(57)【要約】【課題】半導体相互接続構造用の気体誘電体構造を形成する改善された解決策を提供すること。【解決手段】相互接続構造中に気体誘電体構造を形成する方法および結果として得られた構造が開示される。一実施形態では、本方法は、誘電体と、少なくとも１つの導体と、第１のキャップ層とを有する少なくとも１つの相互接続層を含む相互接続構造を設けること、および相互接続構造を放射にさらすことによって、誘電体を収縮させて気体誘電体構造を形成することを含む。放射は電子ビーム照射または紫外線（ＵＶ）照射であってもよい。一実施形態では、形成される気体誘電体構造を選択的に配置するために、界面破壊促進膜を使用することができる。【選択図】図２
2007129234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互接続構造中に気体誘電体構造を形成する方法であって、
誘電体と、少なくとも１つの導体と、第１のキャップ層とを有する少なくとも１つの相互接続層とを含む前記相互接続構造を設けるステップと、
前記相互接続構造を放射にさらすことによって、前記誘電体を収縮させて、前記気体誘電体構造を形成するステップと、を備える方法。
【請求項２】
前記さらすステップによって、前記誘電体が前記第１のキャップ層から少なくとも垂直方向に収縮するようになる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記さらすステップによって、前記誘電体が、前記第１のキャップ層および前記第１のキャップ層の反対側の第２のキャップ層から少なくとも垂直方向に収縮するようになる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記さらすステップによって、前記誘電体が、前記少なくとも１つの導体の少なくとも１つから横方向に収縮するようになる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記さらすステップが、３００マイクロ・クーロン／ｃｍ２のドーズ量の電子ビーム照射を使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記さらすステップが、２ＫｅＶ以上で１０ＫｅＶ以下の電子ビームを１分間以上で８分間以下照射することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記さらすステップが、３００パスカル以上で１ギガ・パスカル以下のエネルギーを有する電子ビーム照射を使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記放射が、電子ビーム照射および紫外線照射のうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記設けるステップが、前記気体誘電体構造が望ましい位置に界面破壊促進膜を設けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
相互接続構造中に気体誘電体構造を形成する方法であって、
層間誘電体と、前記層間誘電体の上の少なくとも１つの導体および第１のキャップ層と、前記層間誘電体の下の第２のキャップ層とを含む前記相互接続構造を設けるステップと、
前記相互接続構造を電子ビーム放射にさらすことによって、前記層間誘電体を前記第１のキャップ層と、前記第２のキャップ層と、前記少なくとも１つの導体のうちの少なくとも１つから収縮させて、前記気体誘電体構造を形成するステップと、を備える方法。
【請求項１１】
前記さらすステップによって、前記誘電体が、前記少なくとも１つの導体から横方向に収縮するようになる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
内部に配置された少なくとも１つの導体を含む誘電体層と、
前記誘電体層に隣接する少なくとも１つのキャップ層と、
前記誘電体層の中に配置された少なくとも１つの気体誘電体構造と、を備える相互接続構造体であって、前記気体誘電体構造が、前記少なくとも１つのキャップ層から延びる実質的にアーチ形の形状を有している相互接続構造。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの気体誘電体構造が、複数の気体誘電体構造を含む、請求項１２に記載の相互接続構造。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの気体誘電体構造が、前記少なくとも１つの導体の少なくとも１つから延びる実質的にアーチ形の形状を有している、請求項１２に記載の相互接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に半導体相互接続構造に関し、より詳細には、放射（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を使用して半導体相互接続構造用の気体誘電体構造を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの動作速度を高めるために、半導体デバイスのサイズは絶えず縮小されてきた。都合の悪いことに、半導体デバイスのサイズが減少するにつれて、容量結合は導体間の距離に逆比例するので、回路の導体間の容量結合は増加する傾向がある。この結合は、最終的にチップの速度を制限するか、さもなければ、容量結合を減少させる方法が取られない場合、適切なチップ動作を妨害する可能性がある。
【０００３】
導体間のキャパシタンスは、また、導体を分離するために使用される絶縁体または誘電体にも依存する。従来の半導体製造は、一般に、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を誘電体として使用し、この二酸化シリコンはほぼ３．９の誘電率（ｋ）を有している。さらに進んだ開発に直面する１つの課題は、導体間に使用することができるより小さな誘電率の材料を見出すことである。そのような材料の誘電率が小さくなるにつれて、チップの動作速度は増加する。導体間により小さな誘電率を実現するように使用された新しい低ｋ（誘電率）誘電体材料の中には、例えば、フッ素化ガラスおよび有機材料がある。都合の悪いことに、より新しい低ｋ誘電体材料の提供はいくつかの新しい課題を引き起こし、このためにプロセスの複雑さおよびコストが増す。
【０００４】
誘電率を減少させるために有機材料を実装すると、全プロセス後工程（ＢＥＯＬ）のキャパシタンスも減少する。都合の悪いことに、有機材料には、温度制限、製造またはチップ動作中の収縮または膨張、および構造的な完全性が乏しいという欠点がある。二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を使用する代わりに、空気のような気体を実装する別の方法があり、この気体は、半導体構造中に気体誘電体構造の形で与えられる。空気は最も小さな実効誘電率を有している。平行配線の簡単なキャパシタンス・モデリングは、配線の近くの小さなエアギャップでも構造の全体的な誘電率（ｋ）の著しい改善をもたらすことを示している。例えば、１端部（エッジ）当たり１０％のエアギャップで、誘電体の実効誘電率がほぼ１５％減少する。しかし、気体誘電体構造を実装する現在の処理は、非常に複雑で、容易に集積化することができない。そのために、完全に新しい集積方式が開発されたが、これらはもっと複雑で、いっそう高価になる。例えば、一般的な気体誘電体構造の形成は、ダマシン配線形成に比べて、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）処理ステップのために追加のマスク層を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のことを考慮して、半導体相互接続構造用の気体誘電体構造を形成する改善された解決策が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
相互接続構造中に気体誘電体構造を形成する方法および結果として得られる構造が開示される。一実施形態では、本方法は、誘電体と、少なくとも１つの導体と第１のキャップ層とを有する少なくとも１つの相互接続層を含む相互接続構造を設けるステップと、相互接続構造を放射（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）にさらすことによって、誘電体を収縮させて気体誘電体構造を形成するステップとを含む。放射は電子ビーム照射または紫外線（ＵＶ）照射であってもよい。一実施形態では、形成される気体誘電体構造を選択的に配置するために、界面破壊促進膜（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ−ｂｒｅａｋｉｎｇ  ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  ｆｉｌｍ）を使用することができる。
【０００７】
本発明の第１の態様は、相互接続構造中に気体誘電体構造を形成する方法に向けられる。この方法は、誘電体と、少なくとも１つの導体と、第１のキャップ層とを有する少なくとも１つの相互接続層を含む相互接続構造を設けるステップと、相互接続構造を放射にさらすことによって、誘電体を収縮させて気体誘電体構造を形成するステップと、を備える。
【０００８】
本発明の第２の態様は、相互接続構造中に気体誘電体構造を形成する方法を含む。この方法は、層間誘電体と、層間誘電体の上の少なくとも１つの導体および第１のキャップ層と、層間誘電体の下の第２のキャップ層とを含んだ相互接続構造を設けるステップと、相互接続構造を電子ビーム放射にさらすことによって、層間誘電体を第１のキャップ層、第２のキャップ層および少なくとも１つの導体のうちの少なくとも１つから収縮させて気体誘電体構造を形成するステップと、を備える。
【０００９】
本発明の第３の態様は、内部に配置された少なくとも１つの導体を含む誘電体層と、誘電体層に隣接する少なくとも１つのキャップ層と、誘電体層の中に配置された少なくとも１つの気体誘電体構造と、を備える相互接続構造に関連し、気体誘電体構造は、少なくとも１つのキャップ層から延びる実質的にアーチ形の形状を有している。
【００１０】
本発明の前記および他の特徴は、本発明の実施形態についての以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１１】
本発明の実施形態は、添付の図を参照して詳細に説明する。図では、同様な符号は同様な要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
添付の図面を参照して、相互接続構造中に気体誘電体構造を形成する方法の様々な実施形態を説明する。図１は、第１のステップに従って実現された例示の相互接続構造１００を示す。相互接続構造１００は、本発明を適用することができる様々な相互接続構造のうちの一例を示しているにすぎない。相互接続構造１００は、（層間）誘電体１０４を有する少なくとも１つの相互接続層１０２と、少なくとも１つの導体１０６と、第１のキャップ層１０８とを含む。誘電体１０４は、水素化シリコン・オキシカーバイド（ＳｉＣＯＨ）、ＳＩＬＫ（商標）（Dow Chemical社製）、その他のような、現在知られている、または後で開発されるどんな高誘電率（ＨｉＫ）有機誘電体材料（ガラスでない）であってもよい。導体１０６は、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、その他の、現在知られている、または後で開発されるどんな相互接続導電性材料であってもよい。導体１０６は、配線１１０、ビア１１２またはそれらの組合せあるいはそれら全てを含むことができる。キャップ層１０８は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）または二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のようなどんな従来のキャップ層であってもよい。特定の相互接続構造１００は、また、第２の誘電体１２４と、少なくとも１つの導体１２６（図１）と第２のキャップ層１２８とを含む第２の相互接続層１２０を含むことができる。第２の相互接続層１２０は、第１の相互接続層１０２のそれと実質的に同様な材料、または異なる材料を含むことができる。
【００１３】
図２に示すように、本発明の一実施形態に従った次のステップでは、相互接続構造１００すなわち少なくとも誘電体１０４が放射１３０にさらされ、これによって誘電体１０４が硬化される。図のように、硬化が起こるときに、放射１３０によって、誘電体１０４は収縮して気体誘電体構造１３２Ａ〜１３２Ｃが形成される。一実施形態では、放射１３０は、電子ビーム照射（より好ましい）または紫外線（ＵＶ）照射を含むことができる。電子ビーム照射またはＵＶ照射は、現在知られている、または後で開発される任意の方法でも生成でき、例えば、電子ビームの場合、走査電子顕微鏡または同様な電子ビーム生成構造によって生成することができる。
【００１４】
いずれにしても、照射は、誘電体１０４と相互作用するようにキャップ層１０８を貫通することができるだけ十分に長く、かつ十分なエネルギー（例えば、電子ビームの加速電圧）を有しなければならない。電子ビーム照射が使用される場合、３００マイクロ・クーロン／ｃｍ２のドーズ量が有利であることが分かっている。一実施形態では、このドーズ量は、２ＫｅＶ以上で１０ＫｅＶ以下の電子ビームを１分間以上で８分間以下にわたって使用して達成することができる。さらに、電子ビーム照射は、好ましくは、３００パスカル以上で１ギガ・パスカル以下のエネルギーを有する。１つの特定の例では、ほぼ３０００Åの厚さおよびほぼ１．３ｇ／ｃｍ３の密度を有する窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）キャップ層が、３ＫｅＶの電子ビーム放射に２〜３分間さらされ、これによって、上述のドーズ量になった。しかし、上述のパラメータは、使用されるキャップ層１０８の型およびその厚さに依存して変化する可能性がある。
【００１５】
図２に示すように、気体誘電体構造１３２Ａ〜Ｃは、誘電体１０４の中のいくつかの異なる位置に形成することができる。気体誘電体構造１３２Ａは、誘電体１０４が第１のキャップ層１０８から垂直方向に収縮した構造を示している。気体誘電体構造１３２Ｂは、配線導体１１０の下でも誘電体１０４が第２の（下の）キャップ層１２８から垂直方向に収縮した構造を示している。気体誘電体構造１３２Ｃは、誘電体１０４が少なくとも１つの導体１０６から横方向に収縮した構造を示す。気体誘電体構造１３２Ａ〜Ｃは、個々に、または組合せで生じることができることは留意すべきである。例えば、誘電体１０４は、第１のキャップ層１０８だけから少なくとも垂直方向に収縮することがあり、または、第１のキャップ層１０８の反対側の第２のキャップ層１２８から少なくとも垂直方向に収縮することがある。
【００１６】
図３に示すように、１つの代替実施形態では、誘電体１０４と他の材料例えば導体１０６またはキャップ層１０８あるいはその両方との間の界面を、放射を使用して壊すことが困難な場合には、この他の材料を形成する前に、すなわち相互接続構造１００の形成の一部として界面破壊促進膜１４０を選択的に形成することができる。界面破壊促進膜１４０は、また、気体誘電体構造１３２Ａ〜Ｃが望ましい位置に選択的に設けることができ、そして気体誘電体構造１３２Ａ〜Ｃが望ましくない場所で省略することができる。このように、気体誘電体構造１３２Ａ〜Ｃの配置は、選択的に最適化することができる。膜１４０は、特定の材料間の界面を壊すのに必要なエネルギーを減少させるどんな材料でもよく、この材料は、必要なエネルギーを減少させて気体誘電体構造１３２Ａ〜Ｃの形成を助長する。
【００１７】
上述の方法は、各キャップ層が形成された後で、各レベル（層）で実施することができる。
【００１８】
結果として得られた相互接続構造２００（図２）は、内部に配置された少なくとも１つの導体１０６、誘電体層１０４に隣接する少なくとも１つのキャップ層１０８、１２８、および誘電体層１０４の中に配置された少なくとも１つの気体誘電体構造１３２Ａ〜Ｃを含む誘電体層１０４を含む。一実施形態では、各気体誘電体構造１３２Ａ〜Ｃは、少なくとも１つのキャップ層１０８、１２８から延びる実質的にアーチ形の形状を有している。さらに、少なくとも１つの気体誘電体構造１３２Ｃは、導体１０６の少なくとも１つから延びる実質的にアーチ形の形状を有している。また、気体誘電体構造１３２Ａ〜Ｃは、特定の環境で異なる形状を有することができることに留意すべきである。例えば、気体誘電体構造１３２Ｄはアーチ形でない。
【００１９】
上述のように概要を説明した特定の実施形態に関連して本発明を説明したが、多くの代替え、修正および変形が当業者に明らかになることは明白である。したがって、上述で明らかにされたような本発明の実施形態は、例示であり、制限するものでない意図である。添付の特許請求の範囲で定義されるような本発明の精神および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る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に従って実現された相互接続構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に従って内部に形成された気体誘電体構造を有する図１の相互接続構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に従った方法の代替実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１００  相互接続構造
１０２  相互接続層
１０４  誘電体
１０６  導体
１０８  キャップ層
１２０  相互接続層
１２４  誘導体
１２８  キャップ層
１３０  放射（電子ビーム、紫外線）
１３２Ａ  アーチ形の気体誘電体構造
１３２Ｂ  アーチ形の気体誘電体構造
１３２Ｃ  アーチ形の気体誘電体構造
１３２Ｄ  アーチ形でない気体誘電体構造
１４０  界面破壊促進膜
２００  相互接続構造
【図１】
2007129234.tif 000003
【図２】
2007129234.tif 000004
【図３】
2007129234.tif 000005