(57)【要約】【課題】信頼性のある頑強な金属／誘電体相互接続を達成することができる半導体装置の製造の方法を提供することにある。【解決手段】半導体装置の製造の方法は、空孔（pores）を具備するlow-k誘電体材料上にマスクを堆積し、ヴィアをパターニングし、前記low-k誘電体材料の前記空孔の一部分を埋め戻し材（backfill material）で埋め戻し、前記空孔の前記一部分にトレンチをパターニングし、前記トレンチおよび前記ヴィアを銅で埋め、前記マスクと、前記ヴィアを埋めている前記銅とを除去し、および、前記埋め戻し材を除去する。【選択図】図１２
2013140980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空孔（pores）を具備するlow-k誘電体材料上にマスクを堆積し、
ヴィアをパターニングし、
前記low-k誘電体材料の前記空孔の一部分を埋め戻し材（backfill material）で埋め戻し、
前記空孔の前記一部分にトレンチをパターニングし、
前記トレンチおよび前記ヴィアを銅で埋め、
前記マスクと、前記ヴィアを埋めている前記銅とを除去し、および
前記埋め戻し材を除去する半導体装置の製造の方法。
【請求項２】
前記空孔の少なくとも一部分はつながっている空孔（pores）である請求項１の方法。
【請求項３】
前記埋め戻しは、前記空孔が埋められていない前記一部分以外の前記low-k誘電体材料の空孔（pores）を残すことをさらに具備する請求項１の方法。
【請求項４】
前記埋め戻しは前記ヴィアの前記パターニングの直前に行われ、前記空孔の前記一部分は前記ヴィアの周りにある請求項３の方法。
【請求項５】
前記埋め戻しは、前記トレンチの前記パターニングの直前に行われ、前記空孔の前記一部分は、前記トレンチの周りにある請求項３の方法。
【請求項６】
前記埋め戻しは、前記ヴィアのマスクパターニングの直後に行われ、前記空孔の前記一部分は、前記ヴィアの周りにある請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記埋め戻しは、前記トレンチのマスクパターニングの直後に行われ、前記空孔の前記一部分は、前記トレンチの周りにある請求項３の方法。
【請求項８】
前記埋め戻し材は、約Ｔ0 未満の温度で熱的に安定な樹脂を具備し、約Ｔ0 以上の温度にて熱分解を受け、ここで、約２００度Ｃ＜Ｔ0 ＜約４００度Ｃである請求項１の方法。
【請求項９】
前記埋め戻し材の除去は、熱処理またはウエット処理を採用する請求項１の方法。
【請求項１０】
前記埋め戻し材の除去は、紫外線アシストまたは電子ビームアシストを採用する請求項９の方法。
【請求項１１】
連続した空孔を具備するポーラスlow-k誘電体材料上にマスクを堆積し、
ヴィアをパターニングし、
前記ポーラスlow-k誘電体材料にトレンチをパターニングし、
前記トレンチの周りの前記空孔の一部分を埋め戻し材で埋め戻しするとともに、前記空孔の残りは埋め込まれないままにし、
前記トレンチおよび前記ヴィアを銅で埋め、
前記マスク、および、前記ヴィアを埋めている前記銅を除去し、
前洗浄（pre-cleaning）を行い、第１のキャップを堆積し、
前記第１のキャップをパターニングし、
前記埋め戻し材を除去し、および
第２のキャップを堆積する半導体装置の製造の方法。
【請求項１２】
空孔を具備するlow-k誘電体材料上にマスクを堆積し、
前記マスクにヴィアをパターニンし、
前記前記low-k誘電体材料の一部分を埋め戻し材で埋め戻し、
前記空孔の少なくとも前記一部分にトレンチが形成されるように、前記low-k誘電体材料をパターニングし、
前記トレンチおよび前記ヴィアを銅で埋め、
前記マスクと、前記ヴィアを埋めている前記銅とを除去し、
第１のキャップを堆積し、
前記第１のキャップをパターニングし、
前記埋め戻し材を除去し、および
第２のキャップを堆積する半導体装置の製造の方法。
【請求項１３】
前記埋め戻しは、前記空孔が埋められていない前記一部分以外の前記low-k誘電体材料の空孔（pores）を残すことをさらに具備する請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記埋め戻しは、前記ヴィアの前記パターニングの直前に行われ、前記空孔の前記一部分は、前記ヴィアの周りにある請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記埋め戻しは、前記トレンチの前記パターニングの直前に行われ、前記空孔の前記一部分は、前記トレンチの周りにある請求項１３の方法。
【請求項１６】
前記low-k誘電体材料は、シリコン、炭素、酸素および水素を具備する請求項１２の方法。
【請求項１７】
前記埋め戻し材は、炭素および水素を具備する請求項１２の方法。
【請求項１８】
前記埋め戻し材の除去は、約摂氏４５０度未満の温度で行われる熱処理またはウエット処理を採用する請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記埋め戻し材の除去は、紫外線アシストまたは電子ビームアシストを採用する請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記マスクは積層膜を具備する請求項１２の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される実施形態は、一般に、金属／誘電体相互接続を含む半導体装置の製造の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラインのバックエンド（ＢＥＯＬ）は、集積回路（ＩＣ）製造の第２の部分を意味しており、そこでは、相互接続金属およびその周りに配置された誘電体材料によって複数の金属層が相互接続される。歴史的に相互接続はアルミニウム／シリコン酸化物を用いて行われているが、ロジックの相互接続レベルの数が増加しているので、金属の抵抗および誘電体の寄生容量に起因するタイミング遅延が深刻な問題となってきている。
【０００３】
この問題に対抗するために、相互接続材料として銅／ポーラスlow-k誘電体材料がアルミニウム／シリコン酸化物に取って代わってきている。相互接続材料として銅を用いることで抵抗を低減できるとともに、ポーラスlow-k誘電体材料は寄生容量を低くすることができる。しかしながら、ポーラスlow-k誘電体材料はプラズマダメージを受けやすく、それはｋ値を悪くするだけではなく、銅の信頼性も下げる。low-k誘電体材料中の炭素含有量を増やすことで、プラズマダメージに対する耐性を改善できることは知られているが、炭素はまたlow-k誘電体材料の機械的強度を下げてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７７８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、信頼性のある頑強な金属／誘電体相互接続を達成することができる半導体装置の製造の方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体装置の製造の方法は、空孔（pores）を具備するlow-k誘電体材料上にマスクを堆積し、ヴィアをパターニングし、前記low-k誘電体材料の前記空孔の一部分を埋め戻し材（backfill material）で埋め戻し、前記空孔の前記一部分にトレンチをパターニングし、前記トレンチおよび前記ヴィアを銅で埋め、前記マスクと、前記ヴィアを埋めている前記銅とを除去し、および前記埋め戻し材を除去する。
【０００７】
実施形態の他の半導体装置の製造の方法は、連続した空孔を具備するポーラスlow-k誘電体材料上にマスクを堆積し、ヴィアをパターニングし、前記ポーラスlow-k誘電体材料にトレンチをパターニングし、前記トレンチの周りの前記空孔の一部分を埋め戻し材で埋め戻しするとともに、前記空孔の残りは埋め込まれないままにし、前記トレンチおよび前記ヴィアを銅で埋め、前記マスク、および、前記ヴィアを埋めている前記銅を除去し、前洗浄（pre-cleaning）を行い、第１のキャップを堆積し、前記第１のキャップをパターニングし、前記埋め戻し材を除去し、および第２のキャップを堆積する。
【０００８】
実施形態のさらに別の半導体装置の製造の方法は、空孔を具備するlow-k誘電体材料上にマスクを堆積し、前記マスクにヴィアをパターニンし、前記前記low-k誘電体材料の一部分を埋め戻し材で埋め戻し、前記空孔の少なくとも前記一部分にトレンチが形成されるように、前記low-k誘電体材料をパターニングし、前記トレンチおよび前記ヴィアを銅で埋め、前記マスクと、前記ヴィアを埋めている前記銅とを除去し、第１のキャップを堆積し、前記第１のキャップをパターニングし、前記埋め戻し材を除去し、および第２のキャップを堆積する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、頑強な銅／ポーラスlow-k相互接続を作成するために空孔埋め戻しを採用した方法の模式的なプロセスフロー図を示している。
【図２】図２は、デュアルダマシンプロセスを行っている間にポーラスlow-k誘電体材料に起因するプラズマダメージの概略図を示している。
【図３】図３は、デュアルダマシンプロセスを行っている間にプラズマダメージを低減するために空孔埋め戻し（pore backfilling）を採用した方法の概略図を示している。
【図４】図４は、種々のレベルの埋め戻しでのポーラスlow-k半導体材料の概略図を示している。
【図５】図５は、埋め戻し後のポーラスlow-k半導体材料の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージである。
【図６】図６は、図５のＳＥＭイメージに対応するプロットを示している。
【図７】図７は、従来のデュアルダマシンプロセスの概略図を示している。
【図８】図８は、簡単な空孔埋め戻しデュアルダマシンプロセスの概略図を示している。
【図９】図９は、簡単な空孔埋め戻しデュアルダマシンプロセスに固有な問題の概略図を示している。
【図１０】図１０は、簡単な空孔埋め戻しデュアルダマシンプロセスに固有な問題の概略図を示している。
【図１１】図１１は、簡単な空孔埋め戻しデュアルダマシンプロセスに固有な問題の概略図を示している。
【図１２】図１２は、代替の空孔埋め戻しデュアルダマシンプロセスの概略図を示している。
【図１３】図１３は、代替の空孔埋め戻しデュアルダマシンプロセスの概略図を示している。
【図１４】図１４は、代替の空孔埋め戻しデュアルダマシンプロセスの概略図を示している。
【図１５】図１５は、代替の空孔埋め戻しデュアルダマシンプロセスの概略図を示している。
【図１６】図１６は、代替の空孔埋め戻しデュアルダマシンプロセスの概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
一つまたは複数の態様によれば、主題イノベーションは、一般に、高性能ロジックデバイスのための頑強な金属／誘電体相互接続を達成するための方法およびその方法に従って製造されたデバイスに関する。本明細書に記載される相互接続は、銅メタルおよびポーラスlow-k誘電体材料を利用する。しかしながら、アルミニウムよりも優れた伝導性を示す任意の金属およびシリコン酸化物よりも比誘電率が低い任意の誘電体材料は、本明細書で説明される頑強な金属／誘電体相互接続を作成するために、同様に利用できる。
【００１１】
これらの方法は、先のインテグレーションに続くインテグレーション、および、それ以降のインテグレーションの後に、誘電体材料から炭素含有材料を除去することに起因するダメージに対してより耐性がある誘電体材料を作成するために、炭素含有材料を伴う誘電体材料を埋め戻しすることを含む。炭素含有材料が除去されると、誘電体材料は、インテグレーションに起因するダメージがない低いｋ値等の、軟誘電体材料の好ましい特性を再び示すことができる。
【００１２】
ポーラスlow-k誘電体材料の場合、炭素は、炭素添加low-k材料を作成するために、ポーラスlow-k誘電体材料の空孔（pores）を充填でき、そして、その後、炭素材料は空孔から除去することができ、再び、ポーラスlow-k材料が作成される。ポーラスlow-k材料は少なくとも部分的につながっている空孔を含むことができる。low-k膜の空孔を再充填するために、つながっている空孔は有益である。
【００１３】
埋め戻しはポーラスlow-k材料が形成された後に起こることができ、それによりプラズマダメージの除去に有効である高炭素添加の材料を作成できる。それから銅デュアルダマシンプロセス・インテグレーションの後に、炭化水素材料は空孔から完全に除去することができ、それにより頑強な銅／ポーラスlow-k誘電体相互接続を作成できる。
【００１４】
実施形態によれば、埋め戻しは、マスクパターニングとヴィアパターニングとの間に起こることができる。ヴィアパターン領域の周りの空孔は埋め戻しでき、一方、ヴィアホールパターンから離れて位置する他の空孔は未充填とすることができる。
【００１５】
別の実施形態によれば、埋め戻しは、トレンチマスクパターニングとトレンチパターニングとの間に起こることができる。トレンチパターン領域の周りの空孔は埋め戻しでき、一方、トレンチから離れて位置する他の空孔は未充填とすることができる。
【００１６】
これから図面を参照して主題イノベーションを説明する。図面において、同様の参照番号は同様の要素を言及するために用いられている。以下の記述において、説明の目的で、主題イノベーションの完全な理解を提供するために、様々な特定の詳細が示されている。しかしながら、これらの特定の詳細がなくても、主題イノベーションを実施できることは明らかであろう。他の例では、周知の構造およびデバイスは、主題イノベーションを容易に説明するために、ブロック図の形で示されている。
【００１７】
所定の特性に対しての任意の数字または数値範囲に関して、一つの範囲内からの数字またはパラメータと、同じ特性に対しての異なる範囲内からの他の数字またはパラメータとを組み合わせて、ある数値範囲を生成しても構わない。
【００１８】
さて図１を言及すると、チップ上の様々な半導体デバイス間の複数の誘電体層（複数の相互接続）によって絶縁された複数の金属相互接続配線の作成のためのラインプロセッシングのバックエンド（ＢＥＯＬ）期間中に採用される方法１００の模式的なプロセスフロー図を示している。
【００１９】
歴史的に相互接続はアルミニウムおよびシリコン酸化物で形成されている。しかしながら、高性能ロジックデバイスの発展に伴い、アルミニウムおよびシリコン酸化物は実用的ではなくってきている。ロジックの相互接続レベルの数が増加しているので、シリコン酸化物の寄生容量（Ｃ）に起因するタイミング遅延が深刻な問題となってきている。区画が縮小し、そして、トランジスタ同士が近接してきているので、相互接続は小さくなり、そして、電荷蓄積およびクロストークがデバイスの特性に悪影響を与えるとろこまで誘電体は薄くなってきている。これらの小さな区間および縮小されたトランジスタを伴う高パフォーマンスロジックデバイスは、アルミニウムおよびシリコン酸化物に固有なＲＣ時間遅延の排除を必要する。
【００２０】
このタイミング遅延を減らすために、一緒に近くに配置された回路要素（circuit elements）を用いた高パフォーマンスロジックデバイスは、アルミニウムよりも小さな抵抗を示す金属およびシリコン酸化物よりも低い寄生容量を示す誘電体を要する小さなＢＥＯＬ相互接続を必要とする。銅は、アルミニウムよりも小さな抵抗を示す、アルミニウムよりも良い導体である。シリコン酸化物よりも小さな寄生容量を示す誘電体材料は、low-k誘電体材料であり、それは定義からして、シリコン酸化物と比較して小さな比誘電率を有している。同じ厚さでも比誘電率がより小さいlow-k誘電体は、シリコン酸化物よりも低い寄生容量を示す。誘電体材料は、シリコン、炭素、酸素および水素を含むlow-k誘電体とすることができ、そして、空孔を含むことができる。
【００２１】
材料の比誘電率は、真空の誘電率に対する前記材料の誘電率の比である。シリコン酸化物の比誘電率は約３．９から約４．２である。low-k材料の例は、約３．９から約３．７までのｋ値を有するフッ素添加シリコン酸化物、約３．７のｋ値を有する炭素添加シリコン酸化物、約２．０のｋ値を有するポーラスシリコン酸化物、そして、約２．５から約２．０までのｋ値を有するポーラス炭素添加シリコン酸化物である。
【００２２】
現在、相互接続を作成する方法は、（スピンコーティング法または他の堆積方法を介しての）low-k誘電体の堆積およびlow-k材料を硬化（ＵＶ硬化または他の硬化）することを含んでいる。ＵＶ硬化は、ポーラスlow-k誘電体中への空孔のインテグレーションを容易にすることができる。ＵＶ硬化後、low-k材料はポーラスシリコン酸化物となることができ、それは低いｋ値を示し、寄生容量を低減する。しかしながら、シリコン、炭素、酸素および水を含んでいるポーラスシリコン酸化物はまた低い機械的強度を示し、それはパッケージング問題につながる。ポーラスシリコン酸化物はまた低いプラズマ誘起ダメージ（ＰＩＤ）耐性を有する。堆積および硬化の後、low-k材料はパターニング１０４を受け、それはＰＩＤダメージを引き起こし、容量増加および吸湿につながる。ポーラス炭素添加シリコンオキサイドを作成するために炭素を含んでいることは、ＰＩＤ抵抗を増加するが、機械的強度を下げ、そして、ｋ値を大きくし、それは増大した寄生容量につながる。
【００２３】
パターニング１０４はデュアルダマシンプロセスとすることができ、それは進歩した高パフォーマンスロジックデバイスに必要な多層高密度金属相互接続を作成するために用いられる。デュアルダマシンプロセスは、パターニング１０４、メタライザーション１０６および余剰なメタルの除去１０８を含むプロセスである。
【００２４】
銅は揮発性副生成物を形成しないので、多くの場合、エッチングは非常に困難である。したがって、銅メタライザーションスキームは、アルミニウム相互結合を形成するために用いられる慣用のエッチング除去アプローチを用いては実現されない。デュアルダマシンプロセスは、柱状のヴィアホールをエッチングし、続いて、low-k材料中へのトレンチエッチ（パターニング１０４）、それから、ヴィア構造およびトレンチ構造の両方を銅で埋込み（メタライザーション１０６）、その後の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を用いたlow-k材料の表面への研磨後退（余剰なメタルの除去１０８）によって、この問題を克服する。
【００２５】
low-k誘電体としてポーラスシリコン酸化物を用いると、低機械的強度や、エッチングプロセスと研磨プロセスを伴う困難なインテグレーション等のインテグレーション困難が表出する。これは図２に模式的に示すことができる。堆積および硬化された２０２ポーラスlow-k材料は、銅相互接続を作成するためにデュアルダマシンプロセス２０４を受けるが、デュアルダマシンプロセスを行っている間に堆積された銅金属の周りでＰＩＤダメージ２０６を被る。
【００２６】
炭素添加シリコン酸化物は機械的強度を増すことができ、それによってエッチングプロセスおよび研磨プロセスを伴うインテグレーションを容易にする。これは図３に模式的に示すことができる。堆積および硬化された３０２ポーラスlow-k材料は、空孔の数を減らすために、炭化水素材料での埋め戻しを受けることができる３０４。デュアルダマシンプロセスは埋め戻しされたlow-k材料上で起こることができ、デュアルダマシンプロセスを行っている間にＰＩＤダメージを被ることがない、銅の堆積が可能となる３０６。しかしながら、炭素添加シリコン酸化物はポーラスシリコン酸化物よりも高いｋ値を有するので、相互接続は、炭素添加シリコン酸化物相互接続よりも低いｋ値を有するポーラスシリコン酸化物相互接続を有することが好ましい。したがって、誘電体材料が再びポーラスlow-k材料となり、それによって頑強な銅／ポーラスlow-k材料相互接続を形成できるように、埋め戻し炭化水素材料を誘電体から除去することができる３０８。
【００２７】
方法１００（プラズマプロセス）のデュアルダマシンプロセスステップの期間にポーラスlow-k材料の空孔を充填するために銅は必要となり、ここでは、エッチングおよび研磨は、固有の低機械的強度に起因してポーラスlow-k材料にダメージを与えるが、その後は不要である。したがって、low-k堆積およびＵＶ硬化の後、かつ、パターニング１０４の前に、炭化水素等の炭素含有材料でもって埋め戻しすること１１０またはlow-k材料埋め戻しすることを含む方法１００に、追加のステップを追加することができる。これは、パターニング１０４、メタライザーション１０６および余剰な金属の除去などのデュアルダマシンプロセスステップの期間に、大量の炭素で空孔を埋めることを可能とする。埋め戻し材は、最終的な相互接続が誘電体としてポーラスlow-k材料を有するように、除去することができる。デュアルダマシンプロセスを行っているステップの間中により強固な誘電体材料を作成することができる、埋め戻し１１０および埋め戻し材除去１１２を有する、方法１００は、頑強な銅／ポーラスlow-k材料相互接続を作成することができる。
【００２８】
埋め戻し１００はスピンコーティングを通じて達成することができる。単に溶液中に浸けるように、埋め戻し材を塗布する他の方法も採用できるが、説明を簡単にするために、ここではスピンコーティングを説明する。図４に示されるように、異なる量の埋め戻し材は、ポーラスlow-k誘電体上に置かれる溶液中の埋め戻し材の濃度、回転スピード、回転時間などのスピンコーティングのパラメータに基づいて、ポーラスlow-k材料の空孔を埋めることができる。
【００２９】
埋め戻し材は、スピンコーティングプロセスのパラメータに基づいて、空孔が全ては埋め込まれないように４０２、空孔が完全に埋め込まれるように、空孔が完全に埋め込まれ且つ（low-k材料の外側のような）追加の領域が埋め込まれるように４０６、または、それらの間の任意の量になるように、ポーラスlow-k材料を埋め込むことができる。図１に示されたプロセスでは、ＰＩＤダメージを最小限に抑えるデュアルダマシンプロセスを行っている期間中に高機械的強度を示すことができるともに、デュアルダマシンプロセスを行った後に埋め戻しの除去を容易にする、空孔がない誘電体を作成することができるためには、完全な埋め戻し４０４が必要である。しかしながら、完全な埋め戻し４０２に満たなくても、デュアルダマシンプロセスを採用することによって頑強な金属／誘電体相互接続を作成するための他の方法に対しては役立つことができる。
【００３０】
埋め戻し材は、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂または任意の他の炭化水素系樹脂などの樹脂とすることができる。炭化水素系樹脂は、温度（Ｔ0）未満の温度での熱安定性、および、温度（Ｔ0）よりも高い温度での熱分解の特性を有する。
【００３１】
実施形態によれば、Ｔ0は約１００度Ｃから約５００度Ｃまでとすることができる。別の実施形態によれば、Ｔ0は約１５０度Ｃから約４５０度摂氏（Ｃ）までとすることができる。さらなる実施形態では、Ｔ0は約２００度Ｃから約４００度Ｃまでとすることができる。
【００３２】
この熱安定性の特性によって埋め戻し材は熱処理を通じて除去することができる。熱処理は約４５０度Ｃ未満の温度で行うことができる。除去１１２はまた、ウエット処理、紫外線処理、電子ビーム処理、または、low-k誘電体にダメージを与えずに埋め戻し材の除去を容易にする任意の他の処理を採用することができる。
【００３３】
除去プロセスは、埋め戻しおよびそれに続く除去を受けないポーラス誘電体と同様のポーラス誘電体を作成することができる。埋め戻しおよびそれに続く除去の表面影響は図５および図６に示されている。図５は、３つのlow-k材料の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージを示している：１つの（埋め戻しおよび除去を受けていない）対照（control）５０２および埋め戻しおよび除去５０４，５０６を受けた２つのlow-k誘電体。
【００３４】
図６は、図５に示された表面の特性を例証するプロット６００を示している。要素６０２および６０４は、ＸＰＳ分析による炭素の深さプロファイルを示している。要素６０４は、従来のアプローチ（ハーフピッチ２００ｎｍ〜１００ｎｍ以降）とハーフエッチングおよび埋め戻し材の除去後の本明細書に記載したアプローチとの間のＸＰＳ比較である。
【００３５】
６０４に示されるように、従来のアプローチを受けた対照材料のＳＥＭイメージ５０２が、最も大きな表面ダメージ、および、全てのバルク領域内で炭素含有量の低下を示している。本明細書に記載したアプローチを受けた材料５０４はより小さな表面ダメージを示しており、そして、５０２は全くダメージを示していない。この研究は本明細書で記載した埋め戻しのアプローチの有効性を確証した。
【００３６】
従来のデュアルダマシンプロセス７００のより詳細な例証は、図７に例示されている。ヴィアが最初のシーケンスが描かれているが、デュアルダマシンプロセスに利用されるトレンチが最初のシーケンス、任意の他のシーケンスが同様に適用できる。
【００３７】
上記のように、ポーラスlow-k材料は堆積および硬化され７０２、ハードマスク（ＨＭ）層はポーラスlow-k材料の表面上に堆積される７０４。ＨＭ層は、ポーラスlow-k材料の表面上の酸化ＨＭおよび該酸化ＨＭの表面上の金属ＨＭを含んでいる。金属ＨＭは開口され７０６、そして、ヴィアマスクが付けられる７０８。ヴィアマスクをガイドに用いて、ＨＭ層を貫いて、そして、low-k誘電体の中へのエッチング７１０によってヴィアが規定される。
【００３８】
例示はされていないが、ヴィアエッチングが３つのステップを含むことは理解できるであろう。第１のエッチングでは、７１０に示されるように、ヴィアマスクがマスクとして用いられ、そして、ヴィアエッチはすぐに止まる。次のトレンチ酸化物ハードマスクエッチの間中は、ヴィアはわずかにエッチングされる（第２のヴィアエッチ、不図示）。次のトレンチエッチのステップでは、金属ＨＭがマスクとして用いられ、そして、同時にヴィアエッチが完成する（第３のヴィアエッチ）７１２。
【００３９】
ヴィアマスクが除去され、そして、トレンチがＨＭ層およびlow-k材料を貫いてエッチングされる７１２。ヴィアおよびトレンチはそれから同時に埋め込まれ、それにより銅で埋め込まれたトレンチおよびヴィアが作成される７１４。ＨＭ層および余剰な銅は研磨（例えば、ＣＭＰ）を通じて除去され７１６、それにより銅／low-k相互接続が作成される。次に、相互接続は、銅から酸化物を除去するための追加のクリーニング（ＮＨ3 プラズマを用いた前ＣＬＮ（pre-CLN））を受け、そして、それに続くキャップ堆積７１８を受ける。
【００４０】
low-k半導体材料は、銅の追加に起因するＰＩＤダメージ７２０を示す。low-k材料はまた、ＮＨ3 プラズマを用いた前ＣＬＮによって引き起こされる追加の表面ダメージ７２２を示す。ＰＩＤダメージ７２０および表面ダメージ７２２によって、low-k材料は（材料が水を引き付けて物理的に変わることを可能にする）吸湿性を示すことができ、そして、ｋの増加となる。銅はまた劣化することができ、そして、信頼性は下がる。
【００４１】
図８に例示されたような簡単な空孔埋め戻しデュアルダマシンプロセス８００は、図７の従来のデュアルダマシンプロセス７００からＰＩＤダメージを除くことができるが、ＮＨ3 プラズマを用いた前ＣＬＮに起因するのと同様の表面ダメージ８２０を示すことができる。銅ＣＭＰの後、埋め戻し材は除去される。しかしながら、銅上の銅酸化物を除去する前ＣＬＮは、除去するのが困難な表面プラズマダメージを引き起こす。
【００４２】
簡単な空孔埋め戻しデュアルダマシンプロセス８００において、ポーラスlow-k材料は堆積され、そして、硬化される８０２。埋め戻し材はポーラスlow-k材料に加えられ８０４、それによって効果的に空孔を塞ぐことができる。空孔を塞ぐことは、さらなるプロセス段階の間中でのダメージに対してより耐性がある誘電体材料を作成する。ポーラスlow-k材料の表面上の酸化物ＨＭおよび酸化物ＨＭの表面上のメタルＨＭを含む、ポーラスlow-k材料の表面上にＨＭ層は堆積され、そして、メタルＨＭは開口される８０６。ヴィアマスクが付けられ、そして、ヴィアマスクをガイドに用いて、ＨＭ層を貫いて、そして、low-k誘電体の中へのエッチングによってヴィアが規定され８０８、ヴィアマスクは除去され、そして、トレンチがＨＭ層およびlow-k誘電体を貫いてエッチングされる８１０。ヴィアおよびトレンチはそれから同時に埋め込まれ、それにより銅で埋め込まれたトレンチおよびヴィアが作成される８１２。ＨＭ層および余剰な銅は研磨（例えば、ＣＭＰ）を通じて除去され８１４、それにより相互接続が作成される。この時点で、ポーラスlow-k材料の空孔はまだ炭素含有埋め戻し材で埋められている。埋め戻し材はポーラスlow-k誘電体から除去される８１６。より強く炭素含有材料がポーラスlow-k誘電体の空孔を埋めていることによって、ポーラスlow-k誘電体は、従来のデュアルダマシンプロセスでははっきり表われるプラズマダメージを示さない。しかしながら、次に、相互接続が銅から酸化物を除去するための追加のクリーニング（ＮＨ3 プラズマを用いた前ＣＬＮ（pre-CLN））を受け、そして、それに続くキャップ堆積を受けると８１８、相互接続は、それでも、吸湿性、ｋの増加および銅の信頼性の低下を引き起こすことができる、ＮＨ3 プラズマを用いた前ＣＬＮによって生じる表面ダメージ８２０を示す。
【００４３】
簡単な空孔埋め戻しデュアルダマシンプロセスに固有な別の問題は、デュアルダマシンプロセスにおいて通常に用いられる温度での、炭素含有埋め戻し材の低い温度安定性である。約２００度Ｃよりも高い温度で、炭素含有埋め戻し材は分解し始める。しかしながら、図８の要素８０６で明らかのように、デュアルダマシンプロセスの様々な段階から誘電体材料を保護するために、酸化物ＨＭ膜は空孔埋め戻し（pore backfilled）low-k膜上に必要である。
【００４４】
現在、酸化物ＨＭ膜は、（約４００度Ｃを越える）高い温度で堆積される。このような高温下では、炭素含有埋め戻し材はポーラスlow-k材料から除去される。これは図９の例示９００によって明らかにすることができる。ポーラスlow-k材料が堆積および硬化され９０２、そして、空孔９０４に埋め戻し材が加えられた後９０４、酸化物ハードマスクが４００度Ｃ以上の温度で付け足されると９０６、炭素含有埋め戻し材は、悪化し、そして、誘電体の表面に近い空孔から除去される。これは、ＨＭと誘電体材料との間の密着を弱くする、分解中または分解された炭素含有埋め戻し材からのガスの放出に起因する、誘電体の層状剥離（delamination）につながる。
【００４５】
図１０は、約３００度Ｃの温度にて酸化物ＨＭ堆積を伴うプロセス１０００の模式図を例示している。前記プロセスは、図８に例示されたプロセスと似ている。
【００４６】
酸化物ハードマスク堆積が高い温度（例えば、約３００度Ｃ）で起こると、炭素含有埋め戻し材の少なくとも一部がポーラスlow-k材料１００２から除去される。この材料はlow-k膜の表面領域内で除去することができる。埋め戻し材の除去は、埋め戻し材の低い熱安定性に起因することができる。
【００４７】
側壁ダメージ層１００４（または弓形に曲がっている構造（bowing structure））は、low-k膜の表面領域内の埋め戻し材の不足のために、ヴィアエッチングステップ（そしてまた図示しないトレンチエッチングステップ）によって引き起こされる。このようなダメージ層は後エッチング洗浄を通じて容易に除去される。後エッチング洗浄は、（希弗酸のような）ウエットプロセスを採用した処理とすることができる。このダメージは、トレンチ幅に関しての限界寸法（ＣＤ）には悪い。このダメージもまた銅を埋め込んでいる間にボイドを形成することにつながる。
【００４８】
前記ダメージ／弓形に曲がることは、銅ギャップ埋込みおよびトレンチ幅の制御には悪い。銅ラインと隣接した銅ラインとの間の間隔はとても小さいので、広いトレンチ１００６はライン間リークおよび銅信頼性（ＴＤＤＢ）に悪い影響を与えることができる。銅ボイドまたは信頼性を下げる。
【００４９】
図１０のプロセスは、図８のプロセスよりも良い構造を作成するが、図１０のプロセスでもまだ、吸湿性、ｋの増加および銅の信頼性の低下をもたらす、ＮＨ3 プラズマを用いた前ＣＬＮによって引き起こされる表面ダメージ１００８を示す。前ＣＬＮ処理はＮＨ3 プラズマ処理を用いるので、銅キャップ堆積の前ＣＬＮ処理はそれを劣化することができる。このプラズマ処理はプラズマ表面ダメージを作成することができる。
【００５０】
図１１は、図８に例示されたプロセスと同様の、低温（例えば、約２００度Ｃ未満）での酸化物ＨＭ堆積を用いた、プロセス１１００の模式図を例示している。酸化物ＨＭが約２００度Ｃ未満の温度で堆積されると、ＨＭと誘電体との間には層状剥離に起因する弱い付着（poor adhesion）がある。
【００５１】
したがって、ＨＭ材料の弱いＲＩＥ耐性に起因する側壁ダメージ層（不図示）が生じる。低温で酸化物ＨＭ堆積が起こると、酸化物ＨＭは側壁表面１１０２からエッチバックされる。これはlow-k膜の側壁エッチングを引き起こすことができる。
【００５２】
この弓形に曲がっている構造は銅ギャップ埋込み１００２およびトレンチ幅制御には悪い。銅ラインと隣接した銅ラインとの間の間隔はとても小さいので、広いトレンチもまたライン間リークおよび銅信頼性（ＴＤＤＢ）には悪い。
【００５３】
図１１のプロセスは図８のプロセスよりも良い構造を作成するが、それでもまだＮＨ3 プラズマを用いた前ＣＬＮによって引き起こされる表面ダメージ１１０４を示し、それは吸湿性、ｋの増加および銅の信頼性の低下をもたらすことができる。銅キャップ堆積の前ＣＬＮ処理はそれを劣化させる。前ＣＬＮはＮＨ3 プラズマを用い、そして、このプラズマ処理は表面プラズマダメージを作成することができる。
【００５４】
図８の簡単な埋め戻しプロセスは、全ての空孔が炭素含有材料で満たされる、完全な埋め戻し（図４、４０４）を必要とする。完全な埋込みは、達成することが難しくそして、除去することが難しい。しかしながら、異なるデュアルダマシンプロセス段で、low-k誘電体に埋め戻し材が追加されるなら、頑強な銅／ポーラス相互接続を作成するために、完全な埋め戻しは必要とされない。埋め戻しは、大部分の空孔を埋めることはできるが、（図４に示される、４０２）全ての空孔ではない。
【００５５】
改訂された空孔埋め戻しプロセスでは、埋め戻し材は、酸化物ＨＭが開口されて堆積された後までは加えられる必要はない。これは、炭素含有埋め戻し材の熱的不安定性および層状剥離の可能性の問題を除く。加えて、完全な埋め戻しの実効は不必要である。パターニングに対する材料強度を増し、および、関連したプラズマダメージを除去し、そして、前ＣＬＮに起因する表面ダメージを除くために表面近くで材料強度を増すためには、炭素含有埋め戻し材は、ヴィアおよびトレンチパターンの周りだけが必要である。前ＣＬＮに起因する表面ダメージを除くために、埋め戻し材は、前ＣＬＮまたはキャップ堆積の後に除去することができる。
【００５６】
図１２は、不完全な埋め戻しを伴うデュアルダマシンプロセス１２００を例示する。埋め戻し材１２０２はヴィア領域を囲むだけで十分である。ヴィア領域から遠いいくつの空孔は再埋込みされない。よって、埋め戻し材は“完全な”埋め戻しである必要はない。
【００５７】
この場合、ヴィアエッチングは３ステッププロセスであるが、全てのステップは例示していない。第１のエッチングステップはすぐに止まる。次のトレンチ酸化物ハードマスクエッチングの間、ヴィアはわずかにエッチングされる（第２のヴィアエッチング）。次にトレンチエッチングステップにて、ヴィアエッチングは同時に完了する（第３のヴィアエッチングステップ）。空孔埋め戻しは、ヴィア酸化物マスクエッチングの直後または第１のヴィアエッチングの直前に適用できる。
【００５８】
埋め戻し材は、過剰な金属およびハードマスクを除去した後に、除去することができる１２０４。前ＣＬＮおよびキャップ追加のステージは、前記埋め戻しを除去した後にもまだ起こるので、図１２のプロセスでも、吸湿性、ｋの増加および銅の信頼性の低下をもたらすＮＨ3 プラズマを用いた前ＣＬＮによって引き起こされる、表面ダメージ１２０６は表われる。
【００５９】
別のデュアルダマシンプロセス１３００が図１３に例示される。図１２のプロセス１２００のように、トレンチＨＭエッチングのステージ１３０２の後に加えられる、埋め戻し材は、完全な埋め戻し１３０４である必要はない。
【００６０】
この場合、ヴィアエッチングは３ステッププロセスであるが、全てのステップは例示していない。第１のエッチングステップはすぐに止まる。次のトレンチ酸化物ハードマスクエッチングの間、ヴィアはわずかにエッチングされる（第２のヴィアエッチング）。次にトレンチエッチングステップにて、ヴィアエッチングは同時に完了する（第３のヴィアエッチングステップ、これは銅キャップエッチングステップを含む）。空孔埋め戻しは、トレンチ酸化物マスクエッチングステップの直後または第１のヴィアエッチングステップの直前に適用できる。
【００６１】
埋め戻し材は、過剰な金属およびハードマスクを除去した後に、除去することができる１３０６。前ＣＬＮおよびキャップ追加のステージは、前記埋め戻しを除去した後にもまだ起こるので、図１３のプロセスでも、吸湿性、ｋの増加および銅の信頼性の低下をもたらすＮＨ3 プラズマを用いた前ＣＬＮによって引き起こされる、表面ダメージ１３０８は表われる。
【００６２】
図１４は、図１３のデュアルダマシンプロセス１３００と同様のデュアルダマシンプロセス１４００を例示している。しかしながら、図１４においては、第１の前ＣＬＮのステージ後だけ埋め戻し材は除去される１４０２。前ＣＬＮの目的は、銅上面から銅酸化物を除去することである。そのとき、プラズマはlow-k膜を攻撃し、そして、徐々にダメージ層を形成する。埋め戻し（backfilled）low-k膜は、前ＣＬＮに対して高いプラズマ耐性を有する。したがって、ＮＨ3 前ＣＬＮは埋め戻し材の除去の前に起こるので、前ＣＬＮからのプラズマダメージを回避することができる。
【００６３】
図１５は、図１４のデュアルダマシンプロセス１４００と同様のデュアルダマシンプロセス１５００を例示している。しかしながら、図１５においては、前ＣＬＮのステージ後だけ埋め戻し材は除去され１５０２、そして、キャップが追加される。埋め戻し材は、ＮＨ3 プラズマ処理からのプラズマダメージを軽減または回避するのに役立つ。
【００６４】
空孔埋め戻し材は銅キャップ堆積の後に除去される。埋め戻し材を除去するために、キャップの一部分を開けたままにして（窓パターニングを介して）埋め戻し材が逃げられるようにする。
【００６５】
図１６は、図１５のデュアルダマシンプロセス１５００と同様のデュアルダマシンプロセス１６００を例示している。図１５に関してと同様に、空孔埋め戻し材は前ＣＬＮの後に除去され、そして、キャップが追加される。埋め戻し材は、ＮＨ3 プラズマ処理からのプラズマダメージを軽減または回避するのに役立つ。空孔埋め戻し材は銅キャップ堆積の後に除去される。埋め戻し材を除去するために、キャップの一部分を開けたままにして（窓パターニングを介して）埋め戻し材が逃げられるようにする。埋め戻し材の除去の後に第２の銅キャップ１６０２を追加することができる。この第２の銅キャップ１６０２は、第１の銅キャップの開いたままの部分を覆うために追加することができる。
【００６６】
実施形態以外さもなければ示唆された以外の、明細書および特許請求の範囲内において用いられる、材料の量、反応条件などに言及した全ての数字、数値および／または表現は、全ての場合において、用語“約”によって変更可能であると解するべきである。
【００６７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実際、本明細書に記載された方法およびデバイスは、その他の様々な形態で実施することができ、さらに、本明細書に記載された方法およびデバイスは、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。このような形態や変形は、主題イノベーションの範囲や要旨に含まれるように、添付の特許請求の範囲の請求項とその均等の範囲に含まれることを意図している。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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