(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路を製造するための方法であって、
第１のメタライゼーションレベルを覆う第１の誘電体層の上に、絶縁層である第１および第２のストップ層を堆積するステップであって、該第１の誘電体層は、低い比誘電率の有機または無機ポリマーから形成される、ステップと、
前記第２のストップ層の上に、樹脂からなる第１のマスクを堆積するステップと、
前記第１のマスクを堆積した後、前記第１のストップ層に対して前記第２のストップ層を選択エッチングするステップと、
前記第２のストップ層を選択エッチングした後、前記第１のマスクを除去するステップと、
前記第１のマスクを除去した後、前記第１の誘電体層に対して前記第１のストップ層を選択エッチングするステップと、
前記集積回路上に第２の誘電体層を堆積するステップと、
前記第２の誘電体層に溝を形成し、前記第１の誘電体層に穴を形成するよう、前記第１および第２のストップ層に対して前記第１および第２の誘電体層を選択エッチングするステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
さらに、
前記第２の誘電体層の上に第３のストップ層を堆積するステップと、
前記第２の誘電体層に対して前記第３のストップ層を選択エッチングするステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、
前記第３のストップ層を堆積した後に、該第３のストップ層の上に第２のマスクを堆積するステップと、
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１および第２の誘電体層を選択エッチングするステップにおいて、前記第２のマスクが、前記溝および穴を形成するのと同時に除去される、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のマスクが、樹脂マスクである、
請求項３に記載の方法。
【請求項６】
さらに、
前記溝および穴に金属を堆積し、第２のメタライゼーションレベルと、前記第１および第２のメタライゼーションレベルを接続するバイアとを形成するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１および第２のメタライゼーションレベルのそれぞれが、誘電材料により分離されるメタライゼーション線を含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１および第２のメタライゼーションレベルのうち少なくとも１つのメタライゼーション線が銅で作られる、
請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の誘電体層が、３より小さい電気的な比誘電率を持つ有機ポリマーから作られる、
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１および第２のメタライゼーションレベルの誘電材料が、前記第１の誘電体層の材料と同じである、
請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のストップ層が、窒化シリコンから作られる、
請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のストップ層が、酸化シリコンから作られる、
請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のストップ層が、オキシナイトライド・シリコンから作られる、
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のストップ層が、オキシナイトライド・シリコンから作られる、
請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第３のストップ層が、窒化シリコン、酸化シリコンまたはオキシナイトライド・シリコンから作られる、
請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は集積回路に関し、より具体的には、絶縁層により分離された導電層のスタックを持つ半導体集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の集積回路では、異なるレベル上にあり、１または複数の絶縁層により分離された導電性のメタライズされた層の間に電気的接続を確立する必要がある。通常、２つの導電層は、「バイア(via)」として知られる接続のように、絶縁層に提供されて金属で満たされる穴を用いて電気的に接続される。このような集積回路を生成する１つの方法は、「ダマスカス（Damascene)」工程として知られる工程を介する。第１の絶縁層は、レベルｎのメタライゼーション層の上に堆積される。穴がこの絶縁層を貫くようエッチングされ、バイアのための金属が堆積され、それが絶縁層の上面と同じレベルになるまで研磨（ポリシング）される。
【０００３】
その後、新しい絶縁層が、レベルｎの形成されたバイアの上に堆積され、線(line)のための溝(trench、トレンチ)がエッチングされる。レベル（ｎ＋１）のメタライゼーション層の線のための金属が堆積され、この絶縁層の上面と同じレベルになるまで研磨される。銅は、細い線について有利な電気的特性を持つけれども、室温でエッチングできないので、ダマスカス工程は、銅の線およびバイアを生成するのに適している。さらに、線およびバイアを形成するのに、ダマスカス工程をより一般的に使用される金属で使用することができる。
【０００４】
「ダブル・ダマスカス」工程では、金属が、バイアおよび線の両方に堆積され、その後研磨される。通常、窒化物から成るストップ層が、レベルｎの絶縁層とレベル（ｎ＋１）のメタライゼーション層との間に提供される。最終的な構造を得るため、窒化物に対して絶縁層の酸化物を、選択的に良好にエッチングしなければならない。
【０００５】
集積回路の集積度を増やすため、金属線の幅、および金属線を分離する誘電材料の幅を減らそうという試みがなされてきた。しかし、２つの隣接する金属線の電気的なキャパシタンスは、それらを分離する距離に反比例する。このように、回路の集積度を増やそうとして距離を減らすことにより、線と線の間のキャパシタンスが増加する。これは、２つの隣接する線を伝搬する２つの電気信号を連結する寄生（すなわち、クロストーク（漏話）の影響）を増やし、線の電気信号の伝搬定数τ＝ＲＣ（Ｒは金属線の抵抗、Ｃは線と線の間のキャパシタンス）が増えるので問題となる。
【０００６】
線と線の間のキャパシタンスは、使用される誘電材料の比誘電率（permittivity coefficient）「ｋ」に比例するので、低い比誘電率「ｋ」を持つ誘電材料を使用する傾向がある。たとえば、典型的な酸化ケイ素（silicon oxide；以下、酸化シリコンという）ＳiＯ2より３０％以上低い比誘電率を持つ誘電性の有機ポリマーを使用することができる。しかし、これらの有機ポリマーは、その化学的組成が、溝をフォトエッチングするのに使用される樹脂マスクの化学的組成に近いので、エッチングで問題が生じる。具体的には、エッチングイオンがすべての方向に移動する場所を等方性エッチングすることにより、樹脂マスクが除去される。これにより、誘電体としての有機ポリマーが損傷され、すなわちエッチングされることがある。比誘電率を局所的に小さくするため、無機ポリマーから作られる誘電体の使用も同様の問題を生じさせ、その表面が損傷する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの欠点を考慮し、この発明の目的は上記述べた欠点を取り除き、低い比誘電率を持つ誘電体を備えた集積回路を製造するダマスカス型工程を提供し、さらに、低い比誘電率を持つ誘電体を備えた集積回路とその集積回路を少なくとも１つ含む半導体デバイスを備える情報制御システムを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このプロセスによると、第１および第２のストップ層は第１のメタライゼーションレベルを覆う第１の誘電体層上に堆積され、第２のストップ層は第１のストップ層に対して選択エッチングされる。第１のストップ層は第１の誘電体層に対して選択エッチングされ、第２の誘電体層が回路の上に堆積される。第１および第２の誘電体層は、ストップ層に対して選択エッチングされる。こうして、第２の誘電体層に溝が形成され、第１の誘電体層に穴が形成される。このように、低い比誘電率を持つ有機または無機ポリマーから作られる誘電体を、劣化を生じさせることなく使用することができ、線と線の間に低いキャパシタンスを得ることができる。
【０００９】
好ましい実施形態では、第３のストップ層が第２の誘電体層の上に堆積される。第３のストップ層は、第２の誘電体層に対して選択エッチングされる。
【００１０】
好ましい実施形態では、溝および穴が形成された後に、その穴および溝に金属が堆積され、第２のメタライゼーションレベルの線と、第１および第２のメタライゼーションレベルの線を接続するバイアとを形成する。その後、第２のメタライゼーションレベルの線の金属が研磨される。他の実施形態では、（たとえば窒化シリコンの）封し層（encapsulating layer）が、金属線の周りに配置される。線に使用される金属が誘電体に拡散する種類のものであるとき、この封し層は有効である。このような誘電体への金属（とくに、銅または金）の拡散は、線と線の間の電気的絶縁を低下させる。重大な危険は、金属汚染がシリコン基板に達し、半導体の禁止帯幅に深いエネルギー準位を作り、基板の抵抗率を増やすことである。こうして、第２のメタライゼーションレベルの線を封しするための層をエッチングすることができる。
【００１１】
好ましい実施形態では、第１および第２のストップ層を堆積した後に、第２のストップ層の上に第１のマスクを堆積し、第３のストップ層を堆積した後に、第３のストップ層の上に第２のマスクを堆積する。第１および第２の誘電体層を選択エッチングするステップにおいて、第２のマスクを、溝および穴を形成するのと同時に除去することができる。ここで、第１および第２のマスクは、樹脂マスクであることができる。
【００１２】
この発明の他の目的は、通常、エッチング処理で損傷される種類のものである誘電体層を含む集積回路を提供し、メタライゼーションの線の部分をフォトエッチングするのに使用される樹脂マスクを除去する。集積回路は、誘電材料により分離されるメタライゼーションの線を有する少なくとも第１および第２のメタライゼーションレベルを含む。誘電体層は、この２つのメタライゼーションレベルの間に置かれ、２つのメタライゼーションレベルのメタライゼーションの線の間に電気的接続を提供するバイアにより貫かれる。誘電体層に対して選択エッチングされることのできる第１のストップ層は、誘電体層と第２のメタライゼーションレベルとの間に置かれる。さらに、第１のストップ層に対して選択エッチングされることのできる第２のストップ層は、第１のストップ層の上に置かれる。フォトエッチングに使用されるマスクが、低い比誘電率を持つポリマーに似た性質のものであるので、ストップ層が提供される。ストップ層は、ポリマー（特に有機ポリマー）であるのが好ましく、通常はマスクの除去中に損傷する。
【００１３】
第２のメタライゼーションレベルの誘電材料に対して選択エッチングされる第３のストップ層は、第２のメタライゼーションレベルの誘電材料の上に置かれるのが好ましい。
【００１４】
したがって、使用される誘電体は低い比誘電率を持つけれども、回路を形成するダマスカス型工程の間に劣化しないので、この発明の好ましい実施形態は、線の幅が非常に小さく、また誘電材料の線と線の間の幅が非常に小さい集積回路を提供する。
【００１５】
第１および第２のメタライゼーションレベルの線を銅で作ることができる。また、誘電体層を、３より小さい電気的な比誘電率を持つ有機ポリマーで作ることができ、誘電材料は、この誘電体層と同じ材料であることができる。さらに、第１のストップ層を、窒化シリコンまたはオキシナイトライド・シリコンから作ることができる。第２のストップ層を、酸化シリコンまたはオキシナイトライド・シリコンから作ることができる。第２のストップ層を、窒化シリコン、オキサナイトライド・シリコンまたは酸化シリコンから作ることができる。
【００１６】
集積回路は、第２のメタライゼーションレベルのメタライゼーションの線を封しする層を備えることができる。
【００１７】
さらに、この発明の他の目的は、上記の集積回路を含む少なくとも１つの半導体デバイスを備える情報制御システムを提供することである。
【００１８】
この発明の他の目的、特徴および有利な点は、以下の詳細な説明から明らかとなる。しかし、この発明の好ましい実施形態を示しつつ説明される詳細な説明および特定の例は、例として与えられたものであり、様々な改良を、この発明から離れることなく実行することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明の好ましい実施形態について、図面を参照して以下に説明する。図１の（ａ）の断面図に示すように、集積回路は、誘電体層２により分離されるメタライゼーションレベルｎの金属線１を含む。メタライゼーションレベルｎは、誘電材料２と同じ性質の誘電体層３（例えば、４のオーダーの比誘電率を持つ酸化シリコンSiO2）で覆われる。誘電体層３は、わずかに異なる化学的組成を持つストップ層４で覆われ、これにより、ストップ層４が誘電体層３に対して選択エッチングされることができる。ストップ層４は、フォトエッチングのためマスク５により部分的に覆われる。
【００２０】
ストップ層４は、図１の（ｂ）に示すように、誘電体層３およびマスク５に対して選択エッチングされ、その後、図１の（ｃ）に示すようにマスク５は除去される。マスク５の組成が誘電体層３の組成と異なるので、マスクの除去は、誘電体層３に対して全く影響しない。次に、図１の（ｄ）に示すように、回路は、誘電材料６および他のマスク７で覆われる。誘電材料６および誘電体層３は、マスク７およびストップ層４に対して選択エッチングされ、図１の（ｅ）に示すように、誘電体層３を貫く穴８、および誘電材料６を貫く溝９を定義する。
【００２１】
その後、図１の（ｆ）に示すように、マスク７は、マスク５と同じ方法で、誘電材料６および誘電体層３に対して選択的に除去される。図１の（ｇ）に示すように、穴８および溝９は金属で充填され、金属で充填された穴８が、メタライゼーションレベルｎと（ｎ＋１）との間にバイアを形成し、金属で充填された溝９が、メタライゼーションレベル（ｎ＋１）の線を形成するようにする。図１の（ａ）から（ｇ）のプロセスを集積回路を形成するのに使用することができるけれども、このようなプロセスは、図２を参照して説明するように、低い比誘電率を持つ誘電材料を使用する回路を製造するには適さない。
【００２２】
図２の（ａ）から（ｃ）は、図１の（ａ）から（ｃ）に示されるステップと同じプロセスを示すが、異なる誘電材料を使用する。図２の（ａ）から（ｃ）では、メタライゼーションの線１を分離する誘電材料１０および誘電体層１１の両方とも、有機ポリマーの種類の低い比誘電率を持つ誘電体から作られ、ストップ層４は、誘電体層１１に対して選択エッチングされことができるよう提供される。図２の（ｃ）に示すように、マスク５を除去する工程は、誘電体層１１に対して選択性を持たない。このように、マスク５を除去するのに使用されるエッチング工程が等方性タイプ（すなわち、すべての方向に材料をエッチングする）のものなので、穴１２は、全く制御できない形で形成される。金属が穴１２に堆積されると、バイアとバイアの間に不十分な電気的絶縁および大きなキャパシタンスが生じる。こうして、許容できない特性を持つ集積回路が製造されることになる。
【００２３】
図３の（ａ）から（ｈ）は、この発明の好ましい実施形態によるプロセスを示し、低い比誘電率を持つ（無機または有機の種類の）誘電体をダマスカス型工程で使用できるようにする。図３の（ａ）に示すように、集積回路は、誘電体２１で分離されるメタライズされた線２０（例えば、銅から作られる）を持つメタライゼーションレベルｎを有する。メタライゼーションレベルｎは、誘電体２１と同じ低い比誘電率の材料で作られる誘電体層２２で覆われる。低い比誘電率の材料には、例えば、３の比誘電率を持つ「フォックス(Fox)」として知られる無機タイプのもの、または２．６の比誘電率を持つ「シルク(Silk)」として知られる有機タイプのものがある（後者は、０．７μmに制限される無機の誘電体とは異なり、例えば２μmの厚い層に使用することができるので好ましい。０．７μmに制限される欠点に加え、前者はわずかに高い比誘電率を持つ）。
【００２４】
誘電体層２２は、第１のストップ層２３および第２のストップ層２４で覆われる。第１のストップ層２３は、誘電体層２２に対して選択エッチングされることができる組成のものであり、第２のストップ層２４は、誘電体層２２および第１のストップ層２３に対して選択エッチングされることができる組成のものである。第２のストップ層２４は、フォトエッチングのためマスク２５で覆われる。次に、図３の（ｂ）に示すように、第２のストップ層２４は、マスク２５および第１のストップ層２３に対して選択エッチングされ、第２のストップ層２４のマスク２５で覆われない部分が除去される（エッチング工程に対するそれらの露光のため）。
【００２５】
図３の（ｃ）に示すように、その後、酸素リッチのプラズマを使用して、第２のストップ層２４および第１のストップ層２３に対して、マスク２５が選択的に除去される。この段階で、誘電体層２２は、第１のストップ層２３により完全に保護される。次に、図３の（ｄ）に示すように、第１のストップ層２３は、第２のストップ層２４および誘電体層２２に対して選択エッチングされる。図３の（ｅ）に示されるように、追加の誘電体層２６が集積回路の上に堆積される。追加の誘電体層２６は、誘電体層２２と同じ材料で作ることができる。その後、追加の誘電体層２６は、追加の誘電体層２６に対して選択エッチングされることのできる第３のストップ層２７で覆われ、さらにフォトエッチングのためマスク２８で覆われる。
【００２６】
図３の（ｆ）に示すように、第３のストップ層２７は、マスク２８および追加の誘電体層２６に対して選択エッチングされ、第３のストップ層２７のマスク２８で保護される部分は同じ場所にとどまり、他の部分がエッチングにより除去される。図３の（ｇ）に示すように、追加の誘電体層２６および誘電体層２２は、第３のストップ層２７および第２のストップ層２４に対して選択エッチングされ、追加の誘電体層２６に溝２９を形成し、誘電体層２２と第１および第２のストップ層２３、２４に穴３０を形成する。このエッチング処理が、第２のストップ層２４および第３のストップ層２７に対して選択性を持たなければならないので、第２および第３のストップ層は、同じ材料から作ることができる（例えば、酸化シリコンＳiＯ2またはオキシナイトライド・シリコンＳiON）。
【００２７】
さらに、ある実施形態では、オキシナイトライド・シリコン(silicon oxynitride)ＳiONまたは窒化ケイ素(silicon nitride；以下、窒化シリコンという）ＳiＮから作られる第１のストップ層が提供される。別の実施形態では、窒化シリコンから作られる第１のストップ層が提供される。その組成が上記説明したものと逆である第１および第２のストップ層を使用することもでき、または第２の組成と異なる組成の第３のストップ層を使用することもできる。窒化シリコン層の比誘電率が大きいので、薄い窒化シリコン層（たとえば、２００〜３００Å（オングストローム））を使用するのが好ましい。酸化シリコン層は、より満足な誘電率であるので、より厚くすることができる（例えば、１０００Å）。フォトエッチング中に穴の大きさの変化を防ぐ反射防止特性をオキシナイトライド・シリコンＳiＯＮが持つので、オキシナイトライド・シリコン層を使用するのが有利である。使用される光の波長に対するこの層の厚さを最適化して、穴の縁（エッジ）でマスクがエッチングされないようにする。
【００２８】
溝２９および穴３０をエッチングした後、それらは金属で充填され、穴３０にはバイア３１を形成し、溝２９には線３２を形成し、これによりメタライゼーションレベルｎ＋１を形成する。２つより多くのメタライゼーションレベルを持つ集積回路を形成するよう、このプロセスを繰り返すことができる。マスク２５の除去中に、誘電体層２２は２つのストップ層の存在により保護され、そのうちの第２のストップ層は、バイアの未来の位置に印をつけるエッチング処理を受ける。溝２９および穴３０をエッチングするとき、集積回路は電気的にバイアスされ、エッチングを実行するイオンの軌道が垂直であって、垂直方向にのみ材料をエッチングするようにする（たとえば、異方性エッチングを生じさせる）。
【００２９】
このエッチングの間、第３のストップ層２７に置かれたマスク２８は、マスク２８が置かれる場所で集積回路の表面に衝突するプラズマイオンにより急速に消耗される。したがって、マスク２８の除去および溝２９と穴３０のエッチングは同時に実行される。この異方性エッチングが、誘電体層２２および追加の誘電体層２６の、さまざまなストップ層により保護される部分に影響しないということが重要である。こうして、適切に形づくられた溝２９および穴３０を得ることができ、それらの間の誘電材料をほぼ一定の厚さに維持する。
【００３０】
好ましい実施形態では、メタライゼーションの線が銅および金から作られ、誘電体層は、３より小さい電気的な比誘電率を持つ有機ポリマーから作られる（たとえば、「シルク」ポリマーは、２．６の比誘電率ｋを持つ）。さらに、好ましい実施形態では、メタライゼーションレベルの誘電材料が、誘電体層の材料に等しい。ある好ましい実施形態では、第１のストップ層が窒化シリコンまたはオキシナイトライド・シリコンから作られ、第２のストップ層が酸化シリコンから作られる。好ましい実施形態では、１）窒化シリコンから成る第１のストップ層と酸化シリコンから成る第２のストップ層、または、２）窒化シリコンから成る第１のストップ層とオキシナイトライド・シリコンから成る第２のストップ層、または、３）オキシナイトライド・シリコンから成る第１のストップ層と酸化シリコンから成る第２のストップ層、のいずれかである。第３のストップ層は、これら３つの材料のうちの１つから作られる。
【００３１】
従って、この発明は、低い比誘電率を持つ誘電体層を用いて集積回路を製造するダマスカス型工程を提供する。こうして、銅の線およびバイアを小さいエッチング幅で生成することができ、集積回路の集積度を増やすことができる。
【００３２】
この発明の好ましい実施形態と現在考えられるものを例示して説明してきたけれども、当該技術分野の当業者により理解されるように、この発明の範囲から離れることなく、様々な他の修正を行うことができ、等価なもので代用することができる。さらに、ここで説明した発明の概念から離れることなく、この発明の教示に特定の状況を適合させるよう、多くの修正を行うことができる。さらに、この発明の実施形態は、上記説明した特徴のすべてを包含しなくてもよい。したがって、この発明は、開示された特定の実施形態に制限されず、特許請求の範囲内におさまるすべての実施形態を含む。
【００３３】
【発明の効果】
ダマスカス型工程において、低い比誘電率を持つ誘電体を備えた集積回路を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のダブル・ダマスカス工程のステップを示す図。
【図２】有機ポリマーから作られる誘電体を使用した従来のダブル・ダマスカス工程のステップを示す図。
【図３】この発明の好ましい実施形態による、集積回路製造工程のステップを示す図。
【符号の説明】
２０、３２  メタライゼーションの線        ２６  追加の誘電体
２１  誘電材料                    ２７  第３のストップ層
２２  誘電体                      ２９  溝
２３  第１のストップ層            ３０  穴
２４  第２のストップ層            ３１  バイア
２５、２８  マスク
【図１】
0004717972.tif 000002
【図２】
0004717972.tif 000003
【図３】
0004717972.tif 000004