KR100231965B1 - High performance interconnection system for an integrated circuit - Google Patents

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KR100231965B1
KR100231965B1 KR1019910019722A KR910019722A KR100231965B1 KR 100231965 B1 KR100231965 B1 KR 100231965B1 KR 1019910019722 A KR1019910019722 A KR 1019910019722A KR 910019722 A KR910019722 A KR 910019722A KR 100231965 B1 KR100231965 B1 KR 100231965B1
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Inventor
이. 토마스 마이클
디. 친 제프리
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클라크 3세 존 엠.
내셔널 세미콘덕터 코포레이션
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    • HELECTRICITY
    • 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

Abstract

반도체 집적 회로 디바이스는 전기 접점에서는 제외하고 남아있는 상호접속부분으로부터 구조상 각각 분리된 복수개의 상호 접속부분을 구비하는 고성능 상호접속구조를 포함한다. 한 실시예에서는, 각각의 상호접속부분이 유전체 재료층에 의해 실질적으로 에워싸이게하되, 각각 인접하게 에워싸는 유전체 재료층 사이에는 갭이 있게 한다. 또 다른 실시예에서는, 전기 도전재료층이 바람직하게는 인접하게 에워싸는 유전체 재료층 사이의 갭내에 충전되도록 상기 에워싸는 유전체층상에 형성되게 한다. 전기 도전재료층은 접지판 및 히트 싱크로서 작용한다.Semiconductor integrated circuit devices include a high performance interconnect structure having a plurality of interconnect portions each structurally separated from the remaining interconnect portions except for electrical contacts. In one embodiment, each interconnect portion is substantially surrounded by a layer of dielectric material, with a gap between each adjacent layer of dielectric material. In another embodiment, an electrically conductive material layer is preferably formed on the enclosed dielectric layer so as to fill in the gaps between adjacently enclosed dielectric material layers. The electrically conductive material layer acts as a ground plate and heat sink.

Description

집적 회로용 고성능 상호 접속 시스템High Performance Interconnect System for Integrated Circuits

제1도는 본 발명에 따른 디바이스를 제조하는 바람직한 방법의 제조 단계를 개략적으로 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing the manufacturing steps of a preferred method of manufacturing a device according to the invention.

제2도는 본 발명에 따라 동축 상호 접속라인을 형성시킨 것을 개략적으로 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view schematically illustrating the formation of a coaxial interconnect line in accordance with the present invention.

제3도는 본 발명에 따른 디바이스를 변형적으로 제조하는 바람직한 방법의 제조단계를 개략적으로 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view schematically showing the manufacturing steps of a preferred method of alternatively manufacturing a device according to the invention.

제4도는 본 발명에 따른 디바이스를 변형적으로 제조하는 바람직한 방법중에 개입되는 제조단계를 개략적으로 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing step involved in a preferred method of alternatively manufacturing a device according to the invention.

[발명의 분야][Field of Invention]

본 발명은 일반적으로 반도체 집적회로 디바이스에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 집적회로를 이루는 디바이스를 상호 접속시키는 시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention generally relates to semiconductor integrated circuit devices, and more particularly, to a system for interconnecting devices constituting integrated circuits.

[선행 기술의 설명][Description of Prior Art]

초 대규모 집적(Very Large Scaled Integrated; 이하“VLSI”라 한다)회로의 디바이스 집적도가 증가함에 따라, 상호 접속부분의 제조 및 기능성에 관련한 많은 문제점이 가중될 것이다. 이러한 경향은 어느 한 레벨상에서 금속의 경사도가 극적으로 감소되게 할 필요성뿐만 아니라 이러한 방식으로 정합된 경사 금속레벨의 수가 증가되게 할 필요성이 있다. 이러한 특징의 설계는 수만 내지 수십만개의 게이트를 지닌 게이트 어레이 및 메인 프레임 컴퓨터를 이루는 고속 바이폴라 및 MOS 논리 요소를 필요로 한다. 향후 10년내에는, 2마이크론에 근접하는 금속 경사도에 3 내지 4레벨의 고 집적 상호 접속부분을 지니는 것이 일반화될 것이다. 1평방 센티미터의 면적을 지니는 칩은 다이상에 모든 논리 요소를 효과적으로 사용하기 위해 수십 내지 수백미터의 상호접속부분을 잠정적으로 지닐 수 있다.As the device integration of Very Large Scaled Integrated (hereinafter referred to as "VLSI") circuits increases, many problems related to the fabrication and functionality of the interconnects will increase. This trend not only necessitates a dramatic decrease in the inclination of the metal on either level, but also a need to increase the number of inclined metal levels matched in this way. The design of this feature requires high speed bipolar and MOS logic elements to form a gate array and main frame computer with tens of thousands to hundreds of thousands of gates. In the next decade, it will be common to have three to four levels of highly integrated interconnects on metal gradients approaching 2 microns. A chip with an area of one square centimeter can potentially have tens to hundreds of meters of interconnects to effectively use all the logic elements on the die.

더욱 복잡한 문제점으로는, 이러한 전체 클록 사이클이 경우에 따라서 이러한 마이크로 웨이브 집적 회로에서 발생되는 기가 헤르쯔(gigahertz)범위로 양호하게 확장된다. 이는 이미 개발된 기술로 제조된 바이폴라 ECL 디바이스에 특히 해당될 것이다. 여러 경우에 있어 상호 접속부분을 따라 전파하는 신호 파장은, 현재 칩상의 인쇄 회로 기판 레벨이동에 관한 한 문제점인 고속 상호 접속 커플링을 만드는 다이의 에지 치수에 접근한다.In a more complex problem, this entire clock cycle is in some cases well extended to the gigahertz range generated in such microwave integrated circuits. This will be especially true for bipolar ECL devices made with already developed technology. In many cases, the signal wavelengths propagating along the interconnects approach the edge dimensions of the die, which makes high speed interconnect coupling a problem with current printed circuit board level shifts on a chip.

이러한 필요성은 여러 가지 상호 관련된 문제점을 야기시킨다. 예를들면, 상호 접속부분의 실제 단면은, 높이 대 폭의 비율이 증가되지 않는한 감소할 것이다. 전류 밀도의 일부를 등가적으로 감소시키지 않거나 물리적으로 보다 단단한 도체를 사용하지 않고서 금속 단면이 감소되게 하는 경우에는 전자 이동에 기인하는 고장의 가능성이 많아질 것이다. 또한, 동작시 이와같이 큰 디바이스에 의해 발생된 에너지의 열적(thermal)소산도 상호 접속부분의 전자 이동 차폐에 악영향을 줄 것이다. 이는 보다 효과적인 디바이스 냉각을 사용하지 않은 한 상호 접속부분의 높이가 정합된 경사 구조에서 증가되는 경우에는 동일 판에 있는 인접한 상호 접점 사이의 용량성 및 유도성 커플링도 증가한다. 이러한 커플링 영향은 집적회로 성능에 결정적인 증가된 시스템 잡음 및 다른 의사(擬似)전기 영향의 원인이 된다.This necessity raises several interrelated problems. For example, the actual cross section of the interconnect will decrease unless the ratio of height to width is increased. If the part of the current density is not reduced equivalently or if the metal cross section is reduced without using a physically rigid conductor, the probability of failure due to electron transfer will increase. In addition, the thermal dissipation of energy generated by such a large device in operation will also adversely affect the electron transfer shielding of the interconnects. This also increases capacitive and inductive coupling between adjacent interconnects in the same plate if the height of the interconnects is increased in the mated inclined structure unless more effective device cooling is used. This coupling effect causes increased system noise and other pseudo-electrical effects that are critical to integrated circuit performance.

또한, 디바이스 동작 속도가 증가함에 따라, 전체 회로 임피던스와, 적은 반사 전력을 사용하는 최적의 디바이스 효율을 위한 외부 전원의 임피던스와 정합시키는 것이 필요하다. 이는 VISL 마이크로웨이브 회로에 특히 해당된다. 또 다른 문제점은 상호 접속부분의 단면이 감소될 경우에 생긴다. 칩상의 상호 접속 이동 길이가 아주 긴(1센티미터 정도로)경우에 대신호가 감쇠하면 단위 길이당 저항은 증가한다.In addition, as the device operating speed increases, it is necessary to match the overall circuit impedance with the impedance of the external power supply for optimum device efficiency using less reflected power. This is especially true of VISL microwave circuits. Another problem arises when the cross section of the interconnect is reduced. If the length of the interconnect movement on the chip is very long (about 1 centimeter), the resistance per unit length increases as the large signal attenuates.

일반적으로, 단위 길이당 인덕턴스대 단위 길이당 캐패시턴스의 비율은 설계자 관점에서 볼 때 단지 총체적인 인덕턴스나 캐패시턴스보다 더 중요하다. 실제로, 이러한 비율은 상호 접속부분의 임피던스 특성은 결정한다. 이러한 상황을 기초로하면, 설계를 통해 실현된 L/C 비율에 의해 야기된 임피던스 오정합(mismatch)에 대하여 회로를 조정할 수 있는 것이 바람직하다. 이는, 예컨대 회로 임피던스와, 외계로부터 연결된 전원과 정합시키기 위해 스터브(stub)를 사용함으로써 행해질 수 있다. 그러나, 감쇠 및 누화의 문제점은 초고속 회로의 동작 제한에 계속해서 보다 중요한 역할을 하며 서로 다른 문제점으로서 해결되어야 한다.In general, the ratio of inductance per unit length to capacitance per unit length is more important from the designer's point of view than just the overall inductance or capacitance. In practice, this ratio determines the impedance characteristics of the interconnects. Based on this situation, it is desirable to be able to adjust the circuit to impedance mismatches caused by the L / C ratios realized through the design. This can be done, for example, by using a stub to match the circuit impedance with a power source connected from the outside world. However, the problems of attenuation and crosstalk continue to play a more important role in limiting the operation of ultrafast circuits and must be solved as different problems.

상기한 점을 고려해 보면, 낮은 저항 및 감쇠를 유지하기 위해 상호 접속 레벨의 높이/폭 비율을 수직적으로 증가시키며, 동축 차폐 해결 수단을 사용하여 상호 접속 부분사이에 바람직하지 않은 상호 커플링을 효과적으로 제거하고, 디바이스 제조방법의 최종 제조단계로서 칩상에서 스터브 조정 기술을 사용함으로써 디바이스와 전원과의 임피던트 특성을 정합시키는 것이 필요하다할 것이다.In view of the above, the height / width ratio of the interconnect level is vertically increased to maintain low resistance and attenuation, and coaxial shielding solutions are used to effectively eliminate undesirable interconnect coupling between interconnect parts. In addition, it will be necessary to match the impedance characteristics of the device and the power supply by using a stub adjustment technique on a chip as a final manufacturing step of the device manufacturing method.

지금까지 상기 기술 내용이 상호 접속시스템의 전기적인 필요성에 초점을 맞추었지만, 다른 물리적 제조 필요성을 인식하는 것이 필요하다. 디바이스 및 상호 접속 라인이 서로 접근이동함에 따라, 상호 접속 재료의 기계적 결함은 인접한 금속 라인 사이에 단락을 야기시킬 수 있다. 이러한 영향은 디바이스 고장 및 감소된 다이 산율(yield)을 제공한다. 힐로킹(hillocking)은 단락을 야기시킬 수 있는 기계적 결함이다. 이러한 현상은 실질적으로 서로 다른 열 팽창 계수를 지닌 지지 재료 및 상호 접속 부분사이에 존재하는 열생성에 의한 차동응력에 기인하여 생긴다. 상기 결함은 도체 표면으로터 돌출한 범프(bump)형태를 이루는 도체 재료의 무작위 국부 변형에 의해 나타난다. 어떤 경우에 있어서는, 이러한 범프는 결선가능한 인접 레벨을 서로 단락시키므로 해서 디바이스 고장을 초래하리 만큼 크다. 상호 접속 라인이 서로 밀접하게 이동해 있기 때문에, 그러한 변형은 인접한 상호 접속라인의 단락을 더욱 야기시키는 것처럼 인식될 수 있다. 이는, 특히 이러한 변형을 제한할 수 있는 밀봉 재료가 사용되지 않을 경우에 심각한 문제점이 될 수 있다.Although the foregoing description has focused on the electrical needs of interconnect systems, it is necessary to recognize other physical manufacturing needs. As the device and interconnect lines approach each other, mechanical defects in the interconnect material can cause short circuits between adjacent metal lines. This effect provides device failure and reduced die yield. Heallocking is a mechanical defect that can cause a short circuit. This phenomenon is caused by the differential stress due to heat generation present between the interconnecting portions and the supporting material having substantially different coefficients of thermal expansion. The defect is manifested by random local deformation of the conductor material in the form of a bump projecting from the conductor surface. In some cases, these bumps are large enough to cause device failure by shorting the connectable adjacent levels to each other. Since the interconnect lines move closely to each other, such a deformation can be recognized as causing further short circuits of adjacent interconnect lines. This can be a serious problem, especially when no sealing material is used that can limit this deformation.

따라서, 상호 접속라인사이에 원하지 않은 전기적 커플링이 최소화될 수 있는 상호 접속 시스템에 대한 필요성이 있다. 둘째로, 보다 큰 라인 단면적을 사용하여서 감쇠 손실이 인식될 수 없으며 전자 이동 영향이 방지됨으로써 상호 접속부분의 저항을 작게 유지할 필요성이 있다. 또한, 가능하다는 상호 접속부분을 사용함으로써 동작시 열 에너지를 큰 고전력 디바이스로부터 제거하는 보다 양호한 방법을 모색하는 것이 바람직하다. 마지막으로, 상기에 기술된 필요성을 만족시키는 것 이외에도 필요한 제조 단계 및 디바이스 동작 온도에도 보다 우수한 기계적 강도를 지니는 상호 접속 시스템에 대한 필요성이 있다.Thus, there is a need for an interconnect system in which unwanted electrical coupling between interconnect lines can be minimized. Second, there is a need to keep the resistance of the interconnect portion small by using a larger line cross-sectional area, where attenuation loss cannot be recognized and the effects of electron transfer are prevented. It is also desirable to seek a better way to remove thermal energy from large high power devices in operation by using interconnections as possible. Finally, in addition to meeting the needs described above, there is a need for interconnect systems with better mechanical strength in the required manufacturing steps and device operating temperatures.

[발명의 요약][Summary of invention]

그러므로, 본 발명의 제1목적은 고성능, 고속 상호 접속 시스템을 지니는 반도체 집적회로를 제공하는 것이다.It is therefore a first object of the present invention to provide a semiconductor integrated circuit having a high performance, high speed interconnect system.

본 발명의 제2목적은 동작시 열에너지를 디바이스로부터 추출하는데 사용될 수 있는 반도체 집적회로용 상호 접속 시스템을 제공하는 것이다.It is a second object of the present invention to provide an interconnect system for semiconductor integrated circuits that can be used to extract thermal energy from a device during operation.

본 발명의 제3목적은 동작시 열에너지를 디바이스로부터 추출하는데 사용될 수 있는 반도체 집적회로용 상호 접속 시스템을 제공하는 것이다.It is a third object of the present invention to provide an interconnect system for a semiconductor integrated circuit that can be used to extract thermal energy from a device during operation.

본 발명의 제4목적은 서로에 근접해 있는 상호 접속 라인사이에 원하지 않은 전기적 커플링을 감소시키는데 사용될 수 있는 반도체 집적회로용 상호 접속 시스템을 제공하는 것이다.It is a fourth object of the present invention to provide an interconnect system for a semiconductor integrated circuit that can be used to reduce unwanted electrical coupling between interconnect lines in close proximity to each other.

본 발명의 제5목적은 상호 접속 시스템이 동축라인을 이루는 반도체 집적 회로용 상호 접속 시스템을 제공하는 것이다.A fifth object of the present invention is to provide an interconnect system for a semiconductor integrated circuit in which the interconnect system forms a coaxial line.

본 발명의 제6목적은 반도체 집적회로의 임피던스 특성을 최적화할 수 있는 반도체 집적 회로용 상호 접속 시스템을 제공하는 것이다.A sixth object of the present invention is to provide an interconnect system for a semiconductor integrated circuit capable of optimizing impedance characteristics of the semiconductor integrated circuit.

본 발명의 제7목적은 보다 우수한 기계적 강도 및 힐록(hillock)저항을 나타내는 반도체 집적회로용 상호 접속 시스템을 제공하는 것이다.It is a seventh object of the present invention to provide an interconnect system for semiconductor integrated circuits which exhibits better mechanical strength and hillock resistance.

본 발명의 제8목적은 디바이스의 모든 상호 접속부분에 인접하게 공통접지판을 제공하는 반도체 집적 회로용 상호 접속 시스템을 제공하는 것이다.It is an eighth object of the present invention to provide an interconnect system for a semiconductor integrated circuit which provides a common ground plate adjacent to all interconnect portions of the device.

이하에서 알 수 있게될 이들 목적 및 다른 목적은 본 발명에 따라 여러 레벨의 금속 상호 접속부분의 부동층사이에 유전체로서 공기를 사용하는 집적회로의 상호 접속 시스템을 제공함으로써 달성된다. 그러한 시스템을 제조하는 한 바람직한 방법에 있어서는, 제1유전체 재료를 포함하는 제1유전체 층이 완성된 반도체 구조상에 형성되게 하며, 상기 완성된 반도체 구조는 이 반도체 구조내에 형성된 디바이스를 지닌다. 접촉 구멍은 제1에칭액을 사용하여 상기 제1유전체층에서 에칭되게 하여서 디바이스 접촉 영향이 노출되게 한다. 접촉 구멍은 금속 상호 접속층을 반도체 재료에 전기적으로 접속시키기 위한 관로(管路)로서 한정된다. 제1금속층은 상기 구조상에서 접촉구멍내에 형성되게하여 디바이스 접촉 영역과 접촉되게 한다. 그러한 연후에, 상기 금속층은 패턴되게 한 다음에 하부에 놓인 제1유전체층의 재료와 실질적으로 반응되지 않게 하는 제2에칭을 사용하여 에칭되게하여서 제1레벨의 상호 접속 부분이 형성되게 한다. 제2유전체 재료를 포함하는 제2유전체 층은 상기 제1레벨의 상호 접속부분상에 형성되게 한다. 그러한 연후에, 상기 제2유전체의 상부표면은 평탄화되게 한다.These and other objects, as will be seen below, are achieved in accordance with the present invention by providing an interconnection system for integrated circuits using air as the dielectric between the passivation layers of the metal interconnects at various levels. In one preferred method of manufacturing such a system, a first dielectric layer comprising a first dielectric material is formed on a completed semiconductor structure, the completed semiconductor structure having a device formed within the semiconductor structure. Contact holes are etched in the first dielectric layer using a first etchant to expose device contact effects. The contact hole is defined as a conduit for electrically connecting the metal interconnect layer to the semiconductor material. The first metal layer is formed in the contact hole on the structure so as to be in contact with the device contact area. After such extension, the metal layer is patterned and then etched using a second etch that is substantially unreacted with the material of the underlying first dielectric layer to form a first level interconnect portion. A second dielectric layer comprising a second dielectric material is formed on the first level interconnection portion. After such extension, the upper surface of the second dielectric is made flat.

바이어(via)구멍은 상기 제2유전체 재료와 반응하지만 하부에 놓인 금속과 실질적으로 반응하지 않는 제3에칭액을 사용하여 상기 제2유전체 층내에 개구(open)되게 한다. 바이어 구멍은 2개의 상호 접속레벨을 전기적으로 접속시키기 위한 관로로서 한정된다. 그러한 연후에, 제2금속 레벨은 상기 제2유전체 층상에서 바이어 구멍내에 형성되게 하여 제1상호 접속 레벨에 대한 직접적인 전기적 접점을 만들어낸다. 그리고나서, 상기 제2금속층은 패턴되게 한다음에 제2에칭액을 사용하여 에칭되게 하여서 제2상호접속 레벨이 형성되게 한다. 제2상호 접속레벨이 상호 접속 시스템을 완성하는데 필요한 경우에만 이러한 싯점에서 상호 접속 제조단계가 중단될 수 있다. 제3또는 그 이상의 상호 접속 레벨이 필요한 경우에는 제3유전체 층이 상기 제2상호 접속 레벨상에 형성되게 하며, 상기 제3유전체 층은 차후의 바이어 구멍 형성, 금속 데포지션 및 패턴닝에 대해 상기 제2유전체 층에서 사용된 동일한 재료인 것이 전형적이다. 이러한 제조 단계는 필요한 상호 접속 레벨 수를 지니는 여러 레벨의 상호 접속구조를 생성하기 위해 반복된다.Via holes are opened in the second dielectric layer using a third etchant that reacts with the second dielectric material but does not substantially react with the underlying metal. The via hole is defined as a conduit for electrically connecting two interconnect levels. After such extension, a second metal level is formed in the via hole on the second dielectric layer, creating a direct electrical contact to the first interconnect level. The second metal layer is then patterned and then etched using a second etching solution to form a second interconnect level. Only at this point can the interconnect fabrication step be interrupted if a second interconnect level is necessary to complete the interconnect system. If a third or more interconnect level is required, a third dielectric layer is formed on the second interconnect level, the third dielectric layer being used for subsequent via hole formation, metal deposition and patterning. It is typically the same material used in the second dielectric layer. This manufacturing step is repeated to create several levels of interconnect structure with the required number of interconnect levels.

상호 접속부분의 제조단계가 완성되어진 다음에는, 이 완성된 디바이스 구조가 제2유전체 재료와 반응하지만 상호 접점용으로 사용된 제1유전체 재료 또는 금속과 반응하지 않는 제3에칭액에 놓여지게 한다. 결과적으로, 제2유전체 재료 모두는 여러 레벨 상호 접속 구조를 이룬 상호 접속부분 주위로부터 제거되어서 비어진 상태로 지지된 상호 접속라인을, 이 상호 접속라인 사이의 공기 갭으로 되게 한다.After the fabrication steps of the interconnect portions have been completed, this completed device structure is placed in a third etchant that reacts with the second dielectric material but does not react with the first dielectric material or metal used for the interconnect. As a result, all of the second dielectric material is removed from around the interconnects forming the multilevel interconnect structure, leaving the interconnected lines supported empty to the air gap between these interconnect lines.

필요하다면, 동축 상호 접속라인을 포함하는 전체적으로 분리된 상호 접속구조는 유전체가 상호 접속라인 사이에 내재하는 갭을 충전시키지 않고서도 비어진 상태로 지지된 라인 주위에 데포지트되는 화학적 증착 시스템내에 상기 구조를 놓아둠으로써 형성되게 한다. 상기 제조단계는 이때 정지될 수 있으므로 두꺼운 유전체에 의해 축성된 라인 사이에 매우 작은 공기 갭이 남게 된다. 이러한 구조는, 설계상 필요할 경우, 상호 접속부분의 전체 캐패시턴스를 매우 감소시키며 상기 상호 접속부분의 임피던스 특성을 증가시킨다. 그러나, 라인 사이의 누화가 여전히 있을 수 있다. 그러한 누화는, 바람직하게는 화학적 증착(CVD)법에 의해 유전체가 피복된 상호 접속 라인 사이의 갭내에 금속을 데포지트함으로써 총체적으로 분리된 상호 접속구조 주위에서 접지판 및 히트 싱크(heat sink)로서 작용하는 이어진 금속 밀봉물을 형성하는 본 발명의 구조에 의해 최소화된다.If desired, an entirely separate interconnect structure including coaxial interconnect lines may be provided in a chemical vapor deposition system in which a dielectric is deposited around the supported line in an empty state without filling the gaps inherent between the interconnect lines. It is formed by leaving the structure. The manufacturing step can be stopped at this time, leaving a very small air gap between the lines built up by the thick dielectric. Such a structure greatly reduces the overall capacitance of the interconnect and, if necessary by design, increases the impedance characteristics of the interconnect. However, there may still be crosstalk between lines. Such crosstalk is preferably caused by a ground plate and heat sink around the totally separated interconnect structure by depositing a metal in the gap between the dielectric coated interconnect lines by chemical vapor deposition (CVD). Minimized by the structure of the present invention to form a continuous metal seal that acts as a.

본 발명의 변형실시예에서는, 제1금속층이 상기 구조상에 형성되며 상기 기술된 절차에 따라 형성되어진 접촉 구멍내에 형성되고, 상기 제1금속층은 상기 접촉구멍에 의해 노출된 디바이스 접촉 영역과 접촉되게 한다. 그리고나서, 제2금속층은 상기 제1금속층상에 데포지트되게 한다. 이때, 상기 제2금속층은 패턴되게 한 다음에 하부에 놓인 제1금속층과 실질적으로 반응하지 않은 제2에칭액을 사용하여 에칭되게 하여서 상기 구조 상에 미리 결정된 위치에 배치된 복수개의 포스트(post)를 포함하는 제1포스트 어레이가 형성되게 한다. 그러한 연후에, 상기 제1금속층은 패턴되게 한 다음에 상기 제2금속층 및 상기 하부에 놓인 제1유전체 재료와 실질적으로 반응하지 않는 제3에칭액을 사용하여 에칭되게 하여서 제1레벨의 상호 접속부분이 형성되게 한다.In a variant embodiment of the invention, a first metal layer is formed in the contact hole formed on the structure and formed according to the above-described procedure, wherein the first metal layer is brought into contact with the device contact area exposed by the contact hole. . Then, the second metal layer is deposited on the first metal layer. At this time, the second metal layer is patterned and then etched using a second etching solution that has not substantially reacted with the underlying first metal layer to form a plurality of posts disposed at predetermined positions on the structure. Allow a first post array to be formed. After such extension, the first metal layer is patterned and then etched using a third etchant that does not substantially react with the second metal layer and the underlying first dielectric material so that the interconnection of the first level is formed. To form.

두꺼운 제2유전체층은 상기 제1포스트 어레이를 이루는 포스트, 제1레벨의 상호 접속부분, 및 제1유전체층상에 형성되게 한다. 상기 구조의 하부표면은, 예를들면 상기 제2유전체 층상에 제3유전체 층을 형성함으로써 평탄화된다. 그러한 다음에, 상기 제3 및 제2유전체층은 제3에칭액을 사용하여 에치백(etch back)되게 하여서 상기 포스트의 상부가 노출되게 한다. 그리고나서, 제3 및 제4금속층은 상기 제2유전체층의 실질적으로 평탄한 상부 표면상에 데포지트되게하여 노출된 포스트 상부와 접촉되게 한다. 이때, 상기 제3 및 제4금속층은 상기 기술된 절차에 따라 제2상호 접속 레벨 및 제2포스트 어레이 내에 각각 형성되게 한다. 이러한 절차는 다수개의 상호 접속 레벨을 생성하기 위해 반복될 수 있다. 그리하여, 상기 상호 접속라인 사이의 절연층이 상기 기술된 바와같이 제거되게 한다. 그러한 다음에, 동축 상호 접속 라인은 또한 상기 기술된 절차에 따라 제조될 수 있다.A thick second dielectric layer is formed on the posts, first level interconnects, and first dielectric layers that make up the first post array. The lower surface of the structure is planarized, for example, by forming a third dielectric layer on the second dielectric layer. The third and second dielectric layers are then etched back using a third etchant to expose the top of the post. Then, the third and fourth metal layers are deposited on the substantially flat top surface of the second dielectric layer to be in contact with the exposed post top. At this time, the third and fourth metal layers are formed in the second interconnect level and the second post array, respectively, according to the procedure described above. This procedure may be repeated to create multiple interconnect levels. Thus, the insulating layer between the interconnect lines is removed as described above. Then, the coaxial interconnect line can also be manufactured according to the procedure described above.

본 발명은, 또다른 실시예에서는, 접촉 구멍이 상기 기술된 바와같이 제1유전체 층내에 형성되게 한다. 그러한 연후에, 상기 접촉구멍은 화학적 증착법을 사용하여 제1금속으로 선택적으로 충전되게 할 수 있는데, 이는 상기 접촉 구멍의 상부 금속 표면을 제1유전체 표면의 상부와 평탄하게 한다. 이러한 제조 단계는 플러그(plug)접촉 기술로 일컬어지고 있으며 선택적으로 데포지트된 재료는 플러그라고 일컬어지고 있다. 상기 플러그는 접촉 구멍에 의해 노출된 디바이스 접촉 영역과 접촉되게 한다. 그리고나서, 제2금속층은 상기 제1유전층상에 형성되게 하여 상기 플러그의 상부 표면과 접촉되게 한다. 이때, 상기 제2금속층은 패턴되게 한 다음에 상기 플러그 및 상기 하부에 놓인 유전체를 형성하는 제1금속층과 실질적으로 반응하지 않는 제2에칭액을 사용하여 에칭되게하여서 제1레벨의 상호 접속부분이 형성되게 한다. 제2유전체 재료는 상기 제1레벨의 상호 접속부분 상에 형성되게 한다. 그러한 연후에, 상기 상호 접속부분의 상부 표면이 평탄화되게 한다.The present invention, in another embodiment, allows contact holes to be formed in the first dielectric layer as described above. After such opening, the contact hole can be selectively filled with the first metal using chemical vapor deposition, which makes the upper metal surface of the contact hole flat with the top of the first dielectric surface. This manufacturing step is referred to as plug contact technology, and optionally deposited material is referred to as plug. The plug makes contact with the device contact area exposed by the contact hole. A second metal layer is then formed on the first dielectric layer to make contact with the top surface of the plug. The second metal layer is then patterned and then etched using a second etchant that does not substantially react with the first metal layer forming the plug and the underlying dielectric to form a first level interconnection portion. To be. A second dielectric material is made to form on the interconnection portion of the first level. After such extension, the top surface of the interconnect is made flat.

바이어는, 상기 제2유전체 재료와 반응하지만 상기 하부에 놓인 제2금속층이나 상기 제1유전체층의 재료와 실질적으로 반응하지 않는 제3에칭액을 사용하여 제2유전체 층내에 개구되게 한다. 제1금속층을 포함하는 제2플러그어레이는, 데포지트된 포스트의 상부표면이 상기 제2유전체층의 상부 표면과 실질적으로 같은 높이로 평탄화될 때까지 상기 제1금속층을 바이어내로 선택적으로 데포지트시킴으로써 제2유전체층의 바이어구멍내에 형성되게 한다. 그러한 연후에, 제2금속층은 상기 제2유전체 층상에 형성되게 하여 제2의 플러그화된 바이어 어레이의 포스트 상부 표면과 접촉되게 한다. 이때, 상기 제2금속은 패턴되게 한 다음에, 상기 제2에칭액을 사용하여 에칭되게 하여서 제2레벨의 상호 접속부분이 형성되게 한다. 이러한 절차는 상호 접속레벨의 필요한 수만큼 지니는 여러 레벨의 상호 접속구조를 생성하도록 반복되게 할 수 있다. 그러한 연후에, 상호 접속라인 사이의 절연층은 상기 기술된 바와같이 제거되게 한다. 그리하여, 동축 상호 접속라인은 또한 상기에 기술된 절차에 따라 제조될 수 있다.The via is opened in the second dielectric layer using a third etchant that reacts with the second dielectric material but does not substantially react with the underlying second metal layer or the material of the first dielectric layer. The second plug array comprising a first metal layer selectively deposits the first metal layer into the via until the top surface of the deposited post is planarized to substantially the same height as the top surface of the second dielectric layer. To be formed in the via hole of the second dielectric layer. After such extension, a second metal layer is formed on the second dielectric layer to make contact with the post top surface of the second plugged via array. The second metal is then patterned and then etched using the second etch solution to form interconnections of a second level. This procedure can be repeated to create several levels of interconnect structure with the required number of interconnect levels. After that, the insulating layer between the interconnect lines is allowed to be removed as described above. Thus, the coaxial interconnect line can also be manufactured according to the procedure described above.

변형적으로는, 상호 접속 레벨이 포스트 또는 플러그화된 바이어 어레이를 형성하도록 사용된 것과 같은 금속층인 제1금속층을 사용하여 형성되게 할 수 있다. 이러한 경우에는, 제1금속층이 하부에 놓인 포스트 또는 플러그상에 캡(cap)또는 네스트(nest)를 형성하여 그들의 에칭을 방지하는 상호 접속부분으로 패턴되게 한다. 그러한 연후에, 상기 패턴된 제1금속층은 하부에 놓인 유전체층과 실질적으로 반응하지 않는 에칭액을 사용하여 에칭되게 하여서 상호접속 부분이 형성되게 한다.Alternatively, the interconnect level can be made using a first metal layer, which is the same metal layer used to form the post or plugged via array. In this case, the first metal layer is patterned into interconnects that form caps or nests on the underlying posts or plugs to prevent their etching. After that, the patterned first metal layer is etched using an etchant that does not substantially react with the underlying dielectric layer, thereby forming interconnect portions.

또 다른 바람직한 변형 실시예에서는, 상호 접속부분이 2개의 알루미늄-실리콘 재료층사이에 샌드위치형태를 이룬 적어도 하나의 티타늄 층을 포함하는 샌드위치 구조로 형성되게 할 수 있다. 상기 제1알루미늄-실리콘층은 하부에 놓인 유전체층상에 형성되게 하여 하부에 놓인 포스트 어레이의 상부 표면과 접촉되게 한다. 상부의 알루미늄-실리콘 층은 보호용 텅스텐층에 의해 피복되게 하는 것이 바람직하다. 그리고나서, 이러한 샌드위치 구조는 패턴되게 한 다음에 하부에 놓인 포스트 금속 및 유전체층과 실질적으로 반응하지 않은 에칭액을 사용하여 에칭되게 하여서 상호 접속부분이 형성되게 한다. 상기 하부에 놓인 포스트 금속과 반응하는 에칭액이 사용되는 경우에, 캡 또는 네스트가 상기 상호접속 부분으로 패턴되게하여 상기 하부에 놓인 금속층의 에칭이 방지되게 한다.In another preferred variant, the interconnect can be formed into a sandwich structure comprising at least one titanium layer sandwiched between two layers of aluminum-silicon material. The first aluminum-silicon layer is formed on the underlying dielectric layer to make contact with the top surface of the underlying post array. The upper aluminum-silicon layer is preferably covered by a protective tungsten layer. This sandwich structure is then patterned and then etched using an etchant that has not substantially reacted with the underlying post metal and dielectric layers to form interconnects. When an etchant is used that reacts with the underlying post metal, a cap or nest is patterned into the interconnect portion to prevent etching of the underlying metal layer.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점은 이하의 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명, 첨부된 특허청구의 범위 및 도면으로부터 보다 완벽하게 알 수 있을 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become more fully apparent from the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, the appended claims and the drawings.

[본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명]Detailed Description of the Preferred Embodiments of the Invention

본 발명의 특수 형태가 첨부된 도면에 예시된 것으로 선택되었고 이하의 설명이 본 발명의 이러한 형태를 설명하기 위해 특정 용어로 기재되어 있지만, 이러한 기술 내용은 첨부된 특허청구의 범위로 한정된 본 발명의 범위를 제한하고자 의도된 것이 아니다.Although specific forms of the invention have been chosen to be illustrated in the accompanying drawings and the following description is set forth in certain terms to describe such aspects of the invention, these descriptions are intended to limit the scope of the invention as defined by the appended claims. It is not intended to limit the scope.

지금부터 제1도를 참조하되, 특히 제1(a)도를 참조하면, 트랜지스터 및 다이오드와 같은 디바이스가 형성되어진 실리콘 기판을 포함하는 완성된 반도체 구조(10)가 개략적인 단면 형태로 도시되어 있다. 그러한 디바이스는 개략적으로 도시되어 있으며 참조번호(12)로 식별된다. 상기 완성된 반도체(10)상에는 제1유전체 층(14)이 형성되게 한다. 바람직한 실시예에서는, 유전체층(14)이 낮은 압력의 화학적 증착공정(LPCVD)시에 형성된 이산화 실리콘을 포함한다. HiH4+PH3+O2의 반응 혼합물은 2000Å 내지 6000Å의 글라스(glass)두께를 생성하는데 사용된다. 제1에칭액(차후에 기술됨)에 영향을 받지않는 에치 스톱(etch stop)유전체층(16)은 상기 제1유전체층(14)상에 형성되게 한다. 바람직한 실시예에서는, 상기 에지 스톱 유전체층(16)이 질화 실리콘을 포함하는데, 이는 희석되거나 버퍼(buffer)된 불화수소(HF)용액을 포함하는 제1에칭액에 실질적으로 영향을 받지 않는다. 상기 에지 스톱 유전체 층(16)은 낮은 압력의 화학적 증착법에 의해 대략 4000Å의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 층은 추후에 기술되는 바와같이 자유공간내에 다른 금속 레벨을 일부 차폐시키는데 사용되는 장기간 노출의 습식 에칭시 제1금속층을 기판에 양호하게 부착되게 한다.Referring now to FIG. 1, in particular to FIG. 1 (a), there is shown in schematic cross-sectional form a completed semiconductor structure 10 comprising a silicon substrate on which devices such as transistors and diodes are formed. . Such a device is shown schematically and identified by reference numeral 12. The first dielectric layer 14 is formed on the completed semiconductor 10. In a preferred embodiment, dielectric layer 14 comprises silicon dioxide formed during a low pressure chemical vapor deposition process (LPCVD). The reaction mixture of HiH 4 + PH 3 + O 2 is used to produce a glass thickness of 2000 kPa to 6000 kPa. An etch stop dielectric layer 16 unaffected by the first etchant (described later) is allowed to form on the first dielectric layer 14. In a preferred embodiment, the edge stop dielectric layer 16 comprises silicon nitride, which is substantially unaffected by the first etchant comprising dilute or buffered hydrogen fluoride (HF) solution. The edge stop dielectric layer 16 is preferably formed to a thickness of approximately 4000 kPa by low pressure chemical vapor deposition. This layer allows the first metal layer to adhere well to the substrate during wet etching of long exposures used to partially shield other metal levels in free space, as described later.

지금부터 제1(b)도를 참조하면, 접촉구멍(18)은 디바이스 용역(12)에 대한 미리 결정된 공간 관계가 있도록 에치 스톱 유전체층(16) 및 제1유전체층(14)내로 에칭되게 하여 관련된 하부에 놓인 영역(12)에 접촉영역이 노출되게 한다. 바람직한 실시예에서는, 상기 구멍(18)은 제2에칭액, 바람직하게는 CHF3및 산소로 처리하는 플라즈마 RIE 공정을 사용하여 에칭되게 한다. 바람직한 실시예에서는, 제1의 전기 도전성 부착층(20)이 디바이스 접촉 영역과 접촉되게 하도록 기판상에 형성되고 접촉 구멍(18)내에 형성되게 한다. 제1부착층(20)은 물리적 증착(PVD)법이나 스퍼터링법에 의해 형성되게 하며 반도체 구조(10)에 대한 양호한 접촉 및 부착을 제공하는 얇은(50 내지 100Å)티타늄층을 포함한다. 이러한 층의 용도는 텅스텐과 같은 고온 상호 접속부분에 적용될 수 있으며 추후에 기술될 그보다 낮은 온도의 구조에 대하여는 반드시 필요하지 않다. 이러한 층은 고온 처리후에 부분적으로 합체되게하여 유전체에 양호하게 부착되게 한다. 텅스텐을 양호하게 부착하는 공정이 사용되는 경우에는 티타늄 부착층을 제거하는 것이 가능하다는 점에 유의하여야 한다. 제1의 전기 도전성 장벽층(22)은 제1부착층(20)상에 형성되게 한다. 상기 제1장벽층(22)은 예컨대 70%Ar(g)+30%N2(g)의 반응 환경에서 탄탈을 대략 500Å의 두께로 스퍼터링함으로써 형성된 질화 탄탈(TaN)을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 변형 실시예에서는, 상기 장벽층(22)은 Zr 및 B의 반응 데포지션에 의해 형성된 붕화 지르코늄(ZrB2)을 포함한다. 바람직한 실시예에서는, 제1금속층(24)은 화학적 증착(CVD)법에 의해 대략 0.75마이크론의 두께로 형성된 텅스텐을 포함한다.Referring now to FIG. 1 (b), the contact holes 18 are etched into the etch stop dielectric layer 16 and the first dielectric layer 14 such that there is a predetermined spatial relationship for the device service 12. The contact area is exposed to the area 12 lying in the. In a preferred embodiment, the hole 18 is etched using a plasma RIE process which is treated with a second etchant, preferably CHF 3 and oxygen. In a preferred embodiment, the first electrically conductive adhesion layer 20 is formed on the substrate to be in contact with the device contact region and in the contact hole 18. The first adhesion layer 20 includes a thin (50-100 μs) titanium layer that is formed by physical vapor deposition (PVD) or sputtering and provides good contact and adhesion to the semiconductor structure 10. The use of such layers can be applied to high temperature interconnects such as tungsten and is not necessary for lower temperature structures, which will be described later. This layer is allowed to partially coalesce after high temperature treatment to ensure good adhesion to the dielectric. It should be noted that it is possible to remove the titanium adhesion layer when a process for good adhesion of tungsten is used. The first electrically conductive barrier layer 22 is formed on the first adhesion layer 20. The first barrier layer 22 preferably comprises tantalum nitride (TaN) formed by sputtering tantalum to a thickness of approximately 500 kPa, for example in a reaction environment of 70% Ar (g) + 30% N 2 (g). In a preferred variant, the barrier layer 22 comprises zirconium boride (ZrB 2 ) formed by the reaction deposition of Zr and B. In a preferred embodiment, the first metal layer 24 comprises tungsten formed to a thickness of approximately 0.75 microns by chemical vapor deposition (CVD).

제1금속층(24)은 미리 결정된 제1레벨의 상호 접속 패턴에 따라 포토레지스트로 패턴되게 한 다음, SF6이 바람직한 제3에칭액으로 처리하는 플라즈마 RIE 공정을 사용하여 이방성으로 에칭되게하여 제1(d)도에 도시된 바와같이 에치 스톱 유전체층(16)에서 스톱시킨다. 상기 제3에칭액(SF6)은 부착, 장벽 및 제1금속층(20, 22, 24)의 재료와 각각 반응하지만, 상기 에치 스톱 유전체층(16)을 보다 느리게 침식시킨다. 그러나, 침식이 생길 수 있더라도 유전체층(16)은 충분히 두꺼우므로 그러한 침식은 상기 층(16)이 과도에칭후에도 계속 평평하게 될 정도로 느리다. 이때, 제1레벨의 상호 접속부분(26)이 형성되게 하고 제1유전체층(14)을 포함하는 이산화 실리콘 재료의 모든 표면은 에지 스톱층 유전체(16)나 접촉구멍(18)의 재료에 의해 피복되게 한다.The first metal layer 24 is patterned with a photoresist according to a predetermined first level interconnection pattern, and then SF 6 is anisotropically etched using a plasma RIE process in which a third etchant is desired. d) stop at etch stop dielectric layer 16 as shown in FIG. The third etchant SF 6 reacts with the adhesion, barrier, and materials of the first metal layers 20, 22, 24, respectively, but erodes the etch stop dielectric layer 16 more slowly. However, even if erosion may occur, the dielectric layer 16 is thick enough so that erosion is slow enough that the layer 16 will continue to flatten after overetching. At this time, all surfaces of the silicon dioxide material including the first dielectric layer 14 and the interconnect portion 26 of the first level are formed by the material of the edge stop layer dielectric 16 or the contact hole 18. To be.

그러한 연후에, 제1(d)도의 구조는 제1(e)도에 도시된 바와같이 제1보호용 유전체층(28)으로 피복되게 한다. 바람직한 실시예에서는, 상기 제1보호용 유전체층(28)은 대략 500Å의 두께를 지니므로해서 상부에 놓인 유전체층(30)의 형성시 하부에 놓인 텅스텐을 산화처리로부터 보호하도록 스퍼터링된 얇은 수정층이다. 제2유전체 층(30)은 SiH4+PH3+GeH4+O2의 혼합물로부터 대기에 의한 CVD법으로 데포지트함으로써 상기 보호용 유전체층(28)상에 형성되는 게르마노포스포실리케이트와 같은 1마이크론 두께의 리플로(reflow)글라스막을 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 방식으로 형성된 후에는, 상기 글라스가 실질적으로 평탄한 상부표면을 형성하도록 950℃에서 리플로된다. 850℃에서 리플로되는 보로포스 포실리게이트 글라스와 같이 낮은 리플로 온도로 처리되는 다른 글라스도 역시 사용될 수 있다. 높은 온도의 리플로 평탄화 단계가 허용될 수 없는 공정에 있어서는, 변형예로서 낮은 온도의 산화물 및 에치 백 평탄화 단계가 사용될 수 있다. 그러한 변형예는 본원에 기술됨과 아울러 본원에 특허청구된 방법에는 평탄한 유전체의 생성이 필요하면 언제든지 사용될 수 있으므로, 본 발명의 범위 및 사상에 속하는 것으로 간주된다. 이러한 시스템은 접촉 영역의 실리콘 영역에 안정성을 주는데, 그 이유는 TaN 장벽층(22)이 이러한 영역으로부터 실리콘 및 도우펀트 확산을 억제시키기 때문이다.After that, the structure of FIG. 1 (d) is covered with the first protective dielectric layer 28 as shown in FIG. 1 (e). In a preferred embodiment, the first protective dielectric layer 28 is a thin crystal layer sputtered to protect the underlying tungsten from oxidation during formation of the dielectric layer 30 overlying it, having a thickness of approximately 500 microns. The second dielectric layer 30 is formed of 1, such as germanophosphosilicate, formed on the protective dielectric layer 28 by depositing from a mixture of SiH 4 + PH 3 + GeH 4 + O 2 by atmospheric CVD. It is desirable to include a reflow glass film of micron thickness. After formed in that way, the glass is reflowed at 950 ° C. to form a substantially flat upper surface. Other glasses treated with low reflow temperatures may also be used, such as Borofoss posigate glass that reflows at 850 ° C. In processes where a high temperature reflow planarization step is unacceptable, a low temperature oxide and etch back planarization step may be used as a variant. Such modifications are deemed to be within the scope and spirit of the present invention as described herein and may be used whenever the method claimed herein requires the creation of a flat dielectric. Such a system gives stability to the silicon region of the contact region because the TaN barrier layer 22 inhibits silicon and dopant diffusion from this region.

제1(f)도에 도시된 바와같이, 바이어(32)는, 바람직하게는 포토리도그래피 기술을 사용하여 에치 마스크를 한정하도록 평탄화된 유전체층(30)내에 개구되게 한 다음, CHF3및 산소로 처리되는 플라즈마 RIE 법을 사용하여 상기 개구부분이 에칭되게 한다. 상기 바이어 개구부분(32)은 하부에 놓인 제1레벨의 상호 접점(26)에 대한 공간 관계가 있도록 형성되게 함으로써 상호접점(26)상에 미리 결정된 접촉 영역이 노출되게 한다. 제1레벨의 상호접점(26)의 텅스텐 금속화 처리가 안정화된 산화물을 형성시키지 않기 때문에, 이는 금속을 데포지트하기 전에 물:과산화물(H2O:H2O2)의 희석용액(예컨대 100:1)내에 적셔지게 담겨놓을 수 있다. 이는 접촉부분의 신뢰성을 실질적으로 향상시키는데, 그 이유는 금속층사이에 양호한 전기적 상호 접속을 억제하는 안정화된 산화물이 아니기 때문이다.As shown in FIG. 1 (f), the via 32 is opened in the planarized dielectric layer 30, preferably using photolithographic techniques to define an etch mask, and then with CHF 3 and oxygen The opening portion is etched using the plasma RIE method to be treated. The via opening 32 is formed such that there is a spatial relationship to the underlying first-level interconnect 26, thereby exposing a predetermined contact area on the interconnect 26. Since the tungsten metallization treatment of the first level interconnect 26 does not form a stabilized oxide, it is necessary to dilute a solution of water: peroxide (H 2 O: H 2 O 2 ) (e.g., before depositing the metal). Can be soaked in 100: 1). This substantially improves the reliability of the contact, since it is not a stabilized oxide that inhibits good electrical interconnection between metal layers.

제1(g)도에 도시된 바와같이, 제2의 부착층(34)의 제2유전체층(30)상에서 바이어 개구부분(32)내에 데포지트되게하여 제1레벨의 상호 접속레벨상에 있는 접촉 영역과 접촉되게 한다. 바람직한 실시예에서는, 제2부착층(34)은 물리적 증착(PVD)법에 의해 50 내지 100Å 정도의 두께로 형성되어진 티타늄을 포함한다. 그리고나서, 제2금속층(36)은 상기 제2부착층(34)상에 데포지트되게 한다. 상기 제2금속층(36)은 화학적 증착(CVD)법에 의해 대략 7500Å의 두께로 형성된 텅스텐을 포함하는 것이 바람직하다. 다시, 텅스텐을 양호하게 부착하는 텅스텐을 포함하는 것이 바람직하다. 다시, 텅스텐을 양호하게 부착하는 공정이 사용되는 경우에는 상기 텅스텐 부착층(34)을 제거하는 것이 가능하다는 점에 유념해야 한다. 상기 바이어 개구부분(32)은 접점을 충전시키기 위해 추후에 기술되는 방법을 사용하여 금속으로 충전될 수 있다.As shown in FIG. 1 (g), deposits are made in the via opening 32 on the second dielectric layer 30 of the second adhesion layer 34 and are on the first level of interconnection level. Make contact with the contact area. In a preferred embodiment, the second adhesion layer 34 includes titanium, which is formed to a thickness of about 50 to about 100 mm by physical vapor deposition (PVD). Then, the second metal layer 36 is deposited on the second adhesion layer 34. The second metal layer 36 preferably includes tungsten formed to a thickness of about 7500 kPa by chemical vapor deposition (CVD). Again, it is preferable to include tungsten that adheres tungsten well. Again, it should be noted that when the process of attaching tungsten well is used, it is possible to remove the tungsten adhesion layer 34. The via opening 32 can be filled with metal using the method described later to fill the contacts.

그러한 연후에, 제2금속층(36) 및 하부에 놓인 제2부착층(34)은 포토리더그래피 마스킹 기술을 사용하여 패턴되게 한 다음, SF6로 처리되는 플라즈마 RIE법을 사용하여 에칭되게 하여서 제1(h)도에 도시된 바와 같이 제2레벨의 상호 접속부분(38)이 형성되게 한다. 그리고나서, 이러한 구조는 제1(i)도에 도시된 바와같이 제2의 보호용 유전체층(40) 및 제3의 유전체층(42)으로 피복되게 한다. 상기 제2의 보호용 유전체층(40)은 대략 500Å의 두께를 지니므로해서 상부에 놓인 제3의 유전체층(42)의 데포지션시 하부에 놓인 텅스텐 재료를 산화처리로부터 보호하도록 스퍼터링된 얇은 수정층인 것이 바람직하다. 제3의 유전체층(42)은 SiH4+PH3+GeH4+O2의 대기에 의한 CVD법에 의해 형성된 게르마노포스포실리케이트와 같은 대략 1.2μm 두께의 리플로글라스를 지니는 두꺼운 막인 것이 바람직하다. 그러한 연후에, 상기 글라스는 실질적으로 평탄한 상부표면을 제공하도록 950℃에서 리플로된다. 850℃에서 리플로되는 보로포스포실리게이트 글라스와 같이 낮은 리플로 온도로 처리되는 다른 글라스도 사용될 수 있다. 높은 온도의 리플로 평탄화처리가 허용될 수 없는 공정에 있어서는, 앞서 기술된 바 있는 낮은 온도의 산화물 및 에치백 평탄화 처리가 사용될 수 있다.After that, the second metal layer 36 and underlying second attachment layer 34 are patterned using photolithographic masking techniques and then etched using a plasma RIE method treated with SF 6 . As shown in FIG. 1 (h), a second level interconnect 38 is formed. This structure is then covered with a second protective dielectric layer 40 and a third dielectric layer 42, as shown in FIG. 1 (i). Since the second protective dielectric layer 40 has a thickness of approximately 500 μs, the second protective dielectric layer 40 is a thin crystal layer sputtered to protect the underlying tungsten material from oxidation during deposition of the upper third dielectric layer 42. desirable. The third dielectric layer 42 is preferably a thick film having a reflow glass having a thickness of approximately 1.2 μm, such as germanophosphosilicate formed by CVD with an atmosphere of SiH 4 + PH 3 + GeH 4 + O 2 . . After such opening, the glass is reflowed at 950 ° C. to provide a substantially flat top surface. Other glasses treated with low reflow temperatures may be used, such as borophosphosigate glass that reflows at 850 ° C. In processes where high temperature reflow planarization is unacceptable, the low temperature oxide and etch back planarization described above may be used.

그리고나서, 제2군의 바이어(44)는 제1(j)도에 도시된 바와같이 하부에 놓인 제2레벨의 상호접점(38)과 미리 결정된 공간 관계로 제3의 유전체층(42) 및 제2의 보호용 유전체층(40)내에 형성되게 한다. 바람직한 실시예에서는, 상기 제2군의 바이어 개구부분(44)이 제1군의 바이어 개구 부분(32)에 대하여 상기에 기술된 방법에 따라 형성되게 한다. 제2군의 바이어 개구부분(44)은 하부에 놓인 제2레벨의 상호접속부분(38)상에 미리 결정된 위치에서 접촉영역이 노출되게 한다.The second group of vias 44 then has a third dielectric layer 42 and a third in a predetermined spatial relationship with the underlying second level interconnect 38 as shown in FIG. 1 (j). 2 to be formed in the protective dielectric layer 40. In a preferred embodiment, the second group of via opening portions 44 are formed in accordance with the method described above for the first group of via opening portions 32. The second group of via openings 44 allows the contact area to be exposed at a predetermined position on the underlying second level interconnection 38.

제1(k)도에 도시된 바와같이, 제3의 부착층(46)의 제3의 유전체층(42)상에서 제2군의 바이어 개구부분(44)내에 형성되게 하여서 제2레벨의 상호 접속부분(36)상에 노출된 접촉 영역과 접촉되게 한다. 바람직한 실시예에서는, 상기 제3의 부착층(46)이 물리적 증착(PVD)스퍼터링법에 의해 50 내지 100Å 정도가 바람직한 두께로 형성된 티타늄을 포함한다. 그리고나서, 제3의 금속층(48)은 제3의 부착층(46)상에 형성되게 한다. 상기 제3의 금속층은 화학적 증착(CVD)법에 의해 대략 7500Å의 두께로 형성된 텅스텐인 것이 바람직하다. 앞서 기술된 바와같이, 텅스텐을 양호하게 부착하는 텅스텐을 부착하는 공정이 사용되는 경우에는 티타늄 부착층을 제거하는 것이 가능하다. 그러한 연후에, 상기 제3의 부착층(46) 및 제3의 금속층(48)은 제2레벨의 상호 접속부분(38)이 형성에 대해 앞서 기술한 공정을 사용하여 패턴되게 한 다음 에칭되게 하여서 제1(l)도에 도시된 바와같이 제3레벨의 상호접점(50)이 형성되게 한다. 이와같이 추가적인 상호 접속레벨을 형성시키는 공정은 여러 레벨의 상호 접속구조를 생성하도록 필요에 따라 반복될 수 있다.As shown in FIG. 1 (k), a second level interconnection portion is formed in the second group of via opening portions 44 on the third dielectric layer 42 of the third attachment layer 46. Contact with the contact area exposed on (36). In a preferred embodiment, the third adhesion layer 46 comprises titanium having a thickness of about 50 to about 100 microns by physical vapor deposition (PVD) sputtering. Then, the third metal layer 48 is formed on the third adhesion layer 46. Preferably, the third metal layer is tungsten formed to a thickness of approximately 7500 kPa by chemical vapor deposition (CVD). As described above, it is possible to remove the titanium adhesion layer when a process for attaching tungsten that adheres well to tungsten is used. After such extension, the third attachment layer 46 and the third metal layer 48 are allowed to cause the second level interconnects 38 to be patterned and then etched using the process described previously for formation. As shown in FIG. 1 (l), a third level of interconnect 50 is formed. As such, the process of forming additional interconnect levels can be repeated as needed to create multiple levels of interconnect structure.

상호 접속 레벨의 바람직한 수가 제조된 후에는, 상호 접속레벨 사이에 있는 절연층 재료를 침식하도록 제1의 에칭액속에 상기 웨이퍼가 침수되게 한다. 제1(l)도에 도시된 실시예에서는, 상기 절연층재료가 층(30, 42)이다. 앞서 기술된 바와같이, 이러한 제1에칭액은 불화수소(HF)를 함유하는 용액이며 모든 금속 층사이에 스퍼터링된 SiO2절연재료 및 게르마노포스포실리케이트 글라스를 제거하므로해서 제1(m)도에 도시된 구조가 만들어지게 된다. 바람직한 에칭액은 3:3:2부인 불화 암모늄:아세트산:물의 혼합물로 이루어져 있다.After the desired number of interconnect levels have been produced, the wafer is submerged in the first etchant to erode the insulating layer material between the interconnect levels. In the embodiment shown in FIG. 1 (l), the insulating layer material is layers 30 and 42. As described above, this first etchant is a solution containing hydrogen fluoride (HF) and is removed in Fig. 1 (m) by removing the sputtered SiO 2 insulating material and germanophosphosilicate glass between all metal layers. The illustrated structure is made. Preferred etchant consists of a mixture of 3: 3: 2 parts ammonium fluoride: acetic acid: water.

동축 상호 접속라인을 형성함에 있어, 동축 상호접속 라인사이에 존재하는 갭을 충전시키지 않고서도 제1(m)도에 도시된 구조의 비워진 지지상호 접속라인 주위에 절연층(52)이 형성되게 한다. 상기 절연층(52)은 상호 접속레벨 사이에 갭이 보유되게 하는 것을 보장하는데 필요한 만큼 상당히 두껍다. 바람직한 실시예에서는, 절연층(52)이 화학적증착(CVD)시스템을 사용하여 3000Å의 두께로 데포지트된 이산화 실리콘을 포함한다. 상기 절연층(52)을 형성시킨후에는, 텅스텐과 같은 전기도전성 재료층(54)이 상기 절연층(52)상에 형성되게 한다. 이러한 도전성 재료층(54)은 상기 절연층(52)상에 있는 갭주위에 텅스텐을 CVD법에 의해 데포지트함으로써 형성되게 하여 전체적으로 분리된 상호접속 구조주위에 연속적인 금속 봉입물이 형성되게 하는 것이 바람직하다. 인접한 상호 접점을 둘러싸는 도전성 재료층(54) 부분사이에 갭이 있을 수 있지만, 그러한 모든 갭이 금속으로 충전되게 하여 상기 구조의 기계적 강도를 향상시킨다. 제2도에는 상기에 기술된 완성된 구조가 도시되어 있다.In forming the coaxial interconnect lines, an insulating layer 52 is formed around the vacated support interconnect lines of the structure shown in FIG. 1 (m) without filling the gaps present between the coaxial interconnect lines. . The insulating layer 52 is considerably thick as necessary to ensure that gaps are retained between interconnect levels. In a preferred embodiment, the insulating layer 52 comprises silicon dioxide deposited to a thickness of 3000 kPa using a chemical vapor deposition (CVD) system. After the insulating layer 52 is formed, an electrically conductive material layer 54 such as tungsten is formed on the insulating layer 52. This conductive material layer 54 is formed by depositing tungsten by CVD method around the gap on the insulating layer 52 such that a continuous metal inclusion is formed around the totally separated interconnect structure. It is preferable. There may be gaps between portions of the conductive material layer 54 surrounding adjacent interconnects, but all such gaps are filled with metal to improve the mechanical strength of the structure. 2 shows the completed structure described above.

이러한 금속층(54)은 모든 상호 접속라인 주위에서 접지판으로서 작용하는데, 이 경우에는 인접해 있는 상호 접속라인으로부터 나온 전계(field)라인을 싱크(sink)시킴으로써 상기 상호 접속 라인의 누화를 대단히 감소시킨다. 또한, 상기 금속층(54)도 히트 싱크로서의 기능을 할 수 있다. 이때, 접촉패드는 금속 및 유전체에서 제거되게하여 웨이퍼가 다이(die)화되게 한다. 금속층(54)에 대한 한 접속부분은 반도체 구조의 모든 상호접속부분에 인접하게 가까운 접지부분을 제공한다. 상기 디바이스의 상부 표면에 대한 다른 물리적 접속 부분은 상호 접속층을 통해 상기 칩에 내재하는 열을 상측으로 방출시키는데 사용될 수 있다.This metal layer 54 acts as a ground plane around all interconnect lines, in which case it greatly reduces cross-talk of the interconnect lines by sinking field lines from adjacent interconnect lines. . The metal layer 54 can also function as a heat sink. At this time, the contact pads are removed from the metal and dielectric to allow the wafer to die. One connection to the metal layer 54 provides a ground portion close to all interconnections of the semiconductor structure. Another physical connection portion to the top surface of the device can be used to dissipate heat upward in the chip through the interconnect layer.

본 발명의 바람직한 변형실시예에서는, 접촉구멍(18)이 제1(a)도 및 제1(b)도와 연과지어 앞서 기술한 바와같이 반도체 구조(10)의 디바이스(12)의 접촉영역상에 있는 제1의 에치 스톱 유전체층(16) 및 제1유전체층(14)내에 형성되게 한다. 상기 접촉구멍(18)을 형성한 후에, 제1금속층을 포함하는 제1의 전기 도전층(102)은 제3(a)도에 도시된 바와 같이 상기 구조상에서 접촉 구멍(18)내에 형성되게 한다. 바람직한 실시예에서는, 제1의 전기 도전층(102)은 물리적 스퍼터링법에 의해 대략 4500Å의 두께로 형성되게 한다. 그러한 후에, 제2금속층을 포함하는 제2의 전기 도전층(104)이 상기 제1의 전기 도전층(102)상에 형성되게 한다. 바람직한 실시예에서는, 상기 전기 도전층(104)은 물리적 증착(PVD)또는 스퍼터링 법에 의해 대략 7500Å의 두께로 형성된 텅스텐을 포함한다.In a preferred variant of the invention, the contact hole 18 is associated with the first (a) and the first (b) views, as described above, on the contact area of the device 12 of the semiconductor structure 10. In the first etch stop dielectric layer 16 and the first dielectric layer 14 at. After forming the contact hole 18, the first electrically conductive layer 102 comprising the first metal layer is formed in the contact hole 18 on the structure as shown in FIG. 3 (a). . In a preferred embodiment, the first electrically conductive layer 102 is formed to a thickness of approximately 4500 kPa by physical sputtering. Thereafter, a second electrically conductive layer 104 comprising a second metal layer is formed on the first electrically conductive layer 102. In a preferred embodiment, the electrically conductive layer 104 comprises tungsten formed to a thickness of approximately 7500 kPa by physical vapor deposition (PVD) or sputtering.

지금부터 제3(b)도를 참조하면, 제2의 전기 도전층(104)은 종래의 포토레지스트 기술 및 제2금속층과 반응하지만 제1금속층과 실질적으로 반응하지 않는 에칭액을 사용하여 제1의 포스트(106) 어레이로 패턴되게 한다. 상기 포스트(106)는 실질적으로 전기 도전층(102)상에 돌출해 있으며 다음 금속 레벨에 대한 전기 접속부분을 제공하는 금속 특징부이다. 바람직한 실시예에서 사용되는 에칭 공정이 SF6로 처리되는 플라즈마 RIE법이다. 따라서, 제1의 포스트(106)어레이는 제1의 전기 도전층(102)상에서 에치 스톱 처리로 형성되게 한다. 그러한 연후에, 상기 제1의 전기 도전층(102)은 종래의 포토레지스트 기술 및 제1금속층과 반응하지만 제2금속층 및 제1의 에치 스톱 유전체층(16)과 실질적으로 반응하지 않는 에칭액을 사용하여 제1레벨의 상호 접속부분(108)으로 패턴되게 한다. 따라서, 상기 제1레벨의 상호 접속부분(108)은 상기 에칭액이 제1에치 스톱 유전체층(16)에서 스톱시키고 제1포스트 어레이의 포스트(16)가 하부에 놓인 제1금속 영역을 에칭하는 것을 방지하는 마스크로서 작용하도록 형성되게 한다. 결과적으로, 상기 포스트(106)는 제3(c)도에 도시된 바와같이 하부에 놓인 제1레벨의 상호 접속부분에 도시된 바와같이 하부에 놓인 제1레벨의 상호접속부분(108)에 대하여 자기 정렬(self align)되게 한다.Referring now to FIG. 3 (b), the second electrically conductive layer 104 may be formed using a first photoresist technique and an etchant that reacts with the second metal layer but does not substantially react with the first metal layer. Patterned into an array of posts 106. The post 106 is a metal feature that substantially protrudes over the electrically conductive layer 102 and provides electrical connections for the next metal level. The etching process used in the preferred embodiment is a plasma RIE method which is treated with SF 6 . Thus, the first post 106 array is formed on the first electrically conductive layer 102 by an etch stop process. After that, the first electrically conductive layer 102 uses an etching solution that reacts with conventional photoresist techniques and the first metal layer but does not substantially react with the second metal layer and the first etch stop dielectric layer 16. Patterned into the first-level interconnect 108. Thus, the first level interconnect 108 prevents the etchant from stopping at the first etch stop dielectric layer 16 and etching the first metal region underlying the post 16 of the first post array. To act as a mask. As a result, the post 106 is directed to the underlying first level interconnect 108 as shown in the underlying first level interconnect as shown in FIG. 3 (c). Make it self align.

제3(d)도를 참조하면, 두꺼운 제2의 유전체층(110)은 포스트(106) 및 제1레벨의 상호접속부분(108), 아울러 제1에치 스톱 유전체층(16)상에 형성되게 한다. 바람직한 실시예에서는, 제2유전체층(110)은 SiH4, PH3및 산소의 낮은 압력에 의한 화학적 증착(LPCVD)법을 사용하여 대략 2마이크론 두께로 데포지트된 저온 처리의 산화물을 포함한다. 제3(e)도에 도시된 바와같이, 평탄화용 유전체층(112)은 제2유전체층(110)상에 만들어지게하여 실질적으로 평탄한 상부 표면(114)을 형성하는 포토레지스트인 유기질 수지인 것이 바람직하다. 그리고나서, 상기 평탄화용 유전체층(112) 및 제2유전체층(110)은 바람직하게는 CHF3+O2로 처리되는 플라즈마 RIE법을 사용하여 백되게 하여서 포스트(106)의 상부가 노출되게 하는 반면에 제3(f)도에 도시된 바와같이 실질적으로 평탄한 상부표면이 유지되게 한다. 이때, 상기 구조는 과산화수소:물의 희석용액(1:20)속에 담겨서 포스트(106)에 대한 전기적 접촉을 열화시킬 수 있는 본래의 산화물의 포스트(106)의 노출된 상부표면을 제거한다.Referring to FIG. 3D, a thick second dielectric layer 110 is formed on the post 106 and the first level interconnect 108, as well as the first etch stop dielectric layer 16. In a preferred embodiment, the second dielectric layer 110 comprises an oxide of low temperature treatment deposited to a thickness of approximately 2 microns using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) of SiH 4 , PH 3 and oxygen. As shown in FIG. 3 (e), the planarizing dielectric layer 112 is preferably an organic resin that is a photoresist that is made on the second dielectric layer 110 to form a substantially flat upper surface 114. . The planarizing dielectric layer 112 and the second dielectric layer 110 are then whitened using a plasma RIE method, preferably treated with CHF 3 + O 2 , so that the top of the post 106 is exposed. As shown in FIG. 3 (f), a substantially flat upper surface is maintained. The structure then removes the exposed top surface of the original oxide posts 106 which may be immersed in a dilute solution of hydrogen peroxide: water (1:20) that may degrade the electrical contact to the posts 106.

제3(g)도에 도시된 바와 같이, 바람직한 실시예에서 알루미늄인 제1금속을 포함하는 제3의 전기 도전층(116)은 제2절연층(110)의 평탄화된 상부 표면상에 형성되게 하여 포스트(106)의 노출된 상부와 접촉되게 한다. 그러한 연후에, 바람직한 실시예에서 텅스텐인 제2금속을 포함하는 제4의 전기 도전층(118)은 제3의 전기 도전층(116) 상에 형성되게 한다. 상기 제3 및 제4의 전기 도전층은 상기 제1의 전기 도전층(102) 및 상기 제2의 전기 도전층(104)을 형성시키는 것에 대하여 상기에 기술된 절차에 따라 형성되게 한다. 그러한 연후에, 상기 제3의 전기 도전층(116) 및 제4의 전기 도전층(118)은 제1레벨의 상호접속부분(108) 및 제1포스트(106)어레이를 형성시키는 것에 대하여 상기에 기술된 절차에 따라 각각 제2레벨의 상호접속부분 및 제2바이어포스트 어레이로 형성되게 한다.As shown in FIG. 3 (g), a third electrically conductive layer 116 comprising a first metal, which is aluminum in a preferred embodiment, is formed on the planarized top surface of the second insulating layer 110. In contact with the exposed top of the post 106. After that, a fourth electrically conductive layer 118 comprising a second metal, which is tungsten in a preferred embodiment, is allowed to form on the third electrically conductive layer 116. The third and fourth electrically conductive layers are allowed to be formed in accordance with the procedure described above for forming the first electrically conductive layer 102 and the second electrically conductive layer 104. After that, the third electrically conductive layer 116 and the fourth electrically conductive layer 118 are described above for forming the first level interconnect 108 and the first post 106 array. According to the described procedure, it is formed into a second level interconnection part and a second via post array, respectively.

그리고나서, 제3절연층은 제3(d)도 내지 제3(f)도와 연관지어 상기에 기술된 절차에 따라 제2레벨의 상호접속부분 및 제2포스트어레이상에 형성되게한 다음에 평탄화되게 하여 상기 제2스포트 어레이내에 포스트 상부를 노출시키도록 에치백되게 할 수 있다. 이러한 제조 단계는 상호접속 레벨의 바람직한 수가 형성되어질 때까지 반복되게할 수 있다. 다음에는, 상호 접속라인 사이의 절연 재료가 제1(m)도와 연관지어 상기에 기술된 절차에 따라 제거되게 한다. 그러한 연후에, 접촉 구멍(18)은 제1(a)도 및 제1(b)도와 연관지어 앞서 기술한 바와같이 반도체 구조(10)의 디바이스(12)의 접촉 영역상에 있는 제1에치 스톱 유전체층(16) 및 제1유전체층(14)내에 형성되게 한다. 상기 접촉 구멍(18)을 형성한 후에, 텅스텐이 바람직한 제1금속을 포함하는 플러그(202)는 제4(a)도에 도시된 바와같이 상기 접촉 구멍(18)내에 형성되게 한다. 상기 플러그(202)는, 바람직하게는 화학적 증착(CVD)법을 사용하여 제1금속을 상기 접촉 구멍(18)내에 선택적으로 데포지트시킴으로써 형성되게 한다. 바람직한 실시예에서는, 텅스텐이 제1금속으로서 사용되며 냉벽(clod wall) 반응기내에서 데포지트되게 한다. 웨이퍼의 기판온도는 300 내지 600℃ 사이에 유지되게 함과 아울러 대략 1:100의 WF6:H2의 비율을 사용함으로써 텅스텐이 선택적으로 데포지트되게 한다. 상기 데포지션 공정은 데포지트된 포스트(202)의 상부표면이 제4(a)도에 도시된 바와 같이 제1에치 스톱 유전체층(16)의 상부표면과 실질적으로 같은 높이로 평탄화될때까지 계속되게 할 수 있다. 그리고나서, 제1금속층(204)은 제1에치 스톱 유전체층(16)상에 형성되게 하여 포스트(202)의 상부표면과 접촉되게 한다. 상기 제1금속층(204)은 추후에 기술되겠지만, 텅스텐 또는 알루미늄-실리콘-티타늄 샌드위치 합금 구조를 포함하는 것이 바람직하다.The third insulating layer is then formed on the second level of interconnects and the second post array in accordance with the procedure described above in connection with FIGS. 3 (d) to 3 (f) and then planarized. To be etched back to expose the post top in the second spot array. This manufacturing step may be repeated until the desired number of interconnect levels has been formed. Next, the insulating material between the interconnect lines is removed in accordance with the procedure described above in association with the first (m) degree. After such opening, the contact hole 18 is first etch stop on the contact area of the device 12 of the semiconductor structure 10 as described above in connection with the first (a) and the first (b) degrees. It is formed in the dielectric layer 16 and the first dielectric layer 14. After forming the contact hole 18, a plug 202 comprising tungsten-preferred first metal is allowed to form in the contact hole 18 as shown in FIG. 4 (a). The plug 202 is preferably formed by selectively depositing a first metal into the contact hole 18 using chemical vapor deposition (CVD). In a preferred embodiment, tungsten is used as the first metal and allowed to deposit in a closed wall reactor. The substrate temperature of the wafer is maintained between 300 and 600 ° C., while the tungsten is selectively deposited by using a WF 6 : H 2 ratio of approximately 1: 100. The deposition process continues until the top surface of the deposited post 202 is planarized to substantially the same height as the top surface of the first etch stop dielectric layer 16 as shown in FIG. 4 (a). can do. The first metal layer 204 is then formed on the first etch stop dielectric layer 16 to be in contact with the top surface of the post 202. The first metal layer 204 will be described later, but preferably comprises a tungsten or aluminum-silicon-titanium sandwich alloy structure.

제1금속층(204)은 종래의 포토레지스트 기술 및 하부에 놓인 제1에치 스톱 유전체층(16)의 재료와 실질적으로 반응하지 않는 에칭액을 사용하여 제1레벨의 상호접속 부분(205)(제4(c)도 참조)으로 패턴되게 한다. 제4(d)도에 도시된 바와 같이, 제1보호층(206)은 제1(e)도와 연관지어 앞서 기술한 바와 같이 제1레벨 상호 접속부분(205)과 아울러 제1에치 스톱 유전체층(16)상에 형성되게 한다. 평탄화된 유전체 재료층(207)은 또한 제1(e)도에 대해서 앞서 기술한 바와같이 제1보호층상에 형성되게 한다. 그러나, 이와같은 본 발명의 바람직한 변형 실시예에서는 알루미늄합금이 사용되고 있기 때문에, 앞서 기술한 저온의 산화물 및 에치 백 평탄화 변형에는 평탄화하는데 사용되어야 한다. 제2군의 바이어(208)는 바람직하게는 제1(f)도에 대하여 앞서 기술한 절차에 따라 평탄화된 유전체층(207) 및 하부에 놓인 보호층(206)내에 개구되게 한다. 제1금속을 포함하는 제2포스트(210) 어레이는 제4(a)도에 대하여 앞서 기술한 절차에 따라 바이어 (208)내에 형성되게 한다.The first metal layer 204 is a first-level interconnect portion 205 (fourth) using conventional photoresist technology and etching solution that does not substantially react with the material of the underlying first etch stop dielectric layer 16. (see also c)). As shown in FIG. 4 (d), the first protective layer 206 includes the first etch stop dielectric layer as well as the first level interconnect 205 as described above in connection with the first (e). 16) to form. The planarized dielectric material layer 207 also allows it to be formed on the first protective layer as described above with respect to FIG. 1 (e). However, since the aluminum alloy is used in this preferred embodiment of the present invention, the above-described low temperature oxide and etch back planarization strain should be used to planarize. The second group of vias 208 are preferably opened in the planarized dielectric layer 207 and underlying protective layer 206 according to the procedure described above with respect to FIG. 1 (f). The second post 210 array comprising the first metal is allowed to form in the via 208 according to the procedure described above with respect to FIG. 4 (a).

그리고나서, 제2금속층은 제2유전체층(207)상에 형성되게 하여 제2포스트 어레이의 포스트(210)의 상부 표면과 접촉되게 한다. 그러한 연후에, 상기 제2금속층은 패턴되게 한 다음에 제2에칭액을 사용하여 제2레벨의 상호접속부분을 형성하도록 에칭되게 한다. 이러한 절차는 필요한 상호접점 레벨의 수를 지닌 여러 레벨의 상호접속 구조를 생성하도록 반복되게 할 수 있다. 그리고나서, 상호 접속 라인 사이의 절연층은 제1(m)도에 대하여 상기에 기술한 바와같이 제거되게 한다. 그리하여 동축 상호 접속 라인은 제2도에 대하여 상기에 기술한 절차에 따라 형성되게 할 수 있다.The second metal layer is then formed on the second dielectric layer 207 to be in contact with the top surface of the post 210 of the second post array. After such extension, the second metal layer is patterned and then etched to form second level interconnects using a second etchant. This procedure can be repeated to create multiple levels of interconnect structure with the number of interconnect levels required. The insulating layer between the interconnect lines is then allowed to be removed as described above for the first (m) diagram. Thus, the coaxial interconnect lines can be formed according to the procedure described above with respect to FIG.

처리 공정 및 실제 처리온도가 500℃를 초과하지 않는 보다 낮은 온도를 적용함에 있어서는, 앞서 기술한 상호 접속부분이 알루미늄-실리콘/티타늄 샌드위치 구조와 대체되게 할 수 있다. 알루미늄이 상기 샌드위치 구조에 사용되기 때문에, 앞서 기술한 저온의 산화물 및 에치 백 평탄화 변형예는 이와같은 본 발명의 바람직한 변형 실시예에 따라 필요한 평탄화 단계를 달성하는데 사용되어야 한다. 상기 샌드위치 구조는 중량당 1 내지 1.5%의 실리콘이 바람직한 제1의 알루미늄-실리콘 재료층을 포함한다. 상기 제1의 알루미늄-실리콘층은 대략 2500Å의 두께인 것이 바람직하다. 제1티타늄층은 바람직하게는 대략 50Å 내지 200Å 범위에 걸쳐 있는 두께로 상기 제1의 알루미늄-실리콘층상에 형성되게 한다. 적어도 제2알루미늄-실리콘층은 바람직하게는 대략 2500Å의 두께로 상기 제1티타늄 층상에 형성되게 한다.In applying lower temperatures where the treatment process and the actual treatment temperature does not exceed 500 ° C., the interconnects described above can be replaced with aluminum-silicon / titanium sandwich structures. Since aluminum is used in the sandwich structure, the above-described low temperature oxide and etch back planarization variants should be used to achieve the necessary planarization steps according to this preferred variant of the present invention. The sandwich structure comprises a first layer of aluminum-silicon material in which 1 to 1.5% silicon by weight is preferred. Preferably, the first aluminum-silicon layer is approximately 2500 kPa thick. The first titanium layer is preferably formed on the first aluminum-silicon layer in a thickness ranging from approximately 50 kPa to 200 kPa. At least a second aluminum-silicon layer is preferably formed on the first titanium layer to a thickness of approximately 2500 kPa.

상기 샌드위치 구조가 적어도 제1 및 제2의 알루미늄-실리콘층 사이에서 샌드위치화된 적어도 제1티타늄 층을 포함하지만, 바람직한 실시예에서는 제2티타늄층이 바람직하게는 대략 50Å 내지 200Å의 범위에 걸쳐있는 두께로 제2의 알루미늄-실리콘 층상에 형성되게 한다. 또한, 제3의 알루미늄-실리콘 층은 바람직하게는 대략 2500Å의 두께로 상기 제2티타늄층상에 형성되게 한다. 상기 제2 및 제3의 알루미늄-실리콘 층의 조성 중량당 1 내지 1.5%의 실리콘인 것이 바람직하다. 마지막으로, 텅스텐을 포함하는 것이 바람직한 보호층은 바람직하게는 대략 100Å의 두께로 제3의 알루미늄-실리콘층상에 형성되게 한다. 그리고나서, 이러한 샌드위치 구조는 패턴되게 한 다음에 본 기술에 통상의 지식을 지닌자라면 사용할 수 있는 방법을 사용하여 필요한 상호접속부분을 형성하도록 에칭되게 한다.Although the sandwich structure comprises at least a first titanium layer sandwiched between at least the first and second aluminum-silicon layers, in a preferred embodiment the second titanium layer preferably spans a range of approximately 50 kPa to 200 kPa. To form on the second aluminum-silicon layer. In addition, a third aluminum-silicon layer is preferably formed on the second titanium layer to a thickness of approximately 2500 kPa. Preferably from 1 to 1.5% silicon per composition weight of the second and third aluminum-silicon layers. Finally, the protective layer preferably comprising tungsten is preferably formed on the third aluminum-silicon layer to a thickness of approximately 100 mm 3. This sandwich structure is then patterned and then etched to form the necessary interconnects using methods available to one of ordinary skill in the art.

상기에 기술된 샌드위치 구조를 사용하면, 힐로킹과 같은 상호접속 변형으로 말미암아 상호 접속부분 사이의 전기적 단락 현상이 초래되는 문제점이 실질적으로 감소되는데, 그 이유는 알루미늄-실리콘 재료의 실리콘이 3원상(相)을 형성하도록 티타늄 계면으로 이동하기 때문이다. 순수한 알루미늄 또는 Cu를 함유하는 표준 알루미늄 합금상에서 우수한 기계적 강도 특성 때문에, 이러한 샌드위치 구조는 상호접속부분에 대한 기초 재료로서 알루미늄을 사용할 수 있다. 이는 그러한 저항이 텅스텐과 같이 힐로킹을 나타내지 않는 다른 재료의 저항보다 실질적으로 낮다라는 사실에 기인하여 바람직스럽다. 더군다나, 비교적 낮은 전기적 저항 특성에 기인하여, 알루미늄은, 텅스텐과 같이 강도가 높은 다른 재료와 비교해 볼 때 전압 강하가 디바이스의 스위칭 레벨에 보다 적은 영향을 주는 것임을 알 수 있다. 알루미늄이 샌드위치구조, 특히 상부층의 기초 재료이기 때문에, 보호용 알루미늄층은 알루미늄-실리콘층의 상부표면상에 본래의 산화물을 형성하지 못하게 하는 것이 바람직하다. 그러한 본래의 산화물이 존재하는 경우, 샌드위치 상호접속부분상에 형성된 어느 플러그 및 상호 접속부분 사이에 조악한 전기적 접점이 형성되게 한다.The use of the sandwich structure described above substantially reduces the problem of electrical short circuits between interconnections caused by interconnect deformations such as heel locking, because the silicon of the aluminum-silicon material is ternary ( This is because it moves to the titanium interface to form a phase. Because of the good mechanical strength properties on standard aluminum alloys containing pure aluminum or Cu, this sandwich structure can use aluminum as the base material for the interconnects. This is desirable due to the fact that such resistance is substantially lower than the resistance of other materials that do not exhibit heeling, such as tungsten. Furthermore, due to the relatively low electrical resistance properties, aluminum can be seen to have a lesser effect on the switching level of the device compared to other high strength materials such as tungsten. Since aluminum is the sandwich material, in particular the base material of the top layer, the protective aluminum layer preferably prevents the formation of the native oxide on the top surface of the aluminum-silicon layer. When such native oxides are present, coarse electrical contacts are formed between any plug and interconnect formed on the sandwich interconnect.

본 발명의 바람직한 변형 실시예에 대한 설명으로부터 알수 있는 바와같이, 종래 반도체 구조의 상호 접속부분 및 절연 재료는 동축 도체시스템으로 대체되었다. 보다 큰 구조강도에 대하여는, 동축외장을 형성하는 금속이 상호접속라인 사이에 있는 갭을 완전히 충전시킬 정도로 두껍게 될 수 있다. 라인간 절연재료로서만 이산화 실리콘을 사용하는 선행구조와 비교해 보면, 접지판을 지닌 동축 상호접속부분을 형성하는 경우에는 모든 라인이 단위 길이당 거의 동일한 임피던스 특성을 지닌다는 점에서 뚜렷한 전기적 잇점이 있다. 이는 각각 개별적인 와이어 주위에 밀접되게 차폐재료로 감쌀 수 있는 수단이 개발되었기 때문에 생긴 것이다. 마찬가지로, 그다지 중요하지는 않지만, 접지판을 지닌 동축 상호 접속부분의 형성이 국부 상호 접속부분을 누화로부터 전기적으로 차폐시키며 열에너지를 칩으로부터 제거하는데 사용될 수 있다.As can be seen from the description of the preferred variant embodiment of the present invention, the interconnects and insulating materials of conventional semiconductor structures have been replaced by coaxial conductor systems. For greater structural strength, the metal forming the coaxial sheath may be thick enough to completely fill the gaps between the interconnect lines. Compared with the prior structure, which uses silicon dioxide only as the line-to-line insulation material, there is a distinct electrical advantage in that when forming coaxial interconnections with ground plates, all lines have almost the same impedance characteristics per unit length. . This is due to the development of means to wrap the shielding material closely around each individual wire. Likewise, although not critical, the formation of a coaxial interconnect with a ground plate can be used to electrically shield the local interconnect from crosstalk and to remove thermal energy from the chip.

본 발명의 특성을 설명하기 위하여 기술되었으며 예시되었던 구성부품의 세목, 재료 및 배치의 여러 변경은 첨부된 특허청구의 범위에 기재된 바와같이 본 발명의 원리 및 범위로부터 벗어나지 않고서도 본 기술에 통상의 지식을 지닌자에 의해 이루어질 수 있다고 이해하여야 한다.Various changes in details, materials, and arrangements of components that have been described and exemplified for describing the characteristics of the present invention are common knowledge in the art without departing from the spirit and scope of the invention as described in the appended claims. It should be understood that this can be done by anyone with.

Claims (9)

반도체 기판에 내재하는 영역을 전기적으로 접속시키기 위한 상호 접속 구조를 포함하는 반도체 집적 회로에 있어서, 상기 상호 접속 구조는, 각각의 상호 접속 부분이 전기 접점에 있는 상호 접속 부분을 제외한 다른 상호 접속 부분으로부터 구조적으로 분리되어 있는 복수 개의 상호 접속 부분을 포함하며, 상기 복수 개의 상호 접속 부분 각각이 상기 전기 접점에 있는 상호 접속 부분을 제외한 다른 상호 접속 부분 주위에 배치된 각각의 유전체 층내에 실질적으로 에워싸여져 있는 상기 각각의 유전체 층 각각이 에워싸는 외측 표면을 지니며, 상기 각각의 상호 접속 부분의 각각의 유전체 층의 외측 표면이 상기 전기 접점에 있는 상호 접속 부분을 제외하고 에어 갭(air gap)에 의해 다른 상호 접속 부분의 각각의 유전체 층으로부터 모든 방향으로 물리적으로 분리되어 있는 반도체 집적 회로 디바이스.A semiconductor integrated circuit comprising an interconnect structure for electrically connecting a region inherent to a semiconductor substrate, wherein the interconnect structure is formed from another interconnect portion except for an interconnect portion where each interconnect portion is at an electrical contact. A plurality of interconnecting portions that are structurally separate, each of the plurality of interconnecting portions being substantially enclosed in each dielectric layer disposed around the interconnecting portions other than the interconnecting portions at the electrical contacts. Each of said dielectric layers has an outer surface enclosed, the outer surface of each dielectric layer of each of said interconnecting portions being otherwise interconnected by an air gap except for the interconnecting portions at said electrical contacts. Water in all directions from each dielectric layer of the connection part The semiconductor integrated circuit device, which is ever separated. 제1항에 있어서, 상기 각각의 유전체 재료 층 주위에 배치된 전기 도전 재료 층을 부가적으로 포함하는 반도체 집적 회로 디바이스.The semiconductor integrated circuit device of claim 1, further comprising a layer of electrically conductive material disposed around each layer of dielectric material. 제2항에 있어서, 인접하게 에워싸는 유전체 재료사이의 어느 갭이라도 상기 전기 도전 재료로 실질적으로 충전되는 반도체 집적 회로 디바이스.3. The semiconductor integrated circuit device of claim 2, wherein any gaps between adjacently surrounding dielectric materials are substantially filled with the electrically conductive material. 제3항에 있어서, 상기 에워싸는 유전체 재료는 이산화 실리콘을 포함하는 반도체 집적 회로 디바이스.4. The semiconductor integrated circuit device of claim 3, wherein the enclosing dielectric material comprises silicon dioxide. 제4항에 있어서, 상기 각각의 전기 도전 재료층은 텅스텐을 포함하는 반도체 집적 회로 디바이스.The semiconductor integrated circuit device of claim 4, wherein each layer of electrically conductive material comprises tungsten. 제1항에 있어서, 상기 상호 접속 부분 각각의 2개의 알루미늄-실리콘 재료 층사이에 배치된 티타늄 층을 포함하는 반도체 집적 회로 디바이스.The semiconductor integrated circuit device of claim 1, comprising a titanium layer disposed between two layers of aluminum-silicon material of each of the interconnect portions. 제1항에 있어서, 상기 상호 접속 부분은, (a) 제1의 알루미늄-실리콘 재료층 및 제2의 알루미늄-실리콘 재료 층사이에 배치된 제1티타늄 층, (b) 상기 제2의 알루미늄-실리콘 재료층 및 제3의 알루미늄-실리콘 혼합물 층 사이에 형성된 제2티타늄층, 및 (c) 상기 제3의 알루미늄-실리콘 재료상에 배치된 보호층을 포함하는 반도체 집적 회로 디바이스.The method of claim 1, wherein the interconnect portion comprises: (a) a first titanium layer disposed between the first aluminum-silicon material layer and the second aluminum-silicon material layer, and (b) the second aluminum- A second titanium layer formed between the silicon material layer and the third aluminum-silicon mixture layer, and (c) a protective layer disposed on the third aluminum-silicon material. 제7항에 있어서, 상기 보호층은 텅스텐을 포함하는 반도체 집적 회로 디바이스.8. The semiconductor integrated circuit device of claim 7, wherein the protective layer comprises tungsten. 제8항에 있어서, 상기 알루미늄-실리콘 재료는 중량당 1 내지 1.5% 실리콘을 포함하는 반도체 집적 회로 디바이스.The semiconductor integrated circuit device of claim 8, wherein the aluminum-silicon material comprises 1 to 1.5% silicon by weight.
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