JP2015133509A - 銅プラグを有する半導体デバイスとその形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】絶縁層がデバイスの最終配線層と接触する銅プラグを有する、半導体デバイスを提供する。【解決手段】提供される半導体デバイスは、最終配線層が導電材料を備える半導体基板と、最終配線層上に形成されたビア開口部を有する絶縁層と、ビア開口部内に形成された銅プラグと、絶縁層上に形成され銅プラグを直接覆うように形成されたキャップ層と、キャップ層上に直接形成され銅プラグと位置合わせされ開口を有する誘電層とを備える。一実施形態では、銅プラグと絶縁層とを分離する障壁層も存在可能である。一実施形態では、絶縁層と銅プラグとの間にアルミニウム層も存在可能である。【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体デバイスに関し、より具体的には、パッケージに接合し銅プラグを有するフリップ・チップに好適な、半導体デバイスに関する。
いわゆるフリップ・チップ・パッケージは、従来のワイヤ・ボンディングされたパッケージに対していくつかの利点を提供するため、一般に、半導体デバイスをパッケージに接合するために使用される。これらの利点には、コンパクトさ、耐久性、およびコストが含まれる。フリップ・チップ接合用の半導体デバイスでは、半導体デバイスは、絶縁層と、ボール制限冶金(ball limiting metallurgy)(時にはアンダーバンプ冶金と呼ばれる)および多量のはんだを受け取るためのビア開口部が存在する最終不活性化層(final layer of passivation)とを有する。絶縁層材料は、たとえば窒化シリコンまたは酸化シリコンとすることが可能であり、最終不活性化層材料は、たとえばポリイミドまたは感光性ポリイミドとすることができる。
ボール制限冶金およびはんだを有する完成半導体チップは、プリント回路基板またはセラミック基板などのパッケージと接触して配置し、その後加熱して、はんだをリフローさせ、半導体チップをパッケージに接合させることができる。
本発明は、現在半導体デバイス上で使用されている最終アルミニウム層を、構造体の絶縁層内の銅プラグに置き換える。本発明の諸実施形態は、現在最終アルミニウム層を使用している半導体設計の、エレクトロマイグレーションおよび構造上の問題に対処する。
本発明の1態様では、複数の配線層を有する半導体基板であって、(a)最終配線層が導電材料を備える半導体基板と、(b)最終配線層上に形成された絶縁層であって、最終配線層内の前記導電材料を露出させるために内部に形成されたビア開口部を有する、絶縁層と、(c)ビア開口部内に形成された障壁層と、(d)障壁層上に形成され、ビア開口部を埋める銅プラグであって、最終配線層に対して45度から75度の角度を成す壁を有する、銅プラグと、(e)絶縁層上に形成され、かつ銅プラグを直接覆うように形成されたキャップ層であって、銅プラグの銅の酸化を防止し、壁に直接接する、キャップ層と、(f)キャップ層上に直接形成され、銅プラグと位置合わせされ開口を有する誘電層であって、前記開口は、前記銅プラグよりも大きく、前記銅プラグを覆う前記キャップ層を露出させ、かつ前記銅プラグを覆わない前記キャップ層の部分をも露出させる、誘電体層と、 を備える、半導体デバイスが提供される。
本発明の他の1態様によれば、(a)複数の配線層を有する半導体基板であって、最終配線層が導電材料を備える、半導体基板と、(b)最終配線層上に形成された絶縁層であって、絶縁層が最終配線層内の導電材料を露出させるために内部に形成されたビア開口部を有する、絶縁層と、(c)ビア開口部内に形成された障壁層と、(d)障壁層上に形成され、ビア開口部を埋める銅プラグと、(e)絶縁層上に形成され、かつ銅プラグを直接覆うように形成されたキャップ層であって、銅プラグの銅の酸化を防止する、キャップ層と、(f)キャップ層上に直接形成され、銅プラグと位置合わせされた開口を有する誘電層と、(g)誘電層上および誘電層の前記開口内に形成されたボール制限冶金層と、を備える、半導体デバイスが提供される。
本発明の他の1態様によれば、(a)複数の配線層を有する半導体基板であって、最終配線層が導電材料を備える、半導体基板を準備するステップと、(b)最終配線層上に絶縁層を形成するステップと、(c)絶縁層内にビア開口部を形成して、最終配線層内の導電材料を露出させるステップと、(d)ビア開口部内に障壁層を形成するステップと、(e)隔壁層上に銅プラグを形成し、ビア開口部を埋めるステップであって、銅プラグは、最終配線層に対して45度から75度の角度を成す壁を有する、ステップと、(f)絶縁層上に、銅プラグを直接覆うようにキャップ層を形成するステップであって、キャップ層は、銅プラグの銅の酸化を防止し、前記壁に直接接する、ステップと、(g)キャップ層上に直接誘電層を形成するステップであって、誘電層は銅プラグと位置合わせされた開口を有し、その開口は、銅プラグよりも大きく、銅プラグを覆うキャップ層を露出させ、かつ銅プラグを覆わないキャップ層の部分をも露出させる、ステップとを備える、半導体デバイスの形成方法が提供される。
本発明の他の1態様によれば、(a)複数の配線層を有する半導体基板であって、最終配線層が導電材料を備える、半導体基板を準備するステップと、(b)最終配線層上に絶縁層を形成するステップと、(c)絶縁層内にビア開口部を形成して、最終配線層内の前記導電材料を露出させるステップであって、ビア開口部は絶縁層の全体の厚さに渡って形成される、ステップと、(d)ビア開口部内にアルミニウム層を形成するステップであって、前記アルミニウム層は前記絶縁層の全体の厚さより上の高さまで延び、かつ側壁と底部を有する、ステップと、(e)アルミニウム層上に障壁層を形成するステップであって、障壁層はアルミニウム層の側壁と底部に沿って形成される、ステップと、(f)障壁層上にビア開口部を埋める銅プラグを形成するステップであって、銅プラグは絶縁層の全体の厚さより上の高さまで延びる、ステップと、を備える、半導体デバイスの形成方法が提供される。
新規であると思われる本発明の特徴および本発明の要素特性については、添付の特許請求の範囲で具体的に示される。図面は単なる例示の目的であり、正確な縮尺ではない。しかしながら本発明自体は、組織と動作方法の両方に関して、添付の図面に関連して以下に記載された詳細な説明を参照することにより、最もよく理解されるであろう。
図面、特に図1をより詳細に参照すると、本発明の第1の実施形態の断面図が示されている。半導体デバイス10は、半導体材料、トランジスタなどのライン・フィーチャのフロント・エンド、およびライン配線層のバック・エンドを含む、半導体基板12を備える。図1では、見やすいように最終配線層14のみが示されている。最終配線層14は、誘電材料16および金属配線ライン18を含む。金属配線ライン18の組成は任意の特定の冶金に限定されるものではなく、たとえば金属配線ライン18には、アルミニウム、アルミ銅合金、銅、銅合金、または当業者に知られた他の導電性材料を使用することができる。半導体材料は、シリコン、シリコン・ゲルマニウム、ゲルマニウムなどのIV族半導体、III−V化合物半導体、またはII−VI化合物半導体を含むが、これらに限定され
ない、任意の半導体材料とすることができる。
ない、任意の半導体材料とすることができる。
金属配線ライン8中の金属は、その所望の電気的特性により、好ましくは銅である。銅の使用には、信頼性に影響を与える可能性のあるエレクトロマイグレーション問題を含む、内在する問題もある。また銅は、酸化を防止するために大気から、および、エレクトロマイグレーション性能に悪影響を与える抵抗性金属間副生成物の形成から、保護しなければならない。
したがって本発明者等は、ウェハ仕上げのための導電材料と、後続のボール制限冶金蒸着プロセスのための平面とを提供する働きをする、絶縁層内の銅プラグを提案してきた。銅プラグは、基礎となる銅配線層への損傷も防止する。
さらに図1を参照すると、半導体デバイス10は、1つまたは複数の個々の副層をさらに備えることが可能な絶縁層20を備える。好ましい一実施形態では、絶縁層20は、NBLoK(NBLoKはApplied Materials, Inc.の商標である)副層22、二酸化シリコン副層24、および窒化シリコン副層26を含む。別の方法として、窒化シリコンをNBLoK副層22の代用としてもよい。絶縁層20には、他の材料を使用することができる。他の実施形態では、副層22と副層24との間に追加の窒化物副層(図示せず)が存在してもよい。絶縁層20は、電気的絶縁層として働くことになる単数または複数の任意の誘電材料を備えることができる。例示の目的で、こうした誘電材料はSiCOH組成物などの低誘電性材料とすることができるが、これらに限定されるものではない。絶縁層20内には銅プラグ28が含められ、好ましくは、たとえばタンタルおよび窒化タンタルの障壁層30が存在する。障壁層30には、チタニウム、チタン・タングステン、窒化チタン、または窒化タングステンなどの他の材料を使用することが可能である。最も好ましくは、半導体デバイス10は、銅プラグ28を酸化から保護するためのキャップ層32も含む。キャップ層32は、NBLoKなどの窒化物であってよいが、キャップ層32には窒化シリコン、窒化タンタル、または窒化チタンなどの他の材料も使用することができる。
次に図2を参照すると、本発明の第2の実施形態が開示されている。半導体デバイス110は、ここでは半導体デバイス110が内部に形成されたビア36を有する不活性化層34を含む点を除き、半導体デバイス10(図1)とほぼ同様である。使用時には、パッケージに接合するための多量のはんだの受け取りに備えて、ボール制限冶金(図2では図示せず)が蒸着されることになる。不活性化層34は、ポリイミド、感光性ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ベンゾシクロブテン(BCB)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、または他の誘電材料から、製造することができる。
次に図9を参照すると、本発明の第3の実施形態が開示されている。半導体デバイス120は、半導体材料、トランジスタなどのライン・フィーチャのフロント・エンド、およびライン配線層のバック・エンドを含む、半導体基板12を備える。図9では、見やすいように最終配線層14のみが示されている。最終配線層14は、誘電材料16および金属配線ライン18を含む。半導体基板および最終配線層14の材料は、図1に示された第1の実施形態10に関連して論じられたものと同じである。第3の実施形態の半導体デバイス120は、図1に関連して前述した副層22、24、および26を有する絶縁層20も含むことができる。半導体デバイス120は、絶縁層20と接触するアルミニウム層50をさらに含むことができる。図9に示されるように、アルミニウム層50の一部は、絶縁
層20の上部表面40上に存在するように延在することもできる。その後、半導体デバイス120は、好ましい障壁層30および銅プラグ28をさらに含む。銅プラグ28の厚さは、性能およびプロセス要件に基づいて加減することができる。次にオプションの、コバルト、コバルト/タングステン/リン、または他のコバルト合金のキャップ層52を、たとえばめっきによって銅プラグ28上に蒸着することができる。後続の処理では、銅プラグ28の表面を洗浄することができるため、結果としてオプションのキャップ層52が不要である場合、および蒸着不要である場合がある。前述のように、最終アルミニウム層に関連付けられたエレクトロマイグレーション問題が存在するが、本発明の発明的銅プラグ28は、半導体デバイス120のエレクトロマイグレーションを向上させる。
層20の上部表面40上に存在するように延在することもできる。その後、半導体デバイス120は、好ましい障壁層30および銅プラグ28をさらに含む。銅プラグ28の厚さは、性能およびプロセス要件に基づいて加減することができる。次にオプションの、コバルト、コバルト/タングステン/リン、または他のコバルト合金のキャップ層52を、たとえばめっきによって銅プラグ28上に蒸着することができる。後続の処理では、銅プラグ28の表面を洗浄することができるため、結果としてオプションのキャップ層52が不要である場合、および蒸着不要である場合がある。前述のように、最終アルミニウム層に関連付けられたエレクトロマイグレーション問題が存在するが、本発明の発明的銅プラグ28は、半導体デバイス120のエレクトロマイグレーションを向上させる。
次に図10を参照すると、本発明の第4の実施形態が開示されている。半導体デバイス130は、ここでは半導体デバイス130が内部に形成されたビア36を有する不活性化層34を含む点を除き、半導体デバイス120(図9)とほぼ同様である。使用時には、パッケージに接合するための多量のはんだの受け取りに備えて、ボール制限冶金(図示せず)が蒸着されることになる。不活性化層は、図2の半導体デバイス110内の不活性化層34と同じ材料で生成可能である。
次に図3から図8に進むと、図1および図2の半導体デバイス10、110を形成するためのプロセスについて考察される。第1に図3を参照すると、半導体材料、トランジスタなどのライン・フィーチャのフロント・エンド、およびライン配線層のバック・エンドを含む、半導体基板12が示されている。図3では、見やすいように最終配線層14のみが示されている。最終配線層14は、誘電材料16および金属配線ライン18を含む。金属配線ライン18中の金属は、その所望の電気的特性により、好ましくは銅であるが、前述の導電材料のうちのいずれかとすることができる。半導体基板12の頂部上には、絶縁層20が形成されている。絶縁層20は、1つまたは複数の個々の副層を備えることができる。好ましい一実施形態では、絶縁層20は、NBLoK(窒素ドープ炭化シリコン)副層22、二酸化シリコン副層24、および窒化シリコン副層26を含む。所望であれば、窒化シリコンをNBLoK副層22の代用としてもよい。前述のように、絶縁層20には他の材料を使用することができる。他の好ましい実施形態では、副層22と24との間に追加の窒化物層(図示せず)が存在してもよい。副層22、24、26のそれぞれは、プラズマ化学気相蒸着法(plasma enhanced chemical vapor deposition)などの従来の方法によって蒸着可能である。例示の目的で、NBLoK副層22は1000オングストロームの厚さを有することが可能であり、二酸化シリコン副層24および窒化シリコン副層26は合わせて8500オングストロームの厚さを有することが可能であるが、これらに限定されるものではない。また例示の目的で、二酸化シリコン副層24の厚さは4500オングストローム、窒化シリコン副層26の厚さは4000オングストロームとすることが可能であるが、これらに限定されるものではない。
次に図4を参照すると、絶縁層20内に開口部38が形成されている。開口部38は、反応性イオン・エッチングなどの従来の方法によって形成可能である。図を見るとわかるように、開口部38の壁は、最も好ましくは垂直ではなく外側に傾斜している。開口部38の壁は、銅プラグ28の現在広まっている最良の適用例の場合、水平に対して45度から75度、最も好ましくは60度の角度αで傾斜しているものとする。開口部38の壁のこの傾斜角度αは、ビア開口部の壁が水平に対して傾斜している図9に関しても見られる。副層22を貫通するエッチングは、NBLoK層の場合、副層24、26を貫通するエッチングとは異なるエッチング・ステップを必要とする場合がある。こうした異なるエッチング・ステップは、CHF3、CH2F2、またはCH3Fなどのフッ化炭化水素化学
を使用する、反応性イオン・エッチングによるものとすることができる。灰化または湿式洗浄などの、反応性イオン・エッチング後の洗浄ステップも望ましい場合がある。開口部38の形成後、銅配線18が露出される。銅配線18の酸化傾向により、本明細書で説明される処理中に、露出された銅配線18を非酸化性大気内に維持するステップを行うことができる。次の処理ステップの前に、いかなる残余酸化銅も除去されるものとする。
を使用する、反応性イオン・エッチングによるものとすることができる。灰化または湿式洗浄などの、反応性イオン・エッチング後の洗浄ステップも望ましい場合がある。開口部38の形成後、銅配線18が露出される。銅配線18の酸化傾向により、本明細書で説明される処理中に、露出された銅配線18を非酸化性大気内に維持するステップを行うことができる。次の処理ステップの前に、いかなる残余酸化銅も除去されるものとする。
次に図5を参照すると、好ましい一実施形態では、開口部38の少なくとも側面および底面のラインが絶縁層20内に形成されるように、化学気相蒸着、物理気相蒸着、スパッタリング、またはめっきなどの、従来の手段によって、障壁層30が蒸着される。障壁層30は、前述の障壁層材料のいずれかとすることができる。例示の目的で、障壁層30は1000オングストロームの厚さを有することができるが、これに限定されるものではない。次に、障壁層30の側面および底面上に銅を蒸着することによって、銅プラグ28が形成される。開口部38を少なくとも埋め、好ましくは過充填するように、十分な銅が蒸着されるものとする。たとえば5000から10000オングストロームの過充填のような、銅の十分な過装入(overburden)が存在することが好ましい。例示の目的で、好ましい一実施形態では、銅プラグ28は8500オングストロームの厚さを有することができるが、これに限定されるものではない。銅プラグ28の8500オングストロームの厚さおよび障壁層30の1000オングストロームの厚さによって、9500オングストロームの総厚さが得られ、これは絶縁層20の総厚さに等しいことに留意されたい。他の好ましい実施形態では、障壁層は分注(dispense)が可能であり、銅プラグ28の厚さは、以前は障壁層30によって占有されていたスペースを塞ぐように増加されなければならない
ことになる。
ことになる。
様々な層およびフィーチャに関する前述の寸法は、単なる例示の目的であり、限定するためのものではない。現代および将来の半導体設計は、こうした設計の設計要件を満たすためにより薄くまたはより厚くするように、様々な層およびフィーチャの厚さを必要とする可能性がある。したがって、前述の様々な層およびフィーチャのこうしたより薄いかまたは厚い厚さは、本発明の範囲内にある。
銅プラグ28は、電気めっき、スパッタリング、またはめっきを含む、いくつかの方法のうちのいずれかによって蒸着可能である。障壁層30および銅プラグ28の材料は、ブランケット膜(blanket film)として蒸着される場合があるため、これらの同じ材料を絶縁層20の上部表面40から除去する必要がある。好ましい一方法では、過剰材料は化学的機械的研磨プロセスによって除去されるため、結果として障壁層30および銅プラグ28の材料は、図5に示されるように、絶縁層20内の以前の開口部38内にのみ残存する。
本発明の好ましい実施形態では、スルーめっき(through plating)を使用して銅プラグ28に銅を蒸着することができる。障壁層30の蒸着後、レジストが蒸着され、開口部38の上のレジスト内に開口部を形成するために、フォトリソグラフィ法でパターニングされることになる。その後、レジスト内の開口部を貫通して開口部38内へと銅がめっきされる。十分な銅が蒸着されるとレジストは取り除かれ、化学的機械的研磨プロセスによって、いかなる過剰材料も除去することができる。別の方法として、湿式および乾式の両方のエッチング・オプションを含む、選択的エッチング・プロセスを使用して、障壁の冶金に対してカスタマイズされた組成および除去されることになる充填材料と共に、フィールド領域内のいかなる過剰な銅も除去することができる。
本発明の代替方法では、障壁層30の材料を蒸着した後、化学的機械的研磨によって上部表面40から過剰部分が除去され、続いて銅プラグ28に対して銅が蒸着され、続いて他の化学的機械的研磨ステップが行われることが可能である。連続する化学的機械的研磨ステップの代替方法は、特別な化学的機械的研磨ステップが含まれている為、好ましくない。
次に図6を参照すると、本発明に従ったプロセスの好ましい実施形態が示されている。キャップ層42は、絶縁層20、障壁層30、および銅プラグ28を覆って、たとえばプラズマ化学気相蒸着法によって蒸着される。キャップ層42は、NBLoKまたは窒化シリコンなどの窒化物層であってよく、500オングストロームまたは500オングストローム未満の厚さに蒸着することができる。キャップ層42はオプションであるが、銅プラグ28内の銅の酸化を防止するためには好ましい。キャップ層42の指定された材料および厚さは例示の目的であり、限定的なものではない。
処理のこの時点で、図1に示されるような半導体デバイス10は完了する。
次に図7を参照すると、不活性化層34は、スピン印加法(spin apply method)などによって従来の方法で蒸着される。その後不活性化層34は、開口部36を形成するために、フォトリソグラフィ法でパターニングされ、反応性イオン・エッチングなどによってエッチングされる。
処理のこの時点で、図2に示されるような半導体デバイス110は完了する。
次に図8を参照すると、開口部38内のキャップ層42の一部が、反応性イオン・エッチングによってエッチ・オープンされ、次に、従来のボール制限冶金44が蒸着される。その後、半導体デバイス110をパッケージ(図示せず)に接合させるために、開口部38内のボール制限冶金44上に多量のはんだ(図示せず)が蒸着されることになる。
半導体デバイス120(図9)を生成するためのプロセスは、アルミニウム層50およびキャップ層52を加えることを除き、半導体デバイス10、110のプロセスと同様である。アルミニウムは、従来の手段によって蒸着およびパターニング可能である。所望の厚さまでスルーめっきすることによって、銅を蒸着することが最も好ましい。銅プラグ28は、必ずしもアルミニウム層50と同一面にはならない。銅プラグ28がキャップ層52を有する場合、キャップ層52は必ずしもアルミニウム層50と同一面にはならない。
半導体デバイス130(図10)を生成するためのプロセスは、前述のように不活性化層34が蒸着できることを除き、半導体デバイス120のプロセスと同様である。不活性化層34はリソグラフィ法でパターニングし、その後、所望であればボール制限冶金を蒸着することができる。
半導体デバイス110を製造するための前述のプロセスは、銅プラグ28が蒸着される前に不活性化層34を蒸着されるように修正することができる。この修正されたプロセスでは、開口部38を形成した後、不活性化層34が蒸着される。不活性化層34は、開口部36を形成し、開口部38からいかなる不活性化材料をも除去するように、フォトリソグラフィ法でパターニングすることができる。その後、障壁層30はブランケット蒸着によって蒸着され、次に、ボトムアップめっきプロセスを使用して、銅プラグ28のスルーめっきを行うことができる。その後、所望であればボール制限冶金を蒸着することができる。
不活性化層34を有する半導体デバイス130を製造するための前述のプロセスは、銅プラグ28が蒸着される前に不活性化層34が蒸着されるように修正することができる。この修正されたプロセスでは、絶縁層20内の開口部を形成した後、アルミニウム層50が形成され、その後、不活性化層34が蒸着される。不活性化層34は、開口部36を形成し、絶縁層20内の開口部からいかなる不活性化材料をも除去するように、フォトリソグラフィ法でパターニングすることができる。その後、障壁層30はブランケット蒸着によって蒸着され、次に、ボトムアップめっきプロセスを使用して、銅プラグ28のスルーめっきを行った後、キャップ層52を蒸着することができる。その後、所望であればボール制限冶金を蒸着することができる。
本開示を考慮する当業者であれば、本明細書で具体的に説明された諸実施形態を超える本発明の他の修正が、本発明の趣旨を逸脱することなく実行可能であることが明らかとなろう。したがってこうした修正は本発明の範囲内にあるものとみなされ、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。
Claims (8)
- 複数の配線層を有する半導体基板であって、最終配線層が導電材料を備える、半導体基板と、
前記最終配線層上に形成された絶縁層であって、前記最終配線層内の前記導電材料を露出させるために内部に形成されたビア開口部を有する、絶縁層と、
前記ビア開口部内に形成された障壁層と、
前記障壁層上に形成され、前記ビア開口部を埋める銅プラグであって、前記最終配線層に対して45度から75度の角度を成す壁を有する、銅プラグと、
前記絶縁層上に形成され、かつ前記銅プラグを直接覆うように形成されたキャップ層であって、前記銅プラグの銅の酸化を防止し、前記壁に直接接する、キャップ層と、
前記キャップ層上に直接形成され、前記銅プラグと位置合わせされ開口を有する誘電層であって、前記開口は、前記銅プラグよりも大きく、前記銅プラグを覆う前記キャップ層を露出させ、かつ前記銅プラグを覆わない前記キャップ層の部分をも露出させる、誘電体層と、
を備える、半導体デバイス。 - 複数の配線層を有する半導体基板であって、最終配線層が導電材料を備える、半導体基板と、
前記最終配線層上に形成された絶縁層であって、前記最終配線層内の前記導電材料を露出させるために内部に形成されたビア開口部を有する、絶縁層と、
前記ビア開口部を埋める銅プラグであって、前記最終配線層に対して45度から75度の角度を成す壁を有する、銅プラグと、
前記絶縁層上に形成され、かつ前記銅プラグを直接覆うように形成されたキャップ層であって、前記銅プラグの銅の酸化を防止し、前記壁に直接接する、キャップ層と、
前記キャップ層上に直接形成され、前記銅プラグと位置合わせされた開口を有する誘電層であって、前記開口は、前記銅プラグよりも大きく、前記銅プラグを覆う前記キャップ層を露出させ、かつ前記銅プラグを覆わない前記キャップ層の部分をも露出させる、誘電体層と、
を備える、半導体デバイス。 - 複数の配線層を有する半導体基板であって、最終配線層が導電材料を備える、半導体基板と、
前記最終配線層上に形成された絶縁層であって、前記最終配線層内の前記導電材料を露出させるために内部に形成されたビア開口部を有する、絶縁層と、
前記ビア開口部内に形成された障壁層と、
前記障壁層上に形成され、前記ビア開口部を埋める銅プラグと、
前記絶縁層上に形成され、かつ前記銅プラグを直接覆うように形成されたキャップ層であって、前記銅プラグの銅の酸化を防止する、キャップ層と、
前記キャップ層上に直接形成され、前記銅プラグと位置合わせされた開口を有する誘電層と、
前記誘電層上および前記誘電層の前記開口内に形成されたボール制限冶金層と、
を備える、半導体デバイス。 - 複数の配線層を有する半導体基板であって、最終配線層が導電材料を備える、半導体基板と、
前記最終配線層上に形成された絶縁層であって、前記最終配線層内の前記導電材料を露出させるために内部に形成されたビア開口部を有する、絶縁層と、
前記ビア開口部を埋める銅プラグと、
前記絶縁層上に形成され、かつ前記銅プラグを直接覆うように形成されたキャップ層であって、前記銅プラグの銅の酸化を防止する、キャップ層と、
前記キャップ層上に直接形成され、前記銅プラグと位置合わせされた開口を有する誘電層と、
前記誘電層上および前記誘電層の前記開口内に形成されたボール制限冶金層と、
を備える、半導体デバイス。 - 複数の配線層を有する半導体基板であって、最終配線層が導電材料を備える、半導体基板を準備するステップと、
前記最終配線層上に絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層内にビア開口部を形成して、前記最終配線層内の前記導電材料を露出させるステップと、
前記ビア開口部内に障壁層を形成するステップと、
前記隔壁層上に銅プラグを形成し、前記ビア開口部を埋めるステップであって、前記銅プラグは、前記最終配線層に対して45度から75度の角度を成す壁を有する、ステップと、
前記絶縁層上に、前記銅プラグを直接覆うようにキャップ層を形成するステップであって、前記キャップ層は、前記銅プラグの銅の酸化を防止し、前記壁に直接接する、ステップと、
前記キャップ層上に直接誘電層を形成するステップであって、前記誘電層は銅プラグと位置合わせされた開口を有し、前記開口は、前記銅プラグよりも大きく、前記銅プラグを覆う前記キャップ層を露出させ、かつ前記銅プラグを覆わない前記キャップ層の部分をも露出させる、ステップと、
を備える、半導体デバイスの形成方法。 - 半導体基板の最終配線層上に絶縁層を形成するステップと、
前記最終配線層内の導電材料を露出させるために、前記絶縁層内にビア開口部を形成するステップと、
前記ビア開口部を埋める銅プラグを形成するステップであって、前記銅プラグは、前記最終配線層に対して45度から75度の角度を成す壁を有する、ステップと、
前記絶縁層上に、前記銅プラグを直接覆うようにキャップ層を形成するステップであって、前記キャップ層は、前記銅プラグの銅の酸化を防止し、前記壁に直接接する、ステップと、
前記キャップ層上に直接誘電層を形成するステップであって、前記誘電層は銅プラグと位置合わせされた開口を有し、前記開口は、前記銅プラグよりも大きく、前記銅プラグを覆う前記キャップ層を露出させ、かつ前記銅プラグを覆わない前記キャップ層の部分をも露出させる、ステップと、
を備える、半導体デバイスの形成方法。 - 複数の配線層を有する半導体基板であって、最終配線層が導電材料を備える、半導体基板と、
前記最終配線層上に形成された絶縁層であって、前記最終配線層内の前記導電材料を露出させるために内部に形成されたビア開口部を有し、当該ビア開口部は前記絶縁層の全体の厚さに渡って形成される、絶縁層と、
前記ビア開口部内に形成されたアルミニウム層であって、前記絶縁層の全体の厚さより上の高さまで延び、かつ側壁と底部を有する、アルミニウム層と、
前記アルミニウム層上に形成された障壁層であって、前記アルミニウム層の側壁と底部に沿って形成された障壁層と、
前記障壁層上に形成され、前記ビア開口部を埋める銅プラグであって、前記絶縁層の全体の厚さより上の高さまで延びる、銅プラグと、
を備える、半導体デバイス。 - 複数の配線層を有する半導体基板であって、最終配線層が導電材料を備える、半導体基板を準備するステップと、
前記最終配線層上に絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層内にビア開口部を形成して、前記最終配線層内の前記導電材料を露出させるステップであって、前記ビア開口部は前記絶縁層の全体の厚さに渡って形成される、ステップと、
前記ビア開口部内にアルミニウム層を形成するステップであって、前記アルミニウム層は前記絶縁層の全体の厚さより上の高さまで延び、かつ側壁と底部を有する、ステップと、
前記アルミニウム層上に障壁層を形成するステップであって、前記障壁層は前記アルミニウム層の側壁と底部に沿って形成される、ステップと、
前記障壁層上に前記ビア開口部を埋める銅プラグを形成するステップであって、前記銅プラグは前記絶縁層の全体の厚さより上の高さまで延びる、ステップと、
を備える、半導体デバイスの形成方法。
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