JP5568010B2 - 電子デバイスの相互接続構造の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、相互接続構造に関し、更に具体的には、層間の界面が波形構造を含む多層相互接続構造に関する。波形構造によって、とりわけ接着および破壊靭性（fracture toughness）が改善される。

最先端の超小型電子相互接続は、多数の積層された誘電膜層を含むことができる。誘電層間に多数の界面があるので、所望のデバイスを製造するために用いられる様々な製造プロセスおよび条件に耐えることができる高信頼性かつロバストな構造を保証するためには、界面の接着が重要である。これらの最先端の用途において現在使用されているか検討されている機械的に壊れやすい低ｋおよび超低ｋの誘電体の出現により、多層積層物の全体的な破壊靭性だけでなく、適切な界面接着を維持する問題は、いっそう重要になっている。

米国特許出願第６，２１４，４７９号 米国特許第７，０２５，８２６号 米国公開出願第２００５／０１６７２６１Ａ１号

図１は、多数の積層された誘電層を含む、全体的に参照番号１０で示される従来技術のデバイス構造を表す。このデバイス構造は、例示的なものであり、最先端の超小型電子デバイスの製造中に一般に形成されるタイプの誘電層間の界面を示すために与えられる。構造１０は、概して、基板１２と、基板上に配置された第１の誘電膜１４と、第１の誘電層上に配置された少なくとも１つの追加の誘電層１６と、を含む。図示のように、第１および第２の誘電膜間に形成された界面１８は実質的に平滑であり、このため、追加の層を加えその上にパターンを形成するデバイスの製造中に機械的に破損する恐れがある。例えば、１つ以上の層の接着破損および破壊が起こり得る。

従来技術において、適切な化学的処理またはプラズマ処理あるいはその両方を行って界面を調整して層の湿潤性（wetting）を改善することが知られている。例えば、Mori等に対する米国特許出願第６，２１４，４７９号およびSelvamanickam等に対する米国特許第７，０２５，８２６号、およびDeusthmann等に対する米国公開出願第２００５／０１６７２６１Ａ１号が記載する方法は、実質的に平滑な界面表面の不活性または反応性ガス・イオン照射および衝撃（bombardment）を用いて物理的な表面トポグラフィを提供し、その上に配置された追加層が相補的なトポグラフィを有するようになっており、これによって、接着および破壊靭性を改善する。しかしながら、これらの処理によって提供されるトポグラフィは概してランダムである。更に、横方向および縦方向の形態（morphology）は、制御および再生が難しい。更に、これらのプロセスは概して基板に依存したものである。

また、上述したもの等の様々な既知の表面処理は、用いるプラズマ・ガスによっては、望ましくない基板の化学的変更（modification）が生じる恐れがある。例えば、これらのプロセスでは、基板のプラズマ照射によって引き起こされる化学的変更を上面（界面）のみに局所化させることは一般的に難しい。チップ用途のための対象の低ｋ誘電膜の場合には、プラズマ露出の結果、相互接続電気特性（例えば誘電定数（ｋ）および絶縁破壊電界）が、著しく、かつ望ましくないように劣化することがある。この良い例は、温和な酸化プラズマ処理を用いて多孔性オルガノシリケート誘電膜上の接着を改善する場合に観察されている。プラズマ処理によってオルガノシリケート表面の親水性および湿潤性が増すが、オルガノシリケート低ｋ誘電体の深さ方向全体で著しい損傷が生じて、このタイプのプロセスは不適切となる。損傷は、誘電定数の上昇（ｋの上昇）という形態で現れ、誘電体の絶縁破壊強度を低下させる。このため、これらの構造において接着および破壊靭性を向上させるために上述の化学的手段を用いることは、実用性において制限される。

また、刻み付きローラ等の機械的外形形成ツールを用いて、ポリマー・シートにおける粗いテクスチャが実現されている。しかしながら、機械的外形形成ツールの使用は、薄い誘電層を有する相互接続構造と共に使用するには、概して実用的でない。なぜなら、超小型電子コンポーネントおよび基板は壊れやすく、それらの多くは壊れやすいシリコン・ウェハ上で処理され、薄い誘電体および金属膜を含むからである。

また、層間の機械的連動を用いて、ファイバおよび層状複合システム等の巨視的構造における接着を保証することが可能であることが知られている。しかしながら、おそらく直径が数ミクロンから１０ミクロンであるファイバ／エポキシ複合物における炭素繊維に比べて、典型的な超低ｋ誘電相互接続積層物の層は、厚さがわずか１００から２００ナノメートル（ｎｍ）である場合がある。このため、これらの膜において実現しなければならない表面波形のスケールは、深さ数ナノメートルのオーダーでなければならない。更に、これらの構造に埋め込まれた金属フィーチャのサイズは、横方向に５０から１００ｎｍのオーダーであるので、面内のこれらの波形の波長も、このオーダーでなければならない。また、層間の所与の突出界面領域について全接触界面領域を最大化するためには、高い波形密度（すなわち短波長）が望ましい。

従って、超小型電子技術で対象となる基板および薄膜コーティングにおいて、充分に制御され、無害で、再生可能な、ナノスケールの波形を実現するための適切な方法が望ましいが、現在の最先端技術において既知の方法では容易に実現されないことは、明らかである。かかる表面トポグラフィは、基板とその下にある膜および上にある膜との間の有効接触表面領域を著しく拡大する。これに対応して、単位面積当たりの所与の界面接着力について、接触表面積に比例して、下にある膜に対して上にある膜を分離するために必要な力が増大する。更に、ナノスケールの波形によって、界面のひびは伝播が妨げられ、おそらく曲げられて、曲がりくねったひび表面になり、これが通常は破壊靭性の向上につながるという事実のために、追加の利点が実現される。

従って、接着および破壊靭性を改善するように、制御された再生可能な方法で相互接続積層物の界面領域に対して表面トポグラフィを提供する方法が、当技術分野においてなお必要とされている。望ましくは、この方法は、他のコンポーネントの特性に及ぼす影響を最小限としなければならない。

相互接続積層物内の誘電層間にナノスケール波形界面を有するプロセスおよびデバイス構造を提供することによって、従来技術の欠点を克服し、追加の利点を提供する。ナノスケール波形を提供するためのプロセスは、充分に制御され再生可能である、すなわちランダムではない。

一実施形態において、デバイス構造は、波形上面を有する第１の誘電層であって、波形表面が、実質的に一定のピッチを有する複数のくぼみおよび隆起を含む第１の誘電層と、第１の層上に配置され、相補的な波形表面を有する第２の誘電層と、を含む。

別の実施形態において、デバイス構造は、平面的な上面を有する第１の誘電層と、第１の誘電層に配置され、実質的に一定のピッチの複数のくぼみおよび隆起を含む波形パターンを有する接着促進物層と、接着促進物層の上に配置され、接着促進物に対して相補的な波形表面を有する第２の誘電層と、を含む。

デバイス構造を形成するためのプロセスは、第１の誘電膜層を形成することと、第１の誘電膜層の上に自己アセンブル膜パターンを形成することと、第１の誘電膜層内に自己アセンブル膜パターンを転写することと、第１の誘電膜の上に第２の誘電膜層を堆積して波形界面を形成することと、を含む。

別の実施形態においては、デバイス構造を形成するためのプロセスは、平面的な表面を有する第１の誘電膜層を形成することと、第１の誘電膜層パターンの平面的な表面の上に自己アセンブル接着促進物パターンを形成し、自己アセンブル接着促進物パターンが１００ナノメートル未満の波形間隔を有することと、自己アセンブル接着促進物パターンの上に第２の誘電膜層を堆積してそれらの間に波形界面を提供することと、を含む。

更に別の実施形態においては、デバイス構造を形成するためのプロセスは、第１の誘電膜層を形成することと、第１の誘電膜層の上に自己アセンブル膜パターンを形成することと、第１の誘電膜層内に自己アセンブル膜パターンを転写して、１００ナノメートル未満の間隔で第１の誘電膜層に波形を形成することと、第１の誘電層の上に接着促進物のコンフォーマルな層を堆積することと、第１の誘電膜の上に第２の誘電膜層を堆積してそれらの間に波形界面を提供することと、を含む。

本発明の技法によって、追加の特徴および利点が実現される。本明細書において、本発明の他の実施形態および態様を詳細に記載し、特許請求する本発明の一部として見なす。本発明をその利点および特徴によってより良く理解するために、説明および図面を参照する。

本発明において開示するのは、選択された界面において設計されたナノスケール波形を有する誘電層から形成される１つ以上の相互接続積層物を含むデバイス構造、および、これを製造するための自己組織化が関与する方法である。「ナノスケール波形」という言葉は、これ以降、実質的に一定のピッチを有する複数の画定された隆起およびくぼみとして定義する。画定された隆起およびくぼみは、各々、一実施形態において約１００ナノメートル・オーダーまたはそれ未満の幅を有し、他の実施形態では約５０ナノメートル未満、更に別の実施形態では約１０から約５０ｎｍの幅を有する。更に、実際の用途のためには、波形の深さを、構造における個々の誘電層の厚さの２０％以下、好ましくは約１０％に制限することが望ましい。特定の高さ／深さは、概して、特定の用途およびデバイス設計に依存する。ナノスケール波形は、好都合なことに、高特定領域連結界面の形成によって、層間接着の向上が可能となり、更に、ひび表面の曲がりが増すために、ひび／破損耐性の向上が可能となる。公称深さｈ単位およびピッチｐ単位の波形によって、単位突出領域当たりの界面領域を２ｈ／ｐ倍に拡大することができる。このため、通常は膜厚によって決定される所与の波形深さについて、ピッチをいっそう小さくすることができれば、界面領域を著しく拡大することができる。以下で更に詳細に説明するが、ナノスケール波形を形成するためのプロセスは、充分に定義され制御されている。

一実施形態において、波形膜を用いてデバイス構造を形成するためのプロセスは、相分離したポリマーの自己組織化を用いる。自己組織化膜は、例えば交互に配された親水性および疎水性の領域のような交互のポリマー相を形成するように選択されたポリマーから調製することができる。いったん形成されると、次いで、適切な溶剤、反応性イオン・エッチ・プロセス、紫外線または電子ビーム放射等に対する照射、およびそれらの組み合わせによって、コンポーネントの１つを選択的に除去する。

要約された本発明の結果として、技術的に、我々は、多層相互接続膜積層物の相間の界面において接着および破壊耐性を改善することができる解決策およびデバイス構造を達成した。

本発明と見なされる主題は、本発明書の末尾において特許請求の範囲で特に指摘し、明白に特許請求する。本発明の前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面と関連付けて以下の詳細な説明を読むことから、明らかとなる。

従来技術の多層相互接続構造の界面の横断面図を示す。 ２つの誘電層間の層間において形成されるナノスケール波形構造の一例を示す。 多数の積層された誘電層によって画定される界面において形成される多数のナノスケール波形構造の一例を示す。 自己組織化接着促進物を用いて形成されるナノスケール波形構造の一例を示す。 一実施形態に従ったナノスケール波形構造を形成するためのプロセス・フローを示す。 別の実施形態に従ったナノスケール波形構造を形成するためのプロセス・フローを示す。 更に別の実施形態に従ったナノスケール波形構造を形成するためのプロセス・フローを示す。

詳細な説明は、一例として図面を参照して、本発明の好適な実施形態を、利点および特徴と共に説明する。

膜全体にわたって別個の組成を有する領域に横方向に相分離する自己アセンブル膜は、相分離が生じる長さスケールが約５から１００ｎｍの範囲に収まることができるので、波形テンプレートとして理想的に適している。これらの目的のために使用可能な自己アセンブル膜には多数の例があり、それらは、ポリマー混合物、ブロック・コポリマー、ホモポリマーおよびブロック・コポリマーの混合物、異なるブロック・コポリマーの混合物、ホモポリマーおよびナノ粒子の混合物、ブロック・コポリマーおよびナノ粒子の混合物、界面活性剤を含有するソルゲル系、またはそれらのいずれかの組み合わせを含む。本発明は、自己アセンブル膜のいずれかのタイプに限定されることは意図していない。一例として、ポリマーは、空間的に分離した親水性および疎水性のブロックすなわち両親媒性物質ポリマーを含有するブロック構造を含有することができる。

ここで図２を参照すると、誘電層間の界面（縮尺どおりには描かれていない）において、制御されたナノメートル・スケールの波形を含むデバイス１００が示されている。デバイス１００は、基板１０２と、基板１０２上に配置された第１の誘電層１０４と、第１の誘電層１０４上に配置された第２の層１０６と、を含む。第１および第２の誘電層１０４、１０６は、それぞれ、図示したように基板１０２上に直接堆積されることに限定することは意図しておらず、多数の積層誘電層が望ましい場合にはデバイスの製造中にどこにでも形成可能であることに留意すべきである。第１および第２の誘電層１０４、１０６間に形成された界面１０８は、ナノスケールの波形を含む。以下で更に詳細に記載するように、ナノスケールの波形は、まず、第１の誘電層１０４の上面上に形成され、その上に第２の誘電層が配置される。波形界面１０８は、画定されたピッチを有する周期的なものであり、２から２００ｎｍの範囲、更に好ましくは２から２０ｎｍの範囲の縦方向および横方向の寸法を有するように設計されている。また、基板１０２と第１の誘電体１０４との間の界面に、同じように波形を形成することも可能である。すなわち、図２に示す界面のいずれかまたは双方に波形を形成することができる。波形の高さは、用いる誘電層の厚さの２０％のオーダーまたはそれ未満であることが望ましい。他の実施形態においては、波形の高さは、用いる誘電層の１０％未満である。

先に述べたように、平滑な界面または再生可能でない不規則なトポグラフィを有する構造を用いる従来技術の方法に比べて、本発明の構造においては、ナノスケール波形の存在によって界面接着強度および破壊靭性が向上する。

任意に、図３に示すように、デバイス１００は追加の誘電層１１０を含むことができる。第２の誘電層１０６と追加の層１１０との間に形成される界面１１２に、ナノスケール波形を形成することができる。この構造は、第１の誘電膜１０４が配置されている基板１０２を含む。原則として、追加の誘電層およびこれらの間の波形界面の量は、限定することは意図されない。

かかる構造は、平滑な界面を用いる従来技術の多層構造に比べて、界面接着強度および破壊靭性が向上している。

図４において、デバイス１００は、誘電層、例えば図示したような第１および第２の誘電層１０４、１０６間の界面に配置された任意の接着促進物１１４を含むことができる。任意の接着促進物１１４は、下にある誘電層（例えば層１０４）の上部波形表面上に配置することができ、または、以下で更に詳しく述べるように、波形を形成するために用いることも可能である。例えば、ブロックの１つとして接着促進物を含有するブロック・コポリマーを適切に用いて、かかる構造を形成することができる。ポリマーを、誘電層１０４の平滑表面上にコーティングし、次いで相分離自己組織化およびその後の現像（development）処理を用いることによってナノ波形を形成する。この接着促進物コンポーネントとして可能な候補は、有機材料または無機材料を含むことができる。無機接着促進物コンポーネントの具体的な例は、ＳｉｘＬｙＲｚから成る群から選択すれば良い。ここで、Ｌは、ヒドロキシ基、メトキシ基、エポキシ、アセトキシ、アルコキシル基、カルボキシル基、アミン、ハロゲンから成る群から選択され、Ｒは、ヒドリド（hydrido）、メチル、エチル、ビニル、およびフェニル（いずれかのアルキルまたはアリール）から成る群から選択され、ｙは、１に等しくすることができ、ｙ＋ｚ＝４である。かかるコンポーネントを用いた接着促進物のいくつかの例は、ビニルトリアセトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ＨＯＳＰ（Honeywell）等の市販の材料を含む。有機接着促進物の例は、ＦＦ−０２またはＡＤ−００（ＪＳＲ（Japanese Synthetic Rubber）から）を含むことができる。別のポリマー相を用いてこれらの機能を組み込んだ適切な調合物（formulations）を用いて、相分離したナノ波形接着促進物領域を可能とすることができる。

ナノスケール波形による強化効果に加えて、任意の接着促進物を用いることにより、接着促進物の調整された化学的組成によって与えられるような界面化学結合の改善のために、接着強度が更に向上する。また、波形接着促進物の使用には、相分離した自己アセンブル膜のパターンを転写するための追加のプロセスは必要ないので、付加的な処理およびコストの利点を実現することができる。

更には、誘電層間の界面における波形接着促進物層以外は図３のものに類似した多層誘電積層物も製造することができる。

図５は、一実施形態に従った、誘電層間にナノスケール波形界面を形成するためのプロセス・フロー１２０を示す。プロセス・フローの第１のステップ１２２は、基板またはデバイスの製造中に用いる材料層の上に誘電層を堆積することを含む。基板は、シリコン・ウェハ、または、追加のパターン、トランジスタ・デバイス、相互接続配線を有するかもしくは有しない他の同様の半導体基板ウェハ、多層セラミック・チップ・キャリア基板、プリント配線板等とすることができる。誘電膜は、化学気相付着（ＣＶＤ）、プラズマ増強化学気相付着（ＰＥＣＶＤ）、スピン・コーティング、硬化等の、当技術分野において既知の多くのものの１つによって適用することができる。誘電膜は、有機ポリマー、無機膜、または、シリコン、炭素、酸素、および水素を含むＳｉＣＯＨ等のオルガノシリケート誘電体から形成することができる。これは、非多孔性とすることができ、または、一般的に当業者に既知の調整した処理方法によって導入した、制御されたレベルの多孔性を含むことができる。

ステップ１２４において、誘電層の上に自己アセンブリング・マスク層を形成する。膜全体にわたって別個の組成を有する領域に横方向に相分離する自己アセンブル膜は、相分離が生じる長さスケールが約２から１００ｎｍの範囲に収まることができるので、波形テンプレートとして理想的に適している。これらの目的のために使用可能な自己アセンブル膜には多数の例があり、それらは、ポリマー混合物、ブロック・コポリマー、ホモポリマーおよびブロック・コポリマーの混合物、異なるブロック・コポリマーの混合物、ホモポリマーおよびナノ粒子の混合物、ブロック・コポリマーおよびナノ粒子の混合物、界面活性剤を含有するソルゲル系、またはそれらのいずれかの組み合わせを含む。

任意に、誘電膜の表面の前処理または前コーティングを行って、自己アセンブル膜の適切な形態または方位あるいはその両方を促進することができる。例えば、誘電表面の湿潤性を向上させることが望ましい場合がある。自己アセンブリング膜は、溶剤介在プロセス（例えばスピン・コーティング）によって、上に堆積することができる。この膜は、任意に、７５から３５０℃の範囲、好ましくは１００から２００℃の温度でアニーリングを行って、横方向の相分離を促進する。これによって、好ましくは最初の系（system）における２つのコンポーネントが交互に配された縞から成るドメインを含む２相構造が得られる。次いで、溶剤発現、反応性イオン・エッチ・プロセス等を含むことができる選択的プロセスによって、自己アセンブル膜のコンポーネントの１つを剥離または除去する。この結果、波形テンプレートとして使用可能なトポグラフィを有する膜が得られる。一例として、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）およびポリスチレン（ＰＳ）のブロック・コポリマーを用いて、１８０℃の堆積後アニール・プロセスによって交互のＰＭＭＡおよびＰＳ領域を有する相分離縞構造を形成することができる。縞の幅は、最初のコポリマーにおけるＰＭＭＡおよびＰＳ部分の分子量を適切に選択することによって調整可能である。この系では、１０から５０ｎｍの幅が達成可能である。相分離構造を酢酸溶液に浸すと、ＰＭＭＡ領域が優先的に溶解して、自己アセンブル・マスクを形成するパターンが残る。次いで、以降の転写プロセス（例えば反応性イオン・エッチ、ウェット・エッチ等）によって、自己アセンブル膜のパターンを下にある誘電体に転写して、所望の深さを有する意図する波形を生成することができる。自己アセンブル膜（すなわちマスク）の残りを溶解または剥離して、誘電膜に隆起およびくぼみを形成する。

他の自己アセンブリング・システムを用いて、より広い２から２００ｎｍの範囲においてパターンのサイズ・スケールを調整することができ、好適な２から２０ｎｍの範囲を実現可能である。

ステップ１２８において、下にある誘電膜の上に追加の誘電膜を適用し、これによって誘電層間の波形界面を形成する。各誘電膜は、同一または異なるものとすることができ、堆積する材料のタイプに応じて、同一または異なる堆積方法によって適用することができる。結果として得られるデバイス構造は、図２に示されている。

別の実施形態においては、図６に示すプロセス・フロー１３０は、前述したように誘電膜を堆積する第１のステップ１３２を含む。次のステップ１３４において、誘電膜の上に自己組織化接着促進物を堆積する。これは、図２に関して記載したものに極めて類似した自己組織化・プロセスによって達成可能であるが、残りのコンポーネントが接着促進物層を形成することができるコポリマーまたは混合系（blend system）を用いる点が異なる。例えば、自己組織化接着促進物を調整して、アミノ、ヒドロキシル基、カルボキシル、ヒドリド、カルボニル、およびアルコキシル基等のペンダント官能基を有するようにすることができ、ステップ１３６におけるように自己組織化接着促進物層の上に追加の誘電膜がコーティングされた場合に、これに対する接着を促進する。この接着コンポーネントに適切な候補は、有機材料または無機材料を含むことができる。接着コンポーネントは、分子量が小さい分子、オリゴマー、またはポリマー分子から成ることができる。無機接着促進物官能基の具体的な例は、ＳｉｘＬｙＲｚから成る群から選択することができる。ここで、Ｌは、ヒドロキシ基、メトキシ基、エポキシ、アセトキシ、アルコキシル基、カルボキシル基、アミン、ハロゲンから成る群から選択され、Ｒは、ヒドリド、メチル、エチル、ビニル、およびフェニル（いずれかのアルキルまたはアリール）から成る群から選択され、ｙは、１に等しくすることができ、ｙ＋ｚ＝４である。混合系において使用可能なかかる官能基を含有するそのような接着促進物のいくつかの例は、ビニルトリアセトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ＨＯＳＰ（Honeywell）を含む。有機接着促進物の例は、ＦＦ−０２またはＡＤ−００（ＪＳＲ（Japanese Synthetic Rubber）から）を含むことができる。追加の誘電体を適用した後に結果として得られる構造は、図４に示されている。ここでは、接着促進物層の波形が充填されて、最終構造が提供されている。かかる場合、相分離した自己組織化材料は、接着層として機能する少なくとも１つのコンポーネントおよび除去可能な別のコンポーネントを有する。この除去プロセスは、選択的とすることができ、溶液発現または反応性イオン・エッチを含む場合があり、この結果、自己アセンブリ・プロセスによって画定される波形を有する接着層として機能するコンポーネントが保持される。接着層として機能するコンポーネントは、下にある基板およびこの接着層の上に堆積された層に対して良好な接着特性を有する。

更に別の実施形態においては、図７に示すプロセス・フロー１４０は、ステップ１４２において提示されたように誘電膜層においてナノスケール波形構造を形成することを含み、この後、ステップ１４４におけるように接着促進物を堆積する。ナノスケール波形構造の形成は、図５に示したプロセス・フローに関して述べたように実行することができる。ステップ１４４は、波形構造（例えば図４に示したような）上にアミノシラン等の接着促進物の単層コーティングを適用することを含む。かかる接着促進物層は、極めて薄く、多くのタイプの有機および無機誘電体上でコンフォーマル（conformal）であることが知られている。例えば、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）は、半導体製造プロセスにおいて一般的に用いられる化合物である。ＨＭＤＳは、通常、基板に対するフォトレジスト層の接着を向上大させるための下塗りとして用いられる。ＨＭＤＳは、反応して、基板表面上に存在するいずれかのシラノール基を脱水させ、この結果、トリメチルシリル終端（termination）が所定位置に配され、副産物としてアンモニアを発生する。このように、ＨＭＤＳは、表面の疎水性を増大させる。次いで、ステップ１４６に示すように、接着促進物および波形表面の上に追加の誘電膜を適用して、２つの誘電体間にコンフォーマルな接着促進物が配置された波形界面を形成する。図６に示すプロセス・フローと図７のプロセス・フローとの相違は、デバイスにおいて図６の構造は第１の誘電体において波形を有しないが波形接着促進物層を有するという点であることは、明らかであろう。これに対して、図７が提供する第１の誘電体は波形上面を有し、これが単層の薄い接着促進物によって密接にコーティングされている。

上述の実施形態においては、波形自己アセンブル接着促進物層をそのまま用い、相互接続積層物に永久的に保持し、第１の誘電体に対するパターン転送プロセスは必要ない。

結果として得られる構造およびプロセスにおいて、誘電層は、与えられた波形のために、機械的な意味で連結する。波形が、接着促進物（コーティングまたは自己アセンブル層として）を組み込む手段を含む場合、波形表面は第２の誘電体によっていっそう湿潤性が高くなる。これによって、第２の誘電体の下の層に対する浸透および連結が向上することが保証される。また、２つの層間の固有の化学的接着も、接着促進物によって向上する。

このプロセスを必要に応じて繰り返して、多数のかかるナノスケール波形界面を有する多層誘電積層物を形成する。

誘電積層物において界面のひびが生じた場合、ナノスケール波形のために、ひびが伝搬するはずの界面がジグザグの性質であるために、その伝搬は極めて遅い。従って、２つの誘電体間に平滑な界面がある場合の所与の界面破壊靭性について、波形界面形態は、より高い明らかな靭性を示す。平滑かつ平面的な界面とは対照的に、波形の界面に沿ってひびが伝搬する際には、いっそう大きな界面領域が生成されなければならないからである。

誘電積層物において非界面の（面外の）ひびが生じた場合、高密度の界面拘束箇所および伝搬方向の材料不連続性のために、ナノスケール波形の方位に垂直な方向の伝搬は著しく阻害される。かかるひびがナノ波形界面と交差する場合、主要なひび成長方向に対して名目上平行な波形面に沿って、ひびの先端で分岐したひびが生じる場合がある。この結果、ひび先端における応力集中が低減する。

概して、２つの誘電体間に平滑な界面がある場合の所与の界面破壊靭性について、波形界面形態は、より高い明らかな靭性を示す。平滑かつ平面的な界面とは対照的に、波形の界面に沿ってひびが伝搬する際には、いっそう大きな界面領域が生成されなければならないからである。従って、平滑な界面を用いたものとは対照的に、ナノ波形界面を用いた構造においては、正味の効果は、破壊耐性の増大である。

上述した本発明の構造およびプロセス・フローは、具体的な詳細事項を与えるが、これらは例示的なものであり、それらの範囲を限定することは意図していない。例えば、様々な構造において記述した基板は、埋め込みデバイス領域および相互接続配線を有するシリコンまたはガリウム砒素等の超小型電子基板、多層セラミック基板、埋め込み相互接続配線を有するプリント配線板基板等の多種多様なものから選択することができる。本発明の構造において記述した誘電層は、説明のための例において示したモノリシック膜とすることができ、または、当技術分野において既知のライン・ダマシン相互接続のバック・エンドにおけるような埋め込み相互接続配線を含むことも可能である。この後者の例において、ナノスケール波形は、必要に応じて、誘電体表面上のみ、または誘電体および金属相互接続表面の双方の上に形成することができる。

本発明の好適な実施形態について記載したが、当業者は、現在および将来において、特許請求の範囲内に該当する様々な改良および増強を実施可能であることは理解されよう。この特許請求の範囲は、最初に記載した本発明についての適切な保護を維持するように解釈されるものである。

本発明は、半導体デバイスの分野において有用であり、更に具体的には、波形表面を有する相互接続構造に関する。

Claims (6)

1. 電子デバイスの相互接続構造の製造方法であって、
   基板上に第１の誘電層を形成するステップと、
   第１の誘電層上に自己アセンブル層を形成するステップと、
   自己アセンブル層をアニーリングして横方向の相分離を促進するステップと、
   相分離後の自己アセンブル層を現像して第１の誘電層上にナノスケールの波形パターンを形成するステップと、
   波形パターン形成後の第１の誘電層上に第２の誘電層を形成するステップと、を含む製造方法。
2. 前記自己アセンブル層は、ポリマー混合物、ブロック・コポリマー、ホモポリマーおよびブロック・コポリマーの混合物、ホモポリマーおよびナノ粒子の混合物、ブロック・コポリマーおよびナノ粒子の混合物、界面活性剤を含有するソルゲル系、またはそれらのいずれかの組み合わせからなる、請求項１の製造方法。
3. 前記ナノスケールの波形パターンは、一定のピッチを有する複数のくぼみおよび隆起を含み、前記複数のくぼみおよび隆起が各々２〜１００ナノメートル以下の幅を有する、請求項１の製造方法。
4. 前記第２の誘電層の上に少なくとも１つの追加の誘電層を形成するステップを更に含む、請求項１の製造方法。
5. 前記自己アセンブル層は接着促進物を含み、
   前記自己アセンブル層をアニーリングして横方向の相分離を促進するステップは、相分離により縞状の接着促進物を含む相を形成すること含み、
   前記相分離後の自己アセンブル層を現像して第１の誘電層上にナノスケールの波形パターンを形成するステップは、接着促進物を含む相からなるナノスケールの波形パターンを形成することを含む、請求項１の製造方法。
6. 前記アニーリングは１００から２００℃の温度でおこなわれる、請求項１の製造方法。

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