(57)【要約】【課題】スタック・バイア中の熱機械的応力を低減する構造および方法を提供すること。【解決手段】半導体デバイス用相互接続構造は、下部メタライゼーション・レベルの上に形成した有機ｌｏｗ−ｋ（低比誘電率）誘電体層を含む。ここで形成するバイアは、このｌｏｗ−ｋ誘電体層内にあり、下部メタライゼーション・レベル内に形成した下部メタライゼーション・ラインを、上部メタライゼーション・レベル内に形成した上部メタライゼーション・ラインに結合する。このバイアは、ｌｏｗ−ｋ誘電体層の熱膨張後に生じる剪断力からバイアを保護するようなＣＴＥ（熱膨張係数）を有する材料から選択した構造カラーで取り囲まれる。【選択図】図１
2004193605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部メタライゼーション・レベルの上に形成した有機低比誘電率（ｌｏｗ−ｋ）誘電体層と、
前記下部メタライゼーション・レベル内に形成した下部メタライゼーション・ラインを、上部メタライゼーション・レベル内に形成した上部メタライゼーション・ラインに結合する前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層内に形成したバイアと、
前記バイアを取り囲み、前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層の熱膨張に続いて生じる剪断力から前記バイアを保護することができる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料から選択される構造カラーとを備える、半導体デバイス用の相互接続構造。
【請求項２】
前記構造カラー材料が、酸化物、窒化物、炭化物および前記材料の少なくとも１つを含む組合せから選択される、請求項１に記載の相互接続構造。
【請求項３】
前記構造カラーが、１００Å（オングストローム）〜４５０Åの側壁厚さを有する、請求項１に記載の相互接続構造。
【請求項４】
前記構造カラー材料を用いて、前記上部メタライゼーション・ラインを部分的に取り囲むライナをも形成する、請求項１に記載の相互接続構造。
【請求項５】
前記バイアの周りの垂直面上にのみ前記構造カラーを形成する、請求項１に記載の相互接続構造。
【請求項６】
下部メタライゼーション・レベルの上に有機低比誘電率（ｌｏｗ−ｋ）誘電体層を形成するステップと、
前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中、かつ前記下部メタライゼーション・レベル内に形成した下部メタライゼーション・ラインの上に開口を画定するステップと、
前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層の熱膨張に続いて生じる剪断力からバイアを保護するのに十分な熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する構造材料で前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中に形成した前記開口を充填するステップと、
前記構造材料中にバイア開口を画定するステップと、
導電性バイア材料でバイア開口を充填するステップとを含み、前記構造材料の残りの部分が、前記バイア材料を取り囲む保護カラーを形成する、半導体デバイスの相互接続構造中の熱機械的応力を低減する方法。
【請求項７】
前記構造材料が、酸化物、窒化物、炭化物および前記材料の少なくとも１つを含む組合せから選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記バイア材料を取り囲む前記保護カラーが、１００Å（オングストローム）〜４５０Åの厚さを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記構造材料で前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中に形成した前記開口を充填する前記ステップが、前記開口中に前記構造材料の層を共形に被着させるステップ、その後、前記構造材料の前記共形に被着させた層をエッチングし、それによって、前記構造材料が前記開口の垂直面上にのみ残るステップとをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記開口の前記垂直面上に残る前記構造面によって前記バイア開口が画定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
下部メタライゼーション・レベルの上のバイア・レベルおよび前記バイア・レベルの上の上部メタライゼーション・レベルを画定するのに十分な厚さで、前記下部メタライゼーション・レベルの上に有機低比誘電率（ｌｏｗ−ｋ）誘電体層を形成するステップと、
前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中、かつ前記下部メタライゼーション・レベル内に形成した下部メタライゼーション・ラインの上に開口を画定するステップと、
前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層の熱膨張に続いて生じる剪断力から、後で中に形成するバイアを保護するのに十分な熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する構造材料で前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中の前記開口を充填するステップと、
前記構造材料中にバイア開口を画定するステップと、
前記バイア開口の上で上部メタライゼーション・ライン開口を画定するステップと、
前記バイア開口および前記上部メタライゼーション・ライン開口を導電性材料で充填し、それによって、前記下部メタライゼーションを上部メタライゼーション・ラインに結合するバイアを画定するステップとを含み、前記構造材料の残りの部分が前記バイアを取り囲む保護カラーを形成する、半導体デバイス用の相互接続構造を形成する方法。
【請求項１２】
前記構造材料が、酸化物、窒化物、炭化物および前記材料の少なくとも１つを含む組合せから選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中に形成した前記開口の幅が、前記上部メタライゼーション・ライン開口とほぼ同じであり、それによって、前記上部メタライゼーション・ライン開口が画定されるとき、前記上部メタライゼーション・レベルから前記構造材料が除去される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中に形成した前記開口の幅が、前記上部メタライゼーション・ライン開口よりも大きく、それによって、前記上部メタライゼーション・ライン開口が画定されるとき、前記上部メタライゼーション・レベル内の前記構造材料の残りの部分が前記上部メタライゼーション・ラインを部分的に取り囲むライナを形成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中の前記開口および前記上部メタライゼーション・ライン開口を形成する際に共通のフォトリソグラフィ・マスクを使用し、前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中の前記開口の形成時に前記マスクを過剰に露光する、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体デバイスの製造に関し、より詳細には、スタック・バイア中の熱機械的応力を低減する構造および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路デバイスの製作では、しばしば、絶縁性材料で集積回路の個々のコンポーネントを互いに分離することが望ましい。このような絶縁性材料には、たとえば、二酸化シリコン、窒化シリコンおよび炭化シリコンが含まれる。これらの材料の絶縁特性は、多くの応用例で許容されるものであるが、比誘電率も比較的大きく、それによって、近接した導電性素子間で容量性結合が生じる恐れがある。このことは、導電性回路素子間の距離が絶えず減少し、多層構造が使用されることを考慮すると、特に不利である。隣接する配線間の不必要な容量性結合により、そこを通過する信号のＲＣ時間遅れが増加し、その結果、デバイスの性能が低下する。したがって、特定の応用例では、比較的小さい比誘電率（たとえば、κ＜３）を有する絶縁材料が望まれる。
【０００３】
半導体製造業界では、ある種の有機ポリマーは、その「ｌｏｗ−ｋ」誘電特性で知られており、こうしたポリマーは、しばしば、ダマシン構造内で金属間絶縁に用いられる。一般に、これらのポリマーは、芳香族熱硬化性樹脂、ポリアリーレンエーテルおよび架橋ポリフェニレン・ポリマーに分類される。このようなポリマーの例には、The Dow Chemical Companyが製造するＳｉＬＫ（Ｒ）、いずれもHoneywell corporationが製造するＦＬＡＲＥ（Ｒ）およびＧＸ３（Ｒ）が含まれる。たとえば、ＳｉＬＫ（Ｒ）は、一般に、ウエハ・トラック中でフォトリソグラフィ・レジストの塗布に用いるプロセスに類似のスピン・コーティングによって半導体ウエハに塗布される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、半導体製造において、ＳｉＬＫ（Ｒ）のような全ｌｏｗ−ｋ誘電体の集積化には、いくつかの挑戦課題がある。たとえば、ｌｏｗ−ｋ誘電体材料と相互接続材料（たとえば、銅、酸化物）の熱膨張の差による影響である。特に、ＳｉＬＫ（Ｒ）の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、４００〜４４０℃までは約１３３ｐｐｍであり（ＳｉＬＫ（Ｒ）は、集積化中に４００〜４５０℃で硬化する）、銅および酸化物のＣＴＥはそれぞれ約１７ｐｐｍおよび４ｐｐｍである。このようにＣＴＥの差異が比較的大きいので、約１０００回の熱サイクルの後で、しばしば、スタック・バイアの不良（たとえば、剪断変形したバイア）が生じる。この構造的な問題に対処するために、以前の手法では、全ＳｉＬＫ（Ｒ）誘電体の代わりにＳｉＬＫ（Ｒ）と酸化物のハイブリッド構造を使用した。このハイブリッド構造では、酸化物はすべてバイア・レベル内で用いられる。ただし、バイア・レベルでＳｉＬＫ（Ｒ）の代わりに酸化物を使用する上での１つのトレードオフは、酸化物の比誘電率がより大きいために、ＲＣ遅延がより大きくなることである。加えて、単一ダマシン・ハイブリッド構造に関連してコストもより高くなる。
【０００５】
したがって、ＢＥＯＬ（バックエンド・ライン）相互接続部の構造的な完全性をいままでどおり維持しながら、ＳｉＬＫ（Ｒ）などの誘電体材料のｌｏｗ−ｋ特性を利用できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記で論じた従来技術の欠点および欠陥は、下部メタライゼーション・レベルの上に形成した有機ｌｏｗ−ｋ（低比誘電率）誘電体層を含む半導体デバイス用相互接続構造によって克服されるか、あるいは軽減される。ここで形成するバイアは、ｌｏｗ−ｋ誘電体層内にあり、下部メタライゼーション・レベル内に形成した下部メタライゼーション・ラインを、上部メタライゼーション・レベル内に形成した上部メタライゼーション・ラインに結合する。このバイアは、ｌｏｗ−ｋ誘電体層の熱膨張後に生じる剪断力からバイアを保護するようなＣＴＥ（熱膨張係数）を有する材料から選択した構造カラーで取り囲まれる。
【０００７】
別の態様では、半導体デバイス用相互接続構造中の熱機械的応力を低減する方法は、下部メタライゼーション・レベルの上に有機ｌｏｗ−ｋ（低比誘電率）誘電体層を形成することを含む。開口を、ｌｏｗ−ｋ誘電体層中で、かつ前記下部メタライゼーション・レベル内に形成した下部メタライゼーション・ラインの上に画定する。ｌｏｗ−ｋ誘電体層中に形成したこの開口は、ｌｏｗ−ｋ誘電体層の熱膨張後に生じる剪断力からバイアを保護するのに十分なＣＴＥ（熱膨張係数）を有する構造材料で充填する。次いで、この構造材料中にバイア開口を画定し、その後、このバイア開口を導電性バイア材料で充填する。構造材料の残りの部分は、バイア材料を取り囲む保護カラーを形成する。
【０００８】
別の態様では、半導体デバイス用相互接続構造を形成する方法は、下部メタライゼーション・レベルの上に有機ｌｏｗ−ｋ（低比誘電率）誘電体層を形成することを含み、このｌｏｗ−ｋ誘電体層は、下部メタライゼーション・レベルの上のバイア・レベルおよびバイア・レベルの上の上部メタライゼーション・レベルを画定するのに十分な厚さで形成する。開口を、ｌｏｗ−ｋ誘電体層中で、かつ下部メタライゼーション・レベル内に形成した下部メタライゼーション・ラインの上に画定する。次いで、この開口は、後で中に形成するバイアをｌｏｗ−ｋ誘電体層の熱膨張後に生じる剪断力から保護するのに十分なＣＴＥ（熱膨張係数）を有する構造材料で充填する。次いで、この構造材料中にバイア開口を画定し、このバイア開口の上で上部メタライゼーション・ライン開口を画定する。このバイア開口および上部メタライゼーション・ライン開口を導電性材料で充填し、それによって、下部メタライゼーション・ラインを上部メタライゼーション・ラインに結合するバイアを画定する。構造材料の残りの部分は、このバイアを取り囲む保護カラーを形成する。
【０００９】
例示の図面を参照すると、いくつかの図では同様の要素が同様に番号付けされている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書では、（バイア・レベルでｌｏｗ−ｋ誘電体を酸化物に完全に置き換えずに）スタック・バイア中の熱機械的応力を低減し、同時に、コスト効果の高い集積化解決策を提供する構造および方法を開示する。簡単に述べると、半導体デバイス中の上部および下部メタライゼーション・レベルの間のバイア・レベルを、ＳｉＬＫ（Ｒ）などの主に有機ｌｏｗ−ｋ材料で形成する。ただし、実際のバイア・メタライゼーションは、金属充填物のＣＴＥにより合致した薄肉構造カラー（たとえば、酸化物）で取り囲まれ、それによって、有機ｌｏｗ−ｋ材料の熱膨張からバイアが保護される。このカラーは、以下でより詳しく説明するように、シングル・ダマシン・プロセスまたはデュアル・ダマシン・プロセスで形成することができる。メタライゼーションは、バイア・レベルにおいて熱膨張に対してより脆弱であるが、この構造カラーを、ライン・レベルにおける側面ライナ材料として利用し、追加の支持手段とすることもできる。
【００１１】
図１は、複数の半導体デバイス・レベル１００ａ、１００ｂ、１００ｃの実施形態の例を示す断面図である。図では、構造的に強化されたバイア１２が、下部メタライゼーション・ライン１４を上部メタライゼーション・ライン１６に結合する。バイア１２は、剛体材料、たとえば、ＳｉＯ２、ＳｉＣＯＨ、炭化物、窒化物および金属酸化物または金属充填材料のものに匹敵するＣＴＥを有する他の適当な材料で形成することができる薄肉構造カラー１８で取り囲まれる。他のところでは、レベル間誘電体材料は、有機ｌｏｗ−ｋ材料２０、たとえばＳｉＬＫ（Ｒ）であり、製作においてはスピンで塗布されるのが好ましい。こうすると、ｌｏｗ−ｋ誘電体の利益が得られ、同時に、バイア上で生じる横剪断力の点で、ＳｉＬＫ（Ｒ）の大きいＣＴＥがバイア１２に及ぼす有害な影響に対処できる。
【００１２】
シングル・ダマシン・プロセスを実施する場合、保護構造カラーの形成は、容易に製作プロセスに統合される。たとえば、充填、研磨およびキャップ形成などによって下部メタライゼーション・レベル１０ａ（たとえばＭ１）を完成させた後で、次のレベル（バイア・レベル１０ｂ）を、シングル・ダマシン厚さのＳｉＬＫ（Ｒ）または他のスピンによる有機ｌｏｗ−ｋ誘電体で被覆する。１つ（または複数）の適当なハードマスク層の塗布後、バイア・レベル１０ｂをパターン形成してバイア（たとえばＶ１）を画定する。ただし、カラー１８の形成に対応するために、バイア・レベル１０ｂ中でパターン化する開口は、従来方式で形成するバイア１２用の通常の開口よりも大きく作製する。レベル１０ｂ中に開口を形成した後、既存のＣＶＤ／ＰＶＤ技術またはスピン技術によって、酸化物などの構造的保護材料で開口を充填する。
【００１３】
酸化物充填材料を平坦化した後で、後続のパターン形成およびエッチング・ステップを用いてバイア開口を画定する。酸化物充填材料用に作製した開口よりもわずかに小さい直径を有するようにバイア開口をパターン形成することになるので、バイア開口を取り囲む酸化物材料の薄肉側壁層（たとえば、約１００Å〜約４５０Å）が得られる。次いで、周知のダマシン・プロセス技術に従ってＶ１メタライゼーションを追加し、その後、それを平坦化してバイア・レベル１０ｂを完成させる。次いで、別のｌｏｗ−ｋ誘電体の塗布から始めて、上部メタライゼーション・レベル１０ｃを形成し、上部メタライゼーション・ライン１６（たとえばＭ２）を画定し充填してバイア１２に結合する。やがて理解されるように、カラー１８の厚さは、バイア１２の構造的な完全性を維持するのに十分であるが、カラー材料がｌｏｗ−ｋ材料でなく、たとえば酸化物材料である場合に、容量性結合に大きな影響を及ぼすほど厚くはない。
【００１４】
概略的に、図２〜６を参照すると、図１に示すものに類似のバイア・カラーを形成する際に実施することができるシングル・ダマシンによる集積化方式１００の別の例が示されている。図２の下の部分に、前に形成した下部メタライゼーション・ラインを概略的にＭ（ｘ−１）で示し、それによって、この下部メタライゼーション・ラインは、所与の半導体デバイスの複数のメタライゼーション・レベルの任意のところで物理的に配置することができることを示す。さらに、シングル・ダマシン構造用に被覆させるｌｏｗ−ｋ誘電体材料（ＳｉＬＫ（Ｒ））の次の層１０４の準備として、下部メタライゼーション・レベルの上にキャップ層１０２を形成する。ＳｉＬＫ（Ｒ）の塗布後、続けて、その上に１つまたは複数のハードマスク材料層１０５を形成する。
【００１５】
図３で、ハードマスク１０５の上にフォトレジスト層１０６を塗布し、その後、画像形成しパターン形成してバイアを形成し、それによって下部メタライゼーションに結合する。次いで、図４で、ハードマスク１０５、ＳｉＬＫ（Ｒ）層１０４およびキャップ層１０２を貫通してエッチングすることによってバイア開口１０７を画定し、それによってＭ（ｘ−１）を露出させる。この実施形態では、図５に示すように、ハードマスク１０５、バイア開口１０７の壁およびＭ（ｘ−１）の上に、保護（たとえば、酸化物）材料を共形に被着させて、層１０８形成する。被着後、図６に示すように、層１０８を１方向にエッチング（すなわち、異方性エッチング）して、バイア壁上にカラー構造１０９を残す。このように、このプロセスの実施形態により、開口１０７を完全に充填する酸化物に関連する追加のリソグラフィ・ステップおよびＣＭＰステップの必要がなくなることが理解されよう。
【００１６】
前に述べたように、保護バイア・カラーの形成は、デュアル・ダマシン・プロセスにも適している。図７〜１２に、保護材料でバイア・レベルにライナを付けて、図１に示す実施形態に類似の保護カラー状の構造にする際に実施することができるデュアル・ダマシンによる集積化方式２００の例の一実施形態を示す。図７の下の部分に、前に形成した下部メタライゼーション・ラインを概略的にＭ（ｘ−１）で示し、それによって、下部メタライゼーション・ラインは、所与の半導体デバイスの複数のメタライゼーション・レベルの任意のところで物理的に配置することができることを示す。さらに、デュアル・ダマシン構造用に被覆させるｌｏｗ−ｋ誘電体材料（ＳｉＬＫ（Ｒ））の次の層２０４の準備として、下部メタライゼーション・レベルの上にキャップ層２０２を形成する。すなわち、ＳｉＬＫ（Ｒ）は、バイアおよび次のメタライゼーション・レベルの両方に十分な厚さで塗布する。ＳｉＬＫ（Ｒ）の塗布後、続けて、その上に１つまたは複数のハードマスク材料層２０５を形成する。
【００１７】
図８に、ＳｉＬＫ（Ｒ）層２０４を完全に貫通し、下部メタライゼーション・ラインＭ（ｘ−１）の上のキャップ層２０２に至る、概略的にＭｘで示すことになる１つ（または複数）の上部メタライゼーション・ラインを、（パターン形成しエッチングすることによって）画定するところを示す。この特定の実施形態では、上部メタライゼーション・ラインＭｘの設計幅に従ってこの開口をパターン形成する。次いで、図９に示すように、図８で形成した開口内に、構造カラー／ライナ用に用いる材料２０６を充填する。この場合も、例示の構造材料２０６は、ＣＶＤ／ＰＶＤ技術またはスピン技術によって被着させた酸化物であり得る。次いで、バイア（Ｖｘ）および上部メタライゼーション・ラインＭｘのリソグラフィ・ステップおよびエッチング・ステップの準備として、酸化物材料２０６を平坦化する。
【００１８】
次に図１０を参照すると、バイアＶｘの開口２０８を画定するために第１リソグラフィ／ＲＩＥが行われる。その後、図１１で、第２リソグラフィ／ＲＩＥステップを用いて、酸化物材料２０６中に、上部メタライゼーション・ラインＭｘ用のトレンチ状の開口２１０を画定する。この工程では、図８のエッチング・ステップで用いたのと同じマスクを使用して第２リソグラフィ／ＲＩＥステップを行うことができることに留意されたい。最後に、図１２で、デュアル・ダマシン・プロセスに従って開口２０８および２１０内にライナおよびメタライゼーション材料を被着させ、その後、過剰な金属を平坦化して第１ハードマスク層の高さにする。図からわかるように、バイアＶｘに隣接する酸化物材料２０６の残りの部分がバイア・レベル内でサイドラインを形成し、それによって、デバイスがアニールなどの高温プロセスにかけられるとき、膨張するＳｉＬＫ（Ｒ）層２０４の剪断力からバイア材料を保護する。
【００１９】
バイア・レベルおよび上部メタライゼーション・レベル内で、酸化物材料２０６を構造ライナとして用いる別のデュアル・ダマシン実施形態を図１３ないし１８に示す。すなわち、図１４に示すように、ＳｉＬＫ（Ｒ）層２０４のパターン形成およびエッチングで露光を過剰に行って、ＭｘレベルおよびＶｘレベルをともに貫通する（図８に示す開口に比べて）より大型の開口２１２を作製し、それによって、最終的にＭｘラインのエッチング後に酸化物材料をいくらか残すことができる。前の実施形態の例と同じく、図１５に示すように、図１４で形成した開口内に、構造カラー／ライナ用に用いる酸化物材料２０６を充填する。次いで，図１６に示すように、バイアＶｘ用の開口２０８を画定するためにリソグラフィ／ＲＩＥを実施する。
【００２０】
ただし、第２リソグラフィ／ＲＩＥステップを実施してＭｘ用の開口２１０を画定するとき、パターンを過剰に露光しない。したがって、開口２１０は開口２１２よりも小さくなり、それによって、図１７に示すように、上部メタライゼーション・レベルを部分的に取り囲む側壁２１４が形成される。次いで、図１８に示すように、デュアル・ダマシン金属充填を行ってＶｘおよびＭｘを形成し、その後、過剰な金属を平坦化して第１ハードマスク層の高さにする。
【００２１】
どちらのデュアル・ダマシン方式を用いるかに関わらず、上記で説明したプロセスの実施形態は、バイア・レベルで、あるいはバイア・レベルおよびライン・レベルの両方で、（たとえば、ＳｉＯ２、ＳｉＣＯＨ、窒化物、炭化物および金属酸化物などの）保護層を提供する。この場合、プロセスの変更／ステップの数はわずかしか増加しない。図７〜１１の場合、（新しいマスクを必要としない）１つの追加リソグラフィ／ＲＩＥステップ、１つの追加ＣＭＰ（平坦化）ステップおよび１つの追加酸化ステップがある。これは、過剰露光で第１リソグラフィ／ＲＩＥステップを実施して、上部メタライゼーション・レベルで薄肉酸化物ライナ用により広い開口を形成する点を除き、図１３〜１７の実施形態でもそうである。さらに、酸化物の（またはどんな材料を選択した場合でも）個々の厚さ／寸法を、技術要件に合わせることができる。図２〜６の実施形態の場合もそうであるように、保護カラーはバイアの銅と接触しそのＣＴＥにより合致して、熱サイクルによって生じるスタック・バイアの不良を防止する。
【００２２】
好ましい一実施形態または複数の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができ、その要素を等価物で置き換えることができることが当業者には理解されよう。さらに、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に多くの改変を加えて個々の状況または材料に適合させることもできる。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図された最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の範囲に含まれるすべての実施形態を含むものとする。
【００２３】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００２４】
（１）下部メタライゼーション・レベルの上に形成した有機低比誘電率（ｌｏｗ−ｋ）誘電体層と、
前記下部メタライゼーション・レベル内に形成した下部メタライゼーション・ラインを、上部メタライゼーション・レベル内に形成した上部メタライゼーション・ラインに結合する前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層内に形成したバイアと、
前記バイアを取り囲み、前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層の熱膨張に続いて生じる剪断力から前記バイアを保護することができる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料から選択される構造カラーとを備える、半導体デバイス用の相互接続構造。
（２）前記構造カラー材料が、酸化物、窒化物、炭化物および前記材料の少なくとも１つを含む組合せから選択される、上記（１）に記載の相互接続構造。
（３）前記構造カラーが、１００Å（オングストローム）〜４５０Åの側壁厚さを有する、上記（１）に記載の相互接続構造。
（４）前記構造カラー材料を用いて、前記上部メタライゼーション・ラインを部分的に取り囲むライナをも形成する、上記（１）に記載の相互接続構造。
（５）前記バイアの周りの垂直面上にのみ前記構造カラーを形成する、上記（１）に記載の相互接続構造。
（６）下部メタライゼーション・レベルの上に有機低比誘電率（ｌｏｗ−ｋ）誘電体層を形成するステップと、
前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中、かつ前記下部メタライゼーション・レベル内に形成した下部メタライゼーション・ラインの上に開口を画定するステップと、
前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層の熱膨張に続いて生じる剪断力からバイアを保護するのに十分な熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する構造材料で前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中に形成した前記開口を充填するステップと、
前記構造材料中にバイア開口を画定するステップと、
導電性バイア材料でバイア開口を充填するステップとを含み、前記構造材料の残りの部分が、前記バイア材料を取り囲む保護カラーを形成する、半導体デバイスの相互接続構造中の熱機械的応力を低減する方法。
（７）前記構造材料が、酸化物、窒化物、炭化物および前記材料の少なくとも１つを含む組合せから選択される、上記（６）に記載の方法。
（８）前記バイア材料を取り囲む前記保護カラーが、１００Å（オングストローム）〜４５０Åの厚さを有する、上記（６）に記載の方法。
（９）前記構造材料で前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中に形成した前記開口を充填する前記ステップが、前記開口中に前記構造材料の層を共形に被着させるステップ、その後、前記構造材料の前記共形に被着させた層をエッチングし、それによって、前記構造材料が前記開口の垂直面上にのみ残るステップとをさらに含む、上記（６）に記載の方法。
（１０）前記開口の前記垂直面上に残る前記構造面によって前記バイア開口が画定される、上記（９）に記載の方法。
（１１）下部メタライゼーション・レベルの上のバイア・レベルおよび前記バイア・レベルの上の上部メタライゼーション・レベルを画定するのに十分な厚さで、前記下部メタライゼーション・レベルの上に有機低比誘電率（ｌｏｗ−ｋ）誘電体層を形成するステップと、
前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中、かつ前記下部メタライゼーション・レベル内に形成した下部メタライゼーション・ラインの上に開口を画定するステップと、
前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層の熱膨張に続いて生じる剪断力から、後で中に形成するバイアを保護するのに十分な熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する構造材料で前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中の前記開口を充填するステップと、
前記構造材料中にバイア開口を画定するステップと、
前記バイア開口の上で上部メタライゼーション・ライン開口を画定するステップと、
前記バイア開口および前記上部メタライゼーション・ライン開口を導電性材料で充填し、それによって、前記下部メタライゼーションを上部メタライゼーション・ラインに結合するバイアを画定するステップとを含み、前記構造材料の残りの部分が前記バイアを取り囲む保護カラーを形成する、半導体デバイス用の相互接続構造を形成する方法。
（１２）前記構造材料が、酸化物、窒化物、炭化物および前記材料の少なくとも１つを含む組合せから選択される、上記（１１）に記載の方法。
（１３）前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中に形成した前記開口の幅が、前記上部メタライゼーション・ライン開口とほぼ同じであり、それによって、前記上部メタライゼーション・ライン開口が画定されるとき、前記上部メタライゼーション・レベルから前記構造材料が除去される、上記（１１）に記載の方法。
（１４）前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中に形成した前記開口の幅が、前記上部メタライゼーション・ライン開口よりも大きく、それによって、前記上部メタライゼーション・ライン開口が画定されるとき、前記上部メタライゼーション・レベル内の前記構造材料の残りの部分が前記上部メタライゼーション・ラインを部分的に取り囲むライナを形成する、上記（１１）に記載の方法。
（１５）前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中の前記開口および前記上部メタライゼーション・ライン開口を形成する際に共通のフォトリソグラフィ・マスクを使用し、前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層中の前記開口の形成時に前記マスクを過剰に露光する、上記（１４）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に従って、下部メタライゼーション・ラインを上部メタライゼーション・ラインに結合するバイアが周囲の剛体カラーで構造的に強化される、複数の半導体デバイス・レベルを示す断面図である。
【図２】図１に示すものに類似のバイア・カラーを形成する際に実施することができるシングル・ダマシンによる集積化方式の例の加工ステップを示す断面図である。
【図３】図１に示すものに類似のバイア・カラーを形成する際に実施することができるシングル・ダマシンによる集積化方式の例の加工ステップを示す断面図である。
【図４】図１に示すものに類似のバイア・カラーを形成する際に実施することができるシングル・ダマシンによる集積化方式の例の加工ステップを示す断面図である。
【図５】図１に示すものに類似のバイア・カラーを形成する際に実施することができるシングル・ダマシンによる集積化方式の例の加工ステップを示す断面図である。
【図６】図１に示すものに類似のバイア・カラーを形成する際に実施することができるシングル・ダマシンによる集積化方式の例の加工ステップを示す断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態に従って、保護材料でバイア・レベルにライナを付けて保護カラー状の構造にする際に実施することができるデュアル・ダマシンによる集積化方式の例の加工ステップを示す断面図である。
【図８】本発明の別の実施形態に従って、保護材料でバイア・レベルにライナを付けて保護カラー状の構造にする際に実施することができるデュアル・ダマシンによる集積化方式の例の加工ステップを示す断面図である。
【図９】本発明の別の実施形態に従って、保護材料でバイア・レベルにライナを付けて保護カラー状の構造にする際に実施することができるデュアル・ダマシンによる集積化方式の例の加工ステップを示す断面図である。
【図１０】本発明の別の実施形態に従って、保護材料でバイア・レベルにライナを付けて保護カラー状の構造にする際に実施することができるデュアル・ダマシンによる集積化方式の例の加工ステップを示す断面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態に従って、保護材料でバイア・レベルにライナを付けて保護カラー状の構造にする際に実施することができるデュアル・ダマシンによる集積化方式の例の加工ステップを示す断面図である。
【図１２】本発明の別の実施形態に従って、保護材料でバイア・レベルにライナを付けて保護カラー状の構造にする際に実施することができるデュアル・ダマシンによる集積化方式の例の加工ステップを示す断面図である。
【図１３】保護材料でバイア・レベルおよび上部メタライゼーション層にライナを付けて保護カラー状の構造にする際に実施することができる別のデュアル・ダマシンによる集積化方式の加工ステップを示す断面図である。
【図１４】保護材料でバイア・レベルおよび上部メタライゼーション層にライナを付けて保護カラー状の構造にする際に実施することができる別のデュアル・ダマシンによる集積化方式の加工ステップを示す断面図である。
【図１５】保護材料でバイア・レベルおよび上部メタライゼーション層にライナを付けて保護カラー状の構造にする際に実施することができる別のデュアル・ダマシンによる集積化方式の加工ステップを示す断面図である。
【図１６】保護材料でバイア・レベルおよび上部メタライゼーション層にライナを付けて保護カラー状の構造にする際に実施することができる別のデュアル・ダマシンによる集積化方式の加工ステップを示す断面図である。
【図１７】保護材料でバイア・レベルおよび上部メタライゼーション層にライナを付けて保護カラー状の構造にする際に実施することができる別のデュアル・ダマシンによる集積化方式の加工ステップを示す断面図である。
【図１８】保護材料でバイア・レベルおよび上部メタライゼーション層にライナを付けて保護カラー状の構造にする際に実施することができる別のデュアル・ダマシンによる集積化方式の加工ステップを示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０ａ  半導体デバイス・レベル、下部メタライゼーション・レベル
１０ｂ  半導体デバイス・レベル、バイア・レベル
１０ｃ  半導体デバイス・レベル、上部メタライゼーション・レベル
１２  バイア
１４  下部メタライゼーション・ライン
１６  上部メタライゼーション・ライン
１８  構造カラー
２０  有機ｌｏｗ−ｋ材料
１００  シングル・ダマシンによる集積化方式
１０２  キャップ層
１０４  ｌｏｗ−ｋ誘電体材料層
１０５  ハードマスク材料層
１０６  フォトレジスト層
１０７  バイア開口
１０８  保護層
１０９  カラー構造
２００  デュアル・ダマシンによる集積化方式
２０２  キャップ層
２０４  ｌｏｗ−ｋ誘電体材料層
２０５  ハードマスク材料層
２０６  構造材料、酸化物材料
２０８  バイア開口
２１０  トレンチ状開口
２１２  開口
２１４  側壁
Ｍｘ  上部メタライゼーション・ライン
Ｍ（ｘ−１）  下部メタライゼーション・ライン
Ｖｘ  バイア
【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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