(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の銅層と、前記第１の銅層の上に設けられる非導電性の第１のバリア層と、前記第１のバリア層の上に設けられる第１の誘電性中間層と、前記第１の誘電性中間層の上に設けられる非導電性の第２のバリア層と、前記第２のバリア層上に設けられる第２の銅層とを有する集積回路（ＩＣ）において、前記第１および第２の銅層の間に低抵抗配線を形成する方法であって、
ａ）前記第１のバリア層と、前記第１の誘電性中間層と、前記第２のバリア層との互いに重なる選択されたエリアをエッチングしてビアを形成し、前記第１の誘電性中間層の垂直な側壁表面および前記第１の銅層の選択されたエリアをそれぞれ露出させる工程と、
ｂ）前記工程ａ）において露出された前記第１の誘電性中間層の前記垂直な側壁表面および前記第１の銅層の前記選択されたエリア上に、導電性の第３のバリア層を共形的に堆積させる工程と、
ｃ）次いで、前記第３のバリア層に対して水平方向に異方的にエッチングを行い、前記第１の誘電性中間層の前記垂直な側壁表面上に堆積した前記第３のバリア層は除去せず、前記第１の銅層の前記選択されたエリア上に堆積した前記第３のバリア層を選択的に除去する工程と、
ｄ）前記工程ｃ）の後に、前記第２のバリア層の上に前記第２の銅層を堆積させて、前記工程ａ）において形成された前記ビアを前記第２の銅層によって充填して、前記第１の銅層と接続させる工程と、
ｅ）前記工程ｄ）の後に、前記第２の銅層を選択的にエッチングして配線を形成する工程と、
ｆ）前記配線の上に非導電性の第４のバリア層を堆積して、前記第４のバリア層の上に第２の誘電性中間層を堆積させる工程と、
ｇ）前記第２の誘電性中間層の化学機械研磨（ＣＭＰ）を実行して、前記第２の誘電性中間層の上に非導電性の第５のバリア層を堆積させる工程と、
ｈ）前記第２の誘電性中間層を前記第１の誘電性中間層とし、前記第２の銅層を前記第１の銅層とし、前記第４および第５のバリア層をそれぞれ前記第１および第２のバリア層として、前記工程ａ）から前記工程ｄ）を繰り返す工程と、
を含む銅層間の低抵抗配線の形成方法。
【請求項２】
前記非導電性の第１および第２のバリア層の材料が、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉＯから成る群より選択される、請求項１に記載の銅層間の低抵抗配線の形成方法。
【請求項３】
前記導電性の第３のバリア層の材料が、高融点金属と、ＴｉＮ、ＷＮ、およびＴａＮを含む高融点金属化合物とから成る群より選択される、請求項１に記載の銅層間の低抵抗配線の形成方法。
【請求項４】
第１の銅層と、前記第１の銅層の上に設けられる非導電性の第１のバリア層と、前記第１のバリア層の上に設けられる第１の誘電性中間層とを有し、前記第１の誘電性中間層が、第１の厚みの部分と、前記第１の厚みの部分の上に位置する第２の厚みの部分とを有し、前記第１の厚み部分上に第２の銅層が設けられた集積回路において、前記第１および第２の銅層間の低抵抗配線の形成方法であって、
ａ）前記第１の誘電性中間層の選択されたエリアをエッチングして、前記第２の厚みに等しい深さを有するダマシン配線溝を形成し、前記第１の誘電性中間層の前記第２の厚みの部分の垂直な側壁表面および前記第１の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分の選択された水平表面を露出させる工程と、
ｂ）前記工程ａ）において露出された前記第１の誘電性中間層の前記水平表面の上に位置するように、非導電性の第２のバリア層を、前記第１の誘電性中間層の上に水平方向に異方的に堆積させる工程と、
ｃ）前記工程ｂ）において堆積された前記第２のバリア層と、前記第１の誘電性中間層と、前記第１のバリア層との互いに重なる選択された部分をエッチングして、前記第１の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分の垂直な側壁表面および前記第１の銅層の選択されたエリアを露出させることにより、前記ダマシン配線溝から前記第１の銅層の前記選択されたエリアに至るビアを形成する工程と、
ｄ）前記工程ａ）において露出された前記第１の誘電性中間層の前記第２の厚みの部分の前記垂直な側壁表面と、前記工程ｂ）において堆積された前記第２のバリア層と、前記工程ｃ）において露出された前記第１の銅層の前記選択されたエリアおよび前記第１の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分の前記垂直な側壁表面との上に、導電性の第３のバリア層を共形的に堆積させる工程と、
ｅ）水平方向に異方的にエッチングを行って、前記第１の誘電性中間層の前記第１および第２の厚みの部分の前記垂直な側壁表面の上の前記第３のバリア層は除去せず、前記第１の銅層の前記選択されたエリアの上の前記第３のバリア層を選択的に除去する工程と、
ｆ）前記工程ｅ）の後に、前記第２のバリア層の上に前記第２の銅層を堆積して、前記工程ａ）において形成された前記ダマシン配線溝と、前記工程ｂ）において形成された前記ビアとを前記第２の銅層によって充填して、前記第１の銅層と前記第２の銅層とを接続させる工程と、
を含む銅層間の低抵抗配線の形成方法。
【請求項５】
ｇ）前記工程ｆ）の後に、前記第２の銅層の化学機械研磨（ＣＭＰ）を実行する工程と、
ｈ）前記第２の銅層の上に非導電性の第４のバリア層を堆積して、前記第４のバリア層の上に前記第１の誘電性中間層と同じ構成の第２の誘電性中間層を堆積させる工程と、
ｉ）前記第２の誘電性中間層を前記第１の誘電性中間層とし、前記第２の銅層を前記第１の銅層とし、前記第４のバリア層を前記第１のバリア層として、前記工程ａ）から前記工程ｆ）までの工程を繰り返す工程と、
をさらに含む、請求項４に記載の銅層間の低抵抗配線の形成方法。
【請求項６】
前記非導電性の第１および第２のバリア層の材料が、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉＯから成る群より選択される、請求項４に記載の銅層間の低抵抗配線の形成方法。
【請求項７】
前記導電性の第３のバリア層の材料が、高融点金属と、ＴｉＮ、ＷＮ、およびＴａＮを含む高融点金属化合物とから成る群より選択される、請求項４に記載の銅層間の低抵抗配線の形成方法。
【請求項８】
第１の銅層と、
前記第１の銅層の上に設けられる非導電性の第１のバリア層と、
前記第１のバリア層の上に設けられる第１の誘電性中間層と、
前記第１の誘電性中間層の上に設けられる非導電性の第２のバリア層と、
前記第１のバリア層と、前記第１の誘電性中間層と、前記第２のバリア層との互いに重なる選択された部分を貫通して、前記第１の誘電性中間層の垂直な側壁表面および前記第１の銅層の選択された表面を露出させる第１のビアと、
前記第１の誘電性中間層の前記垂直な側壁表面および前記第１の銅層の前記選択された表面の上に導電性の第３のバリア層材料を堆積して、水平方向に異方的にエッチングを行うことによって、前記第１の銅層の前記選択された表面上の前記第３のバリア層材料を選択的に除去することによって形成された第３のバリア層と、
前記第２のバリア層の上に設けられるとともに、前記第１のビアを充填して設けられて、前記第１の銅層の前記選択された表面と接続する第２の銅層と、
前記第２の銅層を選択的にエッチングして形成された配線と、
前記配線の上に設けられる非導電性の第４のバリア層と、
前記第４のバリア層の上に設けられる第２の誘電性中間層と、
前記第２の誘電性中間層の上に設けられる非導電性の第５のバリア層と、
前記第４のバリア層と、前記第２の誘電性中間層と、前記第５のバリア層との互いに重なる選択された部分を貫通して、前記第２の誘電性中間層の垂直な側壁表面および前記第２の銅層の選択された表面を露出させる第２のビアと、
前記第２の誘電性中間層の前記垂直な側壁表面および前記第２の銅層の前記選択された表面の上に導電性の第６のバリア層材料を共形的に堆積して、水平方向に異方的にエッチングを行うことによって、前記第２の銅層の前記選択された表面上に堆積した前記第６のバリア層材料を選択的に除去することによって形成された第６のバリア層と、
前記第２のビアを充填して設けられて、前記第２の銅層の前記選択された表面と接続する第３の銅層と、
有する、集積回路（ＩＣ）における低抵抗金属層配線。
【請求項９】
前記非導電性の第１および第２のバリア層の材料が、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉＯから成る群より選択される、請求項８に記載の金属層配線。
【請求項１０】
前記導電性の第３のバリア層の材料が、高融点金属と、ＴｉＮ、ＷＮ、およびＴａＮを含む高融点金属化合物とから成る群より選択される、請求項８に記載の金属層配線。
【請求項１１】
第１の銅層と、
前記第１の銅層の上に設けられる非導電性の第１のバリア層と、
前記第１のバリア層の上に設けられており、第１の厚みの部分と、前記第１の厚みの部分の上に位置する第２の厚みの部分とを有する第１の誘電性中間層と、
前記第１の誘電性中間層の前記第２の厚みの部分の選択されたエリアを貫通して形成され、前記第１の誘電性中間層の前記第２の厚みの部分の垂直な側壁表面および前記第１の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分の選択された水平表面を露出させる第１のダマシン配線溝と、
前記第１の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分の前記選択された水平表面の上に位置するように、前記第１の誘電性中間層の上に水平方向における異方性堆積によって形成された非導電性の第２のバリア層と、
前記第２のバリア層と、前記第１の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分と、前記第１のバリア層との互いに重なる選択された部分を貫通して、前記第１の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分の垂直な側壁表面および前記第１の銅層の選択された表面を露出させる第１のビアと、
前記第１の誘電性中間層の前記第１および第２の厚みの部分それぞれの前記垂直な側壁表面、前記第１の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分の前記選択された水平表面、および前記第１の銅層の前記選択された表面の上に導電性の第３のバリア層を構成する材料を共形的に堆積して、水平方向に異方的にエッチングを行って、前記第１の銅層の前記選択された表面上に堆積された前記第３のバリア層材料を選択的に除去することにより、前記第１の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分の垂直な側壁表面上および前記第１の誘電性中間層の前記第２の厚みの部分の垂直な側壁表面上に形成された第３のバリア層と、
前記第１の誘電性中間層の上に設けられるとともに、前記第１のビアおよび前記ダマシン配線溝を充填して設けられて、前記第１の銅層の前記選択された水平表面と接続する第２の銅層と、
を有する、集積回路（ＩＣ）における低抵抗金属層配線。
【請求項１２】
前記第２の銅層における化学機械研磨（ＣＭＰ）が実行された表面上に設けられる非導電性の第４のバリア層と、
前記第４のバリア層の上に設けられており、第１の厚みの部分と、前記第１の厚みの部分の上に位置する第２の厚みの部分とを有する第２の誘電性中間層と、
前記第２の誘電性中間層の前記第２の厚みの部分の選択されたエリアを貫通して形成され、前記第２の誘電性中間層の前記第２の厚みの部分の垂直な側壁表面および前記第２の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分の選択された水平表面を露出させる第２のダマシン配線溝と、
前記第２の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分の前記選択された水平表面の上に位置するように、水平方向における異方性堆積によって形成された非導電性の第５のバリア層と、
前記第５のバリア層と、前記第２の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分と、前記第４のバリア層との互いに重なる選択された部分を貫通して、前記第２の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分の垂直な側壁表面および前記第２の銅層の選択された表面を露出させる第２のビアと、
前記第２の誘電性中間層の前記第１および第２の厚みの部分の前記垂直な側壁表面および前記第２の銅層の前記選択された表面の上に導電性の第６のバリア層を構成する材料を共形的に堆積して、水平方向に異方的にエッチングを行って、前記第２の銅層の前記選択された面積上に堆積した前記第６のバリア層材料を選択的に除去することにより、前記第２の誘電性中間層の前記第１の厚みの部分の垂直な側壁表面上および前記第２の誘電性中間層の前記第２の厚みの部分の垂直な側壁表面上に形成された第６のバリア層と、
前記第２の誘電性中間層の上に設けられるとともに、前記第２のビアおよび前記第２のダマシン配線溝を充填して設けられて、前記第２の銅層の前記選択された水平表面と接続する第３の銅層と、
をさらに有する、請求項１１に記載の金属層配線。
【請求項１３】
前記非導電性の第１および第２のバリア層の材料が、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉＯから成る群より選択される、請求項１１に記載の金属層配線。
【請求項１４】
前記導電性の第３バリア層の材料が、高融点金属と、ＴｉＮ、ＷＮ、およびＴａＮを含む高融点金属化合物とから成る群より選択される、請求項１１に記載の金属層配線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して集積回路（ＩＣ）の処理および製造に関し、より具体的には、銅配線構造物、および、銅層間の電気導電率を改善するために、介在する汚染バリア層のない銅配線構造物を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
より小型、より安価、かつより高性能という電子製品に対する需要が進む中、小さな幾何学的構造の集積回路および大きな基板の必要性がさらに高まっている。また、このような需要により、ＩＣ基板上の回路の実装密度をより高くすることが求められている。小さな幾何学的構造のＩＣ回路が望まれることにより、部品と誘電層との間の配線をできる限り小さくする必要性が生じる。従って、ビア配線および接続線の幅を削減する研究が続いている。配線の導電率は、配線の表面面積の削減と共に削減され、その結果増加する配線の抵抗率はＩＣ設計の障害となっていた。高抵抗率を有する導体は、インピーダンスが高く、伝播遅延が大きな伝導経路を生み出す。これらの問題は、不確実な信号タイミング、不確実な電圧層、およびＩＣの部品間の長い信号遅延を引き起こす。伝播の不連続はまた、接続が不十分な交差する伝導表面、またはインピーダンス特性の大きく異なる導体の接続から生じる。
【０００３】
抵抗率が低く、かつ揮発性の処理環境に耐える能力を有する配線およびビアが必要である。集積回路の製造において、電気素子占有面積間の配線、またはビアの作製にはアルミニウムおよびタングステン金属が使用されることが多い。これらの金属は、特別な扱いを必要とする銅とは異なり、製造環境において使用しやすいので一般的である。
【０００４】
電気回路の配線およびビアのサイズを削減する取り組みにおいて、銅（Ｃｕ）はアルミニウムの代替物として自然な選択である。銅の導電率はアルミニウムの約２倍であり、タングステンの３倍以上である。その結果、アルミニウム線の半分の幅を有する銅線で同じ電流を伝搬することができる。
【０００５】
銅のエレクトロマイグレーション特性もまたアルミニウムよりはるかに優れている。アルミニウムのエレクトロマイグレーションによる劣化および破損の受け安さは、銅の約１０倍である。その結果、銅線は、たとえそれがアルミニウム線よりはるかに小さな断面を有するものであれ、電気的統合性をよりよく維持することができる。
【０００６】
しかし、ＩＣ処理において銅を使用することに関連する問題がある。銅はＩＣ処理に使用される材料の多くを汚染するため、銅の遊走を防ぐために注意を払わなければならない。銅の集積回路材料への拡散の問題に取り組むために、様々な手段が提案されてきた。いくつかの材料、具体的には高融点金属を、銅拡散プロセスを防ぐバリアとして使用することが提案されてきた。銅拡散バリアとしての使用に適し得る高融点金属の例としては、タングステン、モリブデン、および窒化チタン（ＴｉＮ）がある。しかし、銅のこれらの拡散バリア材料への付着はＩＣ処理の問題であり、このような材料の電気導電率はＩＣ配線の構築における問題点である。
【０００７】
選択されたＩＣ特徴の幾何学的構造が小さい場合、金属は、スパッタリングなどの従来の金属堆積プロセスを使用して、基板上、またはビア内に堆積させ得ない。アルミニウムであれ銅であれ、金属をスパッタリングして直径の小さなビアを充填するのは、隙間充填能力が劣るので非実際的である。銅を堆積させるために、様々な化学蒸着堆積（ＣＶＤ）技術が当該産業において開発されているところである。
【０００８】
典型的なＣＶＤプロセスにおいては、銅を有機リガンドと結合させて、揮発性銅化合物または前駆体を生成する。すなわち、銅を容易にガスに気化する化合物内に取り込む。拡散バリア材料などの集積回路の選択された表面を、温度を上昇させた環境で銅含有ガスに曝す。揮発性銅ガス化合物が分解すると、銅は加熱された選択表面上に残る。ＣＶＤプロセスの使用に利用できる銅化合物にはいくつかある。銅化合物の分子構造は、選択表面上の銅膜残渣の導電性に、少なくとも部分的に影響を与えることが、一般的に認められている。
【０００９】
誘電性中間層によって分離される、銅などの金属層間の接続は、典型的には金属層間のビア形成のダマシン（damascene）方法を用いて形成される。まず、下に位置する銅膜が誘電体によって完全に覆われる。典型的な誘電体は二酸化シリコンである。次いで、パターニングされたフォトレジストプロフィールが誘電体の上に形成され、配線溝が誘電体にエッチングされる。別のレジスト層は、溝の上に位置するフォトレジストに、ビアが形成される誘電体の面積に対応する開口部、または孔を有する。次いで、フォトレジストで覆われていない誘電体がエッチングされて、フォトレジストの孔の下に位置する酸化物が除去される。その後、フォトレジストが剥離される。次いで、銅、またはその他の金属材料の薄膜を使用してビアおよび溝を充填する。この段階で、誘電体層及びそれを貫通する銅のビアを含む層が銅膜の上に存在する。残っている余剰の銅は、当該分野で周知のように、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを用いて除去される。この結果、「象眼の」またはダマシンの構造物が得られる。
【００１０】
銅配線の形成には、銅線がバリア層で完全に取り囲まれていることが必要である。バリア層は、導電性または非導電性のどちらでもあり得る。製造プロセスには、既存のバリア層をエッチングから保護するため、かつこれらのバリア層の表面を銅およびその他のＩＣ材料に付着するように調製するために、更なるプロセス工程が必要である。導電性バリアはまた、金属層との良好な電気的界面を有するように調製しなければならない。バリア層は、ＩＣの様々な金属層と誘電性中間層との間の膜として堆積され得る。ダマシンプロセスは、ダマシンビアおよび溝の形成中に、更なるバリア層の形成を必要とし得る。ほとんどの先在する導電性バリア層は、銅ビアと金属層との間のコンダクタンスを低下させるが、これらのバリアは除去が困難であることが多い。銅ビアとそれと界面を成す導電性バリア層との間の抵抗を最小限に抑えるための方法が開発されている。さらに、付着と伝導特性との間には妥協がなされることが多い。
【００１１】
Nguyenらによって発明され、「銅の付着のための酸化拡散バリア表面およびその方法（Oxidized Diffusion Barrier Surface for the Adherence of Copper and Method for Same）」と題された、１９９６年９月２０日に出願された、本出願と同一譲渡人に譲渡される、同時係属米国出願シリアルナンバー08/717,267、アトーニードケットナンバーＳＭＴ１２３は、拡散バリア表面を酸化して、銅の拡散バリアへの付着を向上させる方法を開示する。低速電気回路においては、酸化物の薄い層によってもたらされる抵抗は非常に小さい。しかし、より高速の用途においては、抵抗の量がたとえ小さくても、酸化物層にわたる電子流の伝播遅延が増加し得る。この前述の特許出願の第１の目的は、選択された表面上に堆積される銅の状態を維持する能力を向上させることであり、銅と選択された表面との間の導電率を向上させることではない。
【００１２】
CharneskiおよびNguyenによって発明され、「拡散バリア表面に付着された銅およびその方法（Copper Adhered to a Diffusion Barrier Surface and Method for Same）」と題された、１９９６年９月２０日に出願された、本出願と同一譲渡人に譲渡される、別の同時係属米国出願シリアルナンバー08/717,315、アトーニードケットナンバーＳＭＴ２４３は、様々な反応性ガスの種類を使用して、拡散バリア上に酸化物層を形成することなく、銅の付着を向上させる方法を開示する。しかし、本特許出願は、表面上に堆積された銅の導電率を向上させることではなく、銅の付着を向上させることに焦点を置く。
【００１３】
NguyenおよびMaaによって発明され、「ＩＯＮ調製導電性表面での銅の化学蒸着およびその方法（Chemical Vapor Deposition of Copper on an ION Prepared Conductive Surface and Method for Same）」と題された、１９９６年１０月１１日に出願された、本出願と同一譲渡人に譲渡される、別の同時係属米国出願シリアルナンバー08/729,567、アトーニードケットナンバー１１４は、バリア層などの導電性表面を、不活性ガスのイオンに曝して調製し、導電性表面とそれに続く銅の堆積物との間の電気導電率を向上させる方法を開示する。しかし、本発明の第１の目的は、副産物およびＩＣ処理の残骸が実質的にない導電性表面を調製することである。
【００１４】
Tsuchiyaらは、1997 Symposium on VSLI Technology Digest of Technical Papers、59〜60ページ、「自然位置化学蒸気洗浄を用いる超低抵抗ダイレクトコンタクトＣｕビア技術（Ultra-Low Resistance Direct Contact Cu Via Technology Using In-Situ Chemical Vapor Cleaning）」という記事において、２つの銅層の間でデュアルダマシン直接接続を形成する方法を開示している。２つの誘電層を貫通して下に位置する銅層に至る接続が形成され、３つの層の間にはバリア層が存在する。しかし、介在するバリア層のない金属層間のビア接続を形成する方法は開示されていない。配線溝のためにバリア層を作製しなければならない場合に、１つの誘電性中間層を貫通してデュアルダマシン接続を形成する方法も開示されていない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のいずれの方法によっても、ＩＣに用いられる、所望の高い導電率を有する金属層間の接続は得られない。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ＩＣにおける金属層間の低抵抗配線、及び金属層間の低抵抗デュアルダマシン配線、並びにそれらの形成方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＩＣにおける銅ビアとそれと界面を成す金属層との間の抵抗を最小限に抑える方法を採用する。また、銅と導電性バリア層との間の導電性の劣る界面を排除するために、ビアまたはダマシン構造物にバリア層を選択的に形成する手段を採用する。また、ビアまたはダマシン構造物の形成においてバリア層を選択的に堆積および選択的にエッチングする方法を採用する。さらに、銅の汚染を防ぐためにＩＣ配線にバリア層を選択的に形成した後、銅層間の導電率を向上させるためにバリア層を選択的に除去する方法を採用することもできる。
【００１８】
本発明による金属層間の低抵抗ビア配線の形成方法は、側壁表面を有し、誘電性中間層を貫通して金属層の選択されたエリアを露出する集積回路（ＩＣ）ビアにおいて、金属層間の低抵抗ビア配線を形成する方法であって、ａ）該ビアの上にバリア層材料を共形的に堆積させることによって、該ビアの該側壁表面および該金属層の該選択されたエリアの上にバリア層を形成する工程と、ｂ）異方的にエッチングを行い、該ビアの該側壁表面上に堆積した該バリア層は除去せず、該金属層の該選択されたエリア上に堆積した該バリア層を選択的に除去して、これにより、バリア表面側壁を有するビアが、該金属層を続いて堆積される金属層と直接接続するために準備される工程と、を含み、それにより上記目的が達成される。
【００１９】
本発明による金属層間の低抵抗配線の形成方法は、第１の金属水平層と、該第１の金属層の上に設けられる第１のバリア層と、該第１のバリア層の上に設けられる第１の誘電性中間層と、該第１の誘電性中間層の上に設けられる第２のバリア層とを含む集積回路（ＩＣ）において、金属層間の低抵抗配線を形成する方法であって、ａ）該第１のバリア層と、該第１の誘電性中間層と、該第２のバリア層との選択された互いに重なるエリアをエッチングしてビアを形成し、該第１の誘電性中間層の垂直な側壁表面および該第１の金属層の選択されたエリアを露出する工程と、ｂ）該工程ａ）において露出された該第１の誘電性中間層の該垂直な側壁表面および該第１の金属層の該選択されたエリア上に、第３のバリア層を共形的に堆積させる工程と、ｃ）水平方向に異方的にエッチングを行い、該第１の誘電性中間層の該垂直な側壁表面上に堆積した第３のバリア層は除去せず、該第１の金属層の該選択されたエリア上に堆積した第３のバリア層を選択的に除去して、これにより、バリア表面側壁を有するビアが、該第１の金属層を続いて堆積される金属層と直接接続するために準備される工程と、を含み、それにより上記目的が達成される。
【００２０】
好適な実施形態によると、前記工程ｃ）の後に、ｄ）前記第２のバリア層の上に第２の金属層を堆積させることによって、前記工程ａ）において形成された前記ビアを充填して、前記第１の金属層と接続させることにより、介在するバリア層のない、最小限の抵抗接続が該金属層間に形成される工程をさらに含む。
【００２１】
好適な実施形態によると、前記工程ｄ）の後に、ｅ）前記第２の金属層を選択的にエッチングして配線を形成する工程と、ｆ）該第２の金属層の上に第４のバリア層を堆積させ、該第４のバリア層の上に第２の誘電性中間層を堆積させる工程と、ｇ）該第２の誘電性中間層の化学機械研磨（ＣＭＰ）を実行して、該第２の誘電性中間層の上に第５のバリア層を堆積させる工程と、ｈ）前記工程ａ）から該工程ｄ）を繰り返して、該第２の金属層と続いて堆積される第３の金属層との間に低抵抗接続を形成し、これにより、前記ＩＣにおける複数の金属層が配線される工程と、をさらに含む。
【００２２】
好適な実施形態によると、前記第１および第２のバリア層の材料が非導電性であり、前記第３のバリア層の材料が導電性および非導電性の材料から成る群より選択される。
【００２３】
好適な実施形態によると、前記非導電性のバリア層の材料が、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉＯから成る群より選択される。
【００２４】
好適な実施形態によると、前記導電性のバリア層の材料が、高融点金属と、ＴｉＮ、ＷＮ、およびＴａＮを含む高融点金属化合物とから成る群より選択される。
【００２５】
好適な実施形態によると、前記第１の金属層が銅である。
【００２６】
好適な実施形態によると、前記第１および第２の金属層が銅である。
【００２７】
本発明による金属層間の低抵抗配線の形成方法は、側壁表面を有し、誘電性中間層の第２の厚みの部分を貫通して、金属層の上に設けられる該誘電性中間層の第１の厚みの部分の選択されたエリアを露出する集積回路（ＩＣ）ダマシン配線溝において、金属層間に低抵抗配線を形成する方法であって、ａ）絶縁バリア層の材料を該溝の上に異方的に堆積させて、該誘電性中間層の該第１の厚みの部分の該選択されたエリアの上に絶縁バリア層を形成する工程と、ｂ）該絶縁バリア層と、該誘電性中間層の該第１の厚みの部分との選択された互いに重なる部分をエッチングして、該誘電性中間層の該第１の厚みの部分の側壁表面および該金属層の選択されたエリアを露出することにより、該溝から該金属層の該選択された面積に至るビアが形成される工程と、ｃ）該溝および該ビアの上に導電性バリア層の材料を共形的に堆積させ、該誘電性中間層の該第１および第２の厚みの部分の該側壁表面と、該金属層の該選択されたエリアとの上に導電性バリア層を形成する工程と、ｄ）異方的にエッチングを行い、該第１の誘電性中間層の該第１および第２の厚みの部分の該側壁表面の上の該導電性バリア層は除去せず、該金属層の該選択されたエリアの上の該導電性バリア層を選択的に除去して、これにより、バリア側壁表面を有するダマシンプロセスによるビアおよび溝が、該金属層を続いて堆積される銅金属層と直接接続するために準備される工程と、を含み、それにより上記目的が達成される。
【００２８】
好適な実施形態によると、アルミニウムと、アルミニウム−銅合金と、タングステンとから成る群より選択される材料による金属層の選択されたエリアが露出される。
【００２９】
本発明による金属層間の低抵抗デュアルダマシン配線の形成方法は、第１の金属水平層と、該第１の金属層の上に設けられる第１のバリア層と、該第１のバリア層の上に設けられる第１の誘電性中間層とを含む集積回路（ＩＣ）であって、該第１の誘電性中間層が、第１の厚みの部分と、該第１の厚みの部分の上に位置する第２の厚みの部分とを有する集積回路において、金属層間の低抵抗デュアルダマシン配線を形成する方法であって、ａ）該第１の誘電性中間層の該第２の厚みの部分の選択されたエリアをエッチングして、ダマシン配線溝を形成し、該第１の誘電性中間層の該第２の厚みの部分の垂直な側壁表面および該第１の誘電性中間層の該第１の厚みの部分の選択された水平表面を露出する工程と、ｂ）該工程ａ）において露出された該第１の誘電性中間層の該第１の厚みの部分の該選択された水平表面の上に位置するように、第２のバリア層を、該第１の誘電性中間層の上に水平方向に異方的に堆積させ、該第１の誘電性中間層の該第２の厚みの部分の該垂直な側壁表面を極わずかに覆う工程と、ｃ）該工程ｂ）において堆積された該第２のバリア層と、該第１の誘電性中間層の該第１の厚みの部分の該選択された水平表面と、該第１のバリア層との選択された互いに重なる面積をエッチングして、該第１の誘電性中間層の該第１の厚みの部分の垂直な側壁表面および該第１の金属層の選択されたエリア積を露出することにより、該溝から該第１の金属層の該選択されたエリアに至るビアが形成される工程と、ｄ）該工程ａ）において露出された該第１の誘電性中間層の該第２の厚みの部分の該垂直な側壁表面と、該工程ｂ）において堆積された該第２のバリア層と、該工程ｃ）において露出された該第１の金属層の該選択されたエリアおよび該第１の誘電性中間層の該第１の厚みの部分の該垂直な側壁表面との上に、第３のバリア層を共形的に堆積させる工程と、ｅ）水平方向に異方的にエッチングを行って、該第１の誘電性中間層の該第１および第２の厚みの部分の該垂直な側壁表面の上の第３のバリア層は除去せず、該第１の金属層の該選択されたエリアの上の該第３のバリア層を選択的に除去して、これにより、バリア表面側壁を有するダマシンプロセスによるビアおよび溝が、該第１の金属層を続いて堆積される金属層と直接接続するために準備される工程と、を含み、それにより上記目的が達成される。
【００３０】
好適な実施形態によると、前記工程ｅ）の後に、ｆ）前記第２のバリア層の上に第２の金属層を堆積させ、前記工程ａ）において形成された前記溝と、前記工程ｂ）において形成された前記ビアとを充填して、前記第１の金属層と接続させることにより、介在するバリア層のない、最小限の抵抗接続が該金属層間に形成される工程をさらに含む。
【００３１】
好適な実施形態によると、前記工程ｆ）の後に、ｇ）前記第２の金属層の化学機械研磨（ＣＭＰ）を実行する工程と、ｈ）該第２の金属層の上に第４のバリア層を堆積させ、該第４のバリア層の上に第２の誘電性中間層を堆積させる工程と、
ｉ）前記工程ａ）から該工程ｆ）までの工程を繰り返して、該第２の金属層と続いて堆積される金属層との間に低抵抗接続を形成し、これにより、前記ＩＣにおける複数の金属層が配線される工程と、をさらに含む。
【００３２】
好適な実施形態によると、前記第１および第２のバリア層の材料が非導電性であり、前記第３のバリア層の材料が導電性および非導電性の材料から成る群より選択される。
【００３３】
好適な実施形態によると、前記非導電性のバリア層の材料が、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉＯから成る群より選択される。
【００３４】
好適な実施形態によると、前記導電性のバリア層の材料が、高融点金属と、ＴｉＮ、ＷＮ、およびＴａＮを含む高融点金属化合物とから成る群より選択される。
【００３５】
好適な実施形態によると、前記第１の金属層が銅層である。
【００３６】
好適な実施形態によると、前記第１および第２の金属層が銅層である。
【００３７】
本発明による集積回路（ＩＣ）における低抵抗金属層ビア配線は、金属層と、該金属層の上に設けられる誘電性中間層と、該誘電性中間層の選択されたエリアを貫通して、該誘電性中間層の側壁表面および該金属層の選択された表面を露出するビアと、該誘電性中間層の該側壁表面および該金属層の該選択された表面の上にバリア層の材料を共形的に堆積させることにより形成されるバリア層であって、異方的にエッチングを行うことによって、該金属層の該選択された表面上の該バリア層が選択的に除去され、これにより、バリア表面側壁を有するビアが、該金属層を続いて堆積される金属層と直接接続するために準備されるバリア層と、を含み、それにより上記目的が達成される。
【００３８】
本発明による集積回路（ＩＣ）における低抵抗金属層配線は、第１の金属水平層と、該第１の金属層の上に設けられる第１のバリア層と、該第１のバリア層の上に設けられる第１の誘電性中間層と、該第１の誘電性中間層の上に設けられる第２のバリア層と、該第１のバリア層と、該第１の誘電性中間層と、該第２のバリア層との選択された互いに重なる部分を貫通して、該第１の誘電性中間層の垂直な側壁表面および該第１の金属層の選択された表面を露出する第１のビアと、該第１の誘電性中間層の該垂直な側壁表面および該第１の金属層の該選択された表面の上に第３のバリア層を構成する材料を共形的に堆積させることにより形成される該第３のバリア層であって、水平方向に異方的にエッチングを行うことによって、該第１の金属層の該選択された表面上の該第３のバリア層が選択的に除去され、これにより、バリア表面側壁を有する該第１のビアが、該第１の金属層を続いて堆積される金属層と直接接続するために準備される第３のバリア層と、を含み、それにより上記目的が達成される。
【００３９】
好適な実施形態によると、前記第２のバリア層の上に設けられ、前記第１のビアを充填して、前記第１の金属層の前記選択された表面と接続する第２の金属層をさらに含み、これにより、介在するバリア層のない、最小限の抵抗接続が該金属層間に形成される。
【００４０】
好適な実施形態によると、前記第２の金属層が選択的にエッチングされて配線層が形成される金属層配線であって、該第２の金属層の上に設けられる第４のバリア層と、該第４のバリア層の上に設けられる第２の誘電性中間層と、該第２の誘電性中間層の上に設けられる第５のバリア層と、該第４のバリア層と、該第２の誘電性中間層と、該第５のバリア層との選択された互いに重なる部分を貫通して、該第２の誘電性中間層の垂直な側壁表面および該第２の金属層の選択された表面を露出する第２のビアと、該第２の誘電性中間層の該垂直な側壁表面および該第２の金属層の該選択された表面の上に第６のバリア層を構成する材料を共形的に堆積させることにより形成される該第６のバリア層であって、水平方向に異方的にエッチングを行うことによって、該第２の金属層の該選択された表面上に堆積した該第６のバリア層が選択的に除去され、これにより、バリア表面側壁を有する該第２のビアが、該第２の金属層を続いて堆積される金属層と直接接続するために準備される第６のバリア層と、をさらに含む。
【００４１】
好適な実施形態によると、前記第１および第２のバリア層の材料が非導電性であり、前記第３のバリア層の材料が導電性および非導電性の材料から成る群より選択される。
【００４２】
好適な実施形態によると、前記非導電性のバリア層の材料が、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉＯから成る群より選択される。
【００４３】
好適な実施形態によると、前記導電性のバリア層の材料が、高融点金属と、ＴｉＮ、ＷＮ、およびＴａＮを含む高融点金属化合物とから成る群より選択される。
【００４４】
好適な実施形態によると、前記第１の金属層が銅層である。
【００４５】
好適な実施形態によると、前記第１および第２の金属層が銅層である。
【００４６】
本発明による集積回路（ＩＣ）における低抵抗金属層デュアルダマシン配線は、水平金属層と、該金属層の上に設けられる誘電性中間層であって、第１の厚みの部分と、該第１の厚みの部分の上に位置する第２の厚みの部分とを有する誘電性中間層と、該誘電性中間層の該第２の厚みの部分の選択されたエリアを貫通して形成され、該誘電性中間層の該第２の厚みの部分の垂直な側壁表面および該誘電性中間層の該第１の厚みの部分の選択された水平表面を露出するダマシン配線溝と、該誘電性中間層の該第１の厚みの部分の該選択された水平表面の上に位置するように、水平方向における異方性堆積によって形成される絶縁バリア層と、該絶縁バリア層と、該誘電性中間層の該第１の厚みの部分との選択された互いに重なる部分を貫通して、該誘電性中間層の該第１の厚みの部分の側壁表面および該金属層の選択された表面を露出するビアと、該誘電性中間層の該第１および第２の厚みの部分の該側壁表面、該誘電性中間層の該第１の厚みの部分の該選択された水平表面、および該金属層の該選択された面積の上に導電性バリア層の材料を共形的に堆積させることにより形成される導電性バリア層であって、水平方向に異方的にエッチングを行うことによって、該金属層の該選択された表面上に堆積した該導電性バリア層が選択的に除去され、これにより、導電性バリア表面側壁を有する該ダマシンプロセスによるビアおよび溝が、該金属層を続いて堆積される銅金属層と直接接続するために準備される導電性バリア層と、を含み、それにより上記目的が達成される。
【００４７】
好適な実施形態によると、前記金属層の材料が、アルミニウムと、アルミニウム−銅合金と、タングステンとから成る群より選択される。
【００４８】
本発明による集積回路（ＩＣ）における低抵抗金属層配線は、第１の水平金属層と、該第１の金属層の上に設けられる第１のバリア層と、該第１のバリア層の上に設けられる第１の誘電性中間層であって、第１の厚みの部分と、該第１の厚みの部分の上に位置する第２の厚みの部分とを有する第１の誘電性中間層と、該第１の誘電性中間層の該第２の厚みの部分の選択されたエリアを貫通して形成され、該第１の誘電性中間層の該第２の厚みの部分の垂直な側壁表面および該第１の誘電性中間層の該第１の厚みの部分の選択された水平表面を露出する第１のダマシン配線溝と、該第１の誘電性中間層の該第１の厚みの部分の該選択された水平表面の上に位置するように、水平方向における異方性堆積によって形成され、該第１の誘電性中間層の該第２の厚みの部分の該垂直な側壁表面を極わずかに覆う第２のバリア層と、該第２のバリア層と、該第１の誘電性中間層の該第１の厚みの部分と、該第１のバリア層との選択された互いに重なる面積を貫通して、該第１の誘電性中間層の該第１の厚みの部分の垂直な側壁表面および該第１の金属層の選択された表面を露出する第１のビアと、該第１の誘電性中間層の該第１および第２の厚みの部分の該垂直な側壁表面、該第１の誘電性中間層の該第１の厚みの部分の該選択された水平表面、および該第１の金属層の該選択された表面の上に第３のバリア層を構成する材料を共形的に堆積させることにより形成される該第３のバリア層であって、水平方向に異方的にエッチングを行うことによって、該第１の金属層の該選択された表面上に堆積した該第３のバリア層が選択的に除去され、これにより、バリア表面側壁を有する該ダマシンプロセスによる第１のビアおよび溝が、該第１の金属層を続いて堆積される金属層と直接接続するために準備される第３のバリア層と、を含み、それにより上記目的が達成される。
【００４９】
好適な実施形態によると、前記第１の誘電性中間層の上に設けられ、前記第１のビアおよび溝を充填して、前記第１の金属層の前記選択された表面と接続する第２の金属層をさらに含み、これにより、介在するバリア層のない、最小限の抵抗接続が該金属層間に形成される。
【００５０】
好適な実施形態によると、前記第２の金属層上で化学機械研磨（ＣＭＰ）が実行される金属層配線であって、該第２の金属層の上に設けられる第４のバリア層と、該第４のバリア層の上に設けられる第２の誘電性中間層であって、第１の厚みの部分と、該第１の厚みの部分の上に位置する第２の厚みの部分とを有する第２の誘電性中間層と、該第４のバリア層と、該第２の誘電性中間層の該第１の厚みの部分との選択された互いに重なる部分を貫通して、該第２の誘電性中間層の該第１の厚みの部分の垂直な側壁表面および該第２の金属層の選択された表面を露出する第２のビアと、該第２のビアの上に、該第２の誘電性中間層の該第２の厚みの部分の選択されたエリアを貫通して形成され、該第２の誘電性中間層の該第２の厚みの部分の垂直な側壁表面および該第２の誘電性中間層の該第１の厚みの部分の選択された水平表面を露出する第２のダマシン溝と、該第２の誘電性中間層の該第１の厚みの部分の該選択された水平表面の上に位置するように、水平方向における異方性堆積によって形成され、該第２の誘電性中間層の該第２の厚みの部分の該垂直な側壁表面を極わずかに覆う第５のバリア層と、該第２の誘電性中間層の該第１および第２の厚みの部分の該垂直な側壁表面および該第２の金属層の該選択された表面の上に第６のバリア層を構成する材料を共形的に堆積させることにより形成される該第６のバリア層であって、水平方向に異方的にエッチングを行うことによって、該第２の金属層の該選択された面積上に堆積した該第６のバリア層が選択的に除去され、これにより、バリア表面側壁を有する該第２のビアおよび溝が、該第２の金属層を続いて堆積される金属層と直接接続するために準備される第６のバリア層と、をさらに含む。
【００５１】
好適な実施形態によると、前記第１および第２のバリア層の材料が非導電性であり、前記第３のバリア層の材料が導電性および非導電性の材料から成る群より選択される。
【００５２】
好適な実施形態によると、前記非導電性のバリア層の材料が、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉＯから成る群より選択される。
【００５３】
好適な実施形態によると、前記導電性のバリア層の材料が、高融点金属と、ＴｉＮ、ＷＮ、およびＴａＮを含む高融点金属化合物とから成る群より選択される。
【００５４】
好適な実施形態によると、前記第１の金属層が銅層である。
【００５５】
好適な実施形態によると、前記第１および第２の金属層が銅層である。
【００５６】
【発明の実施の形態】
図１から図３は、集積回路に完成された低抵抗金属層ビア配線を形成する方法における工程を示す。図１は、ＩＣ１０の部分断面図である。ＩＣ１０は第１の金属層１２と、第１の金属層１２の上に設けられる誘電性中間層１４とを含む。本発明のいくつかの局面においては、非導電性バリア層１６が、誘電性中間層１４と金属層１２とを分離する。本発明のいくつかの局面においては、非導電性バリア層１８が、誘電性中間層１４の上に設けられる。ＩＣ１０はまた、誘電性中間層１４の選択されたエリアを貫通し、誘電性中間層１４の側壁表面２２および金属層１２の選択されたエリア２４を露出するビア２０を含む。
【００５７】
図２は、誘電性中間層１４の側壁表面２２および金属層の選択されたエリア２４上に導電性および非導電性のバリア層材料を共形的に（conformally）堆積させることによって形成される、誘電性中間層１４の側壁表面２２上のバリア層２６を示す、ＩＣ１０の部分断面図である。
【００５８】
図３は、金属層の選択された面積２４上のバリア層２６を選択的に除去するバリア層２６の異方性エッチングを示す、ＩＣ１０の部分断面図である。このプロセスにおいては、バリア層１８上のバリア層２６もまた除去されている。この段階で、ビア２０はバリア表面側壁２６を有し、金属層１２を続いて堆積される金属層（図示せず）と直接接続するための準備が整っている。
【００５９】
図４〜図９は、図１〜図３に示す集積回路に完成された低抵抗金属層配線を形成する方法をより詳しく示す。図４は、第１の金属水平層３２を含む集積回路３０の部分断面図である。金属層３２の平面を水平とするのは、本発明を明確に説明するためであり、恣意的なものである。代替案では、第１の金属層３２は垂直である、すなわち、座標系の観点が９０°回転される。第１のバリア層３４が第１の金属層３２の上に設けられ、第１の誘電性中間層３６が第１のバリア層３４の上に設けられる。第２のバリア層３８が第１の誘電性中間層３６の上に設けられる。
【００６０】
図５は、第１のバリア層３４と、第１の誘電性中間層３６と、第２のバリア層３８との選択された互いに重なるエリアを貫通し、第１の誘電性中間層３６の垂直な側壁表面４２および第１の金属層３２の選択されたエリア４４を露出する第１のビア４０を示す、ＩＣ３０の部分断面図である。典型的には、ビア４０は、フォトレジストの層を堆積させ、フォトレジストをパターニングして、ビア４０が形成される隙間を形成することによって形成される。第１のバリア層３４、第１の誘電性中間層３６、および第２のバリア層３８はフォトレジストの隙間を介してプラズマエッチングされ、これによりビア４０が形成される。ビア４０の形成後、フォトレジストは除去される。
【００６１】
図６は、第１の誘電性中間層３６の垂直な側壁表面４２および第１の金属層の選択されたエリア４４の上に、第３のバリア層を構成する材料を共形的に堆積させることによって形成される第３のバリア層４６を示す、ＩＣ３０の部分断面図である。
【００６２】
図７は、第３のバリア層４６を水平方向に異方的にエッチングして、第１の金属層の選択されたエリア４４上の第３のバリア層４６を選択的に除去した後の状態を示す、ＩＣ３０の部分断面図である。エッチングプロセスにおいては、第２のバリア層３８上の第３のバリア層４６は通常除去される。バリア側壁表面４６を有する第１のビア４０は、第１の金属層３２を続いて堆積される金属層（図示せず）と直接接続するための準備が整っている。
【００６３】
図８は、第２のバリア層３８上に設けられ、第１のビア４０を充填して第１の金属層の選択されたエリア４４と接続する第２の金属層４８をさらに含むＩＣ３０の部分断面図である。介在するバリア層のない、最小限の抵抗接続が金属層間に形成される。
【００６４】
図９は、第２の金属層４８を選択的にエッチングして、配線または配線層を形成する工程におけるＩＣ３０の部分断面図である。本発明のいくつかの局面においては、第２の金属層４８がエッチングされる際、第２のバリア層３８の一部分が除去される。この場合、第２のバリア層３８は、図９に示すように、エッチングされない第２の金属層４８の下に残る。ＩＣ３０はさらに第４のバリア層５０を含み、第４のバリア層５０は、第２の金属層４８および第２のバリア層３８がエッチングにより除去された部分の第１の誘電性中間層３６の上に設けられる。第２の誘電性中間層５２が第４のバリア層５０の上に設けられる。第２の誘電性中間層５２を堆積した後の第２の誘電性中間層５２の表面は段差を有する。これは、誘電性中間層５２の表面の輪郭が、第２の金属層４８および第１の誘電性中間層３６の異なる水平平面に従うからである。本発明のいくつかの局面においては、第２の誘電性中間層５２上で化学機械研磨を行い、実質的に平坦な表面を形成する。第５のバリア層５４が第２の誘電性中間層５２上に設けられる。ＩＣ３０はまた、第４のバリア層５０と、第２の誘電性中間層５２と、第５のバリア層５４との選択された互いに重なるエリアを貫通し、第２の誘電性中間層５２の垂直な側壁表面５８および第２の金属層４８の選択されたエリア６０を露出する第２のビア５６を含む。第６のバリア層６２が、第２の誘電性中間層５２の垂直な側壁表面５８および第２の金属層の選択されたエリア６０の上に第６のバリア層６２を構成する材料を共形的に堆積させることによって形成される。第６のバリア層６２は、水平方向に異方的にエッチングされ、第２の金属層の選択されたエリア６０上、および第５のバリア層５４の水平表面上に堆積した第６のバリア層が選択的に除去される。バリア表面側壁５８を有する第２のビア５６は、第２の金属層４８を続いて堆積される金属層（図示せず）と直接接続するための準備が整っている。
【００６５】
図４〜図９は、２つの金属層の配線および第３の金属層の接続のための準備を示す。前述の図４〜図９に示す方法と同じ方法で、集積回路におけるより多くの金属層に対してでさえ配線が形成され得る。様々な配線ビアおよび溝は、図４〜図９に示すように整合する必要はなく、ビアの直径および溝の形状は変更可能である。
【００６６】
第１のバリア層材料３４および第２のバリア層材料３８は非導電性であり、第３のバリア層材料４６は導電性および非導電性材料から成る群より選択される。典型的には、第３のバリア層４６は導電性である。第３のバリア層４６が導電性であるとき、第１の金属層３２および第２の金属層４８は、電気的接続を形成するために必ずしも接触している必要はない。この場合、第１の金属層３２と第２の金属層４８との間の電気的接続は、第３のバリア層４６を介して形成される。すなわち、第２の金属層４８による第２のビア４０の充填が不完全であるとき、第３のバリア層４６により金属層間の電気的接続が確保される。しかし、第３のバリア層４６を介する間接的な電気的接続は、銅−銅の直接接続ほどの導電性を有さない。
【００６７】
非導電性バリア層材料は、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉＯから成る群より選択される。導電性バリア層材料は、高融点金属と、ＴｉＮ、ＷＮ、およびＴａＮを含む高融点金属化合物とから成る群より選択される。典型的には、第１の金属層３２および第２の金属層４８は銅である。
【００６８】
図１０は、金属層間に低抵抗ビア配線を形成する方法における工程を示すフローチャートである。工程１００において、側壁表面を有し、誘電性中間層を貫通して金属層の選択された領域を露出する集積回路のビアを提供する。工程１０２において、バリア層材料をビア上に共形的に堆積させ、誘電性中間層側壁表面および金属層の選択された領域上にバリア層を形成する。工程１０４において、異方的にエッチングを行い、誘電性中間層側壁表面上に堆積したバリア層は除去せず、金属層の選択された領域上に堆積したバリア層を選択的に除去する。工程１０６において、金属層を、続いて堆積される金属層と直接接続するための準備が整っているバリア表面側壁を有するビアが完成する。
【００６９】
図１１は、金属層間に低抵抗配線を形成する方法を示す図１０のフローチャートをより詳しくしたフローチャートである。工程１２０において、第１の金属水平層、第１の金属層の上に設けられる第１のバリア層、第１のバリア層の上に設けられる第１の誘電性中間層、および第１の誘電性中間層の上に設けられる第２のバリア層を含む集積回路を提供する。工程１２２において、第１のバリア層、第１の誘電性中間層、および第２のバリア層の選択された互いに重なる領域をエッチングしてビアを形成し、第１の誘電性中間層の垂直な側壁表面および第１の金属層の選択されたエリアを露出する。工程１２４において、工程１２２において露出された第１の誘電性中間層の垂直な側壁表面および第１の金属層の選択されたエリアの上に第３のバリア層を共形的に堆積させる。工程１２６において、水平方向に異方的にエッチングを行い、第１の誘電性中間層の垂直な側壁表面上に堆積した第３のバリア層は除去せず、第１の金属層の選択された面積上に堆積した第３のバリア層を選択的に除去する。工程１２８において、第１の金属層を、続いて堆積される金属層と直接接続するための準備が整っている、バリア表面側壁を有するＩＣビアが完成する。
【００７０】
本発明の一局面においては、工程１２６の後、更なる工程において、第２のバリア層の上に第２の金属層を堆積させ、工程１２２において形成されたビアを充填して、第１の金属層と接続する。２つの金属層が直接接続されるとき、介在するバリア層のない、最小限の抵抗接続が金属層間に形成される。
【００７１】
更なる工程では、第２の金属層を選択的にエッチングし、配線または配線層を形成する。第４のバリア層が第２の金属層の上に堆積される。選択的エッチングにより第２のバリア層が部分的に除去された場合、第４のバリア層は露出した第１の誘電性中間層上にも堆積される。第２の誘電性中間層が第４のバリア層の上に堆積される。典型的には、第２の誘電性中間層上でＣＭＰが行われ、平坦な水平表面が形成される。第５のバリア層が第２の誘電性中間層上に堆積される。次の工程では、図１１について前述した本発明の工程が繰り返され、第２の金属層と続いて堆積される第３の金属層との間の低抵抗接続が形成される。このようにして、ＩＣにおける複数の金属層が配線される。
【００７２】
第１および第２のバリア層材料は非導電性であり、第３のバリア層材料は、導電性および非導電性材料の群より選択される。非導電性バリア層材料は、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉＯから成る群より選択される。導電性バリア層材料は、高融点金属と、ＴｉＮ、ＷＮ、およびＴａＮを含む高融点金属化合物とから成る群より選択される。典型的には、第１および第２の金属層は銅である。
図１２から図１８は、集積回路に低抵抗金属層デュアルダマシン配線を形成する方法における工程を示す図である。図１２は、第１の水平金属層１６２と、第１の金属層１６２の上に設けられる第１のバリア層１６４と、第１のバリア層１６４および第１の金属層１６２の上に設けられる第１の誘電性中間層１６６を含むＩＣ１６０の部分断面図である。水平という語は、明確さを目的とするものであり、恣意的である。第１の誘電性中間層１６６は、第１の厚みの部分１６８と、第１の厚みの部分１６８の上に位置する第２の厚みの部分１７０とを有する。
【００７３】
ＩＣ１６０は、第１の誘電性中間層の第２の厚みの部分１７０の選択されたエリアを貫通して形成され、第１の誘電性中間層の第２の厚みの部分１７０の垂直な側壁表面１７４および第１の誘電性中間層の第１の厚みの部分１６８の選択された水平表面１７６を露出する第１のダマシン配線溝１７２を有する。第１の金属層１６２が銅でない場合などの、本発明のいくつかの局面においては、第１のバリア層１６４は含まれない。第１の金属層１６２が周囲の基板エリアを汚染しない金属である場合、バリア層１６４は必要ではない。第１のバリア層１６４が含まれない場合、第１の金属層の材料は、アルミニウム、アルミニウム−銅合金、およびタングステンから成る群より選択される。
【００７４】
図１３は、第２のバリア層１７８をさらに含むＩＣ１６０の部分断面図である。第２のバリア層１７８は、水平方向における異方性堆積によって、第１の誘電性中間層の第１の厚みの部分１６８の選択された水平表面１７６の上に形成され、第１の誘電性中間層の第２の厚みの部分１７０の垂直な側壁表面１７４を極わずかに覆う。理想的には、垂直な側壁表面１７４には第２のバリア層１７８は一切堆積しない。しかし、多くの異方性堆積プロセスにおいては、少なくともいくらかの材料が垂直な側壁表面１７４上に堆積する。典型的には、第２のバリア層１７８は電気絶縁体である。
【００７５】
図１４は、第１のダマシンビア１８０を示すＩＣ１６０の部分断面図である。
第１のダマシンビア１８０は、第２のバリア層１７８と、第１の誘電性中間層の第１の厚みの部分１６８と、および第１のバリア層１６４との選択された互いに重なるエリアを貫通して形成され、第１の誘電性中間層の第１の厚みの部分１６８の垂直な側壁表面１８２および第１の金属層１６２の選択されたエリア１８４を露出する。
【００７６】
図１５は、第３のバリア層１８６を示すＩＣ１６０の部分断面図である。第３のバリア層１８６は、第１の誘電性中間層の第１の厚みの部分１６８および第１の誘電性中間層の第２の厚みの部分１７０の垂直な側壁表面１７４および１８２上に、共形的に堆積させることによって形成される。第１の誘電性中間層の第１の厚みの部分１６８の選択された水平表面１７６、および水平表面１７６上の第２のバリア層１７８は、このプロセスにおいて、第３のバリア層１８６によって共形的にコーティングされる。さらに、第３のバリア層１８６は、第１の金属層１６２の選択されたエリア１８４の上に堆積する。第３のバリア層１８６は典型的には導電性である。
【００７７】
図１６は、水平方向に異方的にエッチングし、第１の金属層の選択されたエリア１８４上に堆積した第３のバリア層１８６を選択的に除去した後の第３のバリア層１８６を示すＩＣ１６０の部分断面図である。同じプロセスにおいて、第３のバリア層１８６はまた、第１の誘電性中間層の第１の厚みの部分１６８の選択された水平表面１７６上の第２のバリア層１７８から除去される。この段階で、ダマシンプロセスによる第１のビア１８０および第１の溝１７２はバリア表面側壁１８６を有し、第１の金属層１６２を、続いて堆積される金属層（図示せず）に直接接続するための準備が整っている。
【００７８】
図１７は、第２の金属層１８８を含むＩＣ１６０の部分断面図である。第２の金属層１８８は、第１の誘電性中間層１６６の上に設けられ、第１のビア１８０および第１の溝１７２を充填して第１の金属層の選択されたエリア１８４と接続する。介在するバリア層のない、最小限の抵抗接続が、金属層１６２と１８８との間に設けられる。
【００７９】
図１８は、第２の金属層１８８上でＣＭＰが実行されるＩＣ１６０の部分断面図である。本発明のいくつかの局面においては、ＣＭＰ処理によって、第１の誘電性中間層１６６上の第２のバリア層１７８も除去される。ＩＣ１６０は、第２の金属層１８８の上に設けられる第４のバリア層１９０と、第４のバリア層１９０の上に設けられる第２の誘電性中間層１９２とをさらに含む。第２の誘電性中間層１９２は、第１の厚みの部分１９４と、第１の厚みの部分１９４の上に位置する第２の厚みの部分１９６とを有する。第４のバリア層１９０と第２の誘電性中間層の第１の厚みの部分１９４との選択された互いに重なるエリアを貫通する第２のダマシンビア２００は、第２の誘電性中間層の第１の厚みの部分１９４の垂直な側壁表面２０２、および第２の金属層１８８の選択されたエリア２０４を露出する。
【００８０】
ＩＣ１６０は、第２のビア２００の上に設けられる第２のダマシン溝２０６をさらに含む。第２のダマシン溝２０６は、第２の誘電性中間層の第２の厚みの部分１９６の選択されたエリアを貫通して形成される。第２のダマシン溝２０６は、第２の誘電性中間層の第２の厚みの部分１９６の垂直な側壁表面２０８、および第２の誘電性中間層の第１の厚みの部分１９４の選択された水平表面２１０を露出する。
【００８１】
ＩＣ１６０は第５のバリア層２１２をさらに含む。第５のバリア層２１２は、第２のビア２００がエッチングされる前に、水平方向における異方性堆積によって、第２の誘電性中間層の第１の厚みの部分１９４の選択された水平表面２１０の上に形成され、第２の誘電性中間層の第２の厚みの部分１９６の垂直な側壁表面２０８を極わずかに覆う。
【００８２】
ＩＣ１６０はまた第６のバリア層２１４を含む。第６のバリア層２１４は、第２の誘電性中間層の第１の厚みの部分１９４の垂直な側壁表面２０２、第２の誘電性中間層の第２の厚みの部分１９６の垂直な側壁表面２０８、および第２の金属層の選択されたエリア２０４の上に、第６のバリア層２１４を構成する材料を共形的に堆積させることによって形成される。典型的には、このプロセスにおいて、第２の誘電性中間層の第１の厚みの部分１９４の選択された水平表面２１０を覆う第５のバリア層２１２もまた第６のバリア層２１４によって共形的にコーティングされる。次いで、第６のバリア層２１４は水平方向に異方的にエッチングされ、第２の金属層の選択された面積２０４上に堆積した第６のバリア層２１４が選択的に除去される。このエッチングプロセスにおいて、第２の誘電性中間層の第１の厚みの部分１９４の選択された水平表面２１０を覆う第５のバリア層２１２、および第２の誘電性中間層１９２上の第５のバリア層２１２から、第６のバリア層２１４が除去される。第２のビア２００および第２の溝２０６はバリア側壁表面２１４を有し、第２の金属層１８８を続いて堆積される金属層（図示せず）と直接接続するための準備が整っている。
【００８３】
本発明のいくつかの局面おいて、第１のバリア層１６４および第２のバリア層１７８の材料は非導電性であり、第３のバリア層１８６の材料は、導電性および非導電性の材料から成る群より選択される。非導電性バリア層材料は、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉＯから成る群より選択される。導電性バリア層材料は、高融点金属と、ＴｉＮ、ＷＮ、およびＴａＮを含む高融点金属化合物とから成る群より選択される。典型的には、第１の金属層１６２および第２の金属層１８８は銅である。図１９は、ダマシンプロセスを用いて金属層間に低抵抗配線を形成する方法における工程を示すフローチャートである。工程２２０において、側壁を有し、誘電性中間層の第２の厚みの部分を貫通し、誘電性中間層の第１の厚みの部分の選択されたエリアを露出するダマシン配線溝を含むＩＣを提供する。誘電性中間層は金属層の上に設けられる。工程２２２において、絶縁バリア層材料を溝の上に異方的に堆積させ、誘電性中間層の第１の厚みの部分の選択されたエリア上に絶縁バリア層を形成する。工程２２４において、絶縁バリア層と誘電性中間層の第１の厚みの部分との選択された互いに重なるエリアをエッチングし、誘電性中間層の第１の厚みの部分の側壁表面および金属層の選択されたエリアを露出し、これにより溝から金属層の選択されたエリアに至るビアを形成する。本発明のいくつかの局面においては、工程２２４は、アルミニウム、アルミニウム−銅合金、およびタングステンから成る群より選択される金属層材料の選択されたエリアを露出する工程を含む。工程２２６において、導電性バリア層材料を溝およびビアの上に共形的に堆積させ、誘電性中間層の第１および第２の厚みの部分の側壁表面および金属層の選択されたエリアの上に、導電性バリア層を形成する。工程２２８において、異方的にエッチングを行い、第１の誘電性中間層の第１および第２の厚みの部分の側壁表面上の導電性バリア層は除去せず、金属層の選択された面積上の導電性バリア層を選択的に除去する。工程２３０において、金属層を続いて堆積される銅金属層と直接接続するための準備が整っている、バリア側壁表面を有するダマシンＩＣプロセスによるビアおよび溝が完成する。
【００８４】
図２０は、金属層間に低抵抗デュアルダマシン配線を形成する方法における工程を示す図１９のフローチャートをさらに詳しくしたフローチャートである。工程２４０において、第１の金属水平層と、第１の金属層の上に設けられる第１のバリア層と、第１のバリア層の上に設けられる第１の誘電性中間層とを含む集積回路を提供する。第１の誘電性中間層は、第１の厚みの部分と、第１の厚みの部分の上に位置する第２の厚みの部分を有する。工程２４２において、第１の誘電性中間層の第２の厚みの部分の選択された面積をエッチングし、ダマシン配線溝を形成して、第１の誘電性中間層の第２の厚みの部分の垂直な側壁表面、および第１の誘電性中間層の第１の厚みの部分の選択された水平表面を露出する。工程２４４において、工程２４２において露出された第１の誘電性中間層の第１の厚みの部分の選択された水平表面の上に位置し、第１の誘電性中間層の第２の厚みの部分の垂直な側壁表面を極わずかに覆うように、第２のバリア層を第１の誘電性中間層の上に、水平方向に異方的に堆積させる。工程２４６において、工程２４４において堆積された第２のバリア層と、第１の誘電性中間層の第１の厚みの部分の選択された水平表面と、第１のバリア層との選択された互いに重なるエリアをエッチングして、第１の誘電性中間層の第１の厚みの部分の垂直な側壁表面および第１の金属層の選択されたエリアを露出する。これにより、溝から第１の金属層の選択されたエリアに至るビアが形成される。
【００８５】
工程２４８において、工程２４２において露出された第１の誘電性中間層の第２の厚みの部分の垂直な側壁表面、工程２４４において堆積された第２のバリア層、および工程２４６において露出された第１の金属層の選択された面積ならびに第１の誘電性中間層の第１の厚みの部分の垂直な側壁表面の上に、第３のバリア層を共形的に堆積させる。工程２５０において、水平方向に異方的にエッチングを行い、第１の誘電性中間層の第１および第２の厚みの部分の垂直な側壁表面上の第３のバリア層は除去せず、第１の金属層の選択されたエリア上の第３のバリア層を選択的に除去する。工程２５２において、第１の金属層を、続いて堆積される金属層と直接接続するための準備が整っている、バリア表面側壁を有するＩＣダマシンプロセスによるビアおよび溝が完成する。
【００８６】
本発明のいくつかの局面は、工程２５０の後に、第２のバリア層の上に第２の金属層を堆積させ、工程２４２において形成された溝、および工程２４４において形成されたビアを充填して、第１の金属層の選択された面積と接続させる工程をさらに含む。金属層間に、介在するバリア層のない、最小限の抵抗接続が形成される。更なる工程において、第２の金属層の化学機械研磨を実行し、第２の金属層の上に第４のバリア層を堆積させ、第４のバリア層の上に第２の誘電性中間層を堆積させる。次の工程では、図２０に示す前述の本発明の工程が繰り返され、第２の金属層と続いて堆積される第３の金属層との間の低抵抗接続が形成される。このようにして、ＩＣにおける複数の金属層が配線される。
第１および第２のバリア層材料、およびその他のＩＣ層上の配線の対応するバリア層材料は非導電性でる。第３のバリア層材料、およびＩＣにおけるその他の配線層の対応するバリア層材料は、導電性および非導電性材料から成る群より選択される。非導電性バリア層材料は、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉＯから成る群より選択される。導電性バリア層材料は、高融点金属と、ＴｉＮ、ＷＮ、およびＴａＮを含む高融点金属化合物とから成る群より選択される。典型的には、第１および第２の金属層は銅である。本発明のその他の実施形態および変形は当業者には明らかである。
【００８７】
【発明の効果】
本発明は、ＩＣにおける銅金属層間の新規な配線を形成する２つの方法を開示する。これらの方法が提供する第１の利点は、ほとんどの銅ＩＣ構造物において典型的である銅中間層間の導電性バリア層が排除されることである。銅層の直接の接触により、バリア層を使用する配線よりも何倍も導電性の高い配線がもたらされる。本発明による方法は、共形的堆積および異方性エッチングの比較的単純なＩＣ処理を含む。
【００８８】
また、本発明によれば、バリア層を選択的に形成および選択的にエッチングするので、プロセスの工程数が削減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】集積回路に低抵抗金属層ビア配線を形成する方法における工程を示す図である。
【図２】集積回路に低抵抗金属層ビア配線を形成する方法における別の工程を示す図である。
【図３】集積回路に低抵抗金属層ビア配線を形成する方法における別の工程を示す図である。
【図４】図１〜図３に示す集積回路に低抵抗金属層配線を形成する方法をより詳しく示す図である。
【図５】図１〜図３に示す集積回路に低抵抗金属層配線を形成する方法をより詳しく示す図である。
【図６】図１〜図３に示す集積回路に低抵抗金属層配線を形成する方法をより詳しく示す図である。
【図７】図１〜図３に示す集積回路に低抵抗金属層配線を形成する方法をより詳しく示す図である。
【図８】図１〜図３に示す集積回路に低抵抗金属層配線を形成する方法をより詳しく示す図である。
【図９】図１〜図３に示す集積回路に低抵抗金属層配線を形成する方法をより詳しく示す図である。
【図１０】金属層間に低抵抗配線を形成する方法における工程を示すフローチャートである。
【図１１】金属層間に低抵抗配線を形成する方法を示す図１０のフローチャートをより詳しくしたフローチャートである。
【図１２】集積回路に低抵抗金属層デュアルダマシン配線を形成する方法におけるある工程を示す図である。
【図１３】集積回路に低抵抗金属層デュアルダマシン配線を形成する方法における別の工程を示す図である。
【図１４】集積回路に低抵抗金属層デュアルダマシン配線を形成する方法における別の工程を示す図である。
【図１５】集積回路に低抵抗金属層デュアルダマシン配線を形成する方法における別の工程を示す図である。
【図１６】集積回路に低抵抗金属層デュアルダマシン配線を形成する方法における別の工程を示す図である。
【図１７】集積回路に低抵抗金属層デュアルダマシン配線を形成する方法における別の工程を示す図である。
【図１８】集積回路に低抵抗金属層デュアルダマシン配線を形成する方法における別の工程を示す図である。
【図１９】ダマシンプロセスを用いて金属層間に低抵抗配線を形成する方法における工程を示すフローチャートである。
【図２０】金属層間に低抵抗デュアルダマシン配線を形成する方法における工程を示す図１９のフローチャートをさらに詳しくしたフローチャートである。
【符号の説明】
１０  ＩＣ
１２  金属層
１４  誘電性中間層
１６、１８  バリア層
２０  ビア
２２  側壁表面
２４  選択された面積
２６  バリア層／バリア表面側壁
３０  ＩＣ
３２  第１の金属層
３４  第１のバリア層
３６  第１の誘電性中間層
３８  第２のバリア層
４０  第１のビア
４２  垂直な側壁表面
４４、６０  選択されたエリア
４６  第３のバリア層
４８  第２の金属層
５０  第４のバリア層
５２  第２の誘電性中間層
５４  第５のバリア層
５６  第２のビア
５８  垂直な側壁表面
６２  第６のバリア層
１６０  ＩＣ
１６２  第１の金属層
１６４  第１のバリア層
１６６  第１の誘電性中間層
１６８、１９４  第１の厚みの部分
１７０、１９６  第２の厚みの部分
１７２  第１のダマシン配線溝
１７４、１８２、２０２、２０８  垂直な側壁表面
１７６、２１０  選択された水平表面
１７８  第２のバリア層
１８０  第１のダマシンビア
１８４、２０４  選択されたエリア
１８６  第３のバリア層
１８８  第２の金属層
１９０  第４のバリア層
１９２  第２の誘電性中間層
２００  第２のダマシンビア
２０６  第２のダマシン溝
２１２  第５のバリア層
２１４  第６のバリア層
【図１】
0004023701.tif 000002
【図２】
0004023701.tif 000003
【図３】
0004023701.tif 000004
【図４】
0004023701.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004023701.tif 000007
【図７】
0004023701.tif 000008
【図８】
0004023701.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004023701.tif 000011
【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】
0004023701.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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