JP2007027734A - 相互接続エアキャビティの集積化制御および信頼性向上 - Google Patents

Abstract

【課題】相互接続エアキャビティの集積化制御および信頼性向上を提供すること。
【解決手段】本発明は、相互接続スタック内の相互接続ラインおよびバイアの側壁へのポリマー材料の導入に基づいて高速銅相互接続内に高度に制御されたエアキャビティを導入する改良された集積回路および集積回路製造法であって、エアキャビティ形成を含み、これを制御し、それによって半導体相互接続の信号伝搬性能を向上させる集積回路および集積回路製造法を提供する。
【選択図】図４Ｆ

Description

本発明は集積回路の製造に関し、特に、相互接続スタックにおけるＩＣ相互接続エアキャビティの集積化および制御に関する。

ＩＣ（集積回路）のような半導体デバイスは、単一の半導体材料体上に集積化されて製造されたトランジスタ、ダイオード、抵抗器などの電子回路部品を有する。半導体材料および処理技法の進歩によって、単一の半導体材料体上のＩＣ回路部品の数は増加したが、ＩＣ回路部品の全体のサイズは縮小化した。ＩＣ性能の向上およびコスト削減のためにさらなる小型化が更に望まれている。

通常、ＶＬＳＩ（Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）またはＵＬＳＩ（Ｕｌｔｒａ−Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）半導体チップのデバイス相互接続は、金属配線層のパターンを含む相互接続スタックによって達成される。所与のレベル内の配線構造は、電子回路部品間の水平接続が形成され、レベル内誘電体によって分離され、個々の配線レベルは、レベル間誘電体層によって互いから分離される。導電性ビアは、レベル間誘電体に形成され、配線層の間の接続を行い、電子回路部品間の垂直接続が形成され、積層された配線層間の接続が得られる。

信号伝搬遅延や性能（例えば時間遅れ、クロストーク）に影響を与える、相互接続構造の材料およびレイアウトは、チップ速度、すなわちIＣ性能にかなりの影響を与える。信号伝搬遅延はＲＣ時定数に起因する（「Ｒ」はオンチップ配線の抵抗、「Ｃ」は、相互接続スタック内の信号線と周囲の導体との間の実効静電容量である）。ＲＣ時定数は、配線材料の固有の抵抗率を小さくすること、ならびにより低い誘電率ｋを有するレベル間およびレベル内誘電体（ＩＬＤ）を使用することによって低減される。

具体的には、ＩＣ上のデバイスのサイズをさらに低減させるために、低い抵抗率を有する導電材料を使用すること、および、隣接する金属線間の容量結合をさらに低減させるために低い誘電率（４．０未満の誘電率ｋ）を有する絶縁体を使用することが必要になった。低ＲＣ相互接続構造用の金属と誘電体の一般的な組合せは、銅（Ｃｕ）と二酸化シリコンＳｉＯ₂（誘電率約４．０）などの誘電体の組合せである。

銅含有材料を有する相互接続を製造する方法が開発され、銅含有相互接続構造は、通常「ダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）」プロセスによって製造される。一般的なダマシンプロセスでは、誘電体層内に挿入された金属パターンが、レベル間またはレベル内誘電体の中にホール（ビア用）またはトレンチ（配線用）をエッチングするステップ、１つまたは複数の密着または拡散障壁層でこれらのホールまたはトレンチを覆う任意選択のステップ、これらのホールまたはトレンチに金属配線材料（例えば銅）を過充填するステップ、およびこの金属過充填物を、化学機械研磨（ＣＭＰ）などの平坦化プロセスによって除去して、金属を誘電体の上面と同じ高さにするステップによって形成される。しばしば、所望の数の配線レベルおよびバイアレベルが製造されるまで上記の処理ステップが繰り返される。

ダマシン処理による相互接続構造の製造は、「デュアルダマシン」として知られている変形プロセスを使用することによって大幅に単純化することができ、このプロセスでは、配線レベルとその下のバイアレベルのパターン形成されたキャビティに同じ付着ステップで金属が充填される。デュアルダマシンは、金属研磨ステップの数を１／２に減らし、かなりのコスト削減を達成する。デュアルダマシンは単に、トレンチおよびその下のバイアホールを形成することを含む。

さらに、銅を使用することに加えて、低ｋ誘電材料を使用しようすることが強く求められている。低ｋ誘電材料は相互接続間の静電容量を低減させ、ＩＣのスイッチング速度を向上させるからである。ダマシンまたはデュアルダマシン技法によって垂直および水平相互接続を形成するときに、１種または数種の低ｋ誘電材料を付着させ、これをパターンエッチングして、垂直相互接続、例えばバイア、および水平相互接続、例えばラインを形成する。

バックエンドオブライン（ｂａｃｋ−ｅｎｄ−ｏｆ−ｌｉｎｅ：ＢＥＯＬ）プロセスでは、重要な変更として、低ｋ誘電体の代わりに、材料中最も低いｋ値（ｋ値約１．０）を有するエアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）などの超低ｋ誘電体を使用することが含まれる。

したがって、時間遅れ、クロストーク、消費電力に関する将来の相互接続集積化の要件を満たし、実装の問題を解決するため、究極の低ｋ金属間誘電体としてのエアギャップの使用は広く実施されている。その結果、相互接続スタック内にエアギャップが導入されなければならない特定の領域が画定されることがある。

一般に、図１Ａ〜１Ｂで示すように、エアキャビティが必要なすべてのレベルが集積化された後の相互接続スタックにエアキャビティを形成するための集積化スキームは、集積化に使用された犠牲材料に対して適合された除去技法に基づく。例えば、図１Ａに示された基板１２の上の相互接続スタック１０上には、ＳｉＣ（炭化ケイ素）ハードマスク１８を有する犠牲材料としてのアンドープのケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）１６、例えばＳｉＯ₂の中に銅金属線１４が集積化されており、湿式または気体ＨＦ（フッ化水素）アタック２０を使用して、ＵＳＧ１６を等方的にアタックし、相互接続スタック１０内にエアキャビティ２２を均一に形成する（図１Ｂ）ことが提案されている。一般に、相互接続スタックから犠牲材料を除去するために使用される技法はＨＦケミストリである。しかし、スタック内の犠牲材料の組成に応じて、蒸気、気体、湿式処理、溶媒または試薬としての超臨界ＣＯ₂などの、他のケミストリ処理を使用することもできる。

相互接続スタック１０全体の機械的安定性を達成するため、集積化ならびにＩＣの実装中には、集積回路ウェーハの表面のエアキャビティが必要な領域を正確に局限されていることが望ましい。言い換えると、エアキャビティを導入するための領域２４が特定される（図１Ｂ参照）。領域２４は一般に、最良かつ最高の伝搬性能が要求される細いラインを有する高密度領域にだけ見られる（図１Ｂ）。希釈ＨＦアタック機構が実行された後に結果として生じる相互接続スタックの一例を、ＨＦ腐食２０に最初にさらされるスタック１０の表面領域を画定する大きく開いた領域２４を有するハードマスク１８とともに図１Ｂに示す。

しかし、ＨＦアタック２０は犠牲材料ＵＳＧ１６に到達しなければその分解を開始することができないため、この技法では、エアキャビティ２２が最初に上部金属レベルに導入される。このような等方性の除去技法が使用されるときには、エアキャビティ２２を有する領域が、最初に必要なものよりもずっと大きくなる可能性がある（図１Ｂ）。

別の懸念は、長い除去プロセスのために処理時間が金属線の完全性に影響を及ぼす可能性がある、例えば、真空付着コーティングなどの物理蒸着技法、ＴａＮ Ｃｕ（窒化タンタル銅シード）拡散障壁などで形成した、TｉＮ（窒化チタン）が、長時間のＨＦアタック２０された場合、銅相互接続の信頼性に影響を及ぼす可能性があることである。

したがって、これらの懸念を考慮して、相互接続内にエアギャップを形成することができ、上記の問題に対処する新しい改良された方法を開発することが求められている。

したがって本発明はこれらの問題に対する解決策を提供することを目指す。

簡単に説明すると、本発明の１つの目的は、少なくとも１層の犠牲誘電材料層がその上に形成された基板を有する相互接続スタックを用意するステップと、誘電層に少なくとも１つのトレンチをエッチングするステップと、トレンチ内にポリマー材料を付着させてポリマーライナを形成するステップと、少なくともトレンチの側壁にポリマーライナが残るように、過剰のポリマー材料を除去するステップと、トレンチにメタライゼーション層を少なくとも部分的に充填するステップと、メタライゼーション層の過充填を除去することによって相互接続スタックを平坦化するステップと、メタライゼーション層の上に自己整合的に障壁を形成して、最終的に、除去剤を使用して犠牲誘電材料を部分的に除去することによって、相互接続スタック内に少なくとも１つのエアキャビティを形成するステップとによって集積回路を製造する方法を提供することにある。

具体的には、この方法の他の特徴はさらに従属請求項に記載されている。本発明の実施形態は以下のうちの１つまたは複数の特徴を含むことができる。

一態様ではこの方法がさらに、エアキャビティを形成するステップの前に、相互接続スタック内のレベル数と同じ回数だけ、誘電層内にトレンチをエッチングするステップと、トレンチ内にポリマー材料ライナを付着させるステップと、過剰のポリマーライナを除去するステップと、トレンチにメタライゼーション層を部分的に充填するステップと、相互接続スタックを平坦化するステップと、自己整合バリアキャップ層を形成するステップとを繰り返すことをさらに含む。

他の態様では、ポリマーライナが少なくとも１種の低誘電率有機ポリマー樹脂を含む材料を含む。さらに、低誘電率有機ポリマー樹脂は、芳香族炭化水素基礎ベースのポリマー材料またはベンゾシクロブテンベースの材料を含むことができる。

さらに、犠牲誘電材料を部分的に除去するステップが、湿式化学処理または気体化学処理を使用して誘電材料を等方的に処理して犠牲誘電材料を除去するステップを含む。

他の態様ではこの方法がさらに、スタックの基板の表面の部分を、キャビティ導入の特定部分として画定するステップをさらに含み、画定された部分が基板の表面よりも小さい。

さらに、相互接続スタック内の犠牲誘電材料は、低または超低誘電率材料およびその中を通した除去剤の拡散を許す透過性材料を有するハイブリッド材料でできた多層構造を含む。

この方法はさらに、ポリマーライナを除去するステップ、トレンチにメタライゼーション層を充填するステップ、および自己整合バリアキャップ層を形成するステップの代わりに、透過性ポリマー層を付着させてトレンチを埋めるステップの前に、相互接続スタックの表面にハードマスクを付着させるステップと、ハードマスク層を含め、過剰の透過性ポリマー層を除去するステップと、別のハードマスク層を付着させ、除去剤の拡散のためその中に画定された領域をエッチングするステップとを含む。この方法の他の特徴はさらに従属請求項に記載されている。

本発明の他の態様によれば、集積回路が、少なくとも１つの犠牲誘電材料を有する半導体相互接続スタックと、誘電層内の少なくとも１つのトレンチ（２６）と、トレンチの側壁に付着され、続いてメタライゼーション層を部分的に充填されたポリマーライナと、平坦化されたメタライゼーション層の上に形成された自己整合バリアキャップ層であって、メタライゼーション層が過充填物を持たない自己整合バリアキャップ層と、除去剤を使用して犠牲誘電材料を部分的に除去することによって形成された相互接続スタック内の少なくとも１つのエアキャビティを含む。

具体的には、本発明の実施形態は以下のうちの１つまたは複数の特徴を含むことができる。ポリマーライナは低誘電率有機ポリマー樹脂ベースの材料である。低誘電率有機ポリマー樹脂は、芳香族炭化水素ベースのポリマー材料またはベンゾシクロブテンベースの材料を含む。他の特徴として、相互接続スタック内の犠牲誘電材料は、低または超低誘電率材料およびその中を通した除去剤の拡散を許す透過性材料を有するハイブリッド材料でできた多層構造である。この集積回路デバイスの他の特徴はさらに従属請求項に記載されている。

実施形態は以下のうちの１つまたは複数の利点を有することができる。

この方法は、相互接続スタック内の相互接続ラインおよびバイアの側壁へのポリマー材料の導入に基づいて高速銅相互接続内に高度に制御されたエアキャビティを導入する改良された集積回路および集積回路製造法であって、エアキャビティ形成を含み、これを制御し、それによって半導体相互接続の信号伝搬性能を向上させる集積回路および集積回路の製造方法を提供する。

本発明のこれらの態様および他の態様は、以下の説明に記載された実施形態、図面および特許請求の範囲から明白であり、これらを参照することによって解明される。

本明細書において論じられる図、および本発明の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、単に例示を目的としたものであり、いかなる形であれ本発明の範囲を限定するものと解釈してはならない。本発明の原理は、適切な画像処理システムで実現することができることを当業者は理解しよう。

これらの図では、見やすくするために、様々な回路部品の寸法が統一された尺度では描かれていない。これらの図はすべて、半導体基板のほぼ平らな表面に付着された様々な材料を含む半導体デバイスの断面図である。これらの断面は、基板１２の表面に垂直な平面上にあるとみなされる。これらの図では、特に指示しまたは示さない限り、同一の参照符号が同一の要素に対応する。基板はそれぞれの図の下部に置かれている。また、当業者に知られている方法を使用して実施される基本的なプロセスステップについては詳述しない。本発明を特徴づける規定された時間実行順にこれらの基本的ステップに関する情報だけが与えられる。

次に図２Ａ〜２Ｈ２を参照すると、エアギャップを形成するための本発明の基本ステップが示されている。相互接続スタックは基板１２を含み、基板１２は、誘電ライナ１３（例えばＳｉＮまたはＳｉＣ）、犠牲誘電材料層１６（例えばＵＧＳ ＳｉＯ₂）、別の誘電ハードマスクライナ１８およびリソグラフィエッチング層１９を支持する。

第１のステップ（図２Ｂ）では、相互接続スタック１０上でリソグラフィプロセスが実施されて、いくつかのトレンチ２６のパターンが形成される。次に、相互接続スタック１０の表面２８に、ＣＶＤ（化学蒸着）またはＰＥＣＶＰ（プラズマ促進化学蒸着）技法を使用して低誘電率有機ポリマー樹脂の薄いライナ２７が付着される（図２Ｃ）。この低誘電率有機ポリマー樹脂は、いずれも米ミシガン州ＭｉｄｌａｎｄのＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（登録商標）社によって製造されているＳｉＬＫ（商標）（芳香族炭化水素ベースのポリマー）またはＢＣＢ（商標）（ベンゾシクロブテン）である。続いて、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）プラズマ処理などの適当な処理を使用して表面２８の過剰のポリマーが除去され、ライナ２７は、図２Ｄに示すように、トレンチ２６の側壁２６ａだけに残り、トレンチ２６の底２６ｂには残らない。例えば、選択された有機ポリマーは、相互接続スタック１０への高いＨＦ拡散またはＨＦ腐食を許す特性を有する。

その後、図２Ｅに示すように、銅金属層１４を付着させるメタライゼーションステップが実施され、直後に、銅層の処理すなわちＣＭＰ（化学機械研磨）プロセスが実施される。ＣＭＰは、適切な局所および広域表面平坦化を提供する、銅ダマシンのための有効な技術である（図２Ｆ参照）。次に、ＣｏＷＰ（リン化コバルトタングステン）のような自己整合バリア（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｂａｒｒｉｅｒ：ＳＡＢ）キャップ層３０が、次の除去処理から銅を保護するため、金属線１４の上に銅を封じ込めるように堆積される（図２Ｇ）。続いて、相互接続スタック１０を化学処理、例えば湿式手段または気体手段によるＨＦ除去処理にかけることによって、図２Ｈ１に示すようにＨＦ拡散またはアタック２０が実施される。ＨＦは、ポリマーライナ２７の中をスタック１０の下部領域まで拡散するので、犠牲誘電材料層１６（例えばＵＧＳ ＳｉＯ₂）の除去は迅速に開始される（図２Ｈ１）。ＨＦアタック２０への短時間の曝露の後、ＵＳＧ層１６は相互接続スタック１０から完全に除去される（図２Ｈ２）。

次に、後続の最適化プロセスにおいて図３Ａ〜３Ｄを参照すると、エアキャビティ導入のための一連の基本ステップのため、完成した相互接続スタック５０が示されている。
言い換えると、最終的な回路のメタライゼーションレベルを生成するためのステップを、分離されたメタライゼーションレベルを得るために何回か繰り返すことによって、いくつかの金属要素が追加されている。それぞれのメタライゼーションレベルは、次のメタライゼーションレベルの基板の役目を果たす。図３Ａはさらに、エアキャビティ導入の特定部分として、集積回路相互接続スタック５０の基板１２の表面５３に画定された部分５２を示しており、画定された部分５２は相互接続スタック５０の表面５３の領域よりも小さい。

付着されたＳｉＬＫ（商標）またはＢＣＢ（商標）層２７は、ＵＳＧ層１６内へのＨＦの拡散を、上部から下部にわたって等方的に促進するため、図３Ｂおよび３Ｃ１に示すように金属線は除去剤ＨＦにあまりさらされず、または提示されない。その結果、エアキャビティ形成は、従来の標準集積化手順を使用しＳＩＬＫ（商標）またはＢＣＢ（商標）ポリマー層２７なしで実施された場合よりも迅速かつ穏やかである。さらにこれは、相互接続スタック内のエアキャビティ２２の分布を制限する。この対照は、図３Ｃ１と図３Ｃ２を比較することによって理解することができ、後者の図にはＳＩＬＫ（商標）またはＢＣＢ（商標）ポリマー層２７が追加されていない。言い換えると、有利には、図３Ｃ１の場合、エアキャビティ２２の形成プロセスがあまり設計に依存しない。

次に図３Ｄを参照すると、実行することができる他の最適化は、機械的安定性の向上の観点からエアキャビティ内にポリマー層を残しておく必要または利点がない場合に、相互接続スタック１０のエアキャビティ領域２２に残っているＳＩＬＫ（商標）またはＢＣＢ（商標）層２７を、適合されたプロセスを使用して完全に除去することである。

本発明に関連した集積化制御および信頼性向上は、ＵＳＧ層と、その中を通したＨＦの拡散を許すＳｉＬＫ（商標）材料でできた永久多孔質透過層などのハイブリッド材料でできた、相互接続スタック５０内の多層（ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒｓ）でも実現することができる。

さらに、ＳｉＬＫ（商標）材料、ＢＣＢ（商標）材料などの低ｋ材料を、形成された相互接続スタック内で、金属内誘電体（ｉｎｔｒａｍｅｔａｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ：ＩＭＤ）すなわちバイアレベル誘電体、またはトレンチレベル誘電体としても知られるレベル間誘電体（Ｉｎｔｅｒｌｅｖｅｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ：ＩＬＤ）として使用するなど、この方法の他の変更および最適化を実施することもできる。さらに、ＨＦ拡散を相互接続の下部金属レベルに固定するため、ライン、バイアなどの金属ダミーを、適当な領域に、計画的に実現することもできる。

次に図４Ａ〜４Ｆを参照すると、前述のものなどの透過性材料が充填された深いトレンチの使用が示されている。この最適化で使用される透過性材料は一般に、上面から別の相互接続スタック５５内への除去剤（すなわちＨＦ）の急速な拡散を許すＳｉＬＫ（商標）またはＢＣＢ（商標）である。このようにすると、マルチレベルスタックのＵＳＧ層１６の除去の総所要時間がかなり短縮される。すなわち、除去の総所要時間が、上部金属レベルの犠牲層／材料１６の除去時間にほぼ等しくなる。

具体的には、図４Ａには、ハードマスク１８（ＳｉＣ、ＳｉＮなど）が付着された相互接続スタック５５が示されている。相互接続層５５は、基板１２、ハードマスク層１８、ポリマーの永久透過層５７およびＵＳＧ層１６を含む。エッチングプロセスの後、相互接続スタック５５の表面５６から底面５９まで相互接続スタック５５全体を貫いて深いトレンチ２６が形成される（図４Ｂ）。

次に、誘電ポリマー５７（ＳｉＬＫ（商標）またはＢＣＢ（商標））をトレンチ２６の底面５９まで完全に充填する付着ステップが実施される（図４Ｃ）。次いで、相互接続スタック５５の表面５６を平滑化するために化学機械研摩技法６０が適用され（図４Ｄ）、その結果生じるスタックはハードマスク１８が除去されている。

図４Ｅに示すように、ＳｉＣハードマスク６１の付着が実施され、その後、後続のＨＦ拡散６５のための大きな領域６３のエッチングプロセスが実施される（図４Ｅ〜４Ｆ）。ＨＦ６５は透過性ポリマー層５７の中を迅速に拡散するため、それぞれの金属レベルのＵＳＧ層１６の除去は、矢印６７によって示されているようにほぼ同時に実施される。図４Ｆには、その結果生じる最終的な相互接続スタック５５が示されており、スタックの全体を通じて金属線の間にエアキャビティ２２が形成されている。

現時点における本発明の好ましい実施形態と考えられるものを示し、説明したが、本発明の真の範囲から逸脱することなく他の様々な変更を実施できること、および等価物を代用できることを当業者は理解されたい。

さらに、特定の状況を本発明の教示に適合させるために、本明細書に記載された発明の中心概念から逸脱することなく多くの変更を実施することができる。さらに、本発明の実施形態が以上に記載した特徴のすべてを含むとは限らない。したがって、本発明は開示された特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含む。

エアキャビティが導入された集積回路相互接続構造およびエアキャビティが導入されていない集積回路相互接続構造の断面図である。 エアキャビティが導入された集積回路相互接続構造およびエアキャビティが導入されていない集積回路相互接続構造の断面図である。 本発明の一実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の一実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の一実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の一実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の一実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の一実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の一実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の一実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の一実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の他の実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の他の実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の他の実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の他の実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の他の実施形態に基づく集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の他の実施形態に基づく他の集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の他の実施形態に基づく他の集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の他の実施形態に基づく他の集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の他の実施形態に基づく他の集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の他の実施形態に基づく他の集積回路相互接続構造の連続断面図である。 本発明の他の実施形態に基づく他の集積回路相互接続構造の連続断面図である。

符号の説明

１０ 相互接続スタック
１２ 基板
１３ 誘電ライナ
１４ メタライゼーション層
１６ 犠牲誘電材料層
１８ ハードマスク
１９ リソグラフィエッチング層
２０ 腐食
２２ エアキャビティ
２４ エアキャビティ導入用の領域
２６ トレンチ
２６ａ トレンチの側壁
２６ｂ トレンチの底
２７ ポリマーライナ
２８ 相互接続スタックの表面
３０ 自己整合バリアキャップ層
５０ 相互接続スタック
５２ 基板の表面の部分
５３ 基板の表面
５５ 相互接続スタック
５６ 相互接続スタックの表面
５７ 透過性ポリマー層
５９ 相互接続スタックの底面
６０ 化学機械研摩
６１ ハードマスク
６３ 除去剤拡散のための領域
６５ 除去剤
６７ 除去剤の拡散

Claims (20)

1. 基板と、基板上に形成された少なくとも１層の犠牲誘電材料層を有する半導体相互接続スタックを用意する工程と、
   前記誘電層内に少なくとも１つのトレンチをエッチングする工程と、
   前記トレンチ内にポリマー材料を付着させてポリマーライナを形成する工程と、
   少なくとも前記トレンチの側壁に前記ポリマーライナが残るように、過剰のポリマー材料を除去する工程と、
   前記トレンチにメタライゼーション層を少なくとも部分的に充填する工程と、
   前記メタライゼーション層の過充填を除去することによって前記相互接続スタックを平坦化する工程と、
   前記メタライゼーション層の上に自己整合バリアキャップ層を形成する工程と、
   除去剤を使用して前記犠牲誘電材料を部分的に除去することによって、前記相互接続スタック内に少なくとも１つのエアキャビティを形成する工程とを含む集積回路の製造方法。
2. 少なくとも１つのエアキャビティを形成する工程の前または後に、前記相互接続スタック内のレベル数と同じ回数だけ、誘電層内に少なくとも１つのトレンチをエッチングする前記工程、前記トレンチ内にポリマー材料ライナを付着させる工程、過剰の前記ポリマーライナを除去する工程、前記トレンチにメタライゼーション層を部分的に充填する工程、前記相互接続スタックを平坦化する工程、および自己整合障壁を形成する工程を繰り返すことをさらに含む、請求項１に記載の集積回路の製造方法。
3. 前記ポリマーライナが少なくとも１種の有機ポリマー樹脂を含む材料を含む、請求項１または２に記載の集積回路の製造方法。
4. 前記有機ポリマー樹脂が芳香族炭化水素ベースのポリマー材料を含む、請求項３に記載の集積回路の製造方法。
5. 前記有機ポリマー樹脂がベンゾシクロブテンベースの材料を含む、請求項３に記載の集積回路の製造方法。
6. 過剰のポリマーライナを除去する前記ステップが、反応性イオンエッチング技法を使用して前記相互接続スタックをエッチングするステップを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の集積回路の製造方法。
7. 前記相互接続スタックを平坦化する前記ステップが、前記メタライゼーション層の化学機械研磨を実施するステップを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の集積回路の製造方法。
8. 前記メタライゼーション層の上に自己整合障壁を形成する前記ステップが、リン化コバルトタングステンベースの材料を含む自己整合障壁キャップ層を形成するステップを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の集積回路の製造方法。
9. 前記犠牲誘電材料を部分的に除去する前記ステップが、湿式化学処理または気体化学処理を使用して前記誘電材料を等方的に処理して前記犠牲誘電材料を除去するステップを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の集積回路の製造方法。
10. 集積回路相互接続スタックの前記基板の表面の部分を、エアキャビティ導入の特定部分として画定するステップをさらに含み、前記画定された部分が前記基板の前記表面よりも小さい、請求項１から９のいずれか一項に記載の集積回路の製造方法。
11. 前記犠牲誘電材料を除去することによって少なくとも１つのエアキャビティを形成する前記ステップに続いて、前記相互接続スタックの前記エアキャビティ内に残ったポリマーライナを除去するステップをさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の集積回路の製造方法。
12. 前記相互接続スタック内の前記犠牲誘電材料が、低または超低誘電率材料と前記除去剤が通り抜けて拡散が可能な透過性材料でできた多層構造を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の集積回路の製造方法。
13. ポリマーライナを除去する前記ステップ、トレンチにメタライゼーション層を充填する前記ステップ、および自己整合障壁を形成する前記ステップの代わりに、
    透過性ポリマー層を付着させてトレンチを埋めるステップの前に、前記相互接続スタックの表面にハードマスクを付着させるステップと、
    前記ハードマスク層を含め、前記過剰の透過性ポリマー層を除去するステップと、
    別のハードマスク層を付着させ、前記除去剤の拡散のため画定された領域をエッチングするステップとを含む請求項１に記載の集積回路の製造方法。
14. 基板と、基板上に形成された少なくとも１層の犠牲誘電材料層を有する半導体相互接続スタックと、
    前記犠牲誘電層内の少なくとも１つのトレンチと、
    少なくとも前記トレンチの側壁に付着されたポリマーライナであって、続いて前記トレンチにメタライゼーション層が少なくとも部分的に充填されたポリマーライナと、
    前記メタライゼーション層の上に形成された自己整合障壁キャップ層であって、前記メタライゼーション層が過充填物を持たない自己整合障壁キャップ層と、
    除去剤を使用して前記犠牲誘電材料を部分的に除去することによって形成された前記相互接続スタック内の少なくとも１つのエアキャビティとを含む集積回路。
15. 前記ポリマーライナが有機ポリマー樹脂ベースの材料である、請求項１４に記載の集積回路。
16. 前記有機ポリマー樹脂が芳香族炭化水素ベースのポリマー材料を含む、請求項１５に記載の集積回路。
17. 前記有機ポリマー樹脂がベンゾシクロブテンベースの材料を含む、請求項１５に記載の集積回路。
18. 前記メタライゼーション層の上に形成された前記自己整合障壁キャップ層が、リン化コバルトタングステンベースの材料を含む自己整合障壁キャップ層である、請求項１４から１７に記載の集積回路。
19. 前記相互接続スタックの前記基板の表面に、エアキャビティ導入の特定部分として画定された部分をさらに含み、前記画定された部分が前記基板の前記表面よりも小さい、請求項１４から１８のいずれか１項に記載の集積回路。
20. 前記相互接続スタック内の前記犠牲誘電材料が、低または超低誘電率材料およびその中を通した前記除去剤の拡散を許す透過性材料でできた多層構造である、請求項１４から１９のいずれか１項に記載の集積回路。

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