JPH07235619A - Low rc multiplexing level interconnection skill for high characteristic integrated circuit - Google Patents

Low rc multiplexing level interconnection skill for high characteristic integrated circuit

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JPH07235619A
JPH07235619A JP5042983A JP4298393A JPH07235619A JP H07235619 A JPH07235619 A JP H07235619A JP 5042983 A JP5042983 A JP 5042983A JP 4298393 A JP4298393 A JP 4298393A JP H07235619 A JPH07235619 A JP H07235619A
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JP
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metal
dielectric
nitride
layer
pattern
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JP5042983A
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M Moslehi Mehrdad
エム.モスレヒ メールダッド
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Texas Instruments Inc
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
    • H01L27/118Masterslice integrated circuits

Abstract

PURPOSE: To make an RC interconnection delay smaller than that of a multi- level metallization device, based on aluminum, by combining a free space intermediate level dielectric and a copper metallization. CONSTITUTION: A first flattened intermediate level oxide dielectric (ILD1) 6 is deposited. A mask for a negative image of a hexagonal pattern 1 is used to form a pattern of resist. When aligned silicon nitride is deposited by a CVD process, hexagonal islands surrounded and sealed by the silicon nitride are formed. Grooves are made in the intermediate level oxide dielectric ILD1 by an etching process. Then a copper blanket layer is deposited thereon. The above operation is repeated to sequentially laminate second, third and fourth intermediate level oxide dielectric layers. Metallization based on aluminum deteriorates electrical characteristics due to an RC induced propagation delay of a parasitic resistive element and parasitic capacitive element. However, the use of copper enables reduction in the RC interconnection delay.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】半発明は、高特性集積回路のため
の低RC多重レベル相互接続技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to low RC multilevel interconnect technology for high performance integrated circuits.

【0002】[0002]

【従来の技術およびその問題点】相互接続寄生抵抗
(R)素子および相互接続寄生静電容量(C)素子は、
半導体技術(相補形金属・酸化物・半導体、すなわちC
MOS、バイポーラ、バイポーラ相補形金属・酸化物・
半導体、すなわちBiCMOS)において寸法が 0.5マ
イクロメートル以下である時、重要な問題点になるであ
ろう。 アルミニウムを基本とする(または、処理し難
い金属を基本とする)メタライゼーションに付随する寄
生抵抗素子および寄生静電容量素子は、そのRC誘起伝
搬遅延により、回路の電気的特性を劣化させるであろ
う。 さらに、これらの相互接続寄生素子はチップ全体
の電力消費を増大させ、および信号の漏話の量を増大さ
せる。 その結果、適切な低RC多重レベル相互接続技
術の考察と開発は、超大規模集積(ULSI)装置への
応用に対し、0.5μm以下の先進的半導体技術にとって
最も重要である。
2. Description of the Related Art Interconnect parasitic resistance (R) elements and interconnect parasitic capacitance (C) elements are
Semiconductor technology (complementary metal, oxide, semiconductor, ie C
MOS, bipolar, bipolar complementary metal / oxide /
In semiconductors, i.e. BiCMOS), dimensions of less than 0.5 micrometer will be a significant issue. Parasitic resistance and parasitic capacitance elements associated with aluminum-based (or refractory metal-based) metallizations will degrade the electrical properties of the circuit due to their RC-induced propagation delays. Let's do it. In addition, these interconnect parasitics increase overall chip power consumption and increase the amount of signal crosstalk. As a result, consideration and development of suitable low RC multi-level interconnect technology is of paramount importance to advanced semiconductor technology below 0.5 μm for ultra large scale integration (ULSI) device applications.

【0003】低RC高特性相互接続装置では、低抵抗金
属線または低誘電率誘電体、または好ましくはそれらを
同時に要求される。 現在までの大部分の先行技術で
は、低抵抗メタライゼーション装置の開発に主力が置か
れ、寄生静電容量を小さくすることはそれ程重点が置か
れなかった。 これらの先行技術には、下記の技術が包
含される。物理的蒸気沈着(PVD)、化学的蒸気沈着
(CVD)、または非電着性沈着による銅メタライゼー
ション(体積抵抗率= 1.7μΩcm)。非電着性沈着また
は他の技術による金メタライゼーション。液体窒素温度
(77K)のような低温のアルミニウムを基本とするメ
タライゼーション装置(25℃におけるAlの抵抗率に
比べて、77KにおけるAlの抵抗率は5分の1以下で
ある)。超電導伝送線相互接続体。
Low RC high performance interconnect devices require low resistance metal lines or low dielectric constant dielectrics, or preferably both at the same time. Most prior art to date has focused on the development of low resistance metallization devices, with less emphasis on reducing parasitic capacitance. These prior arts include the following technologies. Copper metallization by physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), or non-electrolytic deposition (volume resistivity = 1.7 μΩcm). Gold metallization by non-electrodeposition deposition or other technique. A low temperature aluminum-based metallization device, such as liquid nitrogen temperature (77K) (the resistivity of Al at 77K is less than 1/5 compared to that of Al at 25 ° C). Superconducting transmission line interconnect.

【0004】これらの別の金属相互接続装置により提供
される高回路特性にもかかわらず、室温のアルミニウム
を基本とする相互接続体は、シリコン集積回路に対し、
依然として主要なメタライゼーションである。 それ
は、アルミニウムを基本とする相互接続体の処理工程
は、十分に確立され、そして、成熟した処理工程である
ことによる。
Despite the high circuit characteristics provided by these other metal interconnect devices, room temperature aluminum-based interconnects have been shown to be used for silicon integrated circuits.
Still the main metallization. This is because the process steps for aluminum-based interconnects are well established and mature process steps.

【0005】集積回路(IC)メタライゼーションのた
めの低誘電率誘電体の分野の開発は、ほとんど行われて
いない。 不純物が添加されていない、および不純物が
添加されている、二酸化シリコンは、シリコンを基本と
するIC技術に用いられる主要な中間レベル誘電体材料
であった。 いくつかの高速ヒ化ガリウム(GaAs)
技術では、装置の相互接続による遅延を小さくするため
に、単一レベル空気ブリッジを用いた。 けれども、従
来の空気ブリッジ技術は、多数個の金属相互接続レベル
および気密封入されたチップ・パッケージを備えた、先
進的シリコン技術と両立できなかった。
Little has been done in the field of low-k dielectrics for integrated circuit (IC) metallization. Undoped and doped silicon dioxide has been the predominant intermediate level dielectric material used in silicon-based IC technology. Some fast gallium arsenide (GaAs)
The technology used a single level air bridge to reduce the delay due to device interconnections. However, conventional air-bridge technology has been incompatible with advanced silicon technology, with multiple metal interconnect levels and hermetically sealed chip packages.

【0006】その結果、標準的な半導体技術および気密
封入されたチップ・パッケージと両立可能な、かつ、製
造工程で実施できる低RC高特性相互接続技術が要請さ
れている。 製造工程で実施可能な低RC相互接続技術
は、金属の多数個(例えば、2個またはそれ以上)の平
坦化された層を備えた先進的半導体技術に、容易に応用
可能でなければならない。 装置全体の製造の歩留まり
およびチップの信頼性は、従来のメタライゼーション技
術に比べて、少なくとも同程度に良くなければならな
い。
As a result, there is a need for a low RC high performance interconnect technology that is compatible with standard semiconductor technology and hermetically sealed chip packages and that can be implemented in the manufacturing process. The low RC interconnect technology that can be implemented in the manufacturing process should be readily applicable to advanced semiconductor technologies with multiple (eg, two or more) planarized layers of metal. The overall device fabrication yield and chip reliability must be at least as good as conventional metallization techniques.

【0007】[0007]

【問題点を解決するための手段】本発明により、多重レ
ベル・メタライゼーション装置の隣接する金属レベルの
間に、自由空間空隙(εr =1)中間レベル誘電体を作
成することができる。金属線は、アルミニュウム(A
l)や、タングステン(W)、銅(Cu)、金(Au)
などのような適切な導電体金属のいずれかにより作成す
ることができる。本発明のメタライゼーションにより、
優れた機械的安定性と優れた全体的信頼性とが得られ
る。 製造工程の複雑さは従来のメタライゼーション技
術と同程度であり、かつ、従来のメタライゼーション技
術と両立可能である。 下記で説明される工程は、化学
的蒸気沈着法により作成された銅メタライゼーションを
使用することに基づいている。 けれども、本発明の多
重レベル・メタライゼーション製造工程は、任意の金属
材料装置および種々の金属沈着技術と、完全に両立可能
である。 銅は、先端技術である 0.5μm以下のCMO
S/BiCMOSおよびバイポーラ技術に対し、好まし
い材料である。それは、銅の電気抵抗率が小さい(アル
ミニュウムの電気抵抗率は 2.7μΩcmであるのに対し、
銅の電気抵抗率は1.7μΩcmである)からである。 本
発明の自由空間中間レベル誘電体と銅メタライゼーショ
ンとを組み合わせることにより、RC相互接続遅延を、
現在のアルミニュウムに基本づく多重レベル・メタライ
ゼーション装置に比べて、( 2.7/1.7)×3.9=6倍だけ
小さくすることができる。 本発明の自由空間中間レベ
ル誘電体技術が、RC値の減少と回路の特性とに及ぼす
影響は、アルミニュウムを銅のような抵抗率の小さい材
料で置き換えること以上に大きいことに注目されたい。
相互接続遅延のシュミレーションにより分かったこと
は、中間レベル誘電体の誘電率が小さくなることは、金
属の抵抗率の減少によるよりもはるかに大きく回路特性
を改良することである。本発明の相互接続技術はまた、
相互接続寄生RC値に関連する遅延の減少のほかに、チ
ップ全体の電力消費と信号の漏話(レベル間漏話と面内
漏話との両方)を大幅に小さくするであろう。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention allows the creation of a free space void (.epsilon.r = 1) intermediate level dielectric between adjacent metal levels of a multilevel metallization device. The metal wire is aluminum (A
l), tungsten (W), copper (Cu), gold (Au)
It can be made of any suitable conductive metal such as. With the metallization of the present invention,
Excellent mechanical stability and good overall reliability are obtained. The complexity of the manufacturing process is comparable to that of conventional metallization techniques and is compatible with conventional metallization techniques. The process described below is based on using copper metallization made by chemical vapor deposition. However, the multi-level metallization fabrication process of the present invention is fully compatible with any metal material equipment and various metal deposition techniques. Copper is a CMO of 0.5 μm or less
It is the preferred material for S / Bi CMOS and bipolar technologies. It has a low electrical resistivity of copper (aluminum has an electrical resistivity of 2.7 μΩcm,
The electrical resistivity of copper is 1.7 μΩcm). By combining the free space mid-level dielectric of the present invention with copper metallization, the RC interconnect delay is
It can be reduced by (2.7 / 1.7) x 3.9 = 6 times compared with the current aluminum-based multilevel metallization system. It should be noted that the free space mid-level dielectric technique of the present invention has a greater impact on RC value reduction and circuit performance than replacing aluminum with a low resistivity material such as copper.
A simulation of interconnect delays has shown that the lower dielectric constant of the mid-level dielectric improves the circuit performance by far more than the reduction of the metal resistivity. The interconnection technology of the present invention also
Besides reducing the delay associated with interconnect parasitic RC values, it will significantly reduce chip-wide power consumption and signal crosstalk (both interlevel crosstalk and in-plane crosstalk).

【0008】[0008]

【実施例】下記で説明する製造工程に対する仮定は次の
通りである。 (1) 金属として銅が用いられる。(アルミニュウム
やタングステンのような金属を、また用いることができ
る。)
EXAMPLES Assumptions for the manufacturing process described below are as follows. (1) Copper is used as the metal. (Metals such as aluminum and tungsten can also be used.)

【0009】(2) 銅の上の不活性化層/密閉化層と
して、窒化シリコンが用いられる。
(2) Silicon nitride is used as a passivation / encapsulation layer over copper.

【0010】(3) 処分可能な中間レベル誘電体(単
結晶シリコンまたは多結晶シリコンが処分可能な中間レ
ベル誘電体材料としてまた用いることができる)とし
て、二酸化シリコン(不純物が添加された、または不純
物が添加されていない、またはそれらの組み合わせ)が
用いられる。
(3) Disposable intermediate level dielectrics (monocrystalline silicon or polycrystalline silicon can also be used as a disposable intermediate level dielectric material) as silicon dioxide (impurized or impure). Is not added, or a combination thereof is used.

【0011】(4) 中間レベルの機械的支持材料とし
て、窒化シリコンが用いられる。(もしシリコンのよう
な材料が処分可能な中間レベル材料として用いられるな
らば、二酸化シリコンはまた、機械的支持のために用い
ることができる。)
(4) Silicon nitride is used as an intermediate level mechanical support material. (Silicon dioxide can also be used for mechanical support if a material such as silicon is used as the disposable intermediate level material.)

【0012】(5) この工程は、リン・ケイ酸塩ガラ
ス(PSG)またはホウ素リン・ケイ酸塩ガラス(BP
SG)再還流および/またはレジスト・エッチング・バ
ックのような、十分に確立された平坦化技術を利用す
る。
(5) This step is carried out by phosphorus silicate glass (PSG) or boron phosphorus silicate glass (BP).
SG) Utilize well-established planarization techniques such as recirculation and / or resist etch back.

【0013】好ましい処理工程は下記の通りである。こ
の処理工程は、銅が金属材料として用いられるという仮
定の下で説明される。(アルミニュウムを基本とする導
電体を用いて、ほぼ同様の処理工程を実施することがで
きる。)
The preferred processing steps are as follows: This process step is explained under the assumption that copper is used as the metallic material. (Aluminum-based conductors can be used to perform almost similar processing steps.)

【0014】(1) 図1において、下記の処理段階か
ら得られる構造体の横断面図は、トランジスタ・レベル
により、装置製造を完了する。この構造体は、金属0、
ローカル相互接続体、などを有する。この構造体は、第
1中間レベル誘電体の前までの装置製造を完了する。
(1) In FIG. 1, a cross-sectional view of the structure resulting from the following processing steps completes device fabrication by transistor level. This structure is metal 0,
It has local interconnects, etc. This structure completes device fabrication prior to the first intermediate level dielectric.

【0015】(2) 図1において、下記の処理段階か
ら得られる構造体の横断面図は、基板4の上に、窒化シ
リコンの薄い(例えば、1000オングストローム〜2000オ
ングストローム)層2が、(低圧化学蒸気沈着LPCV
D、プラズマ増強化学蒸気沈着PECVD、または光化
学沈着により)沈着されていることを示す。 この層
は、フイールド酸化物、酸化物スペーサ、などを保護す
るために、後でエッチング停止層としての役割を果たす
であろう。
(2) In FIG. 1, a cross-sectional view of the structure resulting from the following processing steps shows a thin (eg, 1000 Å to 2000 Å) layer 2 of silicon nitride (low pressure) on a substrate 4. Chemical vapor deposition LPCV
D, plasma enhanced chemical vapor deposition PECVD, or photochemical deposition). This layer will later act as an etch stop layer to protect the field oxide, oxide spacers, etc.

【0016】(3) なお図1において、第1の平坦化
された中間レベル酸化物誘電体(ILD1)が沈着され
る。このことは、低温ECR沈着(原位置での平坦
化)、またはレジスト・エッチング・バック(REB)
を備えた従来のLPCVD/PECVDにより実施する
ことができる。ILD1は、全体の厚さが 0.5μm〜 2
μm付近であるように作成される。次の段階は、マイク
ロリソグラフィ処理段階(すなわち、レジストを回転す
る段階、レジストを予め加熱する段階、露光する段階、
および現像する段階)を実行することである。
(3) Still referring to FIG. 1, a first planarized intermediate level oxide dielectric (ILD1) is deposited. This can be either low temperature ECR deposition (in-situ planarization) or resist etch back (REB).
Can be carried out by conventional LPCVD / PECVD. ILD1 has a total thickness of 0.5 μm to 2
Created to be around μm. The next steps are microlithographic processing steps (ie, rotating the resist, preheating the resist, exposing).
And the step of developing).

【0017】(4) (図2bに示された)六角形パタ
ーン1のネガティブ画像のためのマスクを使用する、お
よび、レジストをパターンに作成する。(このことは、
ポジティブ・フォトレジストが用いられると仮定して、
暗視野マスクであるであろう。)光学的終了時刻検出ま
たは時間的終了時刻検出を用いて、異法的酸化物エッチ
ングを実行する。下にある窒化物層をエッチング停止体
として用いて、プラズマ・エッチング処理工程を停止さ
せる。(光学的放射終了時刻検出に基づき、過剰エッチ
ングを調整する。)フォトレジスト層を除去する。得ら
れた構造体の横断面図が、図3に示されている。ILD
1の中にエッチングされた六角形パターン1は、対角線
寸法が数ミクロンないし数10ミクロン程度の単位セルを
有する。六角形の周縁の線幅(酸化物の中の溝の幅)
は、最小装置特性寸法と同じ、またはそれよりいくらか
大きい(例えば、1μm)ように選定することができ
る。それよりも小さい線幅が好ましい。
(4) Use a mask for the negative image of the hexagonal pattern 1 (shown in FIG. 2b) and make a resist in the pattern. (This is
Assuming positive photoresist is used,
Will be a dark field mask. ) Perform alien oxide etching using optical end time detection or temporal end time detection. The underlying nitride layer is used as an etch stop to stop the plasma etch process step. (Adjust overetch based on optical emission end time detection.) Remove photoresist layer. A cross-sectional view of the resulting structure is shown in FIG. ILD
The hexagonal pattern 1 etched in 1 has a unit cell having a diagonal dimension of several microns to several tens of microns. Line width of hexagonal edge (width of groove in oxide)
Can be chosen to be the same as, or somewhat larger than, the minimum device characteristic dimension (eg, 1 μm). A line width smaller than that is preferable.

【0018】(5) 化学蒸気沈着(CVD)処理工
程、またはプラズマ増強化学蒸気沈着(PECVD)処
理工程を用いて、整合した窒化シリコン沈着を実行す
る。1つのよい例は、ECR(電子サイクロトロン共
鳴)プラズマ沈着である。図4に示されているように、
これはエッチングにより作成された酸化物の中の溝(六
角形の溝)を埋め、そしてその表面の上に窒化物2を残
すであろう。図4は、得られた構造体の横断面図であ
る。この得られた構造体は、窒化シリコンにより取り囲
まれそして封入された、六角形の島状体である。
(5) Aligned silicon nitride deposition is performed using a chemical vapor deposition (CVD) process step or a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process step. One good example is ECR (electron cyclotron resonance) plasma deposition. As shown in FIG.
This will fill the trenches (hexagonal trenches) in the oxide created by etching and leave the nitride 2 on its surface. FIG. 4 is a cross-sectional view of the obtained structure. The resulting structure is a hexagonal island surrounded and encapsulated by silicon nitride.

【0019】(6) 金属1マスク(図2bに示された
ようなネガティブ画像)を用い、そしてフォトレジスト
のパターン化と溝のエッチングの後、得られた構造体の
横断面図が図5に示されている。マイクロリソグラフィ
段階は、金属パターンのネガティブ画像(もしポジティ
ブ・フォトレジストが用いられるならば、暗視野マス
ク)を使用する。中間レベル酸化物誘電体ILD1の中
に約0.5μm〜1μmの深さの溝8を作成するために、
異方性プラズマ・エッチングを実行する。これらの溝8
は、最終的な金属1構造体を含むであろう。フォトレジ
ストを除去する。
(6) Using a Metal 1 mask (negative image as shown in FIG. 2b), and after photoresist patterning and trench etching, a cross-sectional view of the resulting structure is shown in FIG. It is shown. The microlithography step uses a negative image of the metal pattern (dark field mask if positive photoresist is used). To create a groove 8 in the intermediate level oxide dielectric ILD1 having a depth of about 0.5 μm to 1 μm,
Perform anisotropic plasma etching. These grooves 8
Will contain the final metal 1 structure. Remove the photoresist.

【0020】(7) 穴1のマイクロリソグラフィ段階
を実行する。(金属1から金属0への)穴1を用い、フ
ォトレジストをパターンに作成する。接触体用ホールを
開けるために、異方的プラズマ窒化物/酸化物/窒化物
エッチングを実行する。 図6にホール9が示されてい
る。 図6は、横断面図である。
(7) Perform the microlithography step of hole 1. Hole 1 (metal 1 to metal 0) is used to pattern photoresist. An anisotropic plasma nitride / oxide / nitride etch is performed to open the contact holes. Hole 9 is shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view.

【0021】(8) 図6に示されているように、適切
な材料(例えば、TiN、Ti、Cr、など)の整合し
た核形成/接着剤層が、化学蒸気沈着(CVD)または
物理的圧力蒸気沈着(PVD)により沈着される。この
層の厚さは、約 250オングストロームないし1000オング
ストロームである。
(8) As shown in FIG. 6, a matched nucleation / adhesive layer of a suitable material (eg, TiN, Ti, Cr, etc.) is deposited by chemical vapor deposition (CVD) or physical. Deposition by pressure vapor deposition (PVD). The thickness of this layer is about 250 Å to 1000 Å.

【0022】(9) 図7は、その後の処理工程段階に
より得られる構造体の横断面図である。図7に示されて
いるように、銅(抵抗率: 1.7μΩcm)のブランケット
層が、CVDまたは他の技術により、沈着される。この
沈着体の厚さが約0.5μmまたはそれ以上になるよう
に、沈着が行われる。このことにより、ホ−ルと誘電体
溝が埋められ、そして銅の表面がかなり平坦になるであ
ろう。
(9) FIG. 7 is a cross-sectional view of the structure resulting from subsequent processing steps. As shown in FIG. 7, a blanket layer of copper (resistivity: 1.7 μΩcm) is deposited by CVD or other technique. Deposition is carried out such that the thickness of this deposit is about 0.5 μm or more. This will fill the holes and dielectric trenches and will result in a fairly flat copper surface.

【0023】(10) 適切な反応性イオン・エッチン
グ(RIE)(例えば、塩素環境下での高温RIE)処
理工程を用いて、またはスパッタ・エッチング処理工程
を用いて、ブランケット異方的銅エッチング・バックが
実行される。光学的終了時刻検出(平らな表面の上の接
着剤層が露出する時、表面反射率が急激に変化するであ
ろう)を用いて、適切な過剰エッチングが得られるよう
に、エッチング処理工程の時間が定められる。それか
ら、異方的プラズマ・エッチング・バックが実行され
て、露出した接着剤層が除去される。最上部の表面から
露出した窒化物層を除去するために、選択的異方的プラ
ズマ窒化物エッチングが実行される。図8は、この結果
得られた構造体の図面である。 ブランケット・プラズ
マ・エッチング・バックの代りに、化学的機械的研磨に
より、金属パターンを作成することができる。この段階
の処理工程により、金属1ラインと銅12で満たされた
ホール・パターンとを有する平坦構造体が形成される。
(10) A blanket anisotropic copper etching process using a suitable reactive ion etching (RIE) (eg, high temperature RIE in a chlorine environment) process step or a sputter etching process step. Back is executed. Optical end-time detection (the surface reflectance will change abruptly when the adhesive layer on the flat surface is exposed) is used to ensure that proper over-etching is achieved and the etching process steps are performed. Time is fixed. An anisotropic plasma etch back is then performed to remove the exposed adhesive layer. A selective anisotropic plasma nitride etch is performed to remove the exposed nitride layer from the top surface. FIG. 8 is a drawing of the resulting structure. Instead of a blanket plasma etch back, chemical mechanical polishing can be used to create the metal pattern. This stage of the process results in the formation of a flat structure with 1 metal line and a hole pattern filled with copper 12.

【0024】(11) CVDまたはPECVDによ
り、第2中間レベル酸化物誘電体(ILD2)が、必要
な厚さにまで沈着される。平坦化の工程をさらに行うこ
とは必要でない。それは、金属1/ILD1表面が既に
かなり平坦であるからである。プラズマでの低温誘電体
沈着工程(例えば、T≦ 300℃)が好ましい。ILD2
のPECVDにより、薄い(例えば、1000オングストロ
ーム)窒化シリコン層を沈着する。
(11) A second intermediate level oxide dielectric (ILD2) is deposited by CVD or PECVD to the required thickness. No further planarization step is necessary. This is because the metal 1 / ILD1 surface is already fairly flat. A low temperature dielectric deposition step with plasma (eg T ≦ 300 ° C.) is preferred. ILD2
PECVD is used to deposit a thin (eg, 1000 Å) layer of silicon nitride.

【0025】(12) 段階4〜段階10を繰り返す。
けれども、この場合には、(図2aに示された)六角形
パターン2のネガティブ画像のためのマスクを用いる。
金属と穴のパターン作成段階は、金属2と(金属2から
金属1への)穴2マスクを用いなければならない。六角
形パターン2は、六角形パターン1に似ているけれど
も、六角形の単位セルの寸法の半分だけずれて整合して
いる。
(12) Steps 4 to 10 are repeated.
However, in this case, a mask for the negative image of hexagonal pattern 2 (shown in Figure 2a) is used.
The metal and hole patterning step must use metal 2 and hole 2 mask (metal 2 to metal 1). Hexagonal pattern 2 is similar to hexagonal pattern 1, but is aligned offset by half the size of the hexagonal unit cell.

【0026】(13) 第3中間レベル酸化物誘電体
(ILD3)を沈着する。
(13) Deposit a third intermediate level oxide dielectric (ILD3).

【0027】(14) 段階4〜段階10を繰り返す。
(図2bに示された)六角形パターン1のネガティブ画
像のためのマスクを用いる。さらに、金属と穴のパター
ン作成段階は、金属3と(金属3から金属2への)穴3
マスクを用いなければならない。
(14) Steps 4 to 10 are repeated.
Use a mask for the negative image of hexagonal pattern 1 (shown in Figure 2b). In addition, the metal and hole patterning step involves the metal 3 and the hole 3 (from metal 3 to metal 2)
You must use a mask.

【0028】(15) 第4中間レベル酸化物誘電体
(ILD4)を沈着する。
(15) Deposit a fourth intermediate level oxide dielectric (ILD4).

【0029】(16) 段階4〜段階10を繰り返す。
(図2bに示された)六角形パターン2のネガティブ画
像のためのマスクを用いる。さらに、金属と穴のパター
ン作成段階は、金属4と(金属4から金属3への)穴4
マスクを用いなければならない。段階11〜段階16を
用いて得られた構造体の横断面図が、図9に示されてい
る。この横断面図は、任意の金属および穴の配置設計パ
ターンに対するものである。
(16) Steps 4 to 10 are repeated.
Use a mask for the negative image of hexagonal pattern 2 (shown in Figure 2b). In addition, the metal and hole patterning step involves the metal 4 and hole 4 (from metal 4 to metal 3)
You must use a mask. A cross-sectional view of the structure obtained using steps 11-16 is shown in FIG. This cross section is for any metal and hole layout design pattern.

【0030】(17) 時間的湿式HF酸化物エッチン
グ処理工程または気相HF酸化物エッチング処理工程を
実行する。 このことにより、六角形窒化物支持構造体
を除去することなく、および多重レベル金属構造体に損
傷を与えることなく、多重レベル相互接続構造体の中の
すべての中間レベル酸化物誘電体を選択的に除去するで
あろう。 図10および図11は、前記処理工程段階に
より作成された構造体の横断面を表す単純化された図面
である。 図10は、図2bに示された線A−Aに沿っ
ての横断面図であり、そして図11は、図2bに示され
た線B−Bに沿っての横断面図である。
(17) Perform a temporal wet HF oxide etching treatment step or a vapor phase HF oxide etching treatment step. This allows selective selection of all mid-level oxide dielectrics in the multi-level interconnect structure without removing the hexagonal nitride support structure and without damaging the multi-level metal structure. Will be removed. 10 and 11 are simplified views showing a cross section of a structure created by the process steps. 10 is a cross sectional view taken along the line AA shown in FIG. 2b, and FIG. 11 is a cross sectional view taken along the line BB shown in FIG. 2b.

【0031】多重レベル・メタライゼーションのための
また別の処理工程は次の通りである。下記において、多
重レベル・メタライゼーションのためのまた別の処理工
程が開示される。図12〜図23は、逐次の処理工程段
階により得られる構造体の逐次の横断面図である。図1
2〜図23の全体において、素子には対応した記号が用
いられている。
Another process step for multi-level metallization is as follows. In the following, further processing steps for multi-level metallization are disclosed. 12-23 are sequential cross-sectional views of structures obtained by sequential process steps. Figure 1
Corresponding symbols are used for the elements throughout 2 to FIG.

【0032】(1) (ケイ化物化されたゲートおよび
ソース・ドレイン領域を有するCMOS装置に対する処
理工程であると仮定して)トランジスタ・レベルまでの
装置製造工程を完成する。この工程は、従来のトランジ
スタ・レベルのケイ化物相互接続体、およびケイ化物ロ
ーカル相互接続体、または金属窒化物ローカル相互接続
体、を用いることができる。
(1) Complete device fabrication down to the transistor level (assuming process steps for CMOS devices with silicided gate and source / drain regions). This process can use conventional transistor level silicide interconnects, and silicide local interconnects, or metal nitride local interconnects.

【0033】(2) 好ましくはプラズマ増強化学蒸気
沈着(PECVD)処理工程または光化学処理工程によ
り、窒化シリコン2の層(例えば、1000オングストロー
ム〜2000オングストローム)を沈着する。この窒化物の
沈着の前に、応力除去のための二酸化シリコンのバッフ
ァ層(下側層)を用いることができる。アモルファス・
シリコンまたはポリシリコン(約1000オングストロー
ム)の任意選択層を、窒化物(エッチング停止体)の上
にまた沈着することができる。
(2) Deposit a layer of silicon nitride 2 (eg, 1000 angstroms to 2000 angstroms), preferably by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process or a photochemical process. A buffer layer of silicon dioxide (lower layer) for stress relief can be used prior to this nitride deposition. amorphous·
An optional layer of silicon or polysilicon (about 1000 Å) can also be deposited on the nitride (etch stop).

【0034】(3) LPCVDおよび/またはPEC
VDにより、中間レベル酸化物誘電体(不純物が添加さ
れた、または、不純物が添加されていない、PSG/B
PSG、など)6を沈着する。もし必要ならば、表面
(約1μm酸化物)を平坦化するために、ガラス還流お
よび/またはレジスト・エッチング・バックを用いる。
得られた構造体が、図13に示されている。次の段階
は、マイクロリソグラフィ・パターン作成段階である。
(3) LPCVD and / or PEC
VD allows for interlevel oxide dielectric (doped or undoped, PSG / B
PSG, etc.) 6 is deposited. If necessary, use glass reflux and / or resist etch back to planarize the surface (about 1 μm oxide).
The resulting structure is shown in FIG. The next stage is the microlithographic patterning stage.

【0035】(4) (図2bおよび図2b1 に示され
た)「六角形パターン1」のネガティブ画像に対するマ
スクを使用する。 六角形単位セルの直径の大きさは、
約数ミクロンから約数10ミクロンの範囲内にあることが
できる。 六角形の線幅は、最小特性寸法(例えば、0.
35μm技術に対し、0.35μm〜1μm)と同程度に小さ
く選定することができ、およびこの最小特性寸法の数倍
程度に大きく選定することもできる。 小さな六角形線
幅が好ましい。それから、露光を行い、そしてレジスト
を現像する。
(4) Use a mask for the negative image of "Hexagonal Pattern 1" (shown in Figures 2b and 2b1). The size of the hexagonal unit cell diameter is
It can be in the range of about a few microns to about a few tens of microns. The hexagonal line width is the smallest characteristic dimension (for example, 0.
It can be chosen to be as small as 0.35 μm to 1 μm) for the 35 μm technology and as large as several times this minimum characteristic dimension. A small hexagonal line width is preferred. Then it is exposed and the resist is developed.

【0036】(5) 異方的プラズマ酸化物エッチング
を実行する。底のエッチング停止層(窒化物層、または
シリコン/窒化物・2重層)で停止する。レジストを除
去する。このことにより、図2bに示されたように、六
角形単位セル・パターンを有する、六角形酸化物島状体
を取り囲む垂直溝が得られる。
(5) Perform anisotropic plasma oxide etching. Stop at the bottom etch stop layer (nitride layer or silicon / nitride double layer). Remove the resist. This results in vertical trenches surrounding the hexagonal oxide islands having a hexagonal unit cell pattern, as shown in Figure 2b.

【0037】(6) 窒化物の低圧化学蒸気沈着(LP
CVD)(遠隔プラズマ沈着のような整合したPECV
D窒化物もまた用いることができる)を実行する。沈着
された窒化物の厚さを、六角形溝の幅の少なくとも1/
2よりも大きくする。 このことにより、垂直中間レベ
ル溝が窒化シリコンで完全に埋められるであろう。 さ
らに、窒化物層は平坦な表面の全体を覆う。例えば、0.
50μm幅の溝に対し、中間レベル酸化物島状体のまわり
の垂直溝を完全に埋めるために、3000オングストローム
の窒化物を沈着することができる。 次の処理工程段階
は、マイクロリソグラフィとパターン作成である。
(6) Low pressure chemical vapor deposition of nitride (LP
CVD) (aligned PECV such as remote plasma deposition
D-nitride can also be used). The thickness of the deposited nitride is at least 1 / the width of the hexagonal groove.
Make it larger than 2. This will completely fill the vertical mid-level trench with silicon nitride. Furthermore, the nitride layer covers the entire flat surface. For example, 0.
For 50 μm wide trenches, 3000 Å of nitride can be deposited to completely fill the vertical trenches around the intermediate level oxide islands. The next process steps are microlithography and patterning.

【0038】(7) (金属1から金属0への)穴マス
クを用い、そしてフォトレジストをパターンに作成す
る。エッチング停止体として働く下側のSi3 N4 にま
でホール(穴とも呼ばれる)9を開けるために、プラズ
マ酸化物エッチングを実行する。図16を見よ。
(7) Use hole mask (metal 1 to metal 0) and pattern photoresist. A plasma oxide etch is performed to open a hole (also called a hole) 9 in the lower Si3 N4 which acts as an etch stop. See Figure 16.

【0039】(8) 薄い(約 250オングストロームな
いし 500オングストローム)窒化物層20を沈着する。
この窒化物を開放ホールの底から除去するために、RI
E(反応性イオン・エッチング)を実行する。このエッ
チングにより、上側表面からこの窒化物のある部分は除
去されるけれども、(50%ないし 100%の過剰エッチン
グでも)少なくとも約1000オングストロームは残るであ
ろう。この窒化物は穴の側壁に残り、そして穴のプラグ
を封入するであろう。図17を見よ。
(8) Deposit a thin (about 250 angstroms to 500 angstroms) nitride layer 20.
In order to remove this nitride from the bottom of the open hole, RI
Perform E (Reactive Ion Etching). This etch will remove some of this nitride from the upper surface, but will leave at least about 1000 angstroms (even with a 50% to 100% overetch). This nitride will remain on the sidewalls of the hole and will encapsulate the plug of the hole. See FIG.

【0040】(9) CVDまたは物理的蒸気沈着(P
VD)により、TiNまたは純粋のチタン(Ti)のよ
うな核形成および接着体層10を沈着する。図18を見
よ。
(9) CVD or physical vapor deposition (P
VD) deposits a nucleation and adhesion layer 10 such as TiN or pure titanium (Ti). See FIG.

【0041】(10) CVDにより、銅のブランッケ
ト層12を沈着する。 この層はホールを満たし、そし
て平坦な表面の上にブランッケト層(例えば 6000 オン
グストローム)を形成する。
(10) Deposit a blanket layer 12 of copper by CVD. This layer fills the holes and forms a blanket layer (eg, 6000 Å) on the flat surface.

【0042】(11) LPCVDまたはPECVDに
より、窒化シリコンの層(約 2500 オングストローム)
を沈着する。この層は、上側の封入/不活性化層として
作用するであろう。
(11) A layer of silicon nitride (about 2500 angstroms) by LPCVD or PECVD.
Deposit. This layer will act as the upper encapsulation / passivation layer.

【0043】(12) 金属1マスクを用い、そしてフ
ォトレジストをパターンに作成し、そして最上部窒化物
層にパターンをエッチングする。シラン/アンモニア/
塩素・プラズマの中の高温(約 250℃)RIEのような
工程を用いた異方的エッチングにより、このパターンを
銅に転送する。適切なエッチング工程により、接着剤
(TiN)の下側層を通してエッチングすることを継続
する。底表面から露出した窒化物層を除去するまで、こ
のエッチングを継続する。このことにより、金属線の上
に、一部分の窒化物がなお残るであろう。
(12) Using metal 1 mask, pattern photoresist and etch pattern in top nitride layer. Silane / ammonia /
This pattern is transferred to copper by anisotropic etching using a process such as high temperature (about 250 ° C.) RIE in chlorine plasma. Continue etching through the lower layer of adhesive (TiN) by a suitable etching step. This etching is continued until the exposed nitride layer is removed from the bottom surface. This will still leave some nitride on the metal lines.

【0044】(13) LPCVDまたはPECVD窒
化物処理工程により、窒化シリコン14(約 250オング
ストロームないし500 オングストローム)の整合した沈
着を実行する。それから、底の平坦な表面から過剰な窒
化シリコンを除去するために、RIE処理工程を実行す
る。それにより、銅の相互接続線が窒化シリコンで完全
に封入される。
(13) Perform a consistent deposition of silicon nitride 14 (about 250 angstroms to 500 angstroms) by LPCVD or PECVD nitriding process. Then, a RIE process step is performed to remove excess silicon nitride from the bottom flat surface. Thereby, the copper interconnect line is completely encapsulated with silicon nitride.

【0045】(14) 第2中間レベル酸化物(ILD
1)15が沈着され、そして必要な時、レジスト・エッ
チング・バックまたは他の技術により、平坦化が実行さ
れる。
(14) Second intermediate level oxide (ILD
1) 15 is deposited, and planarization is performed when necessary by resist etch back or other technique.

【0046】(15) 段階4に進む。 けれども、こ
の場合には、下のレベルの(単位セルの寸法の半分だけ
ずれて配置された)六角形パターン1に対し、ずれた位
置の六角形単位セルを有する(図2bおよび図2b1
示された)六角形パターン2のネガティブ画像に対する
マスクを使用する。
(15) Go to Step 4. However, in this case, for the lower level hexagonal pattern 1 (displaced by half the size of the unit cell), we have the hexagonal unit cells in offset positions (see FIGS. 2b and 2b 1) . Use a mask for the negative image of hexagonal pattern 2 (as shown).

【0047】(16) 穴2および金属2マスクを用
い、段階5〜段階13で説明したのと同様の段階を行
う。これらの段階により、プラグを通る金属1から金属
2への相互接続体および金属2相互接続体が作成される
であろう。
(16) Perform the same steps as described in steps 5 to 13 using hole 2 and metal 2 mask. These steps will create metal 1 to metal 2 and metal 2 interconnects through the plugs.

【0048】(17) 六角形パターン1のネガティブ
画像に対するマスクを用いて、段階4を繰り返す。それ
から、穴3および金属3マスクを用いて、段階16を繰
り返す。このことにより、プラグを通る金属3から金属
2への相互接続体および金属3相互接続体が作成される
であろう。
(17) Repeat step 4 with mask for negative image of hexagonal pattern 1. Then step 16 is repeated using hole 3 and metal 3 mask. This will create a metal 3 to metal 2 interconnect and a metal 3 interconnect through the plug.

【0049】(18) 六角形パターン2のネガティブ
画像に対するマスクを用いて、段階4を繰り返す。それ
から、穴4および金属4マスクを用いて、段階16を繰
り返す。このことにより、プラグを通る金属4から金属
3への相互接続体および金属4相互接続体が作成される
であろう。この実施例では、金属4は、多重相互接続装
置における最後の相互接続レベルである。
(18) Repeat step 4 with mask for negative image of hexagonal pattern 2. Then step 16 is repeated using holes 4 and a metal 4 mask. This will create a metal 4 to metal 3 interconnect and a metal 4 interconnect through the plug. In this example, metal 4 is the last interconnect level in the multiple interconnect device.

【0050】(19) 湿式または気相のHF酸化物除
去工程を実行する。このことにより、多重レベル相互接
続構造体全体の中のすべての中間レベル酸化物誘電体層
が除去されるであろう。このエッチング工程は高度に選
択的な酸化物除去を実行し、そして露出した窒化物構造
体については非常に少量しか除去しないであろう。この
工程の結果、多重レベル銅相互接続構造体は(窒化シリ
コン封入体で)完全に封入される。この相互接続構造体
は、多重レベル六角形窒化シリコン・セルにより、機械
的に支持される。中間レベル誘電体は自由空間である。
図10および図11は、前記処理工程段階により作成さ
れた構造体の横断面図である。
(19) A wet or vapor phase HF oxide removing step is performed. This will remove all intermediate level oxide dielectric layers in the entire multilevel interconnect structure. This etching step performs a highly selective oxide removal and will remove very little for exposed nitride structures. As a result of this step, the multilevel copper interconnect structure is fully encapsulated (with silicon nitride encapsulation). The interconnect structure is mechanically supported by a multi-level hexagonal silicon nitride cell. The mid-level dielectric is free space.
10 and 11 are cross-sectional views of the structure created by the process steps.

【0051】最後の段階は、中間レベル酸化物誘電体以
外の露出した材料層のいずれにも損傷を与えない、また
は除去しない、ことを断っておく。フィールド酸化物を
包含するトランジスタ・レベルは、活性装置の上に残っ
ている窒化物層により、保護される。
It is noted that the last step does not damage or remove any exposed material layers other than the intermediate level oxide dielectric. The transistor level, including the field oxide, is protected by the nitride layer remaining on the active device.

【0052】窒化シリコンの不活性化された連続被覆層
と密封されたチップ・パッケージの作成 本発明の自由空間誘電体多重レベル相互接続技術を用い
て、不活性化された被覆層の形成と、チップの密封され
たパッケージ作成とがまた行われた。その結果、前記2
つの製造工程のいずれかにおいて、窒化シリコンまたは
酸化窒化シリコンの不活性化された連続被覆層を作成す
るために、1つの単純な技術が開示される。接合パッド
開口部を作成するために、およびチップを環境からおよ
び汚染源から保護するために、この不活性化被覆層が必
要である。この工程モジュールが、もとの相互接続製造
工程に付加される、または、最後の湿式または気相のH
F処理工程段階の前の単純化された/好ましい工程に付
加される。保護被覆(P.O.)層の作成と、パッド開
口部の作成、および密封パッケージの作成は、下記のよ
うにして行われる。
Passivated continuous coating of silicon nitride
Making a Sealed Chip Package The formation of a passivated cover layer and the making of a sealed package of chips were also performed using the free space dielectric multilevel interconnect technology of the present invention. As a result, 2
One simple technique is disclosed for making a passivated continuous coating of silicon nitride or silicon oxynitride in either of the two manufacturing steps. This passivation cover layer is needed to create the bond pad openings and to protect the chip from the environment and from sources of contamination. This process module is added to the original interconnect manufacturing process or the final wet or vapor phase H 2
In addition to the simplified / preferred process before the F process step. The protective coating (PO) layer is created, the pad openings are created, and the hermetically sealed package is created as follows.

【0053】(イ) LPCVDまたはPECVD(低
温PECVDが好ましい)により、窒化シリコン(また
は、酸化窒化シリコン、窒化物が好ましい)の比較的厚
い( 0.5μm〜1μm)層を沈着する。 このことは、
最上部の金属レベルの作成の後(段階18の後/別の工
程では段階19の前、最初の工程の段階16の後および
段階17の前)に、実行される。
(A) Deposit a relatively thick (0.5 μm to 1 μm) layer of silicon nitride (or silicon oxynitride, preferably nitride) by LPCVD or PECVD (preferably low temperature PECVD). This is
It is performed after the creation of the topmost metal level (after step 18 / before step 19 in another step, after step 16 of the first step and before step 17).

【0054】(ロ) P.O.マイクロリソグラフィ・
マスクを使用し、そしてフォトレジストをパターンに作
成し、それにより、接合パッドに対応する領域を開口
し、およびまた、図24に示された構造体と同様な格子
形構造体を開口する。図24は、不活性化被覆層密封工
程の前に、六角形窒化物支持構造体の上に重ねられた窒
化物被覆層に対する格子の平面図である。この格子構造
体の中の開口部は、最小の寸法(例えば、0.35μm技術
に対し0.35μm)を有する。簡単化のために、線とスペ
ースはすべて最小特性寸法(0.35×0.35μm2 格子正方
形)を有すると仮定する。それから、パターンをフォト
レジストから窒化物P.O.層に転送するために、異方
的窒化物エッチングを実行する。フォトレジストを除去
する。これは、六角形セル領域が格子セル領域よりはる
かに大きいことによる。
(B) P. O. Microlithography
A mask is used and photoresist is patterned to open areas corresponding to the bond pads and also a grid-like structure similar to the structure shown in FIG. FIG. 24 is a plan view of a grid for a nitride cladding layer overlying a hexagonal nitride support structure prior to the passivation cladding sealing step. The openings in this lattice structure have the smallest dimensions (eg 0.35 μm for 0.35 μm technology). For simplicity, it is assumed that the lines and spaces all have the smallest characteristic dimension (0.35 × 0.35 μm 2 grid square). The pattern is then patterned from photoresist to nitride P. O. An anisotropic nitride etch is performed to transfer to the layer. Remove the photoresist. This is because the hexagonal cell area is much larger than the grid cell area.

【0055】(ハ) 湿式または気相の時間的HFエッ
チング処理工程(オリジナルの工程の前記段階17およ
び別の工程の段階19)を実行する。このことにより、
窒化物構造体(六角形アレイ・ビーム、パターンに作成
された最上部窒化物、など)に損傷を与えることなく、
および金属構造体に損傷を与えることなく、中間レベル
酸化物誘電体を多重レベル金属構造体全体から除去する
であろう。最上部窒化物の上の格子構造体により、すべ
てのILD層に対し完全なエッチングを行うことができ
る。エッチングの後の構造体は、機械的に十分に安定し
ている。
(C) A wet or vapor phase temporal HF etching process step (the above-mentioned step 17 of the original step and step 19 of another step) is executed. By this,
Without damaging the nitride structure (hexagonal array beam, patterned top nitride, etc.)
And will remove the interlevel oxide dielectric from the entire multilevel metal structure without damaging the metal structure. The lattice structure on top of the nitride allows full etching of all ILD layers. The structure after etching is mechanically stable enough.

【0056】(ニ) LPCVDまたはPECVD(例
えば、ECRプラズマ沈着)により、整合した(好まし
くは低温で)窒化シリコンの沈着を実行する。この層は
また酸化窒化物であることもできる。沈着時間を調整す
ることにより、厚さを格子開口部の厚さ(0.35μm格子
開口部に対し 0.2μmの厚さ)の1/2より大きくす
る。この整合沈着により、金属線および穴プラグを含む
多重レベル金属構造体の全体の上に、窒化物または酸化
窒化物の整合した薄い不活性化層被覆体(厚さ約 0.2μ
m)が作成されるであろう。それはまた、整合した側壁
沈着により、最上部P.O.窒化物格子開口部を完全に
密封する。窒化物の薄い層(〜 0.2μm)が、露出した
接合パッドを含む最上部の平坦な表面の上にまた沈着さ
れる。
(D) Perform a consistent (preferably low temperature) deposition of silicon nitride by LPCVD or PECVD (eg, ECR plasma deposition). This layer can also be oxynitride. By adjusting the deposition time, the thickness is made greater than half the thickness of the grating opening (0.2 μm thickness for 0.35 μm grating opening). This conformal deposition results in a matched nitride or oxynitride conformal thin passivation coating (about 0.2 μm thick) over the entire multilevel metal structure including metal lines and hole plugs.
m) will be created. It also has a top P.D. due to aligned sidewall deposition. O. Completely seal the nitride lattice opening. A thin layer of nitride (~ 0.2 μm) is also deposited on top of the top planar surface, including exposed bond pads.

【0057】(ホ) 約 0.2μm〜 0.3μmの窒化シリ
コンを除去するために、時間を定めた等方的ブランケッ
ト・プラズマ窒化物エッチングを実施する。このことに
より、接合パッドは再び露出するが、しかし、P.O.
窒化物層は除去されないであろう。P.O.窒化物の
0.2μm〜 0.3μmだけが除去されるであろう。その結
果、 0.5μm〜1μmの(完全に密封された)窒化物層
が,この構造体全体の最上部の上に、(接合パッドを除
いて)残るであろう。
(E) A timed isotropic blanket plasma nitride etch is performed to remove approximately 0.2 μm to 0.3 μm of silicon nitride. This re-exposes the bond pad, but P. O.
The nitride layer will not be removed. P. O. Of nitride
Only 0.2 μm to 0.3 μm will be removed. As a result, a 0.5 [mu] m-1 [mu] m nitride layer (fully encapsulated) will remain (excluding the bond pads) on top of the entire structure.

【0058】(ヘ) 接合パッドを接続する。(F) Connect the bonding pads.

【0059】(ト) 密封されてパッケージされたチッ
プを製造する工程に進む。この工程は、空気または窒素
のような制御された雰囲気の中で実行することができ
る。多重レベル金属構造体の中の空間、すなわち、間隙
は、1気圧の、または低圧の、または1気圧以上の(高
いブレークダウン電界を有する)適切な気体で満たすこ
とができる。
(G) Proceed to the step of manufacturing a hermetically packaged chip. This step can be carried out in a controlled atmosphere such as air or nitrogen. The space, or gap, in the multilevel metal structure can be filled with a suitable gas at 1 atmosphere, or at low pressure, or at least 1 atmosphere (having a high breakdown electric field).

【0060】下記のことを断っておく。 (1) この工程は、最上部のP.O.窒化物を密封す
る工程を完成するために、付加的なマスクをなんら用い
ない。P.O.マスクはまた、P.O.層の上に格子構
造体を作成するのに用いられる。格子は、最初、選択的
酸化物除去工程を実行するのに用いられ、そしてこの格
子は、最終的に、別の整合した窒化物沈着工程により密
封される。
The following points should be noted. (1) This process is carried out in the uppermost P. O. No additional mask is used to complete the process of sealing the nitride. P. O. The mask also includes P.I. O. Used to create a grid structure on a layer. The grid is initially used to perform a selective oxide removal process, and the grid is finally sealed by another matched nitride deposition process.

【0061】(2) 気体のブレークダウン。この構造
体の中の金属層の間の自由空間の気体のブレークダウン
を防止するように、この構造体が設計されなければなら
ない。1気圧の空気の誘電的ブレークダウンは、約 31
kV/cm(3.1V/μm)である。1気圧において、
CO2 の誘電的ブレークダウンは、空気の誘電的ブレー
クダウンの 1.2倍である。N2 に対しては、この倍率は
1.16 である。気体の誘電的強度は、圧力の増加と共に
増大する。2気圧〜3気圧では、N2 の誘電的強度は、
空気の誘電的強度の約 1.15 倍である。その結果、密封
パッケージを行う好ましい方法は、高い圧力に制御され
たN2 雰囲気中でパッケージを行うことである。この圧
力は、1気圧〜5気圧(または、さらに高い圧力)領域
であることができる。このことにより、N2 で満たされ
た空間を有する多重レベル金属構造体の中において、微
小放電が防止される。
(2) Breakdown of gas. The structure must be designed to prevent free space gas breakdown between the metal layers in the structure. The dielectric breakdown of 1 atmosphere of air is about 31
It is kV / cm (3.1V / μm). At 1 atm
The dielectric breakdown of CO2 is 1.2 times that of air. For N 2 , this magnification is
It is 1.16. The dielectric strength of a gas increases with increasing pressure. At 2 to 3 atmospheres, the dielectric strength of N 2 is
It is about 1.15 times the dielectric strength of air. As a result, the preferred method for hermetic packaging is to perform the packaging in a high pressure controlled N 2 atmosphere. This pressure can be in the range of 1 atm to 5 atm (or higher pressure). This prevents micro-discharge in multi-level metal structures with N 2 filled spaces.

【0062】多重レベル金属構造体の中で、自由空間誘
電体として真空に近い状態を用いることは好ましくな
い。それは、真空封入パッケージが行われたチップで
は、電界誘起電子放射が起こり得るからでる。けれど
も、高度の真空では、5.4 MV/cmのように高い誘電
的ブレークダウン電界を得ることができる。(この電界
を越えると、トンネル効果によるブレークダウンが起こ
るであろう。)
In a multilevel metal structure, it is not preferred to use a near-vacuum state as the free space dielectric. This is because field-induced electron emission can occur in chips that are packaged in a vacuum. However, at high vacuums it is possible to obtain dielectric breakdown fields as high as 5.4 MV / cm. (Beyond this electric field, tunneling breakdown will occur.)

【0063】したがって、自由空間誘電媒体の好ましい
選択は下記の通りである。 (1) 窒素の高圧(例えば、1気圧〜5気圧)媒体。 (2) 高真空(P≦10-6トル)媒体。
Therefore, the preferred choice of free space dielectric medium is as follows. (1) A high-pressure (for example, 1 atm to 5 atm) medium of nitrogen. (2) High vacuum (P ≦ 10 −6 Torr) medium.

【0064】これらの条件を考慮するならば、この金属
構造体の中の気体のブレークダウンは、問題点ではなく
なるであろう。
If these conditions are taken into account, the breakdown of the gas in this metal structure will be no problem.

【0065】好ましい実施例および一定の変更された実
施例について、本発明が詳細に説明されたけれども、そ
れらは例示のためであって、本発明がこれらの実施例に
限定されることを意味するものではない。本発明のこれ
らの実施例の細部に、種々の変更を行うこと、および本
発明のこの他の実施例は、当業者が前記説明を参照すれ
ば明らかであるであろう、または容易に考案することが
できるであろう。このような変更およびその他の実施例
はすべて、本発明の範囲内に包含されるものである。
Although the present invention has been described in detail with reference to preferred and certain modified embodiments, these are for illustration purposes only and mean that the invention is limited to these embodiments. Not a thing. Various modifications to the details of these embodiments of the invention, as well as other embodiments of the invention, will be apparent or readily devised by those skilled in the art upon reference to the above description. Could be All such modifications and other embodiments are intended to be included within the scope of the present invention.

【0066】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1)(イ) 導電体レベルの間で繰り返しパターンに
より複数個の処理可能な誘電体島状体を作成する段階
と、(ロ) 前記島状体を機械的に支持するための材料
で取り囲む段階と、(ハ) 自由空間中間レベル誘電体
を作成するために、前記処分可能な誘電体島状体を選択
的に除去する段階および前記機械的支持構造体を残す段
階と、(ニ) 前記第1誘電体材料の逐次の層のおのお
のの前記パターンをずらせて予め定められた回数だけ前
記段階(イ)〜前記段階(ハ)を繰り返す段階と、
(ホ) 前記第1誘電体材料を選択的にエッチングして
除去する段階と、を有する、基板の上に作成された集積
回路の上に多重レベル・メタライゼーション装置を形成
するための構造体と処理工程。
With respect to the above description, the following items will be further disclosed. (1) (a) creating a plurality of processable dielectric islands in a repeating pattern between conductor levels; and (b) surrounding the islands with a material for mechanically supporting them. (C) selectively removing the disposable dielectric islands and leaving the mechanical support structure to create a free space intermediate level dielectric; and (d) Staggering the pattern for each successive layer of the first dielectric material and repeating steps (a)-(c) a predetermined number of times;
(E) selectively etching and removing the first dielectric material; and a structure for forming a multi-level metallization device on an integrated circuit fabricated on a substrate. Processing steps.

【0067】(2) 第1項記載の処理工程において、
前記島状体のおのおのが六角形の形状を有する、前記処
理工程。
(2) In the processing step described in item 1,
The processing step, wherein each of the islands has a hexagonal shape.

【0068】(3) 第1項記載の処理工程において、
前記基板がシリコン、ヒ化ガリウム、およびゲルマニウ
ムを包含する半導体材料群から選定される、前記処理工
程。
(3) In the processing step described in item 1,
The processing step, wherein the substrate is selected from the group of semiconductor materials including silicon, gallium arsenide, and germanium.

【0069】(4) 第1項記載の処理工程において、
前記基板の上に不活性化被覆層を配置することをさらに
有する、前記処理工程。
(4) In the processing step described in item 1,
The processing step further comprising disposing a passivation coating layer on the substrate.

【0070】(5) 第4項記載の処理工程において、
前記不活性化被覆層が(イ) 最後に作成されたメタラ
イゼーション層に隣接して第3誘電体材料の層を配置す
る段階と、(ロ) 前記第3誘電体材料の中の格子基板
位置に対応する領域および接合パッド位置に対応する領
域をエッチングするように、マスクのパターンに従い前
記第3誘電体材料の中の領域をエッチングする段階と、
(ハ) 前記第1誘電体材料を選択的にエッチングする
段階と、(ニ) 前記処理工程段階により作成された構
造体の上に整合層を配置する段階、および格子開口部を
密封する段階と、(ホ) 前記接合パッドから前記整合
層を除去するように前記整合層をエッチングする段階
と、を有する段階により作成される、前記処理工程。
(5) In the processing step described in item 4,
(B) disposing a layer of a third dielectric material adjacent to the last created metallization layer; and (b) a grid substrate position in the third dielectric material. Etching a region in the third dielectric material according to a pattern of a mask so as to etch a region corresponding to the contact pad and a region corresponding to the bond pad location;
(C) selectively etching the first dielectric material; (d) placing a matching layer over the structure created by the processing steps; and sealing the grating openings. And (e) etching the matching layer to remove the matching layer from the bond pad.

【0071】(6) 第5項記載の処理工程において、
(イ) 前記接合パッドを導線に接続する段階と、
(ロ) 空気、窒素、および真空を包含する群から選定
された制御された雰囲気の中で密封されたパッケージを
製造する段階と、を有する、前記処理工程。
(6) In the processing step described in item 5,
(A) connecting the bond pad to a conductor,
(B) producing a sealed package in a controlled atmosphere selected from the group including air, nitrogen, and vacuum.

【0072】(7) 第1項記載の処理工程において、
前記段階(ニ)の前に、エッチングされた溝の中におよ
び前記第1誘電体材料の穴の中にパターンに作成された
前記金属層が備えられる、前記処理工程。
(7) In the processing step described in item 1,
Prior to step (d), the processing step wherein the patterned metal layer is provided in etched trenches and in holes of the first dielectric material.

【0073】(8) 第1項記載の処理工程において、
前記段階(ニ)の前に、前記第1誘電体材料の事実上平
坦な表面に隣接してパターンに作成された前記金属層が
備えられる、前記処理工程。
(8) In the processing step described in item 1,
Prior to step (d), the processing step, wherein the patterned metal layer is provided adjacent to the substantially planar surface of the first dielectric material.

【0074】(9) 第1項記載の処理工程において、
前記金属層が銅、アルミニウム、タングステン、および
それらの合金を包含する群から選定される、前記処理工
程。
(9) In the processing step described in item 1,
The processing step, wherein the metal layer is selected from the group including copper, aluminum, tungsten, and alloys thereof.

【0075】(10) 第1項記載の処理工程におい
て、接着剤層が前記金属層に隣接して配置される、前記
処理工程。
(10) In the processing step according to item 1, the adhesive layer is disposed adjacent to the metal layer.

【0076】(11) 誘電体材料により保持された金
属層を有する蜂の巣形構造体に隣接した複数個の活性装
置を有し、かつ、前記金属および誘電体材料が共に空
気、窒素、および真空を包含する群から選定された雰囲
気の中で密封される、多重レベル・メタライゼーション
構造体。
(11) Having a plurality of active devices adjacent to a honeycomb structure having a metal layer held by a dielectric material, said metal and dielectric materials both carrying air, nitrogen, and vacuum. A multi-level metallization structure sealed in an atmosphere selected from a group of containing.

【0077】(12) 先進的サブ 0.5ミクロン半導体
技術により、高特性「低RC」多重レベル相互接続技術
が開示される。開示される構造体およびその製造法は多
数の重要な特徴、すなわち、(1)種々の金属装置(A
l、Cu、W、など)と両立可能である、(2)自由空
間中間レベル誘電体の利用、(3)標準的な半導体製造
工程と両立可能である、(4)機械的安定性が優れてい
る、および、(5)チップの密封パッケージ技術と両立
可能である、を有する。アルミニウムに基づく従来の相
互接続技術に比べて、この新規な相互接続技術は「R
C」遅延を6分の1にすることができる。開示される相
互接続技術により、低電力消費および高動作周波数とい
った主要なチップ特性の改善を提供する。この技術は、
自由空間誘電体を有する多重レベル相互接続体を製造す
る製造工程と、スケーリング可能技術とに基づく。
(12) Advanced sub-0.5 micron semiconductor technology discloses high performance "low RC" multilevel interconnect technology. The disclosed structure and its manufacturing method have a number of important features: (1) various metal devices (A).
l, Cu, W, etc.), (2) use of free-space intermediate-level dielectrics, (3) compatible with standard semiconductor manufacturing processes, (4) excellent mechanical stability And (5) compatible with the chip hermetic packaging technology. Compared to traditional aluminum-based interconnect technologies, this new interconnect technology
The "C" delay can be reduced by a factor of 6. The disclosed interconnect technology provides improvements in key chip characteristics such as low power consumption and high operating frequency. This technology
It is based on manufacturing processes for manufacturing multilevel interconnects with free space dielectrics, and scalable technology.

【0078】本出願は、メールダド M.モスレイ名の
1991年12月31日受付の名称「高特性集積回路のための先
進的低RC多重レベル相互接続技術」の出願シリアル番
号第07/816,456号の継続出願である。
This application is based on Maildard M. et al. Mosley name
It is a continuation application of application serial number 07 / 816,456 of the title "advanced low RC multi-level interconnection technology for high performance integrated circuits" which was accepted on December 31, 1991.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の処理工程段階により製造された代表的
半導体構造体の横断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention.

【図2】aは本発明の処理工程段階により製造された代
表的半導体構造体の横断面図。bは異なる金属相互接続
レベルを分離する六角形窒化物支持構造体の製造に用い
られる2つの重ね合わされた六角形マスク・パターンの
図。
FIG. 2a is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention. b is a diagram of two superimposed hexagonal mask patterns used in the fabrication of hexagonal nitride support structures that separate different metal interconnect levels.

【図3】本発明の処理工程段階により製造された代表的
半導体構造体の横断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured according to the process steps of the present invention.

【図4】本発明の処理工程段階により製造された代表的
半導体構造体の横断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention.

【図5】本発明の処理工程段階により製造された代表的
半導体構造体の横断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention.

【図6】本発明の処理工程段階により製造された代表的
半導体構造体の横断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention.

【図7】本発明の処理工程段階により製造された代表的
半導体構造体の横断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention.

【図8】本発明の処理工程段階により製造された代表的
半導体構造体の横断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured according to the process steps of the present invention.

【図9】本発明の処理工程段階により製造された代表的
半導体構造体の横断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention.

【図10】本発明の処理工程段階により作成された装置
構造体の横断面を表す概略図。
FIG. 10 is a schematic representation of a cross section of a device structure made by the process steps of the present invention.

【図11】本発明の処理工程段階により作成された装置
構造体の横断面を表す概略図。
FIG. 11 is a schematic representation of a cross section of a device structure made by the process steps of the present invention.

【図12】本発明の処理工程段階により製造された代表
的半導体構造体の横断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention.

【図13】本発明の処理工程段階により製造された代表
的半導体構造体の横断面図。
FIG. 13 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention.

【図14】本発明の処理工程段階により製造された代表
的半導体構造体の横断面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention.

【図15】本発明の処理工程段階により製造された代表
的半導体構造体の横断面図。
FIG. 15 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured according to the processing steps of the present invention.

【図16】本発明の処理工程段階により製造された代表
的半導体構造体の横断面図。
FIG. 16 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured according to the process steps of the present invention.

【図17】本発明の処理工程段階により製造された代表
的半導体構造体の横断面図。
FIG. 17 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention.

【図18】本発明の処理工程段階により製造された代表
的半導体構造体の横断面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention.

【図19】本発明の処理工程段階により製造された代表
的半導体構造体の横断面図。
FIG. 19 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured according to the processing steps of the present invention.

【図20】本発明の処理工程段階により製造された代表
的半導体構造体の横断面図。
FIG. 20 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured by the process steps of the present invention.

【図21】本発明の処理工程段階により製造された代表
的半導体構造体の横断面図。
FIG. 21 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured according to the processing steps of the present invention.

【図22】本発明の処理工程段階により製造された代表
的半導体構造体の横断面図。
FIG. 22 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured according to the processing steps of the present invention.

【図23】本発明の処理工程段階により製造された代表
的半導体構造体の横断面図。
FIG. 23 is a cross-sectional view of an exemplary semiconductor structure manufactured according to the processing steps of the present invention.

【図24】不活性化被覆層密封工程の前に、六角形窒化
物支持構造体の最上部の上に重ね合わされた窒化物また
は酸化窒化物の不活性化被覆層のための格子パターンの
平面図。
FIG. 24: Plane of a grid pattern for a nitride or oxynitride passivation overlay superimposed on top of a hexagonal nitride support structure prior to the passivation overlay sealing step. Fig.

【図25】不活性化被覆層密封工程の前に、六角形窒化
物支持構造体の最上部の上に重ね合わされた窒化物また
は酸化窒化物の不活性化被覆層のための格子パターンの
平面図。
FIG. 25: Plane of a lattice pattern for a nitride or oxynitride passivation overlay overlying the top of a hexagonal nitride support structure prior to the passivation overlay sealing step. Fig.

【符号の説明】 2 窒化シリコン 4 基板 6 酸化物誘導体 8 溝 9 ホール 10 接着体層 12 ブフンケット層[Explanation of Codes] 2 Silicon Nitride 4 Substrate 6 Oxide Derivative 8 Groove 9 Hole 10 Adhesive Layer 12 Bufunket Layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/06 9170−4M H01L 27/06 321 Z ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 27/06 9170-4M H01L 27/06 321 Z

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(イ) 導電体レベルの間で繰り返しパタ
ーンにより複数個の処理可能な誘電体島状体を作成する
段階と、(ロ) 前記島状体を機械的に支持するための
材料で取り囲む段階と、(ハ) 自由空間中間レベル誘
電体を作成するために、前記処分可能な誘電体島状体を
選択的に除去する段階および前記機械的支持構造体を残
す段階と、(ニ) 前記第1誘電体材料の逐次の層のお
のおのの前記パターンをずらせて予め定められた回数だ
け前記段階(イ)〜前記段階(ハ)を繰り返す段階と、
(ホ) 前記第1誘電体材料を選択的にエッチングして
除去する段階と、 を有する、基板の上に作成された集積回路の上に多重レ
ベル・メタライゼーション装置を形成するための構造体
と処理工程。
1. A step of forming a plurality of processable dielectric islands in a repeating pattern between conductor levels, and (b) a material for mechanically supporting the islands. And (c) selectively removing the disposable dielectric islands to create a free space intermediate level dielectric and leaving the mechanical support structure. ) Staggering the pattern of each successive layer of the first dielectric material and repeating steps (a)-(c) a predetermined number of times;
(E) selectively etching and removing the first dielectric material; and a structure for forming a multi-level metallization device on an integrated circuit fabricated on a substrate, Processing steps.
【請求項2】 誘電体材料により保持された金属層を有
する蜂の巣形構造体に隣接した複数個の活性装置を有
し、かつ、前記金属および誘電体材料が共に空気、窒
素、および真空を包含する群から選定された雰囲気の中
で密封される、多重レベル・メタライゼーション構造
体。
2. A plurality of active devices adjacent a honeycomb structure having a metal layer held by a dielectric material, the metal and dielectric materials both including air, nitrogen, and vacuum. A multi-level metallization structure that is hermetically sealed in a selected atmosphere.
JP5042983A 1992-03-03 1993-03-03 Low rc multiplexing level interconnection skill for high characteristic integrated circuit Pending JPH07235619A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/845,125 US5372969A (en) 1991-12-31 1992-03-03 Low-RC multi-level interconnect technology for high-performance integrated circuits
US845125 1992-03-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
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JP5042983A Pending JPH07235619A (en) 1992-03-03 1993-03-03 Low rc multiplexing level interconnection skill for high characteristic integrated circuit

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