许多应用和技术涉及在衬底表面含有化学不同组件很好确定排 列的结构。通常的例子是含有由绝缘体区域分隔的金属导体区域的衬 底表面。正常地，这些结构由构图工艺如平版印刷、压花、和冲压确 定和具有10纳米-几微米的长度等级。在许多这些系统中，可能必须 或非常有益的是仅对在表面的组件之一施加另外的组件或处理。用于 进行此任务的一种技术是使用掩模以保护其中不需要此另外施加或处 理的区域。有效地，掩模材料将此处理导引到完全曝露的所需表面。 令人遗憾地，由平版印刷或其它措施产生掩模的典型程序昂贵和易产 生错误。因此，其中这些常规方案可以避开的方法是非常有利的。
其中这样的策略将有用的特定例子涉及由金属和电介质组件组 成的集成电路。广泛已知的是当特征尺寸降低和每单位面积器件数目 增加时，互连信号的增长速度是控制总体电路速度的一个最重要因素。 在整个半导体工业中，强烈希望降低在金属线之间存在的介电材料的 介电常数k和/或最小化具有可比更大介电常数的层，如帽势垒层的厚 度。这两种方案降低在金属线之间组件的有效介电常数Keff，和结果是， 互连信号由于电阻-电容(RC)延迟的降低而通过导体传输更快。令人遗 憾地，由于保持显著性能，即机械，势垒，电等性能的限制，它们来 自于层厚度的降低或化学的变化，这些策略难以实施。
发明概述
本发明涉及将掩模层制造到预构图的衬底上的方法，该衬底含有 两个或多个化学不同的表面区域。掩模层由选择性反应方案沉积，该 方案提供层的自对准。此方法可适用于涉及化学或物理异质衬底的任 何技术或应用，包括用于高速微处理器的互连结构、应用特异性集成 电路(ASICs)、柔性有机半导体芯片、和内存储存器。可以采用此方法 制造的其它结构包括：显示器、电路板、芯片载体、微电机械系统 (MEMS)、用于高产量筛选的芯片、微制造的流体器件等。此方法的 功用来自于简单而稳健的措施，其中可以进行用于产生掩模层的有图 案衬底的复制，避开昂贵而易出现错误的方法，如平版印刷的要求。 因此，本发明提供对现有技术特别有利的选择方案。
在集成电路的实施例中，有效介电常数由于一种方法的使用而降 低，其中将层选择性地放置在金属线上。为达到这样的效果，首先将 掩模层施加到电介质或硬掩模表面上。根据本发明，这些层由涉及如 下所述的选择性化学反应的机理产生。层可以自对准使得不要求平版 印刷工艺以确定特征。在电介质/硬掩模表面上的自对准时，则这些层 可用作随后其它层沉积的掩模，其它层用作对铜、氧气和/或水的扩散 势垒，降低金属线电迁移属性的层，和种子层。
因此，在集成电路的实施例中，自对准掩模的使用允许简化的制 造工艺，其中可以通过各种材料选择性施加到金属线而降低金属线之 间的有效介电常数。这对于最大化互连信号的增长速度是重要的和最 终提供更快整体电路性能。此外，本发明由于消除了归于常规构图方 法的错误而导致更高水平的互连结构保护和可靠性和导致降低的加工 成本。尽管对于集成电路描述了自对准掩模的采用，此方法可用于其 中预构图衬底中具体组件的改进是有益的任何应用。
因此，本发明涉及一种方法，其中通过下述选择性化学反应将掩 模施加到预构图的衬底上，它复制强调的图案。此掩模然后可用于到 预构图衬底具体组件上的处理或材料沉积。自对准掩模的使用允许独 特的工艺，其中可以产生掩模而不需要进行另外的图案确定步骤。
本发明的另一个应用是它对于半导体封装衬底的用途，该衬底由 彼此相邻布置的导体(通常为铜)和绝缘体(通常为环氧物、聚酰亚胺、 氧化铝、堇青石玻璃陶瓷等)组成。通常地，必须保护导体免受外部环 境和加工曝露如焊接和湿蚀刻的影响。可以通过使用在导体上形成选 择性涂层的各种方法达到此保护。或者，由一种示例方法在电介质上 的选择性涂敷，可让金属曝露用于由用于在顶部加入另外的金属层如 镍、钴、铂、金和其它物质的方法如无电镀敷的进一步加工，而不将 电介质曝露于这些工艺步骤。完成这些选择性改进而不使用平版印刷 加工的能力导致成本降低和在非常成本敏感的微电子封装中是特别有 利的。
尽管自对准掩模的利用描述用于微电子部件，此方法可用于预构 图衬底中具体组件的改进是有益的任何应用。
因此，本发明涉及一种在衬底现有图案上形成自对准图案的方 法，该方法包括涂敷掩模材料的涂料到衬底上；和允许至少一部分掩 模材料优先连接到一部分现有图案上。图案可以由衬底的第一组区域 和衬底的第二组区域组成，衬底的第一组区域具有第一原子组成和衬 底的第二组区域具有不同于第一组成的第二原子组成。第一组区域可 包括一种或多种金属元素和第二组区域可包括电介质。第一区域可包 括铜和可以被构图成电互连。
根据本发明，掩模材料可包括一种聚合物，该聚合物包含选择性 结合到一部分图案上的反应性接枝位置。聚合物可以是具有链构造的 无定形聚合物体系(包括线性、网络、支化或树枝状)和可包含一种或多 种单体单元。聚合物可选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、 和聚酯，以及下述其它物质。聚合物可含有用作接枝位置的反应性官 能团，官能团选自：酰氯、酸酐、羟基、酯、醚、醛、酮、碳酸酯、 酸、环氧物、环乙亚胺、酚、胺、酰胺、酰亚胺、异氰酸酯、硫醇、 砜、卤化物、膦、氧化膦、硝基、偶氮物、二苯酮、缩醛、缩酮、二 酮、和有机硅烷(SixLyRz)，其中L选自羟基、甲氧基、乙氧基、乙酰 氧基、烷氧基、羧基、胺、卤素，R选自氢、甲基、乙基、乙烯基、 和苯基(任何烷基或芳基)。
方法可进一步包括制备聚合物以作为掩模材料，形成包含聚合物 的冷凝相，和使图案的一部分与冷凝相接触。冷凝相可以是液体。液 体可以是用于聚合物的溶剂。
根据本发明的另一方面，掩模材料可包括一种反应性分子，该反 应性分子结合到图案的一部分上以提供聚合引发的官能团层。层可以 是分子单层。反应性分子可包括结合到一部分图案上的第一部分和用 作聚合引发剂的第二部分。结合到一部分图案上的第一部分选自酰氯、 酸酐、羟基、酯、醚、醛、酮、碳酸酯、酸、环氧物、环乙亚胺、酚、 胺、酰胺、酰亚胺、异氰酸酯、硫醇、砜、卤化物、膦、氧化膦、硝 基、偶氮物、二苯酮、缩醛、缩酮、二酮、和有机硅烷(SixLyRz)，其 中L选自羟基、甲氧基、乙氧基、乙酰氧基、烷氧基、羧基、胺、卤 素，R选自氢、甲基、乙基、乙烯基、和苯基(任何烷基或芳基)。用作 聚合引发剂的第二部分选自过氧化物、氮氧化物、卤化物、偶氮物、 过酸酯、硫代酸酯、羟基、具有RX化学计量的金属有机物，其中R 可由如下组成：苄基、枯基、丁基、烷基、萘，和X可由钠、锂、和 钾组成，质子酸、路易斯酸、碳正离子盐、甲苯磺酸盐、三氟甲磺酸 盐、二苯酮、芳基重氮鎓、二芳基碘鎓、三芳基锍、缩醛、缩酮、和 二酮。
方法可包括施加一种反应性单体到官能团层上，使得反应性单体 在层上聚合以形成自对准的掩模层。聚合可包括链增长机理，其中聚 合通过单体对反应性聚合物的加成而进行。反应性单体可以是由链增 长工艺聚合的任何分子和可以是取代的烯属有机分子，单体环的一种， 彼此反应以形成共价键的相似或相异分子的一种混合物，和可以是低 聚物或聚合物。反应性单体可以是当曝露于自由基、阴离子、过渡金 属催化剂、或阳离子的一种时聚合的单体。反应性单体也可以是当曝 露于热退火或辐射时聚合的单体。反应性单体可选自：二烯烃、烯烃、 丙烯酸类物、甲基丙烯酸类物、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙烯基醚、 乙烯醇、酮、缩醛、乙烯基酯、卤乙烯、乙烯基腈、苯乙烯、乙烯基 吡啶、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咪唑、乙烯基杂环物、苯乙烯、环内 酰胺、环醚、环内酯、环烯烃、环硫代酸酯、环硫醚、环乙亚胺、膦 腈、硅氧烷、噁唑啉、唑嗪、和硫杂丙环。
方法可进一步包括在冷凝相中施加反应性单体，和使图案的一部 分与冷凝相接触。冷凝相可以是液体。液体可以是用于聚合物的溶剂。 或者，方法可进一步包括在蒸汽相中施加反应性单体。
根据本发明的另一方面，掩模材料可包括一种反应性分子，该反 应性分子含有适于聚合增长的官能团。反应性分子可以由第一部分和 第二部分组成，第一部分将结合反应性分子到一部分现有图案上，第 二部分用作单体单元。第一部分可选自：酰氯、酸酐、羟基、酯、醚、 醛、酮、碳酸酯、酸、环氧物、环乙亚胺、酚、胺、酰胺、酰亚胺、 异氰酸酯、硫醇、砜、卤化物、膦、氧化膦、硝基、偶氮物、二苯酮、 缩醛、缩酮、二酮、和有机硅烷(SixLyRz)，其中L选自羟基、甲氧基、 乙氧基、乙酰氧基、烷氧基、羧基、胺、卤素，R选自氢、甲基、乙 基、乙烯基、和苯基(任何烷基或芳基)。第二部分可以由单体组成，和 可以选自二烯烃、烯烃、丙烯酸类物、甲基丙烯酸类物、丙烯酰胺、 甲基丙烯酰胺、乙烯基醚、乙烯醇、酮、缩醛、乙烯基酯、卤乙烯、 乙烯基腈、苯乙烯、乙烯基吡啶、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咪唑、乙 烯基杂环物、苯乙烯、环内酰胺、环醚、环内酯、环烯烃、环硫代酸 酯、环硫醚、环乙亚胺、膦腈、硅氧烷、噁唑啉、唑嗪、和硫杂丙环。
当曝露于自由基、阴离子、过渡金属催化剂、或阳离子的一种时， 反应性单体聚合。反应性单体可以是当曝露于热退火或辐射时聚合的 单体。反应性单体与反应性分子第二部分的聚合，该第二部分用作单 体单元，提供一种机理，其中聚合通过表面结合基团而发生以形成自 对准的掩模层。反应性单体可以是由链增长工艺聚合的任何单体和可 以选自二烯烃、烯烃、丙烯酸类物、甲基丙烯酸类物、丙烯酰胺、甲 基丙烯酰胺、乙烯基醚、乙烯醇、酮、缩醛、乙烯基酯、卤乙烯、乙 烯基腈、苯乙烯、乙烯基吡啶、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咪唑、乙烯 基杂环物、苯乙烯、环内酰胺、环醚、环内酯、环烯烃、环硫代酸酯、 环硫醚、环乙亚胺、膦腈、硅氧烷、噁唑啉、唑嗪、和硫杂丙环。
引发剂的加入可用于聚合或聚合可以热驱动。引发剂可选自过氧 化物、氮氧化物、卤化物、偶氮物、过酸酯、硫代酸酯、羟基、具有 RX化学计量的金属有机物，其中R可由如下组成：苄基、枯基、丁 基、烷基、萘，和X可由钠、锂、和钾组成，质子酸、路易斯酸、碳 正离子盐、甲苯磺酸盐、三氟甲磺酸盐、二苯酮、芳基重氮鎓、二芳 基碘鎓、三芳基锍、缩醛、缩酮、和二酮。
方法可进一步包括在冷凝相中施加反应性单体和引发剂，和使图 案的一部分与冷凝相接触。冷凝相可以是液体。液体可以是用于聚合 物的溶剂。或者，可以使用一种蒸汽相。
根据本发明的另一方面，掩模材料包括一种组合物，其中聚合由 逐渐增长工艺进行，因此结合单体和聚合物的反应，聚合物含有丙种 或多种彼此反应以生产更大分子量聚合物的官能度。掩模材料包括反 应性分子，其中反应性分子与一部分图案的反应产生含有反应性基团 的层，它参与逐渐增长聚合。反应性分子包括第一部分和第二部分， 第一部分结合反应性分子到一部分图案上，第二部分用作反应位置。 结合到一部分图案上的第一部分可选自：酰氯、酸酐、羟基、酯、醚、 醛、酮、碳酸酯、酸、环氧物、环乙亚胺、酚、胺、酰胺、酰亚胺、 异氰酸酯、硫醇、砜、卤化物、膦、氧化膦、硝基、偶氮物、二苯酮、 缩醛、缩酮、二酮、和有机硅烷(SixLyRz)，其中L选自羟基、甲氧基、 乙氧基、乙酰氧基、烷氧基、羧基、胺、卤素，R选自氢、甲基、乙 基、乙烯基、和苯基(任何烷基或芳基)、羟基。用作反应位置的第二部 分可选自：胺、腈、醇、羧酸、磺酸、异氰酸酯、酰氯、酯、酰胺、 酸酐、环氧物、卤化物、乙酰氧基、乙烯基、和硅烷醇。方法进一步 包括施加一种含有一种或多种官能度的反应性单体到层上，以形成自 对准的掩模层。一种或多种官能度彼此反应以形成共价键。反应性单 体可以是当曝露于热退火或辐射时聚合的单体。
反应性单体可以由至少两个相异的官能团组成和可以是相异分 子的混合物和可以由选自如下的官能团组成：胺、腈、醇、羧酸、磺 酸、异氰酸酯、酰氯、酯、酰胺、酸酐、环氧物、卤化物、乙酰氧基、 乙烯基、和硅烷醇。
方法可进一步包括在冷凝相中施加一种反应性单体，和使一部分 图案与冷凝相接触。冷凝相可以是液体。液体可以是用于聚合物的溶 剂。或者，可以使用一种蒸汽相。一般情况下，仅当将反应性单体施 加到官能团上时，和不当施加聚合物时，使用一种蒸汽相。
方法可进一步包括从其并不连接到其上的一部分图案除去掩模 材料。除去可以由如下的至少一种完成：清洗、超声破碎、溶解、热 分解、辐射、分解和本领域已知的相关脱除方法。可以由本领域已知 的任何措施例如：旋转涂敷、浸涂、喷涂、扫描涂敷、和使用刮片， 完成掩模材料对衬底的施加。其它方法可以在本发明中使用。
方法可进一步包括在涂敷涂料之前化学处理衬底区域。化学处理 可以由如下的至少一种组成：等离子体处理、氧化溶液的涂敷、在氧 化或还原气氛中的退火、和施加使被涂敷的衬底表面部分为疏水性的 材料。化学处理改变衬底区域的润湿特性。化学处理可包括施加含有 反应性接枝位置的分子，该接枝位置可共价结合到电介质表面上，包 括：酰氯、酸酐、羟基、酯、醚、醛、酮、碳酸酯、酸、环氧物、环 乙亚胺、酚、胺、酰胺、酰亚胺、异氰酸酯、硫醇、砜、卤化物、膦、 氧化膦、硝基、偶氮物、二苯酮、缩醛、缩酮、二酮、和有机硅烷(SixLyRz)， 其中L选自羟基、甲氧基、乙氧基、乙酰氧基、烷氧基、羧基、胺、 卤素，R选自氢、甲基、乙基、乙烯基、和苯基(任何烷基或芳基)。方 法可进一步包括在采用对金属具有亲合力的化学品涂敷之前，化学处 理衬底区域。它们包括化学品，如含有官能团的铜结合基团，官能团 由如下组成：羟基、酯、醚、醛、酮、碳酸酯、酸、酚、胺、酰胺、 酰亚胺、硫代酸酯、硫醚、脲、尿烷、腈、异氰酸酯、硫醇、砜、卤 化物、膦、氧化膦、膦酰亚胺、硝基、偶氮物、硫代酸酯、和硫醚。 官能团可以是杂环，如苯并三唑、吡啶、咪唑、酰亚胺、噁唑、苯并 噁唑、噻唑、吡唑、三唑、噻吩、噁二唑、噻嗪、噻唑、喹喔啉、苯 并咪唑、羟吲哚、和二氢吲哚。
本发明也涉及一种结构，该结构包括在衬底现有图案上的自对准 图案，自对准图案包括一种对于现有图案一部分具有亲合力的掩模材 料，使得掩模材料优先反应性接枝到该现有图案的一部分上。图案可 以由衬底的第一组区域和衬底的第二组区域组成，衬底的第一组区域 具有第一原子组成和衬底的第二组区域具有不同于第一组成的第二原 子组成。第一组区域可包括一种或多种金属元素和第二组区域可包括 一种电介质。自对准图案位于第二组区域上或仅位于第二组区域上， 即不在第一组区域上。结构可包括在衬底上形成的至少一个导电特征， 及衬底进一步包括至少一个围绕导电特征的绝缘层。绝缘层可在它的 底部和侧表面围绕该至少一个导电特征。结构可进一步包括至少一个 导电势垒层，该势垒层位于在绝缘层和该至少一个导电特征之间的至 少一个界面处。可以重复该至少一个导电特征和绝缘层的结合以形成 多级互连堆叠物。
衬底可以是包含微电子器件的硅晶片、陶瓷芯片载体、有机芯片 载体、玻璃衬底、砷化镓衬底、碳化硅衬底、或其它半导体晶片、电 路板、或塑料衬底的一种。
本发明也涉及一种用于在衬底上选择性涂敷图案的组合物，该组 合物包括用于涂敷到衬底上的载体材料，和在该载体中选择性接枝到 具有第一化学特征的衬底区域上的聚合物。聚合物可以是无定形的， 可具有任何链构造(包括线性、网络、支化、树枝状)，和可包含一种或 多种单体单元。聚合物可含有无环主链(含碳的主链)和可包括聚(二烯 烃)、聚(烯烃)、聚(丙烯酸类物)、聚(甲基丙烯酸类物)、聚(丙烯酰胺)、 聚(甲基丙烯酰胺)、聚(乙烯基醚)、聚(乙烯醇)、聚(酮)、聚(缩醛)、聚 (乙烯基酯)、聚(卤乙烯)、聚(乙烯基腈)、聚(苯乙烯)、聚(乙烯基吡啶)、 聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基咪唑)、和聚(乙烯基杂环物)。如果聚 合物含有碳环主链，它可以是例如聚(亚苯基)。聚合物也可以是选自如 下的一种主链无环杂原子聚合物：聚(氧化物)、聚(碳酸酯)、聚(酯)、 聚(酸酐)、聚(氨酯)、聚(磺酸酯)、聚(硅氧烷)、聚(硫化物)、聚(硫醚)、 聚(硫代酸酯)、聚(砜)、聚(磺酰胺)、聚(酰胺)、聚(亚胺)、聚(脲)、聚(磷 腈)、聚(硅烷)、聚(硅氧烷)、聚(硅氮烷)、和聚(腈)。聚合物可含有杂 环主链和可选自聚(酰亚胺)、聚(噁唑)、聚(苯并噁唑)、聚(噻唑)、聚(吡 唑)、聚(三唑)、聚(噻吩)、聚(噁二唑)、聚(噻嗪)、聚(噻唑)、聚(喹喔 啉)、聚(苯并咪唑)、聚(羟吲哚)、聚(二氢吲哚)、聚(吡啶)、聚(三嗪)、 聚(哌嗪)、聚(吡啶)、聚(哌啶)、聚(吡咯烷)、聚(碳硼烷)、聚(荧光素)、 聚(缩醛)、和聚(酸酐)。
载体中的聚合物可含有反应性官能团，该官能团共价键合到具有 第一化学特征的衬底区域上。
可以参考以下的描述结合附图，理解本发明的其它和进一步目 的，优点和特征，其中同样的部件给予同样的数字。
附图简述
图1是根据本发明由共价聚合物连接的自对准掩模产生的通用工 艺流程。
图2说明根据本发明由聚合物反应的自对准掩模产生的第一种方 法。
图3是根据本发明由表面聚合的自对准掩模产生的通用工艺流 程。
图4是根据本发明由从表面接枝引发剂的链聚合的自对准掩模产 生的第二种方法。
图5是根据本发明由从表面接枝单体的链聚合的自对准掩模产生 的第三种方法。
图6是根据本发明由从表面接枝反应性位置的逐步聚合的自对准 掩模产生的第四种方法。
图7是根据本发明的半导体器件的横截面图。
图8是根据本发明的另一个半导体器件的横截面图。
优选实施方案的描述
根据本发明，可以由其中将层施加到选择的组件表面上的途径， 加工包括含有两种或多种不同组件的结构的构图衬底。此层可由涉及 下述选择性反应的许多方案产生和可以用作在所需组件表面上随后处 理或材料沉积的掩模层。这些结构是可以牺牲的和一般不保留在最终 的结构中。用于产生自聚集势垒层的掩模的使用可由包括如下的许多 途径进行：随后剥离掉的覆盖沉积、随后为化学机械抛光(CMP)的覆 盖沉积、和选择性电化学和无电金属沉工艺的增强。对本领域技术人 员清楚的是由下述任何方案的自对准层应用可以用作产生选择性掩模 的工艺。
对于自对准掩模的产生，存在两种通用方案。构图衬底的优选实 施方案是含有金属20和电介质表面10的互连结构，如下所述。
参见图1和2，分别说明根据本发明用于图案自复制的第一种方 法的工艺流程和工艺。在步骤2，一般在载体如溶剂中制备包含至少 一个反应性接枝位置的聚合物。该反应性接枝位置是一个与电介质表 面形成至少一个共价键的官能团。在一些情况下，可以在步骤3改性 构图衬底的表面，以增强构图衬底一些区域中的优先表面反应。在步 骤4，将聚合物100旋转涂敷或由任何合适涂敷方法涂敷到包含构图 衬底的衬底上，聚合物100包含反应性接枝位置A，该接枝位置通过 至少一个共价键的形成选择性结合到电介质表面10上。在接触时或采 用适当的处理，如热退火或由辐射诱导反应，如在步骤5，包含反应 性接枝位置A的聚合物100有利地与所需表面反应或相互作用。然后 可以进行在步骤6的材料脱除，如采用溶剂的清洗，以除去可能保留 在金属表面20上的未结合的材料，导致自对准掩模层仅位于电介质表 面10上。
非必要地，可以在自对准掩模层施加之前，化学改性一个或多个 曝露表面的表面特性，以促进以上在步骤3中所述的每种方法。可以 在此步骤中改性电介质表面10或金属表面20。可以采用包括如下的 改性方案的任何结合进行化学改性：等离子体处理、氧化或还原溶液 的涂敷、在还原或氧化气氛中的退火、和施加使被涂敷的衬底表面部 分为疏水性或亲水性的材料。涉及电介质表面10的具体化学处理可包 括涂敷由SixLyRz组成的有机硅烷，其中L选自羟基、甲氧基、乙氧 基、乙酰氧基、烷氧基、羧基、胺、卤素，R选自氢、甲基、乙基、 乙烯基、和苯基(任何烷基或芳基)。涉及金属表面20的具体化学处理 可包括涂敷具有与金属表面优先相互作用的分子，该分子包括含有如 下官能团的分子：羟基、酯、醚、醛、酮、碳酸酯、酸、酚、胺、酰 胺、酰亚胺、硫代酸酯、硫醚、脲、尿烷、腈、异氰酸酯、硫醇、砜、 卤化物、膦、氧化膦、膦酰亚胺、硝基、偶氮物、硫代酸酯、硫醚、 苯并三唑、吡啶、咪唑、酰亚胺、噁唑、苯并噁唑、噻唑、吡唑、三 唑、噻吩、二唑、噻嗪、噻唑、喹喔啉、苯并咪唑、羟吲哚、二氢 吲哚、含氮化合物、和磷酸。
在第一种方法中，包含反应性接枝位置A的聚合物100可以是无 定形的，可具有任何链构造(包括线性、网络、支化、树枝状)，和可包 含一种或多种单体单元。聚合物可以含有无环主链(含碳的主链)和可 包括聚(二烯烃)、聚(烯烃)、聚(丙烯酸类物)、聚(甲基丙烯酸类物)、聚 (丙烯酰胺)、聚(甲基丙烯酰胺)、聚(乙烯基醚)、聚(乙烯醇)、聚(酮)、 聚(缩醛)、聚(乙烯基酯)、聚(卤乙烯)、聚(乙烯基腈)、聚(苯乙烯)、聚 (乙烯基吡啶)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基咪唑)、和聚(乙烯基杂 环物)。如果聚合物含有碳环主链，它可以是例如聚(亚苯基)。聚合物 也可以是选自如下的一种主链无环杂原子聚合物：聚(氧化物)、聚(碳 酸酯)、聚(酯)、聚(酸酐)、聚(氨酯)、聚(磺酸酯)、聚(硅氧烷)、聚(硫 化物)、聚(硫醚)、聚(硫代酸酯)、聚(砜)、聚(磺酰胺)、聚(酰胺)、聚(亚 胺)、聚(脲)、聚(磷腈)、聚(硅烷)、聚(硅氧烷)、聚(硅氮烷)、和聚(腈)。 聚合物可含有杂环主链和可选自聚(酰亚胺)、聚(噁唑)、聚(苯并噁唑)、 聚(噻唑)、聚(吡唑)、聚(三唑)、聚(噻吩)、聚(噁二唑)、聚(噻嗪)、聚(噻 唑)、聚(喹喔啉)、聚(苯并咪唑)、聚(羟吲哚)、聚(二氢吲哚)、聚(吡啶)、 聚(三嗪)、聚(哌嗪)、聚(吡啶)、聚(哌啶)、聚(吡咯烷)、聚(碳硼烷)、 聚(荧光素)、聚(缩醛)、和聚(酸酐)。
材料设计有反应性官能团A，或反应性接枝位置，反应性接枝位 置可选自：酰氯、酸酐、羟基、酯、醚、醛、酮、碳酸酯、酸、环氧 物、环乙亚胺、酚、胺、酰胺、酰亚胺、异氰酸酯、硫醇、砜、卤化 物、膦、氧化膦、硝基、偶氮物、二苯酮、缩醛、缩酮、二酮、和有 机硅烷(SixLyRz)，其中L选自羟基、甲氧基、乙氧基、乙酰氧基、烷 氧基、羧基、胺、卤素，R选自氢、甲基、乙基、乙烯基、和苯基(任 何烷基或芳基)，它共价键合到电介质表面10上。这些膜结构然后可 用作先前所述进一步加工的掩模。
参见图3，说明根据本发明的用于图案自复制第二种，第三种， 和第四种方法的工艺流程。也参见图4-6，但首先参见图3，第二种， 第三种，和第四种方法使用如下材料：该材料选择性与电介质表面10 反应和随后用于通过单体或调聚物体系的聚合产生掩模。非必要地， 可以首先在步骤11进行先前所述的电介质表面10或金属表面20的化 学改性。此方法在步骤12涉及反应性分子共价固定到电介质表面10 上，随后在步骤14，与可聚合基团(单体、大分子单体、调聚物)反应 以产生自对准掩模层500。非必要的步骤包括在步骤12和14之间采 用溶剂13的清洗，在步骤15对热量或辐射的曝露，和在步骤16采用 溶剂的清洗，如以下更完全所述。
第二种和第三种方法两者都涉及链增长机理，其中聚合主要通过 单体对反应性聚合物的加成而进行。对于任一种这些方法，可以首先 进行先前所述电介质表面10或金属表面20的化学改性。
参见图4，第二种方法涉及从衬底接枝引发剂的聚合。如果反应 性分子含有可用作聚合引发剂I的部分，反应性分子对电介质表面10 的连接产生含有适于聚合引发200的官能团的层。反应性单体对含有 适于聚合引发200的官能团的层的施加，通过从表面的聚合导致自对 准掩模层500。
对于第二种方法，反应性分子由第一部分和第二部分组成，第一 部分将反应性分子结合到电介质表面10上，第二部分用作聚合引发 剂。允许对电介质表面的共价键合的第一部分可包括选自如下的反应 性接枝位置：酰氯、酸酐、羟基、酯、醚、醛、酮、碳酸酯、酸、环 氧物、环乙亚胺、酚、胺、酰胺、酰亚胺、异氰酸酯、硫醇、砜、卤 化物、膦、氧化膦、硝基、偶氮物、二苯酮、缩醛、缩酮、二酮、和 有机硅烷(SixLyRz)，其中L选自羟基、甲氧基、乙氧基、乙酰氧基、 烷氧基、羧基、胺、卤素，R选自氢、甲基、乙基、乙烯基、和苯基(任 何烷基或芳基)。用作聚合引发剂的第二部分可包括过氧化物、氮氧化 物、卤化物、偶氮物、过酸酯、硫代酸酯、羟基、具有RX化学计量 的金属有机物，其中R可由如下组成：苄基、枯基、丁基、烷基、萘， 和X可由钠、锂、和钾组成，质子酸、路易斯酸、碳正离子盐、甲苯 磺酸盐、三氟甲磺酸盐、二苯酮、芳基重氮鎓、二芳基碘鎓、三芳基 锍、缩醛、缩酮、和二酮。反应性单体可以是任何取代的烯属有机分 子或在许多条件(自由基、阴离子、阳离子等)下聚合的单体环和可包 括：二烯烃、烯烃、丙烯酸类物、甲基丙烯酸类物、丙烯酰胺、甲基 丙烯酰胺、乙烯基醚、乙烯醇、酮、缩醛、乙烯基酯、卤乙烯、乙烯 基腈、苯乙烯、乙烯基吡啶、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咪唑、乙烯基 杂环物、苯乙烯、环内酰胺、环醚、环内酯、环烯烃、环硫代酸酯、 环硫醚、环乙亚胺、膦嗪(phesphozine)、硅氧烷、噁唑啉、唑嗪、和 硫杂丙环。
参见图5，根据本发明的第三种方法涉及从衬底接枝单体的聚合。 如果反应性分子是可用作可聚合单体M的部分，反应性分子对电介质 表面10的连接产生含有适于聚合增长的官能团的层300。反应性单体 对含有适于聚合增长300的官能团的层的施加，通过从表面的聚合导 致自对准掩模层500。
对于第三种方法，根据本发明，反应性分子由第一部分和第二部 分组成，第一部分将反应性分子结合到电介质表面10上，第二部分用 作单体单元。允许共价键合到电介质表面的第一部分可包括反应性接 枝位置如酰氯、酸酐、羟基、酯、醚、醛、酮、碳酸酯、酸、环氧物、 环乙亚胺、酚、胺、酰胺、酰亚胺、异氰酸酯、硫醇、砜、卤化物、 膦、氧化膦、硝基、偶氮物、二苯酮、缩醛、缩酮、二酮、和有机硅 烷(SixLyRz)，其中L选自羟基、甲氧基、乙氧基、乙酰氧基、烷氧基、 羧基、胺、卤素，R选自氢、甲基、乙基、乙烯基、和苯基(任何烷基 或芳基)。用作单体单元的第二部分可包括二烯烃、烯烃、丙烯酸类物、 甲基丙烯酸类物、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙烯基醚、乙烯醇、酮、 缩醛、乙烯基酯、卤乙烯、乙烯基腈、苯乙烯、乙烯基吡啶、乙烯基 吡咯烷酮、乙烯基咪唑、乙烯基杂环物、苯乙烯、环内酰胺、环醚、 环内酯、环烯烃、环硫代酸酯、环硫醚、环乙亚胺、膦腈、硅氧烷、 噁唑啉、嗪、和硫杂丙环。反应性单体可以是对于第二方法所述的 任何乙烯基或单体环。
参见图6，根据本发明的第四种方法涉及逐步增长机理，因此聚 合由结合单体和聚合物的反应而进行，聚合物含有两种或多种彼此反 应以产生更大分子量聚合物的官能度。对于此方法，可以首先进行先 前所述电介质表面10或金属表面20的化学改性。此方案，如图6所 示，采用一种聚合方案，其中将含有官能团R的反应性分子施加到构 图衬底上。反应性单体对电介质表面10的选择性反应产生含有反应性 基团的层400，它可参与逐步增长聚合。反应性单体对含有反应性基 团400的层的施加，导致自对准掩模层500的形成，其中反应性单体 含有一种或多种彼此反应以形成共价键的S和/或T官能度。
对于第四种方法，掩模材料由第一部分和第二部分组成，第一部 分将反应性分子结合到电介质表面10上，第二部分用作反应位置。允 许共价键合到电介质表面的第一部分可包括有机硅烷、羟基、酰氯、 羧酸酰氯、酸酐、羟基、酯、醚、醛、酮、碳酸酯、酸、环氧物、环 乙亚胺、酚、胺、酰胺、酰亚胺、异氰酸酯、硫醇、砜、卤化物、膦、 氧化膦、硝基、偶氮物、二苯酮、缩醛、缩酮、二酮、和有机硅烷(SixLyRz)， 其中L选自羟基、甲氧基、乙氧基、乙酰氧基、烷氧基、羧基、胺、 卤素，R选自氢、甲基、乙基、乙烯基、和苯基(任何烷基或芳基)。用 作单体单元的第二部分可包括，胺、腈、醇、羧酸、磺酸、异氰酸酯、 酰氯、酯、酰胺、酸酐、环氧物、卤化物、乙酰氧基、乙烯基、和硅 烷醇。用于此方案的单体是含有两个或多个进行逐步增长聚合的化学 相同或相异官能团的分子。官能团可包括：胺、腈、醇、羧酸、磺酸、 异氰酸酯、酰氯、酯、酰胺、酸酐、环氧物、卤化物、乙酰氧基、乙 烯基、和硅烷醇。
以上方法在制造IC芯片，芯片载体和电路板中的用途
可以使用上述选择性掩蔽方法制造几种衍生结构。在这些实施例 中，假定预存在一种包含图案的衬底，图案由衬底表面的第一组区域 和衬底表面的第二组区域组成，衬底表面的第一组区域具有第一原子 组成，包括一种或多种金属元素，衬底表面的第二组区域为电介质和 具有不同于第一组成的第二原子组成。首先由一种上述方法达到电介 质表面的选择性阻塞(blocking)。将包括一种或多种金属元素的第一组 区域曝露和然后进行加工步骤如仅有的无电沉积、或金属的无电沉积、 通过溅镀、蒸发、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强的化学气相沉 积(PECVD)等的金属或电介质沉积，随后为非必要的平面化步骤以仅 在第一组区域上形成加上的层。
生产的结构是一个微电子互连结构，包括在衬底上形成的至少一 个导电特征该导电特征含有在它顶表面上的选择性帽，其中衬底进一 步包括至少一个在它的底部和侧表面围绕导电特征的绝缘层，和一个 或多个非必要的导电势垒层，导电势垒层位于在绝缘体和导电特征之 间的一个或多个界面处。
此结构实施方案的例子包括，但不限于，被覆盖和嵌入器件芯片 互连堆叠物中的导电互连布线，该堆叠物包含绝缘体，导电和绝缘势 垒层等；位于陶瓷芯片载体封装上的金属互连布线；和位于有机芯片 或器件载体如印刷电路板之上或之中的互连布线；和在用于信息显示 器和相关手持器件制造的玻璃或聚合物衬底上的薄膜布线阵列。
参见图7，说明含有层间电介质31，金属布线32，衬里势垒层 34，和帽势垒层36的互连结构30。该互连结构含有由通道1100和线 路1200层组成的多个层1000。用于层间电介质31的优选材料具有低 介电常数(k＜3)和包括：碳掺杂的二氧化硅(也称为碳氧化硅或SiCOH电介质)；氟掺杂的氧化硅(也称为氟硅酸盐玻璃，或FSG)；旋涂玻璃； 硅倍半氧烷，包括氢硅倍半氧烷(HSSG)、甲基硅倍半氧烷(MSSG)、 和HSSG和MSSG的混合物或共聚物；和任何含硅低k电介质。如本 领域已知的那样，此层间电介质可包含孔以进一步降低介电常数，和 可以使用其它电介质。
参见图8，说明含有层间电介质31，电介质硬掩模41，金属布线 32，衬里势垒层34，和帽势垒层36的互连结构30。互连结构含有由 通道1100和线路1200质组成的多个层1000。用于层间电介质31的 优选材料具有低介电常数(k＜3)，可以是有机聚合物热固性塑料，和可 以选自组SiLKTM，(Dow Chemical Co.的产品)、FlareTM，(Honeywell的 产品)、和其它聚亚芳基醚。如本领域已知的那样，此有机聚合物电介 质可包含孔以进一步降低介电常数，和可以使用其它有机聚合物热固 性塑料电介质。用于电介质硬掩模41的优选材料包括：碳化硅、碳掺 杂的二氧化硅(也称为碳氧化硅或SiCOH电介质)；氟掺杂的氧化硅(也 称为氟硅酸盐玻璃，或FSG)；旋涂玻璃；硅倍半氧烷，包括氢硅倍半 氧烷(HSSG)、甲基硅倍半氧烷(MSSG)、和HSSG和MSSG的混合物 或共聚物；和任何含硅电介质。
现在参考图7和8所示的结构，描述本发明方法在构图金属互连 物上形成选择性帽势垒层36的应用，该结构可以使用此处所述的任何 方法生产。可以通过一系列本领域已知的步骤产生结构，该步骤涉及 光刻法、由旋涂或化学气相沉积的电介质沉积、由电镀、无电镀敷、 热蒸发、溅射的金属沉积、由化学机械抛光的平面化、湿和干燥蚀刻 工艺如反应性离子蚀刻、热退火、温和干清洁等。给出的实施例包括 具体的详细情况，但显然的是按照以上给出的方法描述，许多替代， 改进和变化对本领域技术人员是显然的。各种材料可形成选择性帽(如 氮化硅、或各种耐火金属或该金属的化合物)。此外，本发明并不限于 任何特定形状或组成的构造。
可以在导致图2，4，5和6所示的构图的顶表面的化学机械抛光 步骤之后，利用此处所述方法的应用。生产自对准掩模的优选途径可 以是从甲苯溶液涂敷含有硅烷醇反应性基团的聚苯乙烯(PS)，如图2 所示由旋涂将该溶液涂敷到构图的表面上。然后在惰性(N2)气氛中， 当将晶片放置在温度为约150℃的热板上1-5分钟时，硅烷醇基团由热 退火共价结合到电介质表面上。通过采用甲苯的清洗，从金属区域脱 除未结合PS产生了PS保留在电介质区域上的形态。
在下一步骤中，此聚苯乙烯用作自对准掩模。然后在溅射沉积工 具(本领域已知的)中，在包含自对准掩模的构图的衬底上沉积氮化钽 (TaN)和钽的双层。TaN/Ta双层接触金属区域和等角地涂敷PS。然后 将晶片放入化学机械抛光(CMP)工具中和将双层从聚苯乙烯除去，和 在金属区域上保留完整。然后使用热降解，通过在包含＜10ppmO2或 H2O的惰性环境中，在400℃的温度下加热30分钟进行剩余聚苯乙烯 的脱除，以将由TaN和Ta组成的选择性帽势垒层36仅留在金属区域 上。
尽管我们已经显示和描述根据本发明的几个实施方案，清楚地理 解本发明易引起对本领域技术人员显然的许多变化。因此，我们并不 希望受限于所示和描述的详细情况，而希望显示本所附权利要求书范 围内的所有变化和改进。