ビアがガウジングされた相互接続構造体及びその製造方法
【課題】 ビア開口部の底部にガウジング構造部を含む相互接続構造体、及びその形成方法を提供する。
【解決手段】 本発明の方法は、ビア開口部の上に配置されるライン開口部内の堆積されたトレンチ拡散バリアの被覆率に影響を与えず、及び／又は、ビア開口部及びライン開口部を含む相互接続誘電体材料内にスパッタリングを行なうことによりビア開口部の底部にガウジング構造部を生成することに起因する損傷を生じさせない。こうした相互接続構造体は、最初に相互接続誘電体内にライン開口部を形成し、その後、ビア開口部、次いでガウジング構造部を形成することによって、ビア開口部の底部内にガウジング構造部を提供することにより達成される。
【解決手段】 本発明の方法は、ビア開口部の上に配置されるライン開口部内の堆積されたトレンチ拡散バリアの被覆率に影響を与えず、及び／又は、ビア開口部及びライン開口部を含む相互接続誘電体材料内にスパッタリングを行なうことによりビア開口部の底部にガウジング構造部を生成することに起因する損傷を生じさせない。こうした相互接続構造体は、最初に相互接続誘電体内にライン開口部を形成し、その後、ビア開口部、次いでガウジング構造部を形成することによって、ビア開口部の底部内にガウジング構造部を提供することにより達成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体構造体及びその製造方法に関する。より具体的には、本発明は、ビア開口部の底部に配置されたガウジング構造部（gouging feature）を含む半導体相互接続構造体、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスは、半導体基板上に製造された、集積回路を形成する複数の回路を含む。基板の表面上に分布する回路素子を接続するために、信号経路の複雑なネットワークが通常、経路設定される。デバイス全体にわたるこれらの信号の効率的な経路設定は、例えば、シングル又はデュアル・ダマシン配線構造のような多重レベル又は多層方式の形成を必要とする。典型的な相互接続構造体内において、金属ビアは、半導体基板に対して垂直に延び、金属ラインは、半導体基板に対して平行に延びる。
【０００３】
何百万というデバイス及び回路が１つの半導体チップ上に詰め込まれるに従って、世代を経るごとに配線密度及び金属レベルの数の両方が増大される。高い信号速度に対して低いＲＣを提供するために、二酸化シリコンより低い誘電率を有する低ｋ誘電体材料、及び、銅含有ラインが不可欠なものになりつつある。歩留まり及び信頼性を確実にするために、従来のダマシン・プロセスによって形成された薄い金属配線及びスタッドの品質は、極めて重要である。今日、この領域において直面する主要な問題は、低ｋ誘電体材料内に埋め込まれたディープ・サブミクロン（deep submicron）の金属スタッドの機械的完全性が不十分であることであり、このことが、相互接続構造体内に不満足な熱サイクル及びストレスマイグレーション耐性をもたらすことがある。この問題は、新しいメタライゼーション手法又は多孔性低ｋ誘電体材料のいずれかが用いられるとき、より深刻になる。
【０００４】
相互接続構造体内に銅ダマシン及び低ｋ誘電体材料を用いながら、この脆弱な機械的強度の問題を解決するために、半導体業界により、いわゆる「ビア・パンチスルー（via punch-through）」技術が採用された。ビア・パンチスルーは、相互接続構造体内にビア・ガウジング構造部（すなわち、アンカー領域）を提供するものである。こうしたビア・ガウジング構造部は、適度なコンタクト抵抗、及び、コンタクト・スタッドの機械的強度の増大を達成することが報告されている。
【０００５】
しかしながら、従来技術においてビア・ガウジングを生成するのに用いられるアルゴン・スパッタリング技術は、トレンチ（すなわち、ライン開口部）底部から、例えばＴａＮなどの堆積されたライナ材料を除去するだけではなく、低ｋ誘電体材料に損傷も与える。ガウジング構造部を生成する要件のために、最終的な相互接続構造体は、トレンチ底部におけるライナ被覆率が低いだけではなく、Ａｒスパッタリング・プロセスにより、低ｋ誘電体材料内に深刻な損傷が生じた。このことは、高度なチップ製造に関する主な歩留まり低下原因及び信頼性の問題になっている。
【０００６】
ビア・ガウジングについての既存の従来技術手法の詳細な処理ステップが、図１−図５に示され、ここで以下に説明される。最初に、下部相互接続レベル１００の上に配置された上部相互接続レベル１０８のデュアル・ダマシンをパターン形成した後に形成される、従来技術の構造体を示す図１を参照する。下部相互接続レベル１００は、内部に金属、すなわちＣｕの構造部１０４を含む第１の低ｋ誘電体材料１０２を含む。下部相互接続レベル１００は、キャッピング層１０６によって、上部相互接続レベル１０８から部分的に分離されている。上部相互接続レベル１０８は、内部に配置されたライン開口部１１２及びビア開口部１１４の両方を含む第２の低ｋ誘電体材料１１０を含む。図１に示されるように、ビア開口部１１４の下方にある、下部相互接続レベル１００の金属構造部１０４の表面は露出されている。
【０００７】
図２は、露出面の全ての上に、例えばＴａＮなどの拡散バリア１１６を形成した後の図１の従来技術の構造体を示す。次に、図３に示されるようなアルゴン・スパッタリングを行なって、ビア開口部１１４内の底部の水平面を洗浄し、かつ、下部相互接続レベル１００の金属構造部１０４内にガウジング構造部（すなわち、アンカー領域）１１８を形成する。ガウジング構造部１１８は、示される種々の相互接続レベル間の相互接続強度を強化ために用いられる。Ａｒスパッタリング・プロセス中、ライン開口部１１２の各々の底部から拡散バリア１１６が除去され、誘電体の損傷１２０（第２の低ｋ誘電体材料１１０内の丸印で示される）が、ライン開口部１１２の各々の底部に形成される。スパッタリング・プロセス中に形成される誘電体の損傷１２０は、従来技術のスパッタリング・プロセス固有の攻撃的な性質に起因するものである。
【０００８】
図４は、その露出面上に、例えばＴａ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、又はＰｔなどの金属ライナ層１２２を形成した後の図３の従来技術の構造体を示す。図５は、ライン開口部１１２及びビア開口部１１４を、例えばＣｕなどの導電性金属１２４で充填し、平坦化した後の従来技術の構造体を示す。図５に示されるように、従来技術の構造体は、金属充填ラインの底部における拡散バリア１１６の被覆率（参照番号１２６で示される）が低く、第２の低ｋ誘電体材料１１０内に形成された損傷１２０の結果として構造部の底部が粗い。これらの特性の両方が、拡散バリア１１６の品質を低下させ、全体的な配線の信頼性を低下させる。さらに、前述の特性の両方により、高レベルの金属間漏れを示す構造体がもたらされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の相互接続構造体に関する上記の欠点に鑑みて、相互接続誘電体材料内に形成されたライン開口部の水平面から拡散バリアが除去されるのを回避し、それにより、相互接続誘電体材料内に損傷が生じない、新しい改善された統合スキームを開発することに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ビア開口部の底部にガウジング構造部を含む相互接続構造体、及びその形成方法を提供する。本発明の方法は、ビア開口部の上に配置されたライン開口部内の堆積された拡散バリアの被覆率に影響を与えず、及び／又は、ビア開口部及びライン開口部を含む相互接続誘電体材料内にスパッタリングを行なうことによりビア開口部の底部にガウジング構造部を生成することに起因する損傷を生じさせない。本発明によれば、こうした相互接続構造体は、最初に相互接続誘電体材料内にライン開口部を形成し、その後、ビア開口部、次いでガウジング構造部を形成することによって、ビア開口部の底部内にガウジング構造部を提供することにより達成される。
【００１１】
本発明においては、ビア開口部及びガウジング構造部を形成する前にライン開口部が形成されるが、少なくとも平坦化材料、及び随意的なトレンチ拡散バリアによってビア開口部及びガウジング構造部を形成する間、ライン開口部の部分が保護されるので、相互接続誘電体材料の損傷は生じない。従って、本発明の方法は、図１−図５に示された技術を用いて製造されるもののような従来技術の相互接続構造体よりも配線が改善され、金属間の漏れのレベルが低い、ビア開口部の底部のガウジング構造部を含む相互接続構造体を提供する。
【００１２】
本発明の一実施形態においては、少なくとも１つの導電性構造部が内部に埋め込まれた第１の誘電体材料を含む下部相互接続レベルと、第１の誘電体材料及び少なくとも１つの導電性構造部の全てではなく一部分の上に配置された誘電体キャッピング層と、少なくとも１つの導電性充填ビア（conductively filled via）及び上にある導電性充填ライン（conductivelyfilled line）が内部に配置された第２の誘電体材料を含む上部相互接続レベルとを含み、少なくとも１つの導電性充填ビアは、ガウジング構造部、すなわちアンカー領域によって、第１の相互接続レベルの少なくとも１つの導電性構造部の露出面と接触している。
【００１３】
本発明の構造体において、少なくとも１つの導電性充填ラインは、第２の誘電体材料の上部から少なくとも１つの導電性充填ラインを分離するトレンチ拡散バリア及び組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアを含み、少なくとも１つの導電性充填ビアは、少なくとも１つの導電性充填ビアの下部と第２の誘電体材料を分離する組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアのみを含み、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアは、少なくとも１つの導電性充填ビアの下部と第１の誘電体材料内に埋め込まれた少なくとも１つの導電性構造部との間のガウジング構造部にも配置される。
【００１４】
「組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア（combined trench and via diffusion barrier）」という用語は、導電性充填ライン、導電性充填ビア及びガウジング構造部内に存在する連続的な拡散バリアを示すことが認められる。これは、本発明の相互接続構造体の導電性充填ライン内にのみ存在するトレンチ拡散バリアのものとは異なる層又は材料スタックを表す。
【００１５】
本発明の別の態様は、上述の相互接続構造体を製造する方法に関する。本発明の方法は、少なくとも１つの導電性構造部が内部に埋め込まれた第１の誘電体材料と、第１の誘電体材料の上方に配置された第２の誘電体とを含む構造体を準備するステップであって、第１の誘電体材料は、トレンチ拡散バリアでライニングされた（line、内側が覆われた）、少なくとも１つのライン開口部が内部に配置されている、ステップと、第２の誘電体材料内に少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成するステップと、少なくとも１つの導電性構造部内に少なくとも１つのガウジング構造部を形成するステップと、少なくとも１つのライン開口部及び少なくとも１つの拡張されたビア開口部内、及び、少なくとも１つのガウジング構造部の上に、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアを形成するステップと、少なくとも１つのライン開口部及び少なくとも１つのビア開口部を相互接続導電性材料で充填するステップとを含む。
【００１６】
本発明の幾つかの実施形態においては、トレンチ拡散バリアを省略することができる。トレンチ拡散バリアが用いられないとき、処理ステップは、少なくとも１つの導電性構造部が内部に埋め込まれた第１の誘電体材料と、第１の誘電体材料の上方に配置された第２の誘電体とを含む構造体を準備するステップであって、第１の誘電体材料は少なくとも１つのライン開口部を有する、ステップと、第２の誘電体材料内に少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成するステップと、少なくとも１つの導電性構造部内に少なくとも１つのガウジング構造部を形成するステップと、少なくとも１つのライン開口部及び少なくとも１つの拡張されたビア開口部内、及び、少なくとも１つのガウジング構造部の上に、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアを形成するステップと、少なくとも１つのライン開口部及び少なくとも１つのビア開口部を相互接続導電性材料で充填するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】相互接続構造体を形成する際に従来技術に用いられる基本的な処理ステップを示す図形的表示（断面図による）である。
【図２】相互接続構造体を形成する際に従来技術に用いられる基本的な処理ステップを示す図形的表示（断面図による）である。
【図３】相互接続構造体を形成する際に従来技術に用いられる基本的な処理ステップを示す図形的表示（断面図による）である。
【図４】相互接続構造体を形成する際に従来技術に用いられる基本的な処理ステップを示す図形的表示（断面図による）である。
【図５】相互接続構造体を形成する際に従来技術に用いられる基本的な処理ステップを示す図形的表示（断面図による）である。
【図６】初期構造体の上部相互接続レベル内にライン開口部を形成した後の、本発明の初期構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図７】少なくともライン開口部内にトレンチ拡散バリアを形成した後の、図６の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図８】平坦化層及び酸化物含有層を形成した後の、図７の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図９】酸化物含有層内にビア開口部を形成した後の、図８の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図１０】ビア開口部を下にある下部相互接続レベル内の導電性構造部まで延長した後の、図９の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図１１】下にある下部相互接続レベル内の導電性構造部の中にガウジング構造部を形成した後の、図１０の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図１２】ライン開口部から残りの平坦化材料を除去した後の、図１１の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図１３】ビア開口部及びライン開口部の両方の内部に組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアを形成した後の、図１２の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図１４】ビア開口部及びライン開口部の両方を相互接続導電性材料で充填し、平坦化した後の、図１３の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、ガウジングされた（掘られた）ビア構造部（すなわち、固定されたビア底部（anchored via bottom））を含む相互接続構造体、及びその製造方法を提供するものであり、ここで以下の議論及び本出願に添付の図面を参照することによってより詳細に説明される。本明細書で以下に詳細に言及される本出願の図面は、例示のために提供されるものであり、従って、一定の縮尺では描かれていない。
【００１９】
以下の説明において、本発明の完全な理解を提供するために、特定の構造体、構成要素、材料、寸法、処理ステップ及び技術のような多数の具体的な詳細が説明される。しかしながら、これらの具体的な詳細なしで本発明を実施できることが当業者には理解されるであろう。他の例において、本発明を曖昧にするのを避けるために、周知の構造体又は処理ステップは詳細には説明されない。
【００２０】
層、領域、又は基板のような要素が、別の要素「上に（on）」又は「の上に（over）」あるものとして言及されるとき、該要素が他の要素の直接上にあってもよく、又は介在する要素が存在してもよいことが理解されるであろう。対照的に、要素が別の要素の「直接上に（directly on）」又は「直接上方に（directly over）」あるものとして言及されるとき、介在する要素は存在しない。要素が別の要素に「接続する（connect）」又は「結合する（couple）」ものとして言及されるとき、該要素が他の要素に直接接続しても又は結合してもよく、或いは、介在する要素が存在してもよいことが理解されるであろう。対照的に、要素が別の要素に「直接接続する（directly connect)」」又は「直接結合する（directly couple）」ものとして言及されるとき、介在する要素は存在しない。
【００２１】
本発明のプロセス・フローは、図６に示される初期相互接続構造体１０を準備することで開始する。具体的には、図６に示される初期相互接続構造体１０は、誘電体キャッピング層１４によって分離される下部相互接続レベル１２及び上部相互接続レベル１６を含む多重レベル相互接続部を含む。半導体基板（図示せず）の上方に配置することができ、１つ又は複数の半導体デバイスを含む下部相互接続レベル１２は、バリア層によって第１の誘電体層１８から分離される少なくとも１つの導電性構造部（すなわち、導電性領域）２０を有する第１の誘電体材料１８を含む。上部相互接続レベル１６は、少なくとも１つのライン開口部２６が内部に配置された第２の誘電体材料２４を含む。示されるように、少なくとも１つのライン開口部２６は、第２の誘電体材料内で停止し、下にある導電性構造部２０の一部の上方に配置されている。上部相互接続レベル１６の上には、パターン形成されたハードマスク２８がある。図６に示される構造体は単一のライン開口部２６を示すが、本発明は、第２の誘電体材料２４内に、第２の誘電体材料２４内で停止し、下部相互接続レベル１２内に含まれる他の導電性構造部の上に配置される任意の数のこうしたライン開口部を形成することも考慮する。
【００２２】
図６に示される初期構造体１０は、当業者には周知の従来技術を用いて作製される。例えば、初期相互接続構造体は、最初に第１の誘電体材料１８を基板（図示せず）の表面に適用することによって形成することができる。基板は、図示されていないが、半導体材料、絶縁材料、導電性材料、又はそれらのいずれかの組み合わせを含むことができる。基板が半導体材料で構成される場合、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、ＳｉＣ、Ｇｅ合金、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、及び他のＩＩＩ／Ｖ族又はＩＩ／ＶＩ族化合物半導体のような任意の半導体を用いることができる。これらの列挙されたタイプの半導体材料に加えて、本発明は、半導体基板が、例えばＳｉ／ＳｉＧｅ、Ｓｉ／ＳｉＣ、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、又はシリコンゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）のような層状半導体である場合も考慮する。
【００２３】
基板が絶縁材料である場合、絶縁材料は、有機絶縁体、無機絶縁体、又は多層構造を含むそれらの組み合わせとすることができる。基板が導電性材料である場合、基板は、例えば、ポリＳｉ、元素金属（elemental metal）、元素金属の合金、金属シリサイド、金属窒化物、又は多層構造を含むそれらの組み合わせを含むことができる。基板が半導体材料を含む場合、例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスのような１つ又は複数の半導体デバイスをその上に製造することができる。
【００２４】
下部相互接続レベル１２の第１の誘電体材料１８は、無機誘電体又は有機誘電体を含むどのような層間誘電体又は層内誘電体を含んでもよい。第１の誘電体材料１８は、多孔性であっても、又は非多孔性であってもよく、本発明の幾つかの実施形態においては、多孔性誘電体は、２．８以下の誘電率を有することが非常に好ましい。第１の誘電体材料１８として使用できる好適な誘電体の幾つかの例として、これらに限定されるものではないが、ＳｉＯ２、シルセスキオキサン、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及びＨ原子を含むＣドープ酸化物（すなわち、オルガノシリケート）、熱硬化性ポリアリーレンエーテル、又はそれらの多層構造が挙げられる。「ポリアリーレン」という用語は、本出願においては、結合、縮合環、又は、例えば酸素、硫黄、スルホン、スルホキシド、カルボニルなどのような不活性結合基によって互いに結合された、アリール部分又は不活性置換されたアリール部分を示すために使用される。
【００２５】
第１の誘電体材料１８は、典型的には約４．０以下の誘電率を有し、約２．８以下の誘電率がさらにより典型的である。これらの誘電体は、一般に、誘電率が４．０より高い誘電体材料に比べて、寄生クロストークが低い。第１の誘電体材料１８の厚さは、使用される誘電体材料、及び下部相互接続レベル１２内の誘電体の正確な数に応じて変わり得る。典型的には、通常の相互接続構造体に関して、第１の誘電体材料１８は、２００ｎｍから４５０ｎｍまでの厚さを有する。
【００２６】
下部相互接続レベル１２はまた、第１の誘電体材料１８内に埋め込まれた（すなわち、内部に配置された）少なくとも１つの導電性構造部２０も有する。導電性構造部２０は、バリア層１９によって第１の誘電体材料１８から分離される導電性材料を含む。導電性構造部２０は、リソグラフィを行ない（すなわち、フォトレジストを第１の誘電体材料１８の表面に塗布し、そのフォトレジストを所望の放射パターンに露光し、従来のレジスト現像剤を用いて露光されたレジストを現像する）、第１の誘電体材料１８内に開口部をエッチング（乾式エッチング又は湿式エッチング）し、そのエッチングされた領域をバリア層１９で、次いで導電性材料で充填して、導電性領域を形成することによって形成される。バリア層１９は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＮ、Ｗ、ＷＮ、又は導電性材料がバリア層を通って拡散するのを防止するためのバリアとして作用できる他のいずれかの材料を含むことができ、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、スパッタリング、化学溶液堆積、又はめっきのような堆積プロセスによって形成される。
【００２７】
バリア層１９の厚さは、堆積プロセスの正確な手段、並びに使用される材料に応じて変わり得る。典型的には、バリア層１９は、４ｎｍから４０ｎｍまでの厚さを有し、７ｎｍから２０ｎｍまでの厚さがより典型的である。
【００２８】
バリア層１９の形成に続いて、第１の誘電体材料１８内の開口部の残りの領域が導電性材料で充填され、導電性構造部２０を形成する。導電性構造部２０を形成するのに使用される導電性材料は、例えば、ポリＳｉ、導電性金属、少なくとも１つの導電性金属を含む合金、導電性金属シリサイド、又はそれらの組み合わせを含む。導電性構造部２０を形成するのに使用される導電性材料は、Ｃｕ、Ｗ、又はＡｌのような導電性金属であることが好ましく、本発明においては、Ｃｕ又はＣｕ合金（ＡｌＣｕのような）が非常に好ましい。これらに限定されるものではないが、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、スパッタリング、化学溶液堆積、又はめっきを含む従来の堆積プロセスを用いて、第１の誘電体材料１８内の残りの開口部の中に導電性材料が充填される。これらの堆積の後、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）のような従来の平坦化プロセスを用いて、バリア層１９及び導電性構造部２０のそれぞれが第１の誘電体材料１８の上面と実質的に同一平面である上面を有する構造体を提供することができる。
【００２９】
少なくとも１つの導電性構造部２０を形成した後、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、化学溶液堆積、又は蒸着のような従来の堆積プロセスを用いて、下部相互接続レベル１２の表面上にブランケット誘電体キャッピング層１４が形成される。この誘電体キャッピング層１４は、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ４ＮＨ３、ＳｉＯ２、炭素ドープ酸化物、窒素及び水素ドープ炭化シリコンＳｉＣ（Ｎ，Ｈ）、又はそれらの多層構造のような、任意の好適な誘電体キャッピング材料を含む。誘電体キャッピング層１４の厚さは、これを形成するのに用いられる技術並びに層の材料構成に応じて変わり得る。典型的には、誘電体キャッピング層１４は、１５ｎｍから５５ｎｍまでの厚さを有し、２５ｎｍから４５ｎｍまでの厚さがより典型的である。
【００３０】
次に、第２の誘電体材料２４を誘電体キャッピング層１４の上部露出面に塗布することによって、上部相互接続レベル１６が形成される。第２の誘電体材料２４は、下部相互接続レベル１２の第１の誘電体材料１８のものと同じ又は異なる誘電体材料、好ましくは同じ誘電体材料を含むことができる。第１の誘電体材料１８に関する処理技術及び厚さの範囲は、第２の誘電体材料２４にも適用可能である。第２の誘電体材料２４はまた、２つの異なる誘電体材料を含むこともでき、すなわち、最初に１つの誘電体材料を堆積させ、続いて異なる誘電体材料を堆積させることができる。本発明の一実施形態において、第２の誘電体材料２４は、２つの異なる低ｋ誘電体材料を含み、従って、上部相互接続レベル１６は、多孔性誘電体材料内に埋め込まれた、後で充填される導電性充填ラインと、高密度の（すなわち、非多孔性の）誘電体材料内に埋め込まれた、後で充填されるビアとを有するハイブリッド構造体を有する。このような実施形態において、多孔性低ｋ誘電体は、約２．８以下の誘電率を有し、高密度低ｋ誘電体は、約４．０以下の誘電率を有する。
【００３１】
次に、最初に第２の誘電体材料２４の上面の上にブランケット・ハードマスク材料を形成することによって、第２の誘電体材料２４内に少なくとも１つのライン開口部２６が形成される。ブランケット・ハードマスク材料は、酸化物、窒化物、酸窒化物、又はそれらの多層構造を含む任意の組み合わせを含む。典型的には、ハードマスク材料は、ＳｉＯ２のような酸化物、又はＳｉ３Ｎ４のような窒化物である。ブランケット・ハードマスク材料は、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、化学溶液堆積、又は蒸着のような従来の堆積プロセスを用いて形成される。堆積されたままのハードマスク材料の厚さは、形成されるハードマスク材料のタイプ、ハードマスク材料を構成する層の数、及びこれを形成するのに用いられる堆積技術に応じて変わり得る。典型的には、堆積されたままのハードマスク材料は、約１０ｎｍから約８０ｎｍまでの厚さを有し、約２０ｎｍから約６０ｎｍまでの厚さがさらにより典型的である。
【００３２】
ハードマスク材料のブランケット層を形成した後、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、スピンオン・コーティング、化学溶液堆積、又は蒸着のような従来の堆積プロセスを用いて、ハードマスク材料の上にフォトレジスト(図示せず)が形成される。フォトレジストは、ポジティブ・トーン材料、ネガティブ・トーン材料、又はそれらのハイブリッド材料とすることができ、それらの各々が当業者には周知のものである。次いで、フォトレジストを放射パターンに露光し、従来のレジスト現像剤を用いて露光されたレジストを現像することを含むリソグラフィ・プロセスが、フォトレジストに施される。リソグラフィ・ステップは、ハードマスク材料の上に、ライン開口部２６の幅を定めるパターン形成されたフォトレジストを提供する。
【００３３】
パターン形成されたフォトレジストを提供した後、１つ又は複数のエッチング・プロセスを用いて、ハードマスク材料内に、次いで引き続き第２の誘電体材料２４内に、ライン・パターンが転写される。ハードマスク内にライン・パターンを転写し、パターン形成されたハードマスク２８を形成した直後、従来の剥離プロセスを用いて、パターン形成されたフォトレジストを剥離することができる。代替的に、最初にライン・パターンをハードマスク内に形成してパターン形成されたハードマスク２８を形成し、次に、第２の誘電体材料２４内に転写した後に、パターン形成されたフォトレジストを剥離することもできる。ライン・パターンを転写するのに用いられるエッチングは、乾式エッチング・プロセス、湿式化学エッチング・プロセス、又はそれらの組み合わせを含むことができる。ここで用いられる「乾式エッチング」という用語は、反応性イオン・エッチング、イオン・ビーム・エッチング、プラズマ・エッチング、又はレーザ・アブレーションのようなエッチング技術を示すために用いる。
【００３４】
図６に示される初期相互接続構造体１０を形成した後、次いで、初期相互接続構造体の露出面の全ての上にトレンチ拡散バリア３０を形成し、例えば図７に示されるような構造体を提供する。本発明の幾つかの実施形態においては、ライン開口部２６内へのトレンチ拡散バリア３０の形成は省略され、プロセスは、図８に示される次のステップに続く。こうした実施形態は可能であるが、ライン開口部２６内にトレンチ拡散バリアを形成することが好ましい。
【００３５】
示されるように、トレンチ拡散バリア３０は、パターン形成されたハードマスク２８の露出面、及び、ライン開口部２６内の第２の誘電体材料２４の露出面（例えば、共通の底壁まで延びる側壁）を覆う。本発明によれば、トレンチ拡散バリア３０は、その厚さが典型的には０．５ｎｍから２０ｎｍまでの範囲内にあり、１ｎｍから１０ｎｍまでの厚さがよりいっそう典型的である、薄い層である。トレンチ拡散バリア３０は、これらに限定されるものではないが、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、又はスピンオン・コーティングを含む従来の堆積プロセスを用いて形成される。トレンチ拡散バリア３０は、例えば、ＴａＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＲｕＴａ、ＲｕＴａＮ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、又はＩｒ、或いはそれらのいずれかの組み合わせを含む、金属拡散に対して耐性があるいずれかの材料を含む層又は材料スタックを含む。
【００３６】
次に、図８に示されるように、ライン開口部２６を充填し、パターン形成されたマスク２８の表面上に位置するトレンチ拡散バリア３０の上方に延びるように、平坦化層３２が堆積される。トレンチ誘電体３０が使用されない実施形態においては、平坦化層３２は、第２の誘電体材料２４の露出した壁部分、及び、パターン形成されたハードマスク２８の上面に直接接触する。
【００３７】
平坦化層３２は、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、スピンオン・コーティング、蒸着、又は化学溶液堆積を含む従来の堆積プロセスを用いて堆積される。平坦化材料は、従来の反射防止コーティング材料又はスパンガラス材料を含む。
【００３８】
さらに図８を参照すると、平坦化層３２を形成した後、次いで、平坦化層３２の表面の上に、低温酸化物などの酸化物含有層３４が形成される。酸化物含有層３４は、これらに限定されるものではないが、堆積温度が５００℃より低いＣＶＤ及びＰＥＣＶＤを含むいずれかの従来の堆積プロセスを用いて形成される。酸化物含有層３４は、典型的には５ｎｍから１００ｎｍまでの厚さを有し、２０ｎｍから５０ｎｍまでの厚さがより典型的である。
【００３９】
次に、堆積及びリソグラフィによって、酸化物含有層３４の上面上に、ビア開口部パターンを含むパターン形成されたフォトレジスト（具体的には示されない）が形成される。次いで、ビア開口部のパターンを、パターン形成されたフォトレジストから少なくとも酸化物含有層３４内に転写するエッチング・ステップが行なわれる。ビア開口部パターンの転写は、ライン開口部２６を第２の誘電体材料２４内に形成する際の上述したエッチング・ステップのうちの１つを用いて行なわれる。ビア・パターンを酸化物含有層３４内に転写した後、例えばアッシング（ashing）のような従来のレジスト剥離プロセスを用いて、パターン形成されたフォトレジストが剥離される。これらのステップを行なった後に形成される結果として得られる構造体が、例えば、図９に示される。図９において、パターン形成された酸化物含有層は、参照番号３４’で表され、初期ビア開口部は、参照番号３６で表される。
【００４０】
次に、図１０に示されるように、初期ビア開口部３６が、平坦化層３２の一部、存在する場合はトレンチ拡散バリア３０の一部、及び下にある第２の誘電体材料２４の一部を通って下方に延び、誘電体キャッピング層１４の表面の上で停止し、拡張されたビア開口部３６’を形成する。幾つかの実施形態においては、エッチング・ステップは、誘電体キャッピング層１４の一部をパンチスルーする（punch through）、すなわち除去し、導電性構造部２０の表面の上で停止することができる。初期ビア開口部３６の延長は、図１０に示される構造体を形成できる１つ又は複数のエッチング・プロセスを含む。示されるように、少なくとも残りの平坦化層３２によって保護されるライン開口部２６は、拡張されたビア開口部３６’の上方に配置され、これに接続される。１つ又は複数のエッチング・ステップ中、図１０に示されるように、パターン形成された酸化物含有層３４’も除去されることが認められる。
【００４１】
次に、最初に誘電体キャッピング層１４を開口するかどうかに関係なく、図１０に示される構造体にＡｒスパッタリング・プロセスを施し、このＡｒスパッタリング・プロセスにより、前もって除去されていない場合には、拡張されたビア開口部３６’の底部から誘電体キャッピング層の一部を除去し、下にある導電性構造部２０をパンチスルーして、導電性構造部２０内にガウジング構造部（すなわち、アンカー領域）３８を生成する。Ａｒスパッタリングの後に結果として得られる構造体が、例えば、図１１に示される。第２の誘電体材料２４は、少なくとも残りの平坦化層３２、存在する場合にはトレンチ拡散バリア３０及びパターン形成されたハードマスク層２８によって保護されているので、このプロセス中に損傷を受けない。
【００４２】
ガウジング構造部３８を形成するのに用いられるＡｒスパッタリング・プロセスは、こうした構造部を形成するために相互接続技術において典型的に用いられる任意の従来のＡｒスパッタリング・プロセスを含む。例証として、Ａｒスパッタリングは、次の限定されない条件、すなわち２０ｓｃｃｍのＡｒガス流、２５℃の温度、４００ＫＨｚ及び７５０Ｗの上部電極バイアス、１３．６ＭＨｚ及び４００Ｗのテーブルバイアス、並びに０．６ｍｔｏｒｒのプロセス圧力を用いて行なうことができる。説明のためにＡｒが示されているが、スパッタリング・プロセスのために、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、又はそれらの混合物のような他の任意のガスを用いることもできる。
【００４３】
本発明の幾つかの実施形態（具体的には示されない）においては、導電性構造部２０の少なくともガウジングされた表面上に金属界面層を形成することができる。存在する場合、金属界面層は、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、化学溶液堆積、蒸着、有機金属堆積、ＡＬＤ、スパッタリング、ＰＶＤ、又はめっき（無電解又は電解）を含む、任意の従来の堆積プロセスを用いて形成される。金属界面層の厚さは、使用される正確な金属界面材料、及び、金属界面層を形成するのに用いられる堆積技術に応じて変わり得る。典型的には、金属界面層は、０．５ｎｍから４０ｎｍまでの厚さを有し、１ｎｍから１０ｎｍまでの厚さがさらにより典型的である。金属界面層は、例えば、Ｃｏ、ＴａＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はＡｇなどの金属バリア材料を含む。こうした材料の合金も考慮される。
【００４４】
図１２は、残りの平坦化層３２がライン開口部２６内から剥離された後の、図１１の構造体を示す。残りの平坦化層３２の剥離は、化学湿式エッチング・プロセス、又は構造体から平坦化材料を選択的に除去する化学アッシング・プロセスのいずれかを用いて行なわれる。
【００４５】
本発明の幾つかの実施形態においては、酸化物又はエッチング残留物（図示せず）が、ガウジング構造部３８内に残ることがある。このような場合、酸化物又はエッチング残留物は、化学湿式エッチング・プロセス及び／又は少量のＡｒ衝撃（bombardment）を含むことができる表面洗浄プロセスを用いて、ガウジング構造部３８から除去することができる。Ａｒ衝撃の条件は、ガウジング構造部３８を形成するのに用いられるものほど厳しくないので、この場合、損傷は生じない。典型的には、この場合に用いられる表面洗浄だけのためのプロセス時間は、従来技術において用いられる、ガウジング構造部を生成するための１０秒以上に比べて、５秒未満である。例証として、Ａｒスパッタリングは、次の限定されない条件、すなわち２０ｓｃｃｍのＡｒガス流、２５℃の温度、４００ＫＨｚ及び４００Ｗの上部電極バイアス、１３．６ＭＨｚ及び２００Ｗのテーブルバイアス、及び０．６ｍｔｏｒｒのプロセス圧力を用いて行なうことができる。説明のためにＡｒが示されたが、スパッタリング・プロセスのために、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、又はそれらの混合物のような任意の他のガスを用いることもできる。
【００４６】
本発明の幾つかの実施形態において、エッチング残留物が、少なくても１つのライン開口部２６及び少なくとも拡張されたビア開口部３６’から除去される。１つの実施形態においては、Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２、又はＮＨ３の少なくとも１つ又は組み合わせを含むプラズマ・エッチングが用いられる。別の実施形態においては、エッチング残留物は、ＨＦ、ＨＣＩ、Ｈ２ＳＯ４、又はＨＮＯ３の少なくとも１つ又は組み合わせを含む湿式洗浄によって除去される。
【００４７】
本発明の方法のこの時点で、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０が、図１２に示される構造体内に形成され、図１３に示される構造体を提供する。示されるように、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０は、ライン開口部２６及拡張されたビア開口部３６’の両方の中に存在し、一方、存在する場合、トレンチ拡散バリア３０は、ライン開口部２６内にのみ存在する。トレンチ拡散バリア３０が存在するとき、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０は、ライン開口部内のトレンチ拡散バリア３０の上、拡張されたビア開口部３６’内の第２の誘電体材料２４の露出された壁面の上、及び導電性構造部２０のガウジングされた面の上に配置される。
【００４８】
組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０は、導電性材料がそこを通って拡散するのを防止するためのバリアとして作用できるいずれかの材料を含む。例証として、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０は、ＴａＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＲｕＴａ、ＲｕＴａＮ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、又はＩｒ、或いはそれらの任意の組み合わせの層又は材料スタックを含む。組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア層４０は、トレンチ拡散バリア３０とは異なる層又は材料スタックを表すことが認められる。
【００４９】
組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０は、ライン開口部及び拡張されたビア開口部の両方の中に存在する連続的な層であり、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、スパッタリング、化学溶液堆積、又はめっきなどの堆積プロセスを用いて形成される。
【００５０】
組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０の厚さは、バリア内の材料層の数、拡散バリアを形成するのに使用される技術、並びに拡散バリア自体の材料に応じて変わり得る。典型的には、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０は、４ｎｍから４０ｎｍまでの厚さを有し、７ｎｍから２０ｎｍまでの厚さがさらにより典型的である。
【００５１】
本発明の幾つかの実施形態においては、ここで、図１３に示される構造体内にめっきシード層（図示せず）が形成される。使用される場合、このめっきシード層は、Ｃｕ、或いは元素周期表のＶＩＩＩＡ族からの金属又は金属合金から成る。めっきシード層のための好適なＶＩＩＩＡ族元素の例として、これらに限定されるものではないが、Ｒｕ、ＴａＲｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ及びそれらの合金が挙げられる。幾つかの実施形態においては、めっきシード層としてＣｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、又はＲｈを用いることが好ましい。
【００５２】
めっきシード層は、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、めっき、スパッタリング、及び物理気相堆積（ＰＶＰ）を含む従来の堆積プロセスによって形成される。めっきシード層の厚さは、例えば、めっきシード層の組成材料、及びめっきシード層を形成するのに使用された技術を含む多数の要因に応じて変わり得る。典型的には、めっきシード層は、約０．５ｎｍから約１０ｎｍまでの厚さを有し、６ｎｍ未満の厚さがさらにより典型的である。
【００５３】
次に、図１３に示される構造体は、めっきシード層の有無に関係なく、相互接続導電性材料４２で充填され、平坦化されて、図１４に示される平坦化された構造体を提供する。示されるように、相互接続導電性材料は、拡張されたビア開口部３６’、ライン開口部２６、並びにガウジング構造部３８を充填する。相互接続導電性材料４２は、導電性構造部２０のものと同じ又は異なる導電性材料、好ましくは同じ導電性材料を含むことができる。Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、又はそれらの合金が使用されることが好ましく、Ｃｕ又はＡｌＣｕが最も好ましい。相互接続導電性材料４２は、導電性構造部２０を形成する際に上述されたものと同じ堆積プロセスを用いて形成され、導電性材料の堆積に続いて、構造体に平坦化が施される。化学機械研磨及び／又は研削を含む平坦化プロセスにより、上部相互接続レベル１６の第２の誘電体材料２４の上に配置された、例えば組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０、トレンチ拡散バリア３０、及びパターン形成されたハードマスク２８などの種々の材料が除去される。
【００５４】
本出願の方法は、図１４に示されるレベルの上に付加的な相互接続レベルを形成するのにも適用可能である。種々の相互接続レベルの各々が、前述のガウジング構造部を含む。
【００５５】
上述の統合処理スキームのために、ガウジング構造部３８の形成中、第２の誘電体材料２４内に損傷領域は形成されない。
【００５６】
本発明をその好ましい実施形態について特に示し、説明したが、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び細部について前述及び他の変更をなし得ることを理解するであろう。従って、本発明は、説明され図示された通りの正確な形態及び細部に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内であることが意図される。
【符号の説明】
【００５７】
１０：初期相互接続構造体
１２：下部相互接続レベル
１４：誘電体キャッピング層
１６：上部相互接続レベル
１８：第１の誘電体材料
１９：バリア層
２０：導電性構造部
２４：第２の誘電体材料
２６：ライン開口部
２８：パターン形成されたハードマスク
３０：トレンチ拡散バリア
３２：平坦化層
３４：酸化物含有層
３４’：パターン形成された酸化物含有層
３６：初期ビア開口部
３６’：拡張されたビア開口部
３８：ガウジング構造部（アンカー領域）
４０：組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア
４２：相互接続導電性材料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体構造体及びその製造方法に関する。より具体的には、本発明は、ビア開口部の底部に配置されたガウジング構造部（gouging feature）を含む半導体相互接続構造体、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスは、半導体基板上に製造された、集積回路を形成する複数の回路を含む。基板の表面上に分布する回路素子を接続するために、信号経路の複雑なネットワークが通常、経路設定される。デバイス全体にわたるこれらの信号の効率的な経路設定は、例えば、シングル又はデュアル・ダマシン配線構造のような多重レベル又は多層方式の形成を必要とする。典型的な相互接続構造体内において、金属ビアは、半導体基板に対して垂直に延び、金属ラインは、半導体基板に対して平行に延びる。
【０００３】
何百万というデバイス及び回路が１つの半導体チップ上に詰め込まれるに従って、世代を経るごとに配線密度及び金属レベルの数の両方が増大される。高い信号速度に対して低いＲＣを提供するために、二酸化シリコンより低い誘電率を有する低ｋ誘電体材料、及び、銅含有ラインが不可欠なものになりつつある。歩留まり及び信頼性を確実にするために、従来のダマシン・プロセスによって形成された薄い金属配線及びスタッドの品質は、極めて重要である。今日、この領域において直面する主要な問題は、低ｋ誘電体材料内に埋め込まれたディープ・サブミクロン（deep submicron）の金属スタッドの機械的完全性が不十分であることであり、このことが、相互接続構造体内に不満足な熱サイクル及びストレスマイグレーション耐性をもたらすことがある。この問題は、新しいメタライゼーション手法又は多孔性低ｋ誘電体材料のいずれかが用いられるとき、より深刻になる。
【０００４】
相互接続構造体内に銅ダマシン及び低ｋ誘電体材料を用いながら、この脆弱な機械的強度の問題を解決するために、半導体業界により、いわゆる「ビア・パンチスルー（via punch-through）」技術が採用された。ビア・パンチスルーは、相互接続構造体内にビア・ガウジング構造部（すなわち、アンカー領域）を提供するものである。こうしたビア・ガウジング構造部は、適度なコンタクト抵抗、及び、コンタクト・スタッドの機械的強度の増大を達成することが報告されている。
【０００５】
しかしながら、従来技術においてビア・ガウジングを生成するのに用いられるアルゴン・スパッタリング技術は、トレンチ（すなわち、ライン開口部）底部から、例えばＴａＮなどの堆積されたライナ材料を除去するだけではなく、低ｋ誘電体材料に損傷も与える。ガウジング構造部を生成する要件のために、最終的な相互接続構造体は、トレンチ底部におけるライナ被覆率が低いだけではなく、Ａｒスパッタリング・プロセスにより、低ｋ誘電体材料内に深刻な損傷が生じた。このことは、高度なチップ製造に関する主な歩留まり低下原因及び信頼性の問題になっている。
【０００６】
ビア・ガウジングについての既存の従来技術手法の詳細な処理ステップが、図１−図５に示され、ここで以下に説明される。最初に、下部相互接続レベル１００の上に配置された上部相互接続レベル１０８のデュアル・ダマシンをパターン形成した後に形成される、従来技術の構造体を示す図１を参照する。下部相互接続レベル１００は、内部に金属、すなわちＣｕの構造部１０４を含む第１の低ｋ誘電体材料１０２を含む。下部相互接続レベル１００は、キャッピング層１０６によって、上部相互接続レベル１０８から部分的に分離されている。上部相互接続レベル１０８は、内部に配置されたライン開口部１１２及びビア開口部１１４の両方を含む第２の低ｋ誘電体材料１１０を含む。図１に示されるように、ビア開口部１１４の下方にある、下部相互接続レベル１００の金属構造部１０４の表面は露出されている。
【０００７】
図２は、露出面の全ての上に、例えばＴａＮなどの拡散バリア１１６を形成した後の図１の従来技術の構造体を示す。次に、図３に示されるようなアルゴン・スパッタリングを行なって、ビア開口部１１４内の底部の水平面を洗浄し、かつ、下部相互接続レベル１００の金属構造部１０４内にガウジング構造部（すなわち、アンカー領域）１１８を形成する。ガウジング構造部１１８は、示される種々の相互接続レベル間の相互接続強度を強化ために用いられる。Ａｒスパッタリング・プロセス中、ライン開口部１１２の各々の底部から拡散バリア１１６が除去され、誘電体の損傷１２０（第２の低ｋ誘電体材料１１０内の丸印で示される）が、ライン開口部１１２の各々の底部に形成される。スパッタリング・プロセス中に形成される誘電体の損傷１２０は、従来技術のスパッタリング・プロセス固有の攻撃的な性質に起因するものである。
【０００８】
図４は、その露出面上に、例えばＴａ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、又はＰｔなどの金属ライナ層１２２を形成した後の図３の従来技術の構造体を示す。図５は、ライン開口部１１２及びビア開口部１１４を、例えばＣｕなどの導電性金属１２４で充填し、平坦化した後の従来技術の構造体を示す。図５に示されるように、従来技術の構造体は、金属充填ラインの底部における拡散バリア１１６の被覆率（参照番号１２６で示される）が低く、第２の低ｋ誘電体材料１１０内に形成された損傷１２０の結果として構造部の底部が粗い。これらの特性の両方が、拡散バリア１１６の品質を低下させ、全体的な配線の信頼性を低下させる。さらに、前述の特性の両方により、高レベルの金属間漏れを示す構造体がもたらされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の相互接続構造体に関する上記の欠点に鑑みて、相互接続誘電体材料内に形成されたライン開口部の水平面から拡散バリアが除去されるのを回避し、それにより、相互接続誘電体材料内に損傷が生じない、新しい改善された統合スキームを開発することに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ビア開口部の底部にガウジング構造部を含む相互接続構造体、及びその形成方法を提供する。本発明の方法は、ビア開口部の上に配置されたライン開口部内の堆積された拡散バリアの被覆率に影響を与えず、及び／又は、ビア開口部及びライン開口部を含む相互接続誘電体材料内にスパッタリングを行なうことによりビア開口部の底部にガウジング構造部を生成することに起因する損傷を生じさせない。本発明によれば、こうした相互接続構造体は、最初に相互接続誘電体材料内にライン開口部を形成し、その後、ビア開口部、次いでガウジング構造部を形成することによって、ビア開口部の底部内にガウジング構造部を提供することにより達成される。
【００１１】
本発明においては、ビア開口部及びガウジング構造部を形成する前にライン開口部が形成されるが、少なくとも平坦化材料、及び随意的なトレンチ拡散バリアによってビア開口部及びガウジング構造部を形成する間、ライン開口部の部分が保護されるので、相互接続誘電体材料の損傷は生じない。従って、本発明の方法は、図１−図５に示された技術を用いて製造されるもののような従来技術の相互接続構造体よりも配線が改善され、金属間の漏れのレベルが低い、ビア開口部の底部のガウジング構造部を含む相互接続構造体を提供する。
【００１２】
本発明の一実施形態においては、少なくとも１つの導電性構造部が内部に埋め込まれた第１の誘電体材料を含む下部相互接続レベルと、第１の誘電体材料及び少なくとも１つの導電性構造部の全てではなく一部分の上に配置された誘電体キャッピング層と、少なくとも１つの導電性充填ビア（conductively filled via）及び上にある導電性充填ライン（conductivelyfilled line）が内部に配置された第２の誘電体材料を含む上部相互接続レベルとを含み、少なくとも１つの導電性充填ビアは、ガウジング構造部、すなわちアンカー領域によって、第１の相互接続レベルの少なくとも１つの導電性構造部の露出面と接触している。
【００１３】
本発明の構造体において、少なくとも１つの導電性充填ラインは、第２の誘電体材料の上部から少なくとも１つの導電性充填ラインを分離するトレンチ拡散バリア及び組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアを含み、少なくとも１つの導電性充填ビアは、少なくとも１つの導電性充填ビアの下部と第２の誘電体材料を分離する組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアのみを含み、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアは、少なくとも１つの導電性充填ビアの下部と第１の誘電体材料内に埋め込まれた少なくとも１つの導電性構造部との間のガウジング構造部にも配置される。
【００１４】
「組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア（combined trench and via diffusion barrier）」という用語は、導電性充填ライン、導電性充填ビア及びガウジング構造部内に存在する連続的な拡散バリアを示すことが認められる。これは、本発明の相互接続構造体の導電性充填ライン内にのみ存在するトレンチ拡散バリアのものとは異なる層又は材料スタックを表す。
【００１５】
本発明の別の態様は、上述の相互接続構造体を製造する方法に関する。本発明の方法は、少なくとも１つの導電性構造部が内部に埋め込まれた第１の誘電体材料と、第１の誘電体材料の上方に配置された第２の誘電体とを含む構造体を準備するステップであって、第１の誘電体材料は、トレンチ拡散バリアでライニングされた（line、内側が覆われた）、少なくとも１つのライン開口部が内部に配置されている、ステップと、第２の誘電体材料内に少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成するステップと、少なくとも１つの導電性構造部内に少なくとも１つのガウジング構造部を形成するステップと、少なくとも１つのライン開口部及び少なくとも１つの拡張されたビア開口部内、及び、少なくとも１つのガウジング構造部の上に、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアを形成するステップと、少なくとも１つのライン開口部及び少なくとも１つのビア開口部を相互接続導電性材料で充填するステップとを含む。
【００１６】
本発明の幾つかの実施形態においては、トレンチ拡散バリアを省略することができる。トレンチ拡散バリアが用いられないとき、処理ステップは、少なくとも１つの導電性構造部が内部に埋め込まれた第１の誘電体材料と、第１の誘電体材料の上方に配置された第２の誘電体とを含む構造体を準備するステップであって、第１の誘電体材料は少なくとも１つのライン開口部を有する、ステップと、第２の誘電体材料内に少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成するステップと、少なくとも１つの導電性構造部内に少なくとも１つのガウジング構造部を形成するステップと、少なくとも１つのライン開口部及び少なくとも１つの拡張されたビア開口部内、及び、少なくとも１つのガウジング構造部の上に、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアを形成するステップと、少なくとも１つのライン開口部及び少なくとも１つのビア開口部を相互接続導電性材料で充填するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】相互接続構造体を形成する際に従来技術に用いられる基本的な処理ステップを示す図形的表示（断面図による）である。
【図２】相互接続構造体を形成する際に従来技術に用いられる基本的な処理ステップを示す図形的表示（断面図による）である。
【図３】相互接続構造体を形成する際に従来技術に用いられる基本的な処理ステップを示す図形的表示（断面図による）である。
【図４】相互接続構造体を形成する際に従来技術に用いられる基本的な処理ステップを示す図形的表示（断面図による）である。
【図５】相互接続構造体を形成する際に従来技術に用いられる基本的な処理ステップを示す図形的表示（断面図による）である。
【図６】初期構造体の上部相互接続レベル内にライン開口部を形成した後の、本発明の初期構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図７】少なくともライン開口部内にトレンチ拡散バリアを形成した後の、図６の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図８】平坦化層及び酸化物含有層を形成した後の、図７の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図９】酸化物含有層内にビア開口部を形成した後の、図８の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図１０】ビア開口部を下にある下部相互接続レベル内の導電性構造部まで延長した後の、図９の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図１１】下にある下部相互接続レベル内の導電性構造部の中にガウジング構造部を形成した後の、図１０の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図１２】ライン開口部から残りの平坦化材料を除去した後の、図１１の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図１３】ビア開口部及びライン開口部の両方の内部に組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアを形成した後の、図１２の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【図１４】ビア開口部及びライン開口部の両方を相互接続導電性材料で充填し、平坦化した後の、図１３の構造体を示す図形的表示（断面図による）である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、ガウジングされた（掘られた）ビア構造部（すなわち、固定されたビア底部（anchored via bottom））を含む相互接続構造体、及びその製造方法を提供するものであり、ここで以下の議論及び本出願に添付の図面を参照することによってより詳細に説明される。本明細書で以下に詳細に言及される本出願の図面は、例示のために提供されるものであり、従って、一定の縮尺では描かれていない。
【００１９】
以下の説明において、本発明の完全な理解を提供するために、特定の構造体、構成要素、材料、寸法、処理ステップ及び技術のような多数の具体的な詳細が説明される。しかしながら、これらの具体的な詳細なしで本発明を実施できることが当業者には理解されるであろう。他の例において、本発明を曖昧にするのを避けるために、周知の構造体又は処理ステップは詳細には説明されない。
【００２０】
層、領域、又は基板のような要素が、別の要素「上に（on）」又は「の上に（over）」あるものとして言及されるとき、該要素が他の要素の直接上にあってもよく、又は介在する要素が存在してもよいことが理解されるであろう。対照的に、要素が別の要素の「直接上に（directly on）」又は「直接上方に（directly over）」あるものとして言及されるとき、介在する要素は存在しない。要素が別の要素に「接続する（connect）」又は「結合する（couple）」ものとして言及されるとき、該要素が他の要素に直接接続しても又は結合してもよく、或いは、介在する要素が存在してもよいことが理解されるであろう。対照的に、要素が別の要素に「直接接続する（directly connect)」」又は「直接結合する（directly couple）」ものとして言及されるとき、介在する要素は存在しない。
【００２１】
本発明のプロセス・フローは、図６に示される初期相互接続構造体１０を準備することで開始する。具体的には、図６に示される初期相互接続構造体１０は、誘電体キャッピング層１４によって分離される下部相互接続レベル１２及び上部相互接続レベル１６を含む多重レベル相互接続部を含む。半導体基板（図示せず）の上方に配置することができ、１つ又は複数の半導体デバイスを含む下部相互接続レベル１２は、バリア層によって第１の誘電体層１８から分離される少なくとも１つの導電性構造部（すなわち、導電性領域）２０を有する第１の誘電体材料１８を含む。上部相互接続レベル１６は、少なくとも１つのライン開口部２６が内部に配置された第２の誘電体材料２４を含む。示されるように、少なくとも１つのライン開口部２６は、第２の誘電体材料内で停止し、下にある導電性構造部２０の一部の上方に配置されている。上部相互接続レベル１６の上には、パターン形成されたハードマスク２８がある。図６に示される構造体は単一のライン開口部２６を示すが、本発明は、第２の誘電体材料２４内に、第２の誘電体材料２４内で停止し、下部相互接続レベル１２内に含まれる他の導電性構造部の上に配置される任意の数のこうしたライン開口部を形成することも考慮する。
【００２２】
図６に示される初期構造体１０は、当業者には周知の従来技術を用いて作製される。例えば、初期相互接続構造体は、最初に第１の誘電体材料１８を基板（図示せず）の表面に適用することによって形成することができる。基板は、図示されていないが、半導体材料、絶縁材料、導電性材料、又はそれらのいずれかの組み合わせを含むことができる。基板が半導体材料で構成される場合、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、ＳｉＣ、Ｇｅ合金、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、及び他のＩＩＩ／Ｖ族又はＩＩ／ＶＩ族化合物半導体のような任意の半導体を用いることができる。これらの列挙されたタイプの半導体材料に加えて、本発明は、半導体基板が、例えばＳｉ／ＳｉＧｅ、Ｓｉ／ＳｉＣ、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、又はシリコンゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）のような層状半導体である場合も考慮する。
【００２３】
基板が絶縁材料である場合、絶縁材料は、有機絶縁体、無機絶縁体、又は多層構造を含むそれらの組み合わせとすることができる。基板が導電性材料である場合、基板は、例えば、ポリＳｉ、元素金属（elemental metal）、元素金属の合金、金属シリサイド、金属窒化物、又は多層構造を含むそれらの組み合わせを含むことができる。基板が半導体材料を含む場合、例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスのような１つ又は複数の半導体デバイスをその上に製造することができる。
【００２４】
下部相互接続レベル１２の第１の誘電体材料１８は、無機誘電体又は有機誘電体を含むどのような層間誘電体又は層内誘電体を含んでもよい。第１の誘電体材料１８は、多孔性であっても、又は非多孔性であってもよく、本発明の幾つかの実施形態においては、多孔性誘電体は、２．８以下の誘電率を有することが非常に好ましい。第１の誘電体材料１８として使用できる好適な誘電体の幾つかの例として、これらに限定されるものではないが、ＳｉＯ２、シルセスキオキサン、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及びＨ原子を含むＣドープ酸化物（すなわち、オルガノシリケート）、熱硬化性ポリアリーレンエーテル、又はそれらの多層構造が挙げられる。「ポリアリーレン」という用語は、本出願においては、結合、縮合環、又は、例えば酸素、硫黄、スルホン、スルホキシド、カルボニルなどのような不活性結合基によって互いに結合された、アリール部分又は不活性置換されたアリール部分を示すために使用される。
【００２５】
第１の誘電体材料１８は、典型的には約４．０以下の誘電率を有し、約２．８以下の誘電率がさらにより典型的である。これらの誘電体は、一般に、誘電率が４．０より高い誘電体材料に比べて、寄生クロストークが低い。第１の誘電体材料１８の厚さは、使用される誘電体材料、及び下部相互接続レベル１２内の誘電体の正確な数に応じて変わり得る。典型的には、通常の相互接続構造体に関して、第１の誘電体材料１８は、２００ｎｍから４５０ｎｍまでの厚さを有する。
【００２６】
下部相互接続レベル１２はまた、第１の誘電体材料１８内に埋め込まれた（すなわち、内部に配置された）少なくとも１つの導電性構造部２０も有する。導電性構造部２０は、バリア層１９によって第１の誘電体材料１８から分離される導電性材料を含む。導電性構造部２０は、リソグラフィを行ない（すなわち、フォトレジストを第１の誘電体材料１８の表面に塗布し、そのフォトレジストを所望の放射パターンに露光し、従来のレジスト現像剤を用いて露光されたレジストを現像する）、第１の誘電体材料１８内に開口部をエッチング（乾式エッチング又は湿式エッチング）し、そのエッチングされた領域をバリア層１９で、次いで導電性材料で充填して、導電性領域を形成することによって形成される。バリア層１９は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＮ、Ｗ、ＷＮ、又は導電性材料がバリア層を通って拡散するのを防止するためのバリアとして作用できる他のいずれかの材料を含むことができ、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、スパッタリング、化学溶液堆積、又はめっきのような堆積プロセスによって形成される。
【００２７】
バリア層１９の厚さは、堆積プロセスの正確な手段、並びに使用される材料に応じて変わり得る。典型的には、バリア層１９は、４ｎｍから４０ｎｍまでの厚さを有し、７ｎｍから２０ｎｍまでの厚さがより典型的である。
【００２８】
バリア層１９の形成に続いて、第１の誘電体材料１８内の開口部の残りの領域が導電性材料で充填され、導電性構造部２０を形成する。導電性構造部２０を形成するのに使用される導電性材料は、例えば、ポリＳｉ、導電性金属、少なくとも１つの導電性金属を含む合金、導電性金属シリサイド、又はそれらの組み合わせを含む。導電性構造部２０を形成するのに使用される導電性材料は、Ｃｕ、Ｗ、又はＡｌのような導電性金属であることが好ましく、本発明においては、Ｃｕ又はＣｕ合金（ＡｌＣｕのような）が非常に好ましい。これらに限定されるものではないが、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、スパッタリング、化学溶液堆積、又はめっきを含む従来の堆積プロセスを用いて、第１の誘電体材料１８内の残りの開口部の中に導電性材料が充填される。これらの堆積の後、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）のような従来の平坦化プロセスを用いて、バリア層１９及び導電性構造部２０のそれぞれが第１の誘電体材料１８の上面と実質的に同一平面である上面を有する構造体を提供することができる。
【００２９】
少なくとも１つの導電性構造部２０を形成した後、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、化学溶液堆積、又は蒸着のような従来の堆積プロセスを用いて、下部相互接続レベル１２の表面上にブランケット誘電体キャッピング層１４が形成される。この誘電体キャッピング層１４は、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ４ＮＨ３、ＳｉＯ２、炭素ドープ酸化物、窒素及び水素ドープ炭化シリコンＳｉＣ（Ｎ，Ｈ）、又はそれらの多層構造のような、任意の好適な誘電体キャッピング材料を含む。誘電体キャッピング層１４の厚さは、これを形成するのに用いられる技術並びに層の材料構成に応じて変わり得る。典型的には、誘電体キャッピング層１４は、１５ｎｍから５５ｎｍまでの厚さを有し、２５ｎｍから４５ｎｍまでの厚さがより典型的である。
【００３０】
次に、第２の誘電体材料２４を誘電体キャッピング層１４の上部露出面に塗布することによって、上部相互接続レベル１６が形成される。第２の誘電体材料２４は、下部相互接続レベル１２の第１の誘電体材料１８のものと同じ又は異なる誘電体材料、好ましくは同じ誘電体材料を含むことができる。第１の誘電体材料１８に関する処理技術及び厚さの範囲は、第２の誘電体材料２４にも適用可能である。第２の誘電体材料２４はまた、２つの異なる誘電体材料を含むこともでき、すなわち、最初に１つの誘電体材料を堆積させ、続いて異なる誘電体材料を堆積させることができる。本発明の一実施形態において、第２の誘電体材料２４は、２つの異なる低ｋ誘電体材料を含み、従って、上部相互接続レベル１６は、多孔性誘電体材料内に埋め込まれた、後で充填される導電性充填ラインと、高密度の（すなわち、非多孔性の）誘電体材料内に埋め込まれた、後で充填されるビアとを有するハイブリッド構造体を有する。このような実施形態において、多孔性低ｋ誘電体は、約２．８以下の誘電率を有し、高密度低ｋ誘電体は、約４．０以下の誘電率を有する。
【００３１】
次に、最初に第２の誘電体材料２４の上面の上にブランケット・ハードマスク材料を形成することによって、第２の誘電体材料２４内に少なくとも１つのライン開口部２６が形成される。ブランケット・ハードマスク材料は、酸化物、窒化物、酸窒化物、又はそれらの多層構造を含む任意の組み合わせを含む。典型的には、ハードマスク材料は、ＳｉＯ２のような酸化物、又はＳｉ３Ｎ４のような窒化物である。ブランケット・ハードマスク材料は、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、化学溶液堆積、又は蒸着のような従来の堆積プロセスを用いて形成される。堆積されたままのハードマスク材料の厚さは、形成されるハードマスク材料のタイプ、ハードマスク材料を構成する層の数、及びこれを形成するのに用いられる堆積技術に応じて変わり得る。典型的には、堆積されたままのハードマスク材料は、約１０ｎｍから約８０ｎｍまでの厚さを有し、約２０ｎｍから約６０ｎｍまでの厚さがさらにより典型的である。
【００３２】
ハードマスク材料のブランケット層を形成した後、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、スピンオン・コーティング、化学溶液堆積、又は蒸着のような従来の堆積プロセスを用いて、ハードマスク材料の上にフォトレジスト(図示せず)が形成される。フォトレジストは、ポジティブ・トーン材料、ネガティブ・トーン材料、又はそれらのハイブリッド材料とすることができ、それらの各々が当業者には周知のものである。次いで、フォトレジストを放射パターンに露光し、従来のレジスト現像剤を用いて露光されたレジストを現像することを含むリソグラフィ・プロセスが、フォトレジストに施される。リソグラフィ・ステップは、ハードマスク材料の上に、ライン開口部２６の幅を定めるパターン形成されたフォトレジストを提供する。
【００３３】
パターン形成されたフォトレジストを提供した後、１つ又は複数のエッチング・プロセスを用いて、ハードマスク材料内に、次いで引き続き第２の誘電体材料２４内に、ライン・パターンが転写される。ハードマスク内にライン・パターンを転写し、パターン形成されたハードマスク２８を形成した直後、従来の剥離プロセスを用いて、パターン形成されたフォトレジストを剥離することができる。代替的に、最初にライン・パターンをハードマスク内に形成してパターン形成されたハードマスク２８を形成し、次に、第２の誘電体材料２４内に転写した後に、パターン形成されたフォトレジストを剥離することもできる。ライン・パターンを転写するのに用いられるエッチングは、乾式エッチング・プロセス、湿式化学エッチング・プロセス、又はそれらの組み合わせを含むことができる。ここで用いられる「乾式エッチング」という用語は、反応性イオン・エッチング、イオン・ビーム・エッチング、プラズマ・エッチング、又はレーザ・アブレーションのようなエッチング技術を示すために用いる。
【００３４】
図６に示される初期相互接続構造体１０を形成した後、次いで、初期相互接続構造体の露出面の全ての上にトレンチ拡散バリア３０を形成し、例えば図７に示されるような構造体を提供する。本発明の幾つかの実施形態においては、ライン開口部２６内へのトレンチ拡散バリア３０の形成は省略され、プロセスは、図８に示される次のステップに続く。こうした実施形態は可能であるが、ライン開口部２６内にトレンチ拡散バリアを形成することが好ましい。
【００３５】
示されるように、トレンチ拡散バリア３０は、パターン形成されたハードマスク２８の露出面、及び、ライン開口部２６内の第２の誘電体材料２４の露出面（例えば、共通の底壁まで延びる側壁）を覆う。本発明によれば、トレンチ拡散バリア３０は、その厚さが典型的には０．５ｎｍから２０ｎｍまでの範囲内にあり、１ｎｍから１０ｎｍまでの厚さがよりいっそう典型的である、薄い層である。トレンチ拡散バリア３０は、これらに限定されるものではないが、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、又はスピンオン・コーティングを含む従来の堆積プロセスを用いて形成される。トレンチ拡散バリア３０は、例えば、ＴａＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＲｕＴａ、ＲｕＴａＮ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、又はＩｒ、或いはそれらのいずれかの組み合わせを含む、金属拡散に対して耐性があるいずれかの材料を含む層又は材料スタックを含む。
【００３６】
次に、図８に示されるように、ライン開口部２６を充填し、パターン形成されたマスク２８の表面上に位置するトレンチ拡散バリア３０の上方に延びるように、平坦化層３２が堆積される。トレンチ誘電体３０が使用されない実施形態においては、平坦化層３２は、第２の誘電体材料２４の露出した壁部分、及び、パターン形成されたハードマスク２８の上面に直接接触する。
【００３７】
平坦化層３２は、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、スピンオン・コーティング、蒸着、又は化学溶液堆積を含む従来の堆積プロセスを用いて堆積される。平坦化材料は、従来の反射防止コーティング材料又はスパンガラス材料を含む。
【００３８】
さらに図８を参照すると、平坦化層３２を形成した後、次いで、平坦化層３２の表面の上に、低温酸化物などの酸化物含有層３４が形成される。酸化物含有層３４は、これらに限定されるものではないが、堆積温度が５００℃より低いＣＶＤ及びＰＥＣＶＤを含むいずれかの従来の堆積プロセスを用いて形成される。酸化物含有層３４は、典型的には５ｎｍから１００ｎｍまでの厚さを有し、２０ｎｍから５０ｎｍまでの厚さがより典型的である。
【００３９】
次に、堆積及びリソグラフィによって、酸化物含有層３４の上面上に、ビア開口部パターンを含むパターン形成されたフォトレジスト（具体的には示されない）が形成される。次いで、ビア開口部のパターンを、パターン形成されたフォトレジストから少なくとも酸化物含有層３４内に転写するエッチング・ステップが行なわれる。ビア開口部パターンの転写は、ライン開口部２６を第２の誘電体材料２４内に形成する際の上述したエッチング・ステップのうちの１つを用いて行なわれる。ビア・パターンを酸化物含有層３４内に転写した後、例えばアッシング（ashing）のような従来のレジスト剥離プロセスを用いて、パターン形成されたフォトレジストが剥離される。これらのステップを行なった後に形成される結果として得られる構造体が、例えば、図９に示される。図９において、パターン形成された酸化物含有層は、参照番号３４’で表され、初期ビア開口部は、参照番号３６で表される。
【００４０】
次に、図１０に示されるように、初期ビア開口部３６が、平坦化層３２の一部、存在する場合はトレンチ拡散バリア３０の一部、及び下にある第２の誘電体材料２４の一部を通って下方に延び、誘電体キャッピング層１４の表面の上で停止し、拡張されたビア開口部３６’を形成する。幾つかの実施形態においては、エッチング・ステップは、誘電体キャッピング層１４の一部をパンチスルーする（punch through）、すなわち除去し、導電性構造部２０の表面の上で停止することができる。初期ビア開口部３６の延長は、図１０に示される構造体を形成できる１つ又は複数のエッチング・プロセスを含む。示されるように、少なくとも残りの平坦化層３２によって保護されるライン開口部２６は、拡張されたビア開口部３６’の上方に配置され、これに接続される。１つ又は複数のエッチング・ステップ中、図１０に示されるように、パターン形成された酸化物含有層３４’も除去されることが認められる。
【００４１】
次に、最初に誘電体キャッピング層１４を開口するかどうかに関係なく、図１０に示される構造体にＡｒスパッタリング・プロセスを施し、このＡｒスパッタリング・プロセスにより、前もって除去されていない場合には、拡張されたビア開口部３６’の底部から誘電体キャッピング層の一部を除去し、下にある導電性構造部２０をパンチスルーして、導電性構造部２０内にガウジング構造部（すなわち、アンカー領域）３８を生成する。Ａｒスパッタリングの後に結果として得られる構造体が、例えば、図１１に示される。第２の誘電体材料２４は、少なくとも残りの平坦化層３２、存在する場合にはトレンチ拡散バリア３０及びパターン形成されたハードマスク層２８によって保護されているので、このプロセス中に損傷を受けない。
【００４２】
ガウジング構造部３８を形成するのに用いられるＡｒスパッタリング・プロセスは、こうした構造部を形成するために相互接続技術において典型的に用いられる任意の従来のＡｒスパッタリング・プロセスを含む。例証として、Ａｒスパッタリングは、次の限定されない条件、すなわち２０ｓｃｃｍのＡｒガス流、２５℃の温度、４００ＫＨｚ及び７５０Ｗの上部電極バイアス、１３．６ＭＨｚ及び４００Ｗのテーブルバイアス、並びに０．６ｍｔｏｒｒのプロセス圧力を用いて行なうことができる。説明のためにＡｒが示されているが、スパッタリング・プロセスのために、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、又はそれらの混合物のような他の任意のガスを用いることもできる。
【００４３】
本発明の幾つかの実施形態（具体的には示されない）においては、導電性構造部２０の少なくともガウジングされた表面上に金属界面層を形成することができる。存在する場合、金属界面層は、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、化学溶液堆積、蒸着、有機金属堆積、ＡＬＤ、スパッタリング、ＰＶＤ、又はめっき（無電解又は電解）を含む、任意の従来の堆積プロセスを用いて形成される。金属界面層の厚さは、使用される正確な金属界面材料、及び、金属界面層を形成するのに用いられる堆積技術に応じて変わり得る。典型的には、金属界面層は、０．５ｎｍから４０ｎｍまでの厚さを有し、１ｎｍから１０ｎｍまでの厚さがさらにより典型的である。金属界面層は、例えば、Ｃｏ、ＴａＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はＡｇなどの金属バリア材料を含む。こうした材料の合金も考慮される。
【００４４】
図１２は、残りの平坦化層３２がライン開口部２６内から剥離された後の、図１１の構造体を示す。残りの平坦化層３２の剥離は、化学湿式エッチング・プロセス、又は構造体から平坦化材料を選択的に除去する化学アッシング・プロセスのいずれかを用いて行なわれる。
【００４５】
本発明の幾つかの実施形態においては、酸化物又はエッチング残留物（図示せず）が、ガウジング構造部３８内に残ることがある。このような場合、酸化物又はエッチング残留物は、化学湿式エッチング・プロセス及び／又は少量のＡｒ衝撃（bombardment）を含むことができる表面洗浄プロセスを用いて、ガウジング構造部３８から除去することができる。Ａｒ衝撃の条件は、ガウジング構造部３８を形成するのに用いられるものほど厳しくないので、この場合、損傷は生じない。典型的には、この場合に用いられる表面洗浄だけのためのプロセス時間は、従来技術において用いられる、ガウジング構造部を生成するための１０秒以上に比べて、５秒未満である。例証として、Ａｒスパッタリングは、次の限定されない条件、すなわち２０ｓｃｃｍのＡｒガス流、２５℃の温度、４００ＫＨｚ及び４００Ｗの上部電極バイアス、１３．６ＭＨｚ及び２００Ｗのテーブルバイアス、及び０．６ｍｔｏｒｒのプロセス圧力を用いて行なうことができる。説明のためにＡｒが示されたが、スパッタリング・プロセスのために、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、又はそれらの混合物のような任意の他のガスを用いることもできる。
【００４６】
本発明の幾つかの実施形態において、エッチング残留物が、少なくても１つのライン開口部２６及び少なくとも拡張されたビア開口部３６’から除去される。１つの実施形態においては、Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２、又はＮＨ３の少なくとも１つ又は組み合わせを含むプラズマ・エッチングが用いられる。別の実施形態においては、エッチング残留物は、ＨＦ、ＨＣＩ、Ｈ２ＳＯ４、又はＨＮＯ３の少なくとも１つ又は組み合わせを含む湿式洗浄によって除去される。
【００４７】
本発明の方法のこの時点で、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０が、図１２に示される構造体内に形成され、図１３に示される構造体を提供する。示されるように、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０は、ライン開口部２６及拡張されたビア開口部３６’の両方の中に存在し、一方、存在する場合、トレンチ拡散バリア３０は、ライン開口部２６内にのみ存在する。トレンチ拡散バリア３０が存在するとき、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０は、ライン開口部内のトレンチ拡散バリア３０の上、拡張されたビア開口部３６’内の第２の誘電体材料２４の露出された壁面の上、及び導電性構造部２０のガウジングされた面の上に配置される。
【００４８】
組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０は、導電性材料がそこを通って拡散するのを防止するためのバリアとして作用できるいずれかの材料を含む。例証として、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０は、ＴａＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＲｕＴａ、ＲｕＴａＮ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、又はＩｒ、或いはそれらの任意の組み合わせの層又は材料スタックを含む。組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア層４０は、トレンチ拡散バリア３０とは異なる層又は材料スタックを表すことが認められる。
【００４９】
組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０は、ライン開口部及び拡張されたビア開口部の両方の中に存在する連続的な層であり、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、スパッタリング、化学溶液堆積、又はめっきなどの堆積プロセスを用いて形成される。
【００５０】
組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０の厚さは、バリア内の材料層の数、拡散バリアを形成するのに使用される技術、並びに拡散バリア自体の材料に応じて変わり得る。典型的には、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０は、４ｎｍから４０ｎｍまでの厚さを有し、７ｎｍから２０ｎｍまでの厚さがさらにより典型的である。
【００５１】
本発明の幾つかの実施形態においては、ここで、図１３に示される構造体内にめっきシード層（図示せず）が形成される。使用される場合、このめっきシード層は、Ｃｕ、或いは元素周期表のＶＩＩＩＡ族からの金属又は金属合金から成る。めっきシード層のための好適なＶＩＩＩＡ族元素の例として、これらに限定されるものではないが、Ｒｕ、ＴａＲｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ及びそれらの合金が挙げられる。幾つかの実施形態においては、めっきシード層としてＣｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、又はＲｈを用いることが好ましい。
【００５２】
めっきシード層は、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、めっき、スパッタリング、及び物理気相堆積（ＰＶＰ）を含む従来の堆積プロセスによって形成される。めっきシード層の厚さは、例えば、めっきシード層の組成材料、及びめっきシード層を形成するのに使用された技術を含む多数の要因に応じて変わり得る。典型的には、めっきシード層は、約０．５ｎｍから約１０ｎｍまでの厚さを有し、６ｎｍ未満の厚さがさらにより典型的である。
【００５３】
次に、図１３に示される構造体は、めっきシード層の有無に関係なく、相互接続導電性材料４２で充填され、平坦化されて、図１４に示される平坦化された構造体を提供する。示されるように、相互接続導電性材料は、拡張されたビア開口部３６’、ライン開口部２６、並びにガウジング構造部３８を充填する。相互接続導電性材料４２は、導電性構造部２０のものと同じ又は異なる導電性材料、好ましくは同じ導電性材料を含むことができる。Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、又はそれらの合金が使用されることが好ましく、Ｃｕ又はＡｌＣｕが最も好ましい。相互接続導電性材料４２は、導電性構造部２０を形成する際に上述されたものと同じ堆積プロセスを用いて形成され、導電性材料の堆積に続いて、構造体に平坦化が施される。化学機械研磨及び／又は研削を含む平坦化プロセスにより、上部相互接続レベル１６の第２の誘電体材料２４の上に配置された、例えば組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア４０、トレンチ拡散バリア３０、及びパターン形成されたハードマスク２８などの種々の材料が除去される。
【００５４】
本出願の方法は、図１４に示されるレベルの上に付加的な相互接続レベルを形成するのにも適用可能である。種々の相互接続レベルの各々が、前述のガウジング構造部を含む。
【００５５】
上述の統合処理スキームのために、ガウジング構造部３８の形成中、第２の誘電体材料２４内に損傷領域は形成されない。
【００５６】
本発明をその好ましい実施形態について特に示し、説明したが、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び細部について前述及び他の変更をなし得ることを理解するであろう。従って、本発明は、説明され図示された通りの正確な形態及び細部に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内であることが意図される。
【符号の説明】
【００５７】
１０：初期相互接続構造体
１２：下部相互接続レベル
１４：誘電体キャッピング層
１６：上部相互接続レベル
１８：第１の誘電体材料
１９：バリア層
２０：導電性構造部
２４：第２の誘電体材料
２６：ライン開口部
２８：パターン形成されたハードマスク
３０：トレンチ拡散バリア
３２：平坦化層
３４：酸化物含有層
３４’：パターン形成された酸化物含有層
３６：初期ビア開口部
３６’：拡張されたビア開口部
３８：ガウジング構造部（アンカー領域）
４０：組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア
４２：相互接続導電性材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの導電性構造部が内部に埋め込まれた第１の誘電体材料を含む下部相互接続レベルと、
前記第１の誘電体材料及び前記少なくとも１つの導電性構造部の全てではなく一部分の上に配置された誘電体キャッピング層と、
少なくとも１つの導電性充填ビア及び上にある導電性充填ラインが内部に配置された第２の誘電体材料を含む上部相互接続レベルであって、前記少なくとも１つの導電性充填ビアは、ガウジング構造部によって前記下部相互接続レベルの前記少なくとも１つの導電性構造部の露出面と接触しており、前記少なくとも１つの導電性充填ラインは、前記少なくとも１つの導電性充填ラインを前記第２の誘電体材料の上部から分離する、トレンチ拡散バリアと、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアとを含み、一方、前記少なくとも１つの導電性充填ビアは、前記少なくとも１つの導電性充填ビアの下部と前記第２の誘電体材料を分離する前記組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアのみを含み、前記組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアは、前記少なくとも１つの導電性充填ビアの下部と前記第１の誘電体材料内に埋め込まれた前記少なくとも１つの導電性構造部との間の前記ガウジング構造部にも配置される、上部相互接続レベルと、
を含む半導体相互接続構造体。
【請求項２】
前記第１及び第２の誘電体材料は、４．０以下の誘電率を有する同じ又は異なる低ｋ誘電体を含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項３】
前記誘電体キャッピング層は、ＳｉＣ、Ｓｉ４ＮＨ３、ＳｉＯ２、炭素ドープ酸化物、窒素及び水素ドープ炭化シリコンＳｉＣ（Ｎ，Ｈ）、又はそれらの多層構造の１つを含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項４】
前記少なくとも１つの導電性充填ビア及び前記少なくとも１つの上にある導電性充填ラインは、Ｃｕ又はＣｕ含有合金を含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項５】
前記トレンチ拡散バリアは、ＴａＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＲｕＴａ、ＲｕＴａＮ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項６】
前記組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアは、ＴａＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＲｕＴａ、ＲｕＴａＮ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項７】
前記組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア上に配置されためっきシード層をさらに含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項８】
前記めっきシード層は、Ｒｕ、ＴａＲｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｃｕ、又はそれらの合金のうちの１つ若しくは組み合わせを含む、請求項７に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項９】
前記ガウジング構造部に配置され、かつ、前記組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアと前記第１の誘電体材料内の前記下にある少なくとも１つの導電性構造部との間に配置された金属界面層をさらに含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項１０】
前記金属界面層は、Ｃｏ、ＴａＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、又はそれらの合金を含む、請求項９に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項１１】
半導体相互接続構造体を形成する方法であって、
少なくとも１つの導電性構造部が内部に埋め込まれた第１の誘電体材料と、前記第１の誘電体材料の上方に配置された第２の誘電体材料とを含む構造体を準備するステップであって、前記第１の誘電体材料は、トレンチ拡散バリアでライニングされた少なくとも１つのライン開口部が内部に配置されている、ステップと、
前記第２の誘電体材料内に少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成するステップと、
前記少なくとも１つの導電性構造部内に少なくとも１つのガウジング構造部を形成するステップと、
前記少なくとも１つのライン開口部及び前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部内、及び、前記少なくとも１つのガウジング構造部の上に、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアを形成するステップと、
前記少なくとも１つのライン開口部及び前記少なくとも１つのビア開口部を相互接続導電性材料で充填するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成する前記ステップは、
前記少なくとも１つのライン開口部内、及び、前記第２の誘電体材料の上に、平坦化材料を形成するステップと、
前記平坦化材料の上面上にパターン形成された酸化物含有材料を形成するステップであって、前記パターン形成された酸化物含有材料は、少なくとも１つの初期ビア・パターンを内部に有する、ステップと、
前記少なくとも１つの平坦化層、前記トレンチ拡散バリア及び前記第２の誘電体材料を通って前記少なくとも１つの初期ビア・パターンを延ばし、前記第２の誘電体材料内に前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部を提供するステップと、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのガウジング構造部を形成する前記ステップは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、又はそれらの混合物の１つを含むガス・スパッタリングを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ガス・スパッタリングは、前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との間に配置された誘電体キャッピング層をも開口する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記誘電体キャッピング層は、前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との間に配置され、前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成する前記ステップと前記ガウジング構造部を形成する前記ステップとの間にエッチング・ステップを行って、前記誘電体キャッピング層をパターン形成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
半導体相互接続構造体を形成する方法であって、
少なくとも１つの導電性構造部が内部に埋め込まれた第１の誘電体材料と、前記第１の誘電体材料の上方に配置された第２の誘電体材料とを含む構造体を準備するステップであって、前記第１の誘電体材料は少なくとも１つのライン開口部を有する、ステップと、
前記第２の誘電体材料内に少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成するステップと、
前記少なくとも１つの導電性構造部内に少なくとも１つのガウジング構造部を形成するステップと、
前記少なくとも１つのライン開口部及び前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部内、及び、前記少なくとも１つのガウジング構造部の上に、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアを形成するステップと、
前記少なくとも１つのライン開口部及び前記少なくとも１つのビア開口部を相互接続導電性材料で充填するステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成する前記ステップは、
前記少なくとも１つのライン開口部内、及び、前記第２の誘電体材料の上に、平坦化材料を形成するステップと、
前記平坦化材料の上面上にパターン形成された酸化物含有材料を形成するステップであって、前記パターン形成された酸化物含有材料は、少なくとも１つの初期ビア・パターンを内部に有する、ステップと、
前記少なくとも１つの平坦化層及び前記第２の誘電体材料を通って前記少なくとも１つの初期ビア・パターンを延ばし、前記第２の誘電体材料内に前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部を提供するステップと、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのガウジング構造部を形成する前記ステップは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、又はそれらの混合物の１つを含むガス・スパッタリングを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ガス・スパッタリングは、前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との間に配置された誘電体キャッピング層をも開口する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記誘電体キャッピング層は、前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との間に配置され、前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成する前記ステップと前記ガウジング構造部を形成する前記ステップとの間にエッチング・ステップを行って、前記誘電体キャッピング層をパターン形成する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１】
少なくとも１つの導電性構造部が内部に埋め込まれた第１の誘電体材料を含む下部相互接続レベルと、
前記第１の誘電体材料及び前記少なくとも１つの導電性構造部の全てではなく一部分の上に配置された誘電体キャッピング層と、
少なくとも１つの導電性充填ビア及び上にある導電性充填ラインが内部に配置された第２の誘電体材料を含む上部相互接続レベルであって、前記少なくとも１つの導電性充填ビアは、ガウジング構造部によって前記下部相互接続レベルの前記少なくとも１つの導電性構造部の露出面と接触しており、前記少なくとも１つの導電性充填ラインは、前記少なくとも１つの導電性充填ラインを前記第２の誘電体材料の上部から分離する、トレンチ拡散バリアと、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアとを含み、一方、前記少なくとも１つの導電性充填ビアは、前記少なくとも１つの導電性充填ビアの下部と前記第２の誘電体材料を分離する前記組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアのみを含み、前記組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアは、前記少なくとも１つの導電性充填ビアの下部と前記第１の誘電体材料内に埋め込まれた前記少なくとも１つの導電性構造部との間の前記ガウジング構造部にも配置される、上部相互接続レベルと、
を含む半導体相互接続構造体。
【請求項２】
前記第１及び第２の誘電体材料は、４．０以下の誘電率を有する同じ又は異なる低ｋ誘電体を含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項３】
前記誘電体キャッピング層は、ＳｉＣ、Ｓｉ４ＮＨ３、ＳｉＯ２、炭素ドープ酸化物、窒素及び水素ドープ炭化シリコンＳｉＣ（Ｎ，Ｈ）、又はそれらの多層構造の１つを含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項４】
前記少なくとも１つの導電性充填ビア及び前記少なくとも１つの上にある導電性充填ラインは、Ｃｕ又はＣｕ含有合金を含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項５】
前記トレンチ拡散バリアは、ＴａＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＲｕＴａ、ＲｕＴａＮ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項６】
前記組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアは、ＴａＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＲｕＴａ、ＲｕＴａＮ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項７】
前記組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリア上に配置されためっきシード層をさらに含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項８】
前記めっきシード層は、Ｒｕ、ＴａＲｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｃｕ、又はそれらの合金のうちの１つ若しくは組み合わせを含む、請求項７に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項９】
前記ガウジング構造部に配置され、かつ、前記組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアと前記第１の誘電体材料内の前記下にある少なくとも１つの導電性構造部との間に配置された金属界面層をさらに含む、請求項１に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項１０】
前記金属界面層は、Ｃｏ、ＴａＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、又はそれらの合金を含む、請求項９に記載の半導体相互接続構造体。
【請求項１１】
半導体相互接続構造体を形成する方法であって、
少なくとも１つの導電性構造部が内部に埋め込まれた第１の誘電体材料と、前記第１の誘電体材料の上方に配置された第２の誘電体材料とを含む構造体を準備するステップであって、前記第１の誘電体材料は、トレンチ拡散バリアでライニングされた少なくとも１つのライン開口部が内部に配置されている、ステップと、
前記第２の誘電体材料内に少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成するステップと、
前記少なくとも１つの導電性構造部内に少なくとも１つのガウジング構造部を形成するステップと、
前記少なくとも１つのライン開口部及び前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部内、及び、前記少なくとも１つのガウジング構造部の上に、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアを形成するステップと、
前記少なくとも１つのライン開口部及び前記少なくとも１つのビア開口部を相互接続導電性材料で充填するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成する前記ステップは、
前記少なくとも１つのライン開口部内、及び、前記第２の誘電体材料の上に、平坦化材料を形成するステップと、
前記平坦化材料の上面上にパターン形成された酸化物含有材料を形成するステップであって、前記パターン形成された酸化物含有材料は、少なくとも１つの初期ビア・パターンを内部に有する、ステップと、
前記少なくとも１つの平坦化層、前記トレンチ拡散バリア及び前記第２の誘電体材料を通って前記少なくとも１つの初期ビア・パターンを延ばし、前記第２の誘電体材料内に前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部を提供するステップと、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのガウジング構造部を形成する前記ステップは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、又はそれらの混合物の１つを含むガス・スパッタリングを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ガス・スパッタリングは、前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との間に配置された誘電体キャッピング層をも開口する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記誘電体キャッピング層は、前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との間に配置され、前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成する前記ステップと前記ガウジング構造部を形成する前記ステップとの間にエッチング・ステップを行って、前記誘電体キャッピング層をパターン形成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
半導体相互接続構造体を形成する方法であって、
少なくとも１つの導電性構造部が内部に埋め込まれた第１の誘電体材料と、前記第１の誘電体材料の上方に配置された第２の誘電体材料とを含む構造体を準備するステップであって、前記第１の誘電体材料は少なくとも１つのライン開口部を有する、ステップと、
前記第２の誘電体材料内に少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成するステップと、
前記少なくとも１つの導電性構造部内に少なくとも１つのガウジング構造部を形成するステップと、
前記少なくとも１つのライン開口部及び前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部内、及び、前記少なくとも１つのガウジング構造部の上に、組み合わされたトレンチ及びビア拡散バリアを形成するステップと、
前記少なくとも１つのライン開口部及び前記少なくとも１つのビア開口部を相互接続導電性材料で充填するステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成する前記ステップは、
前記少なくとも１つのライン開口部内、及び、前記第２の誘電体材料の上に、平坦化材料を形成するステップと、
前記平坦化材料の上面上にパターン形成された酸化物含有材料を形成するステップであって、前記パターン形成された酸化物含有材料は、少なくとも１つの初期ビア・パターンを内部に有する、ステップと、
前記少なくとも１つの平坦化層及び前記第２の誘電体材料を通って前記少なくとも１つの初期ビア・パターンを延ばし、前記第２の誘電体材料内に前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部を提供するステップと、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのガウジング構造部を形成する前記ステップは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、又はそれらの混合物の１つを含むガス・スパッタリングを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ガス・スパッタリングは、前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との間に配置された誘電体キャッピング層をも開口する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記誘電体キャッピング層は、前記第１の誘電体材料と前記第２の誘電体材料との間に配置され、前記少なくとも１つの拡張されたビア開口部を形成する前記ステップと前記ガウジング構造部を形成する前記ステップとの間にエッチング・ステップを行って、前記誘電体キャッピング層をパターン形成する、請求項１６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１４９０４（Ｐ２０１１−１４９０４Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４２９３８（Ｐ２０１０−１４２９３８）
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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