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特表2024-523801後工程相互接続およびクロス・ポイントの絶縁を改善したサブトラクティブ金属エッチング
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-02
(54)【発明の名称】後工程相互接続およびクロス・ポイントの絶縁を改善したサブトラクティブ金属エッチング
(51)【国際特許分類】
H01L 21/768 20060101AFI20240625BHJP
【ＦＩ】
H01L21/90 B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023573370
(86)(22)【出願日】2022-05-19
(85)【翻訳文提出日】2023-11-28
(86)【国際出願番号】 EP2022063663
(87)【国際公開番号】W WO2022268417
(87)【国際公開日】2022-12-29
(31)【優先権主張番号】17/304,466
(32)【優先日】2021-06-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390009531
【氏名又は名称】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
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
(74)【代理人】
【識別番号】100112690
【弁理士】
【氏名又は名称】太佐 種一
(74)【代理人】
【識別番号】100120710
【弁理士】
【氏名又は名称】片岡 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】ミグノット、ヤン
(72)【発明者】
【氏名】パーク、チャンロ
(72)【発明者】
【氏名】チェン、フュー－チュン
【テーマコード（参考）】
5F033
【Ｆターム（参考）】
5F033HH07
5F033HH08
5F033HH14
5F033HH17
5F033HH18
5F033HH19
5F033HH20
5F033HH21
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5F033KK08
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5F033KK21
5F033MM01
5F033MM02
5F033MM20
5F033NN07
5F033NN13
5F033PP14
5F033PP27
5F033PP28
5F033QQ08
5F033QQ09
5F033QQ13
5F033QQ48
5F033RR01
5F033RR03
5F033RR04
5F033RR06
5F033RR08
5F033RR15
5F033RR21
5F033RR30
5F033SS07
5F033SS11
5F033SS22
5F033TT02
5F033TT08
5F033VV16
5F033XX03
5F033XX31
(57)【要約】
頂部キャップ層が、第１の金属線および第２の金属線を覆い、第１の金属線と第２の金属線との間の水平方向には、順番に、ポスト・キャップ・ライナ、空隙、およびポスト・キャップ・ライナがある。第１の組の金属線が誘電体の上面に埋め込まれ、第２の組の金属線が誘電体の下方かつ電子構成要素の上方に埋め込まれ、ポスト・キャップ・ライナが第１の組の金属線を覆い、キャビティが、第１の組の金属線の第１の金属線を分断して、第２の組の金属線の第２の金属線まで延在し、第２の組の金属線を分断する。誘電体の上面に埋め込まれた第１の金属線にキャビティを形成し、そこで、第１の金属線および誘電体が頂部キャップ層によって覆われる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体構造体であって、誘電体の上面に埋め込まれた第１の金属線であり、前記誘電体が前記半導体構造体の電子構成要素の上方の層である、前記第１の金属線と、
前記第１の金属線を覆い、前記第１の金属線によって覆われていない前記誘電体の部分を覆う頂部キャップ層と、
前記誘電体の前記上面に埋め込まれ、前記第１の金属線と整列した第２の金属線であって、前記第１の金属線と前記第２の金属線との間の水平方向には、順番に、ポスト・キャップ・ライナ、空隙、および前記ポスト・キャップ・ライナがある、前記第２の金属線と
を備える、半導体構造体。
【請求項2】
前記空隙の上方の第２の誘電体であって、前記空隙内の前記第２の誘電体の下面が凹状である、前記第２の誘電体をさらに備える、請求項１に記載の半導体構造体。
【請求項3】
前記空隙の上方の第２の誘電体であって、前記空隙内の前記第２の誘電体の下面が凸状である、前記第２の誘電体をさらに備える、請求項１に記載の半導体構造体。
【請求項4】
前記第２の金属線の上方の前記頂部キャップ層と、前記頂部キャップ層を覆う前記ポスト・キャップ・ライナと、
前記ポスト・キャップ・ライナを覆う第２の誘電体と
をさらに備える、請求項１に記載の半導体構造体。
【請求項5】
前記空隙の下部水平面が前記ポスト・キャップ・ライナを含み、前記空隙の前記下部水平面における前記ポスト・キャップ・ライナの下部水平面が、ビアの上部水平面の一部である、
請求項１に記載の半導体構造体。
【請求項6】
半導体デバイスを形成する方法であって、誘電体の上面に埋め込まれた第１の金属線にキャビティを形成することであり、前記誘電体が前記半導体デバイスの電子構成要素の上方の層であり、前記第１の金属線および前記誘電体が頂部キャップ層によって覆われている、前記形成すること
を含む、方法。
【請求項7】
前記キャビティ内および前記頂部キャップ層上にポスト・キャップ・ライナを形成することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記半導体デバイス上に第２の誘電体を形成することであって、前記第２の誘電体が前記キャビティの一部を充填する、前記形成することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項9】
前記キャビティをポスト・キャップ・ライナで充填することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、集積回路に関し、より詳細には、電気的接続の相互接続層に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体ウエハ、チップ、デバイス、および関連デバイスは、半導体基板または半導体層上の集積回路間の電子的相互接続を提供する、半導体基板上で互いの上に積み重ねられた複数のメタライゼーション層または金属線に依存する。メタライゼーション層は、半導体材料スタック上に配置され得る後工程（ＢＥＯＬ）メタライゼーション層と呼ばれることもある。半導体材料スタックの最上層の半導体コンタクトは、半導体材料スタック上に配置されたメタライゼーション層の金属コンタクトおよび金属相互接続に電気的に接続される。
【0003】
相互接続層は、ビアによって集積回路上のデバイスに接続されることがある。ビアは、多くの場合、集積回路の層を貫通してエッチングされ、導電性材料で充填される。一般に、金属線（配線ラインとも呼ばれる）は、同じ金属レベル内の電気的接続を提供し、導電性ビアは、異なる（金属）線レベル間のレベル間接続または垂直接続を提供する。相互接続構造（すなわち、金属線とビア）は、典型的には、シングル・ダマシン（ＳＤ）またはデュアル・ダマシン（ＤＤ）製造プロセスを使用して形成される。シングル・ダマシン・プロセスでは、相互接続構造は別々に製造されるが、デュアル・ダマシン・プロセスでは、同時に製造される。
【発明の概要】
【0004】
本発明の一実施形態によると、半導体構造体が提供される。本半導体構造体は、誘電体の上面に埋め込まれた第１の金属線であって、誘電体が半導体構造体の電子構成要素の上方の層である、第１の金属線と、第１の金属線を覆い、第１の金属線によって覆われていない誘電体の部分を覆う頂部キャップ層と、誘電体の上面に埋め込まれ、第１の金属線と整列した第２の金属線であって、第１の金属線と第２の金属線との間の水平方向には、順番に、ポスト・キャップ・ライナ、空隙、およびポスト・キャップ・ライナがある、第２の金属線とを含む。
【0005】
本発明の一実施形態によると、半導体構造体が提供される。本半導体構造体は、誘電体の上面に埋め込まれた第１の金属線であって、誘電体が半導体構造体の電子構成要素の上方の層である、第１の金属線と、誘電体の上面に埋め込まれ、第１の金属線と整列した第２の金属線であって、第１の金属線と第２の金属線との間にポスト・キャップ・ライナがある、第２の金属線と、第１の金属線にも第２の金属線にも覆われていない誘電体の一部の上方の頂部キャップ層であって、第１の金属線を覆い、第２の金属線の上方の、頂部キャップ層であり、ポスト・キャップ・ライナが、頂部キャップ層の上方にある、頂部キャップ層とを含む。
【0006】
本発明の一実施形態によると、半導体構造体が提供される。本半導体構造体は、誘電体の上面に埋め込まれた第１の組の金属線であって、誘電体が半導体構造体の電子構成要素の上方の層である、第１の組の金属線と、誘電体の下方かつ電子構成要素の上方に埋め込まれた第２の組の金属線と、第１の組の金属線を覆い、第１の組の金属線によって覆われていない誘電体の部分を覆うポスト・キャップ・ライナと、第１の組の金属線の第１の金属線を分断し、第２の組の金属線の第２の金属線まで延在して、第２の組の金属線を分断する、キャビティとを含む。
【0007】
本発明の一実施形態によると、方法が提供される。本方法は、誘電体の上面に埋め込まれた第１の金属線にキャビティを形成することであって、誘電体が半導体デバイスの電子構成要素の上方の層であり、第１の金属線および誘電体が頂部キャップ層によって覆われている、形成することを含む。
【0008】
本発明の一実施形態によると、方法が提供される。本方法は、第１の金属線と第２の金属線とを横切ってキャビティを形成することであって、第１の金属線と第２の金属線の両方が誘電体の上面に埋め込まれ、誘電体が半導体デバイスの電子構成要素の上方の層であり、第１の金属線および第２の金属線が互いに平行であり、誘電体によって分離され、第１の金属線、第２の金属線、および誘電体が頂部キャップ層によって覆われている、形成することを含む。
【0009】
本発明の一実施形態によると、方法が提供される。本方法は、第１の金属線と第２の金属線とを横切ってキャビティを形成することであって、第１の金属線が誘電体の上面に埋め込まれ、誘電体が半導体デバイスの電子構成要素の上方の層であり、第２の金属線が誘電体の下方にあり、第１の金属線と第２の金属線が互いに垂直であり、誘電体によって分離され、第１の金属線および誘電体が頂部キャップ層によって覆われている、形成することを含む。
【0010】
さらなる特徴および利点は、本発明の技術によって実現される。本発明の他の実施形態および態様は、本明細書に詳細に記載されており、特許請求される発明の一部とみなされる。利点および特徴を有する本発明をよりよく理解するために、説明および図面を参照されたい。
【0011】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴および利点は、添付の図面に関連して読まれるべき、本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。図面の様々な特徴は、当業者が詳細な説明と併せて本発明を理解し易くするために明瞭にするためのものであるため、縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】例示的な実施形態による、製造の中間段階における半導体構造体の断面上面図である。
【図2】例示的な実施形態による、製造の中間段階における半導体構造体の断面側面図である。
【図3】例示的な実施形態による、有機平坦化層材料（ＯＰＬ）、ハード・マスク、およびマスキング層が形成された断面側面図である。
【図4】例示的な実施形態による、ＯＰＬの一部が選択的に除去され、ハード・マスクおよびマスキング層が除去されてもよい断面側面図である。
【図5】例示的な実施形態による、キャビティが形成された断面上面図である。
【図6】例示的な実施形態による、キャビティが形成された断面側面図である。
【図7】例示的な実施形態による、ポスト・キャップ・ライナが形成された上面図である。
【図8】例示的な実施形態による、ポスト・キャップ・ライナが形成された断面側面図である。
【図9】例示的な実施形態による、誘電体が形成された上面図である。
【図10】例示的な実施形態による、誘電体が形成された断面側面図である。
【図11】例示的な実施形態による、ポスト・キャップ・ライナ充填材が形成された上面図である。
【図12】例示的な実施形態による、ポスト・キャップ・ライナ充填材が形成された断面側面図である。
【図13】例示的な実施形態による、空隙が形成された上面図である。
【図14】例示的な実施形態による、空隙が形成された断面側面図である。
【図15】別の例示的な実施形態による、製造の中間段階における半導体構造体の断面上面図である。
【図16】別の例示的な実施形態による、製造の中間段階における半導体構造体の断面側面図である。
【図17】例示的な実施形態による、有機平坦化層材料（ＯＰＬ）、マスキング層、およびハード・マスキング層が形成された断面側面図である。
【図18】例示的な実施形態による、ＯＰＬの部分が選択的に除去され、ハード・マスキング層が除去された断面側面図である。
【図19】例示的な実施形態による、キャビティが形成された断面上面図である。
【図20】例示的な実施形態による、キャビティが形成された断面側面図である。
【図21】例示的な実施形態による、ポスト・キャップ・ライナが形成された上面図である。
【図22】例示的な実施形態による、ポスト・キャップ・ライナが形成された断面側面図である。
【図23】例示的な実施形態による、誘電体が形成された上面図である。
【図24】例示的な実施形態による、誘電体が形成された断面側面図である。
【図25】例示的な実施形態による、ポスト・キャップ・ライナ充填材が形成された上面図である。
【図26】例示的な実施形態による、ポスト・キャップ・ライナ充填材が形成された断面側面図である。
【図27】例示的な実施形態による、空隙が形成された上面図である。
【図28】例示的な実施形態による、空隙が形成された断面側面図である。
【図29】別の例示的な実施形態による、製造の中間段階における半導体構造体の上面図である。
【図30】別の例示的な実施形態による、製造の中間段階における半導体構造体の断面側面図である。
【図31】例示的な実施形態による、有機平坦化層材料（ＯＰＬ）、ハード・マスク層、およびマスキング層が形成された断面側面図である。
【図32】例示的な実施形態による、ＯＰＬおよびハード・マスク層の一部を選択的に除去し、マスキング層を除去し、キャビティを形成した断面側面図である。
【図33】例示的な実施形態による、キャビティが形成された断面側面図である。
【図34】例示的な実施形態による、ハード・マスク層、マスキング層、およびＯＰＬの残りの部分が除去された断面側面図である。
【図35】例示的な実施形態による、誘電体が形成された断面側面図である。
【図36】例示的な実施形態による、ポスト・キャップ・ライナが形成された断面側面図である。
【図37】例示的な実施形態による、誘電体が形成された断面側面図である。
【図38】例示的な実施形態による、空隙が形成された断面側面図である。
【図39】例示的な実施形態による、ポスト・キャップ・ライナおよび誘電体が形成された断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
特許請求される構造および方法の詳細な実施形態が、本明細書に開示される。しかしながら、開示される実施形態は、様々な形態で具現化され得る、特許請求される構造および方法の単なる例示であることを理解されたい。本発明は、しかしながら、多くの異なる様々な形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される例示的な実施形態に限定されると解釈されるべきではない。説明において、よく知られている特徴および技術の詳細は、提示された実施形態を不必要に曖昧にすることを避けるために省略されることがある。
【0014】
本発明の実施形態は、集積回路に関し、より詳細には、電気的接続の相互接続層に関する。以下で説明する例示的な実施形態は、とりわけ、メタライゼーション後に金属線の選択部分を除去することによってサブトラクティブ・メタライゼーション（subtractive metallization）を提供するためのシステム、方法、およびプログラム製品を提供する。
【0015】
したがって、本実施形態は、フットプリントの低減、素子間の絶縁の改善、ならびに線およびビアを形成するために使用される光近接効果補正（ＯＰＣ：optical proximity correction）マスクに対する制約の低減を提供することによって、集積回路の技術分野を改善する能力がある。
【0016】
前述したように、半導体ウエハ、チップ、デバイス、および関連デバイスは、半導体基板または半導体層上の集積回路間の電子的相互接続を提供する、半導体基板上に互いに積み重ねられた複数のメタライゼーション層または金属線に依存する。メタライゼーション層は、半導体材料スタック上に配置され得る後工程（ＢＥＯＬ）メタライゼーション層と呼ばれることもある。半導体材料スタックの最上層の半導体コンタクトは、半導体材料スタック上に配置されたメタライゼーション層の金属コンタクトおよび金属相互接続に電気的に接続される。相互接続は、ビアを使用して、他の相互接続または集積回路上のデバイスに垂直に接続されることがある。導電線は、多くの場合、例えば、銅、銀、アルミニウム、タングステン、モリブデン、ルテニウム、または銅タングステンなどの合金などの金属材料から形成される。金属材料を堆積させる前に、線を画定するチャネルにライナ層を堆積させることができる。線の形成に続いて、金属材料の上にキャップ・ライナを堆積させることもできる。キャップ・ライナ層は、多くの場合、誘電体内への金属のマイグレーションを低減するため、または金属材料上の酸化を抑止するために使用される。
【0017】
リソグラフィ・エッチング（ＬＥ）、自己整合ダブル・パターニング（ＳＡＤＰ）、自己整合リソ・エッチング・リソ・エッチング（ＳＡＬＥＬＥ）、銅シングル・ダマシンまたはデュアル・ダマシンなどのＢＥＯＬメタライゼーションのための自己整合ブロック（ＳＡＢ）などの従来のパターニング技術および新規のサブトラクティブ・メタライゼーションは、チップ・ツー・チップ（Ｔ２Ｔ）およびチップ・ツー・サイド（Ｔ２Ｓ）、ならびにビア・エッジ・ツー・エッジ（Ｅ２Ｅ）の線間の距離を最小にするために、線とビアを分離するためのブロック・リソグラフィ・パターニングに依存する。従来のパターニング技術を使用すると、マスク設計およびパターニング・プロセスのために、最終製品の性能を危険にさらすことなく、素子間の全体的な距離をリソグラフィ・パターニングの限界を超えて縮めることはできない。
【0018】
サブトラクティブ・メタライゼーションは、堆積後に金属層の一部を除去して、ＢＥＯＬ相互接続の一部を形成するプロセスである。サブトラクティブ・メタライゼーションは、シングル・ダマシン（ＳＤ）およびデュアル・ダマシン（ＤＤ）とは異なり、予め形成された相互接続パターンにメタライゼーションを堆積させるプロセスを利用する。
【0019】
そのため、金属線とビアとの間の絶縁領域に形成されたより優れた誘電体膜を追加することによって、Ｔ２Ｔ、Ｔ２Ｓ、およびビアＥ２Ｅがそれぞれ、より小さな寸法および間隔に縮小され、かつ絶縁が改善され得るように、金属化された線およびビアの一部を戦略的に除去して領域を改善することが有利である場合がある。
【0020】
一実施形態によると、金属線およびビアは、半導体デバイスにおけるメタライゼーションの形成後に、一部が除去されて切断されてもよい。トレンチおよび開口部は、ＢＥＯＬ誘電体のメタライゼーションの前に、ＳＤまたはＤＤによって形成されてもよい。金属線およびビアは、誘電体、金属線、およびビアの上方に頂部キャップ層を形成するために、化学機械研磨（ＣＭＰ）技術にかけられてもよい。半導体デバイスのパターニングは、有機平坦化層、ハード・マスク層およびマスキング層を用いて行われてもよい。結果として生じるキャビティは、金属線およびビアの一部を除去することができる。キャビティは、１つもしくは複数の線または１つもしくは複数のビアあるいはその両方を横切って延在してもよい。キャビティは、２つ以上の方向に延びる線のアレイに形成されてもよい。キャビティは、複数レベルの金属線を貫いて形成されてもよい。各キャビティは、１つまたは複数のステップで、１つまたは複数の材料で充填されてもよい。各キャビティには、キャビティを充填する前にライナが形成されていてもよい。キャビティは、１つまたは複数の誘電体で充填されてもよく、キャビティは、ポスト・キャップ・ライナ材料で充填されてもよく、キャビティは、ポスト・キャップ・ライナで裏打ちされた後に誘電体で充填されてもよい。キャビティは、ポスト・キャップ・ライナで裏打ちされてもよく、その後、半導体デバイス上の誘電体がキャビティ内に空隙を残してキャビティを部分的に充填してもよい。
【0021】
以下に記載される例示的な実施形態は、金属堆積およびＣＭＰの後に半導体デバイスのＢＥＯＬ金属線およびビアを切断するための方法および構造を提供し、形成は、トレンチおよびビア開口部を形成することと、金属堆積と、半導体デバイス上の金属線およびビアに対して化学機械研磨（ＣＭＰ）技術を実行することとを含む。
【0022】
ここで図１および図２を参照すると、例示的な実施形態による、製造の中間段階における半導体構造体１００（以下、「構造体」）が示されている。図１は、断面Ｂ－Ｂに沿った構造体１００の断面上面図であり、図２は、断面Ａ－Ａに沿った構造体１００の断面側面図である。図２は、図１に対して垂直である。
【0023】
構造体１００は、図１および図２に示されているものの下に、いくつかの後工程（「ＢＥＯＬ」）層を含んでもよい。一般に、後工程（ＢＥＯＬ）は、個々のデバイス（トランジスタ、キャパシタ、抵抗器など）がウエハ上の配線と相互接続される集積回路製造の第２の部分である。図１および図２に示すように、構造体１００は、第１の誘電体１０２と、金属線１０４と、金属線１０６と、第１の頂部キャップ層１０８とを含む。
【0024】
第１の誘電体１０２は、誘電体を共形に堆積または成長させることによって形成されてもよい。第１の誘電体１０２は、ウエハ上に材料を成長させる、コーティングする、またはその他の方法で転写するプロセスを介して、堆積によって形成されてもよい。第１の誘電体１０２は、とりわけ、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、電気化学堆積（ＥＣＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、および原子層堆積（ＡＬＤ）によって堆積させることができる。第１の誘電体１０２は、１つまたは複数の層を含んでもよい。第１の誘電体１０２は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、炭窒化ケイ素ホウ素（ＳｉＢＣＮ）、ＮＢＬｏＫ、酸化ケイ素、スピン・オン・ガラス、流動性酸化物、高密度プラズマ酸化物、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、またはそれらの任意の組合せを含むがこれらに限定されない低ｋ誘電体材料（ｋ＜４．０を有する）、あるいは任意の他の適切な誘電体材料で構成されてもよい。
【0025】
トレンチ（図示せず）は、例えば、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって第１の誘電体１０２内に形成され、その後の充填により金属線１０４、１０６を形成することができる。金属線１０４、１０６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）などのエッチング可能な導電性金属、ゲルマニウム－アンチモン－テルル（ＧＳＴ）などの相変化メモリ（ＰＣＭ）材料、ＭＲＡＭ金属スタック、または材料の組合せを含むことができる。金属線１０４、１０６は、例えば、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、電気めっき充填プロセス、またはその他の方法によって形成され得る。金属線１０４、１０６は、第１の誘電体１０２に埋め込まれている。
【0026】
化学機械研磨（ＣＭＰ）技術を使用して、余分な材料を除去し、構造体１００の上面を研磨して、均一な水平面を提供することができる。
【0027】
第１の誘電体１０２および金属線１０４、１０６は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などの窒化物もしくは酸化物材料、絶縁体材料、または任意の他の適切な材料を含むことができる第１の頂部キャップ層１０８で覆われてもよい。第１の頂部キャップ層１０８は、第１の誘電体１０２への、または構造体１００の他の構成要素への金属のマイグレーションを回避し、金属材料上の酸化を低減または抑止するために使用されることがある。
【0028】
ここで図３を参照すると、例示的な実施形態による構造体１００が示されている。図３は、断面Ａ－Ａに沿った構造体１００の断面側面図である。図３に示すように、例示的な実施形態によると、第１の有機平坦化層（以下、「ＯＰＬ」）１１０、第１のハード・マスク１１２、および第１のマスキング層１１４が形成されてもよい。
【0029】
第１のＯＰＬ１１０は、典型的な堆積技術、例えばスピン・オン・コーティングを使用するブランケット堆積によって、第１の頂部キャップ層１０８上に形成されてもよい。第１のＯＰＬ１１０は、炭素、水素、酸素、ならびに任意選択で窒素、フッ素、およびケイ素を含む自己平坦化有機材料とすることができる。第１のＯＰＬ１１０は、標準的なＣｘＨｙポリマとすることができる。材料の非限定的な例としては、Ｃｈｅｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から市販されているＣＨＭ７０１Ｂ、ＪＳＲ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＨＭ８００６およびＨＭ８０１４、ならびにＳｈｉｎＥｔｓｕ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から市販されているＯＤＬ－１０２またはＯＤＬ－４０１が挙げられるが、これらに限定されない。
【0030】
第１のハード・マスク１１２が構造体１００上に形成されてもよい。第１のハード・マスク１１２は、第１のＯＰＬ１１０上のブランケット・パターニング層であってもよい。第１のハード・マスク１１２は、低温酸化物層（ＬＴＯ）またはケイ素含有反射防止コーティング（ＳｉＡＲＣ）を含むことができる。
【0031】
第１のマスキング層１１４が第１のハード・マスク１１２上で構造体１００上に形成されてもよい。第１のマスキング層１１４は、光学またはＥＵＶリソグラフィ・パターニングを使用して既知の技術によってパターニングされたフォトレジスト層を含むことができ、レジスト現像後に第１のマスキング層１１４の一部が除去されると、結果としてキャビティ１１６およびキャビティ１１８が得られる。
【0032】
ここで図４を参照すると、例示的な実施形態による構造体１００が示されている。図４は、断面Ａ－Ａに沿った構造体１００の断面側面図である。図４に示すように、第１のＯＰＬ１１０の一部が除去されてもよく、第１のマスキング層１１４および第１のハード・マスク１１２が除去されてもよい。
【0033】
第１のハード・マスク１１２の一部および第１のＯＰＬ１１０の一部はそれぞれ、キャビティ１１６、１１８の位置で選択的に除去されて、キャビティ１１６、１１８の深さを増加させることができ、１つまたは複数のステップで除去されて、第１の頂部キャップ層１０８の上面を露出させることができる。第１のハード・マスク１１２の一部および第１のＯＰＬ１１０の一部は、第１のマスキング層１１４に対して選択的に、例えば、ドライエッチングによって除去されてもよい。第１のハード・マスク１１２の残りの部分および第１のＯＰＬ１１０の一部は、第１のマスキング層１１４を同時に除去しながら、第１のハード・マスク１１２に対して選択的に除去されてもよい。
【0034】
ここで図５および図６を参照すると、例示的な実施形態による構造体１００が示されている。図５は、断面Ｂ－Ｂに沿った構造体１００の断面上面図であり、図６は、断面Ａ－Ａに沿った構造体１００の断面側面図である。図６は、図５に対して垂直である。図５および図６に示すように、金属線１０４の一部、第１の誘電体１０２の一部、および第１の頂部キャップ層１０８の一部が除去されてもよい。第１のＯＰＬ１１０は、除去されてもよい。
【0035】
第１の頂部キャップ層１０８の一部、金属線１０４の一部、および第１の誘電体１０２の一部は、例えば、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）を使用して、キャビティ１１６、１１８と整列して除去され、金属線１０４におけるキャビティ１１６、１１８の深さを増加させることができる。第１の誘電体１０２は、キャビティ１１６、１１８と整列して部分的に除去されてもよく、キャビティ１１６、１１８の下部水平面は第１の誘電体１０２を含む。キャビティ１１６、１１８の垂直側面は、金属線１０４の垂直方向の全高さまたは厚さを含み、下方の基板から測定され、誘電体１０２の部分的な浸食を含む。
【0036】
第１のＯＰＬ１１０は、既知の技術を使用して選択的に除去されてもよく、例えば、ドライエッチングを使用して、１つまたは複数のステップで除去されてもよい。第１のＯＰＬ１１０は、第１の頂部キャップ層１０８の一部、金属線１０４の一部、および第１の誘電体１０２の一部の除去とは別個に、または同時に除去されてもよい。金属線１０４は、第１のＯＰＬ１１０、第１の誘電体層、および第１の頂部キャップ層１０８に対して選択的な選択性の高いガスを使用して、例えば、塩素化学物質（Ｃｌ２、ＢＬＣ３、…）および酸素（Ｏ２）に加えて、Ｎ２、Ａｒ、ＣＨ４、およびＨ２などの添加ガスを使用して、ドライエッチングまたはＲＩＥによって除去され、プラズマの指向性（等方性または異方性）およびポリマ制御に役立つことがある。
【0037】
図５に示すように、キャビティ１２０およびキャビティ１２２を含む追加のキャビティが形成されてもよい。キャビティ１２０、１２２は、上記と同様の方法を用いて形成され、キャビティ１１６、１１８と同時に形成されてもよい。キャビティ１２０、１２２およびキャビティ１１８は、金属線１０６の一部に形成されてもよい。キャビティ１１８は、２つ以上の金属線を横切って形成されてもよく、図５に示すように、金属線１０４を横切って、および金属線１０６を横切って形成される。任意の組合せのキャビティが構造体１００内に形成されてもよく、１つまたは複数の金属線を横切って延在することができる。形成されたキャビティはそれぞれ、金属線に切り込みを形成し、当該金属線の一部の導電性を遮断することができる。金属層１０４および１０６の一部を除去するための主なエッチング化学物質は、第１の頂部キャップ層１０８および第１の誘電体１０２に対して高い選択性を有するため、誘電体層１０２への凹みは５ｎｍ未満である場合がある。
【0038】
ここで図７および図８を参照すると、例示的な実施形態による構造体１００が示されている。図７は、構造体１００の上面図であり、図８は、断面Ａ－Ａに沿った構造体１００の断面側面図である。図８は、図７に対して垂直である。図７および図８に示すように、第１のポスト・キャップ・ライナ１２４が形成されてもよい。
【0039】
第１のポスト・キャップ・ライナ１２４は、構造体１００上に共形に形成されてもよい。第１のポスト・キャップ・ライナ１２４は、キャビティ１１６、１１８、１２０、１２２の垂直側面および水平下面にライナを提供し、キャビティ１１６、１１８、１２０、１２２のそれぞれをわずかに小さくすることがある。第１のポスト・キャップ・ライナ１２４は、第１の頂部キャップ層１０８の上部水平面と、キャビティ１１６、１１８、１２０、１２２のそれぞれに沿った第１の誘電体１０２の垂直側面とを覆うことができる。
【0040】
第１のポスト・キャップ・ライナ１２４は、例えば、Ｎｂｌｏｃｋ材料、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉｘＮｘ）、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、もしくは酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などの窒化物もしくは酸化物材料、または絶縁体材料を含む任意の他の適切な材料を含むことができる。第１のポスト・キャップ・ライナ１２４は、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）または他の適切な方法によって形成することができる。
【0041】
第１のポスト・キャップ・ライナ１２４は、ＮＢＬＯＣＫまたはＡｌＯｘと同様の機能を有し、第１の誘電体１０２への、または構造体１００の他の構成要素への金属マイグレーションを回避し、金属材料の酸化を低減または抑止することができる。
【0042】
ここで図９および図１０を参照すると、例示的な実施形態による構造体１００が示されている。図９は、構造体１００の上面図であり、図１０は、断面Ａ－Ａに沿った構造体１００の断面側面図である。図１０は、図９に対して垂直である。図９および図１０に示すように、第２の誘電体１２６が形成されてもよい。
【0043】
第２の誘電体１２６は、第１の誘電体１０２に関して上述したように形成されてもよい。第２の誘電体１２６は、第１の誘電体１０２と同じまたは異なる材料であってもよい。第２の誘電体１２６は、キャビティ１１６、１１８、１２０、１２２を充填することができる。
【0044】
化学機械研磨（ＣＭＰ）技術を使用して、余分な材料を除去し、構造体１００の上面を研磨して、均一な水平面を提供することができる。
【0045】
本実施形態では、予め形成された構造体への加工およびＣＭＰプロセスの後、金属線１０４、１０６はそれぞれ、金属線１０４、１０６のそれぞれを切断して除去された部分を有し、金属線１０４、１０６の残りの部分のそれぞれに接続されたデバイス間の絶縁を提供する。
【0046】
ここで図１１および図１２を参照すると、例示的な実施形態による構造体２００が示されている。構造体２００は、図５および図６で上述したように、構造体１００の後続の処理から形成された代替の実施形態である。図１１は、構造体２００の上面図であり、図１２は、断面Ａ－Ａに沿った構造体２００の断面側面図である。図１２は、図１１に対して垂直である。図１１および図１２に示すように、第２のポスト・キャップ・ライナ１４４および第３の誘電体１４６が形成されてもよい。
【0047】
第２のポスト・キャップ・ライナ１４４は、構造体１００上に共形に形成されてもよい。第１のポスト・キャップ・ライナ１２４は、キャビティ１１６、１１８、１２０、１２２を充填することができる。第２のポスト・キャップ・ライナ１４４は、第１の頂部キャップ層１０８の上部水平面を覆うことができる。
【0048】
第２のポスト・キャップ・ライナ１４４は、第１のポスト・キャップ・ライナ１２４に関して上述したように形成されてもよい。第２のポスト・キャップ・ライナ１４４は、第１のポスト・キャップ・ライナ１２４または第２のポスト・キャップ・ライナ１４０と同じ材料または異なる材料を含むことができる。第２のポスト・キャップ・ライナ１４４は、第１の誘電体１０２への、または構造体１００の他の構成要素への金属マイグレーションを回避し、トレンチ間のキャパシタンスを改善し、金属偏析を提供し、金属材料上の酸化を低減または抑止するのに役立つことがある。
【0049】
化学機械研磨（ＣＭＰ）技術を使用して、余分な材料を除去し、構造体２００の上面を研磨し、第２のポスト・キャップ・ライナ１４４の余分な部分を除去し、キャビティ１１６、１１８、１２０、１２２内の第１の頂部キャップ層１０８および第２のポスト・キャップ・ライナ１４４の均一な水平面を提供することができる。
【0050】
第３の誘電体１４６は、第１の誘電体１０２に関して上述したように、第１の頂部キャップ層１０８の上部水平面上、およびキャビティ１１６、１１８、１２０、１２２内の第２のポスト・キャップ・ライナ１４４の上部水平面上に形成されてもよい。第３の誘電体１４６は、第１の誘電体１０２または第２の誘電体１２６と同じまたは異なる材料を含むことができる。
【0051】
本実施形態では、金属線１０４、１０６は、金属線１０４、１０６のそれぞれを切断して除去された部分を有し、金属線１０４、１０６の残りの部分のそれぞれに接続されたデバイス間の絶縁を提供する。
【0052】
本実施形態では、予め形成された構造体への加工およびＣＭＰプロセスの後、金属線１０４、１０６はそれぞれ、金属線１０４、１０６のそれぞれを切断して除去された部分を有し、金属線１０４、１０６の残りの部分のそれぞれに接続されたデバイス間の絶縁を提供する。
【0053】
ここで図１３および図１４を参照すると、例示的な実施形態による構造体３００が示されている。構造体３００は、図７および図８で上述したように、構造体１００の後続の処理から形成された代替の実施形態である。図１３は、構造体３００の上面図であり、図１４は、断面Ａ－Ａに沿った構造体３００の断面側面図である。図１４は、図１３に対して垂直である。図１３および図１４に示すように、第４の誘電体１４８が形成されてもよい。
【0054】
第４の誘電体１４８は、第１の誘電体１０２に関して上述したように形成されてもよい。第４の誘電体１４８は、第１の誘電体１０２、第２の誘電体１２６、または第３の誘電体１４６と同じまたは異なる材料を含むことができる。
【0055】
第４の誘電体１４８は、キャビティ１１６、１１８、１２０、１２２のそれぞれの上部を部分的に充填することができる。第４の誘電体１４８は、キャビティ１１６、１１８、１２０、１２２のそれぞれに凹状の下面またはキャビティ１１６、１１８、１２０、１２２のそれぞれに凸状の下面のいずれかを提供することができる。これらの２つの異なる実施形態は、堆積条件によって制御されることがある。
【0056】
結果として得られた構造体３００は、キャビティ１１６、１１８、１２０、１２２のそれぞれに空隙を含む。キャビティ１１６、１１８、１２０、１２２のそれぞれの空隙の利点には、金属線１０４、１０６の残りの部分のそれぞれに接続されたデバイス間の熱的および電気的絶縁の向上が含まれる。
【0057】
ここで図１５および図１６を参照すると、例示的な実施形態による、製造の中間段階における半導体構造体４００（以下、「構造体」）が示されている。図１５は、断面Ｂ－Ｂに沿った構造体４００の断面上面図であり、図１６は、断面Ａ－Ａに沿った構造体４００の断面側面図である。図１６は、図１５に対して垂直である。
【0058】
構造体４００は、図１５および図１６に示されているものの下にいくつかの後工程（「ＢＥＯＬ」）層を含んでもよい。一般に、後工程（ＢＥＯＬ）は、個々のデバイス（トランジスタ、キャパシタ、抵抗器など）がウエハ上の配線と相互接続される集積回路製造の第２の部分である。図１５および図１６に示すように、構造体４００は、第５の誘電体２０４と、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６と、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０８と、第２の頂部キャップ層２１０と、下部金属線２１２、２１４、２１６、２１８、２２０および２２２とを含む。ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６、２０８は、互いに平行であってもよい。下部金属線２１２、２１４、２１６、２１８、２２０は、互いに平行であってよく、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６、２０８に対して垂直であってよい。
【0059】
第５の誘電体２０４は、第１の誘電体１０２に関して上述したように形成されてもよい。下部金属線２１２、２１４、２１６、２１８、２２０、および２２２は、シングル・ダマシン（ＳＤ）プロセス、デュアル・ダマシン（ＤＤ）プロセス、またはサブトラクティブ・エッチングなどの以前のメタライゼーション・プロセスから形成されてもよい。下部金属線２１２、２１４、２１６、２１８、２２０および２２２は、金属線１０４、１０６に関して上述したような材料として形成されてもよく、そのような材料を含むことができる。
【0060】
ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６および２０８は、金属線１０４、１０６に関して上述したようにデュアル・ダマシン（ＤＤ）方式を使用して、第５の誘電体２０４内に形成されてもよい。下部金属線２１２、２１４、２１６、２１８、２２０および２２２、ならびにダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６、２０８は、第５の誘電体２０４に埋め込まれている。
【0061】
ＣＭＰ技術を使用して、余分な材料を除去し、構造体４００の上面を研磨して、均一な水平面を提供することができる。
【0062】
第５の誘電体２０４、下部金属線２１２、２１４、２１６、２１８、２２０、および２２２、ならびにダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６、２０８は、第１の頂部キャップ層１０８に関して上述したように、第２の頂部キャップ層２１０で覆われてもよい。
【0063】
ここで図１７を参照すると、例示的な実施形態による構造体４００が示されている。図１７は、断面Ａ－Ａに沿った構造体４００の断面側面図である。図１７に示すように、例示的な実施形態によると、第２の有機平坦化層材料（以下、「ＯＰＬ」）２２４、第２のハード・マスク２２６、および第２のマスキング層２２８が形成されてもよい。
【0064】
第２のＯＰＬ２２４は、第１のＯＰＬ１１０に関して上述したように、第２の頂部キャップ層２１０上に形成されてもよい。第２のハード・マスク２２６は、第１のハード・マスク１１２に関して上述したように、第２のＯＰＬ２２４上で構造体４００上に形成されてもよい。
【0065】
第２のマスキング層２２８は、第１のマスキング層１１４に関して上述したように、構造体４００上に形成されてもよい。第２のマスキング層２２８は、キャビティ２３０、キャビティ２３２、およびキャビティ２３４でパターニングされてもよい。
【0066】
ここで図１８を参照すると、例示的な実施形態による構造体４００が示されている。図１８は、断面Ａ－Ａに沿った構造体４００の断面側面図である。図１８に示すように、第２のハード・マスク２２６の一部および第２のＯＰＬ２２４の一部が除去されてもよく、第２のマスキング層２２８が除去されてもよい。
【0067】
第２のハード・マスク２２６の一部および第２のＯＰＬ２２４の一部はそれぞれ、キャビティ２３０、２３２、２３４の位置で選択的に除去され、キャビティ２３０、２３２、および２３４の深さを増加させることができ、１つまたは複数のステップで除去され、第２の頂部キャップ層２１０の上面を露出させることができる。第２のハード・マスク２２６の一部および第２のＯＰＬ２２４の一部は、第２のマスキング層２２８および第２のキャップ層２１０に対して選択的に、例えば、ドライエッチングによって除去されてもよい。
【0068】
第２のハード・マスク２２６および第２の頂部キャップ層２１０に対して選択的に、第２のマスキング層２２８が選択的に除去されてもよい。第２のハード・マスク２２６は、第２のＯＰＬ２２４および第２のキャップ層２１０に対して選択的に除去されてもよい。
【0069】
ここで図１９および図２０を参照すると、例示的な実施形態による構造体４００が示されている。図１９は、断面Ｂ－Ｂに沿った構造体４００の断面上面図であり、図２０は、断面Ａ－Ａに沿った構造体４００の断面側面図である。図２０は、図１９に対して垂直である。図１９および図２０に示すように、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６の一部、ならびに第２の頂部キャップ層２１０の一部が除去されてもよい。第２のマスキング層２２８、第２のハード・マスク２２６、および第２のＯＰＬ２２４が除去されてもよい。
【0070】
第２のキャップ層２１０の一部、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６の一部は、キャビティ２３０、２３２、２３４と整列して除去され、上述したように、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６をエッチングするために高度に選択的なエッチング化学物質を使用して、例えば、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）を使用して、キャビティ２３０、２３２、２３４の深さを増加させることができる。第５の誘電体２０４は、図示するように、深さが約５ｎｍ未満の範囲の小さな凹部を有することがある。除去される第２の頂部キャップ層２１０の一部およびダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６の一部は、キャビティ２３０、２３２、２３４と整列して完全に除去されてもよい。キャビティ２３０、２３２、２３４の垂直側面は、第５の誘電体２０４と、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６とを含む。
【0071】
第２のＯＰＬ２２４はそれぞれ、既知の技術を使用して選択的に除去されてもよく、例えば、ドライエッチングを使用して、１つまたは複数のステップで除去されてもよい。第２のＯＰＬ２２４は、第２の頂部キャップ層２１０の一部、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６の一部、ならびに第５の誘電体２０４の一部の除去とは別に、または同時に除去されてもよい。
【0072】
図１９に示すように、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０８に形成されたキャビティ２３６を含む、追加のキャビティが形成されてもよい。キャビティ２３６は、上述と同様の方法を使用して形成され、同時に形成されてもよい。キャビティ２３０、２３２、２３４は、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６の一部に形成されてもよい。キャビティ２３２は、２つ以上の金属線を横切って形成されてもよく、図１９に示すように、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６を横切って形成され、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０８を横切って延在する。任意の組合せのキャビティが構造体４００に形成されてもよく、１つまたは複数の金属線を横切って延在してもよい。形成されたキャビティはそれぞれ、金属線に切り込みを形成し、当該金属線の一部の導電性を遮断することができる。
【0073】
ここで図２１および図２２を参照すると、例示的な実施形態による構造体４００が示されている。図２１は、構造体４００の上面図であり、図２２は、断面Ａ－Ａに沿った構造体４００の断面側面図である。図２２は、図２１に対して垂直である。図２１および図２２に示すように、第４のポスト・キャップ・ライナ２３８が形成されてもよい。
【0074】
第４のポスト・キャップ・ライナ２３８は、構造体４００上に共形に形成されてもよい。第４のポスト・キャップ・ライナ２３８は、キャビティ２３０、２３２、２３４の垂直側面および水平下面にライナを提供し、キャビティ２３０、２３２、２３４のそれぞれをわずかに小さくすることがある。第４のポスト・キャップ・ライナ２３８は、キャビティ２３０、２３２、２３４のそれぞれに沿って、第２の頂部キャップ層２１０の上部水平面および第５の誘電体２０４の垂直側面を覆うことができる。
【0075】
第４のポスト・キャップ・ライナ２３８は、第１のポスト・キャップ・ライナ１２４に関して上述したように形成され得る。
【0076】
ここで図２３および図２４を参照すると、例示的な実施形態による構造体４００が示されている。図２３は、構造体４００の上面図であり、図２４は、断面Ａ－Ａに沿った構造体４００の断面側面図である。図２４は、図２３に対して垂直である。図２３および図２４に示すように、第６の誘電体２４０が形成されてもよい。
【0077】
第６の誘電体２４０は、第１の誘電体１０２に関して上述したように形成されてもよい。第６の誘電体２４０は、第５の誘電体２０４と同じまたは異なる材料であってもよい。第６の誘電体２４０は、キャビティ２３０、２３２、２３４、２３６を充填し、第４のポスト・キャップ・ライナ２３８の上部水平面を覆うことができる。
【0078】
化学機械研磨（ＣＭＰ）技術を使用して、余分な材料を除去し、構造体４００の上面を研磨して、均一な水平面を提供することができる。
【0079】
本実施形態では、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６、２０８は、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６、２０８のそれぞれを切断して除去された部分を有し、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６、２０８の残りの部分のそれぞれに接続されたデバイス間の絶縁を提供する。
【0080】
ここで図２５および図２６を参照すると、例示的な実施形態による構造体５００が示されている。構造体５００は、図１９および図２０で上述したように、構造体４００の後続の処理から形成された代替の実施形態である。図２５は、構造体５００の上面図であり、図２６は、構造体５００の断面側面図である。図２５および図２６に示すように、第５のポスト・キャップ・ライナ２４２および第７の誘電体２４４が形成されてもよい。
【0081】
第５のポスト・キャップ・ライナ２４２は、構造体５００上に共形に形成されてもよい。第５のポスト・キャップ・ライナ２４２は、キャビティ２３０、２３２、２３４、２３６を充填することができる。第５のポスト・キャップ・ライナ２４２は、第２の頂部キャップ層２１０の上部水平面を覆うことができる。
【0082】
第５のポスト・キャップ・ライナ２４２は、第１のポスト・キャップ・ライナ１２４に関して上述したように形成されてもよい。第５のポスト・キャップ・ライナ２４２は、第４のポスト・キャップ・ライナ２３８と同じ材料または異なる材料を含むことができる。
【0083】
化学機械研磨（ＣＭＰ）技術を使用して、余分な材料を除去し、構造体５００の上面を研磨して、第５のポスト・キャップ・ライナ２４２の均一な水平面を提供することができる。
【0084】
第７の誘電体２４４は、第１の誘電体１０２に関して上述したように形成されてもよい。第７の誘電体２４４は、第５の誘電体２０４または第６の誘電体２４０と同じまたは異なる材料を含むことができる。
【0085】
本実施形態では、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６、２０８は、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６、２０８のそれぞれを切断して除去された部分を有し、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６、２０８の残りの部分のそれぞれに接続されたデバイス間の絶縁を提供する。
【0086】
ここで図２７および図２８を参照すると、例示的な実施形態による構造体６００が示されている。構造体６００は、図２１および図２２で上述したように、構造体４００の後続の処理から形成された代替の実施形態である。図２７は、構造体６００の上面図であり、図２８は、断面Ａ－Ａに沿った構造体６００の断面側面図である。図２８は、図２７に対して垂直である。図２７および図２８に示すように、第８の誘電体２４６が形成されてもよい。
【0087】
第８の誘電体２４６は、第１の誘電体１０２に関して上述したように形成されてもよい。第８の誘電体２４６は、第５の誘電体２０４、第６の誘電体２４０、または第７の誘電体２４４と同じまたは異なる材料を含むことができる。
【0088】
第８の誘電体２４６は、キャビティ２３０、２３２、２３４、２３６のそれぞれの上部を部分的に充填することができる。第８の誘電体２４６は、キャビティ２３０、２３２、２３４、２３６のそれぞれに凹状の下面またはキャビティ２３０、２３２、２３４、２３６のそれぞれに凸状の下面のどちらかを提供することができる。これらの２つの異なる実施形態は、堆積条件によって制御されることがある。
【0089】
結果として得られた構造体６００は、キャビティ２３０、２３２、２３４、２３６のそれぞれに空隙を含む。キャビティ２３０、２３２、２３４、２３６のそれぞれにおける空隙の利点には、ダブル・ダマシン・トレンチおよびビア構造２０６、２０８の残りの部分のそれぞれに接続されたデバイス間の熱的および電気的絶縁の向上が含まれる。
【0090】
ここで図２９および図３０を参照すると、例示的な実施形態による、製造の中間段階における半導体構造体７００（以下、「構造体」）が示されている。図２９は、構造体７００の上面図であり、図３０は、断面Ａ－Ａに沿った構造体７００の断面側面図である。図３０は、図２９に対して垂直である。
【0091】
構造体７００は、図２９および図３０に示されているものの下にいくつかの後工程（「ＢＥＯＬ」）層を含んでもよい。一般に、後工程（ＢＥＯＬ）は、個々のデバイス（トランジスタ、キャパシタ、抵抗器など）がウエハ上の配線と相互接続される集積回路製造の第２の部分である。図２９および図３０に示すように、構造体７００は、第９の誘電体３０２と、金属線３０１、金属線３０３、金属線３０４、および金属線３０５を含む第１の組の下部金属線と、金属線３０６、金属線３０９、金属線３１１、金属線３１３、金属線３１５、および金属線３１７を含む第２の組の上部金属線と、ビア３１２、３１８、および３２２と、第３の頂部キャップ層３０８と、第１０の誘電体３１０とを含む。ボックス３１４は、金属線３０９の一部である。ボックス３１６は、金属線３１１の一部である。ボックス３２０は、金属線３１５の一部である。
【0092】
ビア３１２は、金属線３０４と金属線３０６とを接続する。ビア３１８は、金属線３０４と金属線３１３とを接続し、ビア３２２は、金属線３０４と金属線３１７とを接続する。第１の組の下部金属線は、第２の組の上部金属線に対して垂直であってもよく、ビア３１２、３１８、３２２に対して垂直であってもよい。第２の組の上部金属線は、ビア３１２、３１８、３２２に対して垂直であってもよい。
【0093】
第９の誘電体３０２および第１０の誘電体３１０は、第１の誘電体１０２に関して上述したように形成されてもよい。
【0094】
第１の金属線１０４に関して上述したように、第９の誘電体３０２内にトレンチ（図示せず）を形成して、第１の組の下部金属線を形成することができる。第１の金属線１０４に関して上述したように、第１０の誘電体３１０内にトレンチ（図示せず）を形成して、第２の組の上部金属線およびビア３１２、３１８、３２２を形成することができる。第１の組の下部金属線、第２の組の上部金属線、およびビア３１２、３１８、３２２は、金属線１０４に関して上述したような材料を含むことができる。
【0095】
ＣＭＰ技術を使用して、余分な材料を除去し、構造体７００の上面を研磨して、均一な水平面を提供することができる。
【0096】
第９の誘電体３０２および第１の組の下部金属線は、第１の頂部キャップ層１０８に関して上述したように、第３の頂部キャップ層３０８で覆われてもよい。
【0097】
ここで図３１を参照すると、例示的な実施形態による構造体７００が示されている。図３１は、断面Ａ－Ａに沿った構造体７００の断面側面図である。図３１に示すように、例示的な実施形態によると、第３の有機平坦化層材料（以下、「ＯＰＬ」）３２４、第３のハード・マスク３２６、および第３のマスキング層３２８が形成されてもよい。
【0098】
第３のＯＰＬ３２４は、第１のＯＰＬ１１０に関して上述したように、構造体７００上に形成され、第１０の誘電体３１０、ビア３１２、３１８、３２２、および第２の組の上部金属線を覆うことができる。第３のＯＰＬ３２４が第２の組の上部金属線を覆うため、第３のＯＰＬ３２４は、ボックス３１４、３１６、３２０を覆う。第３のハード・マスク３２６は、第１のハード・マスク１１２に関して上述したように、第３のＯＰＬ３２４上で構造体７００上に形成されてもよい。第３のマスキング層３２８は、第１のマスキング層１１４に関して上述したように、構造体７００上に形成されてもよい。第３のマスキング層３２８は、キャビティ３３０およびキャビティ３３２でパターニングされてもよい。
【0099】
ここで図３２を参照すると、例示的な実施形態による構造体７００が示されている。図３２は、断面Ａ－Ａに沿った構造体７００の断面側面図である。図３２に示すように、第３のハード・マスク３２６の一部、第３のＯＰＬ３２４の一部が除去されてもよく、第３のマスキング層３２８および第３のハード・マスク３２６が除去されてもよく、第１０の誘電体３１０内にキャビティ３３４が形成されてもよい。
【0100】
第３のハード・マスク３２６の一部および第３のＯＰＬ３２４の一部はそれぞれ、キャビティ３３０、３３２の位置で選択的に除去され、キャビティ３３０、３３２の深さを増加させることができ、１つまたは複数のステップで除去され、第１０の誘電体３１０の上面およびボックス３１４、３１６、３２０を露出させることができる。ボックス３１４、３１６、３２０はそれぞれ、金属線３０９、３１１、３１５の露出部分であってもよく、これらのボックスはそれぞれ、それぞれが構造体７００にキャビティを形成するために後で使用される第３のマスキング層３２８の開口部であることを意味する。
【0101】
第３のハード・マスク３２６、第３のＯＰＬ３２４、ビア３１２、３１８、３２２、ボックス３１４、３１６、３２０、および第１０の誘電体３１０に対して選択的に、第３のマスキング層３２８が選択的に除去されてもよい。第３のマスキング層３２８は、例えば、ドライエッチングによって除去されてもよい。第３のハード・マスク３２６の一部および第３のＯＰＬ３２４の一部は、第１０の誘電体３１０およびボックス３１４、３１６、３２０に対して選択的に、例えば、ドライエッチングによって除去されてもよい。
【0102】
第１０の誘電体３１０の一部は、金属ボックス３１４と３１６との間で選択的に除去され、キャビティ３３４をもたらすことができる。第１０の誘電体３１０の一部は、１つまたは複数のステップで除去され、第３の頂部キャップ層３０８の上面を露出させることができる。第１０の誘電体３１０の一部は、第３のＯＰＬ３２４およびボックス３１４、３１６、３２０に対して選択的に、例えば、ＲＩＥによる酸化物エッチングによって除去されてもよい。このシーケンス中、第３のハード・マスク３２６も同時に除去されてもよい。キャビティ３３４を形成するために、第３の頂部キャップ層３０８上で停止することができる選択的エッチングが行われてもよい。
【0103】
キャビティ３３４は、キャビティ３３０の下にあってもよい。キャビティ３３４は、第１０の誘電体３１０の垂直側面と金属線３０９、３１１の垂直側面とを含む垂直側面を有することができる。キャビティ３３４は、第３の頂部キャップ層３０８の上部水平面を含む水平底面を有することができる。
【0104】
ここで図３３を参照すると、例示的な実施形態による構造体７００が示されている。図３３は、断面Ａ－Ａに沿った構造体７００の断面側面図である。図３３に示すように、ボックス３１４、３１６、３２０の領域、第３の頂部キャップ層３０８の一部、および第１の組の金属線３０４の第１の金属線の一部が除去されてもよい。
【0105】
ボックス３１４、３１６、３２０の領域、第３の頂部キャップ層３０８の一部、および金属線３０４の一部はそれぞれ、キャビティ３３０、３３２、３３４の位置において選択的に除去され、キャビティ３３０の幅およびキャビティ３３２、３３４の深さを増加させることができ、１つまたは複数のステップで除去され、第１０の誘電体３１０の上部水平面、および第９の誘電体３０２の上部水平面を露出させることができる。ボックス３１４、３１６、３２０の領域、第３の頂部キャップ層３０８の一部、および第１の組の金属線３０４の第１の金属線の一部は、第３のＯＰＬ３２４、第１０の誘電体３１０、および第９の誘電体３０２に対して選択的に、例えば、ドライエッチングによって除去されてもよい。
【0106】
キャビティ３３４の深さが増加して、第３の頂部キャップ層３０８の一部および第１の組の金属線３０４の第１の金属線の一部を除去することができる。キャビティ３３４は、第１０の誘電体３１０、第３の頂部キャップ層３０８、および金属線３０４の垂直側面を含む垂直側面を有することができる。キャビティ３３４は、第９の誘電体３０２の上部水平面を含む水平底面を有することができる。
【0107】
【0108】
第３のＯＰＬ３２４は、既知の技術を使用して選択的に除去されてもよく、例えば、ドライエッチングを使用して、１つまたは複数のステップで除去されてもよい。
【0109】
【0110】
第１１の誘電体３３６は、第１の誘電体１０２に関して上述したように形成されてもよい。第１１の誘電体３３６は、第９の誘電体３０２および第１０の誘電体３１０と同じまたは異なる材料であってもよい。第１１の誘電体３３６は、キャビティ３３０、３３２、３３４を充填することができる。第１１の誘電体３３６は、第１０の誘電体３１０の上部水平面およびビア３１２、３１８、３２２を覆うことができる。
【0111】
化学機械研磨（ＣＭＰ）技術を使用して、余分な材料を除去し、構造体７００の上面を研磨して、均一な水平面を提供することができる。
【0112】
本実施形態では、第１の組の金属線３０４の第１の金属線は、一部が除去され、ボックス３１４、３１６、３２０の領域を有し、第１の組の金属線３０４の第１の金属線の残りの部分のそれぞれに接続されたデバイス間の絶縁を提供する。追加のキャビティが、第１、第２の組の金属線３０４、３０６のいずれかの金属線に形成されてもよく、第１、第２の組の金属線３０４、３０６のいずれかの金属線のうちの１つまたは複数を横切ってビアのいずれかおよび構造体７００のいずれかに形成されてもよく、第１０の誘電体３１０、第３の頂部キャップ層３０８、および第１、第２の組の金属線３０４、３０６のどちらかに形成されてもよい。
【0113】
ここで図３６を参照すると、例示的な実施形態による構造体８００が示されている。図３６は、断面Ａ－Ａに沿った構造体８００の断面側面図である。図３６に示すように、第６のポスト・キャップ・ライナ３３８が形成されてもよい。構造体８００は、図３４で上述したように、構造体７００の後続の処理から形成された代替の実施形態である。
【0114】
第６のポスト・キャップ・ライナ３３８は、構造体８００上に共形に形成されてもよい。第６のポスト・キャップ・ライナ３３８は、キャビティ３３０、３３２、３３４の垂直側面および水平下面にライナを提供し、キャビティ３３０、３３２、３３４のそれぞれをわずかに小さくすることがある。第６のポスト・キャップ・ライナ３３８は、第１０の誘電体３１０およびビア３１２、３１８、３２２の上部水平面を覆うことができる。第６のポスト・キャップ・ライナ３３８は、第１のポスト・キャップ・ライナ１２４に関して上述したように形成されてもよい。
【0115】
ここで図３７を参照すると、例示的な実施形態による構造体８００が示されている。図３７は、断面Ａ－Ａに沿った構造体８００の断面側面図である。図３７に示すように、第１２の誘電体３４０および第１３の誘電体３４２が形成されてもよい。
【0116】
第１２の誘電体３４０は、第１の誘電体１０２に関して上述したように形成されてもよい。第１２の誘電体３４０は、第９の誘電体３０２、第１０の誘電体３１０、および第１１の誘電体３３６と同じまたは異なる材料を含むことができる。第１２の誘電体３４０は、キャビティ３３０、３３２、３３４を充填することができる。一実施形態では、異なる誘電体がキャビティ３３０、３３２、３３４のそれぞれを充填してもよい。
【0117】
化学機械研磨（ＣＭＰ）技術を使用して、余分な材料を除去し、構造体８００の上面を研磨して、第６のポスト・キャップ・ライナ３３８の上部水平面と整列した第１２の誘電体３４０の均一な水平面を提供することができる。
【0118】
第１３の誘電体３４２は、第１の誘電体１０２に関して上述したように形成されてもよい。第１３の誘電体３４２は、第９の誘電体３０２、第１０の誘電体３１０、第１１の誘電体３３６、および第１２の誘電体３４０と同じまたは異なる材料を含むことができる。第１３の誘電体３４２は、第１２の誘電体３４０上および第６のポスト・キャップ・ライナ３３８上に形成されてもよい。
【0119】
化学機械研磨（ＣＭＰ）技術を使用して、余分な材料を除去し、構造体８００の上面を研磨して、第１３の誘電体３４２の均一な水平面を提供することができる。
【0120】
本実施形態では、金属線３０４は、一部が除去され、ボックス３１４、３１６、３２０が除去され、第１の金属線３０４の残りの部分のそれぞれに接続されたデバイス間の絶縁を提供する。追加のキャビティが、第１の組の下部金属線および第２の組の上部金属線のいずれかの金属線に形成されてもよく、構造体８００のビアのいずれかに、第１の組の下部金属線および第２の組の上部金属線のいずれかの金属線のうちの１つまたは複数を横切って形成されてもよく、第１０の誘電体３１０または第３の頂部キャップ層３０８あるいはその両方に形成されてもよい。
【0121】
ここで図３８を参照すると、例示的な実施形態による構造体９００が示されている。構造体９００は、図３６で上述したように、構造体８００の後続の処理から形成された代替の実施形態である。図３８は、断面Ａ－Ａに沿った構造体９００の断面側面図である。図３８に示すように、第１４の誘電体３４４が形成されてもよい。
【0122】
第１４の誘電体３４４は、第１の誘電体１０２に関して上述したように形成されてもよい。第１４の誘電体３４４は、第９の誘電体３０２、第１０の誘電体３１０、第１１の誘電体３３６、第１２の誘電体３４４、または第１３の誘電体３４２と同じまたは異なる材料を含むことができる。
【0123】
第１４の誘電体３４４は、キャビティ３３２、３３４のそれぞれの上部を部分的に充填することができる。第１４の誘電体３４４は、キャビティ３３２、３３４のそれぞれに凹状の下面またはキャビティ３３２、３３４のそれぞれに凸状の下面のどちらかを提供することができる。これらの２つの異なる実施形態は、堆積条件によって制御されることがある。
【0124】
結果として得られた構造体９００は、キャビティ３３２、３３４のそれぞれに空隙を含む。キャビティ３３２、３３４のそれぞれにおける空隙の利点には、第１の組の金属線３０４の第１の金属線の残りの部分のそれぞれに接続されたデバイス間の熱的および電気的絶縁の向上が含まれる。
【0125】
本実施形態では、金属線３０４は、一部が除去され、ボックス３１４、３１６、３２０が除去され、第１の金属線３０４の残りの部分のそれぞれに接続されたデバイス間の絶縁を提供する。追加のキャビティが、第１の組の下部金属線および第２の組の上部金属線のいずれかの金属線に形成されてもよく、構造体９００のいずれかのビアに、第１の組の下部金属線および第２の組の上部金属線のいずれかの金属線のうちの１つまたは複数を横切って形成されてもよく、第１０の誘電体３１０または第３の頂部キャップ層３０８あるいはその両方に形成されてもよい。
【0126】
ここで図３９を参照すると、例示的な実施形態による構造体１０００が示されている。構造体１０００は、図３４で上述したように、構造体７００の後続の処理から形成された代替の実施形態である。図３９は、構造体１０００の断面側面図である。図３９に示すように、第７のポスト・キャップ・ライナ３４６および第１５の誘電体３４８が形成されてもよい。
【0127】
第７のポスト・キャップ・ライナ３４６は、構造体１０００上に共形に形成されてもよい。第７のポスト・キャップ・ライナ３４６は、キャビティ３３０、３３２、３３４を充填することができる。第７のポスト・キャップ・ライナ３４６は、第１０の誘電体３１０およびビア３１２、３１８、３２２の上部水平面を覆うことができる。
【0128】
第７のポスト・キャップ・ライナ３４６は、第１のポスト・キャップ・ライナ１２４に関して上述したように形成されてもよい。第７のポスト・キャップ・ライナ３４６は、第６のポスト・ライナ３３８と同じ材料または異なる材料を含むことができる。
【0129】
化学機械研磨（ＣＭＰ）技術を使用して、余分な材料を除去し、構造体１０００の上面を研磨して、第７のポスト・キャップ・ライナ３４６の均一な水平面を提供することができる。
【0130】
第１５の誘電体３４８は、第１の誘電体１０２に関して上述したように形成されてもよい。第１５の誘電体３４８は、第９の誘電体３０２、第１０の誘電体３１０、第１１の誘電体３３６、第１２の誘電体３４４、第１６の誘電体３４２、または第１７の誘電体３４４と同じまたは異なる材料を含むことができる。
【0131】
本実施形態では、第１の組の金属線３０４の第１の金属線は、一部が除去され、ボックス３１４、３１６、３２０を有し、金属線３０４の残りの部分のそれぞれに接続されたデバイス間の絶縁を提供する。追加のキャビティが、第１の組の下部金属線、第２の組の上部金属線のいずれかの金属線に形成されてもよく、構造体１０００のビアのいずれかに、第１の組の下部金属線、第２の組の上部金属線のいずれかの金属線のうちの１つまたは複数を横切って形成されてもよく、第１０の誘電体３１０、第３の頂部キャップ層３０８、および第１の組の下部金属線、第２の組の上部金属線のどちらかに形成されてもよい。
【0132】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本発明を限定することは意図されていない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形も同様に含むことが意図されている。用語「備える」または「備えている」あるいはその両方は、本明細書で使用される場合、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、または構成要素あるいはその組合せの存在を特定するが、もう１つの他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、またはそれらのグループあるいはその組合せの存在もしくは追加を排除するものではないことをさらに理解されよう。
【0133】
以下の特許請求の範囲におけるすべての手段またはステップに加えて機能要素の対応する構造、材料、行為、および均等物は、具体的に特許請求されるような他の特許請求される要素と組み合わせて機能を実行するための任意の構造、材料、または行為を含むことが意図されている。本発明の記載は、例示および説明を目的として提示されたが、開示された形態において網羅的であること、または本発明を限定することは意図されていない。多くの変更形態および変形形態が本発明の範囲から逸脱せずに当業者には明らかであろう。本実施形態は、本発明の原理および実際の用途を最もよく説明するために、ならびに他の当業者が、企図される特定の使用に適するような様々な修正を伴う様々な実施形態について本発明を理解することを可能にするために、選択され、説明された。
【0134】
本明細書に示される図は、単なる一例である。本発明の範囲から逸脱することなく、この図またはそこに記載されたステップ（または動作）には多くの変形例があってもよい。例えば、ステップは、異なる順序で実行されてもよく、またはステップは、追加、削除、もしくは修正されてもよい。これらの変形例のすべては、特許請求される発明の一部と考えられる。
【0135】
本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、当業者であれば、現在および将来の両方において、以下の特許請求の範囲に含まれる様々な改良および強化を行うことができることが理解されるであろう。これらの特許請求の範囲は、最初に記載された本発明に対する適切な保護を維持すると解釈されるべきである。
【0136】
本発明の好ましい実施形態では、誘電体の上面に埋め込まれた第１の金属線であって、誘電体が半導体構造体の電子構成要素の上方の層である、第１の金属線と、誘電体の上面に埋め込まれ、第１の金属線と整列した第２の金属線であって、第１の金属線と第２の金属線との間にポスト・キャップ・ライナがある、第２の金属線と、第１の金属線にも第２の金属線にも覆われていない誘電体の一部の上方の頂部キャップ層であって、第１の金属線を覆い、第２の金属線の上方にある、頂部キャップ層と、頂部キャップ層の上方にあるポスト・キャップ・ライナとを備える、半導体構造体が提供される。好ましくは、半導体構造体は、空隙の下部水平面がポスト・キャップ・ライナを含み、第１の金属線と第２の金属線との間のポスト・キャップ・ライナの下部水平面が、ビアの上部水平面の一部であることをさらに含む。
【0137】
本発明の好ましい実施形態では、誘電体の上面に埋め込まれた第１の組の金属線であって、誘電体が半導体構造体の電子構成要素の上方の層である、第１の組の金属線と、誘電体の下方かつ電子構成要素の上方に埋め込まれた第２の組の金属線と、第１の組の金属線を覆い、第１の組の金属線によって覆われていない誘電体の部分を覆うポスト・キャップ・ライナと、第１の組の金属線の第１の金属線を分断して、第２の組の金属線の第２の金属線まで延在し、第２の組の金属線を分断するキャビティとを備える、半導体構造体が提供される。
【0138】
本発明の好ましい実施形態では、半導体デバイスを形成する方法が提供され、本方法は、第１の金属線および第２の金属線を横切ってキャビティを形成することであって、第１の金属線および第２の金属線の両方が誘電体の上面に埋め込まれており、誘電体が半導体デバイスの電子構成要素の上方の層であり、第１の金属線と第２の金属線が互いに平行で、誘電体によって分離されており、第１の金属線、第２の金属線、および誘電体が頂部キャップ層によって覆われている、形成することを含む。好ましくは、本方法は、キャビティ内およびトップ・キャップ・ライナ上にポスト・キャップ・ライナを形成することをさらに含む。好ましくは、本方法は、半導体デバイス上に第２の誘電体を形成することであって、第２の誘電体がキャビティの一部を充填する、形成することをさらに含む。好ましくは、本方法は、キャビティをポスト・キャップ・ライナで充填することをさらに含む。
【0139】
本発明の好ましい実施形態では、半導体デバイスを形成する方法が提供され、本方法は、第１の金属線と第２の金属線とを横切ってキャビティを形成することを含み、第１の金属線が誘電体の上面に埋め込まれており、誘電体が半導体デバイスの電子構成要素の上方の層であり、第２の金属線が誘電体の下方にあり、第１の金属線と第２の金属線は互いに垂直で、誘電体によって分離されており、第１の金属線および誘電体が頂部キャップ層によって覆われている。好ましくは、本方法は、キャビティ内および頂部キャップ層上にポスト・キャップ・ライナを形成することをさらに含む。好ましくは、本方法は、半導体デバイス上に第２の誘電体を形成することであって、第２の誘電体がキャビティの一部を充填する、形成することをさらに含む。好ましくは、本方法は、キャビティをポスト・キャップ・ライナで充填することをさらに含む。
【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15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【国際調査報告】