(57)【要約】【課題】  改善された拡散障壁で覆われた相互接続構造体を提供すること。【解決手段】  ダマシン配線及び該配線を形成する方法である。この方法は、誘電体層の上面にマスク層を形成するステップと、マスク層内に開口部を形成するステップと、誘電体層がマスク層によって保護されていない誘電体層内に、トレンチを形成するステップと、マスク層の下でトレンチの側壁を凹ませるステップと、トレンチ及びマスク層の全ての露出面上に、共形の導電性ライナを形成するステップと、トレンチをコア導電体で充填するステップと、誘電体層の上面の上に延びている導電性ライナの部分を除去し、マスク層を除去するステップと、コア導体の上面に導電性キャップを形成するステップとを含む。この構造体は、導電性ライナ内のコア導体クラッドと、導電性ライナで覆われていないコア導体の上面と接触している導電性キャップ層と、を含む。【選択図】      図１８
2008537337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層を有する基板を準備するステップと、
前記誘電体層の上面にハードマスク層を形成するステップと、
前記ハードマスク層内に開口部を形成するステップと、
前記ハードマスク層によって保護されていない前記誘電体層内に、側壁及び底部を有するトレンチを形成するステップと、
前記ハードマスク層の下で前記トレンチの前記側壁を凹ませるステップと、
前記トレンチ及び前記ハードマスク層の全ての露出面上に、共形の導電性ライナを形成するステップと、
前記トレンチをコア導電体で充填するステップと、
前記誘電体層の前記上面の上に延びている前記導電性ライナの一部を除去し、前記マスク層を除去するステップと、
前記コア導電体の上面に導電性キャップを形成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記トレンチの前記側壁と接触している前記導電性ライナ上に誘電体ライナを形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記誘電体ライナを形成する前記ステップは、
前記トレンチを前記コア導電体で充填する前記ステップの前に、前記導電性ライナの露出面上に誘電体ライナを形成するステップと、
前記トレンチの前記底面と接触している前記導電性ライナの表面から、前記誘電体ライナを除去するステップと
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
共形の導電性ライナを形成する前記ステップは、
前記トレンチの前記側壁上に、金属層を同時に堆積させ、スパッタ・エッチングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
共形の導電性ライナを形成する前記ステップは、前記同時に堆積させ、スパッタ・エッチングした後、前記トレンチの前記側壁の前記金属層上に、別の金属層を堆積させるステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
スパッタ・エッチングする前記ステップは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２及びこれらの組合せからなる群から選択される気体からスパッタリング種を生成する、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記金属層は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、Ｗ、Ｒｕ及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記導電性ライナ及び前記導電性キャップは、前記コア導電体を構成する１つ又は複数の材料に対する拡散障壁である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ハードマスク層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＯＨ、ＰＳｉＮＸ及びＳｉＣ（Ｎ，Ｈ）からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記誘電体層は、４以下の誘電率を有する誘電体材料、水素シルセスキオキサン・ポリマー、メチル・シルセスキオキサン・ポリマー、ポリフェニレン・オリゴマー、ＳｉＯ２及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記導電性ライナは、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、Ｗ、Ｒｕ及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記コア導電体は、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記導電性キャップは、ＣｏＷＰ、ＣｏＳｎＰ、ＣｏＰ、Ｐｄ、又はこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記誘電体層は、第２の誘電体層の上面に形成された第１の誘電体層を含み、前記第１の誘電体層は、前記コア導電体を構成する１つ又は複数の材料に対する拡散障壁である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
導電性キャップを形成する前記ステップは、前記導電性キャップの少なくとも一部の無電解めっきを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
誘電体層を有する基板を準備するステップと、
前記誘電体層の上面にハードマスク層を形成するステップと、
前記ハードマスク層内に開口部を形成するステップと、
前記ハードマスク層によって保護されていない前記誘電体層内に、側壁及び底部を有するトレンチを形成するステップであって、前記トレンチの前記側壁が前記ハードマスク層内の前記開口部と位置合わせされている、ステップと、
前記トレンチの前記側壁及び底部の等方性エッチングを行うステップであって、前記等方性エッチングは、前記ハードマスク層をアンダーカットし、前記トレンチの上に突出するハードマスク張出し部を形成する、ステップと、
前記トレンチの全ての露出面及び前記ハードマスク層の全ての露出面上に、上部が前記ハードマスク張出し部と物理的に接触している共形の導電性ライナを形成し、前記トレンチの上に突出する導電性張出し部を形成するステップと、
前記導電性ライナの上に、前記トレンチを充填するコア導電体を形成するステップと、
化学機械研磨を行って、前記ハードマスク層と、前記誘電体層の前記上面の上に延びている全てのコア導電体とを除去するステップであって、前記化学機械研磨は、前記誘電体層の上面、前記導電性ライナの上面及び前記トレンチ内の前記コア導電体の上面を同一平面上にし、前記導電性層は、前記コア導電体の上に延び、かつ、これと物理的に直接接触している、ステップと、
前記コア導電体の前記上面に導電性キャップを形成するステップと
を含む方法。
【請求項１７】
前記導電性ライナの露出面上に誘電体ライナを形成するステップと、
前記トレンチの前記底面と接触している前記導電性ライナの表面から、前記誘電体ライナを除去するステップと
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
共形の導電性ライナを形成する前記ステップは、
前記トレンチの前記側壁上に、金属層を同時に堆積させ、スパッタ・エッチングするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
共形の導電性ライナを形成する前記ステップは、同時に堆積させ、スパッタ・エッチングする前記ステップの後、前記トレンチの前記側壁の前記金属層上に、別の金属層を堆積させるステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記導電性ライナ及び前記導電性キャップは、前記コア導電体を構成する１つ又は複数の材料に対する拡散障壁である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
導電性キャップを形成する前記ステップは、前記導電性キャップの少なくとも一部の無電解めっきを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記誘電体層は、第２の誘電体層の上面に形成された第１の誘電体層を含み、前記第１の誘電体層は、前記コア導電体を構成する１つ又は複数の材料に対する拡散障壁である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記導電性ライナは、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、Ｗ、Ｒｕ及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含み、
前記コア導電体は、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含み、
前記導電性キャップは、ＣｏＷＰ、ＣｏＳｎＰ、ＣｏＰ、Ｐｄ、又はこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
上面、反対側の底面、及び前記上面と前記底面との間の側部を有するコア導電体と、
前記コア導電体の前記底面及び前記側部と物理的に直接接触し、かつ、これらを覆っている導電性ライナであって、前記導電性ライナの埋め込まれた部分は、前記コア導電体の前記上面及び前記側部の両方に隣接した前記コア導電体の領域において、前記コア導電体と物理的に直接接触し、かつ、この上に延びている、導電性ライナと、
前記導電性ライナの前記埋め込まれた部分間に露出された、前記コア導電体の前記上面と物理的に直接接触している導電性キャップと
を備える、構造体。
【請求項２５】
前記コア導電体と物理的に直接接触し、かつ、この上に延びている前記導電性ライナの前記部分は、前記コア導電体の前記側部間の総距離の３％から４８％のまでの間の距離だけ、前記コア導電体の前記側部の対向する側部対から前記コア導電体の上に延びる、請求項２４に記載の構造体。
【請求項２６】
前記コア導電体と物理的に直接接触し、かつ、この上に延びている前記導電性ライナの前記部分の上面は、前記コア導電体の前記上面と同一平面上にある、請求項２４に記載の構造体。
【請求項２７】
前記導電性キャップは、前記導電性ライナの前記埋め込まれた部分と重ならない、請求項２４に記載の構造体。
【請求項２８】
前記導電性ライナは、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、Ｗ、Ｒｕ及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項２４に記載の構造体。
【請求項２９】
前記コア導電体は、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項２４に記載の構造体。
【請求項３０】
前記導電性キャップは、ＣｏＷＰ、ＣｏＳｎＰ、ＣｏＰ、Ｐｄ、又はこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項２４に記載の構造体。
【請求項３１】
上面、反対側の底面、及び前記上面と前記底面との間の側部を有するコア導電体と、
前記コア導電体の前記側部上に形成された誘電体ライナと、
前記コア導電体の前記底面及び前記誘電体ライナと物理的に直接接触し、かつ、これらを覆っている導電性ライナであって、前記導電性ライナの埋め込まれた部分は、前記コア導電体の前記上面及び前記側部の両方に隣接した前記コア導電体の領域において、前記誘電体ライナ及び前記コア導電体の上に延びている、導電性ライナと、
前記導電性ライナの前記埋め込まれた部分間に露出された、前記コア導電体の前記上面と物理的に直接接触している導電性キャップと
を備える、構造体。
【請求項３２】
前記コア導電体と物理的に直接接触し、かつ、この上に延びている前記導電性ライナの前記部分は、前記コア導電体の前記側部間の総距離の３％から４８％までの間の距離だけ、前記コア導電体の前記側部の対向する側部対から前記コア導電体の上に延びる、請求項３１に記載の構造体。
【請求項３３】
前記コア導電体と物理的に直接接触し、かつ、この上に延びている前記導電性ライナの前記部分の上面は、前記コア導電体の前記上面と同一平面上にある、請求項３１に記載の構造体。
【請求項３４】
前記導電性キャップは、前記導電性ライナの前記埋め込まれた部分と重ならず、かつ、前記導電性ライナの前記埋め込まれた部分と前記コア導電体との間で露出された前記誘電体ライナの如何なる縁部とも重ならない、請求項３１に記載の構造体。
【請求項３５】
前記誘電体ライナは、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、水素がドープされた石英グラス（ＳｉＣＯＨ）、プラズマ強化されたシリコン窒化物（ＰＳｉＮＸ）、又はＮＢＬｏＫ（ＳｉＣ（Ｎ，Ｈ））及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含み、
前記導電性ライナは、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、Ｗ、Ｒｕ及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含み、
前記コア導電体は、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含み、
前記導電性キャップは、ＣｏＷＰ、ＣｏＳｎＰ、ＣｏＰ、Ｐｄ、又はこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、
請求項３１に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路の製造の分野に関し、より具体的には、本発明は、集積回路の配線レベルのための相互接続構造体及び該相互接続構造体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度な集積回路は、集積回路の性能を向上させるために、相互接続部又は配線レベル内に銅及び他のメタラジを用いている。層間誘電体層を通して銅及び他の金属が拡散する可能性があるため、銅及び他の金属の相互接続部は、配線の側部及び底部に導電性拡散障壁ライナを有するように製造され、誘電体銅及び他の金属の拡散障壁が、配線の上を覆っている。しかしながら、誘電体拡散障壁キャップを用いる配線は、信頼性故障を生じることが多いことが分かった。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，７８４，１０５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６９５，８１０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３４２，７３３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、改善された拡散障壁で覆われた相互接続構造体に対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、拡散障壁としても働くことができる導電性ライナ又は誘電体層によって覆われていない、ダマシン及びデュアル・ダマシン相互接続構造体の表面をシールするために、導電性拡散障壁を用いるものである。キャップ（及び、拡散障壁として働くとき、導電性ライナ及び誘電体層）が、ダマシン又はデュアル・ダマシン・ラインのコア導電体内に含まれる材料に対する拡散障壁となる。
【０００６】
本発明の第１の態様は、誘電体層を有する基板を準備するステップと、誘電体層の上面にハードマスク層を形成するステップと、ハードマスク層内に開口部を形成するステップと、ハードマスク層によって保護されていない誘電体層内に、側壁及び底部を有するトレンチを形成するステップと、ハードマスク層の下でトレンチの側壁を凹ませるステップと、トレンチ及びハードマスク層の全ての露出面上に共形の導電性ライナを形成するステップと、トレンチをコア導電体で充填するステップと、誘電体層の上面の上に延びている導電性ライナの一部を除去し、マスク層を除去するステップと、コア導電体の上面に導電性キャップを形成するステップとを含む方法である。
【０００７】
本発明の第２の態様は、誘電体層を有する基板を準備するステップと、誘電体層の上面にハードマスク層を形成するステップと、ハードマスク層内に開口部を形成するステップと、ハードマスク層によって保護されていない誘電体層内に、側壁及び底部を有するトレンチを形成するステップであって、該トレンチの側壁がハードマスク内の開口部と位置合わせされている、ステップと、トレンチの側壁及び底部の等方性エッチングを行うステップであって、等方性エッチングは、ハードマスク層をアンダーカットし、トレンチの上に突出するハードマスクの張出し部（overhang）を形成するステップと、トレンチの全ての露出面及びハードマスク層の全ての露出面上に、その上部がハードマスク張出し部と物理的に接触している共形の導電性ライナを形成し、トレンチの上に突出する導電性張出し部を形成するステップと、導電性ライナの上に、トレンチを充填するコア導電体を形成するステップと、化学機械研磨を行って、ハードマスク層と、誘電体層の上面の上に延びている全てのコア導電体とを除去するステップであって、化学機械研磨は、誘電体層の上面、導電性ライナの上面及びトレンチ内のコア導電体の上面を同一平面上にし、導電性層は、コア導電体の上に延び、かつ、これと物理的に直接接触しているステップと、コア導電体の上面に導電性キャップを形成するステップと、を含む方法である。
【０００８】
本発明の第３の態様は、上面、反対側の底面、及び上面と底面との間の側部を有するコア導電体と、コア導電体の底面及び側部と物理的に直接接触し、かつ、これらを覆っている導電性ライナであって、導電性ライナの埋め込まれた部分は、コア導電体の上面及び側部の両方に隣接したコア導電体の領域において、コア導電体と物理的に直接接触し、かつ、この上に延びている導電性ライナと、導電性ライナの埋め込まれた部分間に露出された、コア導電体の上面と物理的に直接接触している導電性キャップと、を含む構造体である。
【０００９】
本発明の第４の態様は、上面、対向する底面、及び上面と底面との間の側部を有するコア導電体と、コア導電体の側部上に形成された誘電体ライナと、コア導電体の底面及び側部と物理的に直接接触し、かつ、これらを覆っている導電性ライナであって、導電性ライナの埋め込まれた部分は、コア導電体の上面及び側部の両方に隣接したコア導電体の領域において、コア導電体と物理的に直接接触し、かつ、これの上に延びている、導電性ライナと、導電性ライナの埋込み部分の間に露出された、コア導電体の上面と物理的に直接接触している導電性キャップとを含む構造体である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の特徴が、添付の特許請求の範囲に述べられる。しかしながら、添付の図面と併せて読まれるとき、例証となる実施形態の次の詳細な説明を参照することによって、本発明が、最も良く理解されるであろう。
本発明を説明するために、導体及び伝導性という用語は、導電体及び導電性と解釈すべきである。
【００１１】
（シングル）ダマシン・プロセスは、配線トレンチ又はビア開口部を誘電体層内に形成し、トレンチを充填するのに十分な厚さの導電体を誘電体の上面に堆積させ、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを行って、余分な導電体を除去し、導電体の表面が誘電体層の表面と同一平面上にし、ダマシン配線（又はダマシン・ビア）を形成するプロセスである。
【００１２】
デュアル・ダマシン・プロセスは、誘電体層の厚さ全体を通してビア開口部を形成し、続いて、いずれかの所与の断面において、該誘電体層の途中までトレンチを形成するプロセスである。全てのビア開口部は、上方の一体型配線トレンチ及び下方の配線トレンチと交わるが、全てのトレンチがビア開口部と交わる必要はない。トレンチ及びビア開口部を充填するのに十分な厚さの導電体を誘電体の上面に堆積させ、ＣＭＰプロセスを行って、トレンチの中の導電体の表面を誘電体層の表面と同一平面上にし、デュアル・ダマシン配線と、一体型デュアル・ダマシン・ビアを有するデュアル・ダマシン配線とを形成する。
【００１３】
本発明の構造体は、デュアル・ダマシン・プロセスの銅メタラジ・プロセスを用いて、集積回路チップのコンタクト・レベルに接続するように製造されるものとして説明されるが、本発明は、銅以外のメタラジにも適用することができる。コンタクト・レベルは、移行レベル（transitional level）であり、金属酸化物シリコン電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のようなデバイスを、回路の中に個別のデバイスが「配線されている」集積回路の配線レベルの第１のものに接続している。本発明の構造体は、図１７及び図１８に示されるこれらの配線レベルのいずれか又は全ての中に形成できるだけでなく、シングル・ダマシン・プロセスを用いて形成することもできることを理解すべきである。
【００１４】
図１乃至図８は、本発明の第１及び第２の実施形態の両方に係る、相互接続構造体を製造するための共通のプロセス段階を示す断面図である。図１においては、誘電体層１０５が、基板１００上に形成される。誘電体拡散障壁１１０が、誘電体層１０５の上面１１５に形成される。スタッド・コンタクト１２０が、拡散障壁１１０及び誘電体層１０５を通って形成される。スタッド・コンタクト１２０の上面１２５は、障壁層１１０の上面１３０と同一平面にある。一例において、障壁１１０は、後に形成される配線に含まれる材料に対する拡散障壁である。一例において、障壁１１０は、銅に対する拡散障壁である。
【００１５】
図２においては、誘電体層１３５が、障壁層１１０の上面１３０に形成され、ハードマスク層１４０が、誘電体層１３５の上面１４５に形成される。一例において、誘電体層１３５は、低Ｋ（誘電率）材料であり、その例は、水素シルセスキオキサン・ポリマー（ＨＳＱ）、メチル・シルセスキオキサン・ポリマー（ＭＳＱ）及びポリフェニレン・オリゴマー（ＳｉＯＸ（ＣＨ３）ｙ）を含むが、これらに限定されるものではない。低Ｋ誘電体材料は、約４以下の誘電率を有する。第２の例において、誘電体層１３５は、ＳｉＯ２を含む。誘電体層１３５は、例えば、約５０ｎｍから約１，０００ｎｍまでの間の厚さとすることができる。一例において、ハードマスク層１４０は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、シリコン・オキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、水素がドープされた石英グラス（ＳｉＣＯＨ）、プラズマ強化された窒化シリコン（ＰＳｉＮＸ）、又はＮＢＬｏＫ（ＳｉＣ（Ｎ，Ｈ））を含むことができる。ハードマスク層１４０は、例えば、約５ｎｍから約１００ｎｍまでの間の厚さとすることができる。ハードマスク層１４０が、金属を含むことも可能である。
【００１６】
図３においては、パターン形成されたフォトレジスト層１５０が、ハードマスク層１４０の上面１５５に形成され、このフォトレジストは、如何なる数の公知のリソグラフィ・プロセスによっても層パターン形成され、トレンチ１５５が、ハードマスク層１４０を通してエッチングされ、誘電体層１４０の上面１４５を露出させる。
【００１７】
図４においては、パターン形成されたフォトレジスト層１５０（図３を参照されたい）が除去され、トレンチ１６０が、例えば反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）プロセスを用いて、誘電体層１３５内に形成され、エッチ・マスクとしてパターン形成されたハードマスク層１４０を用いて、スタッド・コンタクト１２０の上面１２５を露出させる。
【００１８】
図５においては、別のパターン形成されたフォトレジスト層１６５が、ハードマスク層１４０の上面１５５に形成され、このフォトレジストは、如何なる数の公知のリソグラフィ・プロセスによっても層パターン形成され、トレンチ１５５Ａ（拡張された図３のトレンチ１５５）及び１７０が、ハードマスク層１４０を通してエッチングされ、誘電体層１４０の上面１４５を露出させる。
【００１９】
図６においては、パターン形成されたフォトレジスト層１６５（図５を参照されたい）が除去され、トレンチ１７５及び１８０が、例えばＲＩＥプロセスを用いて、誘電体層１３５の途中までエッチングされる。トレンチ１８０は、トレンチ１６０と交わる。
【００２０】
図７においては、ハードマスク層１４０の張出し部１８５が、トレンチ１６０、１７５及び１８０において露出された誘電体層１３５の等方性層除去により形成される。第１の例において、誘電体層１３５の等方性層除去は、ＨＮＯ３、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ、ＮＨ４ＯＨ、ＮＨ４Ｆ、又はこれらの組合せを含む溶液での湿式エッチングによって達成することができる。第２の例において、誘電体層１３５の等方性層除去は、方向性が低い高圧プラズマ・エッチングによって達成することができる。
【００２１】
トレンチ１７５を例として用いる際、ハードマスク層１４０内の開口部の最も広い部分がＷ１である場合、張出し部は幅Ｗ２を有し、Ｗ２／Ｗ１の比は、約０．０３から約０．４８までの間とすることができる。
【００２２】
図８においては、共形の（conformal）導電性ライナ１９０が、ハードマスク層１４０の上面１５５、張出し部の底面１９５を含む張出し部の全ての露出面、トレンチ１６０、１７５及び１８０の露出面２００、及びスタッド・コンタクト１２０の上面１２５Ａの上に形成される。一例において、ライナ１９０は、後にライナの上に形成されることになるコア導体２１０（図９又は図１４を参照されたい）の材料に対する拡散障壁である。一例において、ライナ１９０は、銅に対する拡散障壁である。一例において、ライナ１９０は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、Ｗ、Ｒｕ、又はこれらの組合せを含む。一例において、ライナ１９０は、約２ｎｍから約１００ｎｍまでの間の厚さである。ライナ１９０は、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）又は原子層堆積（ＡＬＤ）によって形成することができる。
【００２３】
代替的に、ライナ材料の共形の堆積に続いて、スパッタ・エッチング（荷電スパッタリング種を用いる）プロセス、及び、その全体が引用により本明細書に組み込まれる２００４年８月３１日に発行されたＹａｎｇ他への特許文献１において教示される中性金属プロセスのようなライナ堆積プロセスを同時に行うことにより、ライナ１９０を形成することができる。一例において、金属中性金属は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、Ｗ、Ｒｕ、又はこれらの組合せを含み、スパッタリング種を生成するのに使用される気体は、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、又はこれらの組合せを含む。スタッド・コンタクト１２０の上面１２５Ａに存在し得るいずれかの金属酸化物（又は、図１８及び図６に示されるような何らかのコア導体）と共に、前に堆積されたライナ材料が、トレンチの底部から除去される。スパッタリングは停止されるが、中性金属の堆積が継続されるとき、ライナ１９０の新しい層が形成され、除去されたものと置き換わる。
【００２４】
図９乃至図１１は、本発明の第１の実施形態に係る相互接続構造体を製造するためのプロセス段階を示す断面図である。図９は、図８から続くものである。図９においては、コア導体２１０が、ライナ１９０の上に形成される。一例において、コア導体２１０は、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ、又はこれらの組合せを含む。銅であるコア導体２１０の例においては、薄い銅の層が蒸着又は堆積され、次いで、より厚い銅の層が電気めっきされる。コア導体２１０の厚さは、トレンチ１６０、１７５及び１８０を完全に充填するのに十分なものである。
【００２５】
図１０においては、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを行って、誘電体層１３５の上面１４５Ａ、ライナ１９０の上面２１５及びコア導体２１０の上面２２０を同一平面にする。ＣＭＰプロセスの後、ダマシン配線２２５及び一体型ダマシン・ビア２３５を有するデュアル・ダマシン配線２３０が、形成される。
【００２６】
図１１においては、導電性拡散障壁キャップ２４０が、コア導体２１０の上面２２０に選択的に形成される。一例において、障壁キャップ２４０は、ＣｏＷＰ、ＣｏＳｎＰ、ＣｏＰ及びＰｄ、又はこれらの組合せを含む。一例において、キャップ２４０は、約５ｎｍから約８０ｎｍまでの厚さである。一例において、キャップ２４０は、コア導体２１０の材料に対する拡散障壁である。一例において、キャップ２４０は、銅に対する拡散障壁である。一例において、キャップ２４０は、無電解めっきを含むプロセスによって形成される。ＣｏＷＰ、ＣｏＳｎＰ、ＣｏＰ及びＰｄ層を形成する方法が、１９９７年１２月９日に発行されたＢｕｂｉｎ他への特許文献２、及び２００２年１月２９日に発行されたＨｕ他への特許文献３に開示され、これらの特許の全体を引用により本明細書に組み入れる。障壁キャップ２４０は、コア導体２１０の上面２２０と物理的に直接接触している。
【００２７】
図１２乃至図１６は、本発明の第２の実施形態に係る相互接続構造体を製造するためのプロセス段階を示す断面図である。図１２は、図８から続くものである。図１２においては、誘電体ライナ２４５が、ライナ１９０の全ての露出面上に形成される。一例において、誘電体ライナ２４５は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、シリコン・オキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、水素がドープされた石英ガラス（ＳｉＣＯＨ）、プラズマ強化された窒化シリコン（ＰＳｉＮＸ）、又はＮＢＬｏＫ（ＳｉＣ（Ｎ，Ｈ））、又はこれらの組合せを含むことができる。一例において、誘電体ライナ２４５は、約５ｎｍから約１００ｎｍまでの厚さである。誘電体ライナ２４５は、例えば、ＣＶＤ又はＡＬＤによって形成することができる。
【００２８】
図１３においては、（ＲＩＥのような）方向性エッチング・プロセスを行って、トレンチ１６０、１７５及び１８０の底面上に配置されたライナ１９０の水平面から、誘電体ライナ２４５を除去する。図１Ｈを参照して上述されたように、方向性エッチング・プロセスに続いて、スパッタ・エッチング及び中性金属プロセスのようなライナ堆積を同時に行うことができる。
【００２９】
図１４においては、図９を参照して上述されるように、コア導体２１０が形成される。コア導体２１０の厚さは、トレンチ１６０、１７５及び１８０を完全に充填するのに十分なものである。
【００３０】
図１５においては、ＣＭＰプロセスを行って、誘電体層１３５の上面１４５Ａ、ライナ１９０の上面２１５、コア導体２１０の上面２２０及び誘電体ライナ２４５の上面２５０を同一平面にする。ＣＭＰプロセスの後、ダマシン配線２５５、及び一体型ダマシン・ビアを有するデュアル・ダマシン配線２６０が形成される。
【００３１】
図１６においては、キャップ２４０が、コア導体２１０の上面２２０に選択的に形成される。キャップ２４０は、コア導体２１０の上面２２０と物理的に直接接触し、かつ、これを完全に覆う。
【００３２】
図１７は、本発明の第１の実施形態に従って製造された多数の配線レベルを示す断面図である。図１７においては、ダマシン配線２７５と、一体型ダマシン・ビア２８５を有するデュアル・ダマシン配線２８０とを含む層間誘電体層２７０が、誘電体層１３５（同じく層間誘電体層と見なすことができる）の上に形成される。一体型ダマシン・ビア３００を有するデュアル・ダマシン配線２９５と、一体型ダマシン・ビア３１０を有するデュアル・ダマシン配線３０５とを含む層間誘電体層２９０が、層間誘電体層２７０の上に形成される。層間誘電体層２７０及び２７５は、誘電体層１３５と類似している。ダマシン配線２７５は、ダマシン配線２２５と類似しており、それぞれの一体型ビア２８５、３００及び３１０を有するデュアル・ダマシン配線２８０、２９５及び３０５は、デュアル・ダマシン配線２３０及び一体型ビア２３５と類似している。キャップ２４０Ａ及び２４０Ｂは、キャップ２４０と類似している。図１７において３つの配線レベルが示されるが、如何なる数の類似した配線レベルも、このように積層することができる。本発明の第２の実施形態の構造体を有するダマシン配線及びビア、並びにデュアル・ダマシン配線及びビアは、積層された層間誘電体層内に同様に形成することができる。
【００３３】
図１８は、本発明の第１及び第２の実施形態に適用することができる付加的な拡散障壁を有するように製造された、多数の配線レベルを示す断面図である。図１８は、図１７と類似しているが、誘電体層１３５Ａが誘電体層１３５及び誘電体拡散障壁３１５を含み、層間誘電体層２７０Ａが誘電体層２７０及び誘電体拡散障壁層３２０を含み、層間誘電体層２９０Ａが誘電体層２９０及び誘電体拡散障壁層３２５を含むという相違を有する。拡散障壁３１５は、誘電体層１３５と層間誘電体層２７５との間に形成され、拡散障壁３２０は、層間誘電体層２７５の上に形成される。拡散障壁３１５、３２０及び３２５は、拡散障壁１１０と類似している。一例において、拡散障壁３１５、３２０及び３２５は、配線２２５、２３０、２７５、２８０、２９５及び３０５内に含まれる材料に対する拡散障壁である。一例において、拡散障壁３１５、３２０及び３２５は、銅に対する拡散障壁である。図１８において３つの配線レベルが示されるが、如何なる数の類似した配線レベルも、このように積層することができる。本発明の第２の実施形態の構造体を有するダマシン配線及びビア、並びにデュアル・ダマシン配線及びビアは、積層された層間誘電体層内に同様に形成することができる。
このように、本発明は、改善された拡散障壁で覆われた相互接続構造体を提供するものである。
【００３４】
本発明の実施形態の上記の説明は、本発明の理解のために与えられるものである。本発明は、ここに説明された特定の実施形態に限定されるものでなく、本発明の範囲から逸脱することなく当業者には明らかとなる種々の修正、再構成及び置換が可能であることが理解されるであろう。従って、上記の特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲内にあるものとして、このような修正及び変更の全てを網羅することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態の両方に係る、相互接続構造体を製造するための共通のプロセス段階を示す断面図である。
【図２】本発明の第１及び第２の実施形態の両方に係る、相互接続構造体を製造するための共通のプロセス段階を示す断面図である。本発明の第１及び第２の実施形態の両方に係る、相互接続構造体を製造するための共通のプロセス段階を示す断面図である。
【図３】本発明の第１及び第２の実施形態の両方に係る、相互接続構造体を製造するための共通のプロセス段階を示す断面図である。
【図４】本発明の第１及び第２の実施形態の両方に係る、相互接続構造体を製造するための共通のプロセス段階を示す断面図である。
【図５】本発明の第１及び第２の実施形態の両方に係る、相互接続構造体を製造するための共通のプロセス段階を示す断面図である。
【図６】本発明の第１及び第２の実施形態の両方に係る、相互接続構造体を製造するための共通のプロセス段階を示す断面図である。
【図７】本発明の第１及び第２の実施形態の両方に係る、相互接続構造体を製造するための共通のプロセス段階を示す断面図である。
【図８】本発明の第１及び第２の実施形態の両方に係る、相互接続構造体を製造するための共通のプロセス段階を示す断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る、相互接続構造体を製造するためのプロセス段階を示す断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る、相互接続構造体を製造するためのプロセス段階を示す断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る、相互接続構造体を製造するためのプロセス段階を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る、相互接続構造体を製造するためのプロセス段階を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る、相互接続構造体を製造するためのプロセス段階を示す断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る、相互接続構造体を製造するためのプロセス段階を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る、相互接続構造体を製造するためのプロセス段階を示す断面図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る、相互接続構造体を製造するためのプロセス段階を示す断面図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態に従って製造された多数の配線レベルを示す断面図である。
【図１８】本発明の第１及び第２の実施形態に適用可能な、付加的な拡散障壁を用いて製造された多数の配線レベルを示す断面図である。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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