专利名称：超低介电常数多孔材料的双重镶嵌集成的制作方法
技术领域：
本发明涉及到互连结构及其制作方法。更确切地说，本发明涉及到双重镶嵌互连结构，它具有薄的无孔低介电常数介质层以及金属通路与线条导体和介质层之间的衬里材料。此互连结构适用于高速微处理器、专用集成电路(ASIC)、以及其它高速集成电路(IC)。
背景技术：
双重镶嵌型的许多低介电常数介质附加Cu互连结构是众所周知的。对于其中SiLKTM能够被用作低介电常数介质材料的双重镶嵌工艺的一个例子，可参见其全部内容此处被列为参考的受让于本发明相同的受让人的美国专利No.6383920。为了得到新一代集成电路RC延迟的必要降低，必须用多孔材料作为介质。此外，由于多孔有机材料的孔尺寸为5-20nm，故为了提供平滑的金属线条底部，埋置的腐蚀停止层是必须的。但在有机介质的常规集成中，在淀积绝缘材料之前，帽层被淀积在原先的金属化层面以上，由于无法得到低介电常数腐蚀停止层对有机介质和无机(典型为SiN或SiCN)帽层二者的选择性腐蚀，从而出现多孔介质双重镶嵌集成的困难。
在美国专利No.6448176 B1的图1中，可以找到具有埋置腐蚀停止层和帽层的双重镶嵌集成的描述。由于在介质腐蚀中，线条停止于腐蚀停止层上，然后在开出帽层窗口的RIE步骤中刚好通过腐蚀停止层并停止于通路层面介质上，故在埋置的腐蚀停止层与帽层之间腐蚀选择性的缺乏由于致密介质而并不引起不良的线条剖面。当采用多孔介质时，若在线条底部清除腐蚀停止层，则会得到由通路层面介质的多孔性产生的粗糙的线条底部。而且，线条和通路侧壁可能具有等效于介质中孔的尺寸的粗糙度，导致衬里中的缺陷。此外，达到叠层的有效低介电常数、有效纯工艺时间、以及机械整体性所需的腐蚀停止层和帽层材料的选择受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种双重镶嵌型的超低介电常数介质附加Cu互连的结构，它具有改进了的线条剖面、改进了的衬里覆盖和粘合性、以及改进了的可靠性，对Cu导体电阻有精确而均匀的控制。
本发明的目的是提供一种多孔线条层面介质和一种无孔通路层面介质，它具有改进了的RIE剖面、改进了的衬里覆盖性和优异的粘合性、以及改进了的可靠性。
本发明的另一目的是提供一种侧壁整平层，它涂敷多孔介质线条的侧面。
本发明的另一目的是提供一种制作本发明结构的方法。
本发明提供了一种双重镶嵌互连结构，它包括衬底上的图形化多层介质层，它包括帽层；第一无孔通路层面低介电常数介质层，其上具有带底部和侧壁的金属通路导体；腐蚀停止层；第一多孔低介电常数线条层面介质层，其上具有带底部和侧壁的金属线条导体；第一多孔低介电常数介质上的抛光停止层；用来涂敷和整平线条和通路侧壁的第二薄无孔低介电常数介质层；以及金属通路和线条导体与介质层之间的衬里材料。
本发明提供了一种制作双重镶嵌互连结构的方法，它包括下列步骤(a)在衬底表面上形成多个介质层，包括帽层；第一无孔低介电常数介质层；腐蚀停止层或腐蚀平滑层；第一多孔低介电常数介质层；以及CMP抛光停止层；(b)产生其上具有带底部和侧壁的线条和通路剖面的多个介质层；(c)在线条和通路剖面的底部和侧壁上，涂敷第二薄无孔低介电常数介质层；(d)从通路和线条的底部，选择性地清除薄无孔介质层；(e)在通路和线条的底部上，淀积导电衬里；以及(f)在线条和通路剖面中，淀积导电金属，以便产生互连结构。
本发明提供了用于高速微处理器、专用集成电路(ASIC)、以及其它高速IC的互连结构。本发明提供了超低介电常数(低k)互连结构，它具有提高了的电路速度、精确的导体电阻值、改进了的制造可能性和可靠性、以及改进了的机械整体性。
而且，本发明采用了多孔介质中通路和线条底部和侧壁上的平滑的、连续的、无缺陷的导电衬里层，这防止了介质材料与导电金属相接触，从而防止了器件失效。
本发明提供了许多额外的优点，从下列描述中将变得明显。
图1a和1b是分别在RIE和金属化之前和之后的具有埋置腐蚀停止层的现有技术多孔介质的示意图。
图2a-2e是包括多孔密封/侧壁整平层的本发明结构的示意图。
具体实施例方式
衬底上的多个图形化介质层包括帽层、第一旋涂有机无孔介质层、安置在第一旋涂无孔有机介质上的旋涂低K含硅腐蚀停止层和安置在腐蚀停止层上的原子组成相似于第一旋涂无孔有机介质的第一旋涂多孔介质；其中，旋涂的埋置腐蚀停止层被共价键合到第一无孔介质层和第一多孔介质层。
第一无孔介质层由SiLKTM、GX-3TM、或其它低介电常数介质组成。在此处整个被列为参考的转让给Dow Chemical公司的JamesP.Godschalx等人的题为“Polyphenylene Oligomers and Polymers”的美国专利No.5965679中，描述了这种材料。第一多孔介质层最好由具有多孔结构的SiLKTM、GX-3TM、或其它由于多孔性的尺寸或剖面而导致粗糙的腐蚀前沿和/或粗糙的线条和通路侧壁的具有多孔结构的多孔低K介质材料组成。
在此处整个被列为参考的转让给Dow Chemical公司的KennethJ.Bruza等人的题为“A composition containing a crosslinkable matrixprecusor and porogen and a porous matrix prepared therefrom”的PCT国际专利申请WO 00/31183中，描述了这种材料。
腐蚀停止层最好由HOSPTM、HOSP BEStTM、AP 6000TM、EnsembleTMEtch Stop、EnsembleTMHard Mask、有机倍半硅氧烷、氢化倍半硅氧烷、氢化有机倍半硅氧烷、硅氧烷、倍半硅氧烷、碳化硅、或对第一无孔介质和第一多孔介质具有腐蚀选择性的共价键合到第一无孔介质和第一多孔低介电常数介质的其它旋涂材料组成。在此处整个被列为参考的转让给Allied Signal公司的Nigel P.Hacker等人的题为“Dielectric films from Organohydridosiloxane Resins withHigh Organic Content”的美国专利No.6218020、转让给Allied Signal公司的Nigel P.Hacker等人的题为“Dielectric films fromOrganohydridosiloxane Resins with Low Organic Content”的美国专利No.6177199、以及转让给Honeywell International公司的MichaelThomas等人的题为“Layered Stacks and Methods of ProductionThereof”的PCT国际专利申请WO 02/083327中，描述了这种材料。
此结构还可以包括双重镶嵌反应离子刻蚀工艺之后涂敷的第二无孔超薄介质层，以便整平侧壁的表面。可以用短时间的反应离子刻蚀工艺或其它工艺在线条底部和通路空间清除此层，仅仅在侧壁上保留此层，以便使表面平滑。第二无孔超薄介质层可以由旋涂或CVD淀积的材料组成。超薄层也可以被共价键合到介质层。
此结构还可以包括淀积在通路和线条剖面中的涂敷于超薄介质层上的导电衬里。通路和线条剖面也可以包含导电衬里之后淀积的导电金属。
在一个优选实施方案中，结构可以包括形成在衬底上介质层中的多个图形化金属导体，这些介质层包括至少第一无孔介质层、埋置的腐蚀停止层或腐蚀平滑层、第一多孔介质层、以及涂敷至少通路和线条剖面侧壁的第二无孔薄介质层。位于第一无孔介质层中的至少一个图形化金属导体，是电通路。位于第一多孔介质层中的至少一个图形化金属导体，是连接到此通路的线条。此结构包括顶部硬掩模或排列在顶部多孔介质层上的抛光停止层。此结构还可以包括第一介质层下方的底部帽层，在帽层与第一介质层之间具有或不具有粘合促进剂。金属导体由与介质层相接触的导电衬里材料以及不与介质材料接触的在线条和通路剖面内的导电金属填充材料组成。
第一旋涂无孔介质层最好由SiLKTM、GX-3TM、或其它无孔低介电常数介质材料组成。腐蚀停止层由HOSPTM、HOSP BEStTM、EnsembleTMEtch Stop、EnsembleTMHard Mask、有机倍半硅氧烷、氢化倍半硅氧烷、氢化有机倍半硅氧烷、硅氧烷、倍半硅氧烷、碳化硅、或对第一无孔介质和第一多孔介质具有腐蚀选择性的共价键合到第一无孔介质层和第一多孔低介电常数介质层的其它旋涂材料组成。第一旋涂多孔介质层最好由多孔SiLKTM、GX-3TM、或其它多孔低介电常数介质材料组成。
本发明还包括具有改进了的线条剖面的带旋涂埋置RIE停止层的双重镶嵌型的金属布线附加多孔低介电常数(低k)互连结构。本发明结构的这种情况包含(A)在单个设备中被相继涂敷，然后在单个炉子固化步骤中被固化的所有旋涂介质材料的多层结构，(B)介质多层结构中的多个图形化金属导体，以及(C)整平线条剖面侧壁的薄无孔介质层。借助于实现原子结构相似于腐蚀停止层下方的多孔介质的无孔介质作为通路层介质，并在金属线条与多孔介质之间组合薄的侧壁整平介质层，得到了改进了的线条剖面。
由于粗糙的腐蚀前沿被腐蚀停止层平滑然后腐蚀进入无孔有机介质，不会产生粗糙的线条底部，故相对于常规旋涂多孔有机介质结构，本发明的结构具有改进了的线条剖面和可制造性。此结构还包括侧壁整平层，以便平滑侧壁剖面。本发明的结构其独特在于能够提高超低介电常数介质的性能，同时保持无孔介质的可制造性和平滑线条剖面。此结构的独特还在于能够在单个设备中相继涂敷所有3个介质层以及此3个层将跨越界面共价键合，导致优异的粘合性。此外，由于腐蚀停止层(或腐蚀整平层)仅仅需要平滑腐蚀前沿并作为腐蚀记号而不真正停止腐蚀，故腐蚀停止层的厚度能够尽可能小。包括超薄侧壁线条层面整平层的这种结构，还应该能够使用用常规集成技术无法集成的介电常数非常低且孔尺寸或孔互连性更大的介质材料。
根据本发明的结构参照图1a和图1b(现有技术描述)，硅衬底1上具有帽层3、第一多孔低介电常数介质层2、腐蚀停止层7、以及第二多孔低介电常数介质层9。由于多孔性的尺寸和分布，反应离子刻蚀将产生粗糙的腐蚀前沿。虽然腐蚀停止层能够暂时平滑腐蚀前沿，但在对帽层3开窗口所需的最终腐蚀步骤中，此刻蚀将清除其余的腐蚀停止层，并由于线条层面的多孔性而在线条底部留下粗糙的刻蚀表面。
参照图2a-2e，示出了从用来形成双重镶嵌互连结构的方法的各个步骤得到的结构。
图2a示出了衬底表面上的多个介质层，它包括帽层；第一无孔低介电常数介质层；腐蚀停止层或腐蚀平滑层；多孔低介电常数介质层；以及CMP抛光停止层。
图2b示出了其上具有带底部和侧壁的线条和通路剖面的多个介质层。
图2c示出了线条和通路剖面底部和侧壁上的第二薄无孔低介电常数介质层15。
图2d示出了其中从通路和线条底部选择性地清除了薄无孔介质层的结构。
图2e示出了根据本发明的互连结构17，其中，金属衬里19以及导电金属13和14被淀积在线条和通路剖面中，以便产生互连结构17。在图2e中，在已经执行反应离子刻蚀以形成线条和通路剖面之后，可以涂敷覆盖多孔介质层中的线条窗口侧壁的薄无孔介质层15。用第二反应离子刻蚀步骤在线条和通路底部处清除此层。
参照图2e，衬底1可以包含诸如晶体管和导体元件阵列之类的电子器件。根据本发明的互连结构17被形成在衬底1上。结构17包含帽层3、第一无孔介质层5、腐蚀停止层7、第一多孔介质层9、硬掩模/CMP抛光停止层11、涂敷通路和线条剖面的第二薄无孔介质层15、导电衬里19、图形化导电金属通路14、以及图形化导电金属线条13。可以用双重镶嵌工艺来形成图形化金属线条13和通路14。
第一无孔介质层5可以具有600-5000埃的厚度和2.6-3.2的低介电常数。可以根据要实现的基本规则在此广阔范围内选择厚度。第一无孔介质5的适当材料包括旋涂介质材料，例如，代表一类包括b级聚合物的聚合物基低介电常数介质材料的Dow Chemical公司的商标SiLKTM(见例如网页www.dow.com/silk/feature.htm和美国专利No.6383920)；GX-3TM(网页www.electronicmaterials.com/na/products services/thin films/dielectrics/low k dielectrics.html中所述的Honeywell Electronic Materials的商标)；旋涂SiwCxOyHz材料；旋涂介质材料；或低介电常数旋涂介质材料。腐蚀停止层7可以具有50-600埃的厚度(更优选为50-300埃)和对多孔介质9提供至少10∶1的腐蚀选择性的原子组分。此材料具有对第一无孔介质和第一多孔介质的良好粘合性以及对高于425℃的温度的热稳定性和3.2或以下的低介电常数。腐蚀停止层5的适当材料包括HOSPTM、HOSP BEStTM、AP 6000TM、EnsembleTMEtch Stop、EnsembleTMHard Mask、有机倍半硅氧烷、氢化倍半硅氧烷、氢化有机倍半硅氧烷、硅氧烷、倍半硅氧烷、碳化硅、或对第一介质和第二介质具有腐蚀选择性的共价键合到第一和第二低介电常数介质的其它旋涂材料。
第一多孔介质层9可以具有600-5000埃的厚度和小于2.4的低介电常数。第一多孔介质层9的适当材料包括旋涂多孔介质材料，例如，多孔SiLKTM(Dow Chemical公司的商标)；GX-3pTM(HoneywellElectronic Materials的商标)；包含Si、C、O、H的JSR LKD 5109TM的旋涂低介电常数介质材料(JSR Micro公司的商标)；多孔旋涂SiwCxOyHz材料；或多孔低介电常数旋涂介质材料。
第二薄无孔介质层15可以具有10-100埃的厚度和能够与第一无孔介质层和第一多孔介质层共价键合的原子组分。第二无孔超薄介质层可以由旋涂或CVD淀积的材料组成。适当的材料包括用于第一无孔介质或腐蚀停止层的任何材料，或能够与其它介质层共价键合的无孔CVD淀积或旋涂的低介电常数介质材料。
淀积在通路和线条剖面中的第二薄无孔介质层的功能是防止衬里渗透到多孔介质中，并防止侧壁粗糙性造成的衬里中的任何缺陷(破裂和空洞)。
可以在图形化步骤中增加其它的图形化层，并在反应离子刻蚀步骤中清除它们。
在互连结构中，用双重镶嵌工艺将图形化金属线条13和通路14形成在介质多层结构中。
图2e示出了已经淀积导电衬里19之后的互连结构剖面图。在第二薄无孔介质层上，衬里19以共形的方式被淀积在线条和通路剖面中。
衬里19的功能是防止介质材料与导电金属相接触。于是，介质材料决不应该被暴露于导电金属，以便能够防止器件失效。
适合于防止由介质层与导电金属层之间的接触引起的不利效应的任何材料，都可以被用于衬里19。衬里19典型地包括诸如Ti、TiN、Ta、TaN、W、TiW、TaSiN、WN、或任何其它难熔金属及其氮化物的一种或多种材料。
可以用任何适当的工艺，例如溅射淀积、化学气相淀积(CVD)、物理气相淀积(PVD)、离化PVD(iPVD)、原子层淀积(ALD)、或它们的任何组合，来淀积衬里19。衬里19可以具有任何适当的厚度，但典型地具有约为10-1000埃的厚度，优选约为25-100埃。
本发明还提供了一种形成双重镶嵌互连结构的方法。此方法包括下列步骤在衬底表面上形成多个介质层，包括帽层；第一无孔低介电常数介质层；腐蚀停止层或腐蚀平滑层；多孔低介电常数介质层；以及CMP抛光停止层；产生其上具有带底部和侧壁的线条和通路剖面的多个介质层；在线条和通路剖面的底部和侧壁上涂敷第二薄无孔低介电常数介质层；从通路和线条的底部选择性地清除薄无孔介质层；在线条和通路剖面中，共形地淀积导电衬里，以便覆盖在通路和线条的底部和侧壁上；以及在线条和通路剖面中淀积导电金属，以便产生互连结构。
此方法还可以包括对介质层进行固化，以便使顶部介质层多孔化并提高各个介质层之间的交联。最好在单个设备中相继涂敷之后，在单个步骤中对叠层中的各个介质层进行固化。此介质涂敷设备可以是包含高温热板烘焙工作室的旋涂设备，而固化步骤可以是在大约300-500℃的温度下进行大约15分钟到大约3小时的炉子固化步骤。
此方法还可以包括在衬底上的介质叠层中形成多个图形化的金属导体。可以增加额外的介质层，并借助于增加导体来完成此结构。
下面以逐个步骤的方式来进一步描述根据本发明方法的双重镶嵌互连结构的制备(1)用PECVD淀积方法，涂敷帽层；(2)旋涂通路层面介质(无孔低介电常数介质)；(3)用热板烘焙介质层，以便交联(310℃，2分钟以及400℃，2分钟)；(4)旋涂腐蚀停止层；(5)用热板烘焙腐蚀停止层，以便交联(310℃，2分钟)；(6)旋涂线条层面多孔介质；(7)用热板烘焙多孔介质(250℃，2分钟)；
(8)在单个步骤中，于炉子中固化各个介质层(415℃，90分钟)；(9)增加额外的图形化层；(10)进行光刻步骤；(11)反应离子刻蚀，以便产生线条和通路剖面；(12)旋涂薄无孔介质层；(13)热板烘焙和固化介质层；(14)反应离子刻蚀，以便清除通路图形底部的薄无孔介质层；(15)在线条和通路剖面中淀积导电衬里；以及(16)在线条和通路剖面中淀积导电金属。
制造本发明结构的一般方法一般方法中的各个步骤A.涂敷的介质层叠层在帽层3的化学气相淀积之后，用旋涂技术将本发明互连结构17的介质层5、7、9涂敷到衬底1。结构中的第一介质层5最好是具有所需厚度600-5000埃的无孔低介电常数介质。用旋涂技术，以1000-4000rpm的旋转速度，来涂敷此低介电常数介质。在旋涂之后，此低介电常数介质在200-400℃下被热板烘焙1-2分钟，以便干燥溶剂，并使膜不可溶解。这一时间和温度足以使摸不可溶解。在冷却之后，用旋涂技术，以1000-4000rpm的旋转速度，来涂敷具有大约50-600埃的所需厚度的埋置腐蚀停止层7。此腐蚀停止层在200-400℃下被热板烘焙1-2分钟，以便干燥溶剂，并使膜不可溶解。这一时间促进了足够的交联，使膜不可溶解。在冷却之后，以相似的方式涂敷顶部包含多孔源的介质层9。层9的组分可以与层5相同，但具有稍大的厚度以及在被清除时能够产生多孔的额外的热不稳定组分。顶部低介电常数介质层9的所需厚度约为600-5000埃。此层以1000-4000rpm被旋转，然后在大约100-400℃下被热板烘焙大约30-120秒钟，以便部分地干燥溶剂。
B.在单个固化步骤中固化的介质层叠层此时，晶片被置于氧和水含量非常低的纯氮气氛的炉子中，并在大约300-450℃下被固化大约15分钟到3小时，以便交联叠层并烧尽牺牲多孔源。
为了双重镶嵌图形化而增加额外的介质层(分布硬掩模)，并执行反应离子刻蚀，以形成线条(沟槽)和通路剖面。如上所述，当增加额外的层以及形成线条和通路时，可以采用例如美国专利No.6537908 B2所述的双重镶嵌工艺。
涂敷薄无孔介质层15，以便覆盖线条和通路的侧壁。可以用CVD淀积、旋涂、或其它方法，来涂敷此层。固化步骤可以包括交联薄无孔层以及促进与介质层5和9的共价键合。
增加了第二RIE步骤，以便清除沟槽和通路底部处的薄介质层，仅仅在线条和通路的侧壁上留下此层。
利用标准双重镶嵌BEOL加工完成了双重镶嵌结构，它包括用至少一种金属衬里和一种导电金属填充线条(沟槽)和通路剖面；如美国专利No.6537908 B2所述对导电金属的整平停止在硬掩模/抛光停止层上。
形成优选实施方案的方法(衬底/SiN/SiLKTM/HOSP BEStTM/多孔SiLKTM)A.涂敷的介质层叠层用CVD淀积方法，将SiN帽层涂敷到衬底(图2中的层3)。
用旋涂方法，低介电常数介质SiLKTM的第一层被涂敷到帽层(图2中的层5)。在旋转之后，晶片被置于310℃热板上2分钟以及400℃热板上2分钟。此时间和温度足以使膜不可溶解。
为在3000rpm的旋转速度下得到250埃的膜厚度而稀释了的HOSP BEStTM溶液，被涂敷到晶片，并在3000rpm下被旋转30秒钟，以便产生层7(图2)。在旋转之后，晶片被置于310℃热板上2分钟，以便干燥和部分地交联此膜。此时间和温度足以使膜不可溶解。
B.以相似于第一层的方式，多孔SiLKTM组成的第三即最后层被涂敷，以便产生层9(图2)。多孔SiLKTM被涂敷到晶片，且晶片以3000rpm被旋转30秒钟。晶片被置于250℃热板上2分钟，以便部分地干燥溶剂。此时，晶片被置于氧受到控制的炉子中，并在415℃下被固化90分钟，以便固化SiLK和腐蚀停止层，从而促进各个层之间的交联，并使多孔源热退化和烧尽。
C.为双重镶嵌图形化而增加额外的介质层(分布硬掩模)包含如上所述各个层的固化了的晶片，被置于PECVD反应器中，并在350℃下淀积350埃的氮化硅层11，随之以在350℃下淀积1500埃的二氧化硅层12。
D.执行光刻和腐蚀步骤然后如上面参照美国专利No.6537908 B2所述那样，执行光刻和腐蚀工艺。
E.为整平线条(沟槽)侧壁而涂敷的薄无孔层用旋涂方法将(为在2500rpm下得到50-100埃的膜厚度而被溶剂稀释了的)低介电常数介质SiLKTM的薄无孔层涂敷到衬底(图2中的层15)。在旋转之后，晶片被置于310℃热板上2分钟。然后在炉子中或热板上，膜被固化足以固化SiLK膜的时间(415℃，60分钟)。在固化之后，执行短时间的反应离子刻蚀步骤，以便清除通路底部处的薄SiLK层。介质层也被这一步骤从线条底部清除，仅仅保留在线条和通路侧壁上。
F.然后用本工业界所知的标准工艺来完成双重镶嵌结构(被腐蚀的沟槽和通路剖面被衬里填充，再被铜填充，并用CMP整平铜)。
在最后的CMP工艺中，步骤C中淀积的二氧化硅层被清除，留下图2所示的结构。应该指出的是，在单个旋涂设备中相继涂敷3个层之后，图2所示的介质层(5、7、9)已经在单个炉子固化步骤中被固化了。
在腐蚀停止层和多孔介质层下方组合一个无孔介质层，使得能够借助于在腐蚀停止层底部处消除多孔而得到更平滑的线条。具体地说，在双重镶嵌工艺中，包括帽层开窗口步骤的最后的RIE工艺，能够导致线条底部腐蚀通过腐蚀停止层且到达直接在腐蚀停止层下方的介质的顶部。在通路层面多孔介质和腐蚀停止层处组合致密的介质，与直接在腐蚀停止层下方具有多孔介质的常规结构相比，将导致降低了的线条粗糙性。
虽然已经描述了根据本发明的几个实施方案，但要清楚地理解的是，这些实施方案对大量改变是容许的，这对本技术领域熟练人员来说是显而易见的。因此，不期望被仅仅局限于所示的一切，而是设想所有的改变和修正都在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种双重镶嵌互连结构，它包含衬底上的图形化多层介质，它包含帽层；第一无孔通路层面低介电常数介质层，其上具有带底部和侧壁的金属通路导体；腐蚀停止层；第一多孔低介电常数线条层面介质层，其上具有带底部和侧壁的金属线条导体；所述第一多孔低介电常数介质上的抛光停止层；用来涂敷和整平线条和通路侧壁的第二薄无孔低介电常数介质层；以及所述金属通路和线条导体与所述介质层之间的衬里材料。
2.权利要求1的双重镶嵌结构，其中，所述多孔和所述第一无孔低介电常数介质层与所述腐蚀停止层形成共价键合。
3.权利要求1的双重镶嵌结构，其中，所述第一无孔低介电常数介质层具有共价键合到所述腐蚀停止层的材料。
4.权利要求3的双重镶嵌结构，其中，所述共价键合材料选自SiLKTM、GX-3TM、有机材料、以及它们的组合。
5.权利要求1的双重镶嵌结构，其中，所述第一多孔低介电常数介质层具有共价键合到所述腐蚀停止层的材料。
6.权利要求1的双重镶嵌结构，其中，所述第一多孔低介电常数介质层具有选自多孔SiLKTM、多孔GX-3TM、多孔有机材料、以及它们的组合的材料。
7.权利要求1的双重镶嵌结构，其中，所述第一多孔低介电常数介质材料具有尺寸大于2nm的细孔。
8.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述第一无孔低介电常数介质层和所述第一多孔低介电常数介质层，具有完全相同的化学组成。
9.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述第一无孔低介电常数介质层、所述第一多孔低介电常数介质层、以及所述第二薄无孔低介电常数介质层是有机的。
10.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述腐蚀停止层和所述第二薄无孔低介电常数介质层是含硅的。
11.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述腐蚀停止层是含硅的。
12.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述第二薄无孔低介电常数介质层和所述第一无孔低介电常数介质层，具有完全相同的组成。
13.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述第二薄无孔低介电常数介质层具有与所述腐蚀停止层相同的化学组成。
14.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述第二薄无孔介质层的厚度约为20-100埃。
15.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，为了提高粘合性，所述第二薄无孔低介电常数介质层具有与所述第一无孔低介电常数介质层和所述第一多孔低介电常数介质层共价键合的组成。
16.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述第二薄无孔低介电常数介质层选自HOSPTM、HOSP BEStTM、EnsembleTMEtchStop、EnsembleTMHard Mask、AP 6000TM、有机倍半硅氧烷、氢化倍半硅氧烷、氢化有机倍半硅氧烷、硅氧烷、碳化硅、氧化硅、SiLKTM、GX-3TM、以及它们的组合。
17.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述第二薄无孔低介电常数介质层共形地涂敷线条和通路侧壁。
18.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述多孔低介电常数介质层的厚度约为600-5000埃。
19.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述腐蚀停止层具有包含硅、碳、氧、以及氢的化学组成。
20.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述腐蚀停止层由对所述多孔低介电常数介质具有腐蚀选择性的旋涂材料组成。
21.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述腐蚀停止层选自HOSPTM、HOSP BEStTM、EnsembleTMEtch Stop、EnsembleTMHardMask、AP 6000TM、有机倍半硅氧烷、氢化倍半硅氧烷、氢化有机倍半硅氧烷、硅氧烷、碳化硅、氧化硅、以及它们的组合。
22.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述腐蚀停止层的厚度约为50-600埃。
23.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述衬里材料包含选自Ti、TiN、Ta、TaN、W、TiW、TaSiN、WN、它们的氮化物、以及它们的组合的一种或多种金属。
24.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述衬里材料是用溅射淀积、物理气相淀积、化学气相淀积、离化物理气相淀积、原子层淀积、以及它们的任何一种组合所淀积的材料。
25.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述衬里材料是连续的，且不渗透到所述多孔介质中。
26.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述衬里材料到介质层具有陡峭的平坦界面。
27.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述金属导体是包含选自铝、铜、钨、金、银的金属及其合金的图形化金属导体。
28.权利要求27的双重镶嵌互连结构，其中，至少一种所述图形化金属导体是电通路。
29.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，至少一种所述图形化金属导体是连接到所述通路的线条。
30.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述第一无孔低介电常数介质层中形成有金属通路。
31.权利要求1的双重镶嵌互连结构，其中，所述第一多孔低介电常数介质层中形成有金属线条。
32.一种制作双重镶嵌互连结构的方法，它包括下列步骤(a)在衬底表面上形成多层介质，包含帽层；第一无孔低介电常数介质层；腐蚀停止层或腐蚀平滑层；多孔低介电常数介质层；以及CMP抛光停止层；(b)制作其上具有带底部和侧壁的线条和通路剖面的多层介质；(c)在所述线条和通路剖面的所述底部和侧壁上，涂敷第二薄无孔低介电常数介质层；(d)从所述通路和线条的所述底部，选择性地清除所述薄无孔介质层；(e)在所述线条和通路剖面中，共形地淀积导电衬里，以便覆盖在所述通路和线条的所述底部和侧壁上；以及(f)在所述线条和通路剖面中，淀积导电金属，以便产生所述互连结构。
33.权利要求32的方法，其中，第一无孔介质层被形成在所述腐蚀停止层和多孔介质层下方。
34.权利要求32的方法，其中，所述第一无孔介质层被形成为厚度约为600-5000埃。
35.权利要求32的方法，其中，所述第一无孔低介电常数介质层和所述多孔低介电常数介质层具有完全相同的组成。
36.权利要求32的方法，其中，所述第一无孔低介电常数介质层由与所述腐蚀停止层形成共价键的材料组成。
37.权利要求36的方法，其中，所述腐蚀停止层是含硅的。
38.权利要求32的方法，其中，所述第一无孔低介电常数介质层由选自SiLKTM、GX-3TM、有机材料、以及它们的组合的材料组成。
39.权利要求32的方法，其中，所述多孔低介电常数介质层由选自多孔SiLKTM、GX-3TM、多孔有机材料、以及它们的组合的材料组成。
40.权利要求39的方法，其中，所述多孔低介电常数介质材料的细孔尺寸大于大约2nm。
41.权利要求32的方法，其中，所述多孔低介电常数介质层的厚度约为600-5000埃。
42.权利要求32的方法，其中，所述第一无孔低介电常数介质层和所述多孔低介电常数介质层具有完全相同的组成。
43.权利要求32的方法，其中，所述第一无孔低介电常数介质层和所述多孔介质层具有相同的厚度。
44.权利要求32的方法，其中，所述腐蚀停止层是对所述多孔低介电常数介质具有腐蚀选择性的旋涂材料。
45.权利要求32的方法，其中，所述腐蚀停止层选自HOSPTM、HOSP BEStTM、EnsembleTMEtch Stop、EnsembleTMHard Mask、AP6000TM、有机倍半硅氧烷、氢化倍半硅氧烷、氢化有机倍半硅氧烷、硅氧烷、碳化硅、氧化硅、以及它们的组合。
46.权利要求32的方法，其中，所述腐蚀停止层包含硅、氧、碳、以及氢。
47.权利要求32的方法，其中，所述腐蚀停止层的厚度约为50-600埃。
48.权利要求32的方法，其中，所述多层介质用旋涂方法涂敷到所述衬底。
49.权利要求48的方法，还包含对所述多层介质进行固化的步骤。
50.权利要求49的方法，其中，所述多层介质的所述固化是在大约300-450℃的温度下进行大约15分钟到大约3小时的炉子固化工艺。
51.权利要求32的方法，还包含下列步骤将多层介质叠层涂敷到所述衬底；以及烘焙所述多层介质叠层；其中，所述涂敷和烘焙步骤在单个旋涂设备中完成。
52.权利要求51的方法，还包含下列步骤增加额外的介质层；以及在所述多层介质叠层中形成双重镶嵌导体。
53.权利要求32的方法，其中，所述衬底是介质、金属区、粘合促进剂、半导体晶片、或它们的任何组合。
54.权利要求32的方法，其中，用旋涂方法来涂敷所述第二薄无孔介质层。
55.权利要求32的方法，其中，用化学气相淀积方法，来涂敷所述第二薄无孔介质层。
56.权利要求32的方法，其中，用反应离子刻蚀方法，从所述通路和线条剖面的底部选择性地清除所述第二薄无孔介质层。
57.权利要求56的方法，其中，用金属衬里淀积或表面预清洗处理工艺，从所述通路和线条剖面的底部选择性地清除所述第二薄无孔介质层。
58.权利要求32的方法，其中，所述第二薄无孔低介电常数介质层与所述第一无孔低介电常数介质层，具有完全相同的组成。
59.权利要求32的方法，其中，所述第二薄无孔低介电常数介质层，具有与所述腐蚀停止层相同的化学组成。
60.权利要求32的方法，其中，所述第二薄无孔介质层的厚度约为20-100埃。
61.权利要求32的方法，其中，为了提高粘合性，所述第二薄无孔低介电常数介质层具有与所述第一无孔低介电常数介质层和所述第一多孔低介电常数介质层共价键合的组成。
62.权利要求32的方法，其中，所述第二薄无孔低介电常数介质层选自HOSPTM、HOSP BEStTM、EnsembleTMEtch Stop、EnsembleTMHard Mask、AP 6000TM、有机倍半硅氧烷、氢化倍半硅氧烷、氢化有机倍半硅氧烷、硅氧烷、碳化硅、氧化硅、SiLKTM、GX-3TM、以及它们的组合。
63.权利要求32的方法，其中，所述第二薄无孔低介电常数介质层共形地涂敷线条和通路侧壁。
64.权利要求32的方法，其中，所述衬里材料包含选自Ti、TiN、Ta、TaN、W、TiW、TaSiN、WN、它们的氮化物、以及它们的组合的一种或多种金属。
65.权利要求32的方法，其中，所述金属导体是包含选自铝、铜、钨、金、银及其合金的金属的图形化金属导体。
全文摘要
提供了一种双重镶嵌互连结构，它具有在衬底上的图形化多层旋涂介质。此图形化多层旋涂介质包括帽层；第一无孔通路层面低介电常数介质层，其上具有带底部和侧壁的金属通路导体；腐蚀停止层；第一多孔低介电常数线条层面介质层，其上具有带底部和侧壁的金属线条导体；第一多孔低介电常数介质上的抛光停止层；用来涂敷和整平线条和通路侧壁的第二薄无孔低介电常数介质层；以及在金属通路和线条导体与介质层之间的衬里材料。还提供了一种制作双重镶嵌互连结构的方法。
文档编号H01L21/768GK1591858SQ20041005752
公开日2005年3月9日 申请日期2004年8月17日 优先权日2003年8月21日
发明者考什克·A·库玛, 凯利·马隆, 克里斯蒂·S·泰伯格 申请人:国际商业机器公司