JPH11274303A - 集積回路の合金製相互接続構造を形成する方法 - Google Patents
集積回路の合金製相互接続構造を形成する方法Info
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- JPH11274303A JPH11274303A JP11015686A JP1568699A JPH11274303A JP H11274303 A JPH11274303 A JP H11274303A JP 11015686 A JP11015686 A JP 11015686A JP 1568699 A JP1568699 A JP 1568699A JP H11274303 A JPH11274303 A JP H11274303A
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ポリマー製の誘電体に対し損傷を与えること
がない低い温度で相互接続プロセスを行うことのできる
合金を提供すること、誘電体層の開口内に合金製相互接
続構造を形成する方法を提供する。 【解決手段】 本発明の方法は、開口内に合金を形成す
るステップを含む。この合金は、少なくとも第１金属と
第２金属とを含み、第１金属は周期律表の第１３族の元
素から選択され、第２金属の融点および誘電体材料のガ
ラス遷移温度Ｔgよりも遥かに低い融点を有する。さら
に本発明の方法は、第１金属を溶融する温度に第１金属
と第２金属を曝すステップを含む。
がない低い温度で相互接続プロセスを行うことのできる
合金を提供すること、誘電体層の開口内に合金製相互接
続構造を形成する方法を提供する。 【解決手段】 本発明の方法は、開口内に合金を形成す
るステップを含む。この合金は、少なくとも第１金属と
第２金属とを含み、第１金属は周期律表の第１３族の元
素から選択され、第２金属の融点および誘電体材料のガ
ラス遷移温度Ｔgよりも遥かに低い融点を有する。さら
に本発明の方法は、第１金属を溶融する温度に第１金属
と第２金属を曝すステップを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路に形成さ
れるプラグと相互接続構造を形成する方法に関し、特に
アルミと低融点の周期律表の第１３族の金属からプラグ
と相互接続構造を形成する方法に関する。
れるプラグと相互接続構造を形成する方法に関し、特に
アルミと低融点の周期律表の第１３族の金属からプラグ
と相互接続構造を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路、特にＣＭＯＳデバイスにおい
ては、機能に対する要望および利点をさらに追求してい
くことにより幅広い利用範囲が得られている。このよう
な要望に応えるために、集積回路業界は、現行の製造プ
ロセスと装置の利用を拡張し、機能を向上させるような
新たな集積回路構造を開発し続けている。
ては、機能に対する要望および利点をさらに追求してい
くことにより幅広い利用範囲が得られている。このよう
な要望に応えるために、集積回路業界は、現行の製造プ
ロセスと装置の利用を拡張し、機能を向上させるような
新たな集積回路構造を開発し続けている。
【０００３】集積回路の製造の重要な点は、個々の半導
体デバイス端子とさまざまな電力供給構造および共通の
信号を搬送する導体構造（バス）を有する回路素子との
間に信頼性が高くかつ低抵抗の接続構造を構成すること
である。集積回路業界では半導体デバイス端子に直接接
続される構造を接点（またはウィンドウ）と称し、他の
導体構造間で行われる接続はバイアスと称する。これら
にタングステンとアルミの両方を用いることは、従来確
立された技術である。
体デバイス端子とさまざまな電力供給構造および共通の
信号を搬送する導体構造（バス）を有する回路素子との
間に信頼性が高くかつ低抵抗の接続構造を構成すること
である。集積回路業界では半導体デバイス端子に直接接
続される構造を接点（またはウィンドウ）と称し、他の
導体構造間で行われる接続はバイアスと称する。これら
にタングステンとアルミの両方を用いることは、従来確
立された技術である。
【０００４】産業界における標準技術では接点とバイア
スを充填するプロセス用にタングステン製のプラグを用
い、相互接続材料用にＡｌ合金（Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃ
ｕ，Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ）を用いている。ところが接点と
バイアスの寸法が減少するにつれて、下の材料への接触
抵抗は増加する（特にＷプラグにおいて、これに関して
は、Dixit et al.著のIEDM 1994 を参照のこと）。
スを充填するプロセス用にタングステン製のプラグを用
い、相互接続材料用にＡｌ合金（Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃ
ｕ，Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ）を用いている。ところが接点と
バイアスの寸法が減少するにつれて、下の材料への接触
抵抗は増加する（特にＷプラグにおいて、これに関して
は、Dixit et al.著のIEDM 1994 を参照のこと）。
【０００５】したがって、Ｗプラグ／Ａｌ相互接続構造
の代わりに全てをＡｌで解決する２つの方法が進められ
て、これにより従来のＷプラグで得られた接触抵抗より
も大幅に抵抗を減少させることができる。第１の解決方
法は、強制充填方法（Dixitet al.著の前掲の論文を参
照のこと）と第２の解決方法は、２つのステップからな
るＡｌリフロープロセス（Zhao et al.著のIEDM 1996を
参照のこと）である。しかし、後者のアルミをリフロー
させて適切に形成し接着させるツーステップのリフロー
プロセスの間、約４５０℃の処理温度が必要とされる。
の代わりに全てをＡｌで解決する２つの方法が進められ
て、これにより従来のＷプラグで得られた接触抵抗より
も大幅に抵抗を減少させることができる。第１の解決方
法は、強制充填方法（Dixitet al.著の前掲の論文を参
照のこと）と第２の解決方法は、２つのステップからな
るＡｌリフロープロセス（Zhao et al.著のIEDM 1996を
参照のこと）である。しかし、後者のアルミをリフロー
させて適切に形成し接着させるツーステップのリフロー
プロセスの間、約４５０℃の処理温度が必要とされる。
【０００６】現在の技術は、例えばポリマーベースのエ
ーロゲルのような誘電率の低い新たな誘電体材料を用い
ている。しかし、このポリマーベースの材料は、アルミ
のリフロープロセスに際し、高い処理温度（例、約４５
０℃）で容易に損傷を受けてしまう。従ってこれらの材
料はシリコンベースの誘電体材料の場合よりもより低い
処理温度を使用しなければならない。通常、処理温度は
これらの新たな誘電体材料の損傷を回避するために、最
大３５０℃の温度を越えてはならない。
ーロゲルのような誘電率の低い新たな誘電体材料を用い
ている。しかし、このポリマーベースの材料は、アルミ
のリフロープロセスに際し、高い処理温度（例、約４５
０℃）で容易に損傷を受けてしまう。従ってこれらの材
料はシリコンベースの誘電体材料の場合よりもより低い
処理温度を使用しなければならない。通常、処理温度は
これらの新たな誘電体材料の損傷を回避するために、最
大３５０℃の温度を越えてはならない。
【０００７】アルミの堆積温度を低下させるためにアル
ミとゲルマニウムを合金化することを試みた研究者がい
る。これに関しては、K. Kikuta と T. kikkawa 著の
J. Electrochem. Society; Vol. 143, No. 1, p. 228-2
32; January 1996.を参照のこと。このプロセスにおい
ては、アルミ−ゲルマニウム合金を接点開口すなわちバ
イアス内に堆積させている。純粋なアルミの溶融温度
は、約６６０℃であるが、アルミとゲルマニウムの合金
は、この溶融温度を劇的に低下させる。
ミとゲルマニウムを合金化することを試みた研究者がい
る。これに関しては、K. Kikuta と T. kikkawa 著の
J. Electrochem. Society; Vol. 143, No. 1, p. 228-2
32; January 1996.を参照のこと。このプロセスにおい
ては、アルミ−ゲルマニウム合金を接点開口すなわちバ
イアス内に堆積させている。純粋なアルミの溶融温度
は、約６６０℃であるが、アルミとゲルマニウムの合金
は、この溶融温度を劇的に低下させる。
【０００８】しかし、ゲルマニウムは誘電体材料に十分
な濡れ性(wetting)を与えず、そのため適切に形成しフ
ローさせるためにポリシリコン製のウェット層を必要と
している。アルミ−ゲルマニウム合金を使用する際の別
の問題点は、後続の処理プロセスの間ゲルマニウムがシ
リコン上にエピタキシャルに沈澱することである。その
理由は、これら２つの結晶構造が非常に類似するからで
ある。これらの問題があるために、アルミ−ゲルマニウ
ム合金を幅広く商用に転ずることができない。
な濡れ性(wetting)を与えず、そのため適切に形成しフ
ローさせるためにポリシリコン製のウェット層を必要と
している。アルミ−ゲルマニウム合金を使用する際の別
の問題点は、後続の処理プロセスの間ゲルマニウムがシ
リコン上にエピタキシャルに沈澱することである。その
理由は、これら２つの結晶構造が非常に類似するからで
ある。これらの問題があるために、アルミ−ゲルマニウ
ム合金を幅広く商用に転ずることができない。
【０００９】要するに接点とバイアスの相互接続構造を
形成するために、アルミを使用することは、接触抵抗が
高くなりすぎて、また合金の処理温度もまた高すぎて
（特にポリマーベースの誘電体に対しては）、あるいは
他の合金特性により市場への転用がうまくいかない。
形成するために、アルミを使用することは、接触抵抗が
高くなりすぎて、また合金の処理温度もまた高すぎて
（特にポリマーベースの誘電体に対しては）、あるいは
他の合金特性により市場への転用がうまくいかない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、好ま
しいポリマー製の誘電体に対し損傷を与えることがない
程度に低い温度で相互接続プロセスを行うことのできる
合金を提供することである。本発明の目的は、開口がそ
こに形成された誘電体層を有する集積回路の合金製相互
接続構造を形成する方法を提供する。
しいポリマー製の誘電体に対し損傷を与えることがない
程度に低い温度で相互接続プロセスを行うことのできる
合金を提供することである。本発明の目的は、開口がそ
こに形成された誘電体層を有する集積回路の合金製相互
接続構造を形成する方法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、開口内
に合金を形成するステップを含む。この合金は、少なく
とも第１金属と第２金属とを含み、第１金属は第１３族
の元素から選択され、第２金属の融点および誘電体材料
のガラス遷移温度Ｔgよりも遥かに低い融点を有する。
さらに本発明の方法は、第１金属を溶融し、合金をリフ
ローさせるのに十分な温度に第１金属と第２金属を曝す
ステップを含む。
に合金を形成するステップを含む。この合金は、少なく
とも第１金属と第２金属とを含み、第１金属は第１３族
の元素から選択され、第２金属の融点および誘電体材料
のガラス遷移温度Ｔgよりも遥かに低い融点を有する。
さらに本発明の方法は、第１金属を溶融し、合金をリフ
ローさせるのに十分な温度に第１金属と第２金属を曝す
ステップを含む。
【００１２】本発明の他の態様によれば、本発明の方法
は、開口内に第１金属層を形成するステップと、この開
口内の第１金属層の上に第２金属層を形成するステップ
と、その後第１金属を溶融する温度にこの第１金属と第
２金属を加熱し、そして第１金属を第２金属内に拡散さ
せて、開口内でインシチュで合金接続構造体を形成する
ステップを含む。本発明のさらに別の態様によれば、本
発明の方法は第１金属と同一金属を含有する第３金属の
層を開口内の第２金属の上に堆積するステップを含む。
本発明のさらに別の態様によれば、第１金属層と第２金
属層を形成するステップは、開口内に第１金属と第２金
属を交互に積み重ね形成するステップを含む。
は、開口内に第１金属層を形成するステップと、この開
口内の第１金属層の上に第２金属層を形成するステップ
と、その後第１金属を溶融する温度にこの第１金属と第
２金属を加熱し、そして第１金属を第２金属内に拡散さ
せて、開口内でインシチュで合金接続構造体を形成する
ステップを含む。本発明のさらに別の態様によれば、本
発明の方法は第１金属と同一金属を含有する第３金属の
層を開口内の第２金属の上に堆積するステップを含む。
本発明のさらに別の態様によれば、第１金属層と第２金
属層を形成するステップは、開口内に第１金属と第２金
属を交互に積み重ね形成するステップを含む。
【００１３】本発明の他の実施例においては、合金を形
成するステップは、インジウムとアルミの合金を形成す
るステップを含む。
成するステップは、インジウムとアルミの合金を形成す
るステップを含む。
【００１４】さらに本発明の別の実施例によれば、熱に
曝す（加熱）ステップは、３５０℃以下の温度に第１金
属と第２金属を曝し、それにより第１金属を溶融するス
テップを含む。
曝す（加熱）ステップは、３５０℃以下の温度に第１金
属と第２金属を曝し、それにより第１金属を溶融するス
テップを含む。
【００１５】本発明のさらに別の実施例によれば、集積
回路の誘電体層に形成された開口内に合金を形成するス
テップを含む製造方法により、集積回路内に形成された
相互接続構造を提供する。この合金は、少なくとも第１
金属と第２金属とを含む。第１金属は、第１３族の金属
から選択され、第２金属の融点と誘電体材料のガラス遷
移温度よりも遥かに低い融点を有する。さらにこの第１
金属と第２金属はを第１金属を溶融し合金をリフローさ
せるのに十分な温度に曝す。
回路の誘電体層に形成された開口内に合金を形成するス
テップを含む製造方法により、集積回路内に形成された
相互接続構造を提供する。この合金は、少なくとも第１
金属と第２金属とを含む。第１金属は、第１３族の金属
から選択され、第２金属の融点と誘電体材料のガラス遷
移温度よりも遥かに低い融点を有する。さらにこの第１
金属と第２金属はを第１金属を溶融し合金をリフローさ
せるのに十分な温度に曝す。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１において、集積回路構造体１
００は、トランジスタ構造体１０２と本発明によりカバ
ーされる多層接点構造を含む相互接続構造１０４を有す
る。トランジスタ構造体１０２は、従来設計のもので従
来のＣＭＯＳデバイスである。トランジスタ構造体１０
２は、ゲート１０６とソース領域１０８とドレイン領域
１１０とフィールド酸化物領域１１２とを有する。トラ
ンジスタ構造体１０２は、集積回路構造体１００の上部
層から例えば二酸化シリコン製の誘電体層１１４により
電気的に絶縁されている。しかし誘電体層１１４は、エ
ーロゲルのような誘電率が低くく、アルミの融点よりも
低い融点を有するポリマーベースの誘電体で形成されて
いる。
００は、トランジスタ構造体１０２と本発明によりカバ
ーされる多層接点構造を含む相互接続構造１０４を有す
る。トランジスタ構造体１０２は、従来設計のもので従
来のＣＭＯＳデバイスである。トランジスタ構造体１０
２は、ゲート１０６とソース領域１０８とドレイン領域
１１０とフィールド酸化物領域１１２とを有する。トラ
ンジスタ構造体１０２は、集積回路構造体１００の上部
層から例えば二酸化シリコン製の誘電体層１１４により
電気的に絶縁されている。しかし誘電体層１１４は、エ
ーロゲルのような誘電率が低くく、アルミの融点よりも
低い融点を有するポリマーベースの誘電体で形成されて
いる。
【００１７】今日の集積回路技術で用いられているある
種のポリマーベースの誘電体においては、そのガラス遷
移温度は、通常３００℃−３５０℃である。アルミおよ
びそれに類似する金属は、この温度よりも遥かに高い融
点を有する。例えば、アルミは約６６０℃の融点を有す
る。これらの金属の融点を誘電体材料のそれ以下の温度
に下げない限り、その使用はこれらの金属の融点よりも
高いガラス遷移温度（Ｔg）を有する誘電体材料に限定
されてしまう。
種のポリマーベースの誘電体においては、そのガラス遷
移温度は、通常３００℃−３５０℃である。アルミおよ
びそれに類似する金属は、この温度よりも遥かに高い融
点を有する。例えば、アルミは約６６０℃の融点を有す
る。これらの金属の融点を誘電体材料のそれ以下の温度
に下げない限り、その使用はこれらの金属の融点よりも
高いガラス遷移温度（Ｔg）を有する誘電体材料に限定
されてしまう。
【００１８】ある実施例においては、本発明は集積回路
構造体１００のさまざまなレベル間の相互接続構造を形
成するのに用いられるインジウム／アルミの合金を提供
する。インジウムを添加することによりアルミの融点を
下げることができる。この合金（組み合わせ）は、急速
熱アニール処理を施すと合金の表面移動度が増加してイ
ンジウムの融点以上であるが誘電体材料（ポリマーベー
スの誘電材料）の融点よりも遥かに低い温度でバイアス
を充填できる。
構造体１００のさまざまなレベル間の相互接続構造を形
成するのに用いられるインジウム／アルミの合金を提供
する。インジウムを添加することによりアルミの融点を
下げることができる。この合金（組み合わせ）は、急速
熱アニール処理を施すと合金の表面移動度が増加してイ
ンジウムの融点以上であるが誘電体材料（ポリマーベー
スの誘電材料）の融点よりも遥かに低い温度でバイアス
を充填できる。
【００１９】以下に詳述するように合金はバイアス内に
インシチュで堆積あるいは形成できる。トランジスタ構
造体１０２は、集積回路構造体１００の他の部分に従来
の第１レベルの金属化／相互接続構造１１６により接続
される。本発明の一実施例は、第２金属レベルおよびそ
れ以上のレベルに関して説明しているが、本発明は集積
回路内のいかなる金属レベル、例えば第１レベルの金属
化／相互接続構造１１６が配置されるような第１金属レ
ベルにも適用可能である。
インシチュで堆積あるいは形成できる。トランジスタ構
造体１０２は、集積回路構造体１００の他の部分に従来
の第１レベルの金属化／相互接続構造１１６により接続
される。本発明の一実施例は、第２金属レベルおよびそ
れ以上のレベルに関して説明しているが、本発明は集積
回路内のいかなる金属レベル、例えば第１レベルの金属
化／相互接続構造１１６が配置されるような第１金属レ
ベルにも適用可能である。
【００２０】本発明の一実施例においては、合金で形成
された相互接続構造１０４は、インシチュで合金化され
た金属の交互の層から形成される。これは従来技術にお
ける接点開口（即ちバイアス開口）内に合金を堆積する
のとは異なるものである。この実施例においては、第１
金属層１１８，１２０，１２２と第２金属層１２４，１
２６，１２８が交互に形成されている。これらの交互の
層の堆積は、１−１２キロワットの範囲のパワーでＰＶ
Ｄにより行われる。
された相互接続構造１０４は、インシチュで合金化され
た金属の交互の層から形成される。これは従来技術にお
ける接点開口（即ちバイアス開口）内に合金を堆積する
のとは異なるものである。この実施例においては、第１
金属層１１８，１２０，１２２と第２金属層１２４，１
２６，１２８が交互に形成されている。これらの交互の
層の堆積は、１−１２キロワットの範囲のパワーでＰＶ
Ｄにより行われる。
【００２１】これらの金属は接点構造体を形成するプロ
セス全体を通してある利点のある特性を示す金属が選択
される。例えば第１金属層１１８，１２０，１２２は第
１３族の金属であり、第２金属層１２４，１２６，１２
８はアルミ製である。第１３族の金属は、周期律表の新
たなInternational Union of Pure and Applied Chemis
try で指定された元素である。特に好ましい実施例にお
いては、第１３族の金属は第１金属層として含まれイン
ジウムである。しかし例えば、タリウムのような他の第
１３族の金属も用いることができる。
セス全体を通してある利点のある特性を示す金属が選択
される。例えば第１金属層１１８，１２０，１２２は第
１３族の金属であり、第２金属層１２４，１２６，１２
８はアルミ製である。第１３族の金属は、周期律表の新
たなInternational Union of Pure and Applied Chemis
try で指定された元素である。特に好ましい実施例にお
いては、第１３族の金属は第１金属層として含まれイン
ジウムである。しかし例えば、タリウムのような他の第
１３族の金属も用いることができる。
【００２２】本発明においては、これらの金属のうちの
少なくとも１つの金属は、誘電体材料のガラス遷移温度
（Ｔg）以下の融点を有し、これにより誘電体材料を損
傷しないようにしている。さらにまた、これらの金属う
ちの少なくとも１つの金属は、バイアス内でインシチュ
で金属間で合金を形成できるものである。さらにこれら
の金属うちの１つが誘電体材料を「濡らす」機能を有す
る場合には、接点構造体を形成する単位に極めて有益で
ある。
少なくとも１つの金属は、誘電体材料のガラス遷移温度
（Ｔg）以下の融点を有し、これにより誘電体材料を損
傷しないようにしている。さらにまた、これらの金属う
ちの少なくとも１つの金属は、バイアス内でインシチュ
で金属間で合金を形成できるものである。さらにこれら
の金属うちの１つが誘電体材料を「濡らす」機能を有す
る場合には、接点構造体を形成する単位に極めて有益で
ある。
【００２３】第１３族の金属、特にインジウムはこれら
の優れた特性を示すものと考えられている。インジウム
（その融点は１５６℃）は、優れた濡れ性の性質を示
し、これは特に本発明において適用可能である。前述し
たようにアルミは幅広く用いられ、合金の他方の金属の
１つとして選択できる。インジウム／アルミ合金は、利
点のある組み合わせを提供できると考えられる。インジ
ウムは特にアルミと組み合わされた場合には、アルミの
融点を下げる。インジウムは、アルミと合金を形成で
き、ＰＶＤ用のターゲット材料を形成できる。インジウ
ムは接点開口、即ちバイアス内でアルミとインシチュで
合金を形成する。
の優れた特性を示すものと考えられている。インジウム
（その融点は１５６℃）は、優れた濡れ性の性質を示
し、これは特に本発明において適用可能である。前述し
たようにアルミは幅広く用いられ、合金の他方の金属の
１つとして選択できる。インジウム／アルミ合金は、利
点のある組み合わせを提供できると考えられる。インジ
ウムは特にアルミと組み合わされた場合には、アルミの
融点を下げる。インジウムは、アルミと合金を形成で
き、ＰＶＤ用のターゲット材料を形成できる。インジウ
ムは接点開口、即ちバイアス内でアルミとインシチュで
合金を形成する。
【００２４】本発明の方法においては、複数の金属が互
いに交互の層に堆積される。例えば、インジウム層が最
初に堆積され、その後このインジウム層の上にアルミ層
が堆積される。堆積の方法は従来公知のもので、例えば
ＰＶＤまたはＣＶＤにより行われる。しかし、ＰＶＤが
本発明では特に有益である。アルミを堆積する好ましい
条件は、次の通りである。
いに交互の層に堆積される。例えば、インジウム層が最
初に堆積され、その後このインジウム層の上にアルミ層
が堆積される。堆積の方法は従来公知のもので、例えば
ＰＶＤまたはＣＶＤにより行われる。しかし、ＰＶＤが
本発明では特に有益である。アルミを堆積する好ましい
条件は、次の通りである。
【００２５】堆積温度は２５℃−３００℃の範囲であ
り、堆積圧力は０．４−４ミリトールの範囲内である。
インジウム／アルミの堆積シーケンスがバイアス内で所
望量堆積されるまで繰り返される。この堆積シーケンス
は変更可能である。例えば、インジウム層とアルミ層の
２つの交互の層だけの場合、あるいはインジウム／アル
ミ／インジウムの３つの層の場合である。
り、堆積圧力は０．４−４ミリトールの範囲内である。
インジウム／アルミの堆積シーケンスがバイアス内で所
望量堆積されるまで繰り返される。この堆積シーケンス
は変更可能である。例えば、インジウム層とアルミ層の
２つの交互の層だけの場合、あるいはインジウム／アル
ミ／インジウムの３つの層の場合である。
【００２６】当然のことながら前記の例から分かるよう
にこれらの金属の交互の層をさらに堆積することもでき
る。交互の層を所望の回数堆積した後、集積回路構造体
１００を急速熱アニール処理を行い、これにより集積回
路構造体１００を２５０℃に加熱し、アルミ層の両側に
あるインジウム層を図２に示すように溶融し、アルミ層
内に拡散させる。インジウム層のインシチュにおける溶
融は、アルミ層の堆積シーケンスの間にも発生する。
にこれらの金属の交互の層をさらに堆積することもでき
る。交互の層を所望の回数堆積した後、集積回路構造体
１００を急速熱アニール処理を行い、これにより集積回
路構造体１００を２５０℃に加熱し、アルミ層の両側に
あるインジウム層を図２に示すように溶融し、アルミ層
内に拡散させる。インジウム層のインシチュにおける溶
融は、アルミ層の堆積シーケンスの間にも発生する。
【００２７】別法として開口内に合金として堆積し、そ
の後この合金を開口内でリフローさせる温度に加熱する
こともできる。金属の融点を低下させるような別の金属
を含むことにより、リフロー温度は誘電体材料が例えば
３５０℃以下のような低いガラス遷移温度（Ｔg）を有
するようなアプリケーションにおいては、このような誘
電体材料の損傷を回避することができる。
の後この合金を開口内でリフローさせる温度に加熱する
こともできる。金属の融点を低下させるような別の金属
を含むことにより、リフロー温度は誘電体材料が例えば
３５０℃以下のような低いガラス遷移温度（Ｔg）を有
するようなアプリケーションにおいては、このような誘
電体材料の損傷を回避することができる。
【００２８】図２は本発明の他の実施例を示し、同図に
おいて接点構造体２１０は、インジウム層２２０，２３
０，２４０と、アルミ層２２５，２３５，２４５を交互
に重ねた層を有する。温度を２５０℃まで上昇させる
が、インジウム層は約１５６℃で溶融する。集積回路構
造体１００が加熱される温度は、使用される材料に依存
する。しかし複数の金属のうちの少なくとも１つの金属
は、誘電体の融点よりも低い融点を有しなければならな
い。
おいて接点構造体２１０は、インジウム層２２０，２３
０，２４０と、アルミ層２２５，２３５，２４５を交互
に重ねた層を有する。温度を２５０℃まで上昇させる
が、インジウム層は約１５６℃で溶融する。集積回路構
造体１００が加熱される温度は、使用される材料に依存
する。しかし複数の金属のうちの少なくとも１つの金属
は、誘電体の融点よりも低い融点を有しなければならな
い。
【００２９】図２に示すようにインジウム層２２０，２
３０，２４０は、隣接するアルミ層２２５，２３５，２
４５内に拡散してインシチュでアルミ−インジウム合金
が形成される。インジウムは優れた濡れ性を有するため
に、接点は適切にフローし形成され接着する。この実施
例においては集積回路の温度は１５６℃さらにはまた２
５０℃まで加熱されるが、この温度は次の誘電体層を形
成する際の堆積温度以下でそれに対し十分な熱的マージ
ンがある。
３０，２４０は、隣接するアルミ層２２５，２３５，２
４５内に拡散してインシチュでアルミ−インジウム合金
が形成される。インジウムは優れた濡れ性を有するため
に、接点は適切にフローし形成され接着する。この実施
例においては集積回路の温度は１５６℃さらにはまた２
５０℃まで加熱されるが、この温度は次の誘電体層を形
成する際の堆積温度以下でそれに対し十分な熱的マージ
ンがある。
【００３０】次に図３においては、合金製相互接続構造
３１０が開口内でリフローし、あるいはインシチュで形
成されたあとの合金製相互接続構造３１０を有する接点
構造体３００を示す。合金がインシチュで形成されるこ
の実施例においては、低い融点を有する金属は、高い融
点を有する金属内に拡散し、同時に高い融点を有する金
属がリフローし、接点開口内の側壁を濡らし、これによ
り合金が接点開口内、すなわちバイアス内を均一に充填
する。開口内で合金を形成した後、後続のステップで相
互接続構造体をパターン化し、エッチングするよう後続
のプロセスステップが行われる。
３１０が開口内でリフローし、あるいはインシチュで形
成されたあとの合金製相互接続構造３１０を有する接点
構造体３００を示す。合金がインシチュで形成されるこ
の実施例においては、低い融点を有する金属は、高い融
点を有する金属内に拡散し、同時に高い融点を有する金
属がリフローし、接点開口内の側壁を濡らし、これによ
り合金が接点開口内、すなわちバイアス内を均一に充填
する。開口内で合金を形成した後、後続のステップで相
互接続構造体をパターン化し、エッチングするよう後続
のプロセスステップが行われる。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、集積回路の
誘電体層の開口内に合金製の相互接続構造を形成する方
法を提供できる。本発明の方法は、開口内に合金を形成
するステップを含む。この本発明による合金は、少なく
とも第１金属と第２金属を含有し、第１金属は第１３族
の金属から選択され、第２金属の融点と誘電体材料の融
点以下の融点を有する。さらに本発明の方法は、第１金
属と第２金属を第１金属を溶融するのに十分な温度に加
熱して合金をリフローするステップを含む。
誘電体層の開口内に合金製の相互接続構造を形成する方
法を提供できる。本発明の方法は、開口内に合金を形成
するステップを含む。この本発明による合金は、少なく
とも第１金属と第２金属を含有し、第１金属は第１３族
の金属から選択され、第２金属の融点と誘電体材料の融
点以下の融点を有する。さらに本発明の方法は、第１金
属と第２金属を第１金属を溶融するのに十分な温度に加
熱して合金をリフローするステップを含む。
【図１】多層からなる接点構造の一実施例の断面図
【図２】接点構造の交互の層が中間層の中に広がってい
る一実施例の断面図
る一実施例の断面図
【図３】本発明の方法により合金製の接続構造の一実施
例を表す断面図
例を表す断面図
１００ 集積回路構造体 １０２ トランジスタ構造体 １０４ 相互接続構造 １０６ ゲート １０８ ソース領域 １１０ ドレイン領域 １１２ フィールド酸化物領域 １１４ 誘電体層 １１６ 第１レベルの金属化／相互接続構造 １１８，１２０，１２２ 第１金属層 １２４，１２６，１２８ 第２金属層 ２１０ 接点構造体 ２２０，２３０，２４０ インジウム層 ２２５，２３５，２４５ アルミ層 ３００ 接点構造体 ３１０ 合金製相互接続構造
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 サイレッシュ エム．マーチャント アメリカ合衆国，32835 フロリダ，オル ランド，ヴァインランド オークス ブー ルヴァード 8214
Claims (18)
- 【請求項１】 開口が形成された誘電体層を具備する集
積回路の合金製相互接続構造を形成する方法において、 （Ａ）前記開口内に少なくとも第１金属と第２金属を含
有する合金を形成するステップと、 前記第１金属は周期律表の第１３族の金属から選択さ
れ、第２金属の融点と前記誘電体層の誘電体材料のガラ
ス遷移温度（Ｔg）以下の融点を有し、 （Ｂ）前記第１金属と第２金属を前記第１金属を溶融
し、前記合金をリフローするのに十分な温度に曝すステ
ップとからなることを特徴とする集積回路の合金製相互
接続構造を形成する方法。 - 【請求項２】 前記（Ａ）のステップは、 （Ａ１）前記開口内に第１金属層を形成するステップ
と、 （Ａ２）前記開口内で前記第１金属層の上に第２金属層
を形成するステップと、 （Ａ３）前記第１金属層と第２金属層を前記第１金属を
溶融する温度に曝し、前記第１金属を第２金属内に拡散
して前記開口内でインシチュで合金製の相互接続構造体
を形成するステップとを有することを特徴とする請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 （Ａ４）前記第１金属を含む第３金属層
を前記第２金属層の上に形成するステップをさらに有す
ることを特徴とする請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記（Ａ１）（Ａ２）のステップは、前
記開口内に第１金属層と第２金属層を交互に形成するス
テップを含むことを特徴とする請求項２記載の方法。 - 【請求項５】 前記（Ａ）のステップは、インジウムと
アルミで合金を形成するステップを含むことを特徴とす
る請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記（Ｂ）のステップは、前記第１金属
と第２金属を第１金属が溶融する３５０℃以下の温度に
曝すステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項７】 前記第１金属は、タリウムであることを
特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 開口が形成された誘電体層を具備する集
積回路内に形成された相互接続構造体において、前記相
互接続構造体は、 （Ａ）前記開口内に少なくとも第１金属と第２金属を含
有する合金を形成するステップと、 前記第１金属は周期律表の第１３族の金属から選択さ
れ、第２金属の融点と前記誘電体層の誘電体材料の融点
を有し、 （Ｂ）前記第１金属と第２金属を前記第１金属を溶融
し、前記合金をリフローするのに十分な温度に曝すステ
ップと、からなるステップにより形成されることを特徴
とする集積回路に形成された相互接続構造体。 - 【請求項９】 前記（Ａ）のステップは、 （Ａ１）前記開口内に第１金属層を形成するステップ
と、 （Ａ２）前記開口内で前記第１金属層の上に第２金属層
を形成するステップと、 （Ａ３）前記第１金属層と第２金属層を前記第１金属を
溶融する温度に曝し、前記第１金属を第２金属内に拡散
して開口内でインシチュで合金製の相互接続構造体を形
成するステップとを有することを特徴とする請求項８記
載の相互接続構造体。 - 【請求項１０】 （Ａ４）前記第１金属を含む第３金属
層を前記第２金属層の上に形成するステップをさらに有
することを特徴とする請求項９記載の相互接続構造体。 - 【請求項１１】 前記（Ａ１），（Ａ２）のステップ
は、前記開口内に第１金属層と第２金属層を交互に形成
するステップを含むことを特徴とする請求項１０記載の
相互接続構造体。 - 【請求項１２】 前記（Ａ）のステップは、インジウム
とアルミで合金を形成するステップを含むことを特徴と
する請求項９記載の相互接続構造体。 - 【請求項１３】 前記（Ｂ）のステップは、前記第１金
属と第２金属を第１金属が溶融する３５０℃以下の温度
に曝すステップを含むことを特徴とする請求項９記載の
相互接続構造体。 - 【請求項１４】 前記第１金属は、タリウムであること
を特徴とする請求項９記載の相互接続構造体。 - 【請求項１５】 開口が形成されたポリマー誘電体材料
層を有する集積回路に用いられる相互接続構造体におい
て、 前記相互接続体は、前記開口内に配置されアルミと周期
律表の第１３族の金属を含有するアルミ合金を含み、 前記第１３族の金属の融点は、アルミの融点以下でかつ
前記ポリマー誘電体材料のガラス遷移温度（Ｔg）以下
であることを特徴とする相互接続構造体。 - 【請求項１６】 前記第１３族の金属は、インジウムで
あることを特徴とする請求項１５記載の相互接続構造
体。 - 【請求項１７】 前記アルミ合金は、チタンをさらに含
有することを特徴とする請求項１５記載の相互接続構造
体。 - 【請求項１８】 前記第１３族の金属の融点は、３５０
℃以下であることを特徴とする請求項１５記載の相互接
続構造体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/016,475 US5994221A (en) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | Method of fabricating aluminum-indium (or thallium) vias for ULSI metallization and interconnects |
| US09/016475 | 1998-01-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11274303A true JPH11274303A (ja) | 1999-10-08 |
| JP3521119B2 JP3521119B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=21777330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01568699A Expired - Fee Related JP3521119B2 (ja) | 1998-01-30 | 1999-01-25 | 集積回路の合金製相互接続構造を形成する方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3521119B2 (ja) |
| KR (1) | KR100307421B1 (ja) |
| TW (1) | TW405205B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5844318A (en) * | 1997-02-18 | 1998-12-01 | Micron Technology, Inc. | Aluminum film for semiconductive devices |
| US6316356B1 (en) | 1998-03-10 | 2001-11-13 | Micron Technology, Inc. | Thermal processing of metal alloys for an improved CMP process in integrated circuit fabrication |
| US5980657A (en) * | 1998-03-10 | 1999-11-09 | Micron Technology, Inc. | Alloy for enhanced filling of high aspect ratio dual damascene structures |
| US6436723B1 (en) * | 1998-10-16 | 2002-08-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Etching method and etching apparatus method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device |
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|---|---|---|---|---|
| US3281239A (en) * | 1964-04-22 | 1966-10-25 | Dow Chemical Co | Aluminum base alloys containing thallium |
| US3413157A (en) * | 1965-10-21 | 1968-11-26 | Ibm | Solid state epitaxial growth of silicon by migration from a silicon-aluminum alloy deposit |
| YU40575A (en) * | 1975-02-20 | 1982-02-25 | Inst Tehnickih Nauka Sanu | Alloy of aluminium with indium or gallium or thallium |
| US5917707A (en) * | 1993-11-16 | 1999-06-29 | Formfactor, Inc. | Flexible contact structure with an electrically conductive shell |
| US4970176A (en) * | 1989-09-29 | 1990-11-13 | Motorola, Inc. | Multiple step metallization process |
| KR960001601B1 (ko) * | 1992-01-23 | 1996-02-02 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치의 접촉구 매몰방법 및 구조 |
| US5518674A (en) * | 1991-06-28 | 1996-05-21 | Texas Instruments Incorporated | Method of forming thin film flexible interconnect for infrared detectors |
| DE69531571T2 (de) * | 1994-05-27 | 2004-04-08 | Texas Instruments Inc., Dallas | Verbesserungen in Bezug auf Halbleitervorrichtungen |
| US5904499A (en) * | 1994-12-22 | 1999-05-18 | Pace; Benedict G | Package for power semiconductor chips |
| US5879808A (en) * | 1995-10-27 | 1999-03-09 | Alpha Metals, Inc. | Parylene polymer layers |
| US5633199A (en) * | 1995-11-02 | 1997-05-27 | Motorola Inc. | Process for fabricating a metallized interconnect structure in a semiconductor device |
| US5744865A (en) * | 1996-10-22 | 1998-04-28 | Texas Instruments Incorporated | Highly thermally conductive interconnect structure for intergrated circuits |
| US5888899A (en) * | 1997-04-02 | 1999-03-30 | Texas Instruments Incorporated | Method for copper doping of aluminum films |
-
1998
- 1998-01-30 US US09/016,475 patent/US5994221A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-29 TW TW087121824A patent/TW405205B/zh not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-01-25 JP JP01568699A patent/JP3521119B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-01-28 KR KR1019990002654A patent/KR100307421B1/ko not_active Expired - Fee Related
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| US5994221A (en) | 1999-11-30 |
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