】
図１０を参照すると、本発明によれば、０．３ＭＰａ−ｍ１／２より大きい破壊靱性を有する非多孔質誘電体層１０７が、多孔質誘電体層１０５とエッチング停止層１０９の間に供給される。誘電体層１０７は、約２５〜１５０オングストロームの厚さを有することができる。誘電体層１０７は、上記国際特許出願ＷＯ００／４０６３７号に記載されているように、ネットワーク密度が減少したために多孔質ＳｉＬＫ（商標）と比較すると破壊靱性が増大している。この構造は、多孔質ＳｉＬＫ（商標）層と同じ反応機能を有し、多孔質ＳｉＬＫ（商標）層と架橋することができる。層１０７は、好適には、４３０℃を超えるガラス転移温度と約２．６５の低い誘電率を有する、約４２５℃の温度に対して熱的に安定した高度の芳香族構造であることが好ましい。
【００４９】
図１１の構造は、図１０の構造と類似しているが、層１０７を含まない。代わりに、図１１の構造は、エッチング停止層１０９と多孔質誘電体層１１３の間に配置されている層１１１を含む。層１１１は、位置を除けば、すべての点で層１０７に類似している。
【００５０】
図１２を参照すると、この図の構造は、上記特性を有する層１０７と層１１１の両方を含む。
【００５１】
より具体的な例を図１３を参照しながら以下に説明する。
【００５２】
例２：基板／多孔質ＳｉＬＫ（商標）／薄いＳｉＬＫ（商標）層／ＨＯＳＰ  ＢＥＳｔ（商標）／薄いＳｉＬＫ（商標）層／多孔質ＳｉＬＫ（商標）
図１３は、本発明のもう１つの特定の実施形態の略図である。基板１０１は、トランジスタおよび導体素子のアレイを含むことができる。本発明による相互接続構造１０３は、基板１０１上に配置されている。構造１０３は、６００〜５０００オングストロームの厚さを有し、約４５０℃を超えるガラス転移温度と約２．２の低い誘電率を有する、約４２５℃の温度に対して熱的に安定した高度の芳香族構造を有する第１の多孔質ＳｉＬＫ（商標）誘電体層１０５からなる。
【００５３】
０．３０ＭＰａ−ｍ１／２より大きい破壊靱性を有し、約２５〜１５０オングストロームの厚さを有する薄い非多孔質ＳｉＬＫ（商標）層１０７は、第１の多孔質ＳｉＬＫ層１０５上に配置されている。すでに説明したように、ネットワーク密度が減少しているので、多孔質ＳｉＬＫと比較した場合、層１０７の破壊靱性は増大している。この構造は、多孔質ＳｉＬＫ層１０５と同じ反応機能を有し、多孔質ＳｉＬＫ層と架橋することができる。層１０７は、約４３０℃を超えるガラス転移温度と約２．６５の低い誘電率を有する、約４２５℃の温度に対して熱的に安定した高度の芳香族構造である。
【００５４】
厚さ２００〜６００オングストローム（より好適には、２００〜３００オングストローム）で、多孔質誘電体に少なくとも１０：１のエッチング選択性を与える原子組成を有するＨＯＳＰ  ＢＥＳｔ（商標）（スピンオン・ハイブリッド有機／無機低誘電率誘電体）エッチング停止層１０９は、薄いＳｉＬＫ（商標）層１０７上に配置される。層１０９の材料は、ＳｉＬＫ（商標）に対して高い接着力を有し、約４５０℃を超える温度に対して熱的に安定であり、約２．７の低い誘電率を有する。
【００５５】
０．３０ＭＰａ−ｍ１／２より大きい破壊靱性を有し、約２５〜１５０オングストロームの厚さを有する薄い非多孔質ＳｉＬＫ層１１１は、エッチング停止層１０９上に配置されている。層１１１の破壊靱性は、ネットワーク密度が減少したために多孔質ＳｉＬＫ（商標）と比較すると増大している。層１１１は、多孔質ＳｉＬＫ（商標）層と同じ反応機能を有し、多孔質ＳｉＬＫ（商標）層と架橋することができる。層１１１は、約４３０℃を超えるガラス転移温度と約２．６５の低い誘電率を有する、約４２５℃の温度に対して熱的に安定した高度の芳香族構造である。
【００５６】
約６００〜５０００オングストロームの厚さを有し、約４５０℃を超えるガラス転移温度と約２．２の低い誘電率を有する、約４２５℃の温度に対して熱的に安定した高度の芳香族構造を有する第２の多孔質ＳｉＬＫ誘電体層１１３は、薄いＳｉＬＫ（商標）層１１１の上に配置される。
【００５７】
上記米国特許第６，３８３，９２０号に記載されているようなデュアルダマシン・プロセスにより形成されたパターン化された金属ライン１１７およびバイア１１８は、図１３の誘電体の多層内に形成される。
【００５８】
当業者であれば周知のように、他の低誘電率スピン・コーティングされた誘電体を、誘電体層１０５および１１３用に、エッチング停止層１０９用に、また薄い靱性強化層１０７および１１１用に使用することができる。
【００５９】
本発明のもう１つの構造を製造するための一般的な方法
一般的な方法のステップ
Ａ．誘電体層のスタックの塗布
本発明の相互接続構造１０３は、スピンオン技術により基板１０１に塗布される。構造内の第１の層１０５は、好適には、６００〜５０００Åの所望する厚さを有する多孔質低誘電率誘電体であることが好ましい。この低誘電率誘電体は、１０００〜４０００ｒｐｍのスピン速度でスピンオン技術により塗布される。スピニングの後で、溶媒を乾かし、膜を不溶性にするために、低誘電率誘電体は２００〜４００℃の温度で１〜２分間ホット・プレート・ベーキングされる。これらの時間および温度は、ポロゲンを除去しないで、膜を不溶性にするには十分な時間および温度である。冷却後、底部の多孔質誘電体層と架橋することができる０．３０ＭＰａ−ｍ１／２１０７より大きい破壊靱性を有し、約２５〜１５０オングストロームの厚さを有する誘電体の薄い層が、スピン・コーティングにより塗布される。スピニングの後で、溶媒を乾かし、膜を不溶性にするために、誘電体は２００〜４００℃で１〜２分間ホット・プレート・ベーキングされる。冷却後、約２００〜６００オングストロームの所望する厚さを有する埋込ＲＩＥエッチング停止層１０９が、１０００〜４０００ｒｐｍのスピニング速度でスピンオン技術により塗布される。エッチング停止層は、溶媒を乾かし、膜を不溶性にするために、２００〜４００℃の温度で１〜２分間ホット・プレート・ベーキングされる。この時間は、膜を不溶性にするために十分な架橋を促進する。冷却後、頂部の多孔質誘電体層と架橋することができる、０．３０ＭＰａ−ｍ１／２１１１より大きい破壊靱性を有し、２５〜１５０オングストロームの厚さを有する誘電体の第２の薄い層が、スピン・コーティングにより塗布される。スピニングの後で、低誘電率誘電体は、溶媒を乾かし、膜を不溶性にするために２００〜４００℃で１〜２分間ホット・プレート・ベーキングされる。冷却後、頂部誘電体層１１３が、類似の方法で塗布される。層１１３は、層１０５と同じ組成を有することができるが、厚さは若干厚い。頂部低誘電率誘電体層１１３の所望する厚さは、約６００〜５０００オングストロームである。この層は、１０００〜４０００ｒｐｍでスピニングされ、次に溶媒の一部を乾かすために、約１００〜４００℃で約３０〜１２０秒間ホット・プレート・ベーキングされる。
【００６０】
Ｂ．１回の硬化ステップでの誘電体層のスタックの硬化
この時点で、ウェハは、スタックを架橋し、犠牲ポロゲンを焼却するために、炉内の純粋な窒素（Ｎ２）（非常に低濃度の酸素（Ｏ２）および水（Ｈ２Ｏ）を含む）の雰囲気内に置かれ、約３００〜４５０℃で約１５分〜３時間硬化される。
【００６１】
Ｃ．デュアルダマシン・パターン化のための追加の誘電体層の追加（分散ハードマスク）
このステップおよび次のステップについては、上記米国特許第６，３８３，９２０号を参照されたい。
【００６２】
Ｄ．図１３のデュアルダマシン構造の完成（標準プロセス・ステップによる）
好ましい実施形態の製造方法
（多孔質ＳｉＬＫ（商標）／薄いＳｉＬＫ（商標）層／ＨＯＳＰ  ＢＥＳｔ（商標）／薄いＳｉＬＫ（商標）層／多孔質ＳｉＬＫ（商標））
【００６３】
Ａ．誘電体層のスタックの塗布
低誘電率誘電体多孔質ＳｉＬＫ（商標）の第１の層は、スピン・コーティングにより基板に塗布される（図１３の層１０５）。スピニングの後で、ウェハは溶媒の一部を乾かすために、２５０℃のホット・プレート上に２分間置かれる。次に、ウェハは３１０℃のホット・プレートに移され、２分間放置され、そして４００℃のホット・プレートに移され、２分間放置される。この時間および温度は、膜を不溶性にするのに十分な時間および温度である。
【００６４】
例えば、３０００ｒｐｍのスピニング速度で膜の厚さを約１００Åにするために希釈した、ページ１７の国際特許出願ＷＯ００／４０６３７号に記載の表ＩＩ、樹脂Ｉの組成のＳｉＬＫ（商標）の溶液が、層１０７を形成するためにウェハに塗布され、３０００ｒｐｍで３０秒間スピニングされる（図１３）。スピニング後、ウェハは、溶媒を乾かすために、３１０℃で１分間ホット・プレート上に置かれる。次に、ウェハは、膜の一部を架橋するために、４００℃のホット・プレートに移され、２分間放置される。この時間および温度は、膜を不溶性にするのに十分な時間および温度である。
【００６５】
３０００ｒｐｍのスピニング速度で膜の厚さを２５０オングストロームにするように希釈したＨＯＳＰ  ＢＥＳｔ（商標）の溶液を、層１０９を形成するためにウェハに塗布し、３０００ｒｐｍで３０秒間スピニングする（図１３）。スピニング後、膜を乾かしその一部を架橋するために、ウェハを３１０℃で２分間ホット・プレート上に置く。この時間および温度は、膜を不溶性にするのに十分な時間および温度である。
【００６６】
３０００ｒｐｍのスピニング速度で膜の厚さを１００オングストロームにするように希釈したＳｉＬＫ（商標）の溶液を、層１１１を形成するためにウェハに塗布し、３０００ｒｐｍで３０秒間スピニングする（図１３）。スピニング後、溶媒の一部を乾かすために、ウェハを３１０℃で１分間ホット・プレート上に置く。次に、膜の一部を架橋するために、ウェハを４００℃のホット・プレートに移し、２分間放置する。この時間および温度は、膜を不溶性にするのに十分な時間および温度である。次に、ウェハを冷却し、スピナーに戻す。
【００６７】
層１１３を形成するために、多孔質ＳｉＬＫ（商標）の第２の層が、第１の層と類似の方法で塗布される（図１３）。多孔質ＳｉＬＫ（商標）がウェハに塗布され、ウェハが３０００ｒｐｍで３０秒間スピニングされる。溶媒の一部を乾かすためにウェハは２５０℃のホット・プレート上に２分間置かれる。
【００６８】
この時点で、ウェハは酸素制御オーブン内に置かれ、ＳｉＬＫおよびエッチング停止層を硬化し、層間の架橋を促進し、およびポロゲンを熱により劣化し焼却するために、４３０℃で８０分間硬化される。
【００６９】
Ｃ．デュアルダマシン・パターン化のための追加誘電体層の追加（分散ハードマスク）
上記の層を含む硬化したウェハをＰＥＣＶＤ反応装置内に置き、窒化シリコン１１５の３５０オングストロームの厚さの層を３５０℃で堆積し、次に３５０℃で二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の１５００オングストロームの層を堆積した。これにより、例２の誘電体の多層の形成が完了する。
【００７０】
Ｄ．図１３のデュアルダマシン構造の完成
次に、上記米国特許第６，３８３，９２０号の記載に従って、リソグラフィおよびエッチング・プロセスを行う。次に、デュアルダマシン構造が、業界では周知の方法の標準プロセスで完成する（エッチングしたトレンチおよびバイア開口部をライナーおよび次に銅で満たし、ＣＭＰで銅を平らにする）。
【００７１】
最後のＣＭＰプロセス中に、ステップＣで堆積された二酸化シリコンの層が除去され、図１３の構造が残る。図１３のすべての誘電体層（１０５、１０７、１０９、１１１および１１３）が、１つのスピニング／塗布ツールで５つの層を順次塗布した後で、１回の炉硬化ステップですでに硬化していることに留意されたい。
【００７２】
それ故、本発明の構造は、従来の埋込エッチング停止構造と比較した場合、接着力が改善される。何故なら、表面の孔を除去することにより、非多孔質層とエッチング停止層との間の接触表面積が増大し、共有結合が形成され、１つのネットワークを生成するからである。
【００７３】
靱性は、誘電体スタックの応力が増大したエリア内の界面の近くに、丈夫な材料を内蔵させることにより増大することができる。このタイプの丈夫な材料は、多孔質誘電体が必要とする非常に小さな孔をサポートするのに必要な特性を有していない場合があるので、多孔質誘電体用のマトリックスとして使用することはできない。
【００７４】
エッチング停止層と多孔質誘電体層との間に非多孔質誘電体層を内蔵させることにより、またエッチング停止層の底部の孔を除去することによりラインをもっと平滑にすることができる。特に、デュアルダマシン・プロセスの場合、キャップ解放ステップを含むＲＩＥプロセスの最後のステップにより、エッチング停止層およびエッチング停止層のすぐ下の誘電体の頂部上のランディングを貫通するライン底部エッチングを行うことができる。バイア・レベルの多孔質誘電体およびエッチング停止層間に薄く密度が高い誘電体を内蔵させると、エッチング停止層のすぐ下に多孔質誘電体を有する従来の構造と比較した場合、ラインの粗面がもっと滑らかになる。
【００７５】
本発明によるいくつかの実施形態を図示し、説明してきたが、当業者であればすぐに思い付く多くの変更を本発明に対して行うことができることをはっきりと理解されたい。それ故、本発明は、図示し説明した詳細な点に制限されるものではなく、すべての変更および修正は添付の特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】ＲＩＥおよび金属化を行う前の、埋込エッチング停止層を含む従来技術の多孔質誘電体の略図である。
【図２】ＲＩＥおよび金属化を行う前の、埋込エッチング停止層を含む従来技術の多孔質誘電体の略図である。
【図３】ＲＩＥおよび金属化を行う前の、バイア・レベルの表面付近のポロゲンの一部を焼却した、本発明の構造の略図である。
【図４】ＲＩＥおよび金属化を行う前の、バイア・レベルの表面付近のポロゲンの一部を焼却した、本発明の構造の略図である。
【図５】ＲＩＥおよび金属化を行う前の、バイア・レベルの表面付近のポロゲンの一部を焼却した、本発明の構造の略図である。
【図６】ＲＩＥおよび金属化を行う前の、バイア・レベルの表面付近のポロゲンの一部を焼却した、本発明の構造の略図である。
【図７】ＲＩＥおよび金属化を行った後の本発明の構造の略図である。
【図８】図２の構造を製造する方法のプロセスのフローチャートである。
【図９】ＲＩＥおよび金属化を行う前の、従来技術による埋込エッチング停止層を含む多孔質誘電体の略図である。
【図１０】ＲＩＥおよび金属化を行う前の、エッチング停止層の下の薄い層を有する本発明による構造の略図である。
【図１１】ＲＩＥおよび金属化を行う前の、エッチング停止層の上の薄い層を有する本発明による構造の略図である。
【図１２】ＲＩＥおよび金属化の前にエッチング停止層の上下の両方に薄い層を有する本発明による構造の略図である。
【図１３】ＲＩＥおよび金属化を行った後の本発明による構造の略図である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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