(57)【要約】      （修正有）【課題】機械的剛性のある低ｋ層間誘電層及び低ｋ層間誘電層内に低抵抗な相互接続構造を形成する方法を提供する。【解決手段】下側低ｋ誘電体３２内に位置する第１の金属線２６を有する下側金属配線層を提供するステップと、下側金属配線層の上に上側低ｋ誘電体６を堆積させるステップと、上側低ｋ誘電体の少なくとも一部分をエッチングして、第１の金属線までの少なくとも１つのビア２４を形成するステップと、上側低ｋ誘電体の少なくとも１つのビアの中に剛性誘電体側壁スペーサ１２を形成するステップと、上側低ｋ誘電体の少なくとも一部分の中に第２の金属線２５を形成するステップとを含む方法を提供する。【選択図】図２
2005203779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互接続構造を形成する方法であって、
下側低ｋ誘電体内に位置する第１の金属線を有する下側金属配線層を準備するステップと、
前記下側金属配線層の上に上側低ｋ誘電体を堆積するステップと、
前記上側低ｋ誘電体の少なくとも一部分をエッチングして、前記第１の金属線への少なくとも１つのビアを形成するステップと、
前記上側低ｋ誘電体の前記少なくとも１つのビアの中に剛性誘電体側壁スペーサを形成するステップと、
前記上側低ｋ誘電体の前記少なくとも一部分の中に第２の金属線を形成するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記上側低ｋ誘電体および前記下側低ｋ誘電体が、約１．０から約３．５の範囲の誘電率を有する材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記上側低ｋ誘電体および前記下側低ｋ誘電体が、低ｋポリマーまたは低ｋ炭素ドープ酸化物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記剛性誘電体側壁スペーサが、ＳｉＣＨ、ＳｉＣ、ＳｉＮＨ、ＳｉＮまたはＳｉＯ２を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
剛性誘電体側壁スペーサを形成する前記ステップが、
前記上側低ｋ誘電体の上および前記少なくとも１つのビアの中に共形剛性誘電体ライナを堆積するステップと、
前記共形剛性誘電体ライナの水平表面をエッチングして、前記少なくとも１つのビアの垂直側壁上に位置する前記剛性誘電体スペーサを形成するステップとをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
共形剛性誘電体ライナを堆積する前記ステップが、物理的気相堆積法（ＰＶＤ）、プラズマ強化化学的気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学的気相堆積法（ＨＤＰＣＶＤ）、または低圧化学的気相堆積法（ＬＰＣＶＤ）をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記共形剛性誘電体ライナが、約１０ｎｍから約１００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記共形剛性誘電体ライナの水平表面をエッチングする前記ステップが、異方性エッチング・プロセスをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記下側金属配線層が、前記下側低ｋ誘電体の上に堆積される剛性絶縁層をさらに含み、前記剛性絶縁層の材料が、ＳｉＣ、ＳｉＯ２およびＳｉ３Ｎ４からなる群から選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
下側低ｋ誘電体内に位置する第１の金属線を有する下側金属配線層を準備するステップと、
前記下側金属配線層の上に機械的剛性誘電体を堆積するステップと、
前記機械的剛性誘電体を通して前記第１の金属線の一部分まで少なくとも１つのビアを形成するステップと、
上側低ｋ誘電体内に位置する、前記ビアを介して前記第１の金属線と電気的に接続された第２の金属線を有する上側金属配線層を形成するステップと
を含む相互接続構造を形成する方法であって、前記ビアが、前記機械的剛性誘電体と実質的に一致する熱膨張係数を有する金属を含む方法。
【請求項１１】
前記機械的剛性誘電体が、約０．１ｐｐｍ／℃から約５．０ｐｐｍ／℃の範囲の熱膨張係数を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記機械的剛性誘電体が、ＳｉＯ２、ＳｉＣＯＨ、またはドープしたケイ酸塩ガラスを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記機械的剛性誘電体が、約１００ｎｍから約１０００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記上側低ｋ誘電体および前記下側低ｋ誘電体が、約３．５未満の誘電率を有する材料を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記上側低ｋ誘電体および前記下側低ｋ誘電体が、低ｋポリマーまたは低ｋ炭素ドープ酸化物を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記低ｋポリマーが、炭素を約９５％含むＢ段階ポリマーである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記低ｋ炭素ドープ酸化物がＳｉＣＯＨである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の金属線、前記第１の金属線、または前記第２の金属線と前記第１の金属線の組合せが、銅、アルミニウム、銀、金またはそれらの合金を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
下側低ｋ誘電体内に位置する第１の金属線を含む下側金属配線層と、
前記下側金属配線層の上に位置する、上側低ｋ誘電体内に位置する第２の金属線を含む上側金属配線層と、
前記上側低ｋ誘電体の一部分を通って前記下側金属配線層と前記上側金属配線層とを電気的に接続する複数のビアとを含み、前記複数のビアが１組の剛性誘電体側壁スペーサを含む、相互接続構造。
【請求項２０】
前記１組の剛性誘電体側壁スペーサが、ＳｉＣＨ、ＳｉＣ、ＳｉＮＨ、ＳｉＮまたはＳｉＯ２を含む、請求項１９に記載の相互接続構造。
【請求項２１】
前記１組の剛性誘電体側壁スペーサがそれぞれ、約１０ｎｍから約１００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項２０に記載の相互接続構造。
【請求項２２】
下側低ｋ誘電体内に位置する第１の金属線を含む下側金属配線層と、
前記下側金属配線層上に位置する、複数の金属ビアを含む機械的剛性誘電体と、
前記機械的剛性誘電体の上に位置する、上側低ｋ誘電体内に位置する第２の金属線を含む上側金属配線層とを含み、前記複数の金属ビアが前記下側金属配線層と前記上側金属配線層とを電気的に接続する、相互接続構造。
【請求項２３】
前記機械的剛性誘電体が、ＳｉＯ２、ＳｉＣＯＨ、またはドープしたケイ酸塩ガラスを含む、請求項２２に記載の相互接続構造。
【請求項２４】
前記複数の金属ビアが、前記機械的剛性誘電体と一致する熱膨張係数を有する、請求項２２に記載の相互接続構造。
【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、より具体的には、低誘電率（ｋ）誘電体材料を用いた相互接続ビア（via）を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロニクス・デバイスの製造では、集積回路は、複数のデバイス内で複数の領域を相互接続し、複数の集積回路内で１つまたは複数のデバイスを相互接続するために多層配線構造を利用する。従来は、相互接続構造を形成する際には、まず下層（level）の配線を形成し、その後、層間（interlevel）誘電体層を堆積させ、次いで第２の配線層を形成する。第１の配線層と第２の配線層とは１つまたは複数の金属充填ビアで接続することができる。
【０００３】
従来の相互接続構造では、１つまたは複数の金属層を用いる。各金属層は、通常はアルミニウム合金またはタングステンで構成される。二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの層間誘電体および層内誘電体（ＩＬＤ:intralevel dielectric）を使用して、能動素子および様々な相互接続信号経路を互いに電気的に分離する。様々な相互接続層間の電気的接続は、ＩＬＤ層に形成されたビアを介して形成される。通常は、ビアは、タングステンなどの金属で充填されている。
【０００４】
近年、相互接続構造における層間誘電体および／または層内誘電体として、ＳｉＯ２の代わりに低誘電率（「低ｋ」）材料を用いることに大きな関心が集まっている。低ｋ誘電体の例としては、ポリマーを含むことも含まないこともあるポリマー系（polymer-based）低ｋ誘電材料や、低誘電率の炭素ドープ酸化物がある。低ｋでＢ段階（b-staged）ポリマーの一例として、９５％の炭素の含有の組成を有するＳｉＬＫ（商標）（DowChemical Companyの商標）がある。低誘電率炭素ドープ酸化物の一例としてはＳｉＣＯＨがある。低ｋ材料は相互接続の静電容量を低下させるので、ＩＣの相互接続において低ｋ材料を絶縁体として利用することが望ましい。したがって、これらの低ｋ材料は、信号伝播速度を増大し、一方相互接続内のクロストーク・ノイズおよび電力損失を低減する。
【０００５】
低ｋ材料に関する主な問題は、機械的剛性に欠け、熱応力および機械的応力がかかったときに破損しやすいことである。従来の方法では、ビア加工の際に、層間誘電体層をエッチングして開口（opening）を形成し、その後その開口中に金属相互接続を形成して、金属層どうしを連結する手段を形成する。低ｋ材料は相互接続の静電容量を低下させることができるが、機械的強度の低い複数の低ｋ層間誘電体を貫くビア相互接続を形成すると、いくつかの欠点が生じる。例えば、誘電体が屈曲した場合、または誘電体に機械的応力がかかった場合には、相互接続金属がビア内で破損することがある。さらに、金属相互接続と低ｋ層間誘電体および／または低ｋ層内誘電体との間の熱膨張係数の差によって更なる応力が発生し、これがビアの破損およびチップの欠陥の一員となる。
【０００６】
上記の欠点を克服しようとする試みにより、さらに別の難点が生じた。例えば、図１を参照すると、厚い耐熱（refractory）金属ライナ（liner）２２を利用して低ｋ層間誘電体３５および相互接続ビア２４を補強する試みがなされている。ビア相互接続２４は、通常は、銅などの低抵抗相互接続金属で構成される。高抵抗率の耐熱金属ライナ２２は、ビア相互接続２４および配線２５、２６に使用される低抵抗の銅よりもはるかに大きな抵抗を有する。したがって、ビア開口２４内に耐熱金属を導入することにより、相互接続構造１０の抵抗が増大してしまうという欠点がある。
【０００７】
さらに、Ｔａなどの耐熱金属は、化学的気相堆積法で堆積させることが困難である。したがって、耐熱金属ライナ２２は、通常は、スパッタを用いて堆積させる。スパッタによる堆積では、低ｋＩＬＤ誘電体３５のビア２４の側壁に沿って金属を十分に堆積させることができない。ビア２４の側壁に沿って必要な厚さの金属を堆積させるためには、非常に厚い耐熱金属２２の層を側面上にスパッタで堆積させなければならない。耐熱金属ライナ２２を厚くすることにより、より多量の高抵抗耐熱金属がビア開口中に導入されることになる。さらに、高抵抗耐熱金属をビア開口２４内に導入することにより、ビア相互接続２４の低抵抗構成要素の直径が小さくなり、その抵抗がさらに増大する。
【０００８】
上記に鑑みて、複数の薄い機械的剛性誘電体層を有する低抵抗率のビア相互接続が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、機械的剛性のある低ｋ層間誘電体層および／または低ｋ層内誘電体層を含む、低抵抗率の相互接続構造を形成する方法を提供することである。本発明の別の目的は、熱機械特性が改善された低ｋ誘電体材料を含む、剛性のある相互接続構造を提供することである。本明細書では、「低ｋ」という用語は、好ましくは約３．５未満の誘電率を有する誘電体材料を示すものとして使用している。本明細書では、「低抵抗率」という用語は、２．０μΩ・ｃｍ以下の抵抗率を示すものとして使用している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、複数の低ｋ誘電体層を通る剛性ビア相互接続を形成する方法であって、ビア開口の側壁上に位置する１組の薄い剛性絶縁側壁スペーサによって構造剛性が得られる方法を提供するので有利である。一般に、本発明の方法は、
下側低ｋ誘電体内に位置する第１の金属線を有する下側金属配線層を準備するステップと、
下側金属配線層の上に上側低ｋ誘電体を堆積するステップと、
上側低ｋ誘電体の少なくとも一部分をエッチングして、第１の金属線への少なくとも１つのビアを形成するステップと、
上側低ｋ誘電体の少なくとも１つのビアの中に剛性誘電体側壁スペーサを形成するステップと、
上側低ｋ誘電体の少なくとも一部分の中に第２の金属線を形成するステップとを含む。
【００１１】
より詳細には、剛性誘電体側壁スペーサは、最初に、ビアの中および上側低ｋ誘電体の上に、共形（conformal）堆積プロセスを用いて共形な剛性誘電体ライナを堆積させることによって形成することができる。その後、異方性エッチング・プロセスで共形剛性誘電体ライナの水平表面をエッチングする。このとき、ビア側壁上の剛性誘電体ライナの残りの部分が、剛性誘電体スペーサを形成する。剛性誘電体スペーサは、ＳｉＣＨ、ＳｉＣ、ＳｉＮＨ、ＳｉＮまたはＳｉＯ２など（ただしこれらに限定されない）の任意の剛性絶縁材料で構成することができる。剛性誘電体側壁スペーサは、通常は、約１０ｎｍから約１００ｎｍの範囲の厚さを有する。「剛性」という用語は、弾性率（elasticmodulus）が１０ＧＰａ超、好ましくは５０ＧＰａ超であることを示すものとする。
【００１２】
一般に、上記の方法で形成される相互接続構造は、
下側低ｋ誘電体内に位置する第１の金属線を含む下側金属配線層と、
下側金属配線層の上に位置する、上側低ｋ誘電体内に位置する第２の金属線を含む上側金属配線層と、
上側低ｋ誘電体の一部分を通って下側金属配線層と上側金属配線層とを電気的に接続する複数のビアとを含み、該複数のビアは、１組の剛性誘電体側壁スペーサを含む。
【００１３】
より詳細には、上記相互接続構造の剛性誘電体側壁スペーサは、通常は、約１０ｎｍから約１００ｎｍの範囲の厚さを有し、ＳｉＣＨ、ＳｉＣ、ＳｉＣＯＨ、ＳｉＮＨ、ＳｉＮまたはＳｉＯ２を含むことができる。
【００１４】
本発明の別の態様は、低ｋ誘電体層の剛性を高め、熱機械的強度を改善した相互接続構造を形成する方法である。剛性および熱機械的強度の向上は、ビア金属と実質的に一致する熱膨張係数（ＣＴＥ:coefficient of thermal expansion）を有する剛性誘電体層によって得ることができる。一般に、本発明の方法は、
下側低ｋ誘電体内に位置する第１の金属線を有する下側金属配線層を準備するステップと、
下側金属配線層の上に機械的剛性誘電体を堆積するステップと、
機械的剛性誘電体を通して第１の金属線の一部分まで少なくとも１つのビアを形成するステップと、
上側低ｋ誘電体内に位置する、ビアを介して第１の金属線と電気的に接続された第２の金属線を有する上側金属配線層を形成するステップとを含む相互接続構造を形成する方法であって、ビアが、機械的剛性誘電体と実質的に一致する熱膨張係数を有する金属を含む。
【００１５】
より詳細には、機械的剛性誘電体は、ＳｉＯ２、ＳｉＣＯＨ、またはフッ素ドープ・ガラスを含むことができ、通常は約１００ｎｍから約１０００ｎｍの範囲の厚さ、好ましくは３００ｎｍの厚さを有することができる。機械的剛性誘電体は、約０．１ｐｐｍ／℃から約５．０ｐｐｍ／℃の範囲の熱膨張係数を有することができる。機械的剛性誘電体の熱膨張係数は、ビア金属の熱膨張係数と実質的に一致させることができる。ビア金属と機械的剛性誘電体の間の熱膨張係数の差を減少させることにより、ビアと機械的剛性誘電体との界面で発生する可能性のある熱機械応力を低減することができる。
【００１６】
一般に、上記方法で形成される相互接続構造は、
下側低ｋ誘電体内に位置する第１の金属線を含む下側金属配線層と、
下側金属配線層上に位置する機械的剛性誘電体であり、複数の金属ビアを含み、該複数の金属ビアが該機械的剛性誘電体と実質的に一致する熱膨張係数を有する機械的剛性誘電体と、
機械的剛性誘電体の上に位置する、上側低ｋ誘電体内に位置する第２の金属線を含む上側金属配線層とを含み、該複数の金属ビアは、下側金属配線層と上側金属配線層とを電気的に接続する。
【００１７】
詳細には、機械的剛性誘電体は、ＳｉＯ２、ＳｉＣＯＨ、またはドープしたケイ酸塩ガラス（silicate glass）を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、相互接続構造および相互接続構造を形成する方法について、本発明の添付の図面を参照しながら詳細に説明する。添付の図面では、同じ要素および対応する要素は同じ参照番号で示してあることに留意されたい。これらの図面では２層の配線層が存在するものとして示してあるが、本発明は配線層が２層のみの低抵抗相互接続構造に限定されるものではない。本発明は、上下に重なった複数の配線層を有し、ライナ材料によって低ｋ誘電体の剛性を高めている相互接続構造にも同様に有効である。
【００１９】
本発明は、剛性の低ｋ層間誘電体層および低ｋ層内誘電体層を貫く低抵抗ビア相互接続を提供する。本発明の１実施形態では、低ｋ誘電体内のビア開口の側壁を薄い機械的剛性ライナで裏張りすることによって、相互接続構造内の低ｋ誘電体層の剛性を高める。従来技術の方法では、高抵抗耐熱金属、すなわちＴａＮをスパッタで堆積させて、デバイス加工中に低ｋ誘電体層のビア側壁を保護し、ビア相互接続を形成する低ｋ誘電体領域を補強していた。スパッタ堆積には、スパッタ速度が遅いこと、およびビア側壁に堆積させた耐熱金属が不均一であることなどの要因による問題がある。
【００２０】
１実施形態では、本発明では、好ましくはＳｉＣを含む剛性誘電体ライナ１１を、プラズマ強化化学的気相堆積法で低ｋ誘電体層６のビア２４の側壁に堆積させ、その後、図２に示すようにこの剛性誘電体ライナ１１を剛性誘電体側壁スペーサ１２（その上にビア相互接続２４が形成される）に加工することによって、低ｋ誘電体相互接続領域を補強する。剛性誘電体側壁スペーサ１２は、低い相互接続の静電容量を維持しながら、低ｋ誘電体層のビア相互接続２４の領域の剛性を高める。さらに、剛性誘電体側壁スペーサ１２の堆積は化学的気相堆積法で均一に行われるので、高抵抗率の金属支持構造の堆積が不均一になるスパッタ堆積を利用した従来の方法の欠点を克服する。
【００２１】
図２を参照すると、相互接続構造１０は、上側低ｋ誘電体層６によって第２の金属線２５から分離された第１の金属線２６を含むことができ、第１の金属線２５と第２の金属線２６の間の電気的コンタクト（contact）は、上側低ｋ誘電体層６内の少なくとも１つのビア相互接続２４によって確立されている。ビア相互接続２４の側壁は、約１０ｎｍから約１００ｎｍ、好ましくは３０ｎｍの厚さを有する剛性誘電体側壁スペーサ１２によって補強されている。誘電体側壁スペーサ１２は、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、または二酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成することができる。金属ライナ２９を利用して、ビア相互接続２４内の金属と第１の金属線２６との間の接着を強固にすることもできる。金属ライナ２９は、拡散バリヤ（diffusionbarrier）として機能することもできる。剛性誘電体側壁スペーサ１２を機械的支持体（support）として薄い低ｋ誘電体層に適用することにより、厚い金属製支持ライナは不要となる。したがって、５０ｎｍ未満、好ましくは１０ｎｍ未満の厚さの金属ライナで十分となる。次に、図２に示す相互接続構造１０を形成する方法について、図３から図１２を参照してより詳細に説明する。
【００２２】
図３を参照すると、第１の金属線２６を含む下側配線層３１、下側低ｋ誘電体３２、下側剛性絶縁層３３、下側エッチ・ストップ層３４、上側低ｋ誘電体層６、上側剛性誘電体層３６、上側エッチ・ストップ層７、および誘電体キャップ層３７を含む初期構造５が形成されている。
【００２３】
下側低ｋ誘電体３２は、化学的気相堆積法（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学的気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）、物理的気相堆積法（ＰＶＤ）、高密度プラズマＣＶＤ、スピン・オン・グラス式プロセスなど（ただしこれらに限定されない）、適当な堆積プロセスを用いて形成される従来の誘電体材料で構成することができる。下側低ｋ誘電体３２は、約１０ｎｍから約１０００ｎｍ、好ましくは３００ｎｍの厚さを有する低ｋ誘電体を含むことが好ましい。下側低ｋ誘電体３２の誘電率は、約３．５未満にすることができ、約１．０から約３．０の範囲であることが好ましい。
【００２４】
低ｋ誘電体としては、低誘電率ポリマー誘電体などの有機誘電体や、低誘電率炭素ドープ酸化物などがある。低ｋポリマー誘電体の一例としては、ＳｉＬＫ（商標）（Dow Chemical Companyの商標）がある。詳細には、ＳｉＬＫ（商標）は、約９５％の炭素を含む組成を有するＢ段階ポリマーを含むポリマー系低ｋ誘電体材料の一種である。低誘電率炭素ドープ酸化物の一例としては、ＳｉＣＯＨがある。
【００２５】
剛性誘電体層３３を組み込んで、その下の低ｋ誘電体層３２を補強することができる。剛性誘電体層３３は、従来の堆積技術を用いて堆積させることができ、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化シリコン（ＳｉＣ）および二酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成することができるが、炭化シリコン（ＳｉＣ）であることが最も好ましい。剛性誘電体層３３は、約５ｎｍから約１００ｎｍの厚さを有することができ、好ましくは３０ｎｍの厚さを有する。
【００２６】
下側エッチ・ストップ層３４は、従来の化学的気相堆積法プロセスによって、第１の金属線２６、剛性誘電体層３３および下側低ｋ誘電体３２の上に堆積させることができる。下側エッチ・ストップ層３４は、約１０ｎｍから約１００ｎｍ、好ましくは約５０ｎｍの厚さを有する窒化シリコン、酸窒化物、またはカーバイド材料、すなわち窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）、または炭化シリコン系材料（ＳｉＣｘＯｙＮｚ）で構成することができる。
【００２７】
上側低ｋ誘電体層６は、化学的気相堆積法（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学的気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）、物理的気相堆積法（ＰＶＤ）、高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰＣＶＤ）、またはスピン・オン・プロセスなど従来のプロセスを用いて、下側エッチ・ストップ層３４の上に堆積させることができる。１実施形態では、上側低ｋ誘電体３２は、約１０ｎｍから約１０００ｎｍの厚さを有することができ、好ましくは３００ｎｍの厚さを有する。上側低ｋ誘電体層６および下側低ｋ誘電体３２の材料は、同じであっても同じでなくてもよい。上側低ｋ誘電体層６は、上述のように、ＳｉＬＫ（商標）であることが好ましい。さらに、上側低ｋ誘電体層６は、約３．５未満の誘電率を有することができ、好ましくは約１．０から約３．０の誘電率を有する。
【００２８】
さらに図３を参照して、上側低ｋ誘電体層６の上に上側剛性誘電体層３６を配置することができる。上側剛性誘電体層３６は、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、または二酸化シリコン（ＳｉＯ２）など（ただしこれらに限定されない）、機械的剛性誘電体材料で構成される。上側剛性誘電体層３６は、約１０ｎｍから約１００ｎｍの厚さを有することができ、好ましくは３０ｎｍの厚さを有する。上側剛性誘電体層３６および下側剛性誘電体層３３の材料は、同じであっても同じでなくてもよい。上側剛性誘電体層３６は、約３０ｎｍの厚さを有するＳｉＣで構成されることが好ましい。
【００２９】
上側剛性誘電体層３６を堆積させた後で、従来の化学的気相堆積法プロセスによって上側エッチ・ストップ層７を堆積させることができる。上側エッチ・ストップ層７は、約１０ｎｍから約１００ｎｍ、好ましくは約５０ｎｍの厚さを有する窒化物材料または酸窒化物材料、すなわち窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）または酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）で構成することができる。上側エッチ・ストップ層７は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）で構成することが最も好ましい。
【００３０】
次いで、上側エッチ・ストップ層７の上に、誘電体キャップ層３７を堆積させる。誘電体キャップ層３７は、従来の堆積法、すなわち化学的気相堆積法を用いて形成することもできるし、あるいは熱成長プロセス、すなわち熱酸化または熱窒化物形成法を用いて形成することもできる。誘電体キャップ層３７は、酸化物材料、窒化物材料または酸窒化物材料のいずれであってもよいが、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）であることが好ましい。誘電体キャップ層３７は、約１０ｎｍから約２００ｎｍの厚さを有することができ、好ましくは５０ｎｍの厚さを有する。
【００３１】
さらに図３を参照して、次いで、これら初期構造５を、従来のフォトリソグラフィおよびエッチングを使用してパターン形成し、エッチングする。最初に、初期構造５の上側表面に反射防止コーティング（ＡＲＣ）９をスピン塗布し、焼成（bake）する。あるいは、反射防止コーティング（ＡＲＣ）は省略することもできる。次いで、ａ）エッチングすべき表面にフォトレジストの層を塗布し、ｂ）フォトレジスト層を放射パターンで露光し、ｃ）通常のレジスト現像液を用いて現像してフォトレジストにパターン形成をすることにより、誘電体キャップ３７のエッチングのためにパターン形成されたレジスト８を形成する。フォトレジストのパターン形成が完了すると、フォトレジストで覆われた部分は保護され、露出した領域は、保護されていない領域を除去する選択的エッチング・プロセスによって除去される。
【００３２】
図４を参照すると、フォトレジストのパターン形成および現像に続いて、上側エッチ・ストップ層７に対して選択的に方向性エッチング・プロセス、すなわち反応性イオン・エッチングを用いて、反射防止コーティング９および誘電体キャップ層３７の露出部分をエッチングする。次いで、従来の化学的剥離（strip）により、レジスト８を除去する。
【００３３】
図５を参照すると、任意選択の第２の反射防止コーティング１４の堆積に続いて、誘電体キャップ層３７の残りの部分の上に別のフォトレジスト層を堆積させる。次いで、従来のフォトリソグラフィおよび現像プロセスを用いて、フォトレジスト層からビアの形にパターン形成されたレジスト３９を形成する。ビア・パターン・レジスト３９の下にある部分は、その後のエッチング工程の間も保護されるが、露出した領域はエッチングされ、ビア・パターンがその下の層に転写される。
【００３４】
図６を参照すると、次いで、反応性イオン・エッチングなどの方向性エッチング・プロセスを用いて、任意選択の第２の反射防止層１４、上側エッチ・ストップ７および上側剛性誘電体層３６の露出部分を、ビア・パターン・レジスト３９および低ｋ誘電体層６に対して選択的にエッチングする。エッチング化学反応（etch chemistry）は、上側エッチ・ストップ７のＳｉ３Ｎ４および低ｋ誘電体層６のＳｉＣを選択的に除去し、ポリマー材料または炭素ドープ酸化物で構成された上側低ｋ誘電体層６は実質的にエッチングしないことが好ましい。次いで、化学的剥離プロセスにより、ビア・パターン・レジスト３９を除去する。
【００３５】
図７を参照すると、上側低ｋ誘電体層６の露出部分を選択的に除去する方向性エッチング・プロセス中に、誘電体キャップ層３７および上側エッチ・ストップ層７の残りの部分をハード・マスクとして使用して、低ｋ誘電体層６を通してビア・パターンを部分的に拡張する（extend）ことができる。低ｋ誘電体のエッチング・プロセスにかかる時間は、エンド・ポイント（end point）を検出することにより決定することができる。エッチング化学反応（薬品）は、誘電体キャップ３７の残りの部分のＳｉＯ２は実質的にエッチングせず、かつＳｉ３Ｎ４上側エッチ・ストップ層３４の露出部分も実質的にエッチングせずに、低ｋ誘電体層６のポリマー材料または炭素ドープ酸化物を選択的に除去できることが好ましい。好ましい実施形態では、低ｋ誘電体エッチング・プロセスの後、図７に示すように、低ｋ誘電体材料６の一部分が下側エッチ・ストップ３４の上に残る。
【００３６】
次に図８を参照すると、次の工程で、低ｋ誘電体層６およびキャップ誘電体層３７の残りの部分に対して選択的方向性エッチング・プロセス、すなわち反応性イオン・エッチングにより、エッチ・ストップ層７および上側剛性誘電体層３６の露出部分を除去する。このとき、キャップ誘電体層３７の残りの部分はハード・マスクとして機能する。エッチング化学反応は、ＳｉＯ２キャップ誘電体層３７の残りの部分、および上側低ｋ誘電体層６のポリマー材料または炭素ドープ酸化物の残りの部分に対して選択的に、Ｓｉ３Ｎ４上側エッチ・ストップ７の露出部分を除去し、かつＳｉＣ上側剛性誘電体層３６の露出した部分をエッチングすることが好ましい。
【００３７】
次に図９を参照すると、上側低ｋ誘電体６に陥凹部を形成（recess）し、第１の金属線２６の上面から下側エッチ・ストップ３４を除去する方向性エッチングの間に、第１の金属線２６の上面を露出させる。最初に、第１のエッチング化学反応を用いた方向性エッチングを利用して、上側低ｋ誘電体材料６を選択的に除去し、その下にある下側エッチ・ストップ３４を露出させることができる。その後、第２のエッチング化学反応を用いた再度の方向性エッチングにより、第１の金属線２６、誘電体キャップ３７の残りの部分および上側低ｋ誘電体層６の露出部分を実質的にエッチングすることなく、下側エッチ・ストップ３４の露出部分を選択的に除去する。あるいは、誘電体キャップ３７の残りの部分を実質的にエッチングすることなく上側低ｋ誘電体層６に陥凹部を形成し、その下にある下側エッチ・ストップ層３４を除去する単一のエッチング・プロセスの間に、第１の金属線２６の上面を露出させることもできる。
【００３８】
図１０を参照すると、次いで、プラズマ化学的気相堆積法を用いて、共形な剛性誘電体ライナ１１を堆積させる。あるいは、物理的気相堆積法（ＰＶＤ）、プラズマ強化化学的気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学的気相堆積法（ＨＤＰＣＶＤ）、熱化学的気相堆積法（ＴＨＣＶＤ）、および低圧化学的気相堆積法（ＬＰＣＶＤ）など（ただしこれらに限定されない）の化学的気相堆積プロセスを用いて、剛性誘電体ライナ１１を堆積させることもできる。共形剛性絶縁ライナ１１は、約１０ｎｍから約１００ｎｍの厚さを有することができ、好ましくは約３０ｎｍの厚さを有する。共形剛性誘電体ライナ１１は、図９に示す構造の垂直面および水平面の両方に均一に堆積させることができる。剛性誘電体ライナ１１は、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４またはそれらの組合せにすることができる。
【００３９】
次に図１１を参照すると、次いで、方向性エッチング・プロセスにより、共形剛性誘電体ライナ１１の水平表面を除去する。このとき，この構造の垂直表面上に位置する共形剛性誘電体ライナ１１の残りの部分が、低ｋ誘電体層６のビア２４の側壁上に位置する剛性誘電体側壁スペーサ１２を形成する。共形剛性絶縁層１１が第１の金属線２６の水平表面から除去されて、第１の金属線２６の上側表面が露出することに留意されたい。剛性絶縁側壁スペーサ１２は、機械的に弱い低ｋ誘電体層６のビア２４の領域を補強する。さらに、剛性誘電体側壁スペーサ１２は、従来の後工程（ＢＥＯＬ）処理中に破損したり侵食されたりしないように上側低ｋ誘電体層６を保護することにも留意されたい。
【００４０】
代替の実施形態では、共形剛性絶縁ライナ１１を、ビア２４内および下側エッチ・ストップ３４の水平表面上に堆積させることができる。この実施形態では、共形剛性絶縁ライナ１１は、第１の金属線２６の上面から下側エッチ・ストップ層３４をエッチングする前に形成される。共形剛性絶縁層１１を堆積させた後で、選択的エッチング・プロセスを行い、剛性絶縁側壁スペーサ１２を構成する共形剛性絶縁層１１の水平表面を除去し、下側エッチ・ストップ層３４を除去して、第１の金属線２６の上側表面を露出させる。
【００４１】
図１２を参照すると、剛性絶縁側壁スペーサ１２の形成に続いて、第１の金属線２６の露出した上側表面および剛性絶縁側壁スペーサ１２も含めて図１１に示す構造の水平表面および垂直表面の上に、金属ライナ１３を堆積させる。金属ライナ１３は、Ｔａ、ＴａＮ、ＷまたはＷＮで構成することができる。金属ライナ１３は、約２ｎｍから約５０ｎｍの厚さを有することができ、好ましくは１０ｎｍの厚さを有する。上記の厚さを有する金属ライナ１３は、スパッタで堆積させることができる。
【００４２】
この実施形態では、剛性絶縁側壁スペーサ１２によって相互接続構造１０に剛性が付与される。したがって、金属ライナ１３がこの構造に剛性を付与する必要がないので、厚い金属ライナ１３を堆積させる必要もない。金属ライナ１３は、第１の金属配線層のその後に堆積させる金属に対する付着性を高めることができる。また、金属ライナ１３は、下側金属配線２６とその後に堆積させる材料との間の拡散バリヤとして働くこともできる。
【００４３】
金属ライナ１３の形成に続いて、金属を堆積させることによって第２の金属線２５および金属ビア１６を形成する。この金属は、銅、アルミニウム、銀、金およびそれらの合金にすることができるが、銅であることが好ましい。この金属は、スパッタまたは電気めっきで堆積させることができる、好ましくは、スパッタで銅シード層（seed layer）を形成した後で銅シード層（図示せず）の上に銅を電気めっきする２段階プロセスで、銅を堆積させる。金属堆積に続いて、この堆積させた金属を、化学機械的研磨技術または同様の平坦化方法を用いて平坦化し研磨する。上側剛性層３６まで構造を平坦化し、キャップ誘電体層３７および上側エッチ・ストップ層７の残りの部分を除去する。
【００４４】
本発明の別の実施形態では、図１３に示すように、機械的剛性誘電体層３５は、下側金属配線層３１と上側金属配線層４５の間に位置し、第１の金属配線層と第２の金属配線層とは、機械的剛性誘電体層３５を通って延びる相互接続ビアによって電気的に連結している。
【００４５】
図１３を参照すると、ビア２４の周囲の機械的剛性誘電体３５は、低ｋ誘電体層２３、３２より高い機械的強度を有する誘電体材料にすることができる。さらに、機械的剛性誘電体層３５に用いられる誘電体は、ビア２４に用いられる金属に匹敵する熱膨張係数を有することができる。好ましくは、機械的剛性誘電体層３５は、ＳｉＯ２などの酸化物、フッ化ケイ酸塩ガラスなどのドープしたケイ酸塩ガラス、またはＳｉＣＯＨなどの炭素ドープ酸化物で構成することができるが、熱膨張係数は、相互接続金属すなわち銅と一致している。
【００４６】
機械的剛性誘電体層３５は、図２から図１２に示す第１の実施形態の場合より大きな剛性を相互接続構造に付与することができるが、機械的剛性誘電体３５は、低ｋポリマーまたは低ｋ炭素ドープ酸化物で構成された誘電体層より大きな誘電率を有する。したがって、機械的剛性誘電体層３５は、図２から図１２に示す実施形態と比較すると、デバイスの相互接続の静電容量を増大させることがある。以下、図１３に示す相互接続構造１０を形成する方法について、図１４から図２３を参照してさらに詳細に説明する。
【００４７】
図１４を参照すると、第１の金属層２６、下側低ｋ誘電体３２および下側剛性絶縁層３３を含む下側配線層３１と、下側エッチ・ストップ層３４と、機械的剛性誘電体３５と、上側低ｋ誘電体２３と、上側剛性絶縁層３６と、キャップ誘電体層３７とを含む初期構造５が形成されている。
【００４８】
下側低ｋ誘電体３２は、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤ、高密度プラズマＣＶＤ、またはスピン・オン・グラス・プロセスなどの適当なプロセスを用いて形成することができる。下側低ｋ誘電体３２は、約１０ｎｍから約１０００ｎｍ、好ましくは３００ｎｍの厚さを有する低ｋ誘電体で構成される。好ましくは、下側低ｋ誘電体３２は、約３．５未満、好ましくは１．０から３．０の範囲の誘電率を有する。
【００４９】
低ｋ誘電体としては、低誘電率ポリマー誘電体などの有機誘電体や、低誘電率炭素ドープ酸化物などがある。低ｋポリマー誘電体の一例としては、ＳｉＬＫ（商標）（Dow Chemical Companyの商標）がある。詳細には、ＳｉＬＫ（商標）は、約９５％の炭素を含む組成を有するＢ段階ポリマーを含むポリマー系低ｋ誘電体材料の一種である。低誘電率炭素ドープ酸化物の一例としては、ＳｉＣＯＨがある。
【００５０】
剛性誘電体層３３を組み込んで、その下の低ｋ誘電体層３２を補強することができる。剛性誘電体層３３は、従来の堆積技術を用いて堆積させることができ、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化シリコン（ＳｉＣ）および二酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成することができるが、炭化シリコン（ＳｉＣ）であることが最も好ましい。剛性誘電体層は、約１０ｎｍから約１００ｎｍの厚さを有することができ、好ましくは３０ｎｍの厚さを有する。
【００５１】
第１の金属層２６は、フォトレジストを塗布、フォトリソグラフィによるパターン形成、パターン現像、下側剛性誘電体層３３および下側低ｋ誘電体３２の選択的エッチング、パターン除去、金属スパッタ堆積、および平坦化を含む（ただしこれらに限定されない）従来の方法で、下側低ｋ誘電体３２内に形成することができる。第１の金属線２６は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）および銀（Ａｇ）ならびにそれらの合金など（ただしこれらに限定されない）の従来の配線金属で構成することができる。第１の金属線は、銅で構成することが好ましい。
【００５２】
下側エッチ・ストップ層３４は、従来の化学的気相堆積プロセスによって第１の金属線２６、剛性誘電体層３３および下側低ｋ誘電体３２の上に堆積させることができる。下側エッチ・ストップ層３４は、約１０ｎｍから約１００ｎｍ、好ましくは約５０ｎｍの厚さを有する窒化物材料または酸窒化物材料、すなわち窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）または酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）で構成することができる。下側エッチ・ストップ層は、Ｓｉ３Ｎ４で構成することが好ましい。
【００５３】
機械的剛性誘電体３５は、従来の化学的気相堆積プロセスを用いて下側エッチ・ストップ層３４の上に形成することができるが、ここで、機械的剛性誘電体３５は、約１００ｎｍから約１０００ｎｍ、好ましくは３００ｎｍの厚さを有する。機械的剛性誘電体層３５は、ＳｉＯ２などの酸化物、フッ化ケイ酸塩ガラスなどのドープしたケイ酸塩ガラス、またはＳｉＣＯＨなどの炭素ドープ酸化物で構成することができる。あるいは、機械的剛性誘電体３５は、窒化物、酸窒化物およびその他の低ｋ誘電体など、その他の誘電体材料であってもよい。機械的剛性誘電体３５は、相互接続金属に匹敵する熱膨張係数を有することもできる。機械的剛性誘電体３５の熱膨張係数は、約０．１ｐｐｍ／℃から約５ｐｐｍ／℃の範囲とすることができ、好ましくは１ｐｐｍ／℃である。機械的剛性誘電体３５の誘電率は、２．５から約４．２の範囲とすることができ、好ましくは３．２である。
【００５４】
上側低ｋ誘電体層２３は、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤ、高密度プラズマＣＶＤ、またはスピン・オン・プロセスなどの従来のプロセスを用いて機械的剛性誘電体３５上に堆積させることができる。１実施形態では、下側低ｋ誘電体３２は、約１０ｎｍから約１０００ｎｍ、好ましくは３００ｎｍの厚さを有する低ｋ誘電体で構成される。上側低ｋ誘電体層２３および下側低ｋ誘電体３２の材料は、同じであっても同じでなくてもよい。上側低ｋ誘電体層２３は、上述のように、ＳｉＬＫ（商標）で構成されることが好ましい。上側低ｋ誘電体２３は、約３．５未満、好ましくは１．０から３．０の範囲の誘電率を有する。
【００５５】
さらに図１４を参照すると、上側低ｋ誘電体層２３の上に上側剛性誘電体層３６を配置することができる。上側剛性誘電体層３６は、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、または二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含む（ただしこれらに限定されない）機械剛性絶縁層を含む。上側剛性誘電体層３６は、約１０ｎｍから約１００ｎｍの範囲の厚さを有することができ、好ましくは３０ｎｍの厚さを有する。上側剛性誘電体層３６および下側剛性誘電体層３３の材料は、同じであっても同じでなくてもよい。上側剛性誘電体層３６は、約３０ｎｍの厚さを有する炭化シリコン（ＳｉＣ）で構成されることが好ましい。
【００５６】
次いで、上側剛性誘電体層３６の上に誘電体キャップ層３７を堆積させる。誘電体キャップ層３７は、従来の堆積法、すなわち化学的気相堆積法を用いて形成することもできるし、あるいは熱成長プロセス、すなわち熱酸化または熱窒化物形成法を用いて形成することもできる。誘電体キャップ層３７は、酸化物材料、窒化物材料または酸窒化物材料のいずれであってもよいが、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）であることが好ましい。誘電体キャップ層３７は、約１０ｎｍから約２００ｎｍの厚さを有することができ、好ましくは５０ｎｍの厚さを有する。
【００５７】
図１４を参照すると、次いで、この初期構造５を、従来のフォトリソグラフィおよびエッチング・プロセスを使用してパターン形成し、エッチングする。最初に、初期構造５の上側表面上に反射防止コーティング（ＡＲＣ）３８を形成する。あるいは、反射防止コーティング（ＡＲＣ）３８は省略することもできる。次いで、エッチングすべき表面にフォトレジストを塗布し、フォトレジスト層を放射パターンで露光し、従来のレジスト現像液を用いてこのパターンを現像することにより、ビア・パターン・レジスト３９を生成する。フォトレジストのパターン形成が完了すると、フォトレジストで覆われた部分は保護され、露出した領域は、保護されていない領域を除去する選択的エッチング・プロセスによって除去される。
【００５８】
図１５を参照すると、レジストのパターン形成および現像に続いて、機械的剛性誘電体３５に対して選択的に方向性エッチング・プロセス、すなわち反応性イオン・エッチングを用いて、その下にある誘電体キャップ層３７、上側剛性誘電体層３６および上側低ｋ誘電体２３の露出部分をエッチングする。エッチング・プロセスでは、当業者には既知のフッ化物エッチング液を用いることができる。次いで、従来の化学的剥離を用いて、ビア・パターン・レジスト３９を除去する。
【００５９】
図１６を参照すると、次の工程で、物理的気相堆積法（ＰＶＤ）、プラズマ強化化学的気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学的気相堆積法（ＨＤＰＣＶＤ）、および低圧化学的気相堆積法（ＬＰＣＶＤ）など（ただしこれらに限定されない）の化学的気相堆積法プロセスを用いて、共形な剛性ライナ２７を堆積させる。共形剛性ライナ２７は、炭化シリコン、窒化シリコン、二酸化シリコンなど（ただしこれらに限定されない）の任意の剛性絶縁材料にすることができる。共形剛性ライナ２７は、約１０ｎｍから約１００ｎｍの厚さを有することができ、好ましくは約３０ｎｍの厚さを有する。最も好ましくは、共形剛性ライナ２７は、３０ｎｍ程度の厚さを有する炭化シリコンである。
【００６０】
図１７を参照すると、次いで、選択的方向性エッチング、すなわち反応性イオン・エッチングにより、共形剛性ライナ２７の水平表面を除去する。このとき、共形剛性ライナ２７が、誘電体キャップ３７、上側剛性誘電体層３６および上側低ｋ誘電体２３の側壁に沿って残り、犠牲剛性側壁スペーサ２８を形成する。方向性エッチング・プロセスは、機械的剛性誘電体３５に対して選択的に行われる。エンド・ポイントを検出することにより、共形ライナ２７のエッチング中に機械的剛性誘電体３５の保全性が損なわれないようにすることができる。あるいは、エッチング・プロセスの時間を測ることもできる。
【００６１】
図１８を参照すると、次いで、その後に上述のように従来のフォトリソグラフィ・プロセスおよび現像プロセスでパターン形成されるフォトレジスト層から、金属線のパターンを有するレジスト４０を形成する。１実施形態では、金属線パターン・レジスト４０はその下の部分をビア・パターン・レジスト３９によって露出する初期構造５の部分よりも広く露出する。
【００６２】
図１９を参照すると、次いで、金属線パターン・レジスト４０をエッチング・マスクとして使用して、方向性エッチング・プロセス、すなわち反応性イオン・エッチングをもう一度行い、誘電体キャップ層３７、共形剛性ライナ２７の水平表面、および上側剛性誘電体３６の露出部分を、上側低ｋ誘電体２３に対して選択的に除去する。その上の金属線パターン・レジスト４０で保護されないこの構造の露出部分については、ＳｉＬＫ（商標）であることが好ましい上側低ｋ誘電体２３のポリマー材料はエッチングせずに誘電体キャップ層３７のＳｉＯ２、上側剛性誘電体層３６のＳｉＣおよび共形剛性ライナ２７のＳｉＣを選択的に除去するエッチング化学反応を用いて除去することが好ましい。犠牲剛性側壁スペーサ２８の垂直高さは、この方向性エッチングで低くすることができる。エッチング材料は、フッ化物（fluorinated species）を含むことができる。機械的剛性誘電体３５のオーバーエッチングを確実に防止するために、選択的エッチング・プロセスの時間を測る、またはエンド・ポイント検出を利用してエッチング・プロセスを監視することもできる。
【００６３】
図２０を参照すると、この金属線パターン・レジスト４０を利用して、機械的剛性誘電体３５に対して選択的方向性エッチング、すなわち反応性イオン・エッチングにより、エッチ・ストップ層３４上で止まるビア２４を形成する。このエッチング工程では、ビア・パターン・レジスト３９で最初に形成したパターンを、機械的剛性誘電体３５を通して延長することに留意されたい。１実施形態では、この方向性エッチングでは、その上の金属線パターン・レジスト４０で保護されていない機械的剛性誘電体３５から酸化物材料、すなわちＳｉＯ２を選択的に除去する。エッチング化学反応は、Ｓｉ３Ｎ４エッチ・ストップ層３４に対して選択的であることが好ましい。酸化物のエッチングに続いて追加のエッチングを行い、剛性犠牲側壁スペーサ２８を除去することもできる。
【００６４】
図２１を参照すると、次いで、機械的剛性誘電体３５およびエッチ・ストップ層３４に対する選択的エッチング化学反応を用いた方向性エッチングにより、上側低ｋ誘電体２３のエッチングを行う。エッチング化学反応は、機械的剛性誘電体３５のＳｉＯ２およびＳｉ３Ｎ４エッチ・ストップ層３４を実質的にエッチングすることなく低ｋ誘電体層２３のポリマー、すなわちＳｉＬＫ（商標）を除去することが好ましい。この低ｋ誘電体のエッチングの間に、金属線パターン・レジスト４０は剥離される。
【００６５】
図２２を参照すると、次いで、方向性エッチングを用いて、下側エッチ・ストップ・バリヤ３４の露出部分を除去する。この方向性エッチングは、このエッチ・ストップ・バリヤ３４のエッチング中にその下にある第１の金属線２６の保全性が損なわれないように、時間を測って行うことができる。このエッチ・ストップ・バリヤのエッチングでは、誘電体キャップ３７の材料すなわちＳｉＯ２、および第１の金属線２６に対して選択的なエッチング化学反応を用いることが好ましい。また、エンド・ポイント検出方法を利用して、その下の金属線２６がエッチングされないようにすることもできる。エッチ・ストップ・バリヤ３４のエッチングの終了時に、第１の金属線２６の上側表面が露出する。
【００６６】
次に図２３を参照すると、次いで、下側金属配線２６の露出した上面も含めて、図２２に示す構造の上面に、金属ライナ１３を堆積させる。この金属ライナ１３は、２ｎｍから約５０ｎｍの範囲の厚さ、好ましくは約５ｎｍの厚さを有する、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、ＴｉＮまたはＷＮの薄層にすることができる。金属ライナ１３は、スパッタ堆積、原子層堆積、化学的気相堆積法など（ただしこれらに限定されない）、当技術分野で周知の従来の堆積プロセスを用いて堆積させることができる。この実施形態では、機械的剛性誘電体３５によって相互接続構造１０に剛性が付与される。したがって、金属ライナ１３がこの構造に剛性を付与する必要がないので、厚い金属ライナ１３を堆積させる必要もない。金属ライナ１３は、その後に堆積させる金属の、その下にある第１の金属配線２６に対する付着性を高め、かつ／またはバリヤ層として機能することができる。
【００６７】
次の工程で、金属ライナ１３の上に高導電性金属を堆積させる。高導電性金属は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）およびそれらの合金を含むことができる。高導電性金属は、めっき、化学的気相堆積法、スパッタ堆積など（ただしこれらに限定されない）、当技術分野で周知の従来の金属堆積プロセスによって堆積させることができる。好ましくは、スパッタ堆積で銅シード層（図示せず）を形成した後で銅シード層の上に銅を電気めっきする２段階プロセスで、銅を堆積させる。金属堆積に続いて、この堆積させた金属を、化学機械的研磨技術または同様の平坦化方法を用いて平坦化し研磨する。その結果得られる構造は、図２３に示すように第２の金属線２５である。
【００６８】
好ましい実施形態に関連して、本発明について具体的に図示および説明したが、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく形態および詳細における前述その他の変更を加えることができることは、当業者なら理解するであろう。したがって、本発明は、説明し図示した通りの形態および詳細に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によってその範囲を規定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】厚く不均一なＴａＮライナを有する従来技術のビア相互接続を示す断面図である。
【図２】低ｋ誘電体層内に位置するビア内に剛性絶縁側壁スペーサを含む本発明の相互接続構造の１実施形態を示す断面図である。
【図３】図２に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図４】図２に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図５】図２に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図６】図２に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図７】図２に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図８】図２に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図９】図２に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図１０】図２に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図１１】図２に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図１２】図２に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図１３】低ｋ誘電体層を含む相互接続構造のビア領域を補強する機械的剛性誘電体を含む本発明の別の実施形態を示す断面図である。
【図１４】図１３に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図１５】図１３に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図１６】図１３に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図１７】図１３に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図１８】図１３に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図１９】図１３に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図２０】図１３に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図２１】図１３に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図２２】図１３に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【図２３】図１３に示す相互接続構造を形成するプロセス工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
５  初期構造
６  低ｋ誘電体層
７  上側エッチ・ストップ層
８  レジスト
９  反射防止コーティング層
１０  相互接続構造
１１  剛性誘電体ライナ
１２  剛性誘電体側壁スペーサ
１３  金属ライナ
１６  金属ビア
２３  上側低ｋ誘電体層
２４  ビア相互接続
２５  第２の金属線
２６  第１の金属線
２７  共形剛性ライナ
２８  犠牲剛性側壁スペーサ
３１  下側金属配線層
３２  低ｋ誘電体層
３３  剛性誘電体層
３４  下側エッチ・ストップ層
３５  機械的剛性誘電体層
３６  上側剛性絶縁層
３７  誘電体キャップ層
３８  反射防止コーティング
３９  ビア・パターン・レジスト
４０  金属線パターン・レジスト
４５  上側金属配線層
【図１】
2005203779.tif 000003
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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