(57)【要約】【課題】超低ｋ（ＵＬＫ）誘電体を備える改良された後工程（ＢＥＯＬ）相互接続構造を提供すること【解決手段】本構造は単一ダマシンまたはデュアル・ダマシン型であることができ、金属障壁層と超低Ｋ誘電体の間に高密度の薄膜誘電体層（ＴＤＬ）を備える。また、後工程相互接続構造の作製方法が開示され、この方法は、（ｉ）超低Ｋ誘電体のエッチングされた開口に高密度薄膜誘電体層を生成する方法、および（ｉｉ）超低Ｋ誘電体を低温チャック上でプロセス・チャンバ中に配置し、封止剤をプロセス・チャンバに加え、さらに活性化ステップを行なう方法を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
後工程（ＢＥＯＬ）の相互接続構造であって、
（ａ）基板上に設けられた約３までの誘電率を有する超低誘電率（ｋ）（ＵＬＫ）誘電体および導電性金属構造体と、
（ｂ）前記ＵＬＫ誘電体と前記導電性金属構造体の間のライナ障壁層と、
（ｃ）前記ライナ障壁層とＵＬＫ誘電体の間の約５ナノメートルまでの厚さを有する薄膜誘電体層（ＴＤＬ）とを備え、前記薄膜誘電体層が、密封障壁能力を有する高密度誘電体膜を含み、前記膜が、前記超低ｋ誘電体の材料とは違った材料を含む相互接続構造。
【請求項２】
前記薄膜誘電体層が、約０．５ナノメートルから約５ナノメートルまでの範囲にある厚さを有する、請求項１に記載の相互接続構造。
【請求項３】
前記薄膜誘電体層が、共形堆積を示し、かつ基本的に無欠陥である、請求項２に記載の相互接続構造。
【請求項４】
前記薄膜誘電体層が、約１ナノメートルから約３ナノメートルまでの範囲にある厚さ、および少なくとも約０．５である共形性を有する、請求項１に記載の相互接続構造。
【請求項５】
前記薄膜誘電体層の材料が、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＣ、ＳｉＣＨ、ＳｉＮＨ、ＳｉＣＮＨ、ＳｉＣＯＨ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣＢＮ、ＣＮ、および前述のものの合金、混合物、および多層から成るグループから選択される、請求項４に記載の相互接続構造。
【請求項６】
（ｉ）式ＳｉｘＯｗＮｙＨｚの材料であって、ｘが約０．３５から約０．４５までの範囲にあり、ｗが０から約０．１までの範囲にあり、ｙが約０．４５から約０．５５までの範囲にあり、そしてｚが０から約０．２までの範囲にある材料と、
（ｉｉ）式ＳｉｘＯｖＣｗＮｙＨｚの材料であって、ｘが約０．２から約０．３までの範囲にあり、ｖが０から約０．１までの範囲にあり、ｗが約０．２５から約０．３５までの範囲にあり、ｙが約０．１から約０．２までの範囲にあり、そしてｚが０から約０．３５までの範囲にある材料と、
（ｉｉｉ）式ＳｉｘＣｗＯｙＨｚの材料であって、ｘが約０．２２から約０．３２までの範囲にあり、ｗが約０．１５から約０．３までの範囲にあり、ｙが約０．３から約０．５までの範囲にあり、そしてｚが０から約０．３までの範囲にある材料と、から成るグループから前記薄膜誘電体層の材料が選択される、請求項５に記載の相互接続構造。
【請求項７】
前記薄膜誘電体層の材料が、式ＳｉｘＣｗＮｙＨｚの組成物を含み、ここで、ｘ＝約０．２５、ｗ＝約０．３、ｙ＝約０．１５、そしてｚ＝約０．３である、請求項６に記載の相互接続構造。
【請求項８】
前記薄膜誘電体層が、高密度プラズマ（ＨＤＰ）、ダウンストリームＨＤＰ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、プラズマ増強化学的気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、補助ＰＥＣＤＶ、およびプラズマ増強原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）から成るグループから選択された方法で堆積される、請求項１に記載の相互接続構造。
【請求項９】
前記ライナ障壁層が、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ、および前述のものの合金、混合物、および多層から成るグループから選択され、前記超低ｋ誘電体が、約１．５から約３．０までの範囲にある誘電率を有するＳｉＣＯＨ材料および多孔質ＳｉＣＯＨ材料から成るグループから選択され、さらに、前記導電性金属構造体が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、および前述のものの合金、混合物、および多層から成るグループから選択される、請求項５に記載の相互接続構造。
【請求項１０】
前記ライナ障壁層が、Ｔａ、ＴａＮおよび前述のものの合金、混合物および多層から成るグループから選択され、かつ前記導電性金属構造体がＣｕを含む、請求項９に記載の相互接続構造。
【請求項１１】
前記超低ｋ誘電体が、約１．５から約３．０までの範囲にある誘電率を有し、かつ前記薄膜誘電体層が、約２．８から約７までの範囲にある誘電率を有する、請求項２に記載の相互接続構造。
【請求項１２】
後工程（ＢＥＯＬ）の相互接続構造を形成する方法であって、
ａ）基板上に約３までの誘電率を有する超低ｋ（ＵＬＫ）誘電体を形成するステップと、
ｂ）前記超低ｋ誘電体内に単一ダマシンまたはデュアル・ダマシン用のエッチングされた開口を形成するステップと、
ｃ）約５ナノメートルまでの厚さを有する薄膜誘電体層（ＴＤＬ）を前記超低ｋ誘電体のエッチングされた開口に生成するステップであって、前記薄膜誘電体層が密封障壁能力を有する高密度膜を含み、前記膜が前記超低ｋ誘電体の材料とは違った材料を含むステップと、
ｄ）前記薄膜誘電体層上にライナ障壁層を形成するステップと、
ｅ）導電性金属を用いて前記エッチングされた開口を充填するステップと、
ｆ）前記構造を平坦化プロセスに掛けるステップとを備える方法。
【請求項１３】
前記薄膜誘電体層が、約０．５ナノメートルから約５ナノメートルまでの範囲にある厚さを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記薄膜誘電体層が、共形堆積を示し、かつ基本的に無欠陥である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記薄膜誘電体層が、約１ナノメートルから約３ナノメートルまでの範囲にある厚さ、および少なくとも約０．５である共形性を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記薄膜誘電体層の材料が、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＣ、ＳｉＣＨ、ＳｉＮＨ、ＳｉＣＮＨ、ＳｉＣＯＨ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣＢＮ、ＣＮ、および前述のものの合金、混合物、および多層から成るグループから選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
（ｉ）式ＳｉｘＯｗＮｙＨｚの材料であって、ｘが約０．３５から約０．４５までの範囲にあり、ｗが０から約０．１までの範囲にあり、ｙが約０．４５から約０．５５までの範囲にあり、そしてｚが０から約０．２までの範囲にある材料と、
（ｉｉ）式ＳｉｘＯｖＣｗＮｙＨｚの材料であって、ｘが約０．２から約０．３までの範囲にあり、ｖが０から約０．１までの範囲にあり、ｗが約０．２５から約０．３５までの範囲にあり、ｙが約０．１から約０．２までの範囲にあり、そしてｚが０から約０．３５までの範囲にある材料と、
（ｉｉｉ）式ＳｉｘＣｗＯｙＨｚの材料であって、ｘが約０．２２から約０．３２までの範囲にあり、ｗが約０．１５から約０．３までの範囲にあり、ｙが約０．３から約０．５までの範囲にあり、そしてｚが０から約０．３までの範囲にある材料と、から成るグループから前記薄膜誘電体層の材料が選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記薄膜誘電体層の材料が、式ＳｉｘＣｗＮｙＨｚの組成物を含み、ここで、ｘ＝約０．２５、ｗ＝約０．３、ｙ＝約０．１５、そしてｚ＝約０．３である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記薄膜誘電体層が、高密度プラズマ（ＨＤＰ）、ダウンストリームＨＤＰ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、プラズマ増強化学的気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、補助ＰＥＣＶＤ、およびプラズマ増速原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）から成るグループから選択された方法で堆積される、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記ライナ障壁層が、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ、および前述のものの合金、混合物、および多層から成るグループから選択され、前記超低ｋ誘電体が、約１．５から約３．０までの範囲にある誘電率を有するＳｉＣＯＨ材料および多孔質ＳｉＣＯＨ材料から成るグループから選択され、さらに、前記導電性金属が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、および前述のものの合金、混合物、および多層から成るグループから選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記ライナ障壁層が、Ｔａ、ＴａＮおよび前述のものの合金、混合物および多層から成るグループから選択され、かつ前記導電性金属がＣｕを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記超低ｋ誘電体が、約１．５から約３．０までの範囲にある誘電率を有し、かつ前記薄膜誘電体層が、約２．８から約７までの範囲にある誘電率を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
後工程（ＢＥＯＬ）の相互接続構造を形成する方法であって、
ａ）基板上に約３までの誘電率を有する超低ｋ（ＵＬＫ）誘電体を形成するステップと、
ｂ）前記超低ｋ誘電体に単一ダマシンまたはデュアル・ダマシンのエッチングされた開口を形成するステップと、
ｃ）、約−２００℃から約２５℃までの範囲にある温度の低温チャック上で、前記構造をプロセス・チャンバ中に配置するステップと、
ｄ）前記プロセス・チャンバに封止剤を加えるステップと、
ｅ）活性化ステップを行なうステップとを備える方法。
【請求項２４】
前記活性化ステップは、前記構造が約−２００℃から約２５℃までの範囲の温度の低温状態にある間に、前記構造を電子ビーム放射またはＵＶ放射に曝すことを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記電子ビーム放射が、約１０から約１，０００マイクロキューリ／ｃｍ２の線量を有する約０．５から約１００ＫｅＶの範囲にある電子エネルギーを、約１秒から約１７０分の時間、使用する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記活性化ステップが、前記構造を、真空または非酸化反応性の雰囲気中で、約１秒から約１７０分の間、約３００℃から約４５０℃までの範囲にある温度に加熱することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記非酸化反応性の雰囲気が、水素／アルゴンおよびアンモニアから成るグループから選択される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記活性化ステップは、前記構造が約−２００℃から約２５℃までの範囲の温度の低温状態にある間に、前記構造をプラズマに曝すことを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記プラズマが、Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ３、Ｈｅ、Ａｒ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ２、および前述のものの１つまたは複数の混合物から成るグループから選択された成分を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記封止剤が、環状シロキサン化合物を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記環状シロキサン化合物が、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）およびオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）から成るグループから選択され、さらに前記超低ｋ誘電体が、約１．５から約３．０までの範囲にある誘電率を有するＳｉＣＯＨ材料および多孔質ＳｉＣＯＨ材料から成るグループから選択される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記封止剤が、ＮＨ３とメチルシランまたは高級シランの混合物を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記薄膜誘電体層が、エッチング・ツールまたは堆積ツールで堆積される、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、集積回路（ＩＣ）に関し、より詳細には、ダマシン法で形成される多層（レベル）相互接続構造を含んだ相互接続構造に関し、この相互接続構造では、誘電体は、例えば約１．５から約３．０の誘電率を有する超低ｋ（ＵＬＫ）誘電体である。一般に、この超低ｋ誘電体には、孔（pore）が存在している。
【０００２】
本発明は、この超低ｋ誘電体内の金属ダマシン配線に基づいた、改良された相互接続構造について述べる。この相互接続構造は、単一ダマシンの開口またはデュアル・ダマシンの開口をエッチングした後で孔を封止または密閉することによって改善される。好ましい金属は銅であるが、他の低抵抗率金属を使用することができる。また、この構造を作る方法も述べる。
【０００３】
また、本発明は、エア・ギャップ（ＡＧ）を有する銅配線に基づいた、高性能ＩＣチップ用の改良された相互接続構造について述べる。また、前記の改良されたエア・ギャップ構造を作る方法も述べる。
【背景技術】
【０００４】
一般に、半導体デバイスは、シリコン結晶基板のような単一基板上に作られた集積回路を形成する複数の回路を含む。信号経路（path）の複雑な回路網は、通常、基板の表面に分布された回路要素を接続するように経路設定される。デバイス全体にわたってこの信号を効率良く経路設定するには、例えば銅に基づいたデュアル・ダマシン配線構造のような多レベルまたは多層の相互接続方法を形成することが必要である。銅をベースにした相互接続は、複雑な半導体チップ上の多数のトランジスタ間に高速信号伝送を実現する際に効果的であるので望ましい。相互接続構造の中で、金属ビア（via）は基板に対して垂直に走り、そして金属線は基板に対して平行に走る。信号速度のさらなる向上、および近接した銅線での信号の相互作用（「クロストーク」として知られている）のさらなる低減は、約１．５から約３．０の誘電率を有する低ｋまたは超低ｋ（ＵＬＫ）誘電体で銅線およびビアを取り包むことによって、新しいＩＣチップで達成することができる。さらなる速度向上は、空気の誘電率＝１．０を有するエア・ギャップ（ＡＧ）構造を使用して達成することができる。
【０００５】
現在、集積回路チップ上に形成された相互接続構造は、少なくとも約２から１０までの配線層（レベル）から成る。特定の構造では、３．０よりも小さな誘電率を有する低誘電率（ｋ）材料が使用される。
【０００６】
しかし、多くの場合、信頼性の問題が、この構造と関連している。集積化、信頼性ストレス、または長期間にわたる使用の間に、超低ｋ誘電体内に作られたチップ相互接続構造は、Ｃｕと超低ｋ誘電体の間の金属ライナ（liner）障壁のライナ障壁品質不良のために、機能しなくなるかまたは劣化するかもしれない。この品質不良は、通常、ＣｕまたはＣｕ＋が誘電体に入り込むことができるようにしかつ酸化種（Ｈ２Ｏ、Ｏ２、その他）がＣｕと相互作用できるようにするライナ障壁中の欠陥に起因している。欠陥および凹凸（roughness：粗さ）は、一般に、ライナ障壁堆積中の被覆が一様でないためであり、例えば、超低ｋ誘電体に孔およびでこぼこが存在することで、ライナ障壁が薄いかまたは不連続である小さな領域が生じるようになることがある。また、高アスペクト比のビアの底にライナ障壁を堆積することは困難であり、その結果、一般に、ビアが下の配線（line）にぶつかる界面近くで前記のビアの底に、薄いまたは不連続なライナ領域が形成される。
【特許文献１】米国特許第６，３１２，７９３号
【特許文献２】米国特許第６，４４１，４９１号
【特許文献３】米国特許第６，４７９，１１０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、エッチングされた開口の表面の開いた孔および極端な凹凸（roughness）によって生じるライナ障壁中の欠陥を減少させるかまたは生じさせないようにする必要がある。
【０００８】
その上、高性能の相互接続構造は、最小の誘電率を実現するためにエア・ギャップ（ＡＧ）またはエア・ブリッジを使用することができる。この構造の信頼性問題は、通常、Ｃｕの酸化を伴う。というのは、金属ライナ障壁は余りにも薄くてＣｕの酸化を防ぐことができないかもしれないし、または、製造中に微粒子、リソグラフィ欠陥、または他の原因によってライナ障壁中に欠陥が発生するかもしれないからである。また、エア・ギャップで誘電体絶縁破壊が起こるかもしれない。
【０００９】
したがって、エア・ギャップ構造には、酸化に対するＣｕの保護を増して信頼性を向上させ、かつ誘電体絶縁破壊も防止することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、超低ｋ（ＵＬＫ）誘電体を備える改良された後工程（ＢＥＯＬ：back endof the line）相互接続構造を提供する。本構造は、金属ライナ障壁層と超低ｋ誘電体の間に高密度の薄膜誘電体層（ＴＤＬ：thin dielectriclayer）を備え、この薄膜誘電体層は、超低ｋ誘電体の材料とは違った材料を備える。
【００１１】
相互接続構造は、デュアル・ダマシン型でも単一ダマシン型でもよく、超低ｋ誘電体は、例えば、約１．５から約３．０までの誘電率のような、約３．０までの誘電率を有することができる。
【００１２】
薄膜誘電体層は、好ましくは、基本的に無欠陥であり、エッチングされた開口に共形堆積を示し、密封障壁能力（hermetic barrier capability）を有し、約０．５×１０２３原子／ｃｍ３から約１．７×１０２３原子／ｃｍ３までの範囲にある密度を有し、さらに、約５ナノメートルまでの厚さ（例えば約１ナノメートルから約３ナノメートルのような約０．５ナノメートルから約５ナノメートルまでの範囲にある厚さ）を有する。
【００１３】
本発明は、さらに、後工程相互接続構造を形成する改良された方法に関する。一実施例では、高密度の密封薄膜誘電体層を超低ｋ誘電体のエッチングされた開口に形成する方法が提供される。他の実施例では、低ｋ薄膜誘電体層を超低ｋ誘電体のエッチングされた開口に形成する方法が提供される。後者の方法で、超低ｋ誘電体を含む構造は、約−２００℃から約２５℃までの範囲の温度の低温チャック（cold chuck）上でプロセス・チャンバ中に配置され、封止剤（seal agent）がプロセス・チャンバに加えられ、そして活性化ステップが行なわれる。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の特徴は、図面に関連して読まれるとき、本発明の以下の詳細な説明の考察に基づいて明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、一般的に、集積回路（ＩＣ）の改良に関し、より詳細には、ダマシン法で形成された多層相互接続構造を含んだ改良された相互接続構造に関する。この改良された相互接続構造では、誘電体は、例えば約１．５から約３．０までの範囲にある誘電率を有する超低ｋ（ＵＬＫ）誘電体である。一般に、そのような超低ｋ材料には、孔が存在する。本発明は、例えば単一ダマシンまたはデュアル・ダマシンの開口をエッチングした後で孔の封止または密閉するような、エッチング後に孔を封止するかまたは閉じる方法を提供する。
【００１６】
本発明の方法は、一般に信頼性不良の少なくとも２つの重大なモードを無くすることができるので、改良された信頼性を有する相互接続構造を実現することができる。この不良モードには、隣接する金属構造体（feature）間の電流を生じる、超低ｋ誘電体中に存在する金属イオン（Ｃｕ＋のような）または金属原子（Ｃｕ）による超低ｋ誘電体の時間に依存した誘電体絶縁破壊（ＴＤＤＢ：timedependent dielectric breakdown）の加速がある。第２の一般的な不良モードは、超低ｋ誘電体から導電性金属中に浸入する酸化剤による導電性金属（Ｃｕのような）ビアおよび配線の局部的な酸化であり、前記金属の抵抗を増加させる。前述の両方の不良モードは、一般に、ライナ障壁が薄いかまたは不連続である小さな領域によって引き起こされる。Ｃｕ種は超低ｋ誘電体に浸入することができ、そして酸化剤は、ライナ障壁が薄いかまたは不連続である場所を通り抜けて、Ｃｕ配線を腐食する。
【００１７】
したがって、本発明は、電気的な特性が非常に安定でかつ高信頼性である約３．０までの誘電率を有する誘電体内に形成されたデュアル・ダマシン型または単一ダマシン型の後工程相互接続構造を実現することができる。本構造は、現場での動作または信頼性ストレス中に、電流リーク（leakage current）の減少、安定した金属導体（Ｃｕ）抵抗、安定した配線間キャパシタンス、および関連した特性を示す。
【００１８】
さらに、本発明は、現場動作または信頼性ストレス中に、配線間の漏れ（リーク）、金属導体（Ｃｕのような）抵抗およびキャパシタンス、および誘電体絶縁破壊の回避のような電気的特性が非常に安定でかつ高信頼性であるエア・ギャップに基づいた後工程相互接続構造を実現することができる。
【００１９】
本発明は、さらに、デュアル・ダマシン型または単一ダマシン型の、またはエア・ギャップ型の後工程相互接続構造の改良された製造方法を実現することができる。この方法では、薄膜誘電体障壁が誘電体を金属導体（Ｃｕのような）から分離する。
【００２０】
集積回路は一般に相互接続レベルを有し、その各レベル（層）は、ＩＣチップ上で使用するためのデュアル・ダマシン（ビアと次のレベルの導体）配線相互接続構造である金属配線とビアから成る。金属配線およびビアは、同じまたは異なる導電性材料で構成される。適切な導電性材料には、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕおよびこれらの混合物および合金があるが、これらに限定されない。非常に好ましい材料はＣｕである。添加金属（ＴｉまたはＳｎのような）の入ったＣｕを基材とした合金を使用することもできる。
【００２１】
デュアル・ダマシン法によるレベルの形成を図１を参照して説明する。図１には、基板１およびエッチング停止（etch stop）／障壁層２が示されている。エッチング停止／障壁層の上に、層間誘電体（ＩＬＤ：inter layerdielectric）３を堆積し、層間誘電体の上に任意選択でハードマスク４を堆積する。層間誘電体内に、例えば反応性イオン・エッチングによって、ビア開口（opening）５および配線開口７を含んだ開口を形成する。ビア開口の側壁が９であり、一方で、配線開口の側壁が１１である。側壁表面の凹凸を１３として示し、開いた孔（openpore）による極端な凹凸の例を１５として示す。
【００２２】
いくつかのエッチング条件の下でのエッチング・ステップ中に、トレンチの底がイオン衝撃に直接曝されるために、凹凸は、側壁１３と比べてトレンチの底１７でいっそう大きいかもしれない。一般に、凹凸および開いた孔１５は、エッチングされた開口５および７の露出表面全体にわたって形成されることがある。基板１は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、Ｓｉ／ＳｉＧｅ、Ｓｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ、ＧａＡｓ、およびこれらの合金、混合物、または多層から成るグループから選択された半導体材料を含んだ半導体ウェーハまたはチップを含み得る。基板は、作製すべき所望のデバイスに依存してｎ型か、またはｐ型であり得る。さらに、基板は、基板内か基板表面かのどちらかに形成された様々な分離領域またはデバイス領域あるいはその両方を含み得る。また、基板は、表面に金属パッドを含むかもしれない。基板は、シリコンを含んだ半導体材料である他に、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デバイスを含む回路でもある。
【００２３】
デュアル・ダマシン開口を形成する方法およびパラメータは知られている。例えば、配線およびビアを画定する開口は、従来のリソグラフィ（低ｋ有機誘電体層の表面にフォトレジストを塗布することを含む）およびエッチングを使用して形成することができる。エッチング・ステップは、従来のドライ・エッチング、例えば反応性イオン・エッチング、イオン・ビーム・エッチングまたはプラズマ・エッチングあるいはこれら全てを含むことができる。そして、フォトレジストは、従来の剥離プロセスを使用して層から剥離することができる。図１は、エッチング・ステップおよびレジスト剥離ステップの後の開口を示す。
【００２４】
デュアル・ダマシン構造を完成するために、導電性金属をベースにしたライナ障壁を、開口の露出表面に堆積することができる。例えば化学的気相堆積法（ＣＶＤ）、物理的気相堆積法（ＰＶＤ）、スパッタリング、メッキ、蒸着（evaporation）、または化学溶液付着のような従来の堆積プロセスを使用して、この導電性金属をベースにしたライナ障壁を堆積することができる。ライナ障壁は、例えば窒化タンタル（ＴａＮ）のような高融点金属窒化物と例えばタンタル（Ｔａ）のような高融点金属の二重層であり得る。ＴｉＮ、ＷＮ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、および関連した材料を使用することもできる。任意選択で、Ｓｉを加えて、ＴｉＳｉＮのような三元合金障壁（ternaryalloy barrier）を形成することができる。
【００２５】
次に、電気メッキまたは前述の堆積プロセスのうちの１つで、金属、例えばＣｕを付加えることができる。好ましくは、金属は、Ｔａ、ＲｕまたはＲｅのようなライナ金属と強い接着強度で接触し、そして次に、このライナ金属は金属窒化物層と接触している。この金属窒化物層は、超低ｋ誘電体に隣接し、前記の誘電体と強い接着強度で接触している。
【００２６】
次に、導電性充填構造を従来の平坦化プロセスに掛けることができ、この平坦化プロセスで、開口の外のどのような残留導電性金属またはライナあるいはその両方とも実質的に除去される。例えば、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を使用することができ、ＣＭＰ後、金属配線の上面水平部分は、第１の層の上面とほぼ同一平面になっている。
【００２７】
次に、その上面に連続層として、拡散障壁／エッチング停止層を堆積し、相互接続レベル（層）を完成することができる。前記の拡散障壁層は、上述の導電性金属のうちの１つが相互接続レベルの誘電体層中に拡散するのを防ぐことができる任意の絶縁材料で構成することができる。前記の拡散障壁層は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、およびＳｉＣ、またはこれらの材料の水素添加形（ＳｉＮＨ、ＳｉＣＮＨ、ＳｉＣＨ）あるいはこれら全てから選ばれたアモルファス合金で構成することができる。
【００２８】
ここで、本発明の範囲に含まれる実施例を、図２を参照して説明する。超低ｋ誘電体層２６が基板２３の上に堆積され、超低ｋ誘電体にデュアル・ダマシン開口がエッチングされている。この開口は本発明の範囲内の単一ダマシンによる場合もあり得るが、デュアル・ダマシンの場合を詳細に説明する。誘電体２６と金属（Ｃｕのような）構造体２２の間にデュアル・ダマシン開口全体にわたって薄膜誘電体層（ＴＤＬ）２８がある。
【００２９】
薄膜誘電体層と金属構造体２２の間に、金属／金属窒化物ライナ障壁３０があり、この金属／金属窒化物ライナ障壁３０は、単層であり得るし、または例えばＴａＮまたはＴａあるいはその両方を含む二層か多層であり得る。好ましくは、二層が使用される。この二層では、金属窒化物層が超低ｋ誘電体に隣接し、かつ前記誘電体と強い接着強度で接触しており、一方で、例えばＴａ、Ｒｕ、またはＲｅを含む金属ライナが金属構造体に隣接しかつ前記金属構造体と強い接着強度で接触している。誘電体の上に、任意選択でハードマスク層２４がある。任意選択のハードマスクおよび金属構造体の上に、拡散障壁／エッチング停止層２５がある。
【００３０】
薄膜誘電体層２８は密封障壁能力を有する高密度膜を含むのが望ましく、この高密度膜は、好ましくはアモルファスであり、かつピンホールまたは微小チャネル（micro channel）の無いような基本的に無欠陥である。密封障壁能力に加えて、該膜は、好ましくは、ＣｕまたはＣｕ＋のマイグレーション（migration:移動）に対して優れた障壁であることが望ましい。薄膜誘電体層２８の他の特性には、好ましくは、エッチングされた開口内、特にビアの底部での共形堆積、耐湿性（Ｈ２Ｏ）または疎水性特性あるいはその両方、およびライナ層およびブランケット（blanket）障壁／エッチング停止層に対する優れた接着性が含まれる。また、薄膜誘電体層は、例えば、約７未満の誘電率の低誘電率（例えば約２．８から約５までのような約２．８から約７までの範囲にある誘電率）を有することができる。
【００３１】
本明細書で使用されるとき、「密封障壁能力（hermetic barriercapability）を有する高密度膜（dense film）」という用語は、（ｉ）ラザフォード後方散乱分光学（ＲＢＳ）および前方反跳分光学（水素の）によって測定された、約０．５×１０２３原子／ｃｍ３から約１．７×１０２３原子／ｃｍ３までの範囲の密度を有し、かつ（ｉｉ）約２５℃から約４３０℃までの範囲の温度で約１ナノメートルから約３ナノメートルまでの厚さのような少なくとも約０．５ナノメートルの薄膜誘電体層厚さの材料に酸素またはＨ２Ｏを浸入させない、材料を意味する。
【００３２】
本明細書で使用されるとき、「基本的に無欠陥（defect free）」という用語は、直径が２００ミリメートルまたは３００ミリメートルのウェーハの欠陥数が０から約１００までの範囲にあり、かつ、相互接続構造を含む基板の断片（piece）に、前記基板の前記断片を空気中で加熱して前記欠陥をより検出し易くしたとき、１０×から１０，０００×の倍率の顕微鏡で見られるような可視欠陥が無いことを意味する。欠陥を検出するために使用することができる手順は、１）基板の上面を透明な窒化シリコン（ＳｉＮ）で不動態化（passivating）して上面の酸化を防止すること、２）基板の断片を割って露出された端部を残しておくこと、３）前記断片を空気中で約２００℃から約４３０℃で１から１００時間加熱し、これによって、欠陥がライナ障壁中に存在する場所で銅を酸化させること、および４）顕微鏡を使用して前記断片を検査することを含む。
【００３３】
本明細書で使用されるとき、「共形堆積（conformal deposition）」という用語は、高アスペクト比の穴（ビア）またはトレンチの側壁の被覆（カバレッジ）を表し、少なくとも約０．１、好ましくは約０．１から約１までの共形性を必要とする。膜が基板に堆積されたとき上面およびビア（穴）を有する基板前記について、共形性は、前記ビアの側壁の膜厚と前記上面の膜厚の比である。側壁の厚さが上面の厚さに等しいとき、共形性＝１である。薄膜誘電体層の共形性は好ましくは少なくとも約０．５であり、より好ましくは約０．９から約１までの範囲である。
【００３４】
薄膜誘電体層２８は例えば約５ナノメートルまでの厚さを有することができ、このことは、厚さが約５ナノメートルまでの、例えば約１ナノメートルから約３ナノメートルまでのような約０．５ナノメートルから約５ナノメートルまでの有限量の材料を意味する。
【００３５】
薄膜誘電体層２８は、超低ｋ誘電体２６の材料とは異なった材料で構成される膜を含む。「超低ｋ誘電体の材料とは異なった材料」には次の（ｉ）および（ｉｉ）がある。（ｉ）存在する元素の種類に関して、超低ｋ誘電体で使用される材料と異なる薄膜誘電体層材料（すなわち、薄膜誘電体層がＳｉＣＮＨ組成を含み、超低ｋ誘電体がＳｉＣＯＨ組成を含むときのような、薄膜誘電体層材料が超低ｋ誘電体に存在しない少なくとも１つの元素を含むときまたはその逆のときあるいはその両方のとき）、および（ｉｉ）超低ｋ誘電体で使用されるのと同じ元素で構成され、元素の化学量論的組成比が異なる薄膜誘電体層材料（すなわち、薄膜誘電体層と超低ｋの両方の誘電体が式ＳｉｘＣｗＯｙＨｚで表され、ｘ、ｗ、ｙのうちの少なくとも１つまたはｚあるいはその両方が異なる場合のような、薄膜誘電体層材料および超低ｋ誘電体が同じ元素で構成されるが、少なくとも１つの組成係数が異なる場合）。
【００３６】
薄膜誘電体層２８に適切な材料には、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＣ、ＳｉＣＨ、ＳｉＮＨ、ＳｉＣＮＨ、ＳｉＣＯＨ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣＢＮ、およびこれらの混合物、合金、および多層があり、これらの組成物の元素（Ｓｉ、Ｎ、Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｂ、Ａｌ）は、任意の化学量論的組成比で存在することができる。例えば、好ましい薄膜誘電体層材料には次のものがある。
【００３７】
（ｉ）式ＳｉｘＯｗＮｙＨｚの組成物、
ここで、ｘは約０．３５から約０．４５までの範囲にあり、ｗは０から約０．１までの範囲にあり、ｙは約０．４５から約０．５５までの範囲にあり、そしてｚは０から約０．２までの範囲にある。
【００３８】
（ｉｉ）式ＳｉｘＯｖＣｗＮｙＨｚの組成物、
ここで、ｘは約０．２から約０．３までの範囲にあり、ｖは０から約０．１までの範囲にあり、ｗは約０．２５から約０．３５までの範囲にあり、ｙは０．１から約０．２までの範囲にあり、そしてｚは０から約０．３５までの範囲にある。
【００３９】
（ｉｉｉ）式ＳｉｘＣｗＯｙＨｚの組成物、
ここで、ｘは約０．２２から約０．３２までの範囲にあり、ｗは約０．１５から約０．３までの範囲にあり、ｙは約０．３から約０．５までの範囲にあり、そしてｚは０から約０．３までの範囲にある。
【００４０】
非常に好ましい組成物はＳｉｘＣｗＮｙＨｚであり、ここで、ｘは約０．２５、ｗは約０．３、ｙは約０．１５、そしてｚは約０．３である。
【００４１】
ｘ、ｙ、ｗ、ｚの上述の値が好ましい組成を定義するが、他の値のｘ、ｙ、ｗ、ｚ係数を有する材料を本発明の範囲内で使用して薄膜誘電体層を形成することができる。
【００４２】
層２６の超低ｋ誘電体は、約１．５から約３．０までの範囲にある誘電率のようなゼロよりも大きい約３までの誘電率を意味する約３までの誘電率を有することができ、そして、好ましくは、約３．０未満の誘電率、より好ましくは約２．５未満の誘電率を有する。超低ｋ誘電体は、一般に、約０．５ナノメートルから約２ナノメートルまでのような約０．５ナノメートルから約１０ナノメートルまでの範囲にある特徴的な寸法の孔を含む。
【００４３】
層２６の適切な超低ｋ誘電体は、例えば、Ｃドープ酸化物（ＣＤＯ）またはオルガノシリケート・ガラス（ＯＳＧ）とも呼ばれる（ＳｉＣＯＨ）を含んだＳｉ、Ｃ、ＯおよびＨの組成物のようなシリコン含有材料のような、多孔質無機材料を含むことができる。層２６は、プラズマ増強化学的気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）またはスピン塗付法によって堆積された超低ｋ誘電体を含むことができる。
【００４４】
ＰＥＣＶＤ  超低ｋ誘電体の特定の例には、アプライド・マティリアルス社（AppliedMaterials）からの黒色ダイアモンド多孔質ＳｉＣＯＨ（ＢＤＩＩ、ＢＤＩＩＩ）およびエー・エス・エム（ＡＳＭ）社からの超低ｋまたはＥＬＫオーロラ（Aurora）があるが、これらに限定されない。ＳｉＣＯＨ前駆物質（precursor）および第二炭化水素（secondhydrocarbon）前駆物質によるＰＥＣＶＤは、米国特許第６，３１２，７９３号、６，４４１，４９１号および６，４７９，１１０号に開示されているように、１．５から３の誘電率（ｋ）を有する超低ｋＳｉＣＯＨ誘電体を作るための１つの好ましい方法である。
【００４５】
メチルシルセスキオキサン、シロキサン、および日本合成ゴム（JapanSynthetic Rubber（ＪＳＲ））社からの５１０９、５１１７、５５２５、５５３０のような組成Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈを有する様々なスピン塗付膜およびデンドリガラス（Dendriglass）を使用することもできる。トリコン（Trikon）社からのオリオン（Orion）として知られている材料および他の材料、およびシップレイ（Shipley）社からのジルコン（Zircon）として知られている材料も層２６に使用することができる。
【００４６】
もしくは、超低ｋ誘電体層２６は、多孔質ＳｉＬＫ（商標）として売られているダウ・ケミカル社（Dow Chemical Co.）からの市販の多孔質有機熱硬化性樹脂のような多孔質低ｋ有機材料、またはポリアリーレン、および同様な物のであり得る。
【００４７】
もしくは、超低ｋ誘電体層２６は、ビア・レベルの１つの材料と配線レベルの第２の材料で構成され、当技術分野で知られている「ハイブリッド」構造を形成し得る。例えば、ビアは高密度ＳｉＣＯＨ誘電体に形成することができ、配線は多孔質ＳｉＣＯＨ誘電体に形成することができる。
【００４８】
ここで図３を参照して、本発明の範囲に含まれる他の実施例を説明する。図３では、多くの要素は図２と同一であり、図２および３で両方に共通な要素には同じ数字の表示が使用されている。図３において、Ｃｕ配線の底部に埋め込まれたエッチング停止層３４が追加されている。エッチング停止層３４は、エッチング開口を形成するのに役立ち、またＣｕ配線が高精度の適正な抵抗を持つようにするのに役立ち、そして、エッチング差をもうけるためにバルクの超低ｋ誘電体と違った組成でなければならない。
【００４９】
ここで図４を参照して、本発明の範囲に含まれる追加の実施例を説明する。図４では、エア・ギャップ構造が示されている。例えばＣｕ配線の金属構造体２２は、多孔質かまたは高密度であり得る支持（support）誘電体４０で支持されている。図２に関連して層２６のために上述の列挙した任意の誘電体材料が、本発明の範囲内で支持誘電体４０に使用することができる。金属配線および支持誘電体の外に、薄膜誘電体層２８がある。この構造で、層２８は、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣＢＮ、およびこれらの混合物、合金、または多層から成るグループから選択された高密度材料を含むことができる。
【００５０】
薄膜誘電体層２８は密封障壁能力を有する高密度膜を含むのが望ましく、この高密度膜は、好ましくはアモルファスであり、かつピンホールまたは微小チャネルの無いような基本的に無欠陥である。密封障壁能力を有することの他に、好ましくは、そのような膜はＣｕまたはＣｕ＋のマイグレーションに対して優れた障壁であるのが望ましい。薄膜誘電体層２８の他の特性には、好ましくは、エッチングされた開口における特にビアの底部での共形堆積、耐湿性（Ｈ２Ｏ）または疎水性特性あるいはその両方、およびライナ層およびブランケット障壁／エッチング停止層に対する優れた接着性がある。薄膜誘電体層はまた、低誘電率を有することができ、例えば、約２．８から約７までの範囲にある誘電率のような、約７未満の誘電率を有することができる。
【００５１】
薄膜誘電体層２８の厚さは、例えば、約１ナノメートルから約３ナノメートルまでのような、約０．５ナノメートルから約５ナノメートルまでの範囲であることができる。薄膜誘電体層の共形性は、好ましくは、少なくとも約０．５であり、最も好ましくは、少なくとも約０．９である。
【００５２】
薄膜誘電体層２８と金属構造体２２の間に、金属／金属窒化物ライナ障壁３０があり、この障壁３０は、単層であり得るし、または、二層または多層であり得る、例えばＴａＮまたはＴａあるいはその両方を含む。
【００５３】
薄膜誘電体層に隣接して、エア・ギャップ４６がある。エア・ギャップ４６を多孔質ギャップ充填誘電体に置き換えて、「エッチ・バック・ギャップ充填」（ＥＢＧＨ）構造を作ることができ、薄膜誘電体層を含むＥＢＧＦ構造は本発明の範囲内に含まれる。
【００５４】
さらに、下記のものは、本発明に従って構造を作る方法について述べる。
【００５５】
第１の方法
第１の方法は、例えば、高密度プラズマ（ＨＤＰ）、ダウンストリームＨＤＰ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）補助ＰＥＣＶＤ、プラズマ増強原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）および関連プラズマ・プロセスから選択された堆積プロセスを使用した、薄膜誘電体層の堆積を含む。
【００５６】
孔を封止し、かつビアおよび配線の側壁を滑らかにする第１の方法は、図１の要素１〜１７を含む基板を、ＨＤＰ、ＰＥＣＶＤ、ＰＥＡＬＤ、または電子サイクロトロン共鳴プラズマ増強（ＥＣＲＰＥ）ＣＶＤ、またはＡＬＤ型の反応器中に配置することで始まる。第１の方法では、多孔質オルガノシリケート・ガラス（ＯＳＧ）または「多孔質ＳｉＣＯＨ」の層間誘電体（ＩＬＤ）が使用され、ＳｉＮ、ＳｉＣまたはＳｉＣＮまたはＳｉＣＮＨから成るグループから選択された材料を含む封止層が、好ましくはＨＤＰまたはＰＥＡＬＤによって塗布される。上に列挙した他の多孔質誘電体をこの方法の範囲内で使用することができ、層間誘電体はＰＥＣＶＤまたはスピン塗付方法で堆積することができる。
【００５７】
この材料の孔は、約０．１ナノメートルから約１０ナノメートルまで範囲にある特徴的な寸法を有する可能性があり、好ましい材料は約０．２ナノメートルから約２ナノメートルまでの範囲にある平均孔径を含む。
【００５８】
この方法では、少なくとも２つまたは３つの前駆物質化学薬品を混合物の状態で使用して薄膜誘電体層を形成することができ、そしてこれらの化学薬品は、Ｓｉ源および窒素源および任意選択で炭素源を含むことができる。任意選択で、そのＳｉおよびＣは１つの前駆物質（例えば、トリメチルシランまたはテトラメチルシラン、または任意のメチルシラン）中に結合され、そして窒素源としてＮＨ３または他の前駆物質が使用される。ＨＤＰ、ダウンストリームＨＤＰ、ＥＣＲＰＥＣＶＤ、ＰＥＡＬＤプロセスを全て使用することができる。
【００５９】
一般的な高密度プラズマ（ＨＤＰ）窒化シリコン・プロセスでは、希釈したシリコン、窒素、および、シランおよび、アンモニア（または窒素）またはエチレン（またはメタン）あるいはその両方のような炭素源が、低圧（３〜１００ｍＴ）、低温（＜４００℃）、および低ＲＦ源およびバイアス電力（２００ミリメートル用ＣＶＤシステムの場合、＜８００ワット）で堆積前駆物質として使用されて、膜共形性が改良された状態で、ＳｉＮか、ＳｉＮＣか、ＳｉＣかのどれかで構成された薄膜誘電体層が堆積される。一般的なシステムは、ＡＭＡＴ社のＣｅｎｔｕｒａまたはノベラス（Ｎｏｖｅｌｌｕｓ）社のＳＰＥＥＤ  ＨＤＰシステムであり得る。また、他のダウンストリーム・プラズマＣＶＤ、ＥＣＲを、同じ目的に使用することもできる。
【００６０】
例えば、ＳｉＮｘ、ＳｉＣおよびＳｉＣＮのような堆積膜は、４３０℃までの温度で１時間の高い耐湿性および耐酸化性を有するはずである。膜の共形性は、少なくとも１：１のアスペクト比を有するサブミクロン構造への堆積の場合、少なくとも約０．５、好ましくは少なくとも約０．９であるはずである。
【００６１】
第２の方法
薄膜誘電体層を形成する第２の方法では、図１の要素１〜１７を含む基板は、約１００から約３００ケルビン（Ｋ）までの温度の冷却ウェーハ・チャック上に配置される。封止剤は、ガスとして、または固体源からの蒸発によりプロセス・チャンバに加えられ、封止剤がウェーハ上に凝縮する。テトラメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、または他の凝縮可能シロキサンのような、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨを含む分子を、封止剤として使用することができる。この環状シロキサン化合物は、一般に、標準条件下で液体であり、そして、容易にウェーハ上に凝縮して、一般的に一様な共形の被膜をエッチングされた側壁およびトレンチの底部に形成するので好ましい。
【００６２】
好ましい封止剤には、ＳｉＣＯＨ薄膜誘電体層を形成するために、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、変性（derivatized）シクロトリシロキサン、変性シクロペンタシロキサン、エチル置換環状シロキサン、および変性シロキサンを含む。
【００６３】
次に、活性化ステップで封止剤を活性化させることができ、このステップで、封止剤はエッチングされた表面と反応して、開いた孔および凹凸の領域が充填される。この活性化ステップは、封止層を薄膜誘電体層に変換し、さらに活性化ステップは高密度薄膜誘電体層を作らなければならない。
【００６４】
異なる実施例では、活性化ステップは、異なるエネルギー源で行なわれる。好ましい実施例では、活性化ステップは、ウェハ温度が約−２００℃から約２５℃までの範囲の温度のような低温に保たれている間に、基板を電子ビーム照射またはＵＶ照射に曝すことで行なわれる。電子ビーム処理は、約１０から約１，０００マイクロキューリ／ｃｍ２の線量を有する約０．５から約１００ＫｅＶまでの範囲にある電子エネルギーを、約１秒から約１７０分の時間、使用することができる。
【００６５】
また、ＵＶ照射も封止剤を活性化するのに好適である可能性がある。
【００６６】
異なる実施例では、ウェハは、真空または水素／アルゴンまたはアンモニアのような非酸化反応性の雰囲気中で、１から１０，０００秒間、約３００℃から約４５０℃までの範囲の温度に加熱される。ウェハは、リフト・ピン（lift pin）を使用して低温チャックからリフトオフされ、それから急速熱アニール法を使用してランプ加熱することができる。
【００６７】
もしくは、レーザ加熱を使用して、１ナノ秒から１００秒までの時間、ウェハの上面を局部的に加熱することができる。
【００６８】
他の実施例では、活性化ステップは、ダウンストリーム・プラズマまたはＥＣＲプラズマのようなプラズマに低温のウェハを曝すことによって行なうことができる。プラズマ活性化用の１つの好ましい化学作用は、Ｈ２、炭化水素（ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、その他）、アンモニア（ＮＨ３）、Ｈｅ、またはこれらのガスの１つまたは複数の混合物を使用することである。プラズマ活性化に使用することができるガスには、例えば、フォーミング・ガス（Ｈ２／Ｎ２）、Ｈ２／不活性ガス（Ｈｅ、Ａｒ）、ＮＨ３／Ｈ２／Ｎ２、および炭化水素（ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、・・・その他）がある。
【００６９】
第３の方法
この方法では、多孔質オルガノシリケート・ガラス（ＯＳＧ）または「多孔質ＳｉＣＯＨ」の層間誘電体（ＩＬＤ）を使用することができ、そしてＳｉＮ、ＳｉＣ、またはＳｉＣＮを含む封止層を塗布することができる。この材料の孔は、０．１ナノメートルから１０ナノメートルまでの範囲の特徴的な寸法を有する可能性があり、好ましい材料は約０．２ナノメートルから約２ナノメートルまでの平均孔径を含む。
【００７０】
第３の方法では、２つまたは３つの材料を混合物の状態で使用して薄膜誘電体層（封止「層」）を形成し、そしてこれらの材料がＳｉ源および窒素源を含んでいる。
【００７１】
第３の方法のプロセス・ステップは、第２の方法に類似している。図１の要素１〜１７を含む基板は、約１００から約３００ケルビン（Ｋ）までの温度の冷却ウェハ・チャック上に配置される。封止剤は、ガスの混合物として、プロセス・チャンバに加えられ、表面９、１１、１７並びに図１の他の表面に凝縮層（condensed layer）を形成する。好ましい封止層は、Ｎ含有分子と共に高級シラン（例えば、Ｓｉ２Ｈ６またはＳｉ３Ｈ８あるいはその両方）を凝縮して形成され、さらに任意選択で、トリメチルシラン（３ＭＳ）またはテトラメチルシラン（４ＭＳ）のようなメチルシランを含む。Ｎ含有分子は、例えば、ＮＨ３、およびメチルアミン、ジメチルアミンのようなアルキルアミン、および同様なもの、または窒素含有ガスであり得る。
【００７２】
ＣかＯかのどちらかも含む任意のＳｉ含有分子を、封止層を作るための１つの分子として使用することができる。また、Ｓｉ３Ｈ８またはＳｉ２Ｈ６のような高級シランを含んだ凝縮可能なシラン分子は、ＮＨ３または他のＮ含有化合物と結合してＳｉＮ薄膜誘電体層を形成することができる。
【００７３】
次に、封止層は、活性化ステップで活性化され、これによって、開いた孔および凹凸の領域が充填される。
【００７４】
活性化ステップの詳細は、上の第２の方法と同じである。
【００７５】
第４の方法
この方法では、多孔質オルガノシリケート・ガラス（ＯＳＧ）または「多孔質ＳｉＣＯＨ」の層間誘電体を使用し、そしてＳｉＮ、ＳｉＣ、またはＳｉＣＮを含む薄膜誘電体層（ＴＤＬ）を塗布する。この材料の孔は、０．１ナノメートルから１０ナノメートルまでの範囲の特徴的な寸法を有する可能性があり、好ましい材料は約０．２ナノメートルから約２ナノメートルまでの平均孔径を含む。この方法では、当技術分野で知られている標準の原子層堆積（ＡＬＤ）方法を使用して、薄膜誘電体層が堆積される。薄膜誘電体層は、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、またはＳｉＣＢＮあるいはこれ等全てで構成され、かつ高密度でなければならない。
【００７６】
薄膜誘電体層２８は密封障壁能力を有する高密度膜を含むのが望ましく、この高密度膜は、好ましくはアモルファスであり、かつピンホールまたは微小チャネルの無いような基本的に無欠陥である。密封障壁能力を有することの他に、好ましくは、そのような膜はＣｕまたはＣｕ＋のマイグレーションに対して優れた障壁であるのが望ましい。薄膜誘電体層２８の他の特性には、好ましくは、エッチングされた開口における特にビアの底部での共形堆積、耐湿性（Ｈ２Ｏ）または疎水性特性あるいはその両方、およびライナ層およびブランケット障壁／エッチング停止層に対する優れた接着性がある。薄膜誘電体層は、また、低誘電率を有することができ、例えば、例えば約２．８から約５までを含む約２．８から約７までの範囲にある誘電率のような、約７未満の誘電率を有することができる。
【００７７】
薄膜誘電体層２８の厚さは、例えば、約１ナノメートルから約３ナノメートルまでのような、約０．５ナノメートルから約５ナノメートルまでの範囲であることができる。薄膜誘電体層の共形性は、好ましくは、少なくとも約０．５である。
【００７８】
上の方法は、薄膜誘電体層を堆積するために別個のチャンバを使用する。関連した方法では、堆積ツールの代わりにエッチング・ツールを使用することができ、そして、エッチングされたダマシン開口を形成した後で、エッチング・プロセスの最終ステップとして薄膜誘電体層を堆積するために、前記のエッチング・ツールは、薄膜誘電体層を形成するためのガス源および液体源に接続することができる。
【００７９】
本発明は、ある程度の特殊性を有する好ましい形で説明したが、多くの変化物および変形物が、可能であり、また前述の説明を読んだ後の当業者には明らかであろう。したがって、理解すべきことであるが、本発明は、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、本明細書で具体的に説明されたようなものとは違った表現でなされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】エッチング開口が形成された後の作製中のデュアル・ダマシン相互接続レベルを示す模式的な断面図であり、側壁および配線の底部の凹凸を示す。
【図２】本発明によるデュアル・ダマシン相互接続レベルを示す模式的な断面図であり、超低ｋ誘電体と金属構造体の間に薄膜誘電体層（ＴＤＬ）を示す。
【図３】埋込みエッチング・ストップ層を有する本発明のデュアル・ダマシン相互接続レベルを示す模式的な断面図であり、超低ｋ誘電体と金属構造体の間に薄膜誘電体層を示す。
【図４】本発明のエア・ギャップ相互接続レベルを示す模式的な断面図であり、支持誘電体の下だけでなくエア・ギャップと金属構造体の間に薄膜誘電体層を示す。
【符号の説明】
【００８１】
１  基板
２  エッチング停止／障壁層
３  層間誘電体（ＩＬＤ）
４  ハードマスク
５  ビア開口
７  配線開口
９、１１  側壁
１３  凹凸
１５  孔
１７  トレンチの底
２２  金属構造体
２３  基板
２４  ハードマスク層
２５  拡散障壁／エッチング停止層
２６  超低ｋ誘電体層
２８  薄膜誘電体層（ＴＤＬ）
３０  金属／金属窒化物ライナ障壁
３４  エッチング停止層
４０  支持誘電体
４６  エア・ギャップ
【図１】
2005236285.tif 000003
【図２】
2005236285.tif 000004
【図３】
2005236285.tif 000005
【図４】
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