JP2003500835A - 集積回路内の配線の金属化の実行を改善する方法および組成 - Google Patents
集積回路内の配線の金属化の実行を改善する方法および組成Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エレクトロマイグレーションによるボイドの形成を遅らせ、金属化配線の寿命を改善する。
【解決手段】 半導体素子は、複数の金属化配線を備え、各金属化配線38は、ある重量パーセントのアルミニウムと、ある重量パーセントの銅と、ある重量パーセントの亜鉛とを有するエレクトロマイグレーションを妨げる組成を含む。配線のエレクトロマイグレーションを妨げる上記組成は、粒子36の形態をなすAlおよびCuの固溶体の構造を含むと良い。この構造は、上記粒子の境界内で画定されるAlおよびCuの沈殿物をさらに含む。上記粒子の境界から上記Alのエレクトロマイグレーションが発生し、これにより上記Alの上記粒子からのエレクトロマイグレーションが発生することになる。Znの上記重量パーセントは、Alを有する上記固溶体を画定するとともに上記粒子からの上記Alのエレクトロマイグレーションを妨げるように選択される。
Description
【0001】
本発明は、半導体素子の製造に関する。より具体的には、本発明は、集積回路
における配線の金属化の実行を改善する技術に関する。
における配線の金属化の実行を改善する技術に関する。
【0002】
半導体集積回路(IC)の製造においては、ICチップの異なる層における素
子同士を接続するために既知の金属化技術が用いられている。一般的に、配線の
金属化、即ち、配線の金属化の実行(「金属化実行」)には、適切な導電体を提
供すること、配線材料のエッチングを容易にすること、エレクトロマイグレーシ
ョンを最小にすること、資本の投下を最小にすること、金属化工程における発展
的な努力が含まれる。
子同士を接続するために既知の金属化技術が用いられている。一般的に、配線の
金属化、即ち、配線の金属化の実行(「金属化実行」)には、適切な導電体を提
供すること、配線材料のエッチングを容易にすること、エレクトロマイグレーシ
ョンを最小にすること、資本の投下を最小にすること、金属化工程における発展
的な努力が含まれる。
【0003】
ここで、ICの設計において、金属化された配線には電流を伝搬することが要
求されるという観点から、発生し得るエレクトロマイグレーションの程度を検査
することは一般的に十分に考察される。このことは典型的に要求される。その理
由は、もしも特定の幅を有する所定の金属化配線に過多のエレクトロマイグレー
ションが発生すると、信頼性に重大なインパクトを与えるボイドが形成されるこ
とがあるということを設計者が知っているからである。従って、例えば電源配線
やグランド配線のように、高レベルの電流が予想される場合は、金属化配線の幅
を広げることが設計者に一般的に要求される。ある環境においては、設計者は、
過度のボイドが発生する可能性を防止するためだけに、特定の金属化配線の幅を
極端に広くせざるを得ない。
求されるという観点から、発生し得るエレクトロマイグレーションの程度を検査
することは一般的に十分に考察される。このことは典型的に要求される。その理
由は、もしも特定の幅を有する所定の金属化配線に過多のエレクトロマイグレー
ションが発生すると、信頼性に重大なインパクトを与えるボイドが形成されるこ
とがあるということを設計者が知っているからである。従って、例えば電源配線
やグランド配線のように、高レベルの電流が予想される場合は、金属化配線の幅
を広げることが設計者に一般的に要求される。ある環境においては、設計者は、
過度のボイドが発生する可能性を防止するためだけに、特定の金属化配線の幅を
極端に広くせざるを得ない。
【0004】
しかしながら、金属化配線の幅を広げるためには半導体チップの大きさを、I
Cの設計機能を実現するために必要な大きさよりも大きくすることが要求される
ため、このことにより、コスト上の損失が課される。
Cの設計機能を実現するために必要な大きさよりも大きくすることが要求される
ため、このことにより、コスト上の損失が課される。
【0005】
エレクトロマイグレーションは、一般的に、平均的な電流が導電体を介して流
れることの結果であると理解されている。流れる電子は、散乱(scattering)プ
ロセスによりその運動量の一部を金属原子に譲渡する。この運動量の譲渡により
、今度は、電子が流れる方向に金属原子が運動するようになる(即ちマス・トラ
ンスファ)。従って、電流密度の増大とともに、運動量の譲渡量およびその結果
としての金属の流れが増大する。物質のこのような移動が均一であることはめっ
たになく、時間の経過により物質の正味の損失が発生する場所で引張り応力を受
ける領域が広がり、また、時間の経過により物質が正味で増大する場所で圧縮応
力を受ける領域が広がる。従って、引張り応力と圧縮応力の領域が広がると、応
力の勾配が形成される。応力は、集中度が高い(即ち、圧縮応力がかかる)場所
から集中度が低い(即ち、引張り応力がかかる)場所へ原子の流れを駆動するの
で、このような応力により金属の流れが発生する。エレクトロマイグレーション
とエレクトロマイグレーションが及ぼす劣化の効果に関するこれ以上の情報は、
1998年6月のカリフォルニア州サンフランシスコにおける国際配線技術会議
(International Interconnect Technology Conference, San Francisco, CA,
June(1988))の会報である、Effects of W−Plug Via Arrangement on Electrom
igration Lifetime of Wide Line Interconnectsというタイトルのスカラ(Skal
a)とエス・ボサラ(S.Bothara)による論文が参考になるであろう。
れることの結果であると理解されている。流れる電子は、散乱(scattering)プ
ロセスによりその運動量の一部を金属原子に譲渡する。この運動量の譲渡により
、今度は、電子が流れる方向に金属原子が運動するようになる(即ちマス・トラ
ンスファ)。従って、電流密度の増大とともに、運動量の譲渡量およびその結果
としての金属の流れが増大する。物質のこのような移動が均一であることはめっ
たになく、時間の経過により物質の正味の損失が発生する場所で引張り応力を受
ける領域が広がり、また、時間の経過により物質が正味で増大する場所で圧縮応
力を受ける領域が広がる。従って、引張り応力と圧縮応力の領域が広がると、応
力の勾配が形成される。応力は、集中度が高い(即ち、圧縮応力がかかる)場所
から集中度が低い(即ち、引張り応力がかかる)場所へ原子の流れを駆動するの
で、このような応力により金属の流れが発生する。エレクトロマイグレーション
とエレクトロマイグレーションが及ぼす劣化の効果に関するこれ以上の情報は、
1998年6月のカリフォルニア州サンフランシスコにおける国際配線技術会議
(International Interconnect Technology Conference, San Francisco, CA,
June(1988))の会報である、Effects of W−Plug Via Arrangement on Electrom
igration Lifetime of Wide Line Interconnectsというタイトルのスカラ(Skal
a)とエス・ボサラ(S.Bothara)による論文が参考になるであろう。
【0006】
エレクトロマイグレーションのボイドは、たいてい配線の始まりで形成される
。これは、エレクトロマイグレーションと応力との合計がゼロになったときに、
エレクトロマイグレーションによる劣化は停止する傾向にあり、また、配線の終
端で発生する傾向にあると信じられている。初期の観察によれば、エレクトロマ
イグレーションの流れと、その流れは配線が比較的短い(例えば、その両端の間
の距離が短い)場合に止まるという傾向と、その流れは配線が比較的長い(例え
ば、その両端間の距離が長い)場合に継続するということがアイ・エー・ブレチ
(I.A.Blech)によって最初に報告されている。こうして、エレクトロマイグ
レーションの振る舞いを配線の長さの用語で定義することは、「ブレチ効果」(
Blech effect)と広く呼ばれるようになった。即ち、ある金属化配線が所定の
幅に対する所定のブレチ長(Blech length)と少なくとも同様に短い場合は、も
はやエレクトロマイグレーションのボイドを形成しない。ブレチ効果とブレチ長
に関するこれ以上の情報は、IBM Journal of Reseach and Development, Vol.39
, No.4, July 1995, pp.465-497のElectromigration and Stress−Induced Void
ing in Al and Al−alloy Thin Film Linesというタイトルのシー・ケー・フー
(C. K. Hu)、ケー・ピー・ロッドベル(K. P. Rodbell)、ティー・ディー・
サリバン(T. D. Sullivan)、ケー・ワイ・リー(K. Y. Lee)およびディー・
ピー・ボウルディン(D. P. Bouldin)による論文が参考になるであろう。
。これは、エレクトロマイグレーションと応力との合計がゼロになったときに、
エレクトロマイグレーションによる劣化は停止する傾向にあり、また、配線の終
端で発生する傾向にあると信じられている。初期の観察によれば、エレクトロマ
イグレーションの流れと、その流れは配線が比較的短い(例えば、その両端の間
の距離が短い)場合に止まるという傾向と、その流れは配線が比較的長い(例え
ば、その両端間の距離が長い)場合に継続するということがアイ・エー・ブレチ
(I.A.Blech)によって最初に報告されている。こうして、エレクトロマイグ
レーションの振る舞いを配線の長さの用語で定義することは、「ブレチ効果」(
Blech effect)と広く呼ばれるようになった。即ち、ある金属化配線が所定の
幅に対する所定のブレチ長(Blech length)と少なくとも同様に短い場合は、も
はやエレクトロマイグレーションのボイドを形成しない。ブレチ効果とブレチ長
に関するこれ以上の情報は、IBM Journal of Reseach and Development, Vol.39
, No.4, July 1995, pp.465-497のElectromigration and Stress−Induced Void
ing in Al and Al−alloy Thin Film Linesというタイトルのシー・ケー・フー
(C. K. Hu)、ケー・ピー・ロッドベル(K. P. Rodbell)、ティー・ディー・
サリバン(T. D. Sullivan)、ケー・ワイ・リー(K. Y. Lee)およびディー・
ピー・ボウルディン(D. P. Bouldin)による論文が参考になるであろう。
【0007】
ブレチ長は広く知られてきたが、一般的に、この考えは、金属化配線と電源バ
スの多くに適用できない。これは、機能上の仕様を満たすためには、これらの配
線をブレチ長よりも長くすることが一般的に要求されるからである。
スの多くに適用できない。これは、機能上の仕様を満たすためには、これらの配
線をブレチ長よりも長くすることが一般的に要求されるからである。
【0008】
Al−Cu合金は、ICの製造のための多層金属化における金属化配線に用い
られる組成の一種である。しかしながら、合金中に多量のCuを用いると、合金
の導電性が低下し、また、この合金をエッチングすることがより一層困難になる
。他の極端な態様として、純粋なCuをデュアルダマシン工程を用いて堆積させ
ることが可能であるが、この方法で純粋なCuを提供するためには相当の資本投
下と改良努力が必要である。このような資本と投資の増大が減少するまでは、A
lをベースとした合金を用いた改良された金属化実行を得るために、さまざまな
努力がなされてきた。
られる組成の一種である。しかしながら、合金中に多量のCuを用いると、合金
の導電性が低下し、また、この合金をエッチングすることがより一層困難になる
。他の極端な態様として、純粋なCuをデュアルダマシン工程を用いて堆積させ
ることが可能であるが、この方法で純粋なCuを提供するためには相当の資本投
下と改良努力が必要である。このような資本と投資の増大が減少するまでは、A
lをベースとした合金を用いた改良された金属化実行を得るために、さまざまな
努力がなされてきた。
【0009】
Al−Cu合金は古典的なソルバス(solvus)曲線に従い、この曲線において
Cuの重量パーセントが低いと、AlとCuとの固溶体が発生する。このように
、Cuの重量パーセントが低いと、Cuは主としてAlの粒子の内部に現れ、こ
れにより、この粒子が主にAlで構成される。Cuの重量パーセントがさらに高
いと、合金は、ソルバス曲線の右側へシフトする。Cuが多すぎると、今度は粒
子間の粒子境界線から隔離され、Al−Cuの沈殿物の形態となる。
Cuの重量パーセントが低いと、AlとCuとの固溶体が発生する。このように
、Cuの重量パーセントが低いと、Cuは主としてAlの粒子の内部に現れ、こ
れにより、この粒子が主にAlで構成される。Cuの重量パーセントがさらに高
いと、合金は、ソルバス曲線の右側へシフトする。Cuが多すぎると、今度は粒
子間の粒子境界線から隔離され、Al−Cuの沈殿物の形態となる。
【0010】
配線の金属化を改善するためにAl−Cu合金を用いる従来の試みにおいては
、粒子の境界からCuを激減させることが問題であった。この問題を図1Aに示
す。同図において、金属化配線20の拡大された部分が示され、この部分には、
粒子の境界22(主としてAl2Cuの沈殿物でなる)によって分離された粒子
21(主としてAl)が含まれる。粒子21は、粒子21Lで示されるように大
きな場合もあれば、粒子21sで示されるように小さな場合もある。金属配線2
0を介して電気の流れが導かれ、電子の流れは、参照矢印e−で描かれている。
矢印Eは、粒子の境界22に沿って隣接する2つの粒子21の間に流れる電子を
表わす。エレクトロマイグレーションが始まると、電子e−は最初に原子Cuを
運び、これは、粒子の境界22内における点と微小な円で示されている。代表的
な粒子21−1と21−2との間に移動する原子は、分岐するように示され、こ
れにより、原子が一群の小さな粒子21へ向けて移動するので、時間の経過によ
り物質の正味の損失が発生する。原子が小さな粒子21の群を経由して移動する
ので、これらの原子は、参照番号23に示すように合流して集まり、これにより
、時間の経過により物質が正味で増加する。温度の履歴に依存して成長するであ
ろう大きな粒子21Lは、金属化配線に沿った磁束を遮断でき、磁束の発散を形
成し、また、Cuが豊富になった段階でボイドを形成する。シータ段階の形態(
theta phase morphology)を最適化するという目的を達成するために、適切な熱
処理が提案されてきたが、バックエンドの製造工程における熱サイクルと高温の
熱処理に対する制限のために、このような適切な熱処理が妨げられた。
、粒子の境界からCuを激減させることが問題であった。この問題を図1Aに示
す。同図において、金属化配線20の拡大された部分が示され、この部分には、
粒子の境界22(主としてAl2Cuの沈殿物でなる)によって分離された粒子
21(主としてAl)が含まれる。粒子21は、粒子21Lで示されるように大
きな場合もあれば、粒子21sで示されるように小さな場合もある。金属配線2
0を介して電気の流れが導かれ、電子の流れは、参照矢印e−で描かれている。
矢印Eは、粒子の境界22に沿って隣接する2つの粒子21の間に流れる電子を
表わす。エレクトロマイグレーションが始まると、電子e−は最初に原子Cuを
運び、これは、粒子の境界22内における点と微小な円で示されている。代表的
な粒子21−1と21−2との間に移動する原子は、分岐するように示され、こ
れにより、原子が一群の小さな粒子21へ向けて移動するので、時間の経過によ
り物質の正味の損失が発生する。原子が小さな粒子21の群を経由して移動する
ので、これらの原子は、参照番号23に示すように合流して集まり、これにより
、時間の経過により物質が正味で増加する。温度の履歴に依存して成長するであ
ろう大きな粒子21Lは、金属化配線に沿った磁束を遮断でき、磁束の発散を形
成し、また、Cuが豊富になった段階でボイドを形成する。シータ段階の形態(
theta phase morphology)を最適化するという目的を達成するために、適切な熱
処理が提案されてきたが、バックエンドの製造工程における熱サイクルと高温の
熱処理に対する制限のために、このような適切な熱処理が妨げられた。
【0011】
さらに詳述すると、図1Bおよび図1Cは、図1Aの部分拡大図であり、粒子
の境界22によって分離された対向する粒子21(例えば、粒子21−1と21
−2)を示す。矢印CUは、Cu原子が電子eの流れの作用を受けて粒子の境界
22から離れて移動し、この結果、Cuが粒子の境界22から消滅することを示
す。Cu原子はAl原子よりも重いので、電子eの流れによりCu原子が移動す
ることに抵抗する時間間隔(インキュベーションタイム(incubation time)、
即ちΔt:図5参照)が存在する。次に、Cu原子が粒子の境界22から臨界的
な距離lcに等しい距離で一旦消滅すると、Al原子が同様のエレクトロマイグ
レーションのプロセスにより粒子の境界22から離れて移動し始める。しかしな
がら、Al原子の移動は迅速である。結果として、Cu原子とAl原子は、金属
化配線20の終端へ移動し、上述したように、Alが不在となり、これにより金
属化20は失敗となる。このような失敗は、ボイドがビアの直下で形成されると
重大な問題になり得る。これは、勿論、全ICが設計仕様の範囲内で動作しない
ということを引き起こし得る。このようなエレクトロマイグレーションによる故
障は、ICの寿命の初期に発生しかねないし、または一定期間使用した後に発生
することもある。
の境界22によって分離された対向する粒子21(例えば、粒子21−1と21
−2)を示す。矢印CUは、Cu原子が電子eの流れの作用を受けて粒子の境界
22から離れて移動し、この結果、Cuが粒子の境界22から消滅することを示
す。Cu原子はAl原子よりも重いので、電子eの流れによりCu原子が移動す
ることに抵抗する時間間隔(インキュベーションタイム(incubation time)、
即ちΔt:図5参照)が存在する。次に、Cu原子が粒子の境界22から臨界的
な距離lcに等しい距離で一旦消滅すると、Al原子が同様のエレクトロマイグ
レーションのプロセスにより粒子の境界22から離れて移動し始める。しかしな
がら、Al原子の移動は迅速である。結果として、Cu原子とAl原子は、金属
化配線20の終端へ移動し、上述したように、Alが不在となり、これにより金
属化20は失敗となる。このような失敗は、ボイドがビアの直下で形成されると
重大な問題になり得る。これは、勿論、全ICが設計仕様の範囲内で動作しない
ということを引き起こし得る。このようなエレクトロマイグレーションによる故
障は、ICの寿命の初期に発生しかねないし、または一定期間使用した後に発生
することもある。
【0012】
上述したように、エレクトロマイグレーションのより重要な側面は、Alの移
動が、粒子の境界からのCuの減少に基づいて粒子の境界22の範囲内から発生
するだけでなく、粒子の境界22に隣接する粒子21からも発生するということ
である。図1Cは、Cuの移動に続いてAlが迅速に移動する場合を示す。Al
−Cuのソルバス曲線は固溶体内でAl中にはCuがほとんど全くないことを示
すので、粒子22内のCuの重量パーセントが非常に低いことは、粒子21から
粒子の境界22へのAl原子の移動を妨げたり、遅らせるためには不十分であり
、これにより、粒子21内にボイド24が形成される。このボイド24により、
Al−Cu合金の抵抗が大きくなり、これにより、素子のパフォーマンスが低下
し、また、ICが故障するということになりかねない。
動が、粒子の境界からのCuの減少に基づいて粒子の境界22の範囲内から発生
するだけでなく、粒子の境界22に隣接する粒子21からも発生するということ
である。図1Cは、Cuの移動に続いてAlが迅速に移動する場合を示す。Al
−Cuのソルバス曲線は固溶体内でAl中にはCuがほとんど全くないことを示
すので、粒子22内のCuの重量パーセントが非常に低いことは、粒子21から
粒子の境界22へのAl原子の移動を妨げたり、遅らせるためには不十分であり
、これにより、粒子21内にボイド24が形成される。このボイド24により、
Al−Cu合金の抵抗が大きくなり、これにより、素子のパフォーマンスが低下
し、また、ICが故障するということになりかねない。
【0013】
上述した観点から、粒子からAlが移動することにより、Al−Cu合金で発
生することと比較して、Alが早急になくなり始めるということが相当程度遅く
なるように、配線の金属化実行における合金の組成を改善する必要がある。
生することと比較して、Alが早急になくなり始めるということが相当程度遅く
なるように、配線の金属化実行における合金の組成を改善する必要がある。
【0014】
概説すると、本発明は、配線の金属化のためにAl−Cu−Znの形態をなす
改良された組成を提供することにより、また、配線の金属化のためのAl−Cu
−Zn合金を提供する方法により、上述のニーズを満たすものである。本発明は
また、Znが多いAl−Zn合金である粒子を配線の金属化に提供することによ
り、Cuが粒子の境界から激減すること(およびその結果、Alが迅速に消滅し
始めること)による影響を軽減する必要をも満たすものである。これにより、エ
レクトロマイグレーションによる早期の故障が減少する。本発明は、工程や組成
、方法を含む膨大な態様で適用できることを理解されたい。本発明のいくつかの
優れた実施態様を以下に記載する。
改良された組成を提供することにより、また、配線の金属化のためのAl−Cu
−Zn合金を提供する方法により、上述のニーズを満たすものである。本発明は
また、Znが多いAl−Zn合金である粒子を配線の金属化に提供することによ
り、Cuが粒子の境界から激減すること(およびその結果、Alが迅速に消滅し
始めること)による影響を軽減する必要をも満たすものである。これにより、エ
レクトロマイグレーションによる早期の故障が減少する。本発明は、工程や組成
、方法を含む膨大な態様で適用できることを理解されたい。本発明のいくつかの
優れた実施態様を以下に記載する。
【0015】
一つの実施態様においては、半導体素子が、基板と、この基板上に画定された
複数の金属化配線とを備えるものとして記載される。各金属化配線は、ある重量
パーセントのアルミニウム、ある重量パーセントの銅、および、ある重量パーセ
ントの亜鉛を有しエレクトロマイグレーションを妨げる組成を含む。より詳細に
は、亜鉛の上記重量パーセントは、100℃のAlの固溶体内で約4未満である
と良い。これは、Znの内容物について、Al−Cu合金内の内容物Cuの重量
パーセントである約0.5を相当に上回る増加である。一例として、Znの重量
パーセントは、約1から約2までの範囲に及ぶと良い。より具体的な実施態様で
は、上記配線は、AlとZnの固溶体を有してエレクトロマイグレーションを妨
げる組成を含むと良い。この組成において、上記固溶体は、粒子の形態をなし、
また、この粒子は、粒子の境界によって画定される。上記組成は、上記粒子の境
界で画定されるAlとCuの沈殿物をさらに有する。上記粒子の境界からの上記
Alのエレクトロマイグレーションが発生し、これは上記粒子からの上記Alの
エレクトロマイグレーションを引き起こしがちである。Znの上記重量パーセン
トは、Alを有する上記固溶体を画定するとともに上記粒子からの上記Alの上
記エレクトロマイグレーションを妨げるように、選択される。
複数の金属化配線とを備えるものとして記載される。各金属化配線は、ある重量
パーセントのアルミニウム、ある重量パーセントの銅、および、ある重量パーセ
ントの亜鉛を有しエレクトロマイグレーションを妨げる組成を含む。より詳細に
は、亜鉛の上記重量パーセントは、100℃のAlの固溶体内で約4未満である
と良い。これは、Znの内容物について、Al−Cu合金内の内容物Cuの重量
パーセントである約0.5を相当に上回る増加である。一例として、Znの重量
パーセントは、約1から約2までの範囲に及ぶと良い。より具体的な実施態様で
は、上記配線は、AlとZnの固溶体を有してエレクトロマイグレーションを妨
げる組成を含むと良い。この組成において、上記固溶体は、粒子の形態をなし、
また、この粒子は、粒子の境界によって画定される。上記組成は、上記粒子の境
界で画定されるAlとCuの沈殿物をさらに有する。上記粒子の境界からの上記
Alのエレクトロマイグレーションが発生し、これは上記粒子からの上記Alの
エレクトロマイグレーションを引き起こしがちである。Znの上記重量パーセン
トは、Alを有する上記固溶体を画定するとともに上記粒子からの上記Alの上
記エレクトロマイグレーションを妨げるように、選択される。
【0016】
他の実施態様においては、基板上に金属化配線層を製造する方法が、この基板
上に金属化された組成を堆積する工程を備えるものとして記載される。この組成
は、Al成分と、Cu成分と、Zn成分とを含む。勿論、上記組成は、微量の不
純物、例えば酸素、鉄、ニッケルなどを含むこともある。Zn成分の重量パーセ
ントは、約4未満であり、好ましくは、約1重量パーセントと約2重量パーセン
トの間の範囲に及ぶ。
上に金属化された組成を堆積する工程を備えるものとして記載される。この組成
は、Al成分と、Cu成分と、Zn成分とを含む。勿論、上記組成は、微量の不
純物、例えば酸素、鉄、ニッケルなどを含むこともある。Zn成分の重量パーセ
ントは、約4未満であり、好ましくは、約1重量パーセントと約2重量パーセン
トの間の範囲に及ぶ。
【0017】
さらに他の実施態様では、改良された金属化が実行された配線を有する半導体
素子が、少なくとも一つの金属化層を備えるものとして記載され、この金属化層
は、粒子の境界によって画定された粒子を有する。エレクトロマイグレーション
が上記粒子の境界から上記Alを激減させる傾向を有し、また、上記粒子からの
上記Alの移動を引き起こす傾向を有するように、上記粒子は、主としてAlと
Cuでなる固溶体を有し、また、上記粒子の境界は、主としてAlとCuでなる
沈殿物を有する。上記Znは、上記Alが上記粒子から移動することを妨げるこ
とにより、配線の金属化実行を改良するために効果的である。上記層は、ある重
量パーセントの上記Alと、ある重量パーセントの上記Cuと、ある重量パーセ
ントのZnとを含む。Znの上記重量パーセントは、約4未満であり、例えば約
1から約2までに及ぶ重量パーセントである。Znの重量パーセントは、上記金
属化層の抵抗率を実質的に増大させることなく、Alを有する上記固溶体を画定
するとともに上記粒子からの上記Alのエレクトロマイグレーションを妨げるよ
うに、選択される。
素子が、少なくとも一つの金属化層を備えるものとして記載され、この金属化層
は、粒子の境界によって画定された粒子を有する。エレクトロマイグレーション
が上記粒子の境界から上記Alを激減させる傾向を有し、また、上記粒子からの
上記Alの移動を引き起こす傾向を有するように、上記粒子は、主としてAlと
Cuでなる固溶体を有し、また、上記粒子の境界は、主としてAlとCuでなる
沈殿物を有する。上記Znは、上記Alが上記粒子から移動することを妨げるこ
とにより、配線の金属化実行を改良するために効果的である。上記層は、ある重
量パーセントの上記Alと、ある重量パーセントの上記Cuと、ある重量パーセ
ントのZnとを含む。Znの上記重量パーセントは、約4未満であり、例えば約
1から約2までに及ぶ重量パーセントである。Znの重量パーセントは、上記金
属化層の抵抗率を実質的に増大させることなく、Alを有する上記固溶体を画定
するとともに上記粒子からの上記Alのエレクトロマイグレーションを妨げるよ
うに、選択される。
【0018】
配線の金属化のための金属化層として上記Al−Cu−Zn合金を用いると、
固溶体内の上記Znを含む上記Al−Cu−Zn合金は、改良された信頼性を示
す。より大きな、重いZn原子があるために、上記バルク粒子から上記粒子の境
界への上記Alの移動が遅れる。上記合金内に上記Znがあるにも関わらず、上
記粒子の境界内に存在する上記Alの減少が発生するであろうが、この減少は、
ボイドの形成をもたらすほど激しくない。研究によれば、上記Al−Cu−Zn
合金におけるZnの高いパーセント(例えば、2重量パーセント)が上記粒子内
の固溶体内で持続し、これにより、上記Al−Cu−Zn合金は、熱処理の履歴
に依存することなく優れたエレクトロマイグレーション耐性を維持する。さらに
、上記Al−Cuに付加されたZnは、上記金属化配線層の機械的強度を改善し
、従って、配線の信頼性を改善する。また、配線用の金属化層としての上記Al
−Cu−Zn合金は、上記Al−Cu合金と比較して導電性を大幅に減少させる
ことなく製造することができる。このような利点は、エッチングの容易さに及ぼ
す否定的なインパクトを軽減しながら得られる。上記Al−Cu合金にZnを付
加すると、Znの残留物を除去するためにより大きな力でスパッタリングを行な
う必要がある場合もあるが、過度のZnを除去するために、例えば、エッチング
中のスパッタリングを用いることができる。
固溶体内の上記Znを含む上記Al−Cu−Zn合金は、改良された信頼性を示
す。より大きな、重いZn原子があるために、上記バルク粒子から上記粒子の境
界への上記Alの移動が遅れる。上記合金内に上記Znがあるにも関わらず、上
記粒子の境界内に存在する上記Alの減少が発生するであろうが、この減少は、
ボイドの形成をもたらすほど激しくない。研究によれば、上記Al−Cu−Zn
合金におけるZnの高いパーセント(例えば、2重量パーセント)が上記粒子内
の固溶体内で持続し、これにより、上記Al−Cu−Zn合金は、熱処理の履歴
に依存することなく優れたエレクトロマイグレーション耐性を維持する。さらに
、上記Al−Cuに付加されたZnは、上記金属化配線層の機械的強度を改善し
、従って、配線の信頼性を改善する。また、配線用の金属化層としての上記Al
−Cu−Zn合金は、上記Al−Cu合金と比較して導電性を大幅に減少させる
ことなく製造することができる。このような利点は、エッチングの容易さに及ぼ
す否定的なインパクトを軽減しながら得られる。上記Al−Cu合金にZnを付
加すると、Znの残留物を除去するためにより大きな力でスパッタリングを行な
う必要がある場合もあるが、過度のZnを除去するために、例えば、エッチング
中のスパッタリングを用いることができる。
【0019】
本発明の他の側面および有利な点は、本発明の原理を一例として示す添付図面
と併せて以下の詳細な記載から明らかになるであろう。
と併せて以下の詳細な記載から明らかになるであろう。
【0020】
本発明は、添付の図面とともに以下の詳細な説明により容易に理解される。従
って、同一の参照番号は、同一の構造要素を表わす。
って、同一の参照番号は、同一の構造要素を表わす。
【0021】
配線を金属化させるためのAl−Cu−Zn合金から形成される改良された組
成の発明と、配線を金属化させるためのAl−Cu−Zn合金を提供する方法を
開示する。また、改良された配線の金属化が実行された半導体素子も開示する。
以下の説明においては、本発明の完全な理解を提供するために多数の具体的詳細
を示す。しかしながら、当業者において、以下の詳細の一部または全てがなくと
も本発明は実施できることが理解されるであろう。本発明を不明瞭なものにしな
いために、例えば周知の工程の作用については、詳述しない。
成の発明と、配線を金属化させるためのAl−Cu−Zn合金を提供する方法を
開示する。また、改良された配線の金属化が実行された半導体素子も開示する。
以下の説明においては、本発明の完全な理解を提供するために多数の具体的詳細
を示す。しかしながら、当業者において、以下の詳細の一部または全てがなくと
も本発明は実施できることが理解されるであろう。本発明を不明瞭なものにしな
いために、例えば周知の工程の作用については、詳述しない。
【0022】
図2は、本発明にかかるAl−Cu−Zn合金のうちAl−Zn合金の部分を
示す状態図である。点31,32および33を有するソルバス曲線30は、様々
な温度(例えば約0℃から約200℃)について、Alを含む固溶体内で比較的
広い範囲のZn(例えば約2重量パーセントから約12重量パーセント)が存在
することを表わす。このことは、様々な温度について(例えば約20℃から約4
00℃)、Alを含む固溶体内で比較的狭い範囲のCu(例えば約0.2重量パ
ーセントから約2重量パーセント)が存在するAl−Cu合金にまさる。
示す状態図である。点31,32および33を有するソルバス曲線30は、様々
な温度(例えば約0℃から約200℃)について、Alを含む固溶体内で比較的
広い範囲のZn(例えば約2重量パーセントから約12重量パーセント)が存在
することを表わす。このことは、様々な温度について(例えば約20℃から約4
00℃)、Alを含む固溶体内で比較的狭い範囲のCu(例えば約0.2重量パ
ーセントから約2重量パーセント)が存在するAl−Cu合金にまさる。
【0023】
本発明のAlをベースとする合金は、Al−Cu−Zn合金である。図2に示
すように、また図3に詳細に示すように、Znの重量パーセントが比較的大きい
場合、Znは粒子36の内側に保持される。好ましい実施形態において、合金中
のZnの重量パーセントは、約4重量パーセントにまでなる。これにより、粒子
36は、Alと多量のZnで構成される。より好適な実施形態では、合金中のZ
nの重量パーセントは、1〜2重量パーセントの範囲内にあり、Cuの重量パー
セントは、約0.5±0.4である。ある場合は、組立用のハウジングに用いら
れるCuの重量パーセントは、約1重量パーセント以上にまでなり得る。
すように、また図3に詳細に示すように、Znの重量パーセントが比較的大きい
場合、Znは粒子36の内側に保持される。好ましい実施形態において、合金中
のZnの重量パーセントは、約4重量パーセントにまでなる。これにより、粒子
36は、Alと多量のZnで構成される。より好適な実施形態では、合金中のZ
nの重量パーセントは、1〜2重量パーセントの範囲内にあり、Cuの重量パー
セントは、約0.5±0.4である。ある場合は、組立用のハウジングに用いら
れるCuの重量パーセントは、約1重量パーセント以上にまでなり得る。
【0024】
粒子の境界37は、図3および図4に示され、主として沈殿物Al2Cuを含
む。粒子36は、粒子36Lのように大きな場合もあり、また、粒子36sのよ
うに小さな場合もある。粒子36と粒子の境界37は、金属化された配線、例え
ば、金属化配線38の一部である(図3および図7参照)。
む。粒子36は、粒子36Lのように大きな場合もあり、また、粒子36sのよ
うに小さな場合もある。粒子36と粒子の境界37は、金属化された配線、例え
ば、金属化配線38の一部である(図3および図7参照)。
【0025】
金属化配線38を介して導かれる電流における電子の流れは、参照矢印e−で
描写する。矢印Eは、隣接する粒子36−1と36−2との間を粒子の境界37
に沿って流れる電子を表わす。エレクトロマイグレーションにより、電子e−は
、粒子の境界37を介してCuとAlとを運ぶ。これらの原子は、点で示す。粒
子36−1と36−2との間を右側へ移動する原子は、分岐して小さな粒子36
sに近づくにつれ互いにますます離れていく様子が示されている。原子が小さな
粒子36sを通り過ぎて右側へ移動すると、これらは合流して参照番号39に示
すように集まる。
描写する。矢印Eは、隣接する粒子36−1と36−2との間を粒子の境界37
に沿って流れる電子を表わす。エレクトロマイグレーションにより、電子e−は
、粒子の境界37を介してCuとAlとを運ぶ。これらの原子は、点で示す。粒
子36−1と36−2との間を右側へ移動する原子は、分岐して小さな粒子36
sに近づくにつれ互いにますます離れていく様子が示されている。原子が小さな
粒子36sを通り過ぎて右側へ移動すると、これらは合流して参照番号39に示
すように集まる。
【0026】
図4は、図3の一部をより拡大した図であり、粒子の境界37によって分離さ
れた対向する粒子36(例えば、粒子36−1と36−2)を示す。エレクトロ
マイグレーションの結果として、粒子の境界37からのCu原子の激減が電子の
流れの作用により発生した。図5に示すように、Cu原子は、Al原子よりも重
いので、Cu原子が電子の流れにより移動することに抵抗する時間間隔(「イン
キュベーションタイム」、即ちデルタt)が存在する。Cu原子が粒子の境界3
7から一旦激減すると、Al原子は、同様のエレクトロマイグレーションプロセ
スにより粒子の境界37に沿ったエレクトロマイグレーションを始める。この動
きを反映するために、図4には、AlとCuの原子が相当程度に激減した粒子の
境界37を示す。図5は、インキュベーションタイム・デルタTが、例えばAl
−Cu−Zn合金のインキュベーションタイム・デルタtの何倍も長いことを示
す。上昇部(knee)41は、上昇部42からインキュベーションタイム・デルタ
Tだけ離れており、このことは次のことを表わす。即ち、Al−Cu−Zn合金
から製造された金属化配線38を有する半導体素子において(エレクトロマイグ
レーションのために)ボイド21の形成がかなり遅延し、このことが金属化配線
の抵抗の増大の発生を遅らせ、従って、配線の金属化のパフォーマンスが減少す
ることを遅らせるということである。このことはまた、ICが故障してしまうと
いうことを遅延させる。例えば、インキュベーションタイム・デルタTをΔtの
1〜3倍長くでき、これにより、ICの寿命を事実上2倍から4倍にすることが
できる。
れた対向する粒子36(例えば、粒子36−1と36−2)を示す。エレクトロ
マイグレーションの結果として、粒子の境界37からのCu原子の激減が電子の
流れの作用により発生した。図5に示すように、Cu原子は、Al原子よりも重
いので、Cu原子が電子の流れにより移動することに抵抗する時間間隔(「イン
キュベーションタイム」、即ちデルタt)が存在する。Cu原子が粒子の境界3
7から一旦激減すると、Al原子は、同様のエレクトロマイグレーションプロセ
スにより粒子の境界37に沿ったエレクトロマイグレーションを始める。この動
きを反映するために、図4には、AlとCuの原子が相当程度に激減した粒子の
境界37を示す。図5は、インキュベーションタイム・デルタTが、例えばAl
−Cu−Zn合金のインキュベーションタイム・デルタtの何倍も長いことを示
す。上昇部(knee)41は、上昇部42からインキュベーションタイム・デルタ
Tだけ離れており、このことは次のことを表わす。即ち、Al−Cu−Zn合金
から製造された金属化配線38を有する半導体素子において(エレクトロマイグ
レーションのために)ボイド21の形成がかなり遅延し、このことが金属化配線
の抵抗の増大の発生を遅らせ、従って、配線の金属化のパフォーマンスが減少す
ることを遅らせるということである。このことはまた、ICが故障してしまうと
いうことを遅延させる。例えば、インキュベーションタイム・デルタTをΔtの
1〜3倍長くでき、これにより、ICの寿命を事実上2倍から4倍にすることが
できる。
【0027】
粒子の境界37からのAl原子の移動が迅速であっても、また、従来の技術に
よるAl−Cu合金においてこの原子が粒子36から迅速に移動するためにわず
かな動作寿命の後にAlがなくなることがあっても、粒子36内にZnがあるた
めにAl−Cu合金におけるこのような問題が回避される。特に、ソルバス曲線
(図2参照)によれば、100°CにおいてAlを含む固溶体内で4重量パーセ
ントものZnがあることがわかるので、図4において粒子36の内部に示すZn
原子は、かなりの量がある。図4は、(粒子36内でZnの重量パーセントが比
較的高いと)Zn原子がAlの粒子36からの移動を妨げることを示す。詳述す
れば、Zn原子は、Al原子が粒子の境界37へ直接移動することを妨げ、また
、Al原子が粒子36から粒子の境界37へ移動することを相当程度遅延させる
。こうして、粒子36内におけるボイド24(図1C参照)の形成は、Znのイ
ンキュベーションタイム・デルタTだけ遅くなる。このような遅延により、金属
化配線38の寿命を相当に改善することができる。
よるAl−Cu合金においてこの原子が粒子36から迅速に移動するためにわず
かな動作寿命の後にAlがなくなることがあっても、粒子36内にZnがあるた
めにAl−Cu合金におけるこのような問題が回避される。特に、ソルバス曲線
(図2参照)によれば、100°CにおいてAlを含む固溶体内で4重量パーセ
ントものZnがあることがわかるので、図4において粒子36の内部に示すZn
原子は、かなりの量がある。図4は、(粒子36内でZnの重量パーセントが比
較的高いと)Zn原子がAlの粒子36からの移動を妨げることを示す。詳述す
れば、Zn原子は、Al原子が粒子の境界37へ直接移動することを妨げ、また
、Al原子が粒子36から粒子の境界37へ移動することを相当程度遅延させる
。こうして、粒子36内におけるボイド24(図1C参照)の形成は、Znのイ
ンキュベーションタイム・デルタTだけ遅くなる。このような遅延により、金属
化配線38の寿命を相当に改善することができる。
【0028】
さらに、図6は、マイクロオーム−cmと追加の合金材料(重量パーセント)
との関係を示す。より好適な実施形態では、Znの重量パーセントが約2、Cu
の重量パーセントが約0.5であり、ZnとCuの抵抗率の値は、約2.8マイ
クロオーム−cmであり、このことを純粋なアルミニウムの抵抗率が約2.7で
あることと比較されたい。CuとZnのこのような重量パーセントの範囲におい
て、抵抗率は付加的であるので、ZnをAl−Cu合金に付加してもわずかに約
0.1マイクロオーム−cm増大するだけである。このように、Al−Cu−Z
n合金の全抵抗率は、比較的低いままにとどまる。
との関係を示す。より好適な実施形態では、Znの重量パーセントが約2、Cu
の重量パーセントが約0.5であり、ZnとCuの抵抗率の値は、約2.8マイ
クロオーム−cmであり、このことを純粋なアルミニウムの抵抗率が約2.7で
あることと比較されたい。CuとZnのこのような重量パーセントの範囲におい
て、抵抗率は付加的であるので、ZnをAl−Cu合金に付加してもわずかに約
0.1マイクロオーム−cm増大するだけである。このように、Al−Cu−Z
n合金の全抵抗率は、比較的低いままにとどまる。
【0029】
図7は、金属化配線38を有する代表的な半導体素子51の断面図である。素
子51は、その表面に形成された酸化層53および54を有する基板52を含む
。基板52上に形成され、離隔したソース−ドレイン領域57とポリシリコンゲ
ート58とを含むトランジスタ素子56が示されている。金属化ネットワーク6
1のうち第1の金属化配線38−1が酸化層53上に形成されている。コンタク
ト59は、配線38−1とポリシリコンゲート58との間に延在している。ネッ
トワーク61はまた、第1の金属化配線38−1と上面の酸化層54を覆うよう
に堆積された第2の金属化配線38−2との間に延在する導電性ビア62をも含
む。酸化層53および54に本発明にかかるAl−Cu−Zn合金を堆積させる
ことにより、金属化配線38は、このAl−Cu−Zn合金からそれぞれ製造す
ることができる。
子51は、その表面に形成された酸化層53および54を有する基板52を含む
。基板52上に形成され、離隔したソース−ドレイン領域57とポリシリコンゲ
ート58とを含むトランジスタ素子56が示されている。金属化ネットワーク6
1のうち第1の金属化配線38−1が酸化層53上に形成されている。コンタク
ト59は、配線38−1とポリシリコンゲート58との間に延在している。ネッ
トワーク61はまた、第1の金属化配線38−1と上面の酸化層54を覆うよう
に堆積された第2の金属化配線38−2との間に延在する導電性ビア62をも含
む。酸化層53および54に本発明にかかるAl−Cu−Zn合金を堆積させる
ことにより、金属化配線38は、このAl−Cu−Zn合金からそれぞれ製造す
ることができる。
【0030】
以上、本発明を明瞭に理解するためにより詳細に本発明を説明してきたが、最
初に記載した特許請求の範囲内において変更や修正を実施できることは明らかで
ある。従って、以上の実施形態は、説明のためのものであり本発明を制限するも
のではなく、本発明は、以上の詳細な説明に限定されることなく、特許請求の範
囲およびこれと均等な範囲内で修正可能であることを考慮されたい。
初に記載した特許請求の範囲内において変更や修正を実施できることは明らかで
ある。従って、以上の実施形態は、説明のためのものであり本発明を制限するも
のではなく、本発明は、以上の詳細な説明に限定されることなく、特許請求の範
囲およびこれと均等な範囲内で修正可能であることを考慮されたい。
【0031】
以上詳述したとおり、本発明によれば、金属化配線内のエレクトロマイグレー
ションを妨げるので、半導体素子の寿命を改善することができる。
ションを妨げるので、半導体素子の寿命を改善することができる。
【図1A】
粒子と粒子の境界とを有する従来の技術の金属化配線の一例の略示部分拡大図
である。
である。
【図1B】
図1Aに示す従来技術の金属化配線の粒子および粒子の境界をさらに拡大した
図であり、粒子の境界からのCu原子およびAl原子のエレクトロマイグレーシ
ョンを示す。
図であり、粒子の境界からのCu原子およびAl原子のエレクトロマイグレーシ
ョンを示す。
【図1C】
図1Aに示す従来技術の金属化配線の粒子および粒子の境界をさらに拡大した
図であり、粒子からのCu原子およびAl原子のエレクトロマイグレーションと
粒子内のボイドの形成とを示す。
図であり、粒子からのCu原子およびAl原子のエレクトロマイグレーションと
粒子内のボイドの形成とを示す。
【図2】
合金の構成における重量パーセントから観た、温度と合金の状態との関係を示
す状態図であり、Al−Zn合金のソルバス曲線は(Al−Cu合金におけるA
lとの固溶体におけるCu範囲が狭いことと比べて)Alとの固溶体におけるZ
nの範囲が比較的広いことを示す。
す状態図であり、Al−Zn合金のソルバス曲線は(Al−Cu合金におけるA
lとの固溶体におけるCu範囲が狭いことと比べて)Alとの固溶体におけるZ
nの範囲が比較的広いことを示す。
【図3】
粒子と粒子の境界とを有する、本発明にかかる金属化配線の拡大図である。
【図4】
本発明にかかる金属化配線の粒子および粒子の境界の部分拡大図であり、粒子
からのAl原子のエレクトロマイグレーションをZn原子が遅らせる様子を示す
。
からのAl原子のエレクトロマイグレーションをZn原子が遅らせる様子を示す
。
【図5】
本発明の金属化配線の粒子からAl原子が相当程度移動した場合における遅
延ΔTを示す、抵抗対時間のグラフである。
【図6】
AlにZnを追加した場合の抵抗率に与えるわずかな影響を示す、抵抗率とC
uおよびZnの他の合金とのグラフである。
uおよびZnの他の合金とのグラフである。
【図7】
本発明にかかるAl−Cu―Zn合金から形成された金属化配線を有する代表
的な半導体素子の断面図であり、配線は、導電ビアと導電コンタクトとを含む金
属化ネットワークを規定する。
的な半導体素子の断面図であり、配線は、導電ビアと導電コンタクトとを含む金
属化ネットワークを規定する。
21 ボイド
36 粒子
37 粒子の境界
38 金属化配線
51 半導体素子
52 基板
56 トランジスタ素子
57 ソース−ドレイン領域
58 ポリシリコンゲート
59 コンタクト
61 金属化ネットワーク
62 導電性ビア
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 サミット、エス.セングプタ
アメリカ合衆国カリフォルニア州、サンノ
ゼ、エヌ.キャピトル、アベニュ、259、
ナンバー、281
Fターム(参考) 5F033 HH10 JJ10 KK04 KK10 VV06
WW00 XX05
Claims (20)
- 【請求項1】 基板と、 前記基板上に画定され、エレクトロマイグレーションを妨げる組成をそれぞれ
有する複数の金属化配線と、を備え、 前記組成は、 ある重量パーセントのアルミニウムと、 ある重量パーセントの銅と、 ある重量パーセントの亜鉛と、を含む、 半導体素子。 - 【請求項2】 亜鉛の前記重量パーセントは、約4未満であることを特徴とする請求項1に記
載の半導体素子。 - 【請求項3】 亜鉛の前記重量パーセントは、約1から約2の範囲内であることを特徴とする
請求項1に記載の半導体素子。 - 【請求項4】 銅の前記重量パーセントは、約0.5であることを特徴とする請求項2に記載
の半導体素子。 - 【請求項5】 前記エレクトロマイグレーションを妨げる組成の構造は、 アルミニウムと亜鉛の固溶体を含む、 ことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
- 【請求項6】 前記固溶体は、粒子の形態をなし、この粒子は、粒子の境界によって画定され
、 前記構造は、 前記粒子の境界内で画定されるアルミニウムおよび銅の沈殿物をさらに含む、
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体素子。 - 【請求項7】 前記アルミニウムのエレクトロマイグレーションは、前記粒子の境界から発生
し、前記粒子からの前記アルミニウムのエレクトロマイグレーションを引き起こ
す傾向を有し、亜鉛の前記重量パーセントは、アルミニウムを有する前記固溶体
を画定するとともに前記粒子からの前記アルミニウムの前記エレクトロマイグレ
ーションを妨げるように選択されることを特徴とする請求項6に記載の半導体素
子。 - 【請求項8】 基板上に金属化配線層を形成する方法であって、 アルミニウム成分と、銅成分と、亜鉛成分とを含む金属化された組成を前記基
板上に堆積する工程を備える方法。 - 【請求項9】 前記亜鉛成分の重量パーセントは、約4未満であることを特徴とする請求項8
に記載の基板上に金属化配線層を形成する方法。 - 【請求項10】 前記亜鉛成分の重量パーセントは、約1重量パーセントから約2重量パーセン
トの範囲内であることを特徴とする請求項8に記載の基板上に金属化配線層を形
成する方法。 - 【請求項11】 前記銅成分の重量パーセントは、約0.5パーセントであることを特徴とする
請求項10に記載の基板上に金属化配線層を形成する方法。 - 【請求項12】 前記金属化配線層の構造は、アルミニウムと亜鉛の固溶体を含むことを特徴と
する請求項8に記載の基板上に金属化配線層を形成する方法。 - 【請求項13】 前記固溶体は、粒子の形態をなし、この粒子は、粒子の境界によって画定され
、 前記構造は、 前記粒子の境界内で画定されるアルミニウムおよび銅の沈殿物をさらに含む、
ことを特徴とする請求項12に記載の基板上に金属化配線層を形成する方法。 - 【請求項14】 エレクトロマイグレーションが前記粒子の境界から前記アルミニウムを減少さ
せる傾向を有し、前記粒子からの前記アルミニウムの移動を引き起こし、前記粒
子からの前記アルミニウムの移動を遅らせるために、前記亜鉛成分の前記重量パ
ーセントは、約4未満であることを特徴とする請求項13に記載の基板上に金属
化配線層を形成する方法。 - 【請求項15】 前記亜鉛成分の前記重量パーセントは、約1重量パーセントから約2重量パー
セントの範囲内であることを特徴とする請求項14に記載の基板上に金属化配線
層を形成する方法。 - 【請求項16】 改良された金属化が実行された配線を備える半導体素子であって、 粒子の境界によって画定された粒子を有する金属化配線層と、 少なくとも一つの金属化層と、を備え、 前記境界は、前記粒子内に画定されたアルミニウムと銅の沈殿物を多量に有し
、 前記金属化層は、粒子の境界によって画定される粒子を含み、 前記粒子は、アルミニウムと亜鉛の固溶体を有し、 前記粒子の境界は、エレクトロマイグレーションが前記粒子の境界から前記ア
ルミニウムを減少させる傾向を有し、前記粒子からの前記アルミニウムの移動を
引き起こすように、アルミニウムおよび銅の沈殿物を有し、 前記亜鉛は、前記アルミニウムが前記粒子から移動することを妨げることによ
り、配線の金属化の実行を改良するために効果的である、 半導体素子。 - 【請求項17】 前記層は、ある重量パーセントのアルミニウムと、ある重量パーセントの銅と
、ある重量パーセントの亜鉛と、を含み、亜鉛の前記重量パーセントは、約4未
満であることを特徴とする請求項16に記載の半導体素子。 - 【請求項18】 前記層は、ある重量パーセントのアルミニウムと、ある重量パーセントの銅と
、ある重量パーセントの亜鉛と、を含み、亜鉛の前記重量パーセントは、約1か
ら約2の範囲内であることを特徴とする請求項16に記載の半導体素子。 - 【請求項19】 前記層は、ある重量パーセントのアルミニウムと、ある重量パーセントの銅と
、ある重量パーセントの亜鉛と、を含み、亜鉛の前記重量パーセントは、約1か
ら約2の範囲内であり、銅の前記重量パーセントは、約0.5±0.4であるこ
とを特徴とする請求項16に記載の半導体素子。 - 【請求項20】 前記亜鉛の前記重量パーセントは、前記金属化層の抵抗率を実質的に増大させ
ることなく、アルミニウムを有する前記固溶体を画定するとともに前記粒子から
の前記アルミニウムのエレクトロマイグレーションを妨げるように選択される
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体素子。
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-
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