(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体装置において所定のチャネル内に相互接続部を形成する。【解決手段】半導体基板の上に窒化シリコン層２３を形成する工程と、前記窒化シリコン層に第１の開口部を形成する工程と、前記第１の開口部を導電性プラグ４１で充填する工程と、前記窒化シリコン層と前記導電性プラグの上に誘電体層５０を形成する工程と、前記誘電体層の上、およびその一部が少なくとも前記導電性プラグ４１及び窒化シリコン層２３の上に存在するよう相互接続部６１を形成する工程と、前記相互接続部を形成した後、前記誘電体層を除去する工程と、前記相互接続部の上に不働態層８０を形成して、前記窒化シリコン層２３、導電性プラグ４１および不働態層８０とで前記相互接続部６１を包囲する工程と、からなる、半導体基板の上に相互接続部を形成する方法。【選択図】図８
2004312028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に窒化シリコン層を形成する工程と、
前記窒化シリコン層をパターン化して、第１の開口部を有するパターン化された窒化シリコン層を形成する工程と、
前記第１の開口部を導電性プラグで充填する工程と、
前記パターン化された窒化シリコン層と前記導電性プラグの上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層をパターン化して、少なくとも一部が前記導電性プラグの上に存在するよう形成された相互接続チャネルを有するパターン化された誘電体層を形成する工程と、
前記パターン化された誘電体層の上、および前記相互接続チャネルの内部に相互接続層を形成する工程と、
前記相互接続層をパターン化してその一部が少なくとも前記導電性プラグ及びパターン化された窒化シリコン層の上に存在するよう相互接続部を形成する工程と、
前記相互接続部を形成した後、前記パターン化された誘電体層を除去する工程と、
前記相互接続部の上に不働態層を形成して、前記パターン化された窒化シリコン層、導電性プラグおよび不働態層とで前記相互接続部を包囲する工程と、
からなる、半導体基板の上に相互接続部を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の分野に関するものであり、とくに、それらの装置のための相互接続部の形成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置がサブミクロンの寸法まで小さくされるにつれて、信頼性のあるサブミクロン相互接続（相互接続部）の形成が次第に重要になってきている。またサブミクロン装置にとっては、相互接続部の形成中およびワイヤリングの形成中、および装置製造の他の工程中にプレーナ技術を使用することも重要である。それらの製造は以下に説明する１つまたは複数の理由から失敗する。
【０００３】
共通な相互接続形成法は、１）少なくとも１つの下側層に接触開口部を有するパターン化された誘電体層を形成する工程と、２）そのパターン化された誘電体層の上に金属層を付着する工程と、３）金属層の上にパターン化されたフォトレジスト層を付着する工程と、４）金属層をエッチングして相互接続部を形成する工程と、５）パターン化されたフォトレジスト層を除去する工程とを含む。この方法にはいくつかの問題がある。まず、金属層のステップカバレジが典型的には狭いから、接触開口部の壁に沿って金属層が薄くさせられる。金属層が薄いと抵抗値が高くなり、装置にストレスが加えられると金属層は破壊されることがあり、それによって回路が開かれることになる。第２に、エッチングに問題がある。ウエスト化学エッチング剤が等方的にエッチングし、サブミクロン装置では寸法制御が一般に不十分である。ドライエッチングが典型的に用いられるが、銅および金のようなある主の金属の層はプラズマエッチングは困難である。第３に、アルミニウムはプラズマエッチングできるが、これにも問題がある。基板は典型的には合金にされ、またはアルミニウムを付着して、パターン化した後で少なくとも１つの熱サイクルにさらされる。熱サイクルはアルミニウムを、接触開口部の底にあるシリコン基板の中へ突き出させることがある。また、合金化またはその他のメタライゼーションの後の熱サイクル中に盛り上がった部分を生ずることがある。それらの盛り上がった部分は相互接続部から突き出て、隣接する相互接続部の間で電気的接続を行い、相互接続部を一緒に短絡することがある。第４に、前述した問題のいずれも生ずる事なしに相互接続部を形成できるとしても、相互接続部を覆う後の誘電体層が、狭い間隔をおいて隔てられている相互接続部の間にステップカバレジの問題を生じ、またはプレーナ化プロセスを必要とする。
【０００４】
選択的無電解金属付着（ＳＥＭＤ）はサブミクロン幅の相互接続部を形成できる方法である。誘電体層を付着し、パターン化して相互接続チャネルを有するパターン化された誘電体層を形成する。この明細書において使用する相互接続チャネルという用語は誘電体層内部のパターンであって、誘電体層の一部がエッチングにより除去された部分を指す。その後で相互接続チャネル内に相互接続部を形成する。ＳＥＭＤを用いて金属を付着する前に、金属を付着させる表面を相互接続チャネル内で処理する事を必要とするから、金属はパターン化された誘電体層の上ではなくて、相互接続チャネル内に付着する。表面を処理する共通技術は、相互接続チャネルにシリコンイオンを少なくとも１×１０16イオン／cm2 の量で非常に高い濃度にドーピングすることを含む。別の処理法は、表面を活性化溶液に接触させることを含む。表面処理は少なくとも１つの付加処理工程を含むから、処理が複雑になる。表面処理は完全には効果的ではないことがあるから、金属が相互接続チャネル内部に適正に付着しないことがある。また、粒子その他の外来物質が誘電体層の上に付着して、それらの物質が金属付着中に核形成場所として作用することがある。したがって、金属粒子がパターン化された誘電体層の上に形成される。金属粒子は短絡その他の欠陥を装置内に生じさせることがある。表面処理工程の効果が一定でなく、複雑であること、および金属粒子が形成されることによって、ＳＥＭＤ法は大量生産には用いられていない。
【０００５】
二重象嵌法は、相互接続チャネル内部に相互接続部を形成する別の方法である。２段エッチング法を用いて１つの誘電体層を付着およびパターン化する。第１の工程は接触開口部内の誘電体層のほとんどをエッチングし、第２の工程は相互接続チャネルと、接触開口部内の誘電体層の残りをエッチングする。膜付着および不均一なエッチングのために、相互接続チャネルの深さを制御することは困難である。相互接続チャネルは、ウエハーの中央部では深すぎ、同じウエハーの縁部の近くでは浅すぎるから、ウエハーを横切る相互接続チャネルの抵抗値が大きく変動する結果となる。接触開口部の縦横比が２：１、３：１またはそれ以上のことがあるから、金属付着は複雑になる。高い縦横比のためにスパッタ付着はほとんど不可能である。接触開口部および相互接続チャネル内の化学的蒸着により金属層を付着できる。しかし、アルミニウム、銅、金、および銀のような広く用いられている相互接続材料は、大量生産では化学的蒸着によっては典型的には付着されない。ポリシリコンおよびタングステンは化学的蒸着により付着できるが、それらの材料の抵抗率はアルミニウム、銅、金、および銀の抵抗率より高いために、ポリシリコンおよびタングステンは相互接続材料としては一般的には用いられない。ＳＥＭＤ法を使用できるが、この方法には先に述べたような問題がある。また、相互接続チャネル内部に付着された金属が、接触開口部が充填される前に下側の接触開口部をふさぐとすると、ＳＥＭＤ法は金属の無い部分を生ずることがある。
【０００６】
銅は相互接続材料としては一般的には用いられない。銅は比較的安く、抵抗率が低いが、二酸化シリコンおよびシリコンへの拡散係数が比較的大きいからである。相互接続部からの銅は二酸化シリコン層内へ拡散して誘電体を導電性にして、二酸化シリコン層の絶縁耐力を低下させる。二酸化シリコン層への銅の拡散を阻止するために、銅の相互接続を少なくとも１つの拡散障壁で囲まなければならない。窒化シリコンは銅に対する拡散障壁であるが、窒化シリコンの誘電率が二酸化シリコンのそれより高いから、従来は相互接続部を窒化シリコン層の上に設けるべきではないとされていた。誘電率が高いと相互接続部と基板の間の容量が大きくなるが、これは望ましくない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した従来技術の欠点を改善した新規な相互接続チャネルを形成する方法およびその方法を利用して得られる半導体装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施例は半導体装置内部に相互接続チャネルすなわち相互接続部を形成する。一般に、半導体基板の上に第１の誘電体層を付着し、その第１の誘電体層をパターン化して、接触開口部すなわちバイア開口部を形成し、その開口部を充填して接触プラグすなわちバイアプラグを形成する。パターン化した第１の誘電体層および接触プラグすなわちバイアプラグの上に第２の誘電体層を付着し、その第２の誘電体層を選択的にエッチングして、第２の誘電体層内部に相互接続チャネルを形成する。第１の誘電体層および第２の誘電体層は２つ以上の個々の誘電体層を含むことができる。相互接続チャネルを形成するために第２の誘電体層を選択的に付着させる時に、第１の誘電体層がエッチング・ストップとして作用することが好ましい。第２の誘電体層の上および相互接続チャネルの内部に相互接続層を付着する。半導体基板を研磨溶液で研磨して、相互接続層のうち、第２の誘電体層の上にある部分を除去し、相互接続チャネル内部に相互接続部を形成する。相互接続層は障壁層と金属層を含むことができる。同様にして付加相互接続レベルを形成できる。必要があれば、別の相互接続レベルを形成する前に拡散障壁層を形成できる。最も上の相互接続レベルの上に不働態層を付着する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は数多くの面で従来技術より優れている。第２の誘電体層を選択的にエッチングする時に第１の誘電体層がエッチング・ストップとして作用するから、相互接続チャネルの深さは制御が容易である。相互接続チャネルの形成中に、第１の誘電体層を、非常に大きくエッチングすることなしにより長い過エッチングを使用できる。銅の相互接続部を形成できる。その相互接続部はアルミニウム相互接続部より薄くでき、しかも抵抗値は同じか、より低くできる。研磨工程により基板表面をほぼ平らにできる。したがって、プレーナ化のために求められる付加工程は不要である。一実施例は、誘電体材料、金属材料およびプラグ材料を選択する際には、より高い融通性を持たせるために、一実施例は囲まれた金属層を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施例は半導体装置内部に相互接続チャネルと相互接続部を形成する。一般に、基板上に第１の誘電体層を付着し、パターン化して、接触開口部すなわちバイア開口部を形成する。その開口部を充填して接触プラグすなわちバイアプラグを形成する。パターン化された第１の誘電体層および接触プラグすなわちバイアプラグの上に第２の誘電体層を付着し、その第２の誘電体層を選択的にエッチングして相互接続チャネルを形成する。第１の誘電体層または第２の誘電体層は２つ以上の個々の誘電体層を備えることができる。相互接続チャネルを形成するために第２の誘電体層を選択的にエッチングする時に、第１の誘電体層がエッチング・ストップとして作用することが好ましい。パターン化された誘電体層の上および相互接続チャネル内部に相互接続層を付着する。基板を研磨スラリで研磨し、相互接続層のうち、パターン化された第２の誘電体層の上にある部分を除去して、相互接続チャネル内部に相互接続部を形成する。相互接続部は障壁層と金属層を含むことができる。同様にして付加相互接続レベルを形成できる。必要があれば、別の相互接続レベルを形成する前に拡散障壁層を付着できる。最も上の相互接続レベルの上に不働態層を付着する。
【００１１】
本発明には何種類かの材料を使用できる。一般に、誘電体層は窒化シリコン層、二酸化シリコン（ドープされているか、ドープされていない）層、シリコン・オキシニトライド（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）、フロロポリマー、パリレンまたはポリイミドの層を１つまたは複数含む。相互接続層および金属層はアルミニウム、アルミニウム合金（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ．Ｃｕ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｓｃを含む）、銅、金、銀、タングステン、窒化チタン、ニオブまたはモリブデンを含む。接触プラグはタングステン、タンタル、窒化チタン、モリブデン、ポリシリコンまたはケイ化物（たとえば、ＴｉＳｉx、ＷＳｉx、ＭｏＳｉx、ＴａＳｉx、ＰｄＳｉx、ＣｏＳｉxおよびその他を含む）を含むことができる。拡散障壁層は窒化シリコン、りんけい酸塩ガラス（ＰＳＧ）、シリコン・オキシニトライド、アルミニウム、酸化アルミニウム（ＡｌxＯy）、タンタル・窒化チタン、ニオブ、またはモリブデンを含むことができる。それらの材料は化学的蒸着（ＣＶＤ）で付着することが望ましく、または、スパッタ付着で付着できる。
材料はいくつかの要素に基づいて選択する。接触開口部すなわちバイア開口部の深さをその幅より大きくできる。その開口部は、化学的蒸着により付着される材料で少なくとも部分的に充填すべきである。したがって、接触プラグすなわちバイアプラグはタングステンまたは高濃度にドープされたポリシリコンを含むことができる。その理由は、それらの材料を化学的蒸着により容易に付着できるからである。
【００１２】
第１の誘電体層および第２の誘電体層は種々の材料を典型的に含むから、相互接続チャネルを形成するために第２の誘電体層をパターン化する時に、第１の誘電体層はエッチング・ストップとして作用する。金属層が誘電体層内へ大きく拡散するものとすると、金属層を拡散障壁で囲むことができる。ある金属に対して拡散障壁である材料は、別の材料に対して拡散障壁でないことがある。ここで説明する実施例は各種の誘電体、拡散障壁、および金属の組合わせを含む。多数の可能な組合わせのために、誘電体、拡散障壁、および金属の組合わせのあらゆる可能性はこの明細書には含まれない。シリコン、誘電体層または耐火性金属への金属の拡散係数およびそれらの材料と金属との相互作用を決定するために試験を行うことができる。試験を行う材料を基板上に形成し、材料が受ける最高の温度サイクルをそれらの材料に課する。たとえば、オージェ分析、ＳＩＭＳ分析、電圧−容量測定、電流−電圧測定等を含む方法により拡散係数および相互作用を決定できる。拡散係数および相互作用を受けることができるものとすると、相互接続部を形成する時に材料を誘電体、拡散障壁、または金属材料として使用できる。
【００１３】
この実施例を用いて、ポリシリコン・ゲート、語線、ソース領域、ドレイン領域、ビット線、ベース、エミッタ、コレクタ等を含む装置構造へ電気的接触を行うことができる。シリコン層内のＮ＋ 領域へ電気的接触を行うことに関連して本発明を説明するが、ＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ、ＣＭＯＳ、ＢｉＭＯＳ、バイポーラ、マルチチップ・モジュール（ＭＣＭ）およびIII-VI族半導体を含めて、任意の半導体技術に本発明を使用できることが当業者には明らかであろう。
【００１４】
図１は本発明の好適な実施例の流れ図を示す。一般に、ホウリンケイ酸塩（ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｌｉｃａｔｅ）ガラス（ＢＰＳＧ）層および窒化シリコン層を付着し、パターン化して接触開口部を形成する。その開口部に、窒化チタンおよびタングステンを含む接触プラグを充填する。次に、二酸化シリコン層を付着し、パターン化して相互接続チャネルを形成する。そのパターン化された誘電体層の上と相互接続チャネルの内部に窒化チタン層と銅層を付着する。それから、基板を化学的および機械的に研磨して、窒化チタン層と銅層のうち、パターン化された二酸化シリコン層の上にある部分を除去する。研磨工程の後で、基板の上に付加相互接続レベルを同様なやり方で形成できる。最後の相互接続層を形成した後で、基板の上にシリコン・オキシニトライド不働態層を付着する。
【００１５】
相互接続チャネルの以下に説明するパターン化は、いくつかの周知の方法のいずれか１つにより行うことができる。サブミクロン範囲の下側（約０．５μｍまたはそれ以下）における線幅では、たとえば、電子ビーム・リソグラフィー、Ｘ線リソグラフィー、または短波長紫外線リソグラフィーを使用できる。本発明においては、ステッパ装置における短波長紫外線リソグラフィーを用いて、幅が約０．４μｍのチャネルを確実に製造する。
【００１６】
ここで説明している好適な実施例においては、相互接続部が半導体基板内のＮ＋ 領域へ電気的に接触する。図２は単結晶シリコン層２０とＮ＋ 領域２１を有する基板を含む。この基板の上にホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）層２４を付着する。このＢＰＳＧ層２２は二酸化シリコンと、約４重量％のホウ素と、約４重量％のリンとを含み、約８０００オングストロームの厚さに付着する。ＢＰＳＧ層２２の厚さは約５０００〜１００００オングストロームの範囲にでき、ナトリウムイオン・ゲッタを含むＢＰＳＧ層２２に望まれる特性と、ガラス層の特性とに応じてホウ素とリンの含有量を変えることができる。ＢＰＳＧ層２２に熱サイクルを加えてＢＰＳＧ層２２を高密度化またはリフローする。熱サイクルのための条件はこの技術において周知である。約１０００オングストロームの厚さの窒化シリコン層２３をＢＰＳＧ層２２の上に付着する。この窒化シリコン層２３はＢＰＳＧ層２２と比較して比較的薄いが、後のエッチング工程においてエッチング・ストップとして作用するためには十分に厚い。窒化シリコン層の厚さは約５００〜１５００オングストロームにすべきである。好適な実施例においては、ＢＰＳＧ層２２と窒化シリコン層２３は第１の誘電体層を構成する。
【００１７】
基板にフォトレジスト層を付着する。そのフォトレジスト層を露光し、現像して、領域２１のような接触すべき領域の上に開口部を有するパターン化されたフォトレジスト層（図示せず）を形成する。それから、フォトレジスト層内の開口部により露出させられた窒化シリコン層とＢＰＳＧ層を周知の方法によりエッチングする。エッチングによりフォトレジスト層を選択的に除去してパターン化された第１の誘電体層を残す。そのパターン化された第１の誘電体層は、図３に示すように、Ｎ＋ 領域２１まで延長して、幅が約０．３μｍである接触開口部３０を有する。次に、窒化チタン層４０を約１２００オングストロームの厚さで、パターン化された第１の誘電体層と接触開口部に付着する。窒化チタン層４０の典型的な厚さは５００〜１５００オングストロームである。タングステン層４１を約５０００オングストロームの厚さに化学的蒸着する。タングステン層４１の厚さは、窒化チタン層４０とタングステン層４１の組合わせが接触開口部３０を完全に充填するために少なくとも十分な厚さにすべきである。基板を異方的にエッチングして接触プラグを形成する。図４に示すように、その接触プラグは窒化チタン層４０とタングステン層４１を含む。別の実施例においては、１）接触プラグはタングステン、高濃度にドープされたポリシリコン、またはケイ化物が、後で付着する金属層に対する拡散障壁であるか、２）金属層を付着する前にタングステン、高濃度にドープされたポリシリコン、またはケイ化物の上に障壁層を付着する限り、タングステン、高濃度にドープされたポリシリコン、またはケイ化物で構成できる。
【００１８】
次に、二酸化シリコン層を約６０００オングストロームの厚さに付着する。この二酸化シリコンの上にフォトレジスト層を被覆し、そのフォトレジスト層をパターン化して、相互接続チャネル・パターンを有するパターン化されたフォトレジスト層（図示せず）を形成する。パターン化されたフォトレジスト層により露出された二酸化シリコン層を、好適な実施例においては反応イオン・エッチング（ＲＩＥ）を用いてエッチングして相互接続チャネル５１を形成する。窒化シリコン、窒化チタン、およびタングステンのエッチング速度が二酸化シリコンのエッチング速度より低いように、ＲＩＥガス化学現象を当業者が選択できる。したがって、相互接続チャネルのエッチング工程中に窒化シリコン層２３はエッチング・ストップとして作用する。パターン化されたフォトレジスト層を除去して、幅がおのおの約０．１μｍまたはそれ以上で、図５に示すように窒化シリコン層２３または接触プラグまで延長する相互接続チャネル５１を有するパターン化された二酸化シリコン層を残す。相互接続チャネル５１を形成した後で、窒化チタン障壁層６０を、パターン化された二酸化シリコン層５０の上および相互接続チャネル５１の内部に、約１２００オングストロームの厚さに付着する。障壁層６０は、後で付着する銅層のための障壁層として作用するために十分な厚さにする必要がある。したがって、障壁層６０を約５００〜１５００オングストロームの厚さに付着する。図６に示すように、銅層６１を障壁層６０の上に約６０００オングストロームの厚さに付着する。相互接続チャネル５１が障壁層６０および金属層６１により充填される限り、金属層の厚さを変えることができる。金属層５１の厚さには上限はないが、より厚い金属層６１により後の金属研磨工程が長くなるから、一般には望ましくない。
【００１９】
基板を研磨溶液により化学的および機械的に研磨して、障壁層６０および金属層６１のうち、パターン化され誘電体層の上にある部分を除去して、図７に示すように、相互接続チャネル５１の内部に相互接続部を形成する。ストラスバウフ、サベック、およびスピードファム（Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ，Ｃｙｂｅｑ，ａｎｄ  Ｓｐｅｅｄｆａｍ）により製造されたウェステック（Ｗｅｓｔｅｃｈ）３７２（商標）研磨材または類似の研磨材のような化学的および機械的研磨材を用いて研磨を行う。好適な実施例においては、研磨溶液は、粒子寸法が約０．３μｍのコロイド・シリカ約１０重量％と、水酸化アンモニウム約５重量％とを含む。好適な実施例における研磨溶液のｐＨは約１０．５であるが、約９〜１３の範囲にできる。
【００２０】
研磨パッドはポリウレタンをベースとするパッドであって、プラスチック製のマイクロバルーンを含むことができる。研磨パッドはロデル（Ｒｏｄｅｌ）製の織られたフェルト・パッドのＳＵＢＡファミリイを含むことができる。研磨圧力は約０．２８kg／cm2（約４ｐｓｉ）が好ましいが、約０．９５kg／cm2（約１４ｐｓｉ）のような高い圧力も使用できる。プラテンとキャリヤを約３５ｒｐｍで回転させることが好ましいが、０から１００ｒｐｍまで変えることができる。好適な実施例を用いると、金属層の除去速度は約１２００オングストローム／分にすべきである。
【００２１】
研磨溶液の組成は、上記研磨溶液に使用した組成以外のものとすることができる。たとえば、シリカの代わりにアルミニウムを使用できる。溶液はどのような固体も必要としないが、固体が含まれているとすると、それらの固体が溶液の１０重量％以上の溶液を構成すべきでない。粒子寸法は０．０５μｍから１．０μｍまで変化できる。より小さい粒子はより高い選択性を一般に与え、かつより低いエッチング速度でエッチングし、より大きい粒子はより低い選択性を与え、かつより高いエッチング速度でエッチングする。水酸化アルミニウム以外の添加物を添加して、研磨される金属と反応させて、その金属を溶解させることができる。たとえば、従来の中性溶液または酸性溶液（ｐＨが７以下）を用いて銅その他の金属を研磨できる。
【００２２】
図７は、Ｎ＋ 領域２１へ電気的に接続する１つの相互接続部と、基板の他の部分（図示せず）へ電気的に接続する別の相互接続部を示す。それらの相互接続部はパターン化されている窒化シリコン層および接触プラグの上にある。従来技術とは対照的に、窒化シリコン層が厚すぎない（約１５００オングストロームより厚くない）とすると、装置の性能を大幅に低下させることなしに相互接続部を窒化シリコン層の上に置くことができる。図８に示すように、窒化シリコン層不働態層８０を基板の上に付着できる。
【００２３】
本発明は従来技術より数多くの利点を有する。相互接続チャネル５１の形成中に窒化シリコン層２３はエッチング・ストップとして作用する。基板を横切る層の厚さの変動およびエッチング速度の変動のために、窒化シリコン層２３が存在しないとすると、相互接続チャネル５１を形成するために用いられるエッチング工程は相互接続チャネル５１の下側のＢＰＳＧ層を大ききエッチングする。窒化シリコン層２３のために、相互接続チャネルエッチング工程中に、ＢＰＳＧ層をエッチングすることなしに、より長く過エッチングできる。より長く過エッチングすることにより、二酸化シリコン層５０の厚さの変動とは無関係に、相互接続チャネル５１を完全にエッチングできる。相互接続部は銅を含む。銅の抵抗率はアルミニウムの抵抗率より低い。したがって、同じ抵抗値またはより低い抵抗値およびより高い信頼度を保持しながら、より薄い相互接続部を使用できる。この研磨工程は十分に平らな基板表面を形成する。（この明細書において用いる「基板」という用語は半導体基板と、ここで説明している処理点までにその半導体基板の上に形成された全ての層を指すことに注目されたい。）したがって、プレーナ化のために要求される付加工程は不要である。二酸化シリコン層内への銅の拡散を阻止するために、相互接続分内の銅を囲む。図８は窒化チタン障壁層６０とシリコン・オキシニトライド不働態層８０により囲まれている銅を示す。窒化チタンおよびシリコン・オキシニトライドは銅に対する拡散障壁として作用する。
【００２４】
更に、従来技術においては、金属層の付着と、パターン化およびエッチングにより形成された相互接続部は、接触が行われる領域において相互接続部が接続を行う接触領域の幅より広くなければならない。その理由は、パターン化された層の位置合わせが狂うことがあるからである。相互接続線の幅が接触領域の幅に等しいとすると、位置合わせが狂ってもエッチング剤が接触充填材料と反応できる。接触充填材料と相互接続材料は通常は同じ材料または類似の材料であるから、これは相互接続部のエッチング中に接触充填材料をエッチングさせる。一般に、従来技術においては、相互接続線の幅を、接触領域の幅に、相互接続線が接触プラグへ接触する領域における位置合わせ許容誤差（任意の方向における位置合わせの狂いを許容するために）の２倍を加えたものに少なくとも等しくなければならない。これはチップ上でかなりの面積を占めるから、スケーリングが制限される。従来技術の多くの配置は接触領域の場所をジグザグにして効果を非常に低くするが、各相互接続線の上の領域に広くされた領域が存在することにより、広くされた領域が存在しない場合におけるよりも、隣接する相互接続部がより広く隔てられる。
【００２５】
従来技術とは対照的に、相互接続部と接触充填材が同じ材料で形成されたとしても、本発明の相互接続部を接触領域におけるのと同じ幅にできる。たとえば、図８の層４０と４１により形成された接触プラグの上の相互接続チャネル５１内に層６０、６１により形成された相互接続部は、接触プラグと同じ広さであることが必要なだけである。（もちろん、図示のように広くてもよい。）容易に理解できるように、相互接続部が接触プラグと同じであっても、相互接続部が研磨工程で形成されると接触プラグはエッチングされない。相互接続チャネル５１の位置が狂っているとしても二酸化シリコン層５０の上側レベルに達するまで研磨工程は行われるだけであるから、エッチング剤が接触プラグに到達できないのでそれは本当である。
【００２６】
図９に示すように、２つ以上の相互接続レベルを形成するために本発明を使用できる。基板を研磨した後で（図７）、第２の窒化シリコン層９０と、第２の二酸化シリコン層９１と、第３の窒化シリコン層９２とを基板の上に付着する。それら３つの層をパターン化して、第１のレベルの相互接続部の１つのためのバイア開口部を形成する。第２の窒化チタン層９３と第２のタングステン層９４を付着し、異方性的にバイア開口部内にバイアプラグを形成する。バイア開口部とバイアプラグの形成は接触開口部および接触プラグの形成に類似する。接触プラグは第１の相互接続レベルと基板の間で電気的接触を行い、バイアプラグは種々の相互接続レベルの間で電気的接触を行う。第３の二酸化シリコン層９５を付着およびパターン化して第２のレベルの相互接続チャネルを形成する。第２のレベルの相互接続チャネルの形成中は、第３の窒化シリコン層９２はエッチング・ストップとして作用する。第２の窒化チタン障壁層９６と、第２の銅層９７を付着し、化学的および機械的に研磨して第２のレベルの相互接続部を形成する。第２のレベルの相互接続チャネルと第２のレベルの相互接続部の形成は、第１のレベルの相互接続チャネルと第１のレベルの相互接続部の形成にそれぞれ類似する。同様にして別の相互接続部を形成できる。全ての相互接続レベルの形成の後で、シリコン・オキシニトライド不働態層９８を基板の上に付着する。図９を参照すると、銅は窒化チタンおよび窒化シリコン、または窒化チタンおよびシリコン・オキシニトライドにより囲まれている。
【００２７】
図１０および図１１は本発明の別の実施例を示す。一般に、本発明の方法に従って銅以外の金属を用いて相互接続部を形成できる。しかし、適切に付着された方法に対して化学的および機械的研磨は良く機能するから、化学的に蒸着され、またはその他のやり方でリフローされる金属に対して使用することが好ましい。たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金を適切に付着することは困難であるが、ここで説明する別の実施例においてそれらの金属を使用できる。ここで図３を参照して、ＢＰＳＧ層２２と窒化シリコン層２３を付着し、パターン化してＮ＋ 領域２１への接触開口部３０を形成する。タングステン層を化学的に付着し、それを異方性的にエッチングして図１０に示すように接触プラグ１００を形成する。二酸化シリコン層１０１を約０．５〜１．０μｍの範囲の厚さで付着し、パターン化して約０．８μｍ幅の相互接続チャネルを形成する。相互接続チャネルの形成中は、窒化シリコン層２３と接触プラグ１００はエッチング・ストップとして作用する。アルミニウムまたはアルミニウム合金の層１０２を約８０００オングストロームの厚さにスパッタ付着する。前記研磨溶液で基板を化学的および機械的に研磨して、パターン化されている二酸化シリコン層１０１の上にあるアルミニウム層１０２を除去し、図１１に示すように、相互接続チャネル内部に相互接続部を形成する。別の付加相互接続レベル（図示せず）を形成できる。シリコン・オキシニトライドまたはホウリンケイ酸塩ガラスを含む不働態層を最も上側の相互接続レベル（図示せず）の上に付着する。銅とは異なってアルミニウムは二酸化シリコン中へは拡散しないから、アルミニウム相互接続部は囲まない。アルミニウムの抵抗率は銅の抵抗率より高いから、図１のアルミニウム相互接続部の線幅は、図９の銅相互接続部の線幅より広い。タングステン接触プラグは、アルミニウム相互接続部とＮ＋ 領域の間の拡散障壁として作用する。したがって、アルミニウム層内ではシリコンは不要である。
【００２８】
図１２は、相互接続部が隣接する層の内部へ拡散しないように相互接続部を囲む別の実施例を示す。ここで図５を参照して、基板はＮ＋ 領域２１と、パターン化されたＢＰＳＧ層２２と、窒化シリコン層２３と、窒化チタン層４０とタングステン層４１を含む接触プラグと、前記のようにして形成された相互接続チャネル５１（図１２には示されていない）を含むパターン化された二酸化シリコン層５０（図１２には示されていない）とを含む。パターン化された二酸化シリコン層１２０の上と相互接続チャネル５１の内部に銅層１２０を付着し、アルカリ性研磨液で化学的および機械的に研磨して、図１２に示すように、接触プラグの上およびパターン化された窒化シリコン層の一部分の上に銅相互接続部１２０を形成する。パターン化された二酸化シリコン層を除去し、銅相互接続部の上に第２の窒化シリコン層１２１を付着する。第２の二酸化シリコン層１２２を窒化シリコン層の上に付着し、たとえば、研磨によりそれを平らにする。第２の二酸化シリコン層１２２の上と第２の窒化シリコン層１２１の上にシリコン・オキシニトライド不働態層１２３を付着する。窒化シリコン層または窒化シリコン層と接触プラグにより銅相互接続部を囲む。モリブデンまたはタンタルのような別の材料を接触プラグの窒化チタン層４０の代わりに使用できる。また、処理をいくらか付加することにより、第２の窒化シリコン層１２１の代わりにモリブデンまたはタンタルを使用できる。第２の窒化シリコン層１２１とは異なり、相互接続部１２０の上と側面を覆うようにモリブデンまたはタンタルの層を銅相互接続部１２１の上に形成せねばならず、しかも相互接続部を互いに電気的に接続せねばならない。これは、たとえば、空間からの物質の等方性エッチングまたは選択的付着により行うことができる。この実施例においては、相互接続線の間の間隔が狭いために行うことが困難である余分なパターン化工程を避けるために、第２の窒化シリコン層１２１を使用すべきである。基板の上に不働態層を付着する前に別の相互接続レベルを形成できる。
【００２９】
図１３は、Ｎ＋ 領域２１を有する基板を含む更に別の実施例を示す。ＢＰＳＧ層１３０を約９０００オングストロームの厚さに付着し、パターン化して、幅が約０．５μｍの接触開口部を形成する。パターン化されたＢＰＳＧ層１３０の上と接触開口部内部にタングステン層を化学的に付着する。そのタングステン層１３１を異方性的にエッチングして、接触プラグを接触開口部内に形成する。二酸化シリコン層１３２を約８０００オングストロームの厚さに付着して、パターン化し、幅が０．１μｍまたはそれより広い相互接続チャネルを形成する。エッチング・ストップは使用しないから、相互接続チャネルのエッチング工程中に過エッチングをできるだけ少なくするために、基板を横切る二酸化シリコンの厚さとエッチング速度は合理的に一様にする必要がある。パターン化された二酸化シリコン層の上と相互接続チャネル内部に金属１３３を付着する。少なくとも相互接続チャネルが充填されるまで金属を付着する。基板を化学的および機械的に研磨して金の相互接続部１３３を形成する。追加の相互接続レベルを形成できる。全ての相互接続レベルを形成した後で、シリコン・オキシニトライドまたはリンケイ酸塩（ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）ガラスを含む不働態層を基板の上に付着する。シリコン内部への金の拡散係数は銅のそれよりはるかに低いから、金の相互接続部１３３は囲まない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】好適な実施例の流れ図を示す。
【図２】単結晶シリコン層およびドープされた領域、ホウリンケイ酸塩ガラス層と、窒化シリコン層とを含む基板の横断面図を示す。
【図３】ホウリンケイ酸塩ガラス層と窒化シリコン層内部に接触開口部を形成した後の図２の基板を示す。
【図４】接触開口部を接触プラグで充填した後の図３の基板を示す。
【図５】本発明の好適な実施例に従って、パターン化された窒化シリコン層の上に相互接続チャネルを有するパターン化された二酸化シリコン層を形成した後の図４の基板を示す。
【図６】パターン化された二酸化シリコン層の上と相互接続チャネル内部に窒化チタン層と銅層を付着した後の図５の基板を示す。
【図７】本発明の好適な実施例に従って研磨溶液により化学的および機械的に研磨した後の図６の基板を示す。
【図８】パターン化された二酸化シリコン層の上と相互接続の上にシリコン・オキシニトライド不働態層を付着した後の図７の基板を示す。
【図９】バイアを含む第２の相互接続レベルを形成した後、およびシリコン・オキシニトライド不働態層を付着した後の図８の基板を示す。
【図１０】タングステン接触プラグおよびアルミニウム相互接続層を有する別の実施例を示す。
【図１１】本発明の別の実施例に従って相互接続チャネル内部に相互接続部を形成するために化学的および機械的に研磨した後の図１０の基板を示す。
【図１２】囲まれた銅相互接続部を有する別の実施例を示す。
【図１３】本発明の別の実施例に従ってタングステン接触プラグと金相互接続部を有する基板を示す。
【符号の説明】
【００３１】
２０  単結晶シリコン層
２１  Ｎ＋ 領域
２２、１３０  ＢＰＳＧ層
２３、９０、９２、１２１  窒化シリコン層
３０  接触開口部
４０  窒化チタン層
４１、１３１  タングステン層
５０、９１、９５、１０１、１２２  パターン化された二酸化シリコン層
５１  相互接続チャネル
６０、９６  障壁
６１、９７、１２０、１２３、１３３  相互接続部
８０、９８  不働態層
１００  接触プラグ
１０２  アルミニウム層
【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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