JP2005175479A - ライン・レベル・エア・ギャップ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 マルチレベル超小型電子集積回路において、空気は、永久ライン・レベル誘電体を構成し、超低k(ultra-low-k)物質は、バイア・レベル誘電体を構成する。IC構造において、クリーンな熱分解および多孔を介した副産物の補助的な拡散によって犠牲物質を除去した後に、ライン・レベルに空気を供給する。任意選択として、バイア・レベル誘電体の多孔内にも空気が含まれる。本発明において生成した拡張に空気を組み込むことによって、レベル内およびレベル間誘電値が最小限に抑えられる。
【選択図】 図17
Description
Claims (29)
- 半導体デバイス構造の初期サブセットであって、FEOL半導体基板の上に、
a.前記FEOL基板と電気的に連通し、処理温度範囲において非加熱分解可能である固体の永久低k誘電物質から成る銅バイア・レベルと、
c.前記固体の永久低k誘電物質の上のライン・レベルにおける、プロセス加熱のもとで分解および除去される犠牲物質と、
d.前記犠牲物質の上のガス透過性ハード・マスクと、
e.前記ハード・マスクのレベルに上面を有し、前記バイア・レベルと電気的に連通している銅配線と、
f.前記銅配線の前記上面上の薄い保護キャップと、
を備える、初期サブセット。 - 半導体デバイス構造であって、FEOL半導体基板の上に、
a.前記FEOL基板と電気的に連通し、固体の永久低k誘電物質から成る銅バイア・レベルと、
b.前記永久誘電体の上のガス不透過性エッチ・ストップ・レベルと、
c.前記エッチ・ストップの上の永久空気誘電体レベルと、
d.前記空気誘電体レベルの上のガス透過性ハード・マスクと、
e.前記ハード・マスクのレベルに上面を有し、前記バイア・レベルと電気的に連通している銅配線と、
f.前記銅配線の前記上面上の薄い保護キャップと、
を備える、半導体デバイス構造。 - 請求項2に記載の複数のレベルa〜fを備えた半導体デバイス構造。
- 前記固体の永久低k誘電物質は、多孔性固体永久低k誘電物質から成る、請求項3に記載の構造。
- 前記固体永久低k誘電物質は、ガス透過性固体永久低k誘電物質から成る、請求項3に記載の構造。
- 前記多孔性固体永久低k誘電物質は、多孔性SiLK、多孔性SiCOH、および多孔性MSSQから成る群から選択される、請求項4に記載の構造。
- 前記ガス透過性固体永久低k誘電物質は、SiLK、SiCOH、MSSQ、およびJSRから成る群から選択される、請求項5に記載の構造。
- 空気誘電体レベルおよびバイア・レベルの合計数の小数の間に、強化物も備える、請求項3に記載の構造。
- 前記バイア・レベルと前記ライン・レベルとの間に、ガス不透過性エッチ・ストップ層も備える、請求項1に記載の構造。
- 前記ハード・マスク層は、SiO2、SiN、SiC、SiCH、およびSiNCHから成る群から選択される、請求項3に記載の構造。
- 前記ハード・マスク層は二重層であり、前記二重層の各層は、SiO2、SiN、SiC、SiCH、およびSiNCHから成る群から選択される、請求項10に記載の構造。
- 前記キャップは、CoWP、Ta、W、TaN、Ru、およびそれらのいずれかの組み合わせから成る群から選択される、請求項3に記載の構造。
- 半導体デバイス構造のための初期サブセットであって、FEOL半導体基板上に、
a.前記基板の上のガス不透過性エッチ・ストップ・レベルと、
b.前記FEOL基板と電気的に連通し、前記エッチ・ストップの上の永久空気誘電物質から成る、第1の銅ライン・レベルと、
c.前記第1の銅ライン・レベルの上にあって、これと電気的に連通し、第1の永久多孔性超低誘電物質から成る、第1の銅バイア・レベルと、
d.前記第1のバイア・レベルと電気的に連通し、プロセス加熱のもとで分解および除去される犠牲物質から成る、第2の銅ライン・レベルと、
e.前記第2のライン・レベルの上に、プロセス加熱のもとで多孔が形成される永久超低誘電物質の層と、
を備える、初期サブセット。 - 前記プロセス加熱のもとで多孔が形成される永久超低誘電物質は、多孔性SiLK、多孔性SiCOH、および多孔性MSSQから成る群から選択される、請求項13に記載の構造。
- 前記プロセス加熱のもとで分解および除去される犠牲物質は、ポリスチレン、ポリメチル・メタクリレート、ポリノルボルネン、およびポリプロピレン・グリコールから成る群から選択される、請求項13に記載の構造。
- 前記プロセス加熱のもとで分解および除去される犠牲物質は、ポリスチレン、ポリメチル・メタクリレート、ポリノルボルネン、およびポリプロピレン・グリコールから成る群から選択される、請求項1に記載の構造。
- ライン・レベルとバイア・レベルとの間にハード・マスク層も備える、請求項13に記載の構造。
- 前記ハード・マスク層は、SiO2、SiN、SiC、SiCH、およびSiNCHから成る群から選択される、請求項17に記載の構造。
- FEOL半導体基板の上に半導体デバイス構造を形成するためのプロセスであって、
a.前記基板の上の永久超低k誘電物質の第1の層であって、第1のバイア・レベルが形成される層を堆積するステップと、
b.前記永久誘電物質の第1の層の上に、犠牲物質の第1の層であって、第1のライン・レベルが形成される層を堆積するステップと、
c.デュアル・ダマシン処理によって第1の銅バイアおよびラインのレベルを製造し、第1のハード・マスクを平坦化して前記銅ラインの表面を露出させる、ステップと、
d.前記露出した銅ライン上に薄い保護キャップを選択的に堆積するステップと、
e.前記配線レベルの上に永久誘電体のブランケットを適用するステップと、
f.前記犠牲物質を分解し除去するのに充分なレベルまで充分な時間で温度を徐々に上昇させることによって、不活性雰囲気において真空のもとで前記構造をアニーリングする、ステップと、
を備える、プロセス。 - 前記第1の永久超低k誘電物質と前記第1の犠牲層との間に第1のガス不透過性エッチ・ストップ層を適用するステップを含む、請求項19に記載のプロセス。
- 前記第1のガス不透過性エッチ・ストップを適用するステップは、SiO2、SiN、SiC、SiCH、およびSiNCHから成る群から選択された第1のガス不透過性エッチ・ストップを適用するステップを備える、請求項20に記載のプロセス。
- 前記永久超低k誘電物質の第1の層は、SiLKおよび多孔性SiLK、JSR、MSSQ、および多孔性MSSQから成る群から選択される、請求項19に記載のプロセス。
- 前記犠牲物質の第1の層は、ポリスチレン、ポリメチル・メタクリレート、ポリノルボルネン、およびポリプロピレン・グリコールから成る群から選択される、請求項19に記載のプロセス。
- 前記第1のガス透過性ハード・マスクは、HOSPおよびHOSP Best、JSR5140、JSR2021、SiCOH、ポリカーボネート、およびそれらのいずれかの組み合わせから成る群から選択される、請求項19に記載のプロセス。
- 前記キャップは、CoWP、Ta、W、TaN、Ru、およびそれらのいずれかの組み合わせから成る群から選択される、請求項19に記載のプロセス。
- 所望のレベル数に達するまで、基板としてのステップgにおける前記アニーリングした構造の上に前記a〜gのステップを繰り返す、請求項19に記載のプロセス。
- 半導体デバイス構造のための初期サブセットの製造であって、FEOL半導体基板の上に、
a.前記基板の上にガス不透過性エッチ・ストップ・レベルを設けるステップと、
b.前記エッチ・ストップの上に第1の犠牲誘電物質、および、前記第1の犠牲誘電体の上に第1の透過性CMPハード・マスクを堆積するステップと、
c.前記ハード・マスクを介して開口を製造し、そこに、前記FEOL基板と電気的に連通する第1の銅ライン・レベルを堆積するステップと、
d.平坦化を行って、前記銅ラインを露出させ、それらを前記第1のハード・マスクと同じ高さにし、その上に、処理温度で多孔を生じることができる第1の永久、固体、部分的に硬化した超低k誘電物質を適用するステップと、
e.前記犠牲物質を分解し前記第1のライン・レベルから除去するために充分なレベルまで充分な時間で温度を徐々に上昇させ、一方で、前記永久超低k誘電物質において最終的に硬化を行い多孔を生成することによって、不活性雰囲気において、真空のもとで、前記構造に第1のアニーリングを行うステップと、
f.前記第1の永久超低k誘電物質の上に犠牲物質の第2の層を適用し、その上に第2の透過性ハード・マスクを適用するステップと、
g.デュアル・ダマシン処理によって前記第2のハード・マスク上に第1の銅バイアおよび第2の銅ライン・レベルを製造し、平坦化を行って、前記銅ラインの表面を露出させ、それらを前記第2の透過性ハード・マスクと同じ高さにするステップと、
h.前記第2の透過性ハード・マスク上に、処理温度で多孔を生じることができる第2の永久、固体、部分的に硬化した超低k誘電物質を適用するステップと、
i.前記犠牲物質を分解し前記第2のライン・レベルから除去するために充分なレベルまで充分な時間で温度を徐々に上昇させ、一方で、前記第2の永久超低k誘電物質において最終的に硬化を行い多孔を生成することによって、不活性雰囲気において、真空のもとで、前記構造に第2のアニーリングを行うステップと、
を備える、製造。 - ステップg〜iを必要に応じて繰り返す、請求項27に記載のプロセス。
- 前記処理温度で多孔を生じることができる永久、固体、部分的に硬化した超低k誘電物質を適用するステップは、SiLK、MSSQ、およびSiCOHから成る群から選択された物質を適用するステップを備える、請求項28に記載のプロセス。
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