(57)【要約】  金属ライン（８（ｉ））の間および誘電体内にエアギャップを形成する方法である。方法は、デュアルダマシン（dual damascene）構造を得ること、拡散バリア層（１０）を、平坦化された面に直接加えること、およびリソグラフィステップを行なうことからなり、これにより、金属ラインを、拡散バリア層の下に遮蔽する。任意として、金属ライン（８（ｉ））間の大きな誘電体領域（６）のいくつかの部分も、遮蔽される。露出した拡散バリア層部分および下にある誘電体がエッチングされる。典型的には１５０〜４５０℃の温度に加熱することにより、揮発性成分に分解することができる材料の層が加えられ、エッチングまたはＣＭＰにより平坦化される。分解性生成物に対して透過性である誘電体層（２０）が堆積され、その後、基板は加熱される。次いで、使い捨て層が分解し、透過性の誘電体層を通じて消滅し、その後に、金属ライン（８（ｉ））および大きな誘電体領域の間に、エアギャップ（２２）を残す。
2007523465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の製造方法であって、前記基板に、デュアルダマシン（dual damascene）構造を設けるステップを備え、前記構造は、金属層を備え、前記金属層上には、ビアが設けられた第１誘電体層が存在し、第２誘電体層が、前記第１誘電体層上に堆積され、かつ、前記第２誘電体層に、相互接続溝が設けられ、前記ビアおよび前記相互接続溝に、金属が存在し、前記金属は、上部を有する金属ラインを形成する、基板の製造方法において、
（ａ）拡散バリア層を、前記第２誘電体層の上および前記金属ラインの前記上部に堆積するステップと、
（ｂ）前記金属ラインの前記上部に位置する前記拡散バリア層をそのまま残しながら、前記第２誘電体層および前記拡散バリア層の所定部分を除去するステップと、
（ｃ）前記第１誘電体層および前記拡散バリア層のそのまま残された部分に、分解性層を設けるステップと、
（ｄ）前記分解性層を、実質的に前記バリア層のそのまま残された前記部分まで平坦化するステップと、
（ｅ）前記分解性層上に、多孔質の誘電体層を設けるステップと、
（ｆ）前記分解性層を、前記多孔質の誘電体層を介して除去し、少なくとも１つのエアギャップを形成するステップと、
を備えることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層の間に、エッチストップ層が設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
使用される前記金属は、Ｃｕである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｂ）において、前記第２誘電体層および前記拡散バリア層の少なくとも他の部分の１つが、そのまま残され、少なくとも１つの支持構造を、前記エアギャップ内に形成する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記基板は、半導体デバイスである、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
デュアルダマシン構造が設けられた基板であって、
金属層であって、当該金属層上にビアが設けられた誘電体層が存在する金属層と、
前記誘電体層の上面で部分的に延び、かつ、前記ビア内で部分的に延びる金属ラインと、
前記金属ラインの外部表面上の拡散バリア層と、
少なくとも前記金属ラインに支持される、多孔質の誘電体層であって、少なくとも１つのエアギャップを、当該多孔質の誘電体層と前記誘電体層の間に画定する、多孔質の誘電体層と、を備える基板において、
前記拡散バリア層は、前記金属ラインの上面のみを実質的に覆う、ことを特徴とする基板。
【請求項７】
少なくとも１つの前記エアギャップは、前記拡散バリア層をさらに支持するための少なくとも１つの支持構造を備える、ことを特徴とする請求項６に記載の基板。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の基板を備えることを特徴とする半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の製造方法に関し、この方法は、基板にデュアルダマシン（dual damascene）構造を設けるステップを備え、構造は、金属層を備え、金属層上には、ビアが設けられた第１誘電体層が存在し、第２誘電体層が、第１誘電体層上に堆積され、かつ、第２誘電体層に、相互接続溝が設けられ、ビアおよび相互接続溝に、金属が存在し、金属は、上部を有する金属ラインを形成する。後の加工ステップにおいて、第２誘電体層が除去され、エアギャップが、先に第２誘電体層に占められていた空間に設けられ、隣接する金属ライン間のキャパシタンスを減少させる。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は、国際特許出願第０２／１９４１６号により知られている。本発明を良く理解するために、図１が、国際特許出願第０２／１９４１６号による方法の結果を示している。
【０００３】
図１は、半導体デバイスのデュアルダマシン構造を示している。構造は、誘電体層内に金属層１を備える。誘電体層２が、金属層１上に設けられる。誘電体層２は、金属が充填されたビア５を備える。金属は、また、誘電体層２の上にも延び、金属ライン８を形成する。誘電体２の上には、パターン化されたハードマスク４を設けることができ、ハードマスク４を用いて、国際特許出願第０２／１９４１６号に詳細に説明されるように、ビア５が形成される。
【０００４】
構造は、金属ライン８により支持される多孔質の誘電体層２０を備える。多孔質の誘電体層と誘電体層の間には、エアギャップ２２が設けられる。エアギャップ２２は、平坦化された使い捨て層を、多孔質の誘電体層を通して除去することにより形成され、この使い捨て層は、多孔質の誘電体層２０が堆積される前に構造に堆積される。使い捨て層は、組み合わされた硬化および焼付けステップにおいて例えば４００℃で除去することができる、重合体であってもよい。加熱によって、重合体は分解され、矢印１５で示されるように、多孔質の誘電体層２０を通して蒸発する。
【０００５】
図１から分かるように、銅拡散バリア１１が、金属ライン８をカバーし、エアギャップ２２の底および側壁に存在している。銅拡散バリア１１は、従来技術に係る方法における中間のステップにて形成され、金属ライン８から図１に示される構造の上に存在する他の層への銅イオンの拡散を防ぐ。このような金属ライン８からの銅イオンの拡散は、結果として他の誘電体層に短絡を生じる場合がある。しかしながら、エアギャップ２２内の比較的高いｋ値を有する銅拡散バリア１１が、エアギャップ空間２２の体積のいくらかを占めているため、全体的なキャパシタンスが最適ではなく、よって、エアギャップによるキャパシタンスの減少を制限している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の主な目的は、従来技術により知られている基板を提供することであり、この基板では、しかしながら、より大きな体積でエアギャップを形成して、隣接する金属ライン間のキャパシタンスをさらに減少させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、冒頭に定義した本発明に係る方法は、
（ａ）拡散バリア層を、第２誘電体層の上および金属ラインの上部に堆積するステップと、
（ｂ）金属ラインの上部に位置する拡散バリア層をそのまま残しながら、第２誘電体層および拡散バリア層の所定部分を除去するステップと、
（ｃ）第１誘電体層および拡散バリア層のそのまま残された部分に、分解性層を設けるステップと、
（ｄ）分解性層を、実質的に拡散バリア層のそのまま残された部分まで平坦化するステップと、
（ｅ）分解性層上に、多孔質の誘電体層を設けるステップと、
（ｆ）分解性層を、多孔質の誘電体層を介して除去し、少なくとも１つのエアギャップを形成するステップと、を備える。
【０００８】
したがって、追加的なマスク作業を用いることにより、構造は、拡散バリア層が、実質的に金属ラインの上にのみ存在するように、製造することができる。エアギャップからは、実質的に、拡散バリア層をなくすことができる。したがって、エアギャップの体積を、大きくすることができ、これにより、隣接する金属ライン間のキャパシタンスを、さらに減少させる。
【０００９】
（ｄ）に定義されるステップは、分解性層を、その上面が、バリア層の上面より下になるように、可能性としては金属ラインの上面の低さにまで平坦化するステップを備えてもよいことが、認められる。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、実施形態において、幅広のエアギャップ上の多孔質の誘電体層の垂れ下がりを防ぐことである。
【００１１】
この目的を達成するために、本発明は、実施形態にて、ステップ（ｂ）において、第２誘電体層および拡散バリア層の少なくとも他の部分の１つが、そのまま残され、少なくとも１つの支持構造を、エアギャップ内に形成する。
【００１２】
さらなる実施形態では、本発明は、デュアルダマシン構造が設けられた基板であって、金属層であって、当該金属層上にビアが設けられた誘電体層が存在する金属層と、誘電体層の上面で部分的に延び、かつ、ビア内で部分的に延びる金属ラインと、金属ラインの外部表面上の拡散バリア層と、少なくとも金属ラインに支持される、多孔質の誘電体層であって、少なくとも１つのエアギャップを、多孔質の誘電体層と誘電体層の間に画定する、多孔質の誘電体層と、を備える基板において、拡散バリア層は、金属ラインの上面のみを実質的に覆うことを特徴とする基板、を提供する。
【００１３】
この基板は、上に列記した本発明に係る方法の利点を有する。
【００１４】
このような基板は、拡散バリア層をさらに支持するための少なくとも１つの支持構造を備える少なくとも１つのエアギャップを有してもよい。
【００１５】
最後に、本発明は、上に定義された基板を備える半導体デバイスに関する。
【００１６】
本発明は、これより、いくつかの図面を参照してさらに説明され、これらの図面は、本発明の例示のみを意図しており、本発明の範囲の限定を意図するものではない。
【００１７】
本発明の範囲は、本明細書に添付される特許請求の範囲、および請求される特性に対するすべての均等物によってのみ限定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図２は、デュアルダマシン（dual damascene）構造を示している。この構造は、既知の方法（例えば、国際特許出願第００／１９５２３号を参照）で製造され、１つまたは複数の金属層１（ｉ），（ｉ＝１，２，．．．）を備える。第１誘電体層２が、金属層１（ｉ）の上に存在する。この層２は、好ましくは、例えばＳｉＬＫ（Ｒ）（ダウケミカル（Dow Chemical））など、ミセルテンプレートされた（micelle templated）透過性の有機ケイ酸塩またはポリアリーレンエーテル（polyarylene ether）などの、低ｋの誘電体を備える。金属層１（ｉ）は、誘電体層において得られるが、これは、本発明にはそれ以上の関連性はない。パターン化ハードマスク４が、第１誘電体層２に設けられる。
【００１９】
ハードマスク４は、例えば、ＳｉＣまたはＳｉ３Ｎ４を備え、エッチストップ層の役割を果たす。第２誘電体層６が、エッチストップ層４に設けられる。第２誘電体層６は、好ましくは酸化物を備え、この酸化物は、塗布および除去が容易であり、ＳＯＧまたはＮａｎｏｇｌａｓｓ（Ｒ）（Allied）などであるが、代わりに、ＳｉＬＫなどの重合体を備えてもよい。また、ＣＶＤ型の酸化物を使用してもよい。
【００２０】
溝３（ｉ）およびビア５（ｉ）が、第２誘電体層６上のハードマスク（図示せず）と、第２誘電体層６と第１誘電体層２の間のパターン化されたエッチストップ層４とを用いて、第２誘電体層６および第１誘電体層２にそれぞれエッチングされる。このような構造は、第２誘電体層６および第１誘電体層２が、互いに関係して選択的にエッチング可能であるという条件で、エッチストップ層４を使用することなく形成することも可能である。溝３（ｉ）およびビア５（ｉ）に、続いて、金属が充填され、これにより、金属ライン８（ｉ）が形成される。金属ライン８（ｉ）を有する溝３（ｉ）およびビア５（ｉ）は、デュアルダマシン構造を形成し、その上に、例えば、ＴａＮバリアラインと、その後のＣｕシード層が設けられる。本発明に係る方法は、金属ライン８（ｉ）の金属に銅が用いられる工程において、特に有用である。金属ライン８（ｉ）は、当業者に知られるように、相互接続を目的として使用される。銅の代わりに、アルミニウムのような他の金属を用いてもよい。
【００２１】
溝３（ｉ）およびビア５（ｉ）が、例えば、Ｃｕ電気メッキまたは無電解Ｃｕメッキによって充填された後、通常の方法で（例えばＣＭＰの使用により）銅が平坦化される。このようにして、金属ライン８（ｉ）に、上部が設けられる。
【００２２】
図３は、本発明に基づく基板を製造する工程における次のステップを示している。拡散バリア層１０が、図２に示される構造に加えられる。拡散バリア層１０は、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４などで作られていてもよい。しかしながら、他の適切な材料も可能である。
【００２３】
次いで、図４において、リソグラフィステップが行なわれる。すなわち、所定の放射１９に対して透過性でない第１部分１４と、放射１９に対して透過性である他の部分とを有するマスク１２が、用いられる。マスク１２は、放射１９が、金属ライン８（ｉ）に衝突するように使用できるように、配置される。さらに、任意として、放射１９が第２誘電体層６の所定部分に衝突することを防ぐ追加部分１４’を、マスク１２に設けてもよい。
【００２４】
図５に示されるように、拡散バリア層１０および第２誘電体層６の露出部分がエッチングされ、可能性としては第２誘電体層６の底まで除去される。エッチストップ層４が存在する場合、この底は、前記エッチストップ層４と一致する。しかしながら、エッチストップ層４が加えられてない場合、この底は、第１誘電体層２の上面と一致する。
【００２５】
任意に、マスク１２の第１部分１４のいくつかは、対応する金属ライン８（ｉ）よりも幅が広い。次いで、図５において点線で示され、第２誘電体層６の材料を備える側壁支持体１７と、拡散バリア層１０の一部を、そのまま残すことができる。これらの側壁支持体１７は、後で、このステップでエッチング除去されなかった第２誘電体層の部分６と同一の機能を提供することができる。
【００２６】
図６は、次のステップで、分解性材料１８の層が、図５の構造の上に設けられることを示している。この分解性材料１８の層は、スピン工程を用いて加えてもよい。分解性材料１８は、例えば、典型的には１５０〜４５０℃の温度に加熱することにより、揮発性の成分に分解される。この分解性材料は、例えば、レジスト、ＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate）、ポリスチレン、またはポリビニルアルコール、あるいは他の適切な重合体であってもよく。レジストは、ＵＶフォトレジストであってもよい。
【００２７】
図７は、分解性材料層１８を平坦化した後の装置を示している。重合体がエアギャップ材料として使用された場合、この平坦化は、重合体を適切なドライエッチプラズマ内でエッチングバック（etching back）することにより、または非導電バリア層１０が、金属ライン８（ｉ）の上部で露出するまでポリッシングバック（polishing back）することにより、行なってもよい。あるいは、分解性層１８は、バリア層１０の上面の真下のレベルまで、または金属ライン８（ｉ）の上面の低さにまで平坦化してもよい。
【００２８】
図８において、多孔質の誘電体層２０が、分解性材料層１８および非導電バリア層１０に設けられる。多項質の誘電体層２０は、好ましくは、スピンコーティング工程において設けられる、ＳｉＬＫなどの低ｋの透過性誘電体を備える。堆積を層１８の分解温度よりも下で行うことができる場合は、プラズマＣＶＤ（chemical vapour deposition）層を、多孔質の誘電体層２０として使用してもよい。
【００２９】
図９は、本発明に係る方法により製造されるデバイスを示している。エアギャップ２２が、金属ライン８（ｉ）の隣に生成される。重合体が、分解性材料層１８として使用された場合、エアギャップ２２は、好ましくは４００℃で、組み合わされた硬化および焼付け工程を介して得ることができる。エアギャップ重合体は、加熱の結果分解され、エアギャップ２２が、多孔質の誘電体層２０の下に生成される。エアギャップ２２の生成が、矢印１５で記号的に示されている。ＳｉＬＫを備える多孔質の誘電体層２０は、例えば０．５μｍのデュアルダマシン構造２０のビア５（ｉ）の高さに対応する厚さに関する問題なしに、スピンすることができる。この厚さのＳｉＬＫは、分解性材料層１８のすべての重合体材料を除去するために、なお十分に透過可能である。
【００３０】
複数の類似構造を、図９に示す構造に設けてもよい。図９の構造の上の構造における金属ラインは、次いで、１つまたは複数の金属ライン８（ｉ）と、ビアを介して接触することができる。
【００３１】
したがって、図９による構造は、金属ライン８（ｉ）の上部の拡散バリア層１０のみを備える。ギャップ２２内には、拡散バリア材料は、もはや存在しない。したがって、より効果的な空間が設けられ、隣接する金属ライン８（ｉ）の間のキャパシタンスを、さらに減少させることができる。
【００３２】
さらに、図４のリソグラフィステップは、エアギャップ内で第２誘電体層６の部分がそのまま残るように画定する選択肢も提供する。第２誘電体層６の、これらの保存された部分は、それらの上部の拡散バリア層１０の部分と共に、良好に画定された高さを有し、多孔質の誘電体層２０を支持して、この多孔質の誘電体層２０が、比較的大きなエアギャップ２２内に垂れ下がることを防ぐ。第２誘電体層６の保存された部分は、例えば、円形、矩形などの、任意の適切な断面を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、従来技術に係るデュアルダマシン構造を示している。
【図２】図２は、図１に示される構造の代わりの構造を形成する、複数のステップを示している。
【図３】図３は、図１に示される構造の代わりの構造を形成する、複数のステップを示している。
【図４】図４は、図１に示される構造の代わりの構造を形成する、複数のステップを示している。
【図５】図５は、図１に示される構造の代わりの構造を形成する、複数のステップを示している。
【図６】図６は、図１に示される構造の代わりの構造を形成する、複数のステップを示している。
【図７】図７は、図１に示される構造の代わりの構造を形成する、複数のステップを示している。
【図８】図８は、図１に示される構造の代わりの構造を形成する、複数のステップを示している。
【図９】図９は、図１に示される構造の代わりの構造を形成する、複数のステップを示している。
【図１】
2007523465.tif 000003
【図２】
2007523465.tif 000004
【図３】
2007523465.tif 000005
【図４】
2007523465.tif 000006
【図５】
2007523465.tif 000007
【図６】
2007523465.tif 000008
【図７】
2007523465.tif 000009
【図８】
2007523465.tif 000010
【図９】
2007523465.tif 000011
【国際調査報告】
2007523465.tif 000012
2007523465.tif 000013
2007523465.tif 000014