JP3167948B2 - 導電構造およびその形成 - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路チ
ップ、特に、いくつかのレベルの配線が必要とされる半
導体集積回路チップ上の相互接続配線のための導電構造
に関するものである。
ップ、特に、いくつかのレベルの配線が必要とされる半
導体集積回路チップ上の相互接続配線のための導電構造
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】トレンチなどを形成するためにＳｉＯ2
または他の誘電体のパターニング、続いてトレンチを充
填するコンフォーマル金属付着、続いてトレンチ外の金
属を除去するための化学機械研磨によるコンフォーマル
金属の平坦化は、ダマシン（Ｄａｍａｓｃｅｎｅ）プロ
セスと呼ばれている。ダマシン・プロセスでは、パター
ニングされた誘電体内に形成されたトレンチすなわちリ
セスに、導体が充填されるが、導体は誘電体特徴部（ｆ
ｅａｔｕｒｅｓ）の表面から完全に除去される。ダマシ
ン・プロセスは、オンチップ配線応用のためのラインお
よびバイアを形成するのに用いられる。反応性イオン・
エッチング（ＲＩＥ）により導体金属がパターニングさ
れ、続いて誘電体のコンフォーマル付着が行われ、続い
て化学機械研磨による誘電体の平坦化が行われるオンチ
ップ配線プロセスは、かなり高価であり、用いられる合
金元素の量を制限し、アラインメントの問題がある。
または他の誘電体のパターニング、続いてトレンチを充
填するコンフォーマル金属付着、続いてトレンチ外の金
属を除去するための化学機械研磨によるコンフォーマル
金属の平坦化は、ダマシン（Ｄａｍａｓｃｅｎｅ）プロ
セスと呼ばれている。ダマシン・プロセスでは、パター
ニングされた誘電体内に形成されたトレンチすなわちリ
セスに、導体が充填されるが、導体は誘電体特徴部（ｆ
ｅａｔｕｒｅｓ）の表面から完全に除去される。ダマシ
ン・プロセスは、オンチップ配線応用のためのラインお
よびバイアを形成するのに用いられる。反応性イオン・
エッチング（ＲＩＥ）により導体金属がパターニングさ
れ、続いて誘電体のコンフォーマル付着が行われ、続い
て化学機械研磨による誘電体の平坦化が行われるオンチ
ップ配線プロセスは、かなり高価であり、用いられる合
金元素の量を制限し、アラインメントの問題がある。
【０００３】ダマシン・プロセスに現在用いられる金属
（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）は、例えば、２００オングス
トロームのチタン・ライナと、低温付着された２５００
オングストロームのＡｌ−１重量％・Ｓｉ−０．５重量
％・Ｃｕ合金と、約５００℃で付着された５０００オン
グストロームのＡｌ−０．５重量％・Ｃｕ合金とよりな
る交互ＲＩＥプロセスに用いられる金属と同じである。
この場合、アルミニウム合金は、平均して０．３３％の
共晶形成シリコンを有している。チタンは、高温付着の
際に非常に硬い大粒状のＴｉＡｌ3 を形成し、これが導
体ラインの側壁にクラックを生じさせる。研磨によって
大領域の誘電体からＴｉＡｌ3 を除去することは非常に
時間がかかり、このことが軟質アルミニウム合金で作る
ことのできる導体の上部のかなりの過研磨を生じる。そ
の結果、導体のシート抵抗が高くなる。
（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）は、例えば、２００オングス
トロームのチタン・ライナと、低温付着された２５００
オングストロームのＡｌ−１重量％・Ｓｉ−０．５重量
％・Ｃｕ合金と、約５００℃で付着された５０００オン
グストロームのＡｌ−０．５重量％・Ｃｕ合金とよりな
る交互ＲＩＥプロセスに用いられる金属と同じである。
この場合、アルミニウム合金は、平均して０．３３％の
共晶形成シリコンを有している。チタンは、高温付着の
際に非常に硬い大粒状のＴｉＡｌ3 を形成し、これが導
体ラインの側壁にクラックを生じさせる。研磨によって
大領域の誘電体からＴｉＡｌ3 を除去することは非常に
時間がかかり、このことが軟質アルミニウム合金で作る
ことのできる導体の上部のかなりの過研磨を生じる。そ
の結果、導体のシート抵抗が高くなる。
【０００４】他の問題は、アルミニウム合金の銅が、研
磨中に研磨スラリーに加わり、したがって研磨がチタン
・リッチの界面層に達すると、スラリー溶液で銅メッキ
されることである。銅のメッキは、誘電体表面を経てワ
イヤ間の短絡を生じさせる。
磨中に研磨スラリーに加わり、したがって研磨がチタン
・リッチの界面層に達すると、スラリー溶液で銅メッキ
されることである。銅のメッキは、誘電体表面を経てワ
イヤ間の短絡を生じさせる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の問題を有さない、アルミニウム合金および金属組合せ
からなる導電構造およびその形成を提供することであ
る。
の問題を有さない、アルミニウム合金および金属組合せ
からなる導電構造およびその形成を提供することであ
る。
【０００６】本発明の他の目的は、研磨能力を増進する
金属合金および金属組合せからなる導電構造およびその
形成方法を提供することにある。
金属合金および金属組合せからなる導電構造およびその
形成方法を提供することにある。
【０００７】本発明のさらに他の目的は、トレンチすな
わちリセス、およびバイアの成形充填（ｆｏｒｍ ｆｉ
ｌｌｉｎｇ）を改善する金属合金および金属組合せから
なる導電構造およびその形成方法を提供することにあ
る。
わちリセス、およびバイアの成形充填（ｆｏｒｍ ｆｉ
ｌｌｉｎｇ）を改善する金属合金および金属組合せから
なる導電構造およびその形成方法を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、リセス
を有する誘電体基板と、リセスの底部および側壁の上に
形成され、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，お
よびそれらの合金よりなるグループから選ばれた材料で
あって、接着性を与え且つ湿潤を増進する働きをする材
料よりなる層と、この層の上に形成され、Ａｌ−希土類
元素またはイットリウム合金（希土類元素またはイット
リウムは、０．０２〜５原子パーセントの範囲にある）
と、Ａｌ−希土類元素またはイットリウム合金の層の上
に形成された、ＡｌＣｕ合金またはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合
金またはＡｌ−Ｃｕ−Ｇｅ合金よりなる層とを備え、Ａ
ｌＣｕ合金またはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金またはＡｌ−Ｃ
ｕ−Ｇｅ合金よりなる層は、誘電体層内のリセスを充填
し、合金元素のいずれもが５原子パーセント未満であ
る。本発明は、さらに、複数の層のうちの少なくとも一
方の層内に、Ａｌ−Ｍ−希土類元素またはＡｌ−Ｍ−Ｙ
三成分化合物分散質（Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よりなるグループか
ら選ばれる）をさらに有している。
を有する誘電体基板と、リセスの底部および側壁の上に
形成され、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，お
よびそれらの合金よりなるグループから選ばれた材料で
あって、接着性を与え且つ湿潤を増進する働きをする材
料よりなる層と、この層の上に形成され、Ａｌ−希土類
元素またはイットリウム合金（希土類元素またはイット
リウムは、０．０２〜５原子パーセントの範囲にある）
と、Ａｌ−希土類元素またはイットリウム合金の層の上
に形成された、ＡｌＣｕ合金またはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合
金またはＡｌ−Ｃｕ−Ｇｅ合金よりなる層とを備え、Ａ
ｌＣｕ合金またはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金またはＡｌ−Ｃ
ｕ−Ｇｅ合金よりなる層は、誘電体層内のリセスを充填
し、合金元素のいずれもが５原子パーセント未満であ
る。本発明は、さらに、複数の層のうちの少なくとも一
方の層内に、Ａｌ−Ｍ−希土類元素またはＡｌ−Ｍ−Ｙ
三成分化合物分散質（Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よりなるグループか
ら選ばれる）をさらに有している。
【０００９】本発明は、さらに、ＭＡｌ3 （Ｍは、Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの
合金よりなるグループから選ばれる）の形成に抵抗する
２層構造を提供する。この２層構造は、基板上のＭより
なる第１の層と、第１の層の上に形成された、共晶相合
金よりなる第２の層とを備え、共晶相合金は、Ａｌと、
Ｙ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，ＥｒおよびＳｍよりなるグルー
プから選ばれた１種以上の元素とを含んでいる。
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの
合金よりなるグループから選ばれる）の形成に抵抗する
２層構造を提供する。この２層構造は、基板上のＭより
なる第１の層と、第１の層の上に形成された、共晶相合
金よりなる第２の層とを備え、共晶相合金は、Ａｌと、
Ｙ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，ＥｒおよびＳｍよりなるグルー
プから選ばれた１種以上の元素とを含んでいる。
【００１０】本発明は、さらに、Ｍ（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よりなる
グループから選ばれる）よりなる層と物理的に接触する
Ａｌ合金層内でＭＡｌ3 の形成を低減する方法を提供す
る。この方法は、基板上にＭよりなる層を形成するステ
ップと、Ａｌと、Ｙ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，ＥｒおよびＳ
ｍよりなるグループから選ばれた１種以上の元素とから
なる共晶相合金を選ぶステップと、Ｍよりなる層の上
に、共晶相合金よりなる層を形成するステップとを含ん
でいる。本発明は、複数の層を加熱処理して、共晶相合
金よりなる層内に、Ａｌ−Ｍ−希土類元素の球状分散質
を形成するステップを、さらに含んでいる。
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よりなる
グループから選ばれる）よりなる層と物理的に接触する
Ａｌ合金層内でＭＡｌ3 の形成を低減する方法を提供す
る。この方法は、基板上にＭよりなる層を形成するステ
ップと、Ａｌと、Ｙ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，ＥｒおよびＳ
ｍよりなるグループから選ばれた１種以上の元素とから
なる共晶相合金を選ぶステップと、Ｍよりなる層の上
に、共晶相合金よりなる層を形成するステップとを含ん
でいる。本発明は、複数の層を加熱処理して、共晶相合
金よりなる層内に、Ａｌ−Ｍ−希土類元素の球状分散質
を形成するステップを、さらに含んでいる。
【００１１】本発明は、さらに、半導体チップ上の多層
配線のための導体であって、ＡｌＲ，ＡｌＧｅＲ，Ａｌ
ＳｉＲ（Ｒは、希土類元素またはイットリウムである）
よりなる金属を備え、この金属は、Ａｌとその合金より
なるグループから選ばれた第１の領域と、Ｒによって第
１の領域に分散されたＡｌＭＲ化合物，Ｇｅ，またはＳ
ｉよりなる第２の領域とを有し、第１の領域および第２
の領域は、約共晶界面エネルギーの界面エネルギーを有
し、これにより金属を研磨することにより形成されるく
ずが、共晶界面エネルギーにより強められ、くずのサイ
ズが前記第２の領域の距離により決定される。
配線のための導体であって、ＡｌＲ，ＡｌＧｅＲ，Ａｌ
ＳｉＲ（Ｒは、希土類元素またはイットリウムである）
よりなる金属を備え、この金属は、Ａｌとその合金より
なるグループから選ばれた第１の領域と、Ｒによって第
１の領域に分散されたＡｌＭＲ化合物，Ｇｅ，またはＳ
ｉよりなる第２の領域とを有し、第１の領域および第２
の領域は、約共晶界面エネルギーの界面エネルギーを有
し、これにより金属を研磨することにより形成されるく
ずが、共晶界面エネルギーにより強められ、くずのサイ
ズが前記第２の領域の距離により決定される。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、導体構造１０を示す。こ
の導体構造は、誘電体１２の上に形成されており、誘電
体は、リセス１３〜１５を有するようにパターニングす
ることができる。誘電体１２は、例えば、二酸化シリコ
ン，窒化シリコン，ポリイミド，またはダイアモンドラ
イク・カーボンとすることができる。誘電体１２は、基
板１６の上にスピン・オンまたは付着することができ
る。基板１６は、基板に埋込まれた誘電体および導体の
低レベル配線、あるいは、半導体デバイスおよびコンタ
クト（図示せず）を含む、シリコンのような半導体とす
ることができる。
の導体構造は、誘電体１２の上に形成されており、誘電
体は、リセス１３〜１５を有するようにパターニングす
ることができる。誘電体１２は、例えば、二酸化シリコ
ン，窒化シリコン，ポリイミド，またはダイアモンドラ
イク・カーボンとすることができる。誘電体１２は、基
板１６の上にスピン・オンまたは付着することができ
る。基板１６は、基板に埋込まれた誘電体および導体の
低レベル配線、あるいは、半導体デバイスおよびコンタ
クト（図示せず）を含む、シリコンのような半導体とす
ることができる。
【００１３】導体構造１０は、第１の層１８を有してい
る。この第１の層は、接着層，湿潤層，および／または
拡散隔壁として機能し、ライナとも呼ばれる。第１の層
１８は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗおよ
び，それらの合金よりなるグループから選ばれた金属と
することができる。第１層１８は、約１００〜４００オ
ングストロームの範囲の厚さを有することができ、スパ
ッタリング，平行（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）スパッタリ
ング，または他の適切な手段によって形成される。第１
の層１８の形成に続いて、第２の層２０が、室温または
低温で、スパッタリングまたは他の適切な手段によって
形成される。
る。この第１の層は、接着層，湿潤層，および／または
拡散隔壁として機能し、ライナとも呼ばれる。第１の層
１８は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗおよ
び，それらの合金よりなるグループから選ばれた金属と
することができる。第１層１８は、約１００〜４００オ
ングストロームの範囲の厚さを有することができ、スパ
ッタリング，平行（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）スパッタリ
ング，または他の適切な手段によって形成される。第１
の層１８の形成に続いて、第２の層２０が、室温または
低温で、スパッタリングまたは他の適切な手段によって
形成される。
【００１４】第１の層１８の上に形成された第２の層２
０は、アルミニウム−希土類元素合金，好ましくはアル
ミニウム−ガドリニウム合金，または他のアルミニウム
−希土類元素合金，またはアルミニウム−イットリウム
合金とすることができる。Ｇｄ以外の他の適切な希土類
元素は、表１に示されるＤｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，およびＳｍ
である。
０は、アルミニウム−希土類元素合金，好ましくはアル
ミニウム−ガドリニウム合金，または他のアルミニウム
−希土類元素合金，またはアルミニウム−イットリウム
合金とすることができる。Ｇｄ以外の他の適切な希土類
元素は、表１に示されるＤｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，およびＳｍ
である。
【表１】 アルミニウム・リッチ共晶の濃度 Ｇｄ．．．．． ５．０原子％．．．．．２３．０重量％ Ｄｙ．．．．． ２．５原子％．．．．．１３．４重量％ Ｈｏ．．．．． １．８原子％．．．．．１０．０重量％ Ｅｒ．．．．． １．０原子％．．．．． ６．０重量％ Ｓｍ．．．．． ３．０原子％．．．．．１５．０重量％ Ｓｉ．．．．．１２．２原子％．．．．．１２．６重量％ Ｇｅ．．．．．２８．４原子％．．．．．５１．６重量％ Ａｌ−希土類元素またはＡｌ−Ｙよりなる第２の層２０
は、好ましくは、表１に示す共晶の組成を有している。
または、第２の層２０中の希土類元素またはＹ成分は、
共晶組成よりも少なくなければならない。
は、好ましくは、表１に示す共晶の組成を有している。
または、第２の層２０中の希土類元素またはＹ成分は、
共晶組成よりも少なくなければならない。
【００１５】第３の層２２が、十分は厚さで第２の層２
０の上に形成され、誘電体１２の上面のレベルまで、ま
たはこのレベルの上に、リセスすなわちトレンチ１３〜
１５を完全に充填する。第３の層２２は、例えば約３５
０〜５５０℃の範囲の高温で、形成しあるいは付着する
ことができる。第３の層は、アルミニウム合金、好まし
くはＡｌ−Ｃｕ合金、あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金、
あるいはＡｌ−Ｇｅ−Ｃｕとすることができ、合金中の
いずれか１つの元素の量が５原子パーセントを越えない
ものとする。
０の上に形成され、誘電体１２の上面のレベルまで、ま
たはこのレベルの上に、リセスすなわちトレンチ１３〜
１５を完全に充填する。第３の層２２は、例えば約３５
０〜５５０℃の範囲の高温で、形成しあるいは付着する
ことができる。第３の層は、アルミニウム合金、好まし
くはＡｌ−Ｃｕ合金、あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金、
あるいはＡｌ−Ｇｅ−Ｃｕとすることができ、合金中の
いずれか１つの元素の量が５原子パーセントを越えない
ものとする。
【００１６】図２には、導体構造２８が示されている。
この導体構造２８は、重要である。というのは、ＭＡｌ
3 （Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗより
なるグループから選ぶことができる）の形成が、希土類
元素の存在によって軽減されるからである。アルミニウ
ム−希土類元素合金またはアルミニウム−イットリウム
合金、好ましくはアルミニウム−ガドリニウム合金が、
第１の層１８の上部の第２の層２０として、低温付着さ
れるならば、ＭＡｌ3 の代わりに、Ａｌ−Ｍ−希土類元
素またはＡｌ−Ｍ−Ｙの三成分化合物分散質３０が、第
１および第２の層の元素から形成される。例えば、第１
の層１８がＴｉであり、第２の層２０中の希土類元素が
Ｇｄであるならば、ＴｉＡｌ3 の代わりに、Ａｌ−Ｔｉ
−Ｇｄの三成分化合物分散質が形成される。三成分化合
物分散質３０は、ＴｉＡｌ3 のように硬くない。したが
って、第１および第２の層１８，２０（導体構造の一部
である）は、側壁にクラッキングを発生させない。フィ
ールド（誘電体の領域）の底部から、研磨によって、三
成分化合物分散質３０を除去することは、非常に容易な
ので、アルミニウム合金導体の過研磨は、図３に示すよ
うに、軽減され、あるいは排除される。さらに、導体ラ
イン３３〜３５は過研磨されないので、導体ライン３３
〜３５のシート抵抗も減少する。電流が分散質の周りに
拡がるので、導電率の低下は、ＴｉＡｌ3 の連続層によ
る導電率の低下に比べて、問題とはならないことを知る
ことは重要である。
この導体構造２８は、重要である。というのは、ＭＡｌ
3 （Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗより
なるグループから選ぶことができる）の形成が、希土類
元素の存在によって軽減されるからである。アルミニウ
ム−希土類元素合金またはアルミニウム−イットリウム
合金、好ましくはアルミニウム−ガドリニウム合金が、
第１の層１８の上部の第２の層２０として、低温付着さ
れるならば、ＭＡｌ3 の代わりに、Ａｌ−Ｍ−希土類元
素またはＡｌ−Ｍ−Ｙの三成分化合物分散質３０が、第
１および第２の層の元素から形成される。例えば、第１
の層１８がＴｉであり、第２の層２０中の希土類元素が
Ｇｄであるならば、ＴｉＡｌ3 の代わりに、Ａｌ−Ｔｉ
−Ｇｄの三成分化合物分散質が形成される。三成分化合
物分散質３０は、ＴｉＡｌ3 のように硬くない。したが
って、第１および第２の層１８，２０（導体構造の一部
である）は、側壁にクラッキングを発生させない。フィ
ールド（誘電体の領域）の底部から、研磨によって、三
成分化合物分散質３０を除去することは、非常に容易な
ので、アルミニウム合金導体の過研磨は、図３に示すよ
うに、軽減され、あるいは排除される。さらに、導体ラ
イン３３〜３５は過研磨されないので、導体ライン３３
〜３５のシート抵抗も減少する。電流が分散質の周りに
拡がるので、導電率の低下は、ＴｉＡｌ3 の連続層によ
る導電率の低下に比べて、問題とはならないことを知る
ことは重要である。
【００１７】図２および図３において、図１の装置に対
応する機能に対しては、同一の参照番号を用いている。
応する機能に対しては、同一の参照番号を用いている。
【００１８】Ａｌ−Ｃｕ合金（層２２に用いられるなら
ば）からの銅は、研磨中にスラリー溶液に加わらない
が、希土類原子またはＹ原子は、電気的に非常に陰性で
あるので、スラリー溶液に加わる。希土類原子またはＹ
原子は、Ｃｕに対して犠牲的防食を与える。研磨中にＣ
ｕがスラリー溶液に加えられなければ、スラリー溶液で
Ｃｕメッキされない。希土類原子またはＹ原子は、層２
０のアルミニウム−希土類原子合金、またはアルミニウ
ム−イットリウム合金から、あるいはアルミニウム−Ｍ
−希土類原子またはアルミニウム−Ｍ−イットリウムの
三成分化合物分散質（Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｗおよびそれらの合金よりなるグループより
選ばれる）から出てくる。
ば）からの銅は、研磨中にスラリー溶液に加わらない
が、希土類原子またはＹ原子は、電気的に非常に陰性で
あるので、スラリー溶液に加わる。希土類原子またはＹ
原子は、Ｃｕに対して犠牲的防食を与える。研磨中にＣ
ｕがスラリー溶液に加えられなければ、スラリー溶液で
Ｃｕメッキされない。希土類原子またはＹ原子は、層２
０のアルミニウム−希土類原子合金、またはアルミニウ
ム−イットリウム合金から、あるいはアルミニウム−Ｍ
−希土類原子またはアルミニウム−Ｍ−イットリウムの
三成分化合物分散質（Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｗおよびそれらの合金よりなるグループより
選ばれる）から出てくる。
【００１９】図３は、誘電体上面１７′より上の余分の
導体構造２８を研磨することによって形成された、リセ
ス１３〜１５内の導体ラインを示す。誘電体面１７を、
研磨によって少し低下させて、新しい面１７′を形成す
ることができた。
導体構造２８を研磨することによって形成された、リセ
ス１３〜１５内の導体ラインを示す。誘電体面１７を、
研磨によって少し低下させて、新しい面１７′を形成す
ることができた。
【００２０】図４は、Ａｌ−Ｇｄ相図である。図４にお
いて、縦座標は温度（℃）を示し、横座標はガドリニウ
ムの重量％を示す。図４は、５原子パーセントのＧｄす
なわち２３重量パーセントのＧｄで、共晶が存在するこ
とを示している。図４に示すように、Ｇｄのより小さい
濃度でも、すなわち５原子パーセントよりも小さくて
も、凝固の温度範囲は、多くとも１０℃である。したが
って、良好な合金フローのための条件を、層２０中の小
さな原子パーセントの合金元素で、満たすことができ
る。このような小さな温度範囲の凝固を実現するには、
表１に示すＳｉまたはＧｅ合金元素の場合に、より大き
い原子パーセントが必要とされる。図４において、温度
範囲は、カーブまたはライン４４と４５との間のスペー
スである。イットリウムは、また、同様の相図を有して
いる。
いて、縦座標は温度（℃）を示し、横座標はガドリニウ
ムの重量％を示す。図４は、５原子パーセントのＧｄす
なわち２３重量パーセントのＧｄで、共晶が存在するこ
とを示している。図４に示すように、Ｇｄのより小さい
濃度でも、すなわち５原子パーセントよりも小さくて
も、凝固の温度範囲は、多くとも１０℃である。したが
って、良好な合金フローのための条件を、層２０中の小
さな原子パーセントの合金元素で、満たすことができ
る。このような小さな温度範囲の凝固を実現するには、
表１に示すＳｉまたはＧｅ合金元素の場合に、より大き
い原子パーセントが必要とされる。図４において、温度
範囲は、カーブまたはライン４４と４５との間のスペー
スである。イットリウムは、また、同様の相図を有して
いる。
【００２１】図５は、研磨前の従来技術のパターニング
された誘電体の上の配線レベル４９を示す。図５におい
て、リセス５１〜５３を有する誘電体５０が、パターニ
ングされている。誘電体５０の上に付着されたライナ
は、ライナの上に付着されたＡｌ合金層５５と反応し、
ライナはＴｉＡｌ3 の層５６を形成する。この層は、ラ
イナ層よりも約３倍厚い厚さを有している。ライナ（図
示せず）は、誘電体５０と層５６との間に残り得る。
された誘電体の上の配線レベル４９を示す。図５におい
て、リセス５１〜５３を有する誘電体５０が、パターニ
ングされている。誘電体５０の上に付着されたライナ
は、ライナの上に付着されたＡｌ合金層５５と反応し、
ライナはＴｉＡｌ3 の層５６を形成する。この層は、ラ
イナ層よりも約３倍厚い厚さを有している。ライナ（図
示せず）は、誘電体５０と層５６との間に残り得る。
【００２２】図６は、研磨後のパターニングされた誘電
体５０上の配線レベル４９′を示す。研磨された層５６
は、薄くなって層５６′となっている。層５６′は、研
磨に耐えた部分である。パターニングされた誘電体５０
は、リセス５１〜５３間が、研磨またはえぐり取られ
て、層５０′となっている。Ａｌ合金層５５は、かなり
研磨されて、リセス５１〜５３の領域における誘電体５
０′の減少した高さの故に、５５′にまで薄くされてい
る。このことは、領域から硬いＴｉＡｌ3 層５６′を除
去する要求によって、必要とされた。リセス５１〜５３
内のＡｌ合金５５′の断面積が小さくなるにつれて、導
体の抵抗率は増大する。他の問題は、残りの導体の断面
が、約７０μΩ・ｃｍの抵抗率を有するＴｉＡｌ3 層だ
け、さらに減少することである。図６において、図５の
装置に対応する機能に対して、同一の参照番号が用いら
れている。
体５０上の配線レベル４９′を示す。研磨された層５６
は、薄くなって層５６′となっている。層５６′は、研
磨に耐えた部分である。パターニングされた誘電体５０
は、リセス５１〜５３間が、研磨またはえぐり取られ
て、層５０′となっている。Ａｌ合金層５５は、かなり
研磨されて、リセス５１〜５３の領域における誘電体５
０′の減少した高さの故に、５５′にまで薄くされてい
る。このことは、領域から硬いＴｉＡｌ3 層５６′を除
去する要求によって、必要とされた。リセス５１〜５３
内のＡｌ合金５５′の断面積が小さくなるにつれて、導
体の抵抗率は増大する。他の問題は、残りの導体の断面
が、約７０μΩ・ｃｍの抵抗率を有するＴｉＡｌ3 層だ
け、さらに減少することである。図６において、図５の
装置に対応する機能に対して、同一の参照番号が用いら
れている。
【００２３】ダマシン・プロセスでは、高い寸法的およ
び幾何学的精度で、ほぼ完璧な面を作製し（平坦化と呼
ばれる）、および短絡を引きおこし、高レベルのメタラ
イゼーションにインプリント（ｉｍｐｒｉｎｔｓ）を担
持する欠陥、最も重要には金属表面のスクラッチのない
ようにするには、化学機械研磨プロセスが必要とされ
る。アルミニウムと、ＡｌＣｕのような合金とは、研磨
するには困難な金属である。というのは、金属自体は軟
らかいが、金属の表面に生じる自然酸化物が、極端に硬
い化合物（それ自体が周知の研磨材である）であるから
である。アルミニウム研磨スラリーに、いかに穏やかな
研磨材が最初に供給されようとも、研磨中に集積回路の
被加工物表面から除去されたアルミニウム粒子が、酸化
される。酸化されたアルミニウム粒子は、スラリー内に
研磨材を作り、被加工物表面にスクラッチを生じる。
び幾何学的精度で、ほぼ完璧な面を作製し（平坦化と呼
ばれる）、および短絡を引きおこし、高レベルのメタラ
イゼーションにインプリント（ｉｍｐｒｉｎｔｓ）を担
持する欠陥、最も重要には金属表面のスクラッチのない
ようにするには、化学機械研磨プロセスが必要とされ
る。アルミニウムと、ＡｌＣｕのような合金とは、研磨
するには困難な金属である。というのは、金属自体は軟
らかいが、金属の表面に生じる自然酸化物が、極端に硬
い化合物（それ自体が周知の研磨材である）であるから
である。アルミニウム研磨スラリーに、いかに穏やかな
研磨材が最初に供給されようとも、研磨中に集積回路の
被加工物表面から除去されたアルミニウム粒子が、酸化
される。酸化されたアルミニウム粒子は、スラリー内に
研磨材を作り、被加工物表面にスクラッチを生じる。
【００２４】研磨中に研磨面から出るアルミニウムは、
“研磨くず（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇｄｅｂｒｉｓ）”と呼
ばれる。本願発明では、パターニングされない、および
パターニングされた（２００μｍと０．２５μｍとの間
でパターン寸法が変化する）アルミニウム膜を研磨中
に、ブランケット膜が最高密度のスクラッチを有し、他
方、パターニングされたアルミニウム膜では、アルミニ
ウム・ラインが細くなればなるだけ、およびこれらライ
ンがアルミニウムの大きなフィールドからさらに離れれ
ば離れるだけ、スクラッチの密度は小さくなることが観
察された。この現象の理由は、次のとおりである。すな
わち、パターニングされた膜では、アルミニウム・ライ
ン面は、ＳｉＯ2 面と交互し、したがって研磨によって
除去されるアルミニウム粒子が、大きなアルミニウム・
フィールドの研磨中よりも、より小さい断片（ｐｉｅｃ
ｅｓ）に分解され、これら小さい粒子が、酸化される
と、小さい研磨粒子となり、小さなスクラッチを形成す
る。しかし、大きいアルミニウム・ラインのスクラッチ
無し研磨は、集積回路チップの構成のレイアウトに依存
することができない。というのは、集積回路チップは、
パッドのための連続するアルミニウム面の大きな領域を
有する必要があり、チップがたとえ０．２５μｍのアル
ミニウム・ラインのみよりなるとしても、スクラッチ発
生研磨くずは、依然として非常に大きく、その粒子サイ
ズは、２次元すなわち幅と深さに制限される。研磨中に
削られる粒子が小さければ小さいほど、研磨された面の
品質は良くなる。研磨くずを、３次元のすべて、すなわ
ち幅，深さ，長さにおいて、小さいサイズに分解するに
は、アルミニウムまたはその合金（ＡｌＣｕのような）
が、微細に分散し且つアルミニウムに対し低い界面エネ
ルギーを有する第２の相を含むように、合金化されなけ
ればならない。研磨中に、除去されるアルミニウムまた
はその合金は、第２の相に対する低エネルギー界面に沿
って破砕され、したがって第２の相の粒子間の距離、よ
って低エネルギー界面間の距離は、研磨くずのサイズ、
したがって研磨された面の品質を決定する。
“研磨くず（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇｄｅｂｒｉｓ）”と呼
ばれる。本願発明では、パターニングされない、および
パターニングされた（２００μｍと０．２５μｍとの間
でパターン寸法が変化する）アルミニウム膜を研磨中
に、ブランケット膜が最高密度のスクラッチを有し、他
方、パターニングされたアルミニウム膜では、アルミニ
ウム・ラインが細くなればなるだけ、およびこれらライ
ンがアルミニウムの大きなフィールドからさらに離れれ
ば離れるだけ、スクラッチの密度は小さくなることが観
察された。この現象の理由は、次のとおりである。すな
わち、パターニングされた膜では、アルミニウム・ライ
ン面は、ＳｉＯ2 面と交互し、したがって研磨によって
除去されるアルミニウム粒子が、大きなアルミニウム・
フィールドの研磨中よりも、より小さい断片（ｐｉｅｃ
ｅｓ）に分解され、これら小さい粒子が、酸化される
と、小さい研磨粒子となり、小さなスクラッチを形成す
る。しかし、大きいアルミニウム・ラインのスクラッチ
無し研磨は、集積回路チップの構成のレイアウトに依存
することができない。というのは、集積回路チップは、
パッドのための連続するアルミニウム面の大きな領域を
有する必要があり、チップがたとえ０．２５μｍのアル
ミニウム・ラインのみよりなるとしても、スクラッチ発
生研磨くずは、依然として非常に大きく、その粒子サイ
ズは、２次元すなわち幅と深さに制限される。研磨中に
削られる粒子が小さければ小さいほど、研磨された面の
品質は良くなる。研磨くずを、３次元のすべて、すなわ
ち幅，深さ，長さにおいて、小さいサイズに分解するに
は、アルミニウムまたはその合金（ＡｌＣｕのような）
が、微細に分散し且つアルミニウムに対し低い界面エネ
ルギーを有する第２の相を含むように、合金化されなけ
ればならない。研磨中に、除去されるアルミニウムまた
はその合金は、第２の相に対する低エネルギー界面に沿
って破砕され、したがって第２の相の粒子間の距離、よ
って低エネルギー界面間の距離は、研磨くずのサイズ、
したがって研磨された面の品質を決定する。
【００２５】固体状態で溶液を構成しない２つの元素間
の相図は、一定の組成および一定の温度で形成される共
晶によって特徴づけられる。というのは、系は２つの固
相と１つの液相からなり、したがって自由度を示さな
い。すなわち、組成も温度も、凝固中は変化し得ない。
２つの固相は、融成物から交互に結晶化し、層，ロッ
ド，または球状粒子を形成する。融成物は、元素と同じ
ように、単一の温度で凝固する。このことは、誘電体内
のリセスを成形充填するのに非常に有益である。研磨性
について、固体共晶の最も重要な特性は、以下のことで
ある。すなわち、２つの固相間の界面エネルギーは、す
べての界面エネルギーの間で最低であり、固体共晶を形
成する元素の粒界エネルギーの典型的に１／３〜１／４
である。このような低い界面エネルギーは、研磨中に、
研磨くずを共晶界面間の距離に近いサイズに分解するこ
とを保証する。
の相図は、一定の組成および一定の温度で形成される共
晶によって特徴づけられる。というのは、系は２つの固
相と１つの液相からなり、したがって自由度を示さな
い。すなわち、組成も温度も、凝固中は変化し得ない。
２つの固相は、融成物から交互に結晶化し、層，ロッ
ド，または球状粒子を形成する。融成物は、元素と同じ
ように、単一の温度で凝固する。このことは、誘電体内
のリセスを成形充填するのに非常に有益である。研磨性
について、固体共晶の最も重要な特性は、以下のことで
ある。すなわち、２つの固相間の界面エネルギーは、す
べての界面エネルギーの間で最低であり、固体共晶を形
成する元素の粒界エネルギーの典型的に１／３〜１／４
である。このような低い界面エネルギーは、研磨中に、
研磨くずを共晶界面間の距離に近いサイズに分解するこ
とを保証する。
【００２６】ダマシン研磨のためには、低濃度でアルミ
ニウムと共晶を形成する合金元素を捜さなければならな
い。というのは、大きい原子パーセントの合金元素は、
デバイス問題を生じさせるからである。１つの問題は、
導体またはチップの配線レベルを形成する合金の抵抗率
が高いことである。シリコンおよびゲルマニウムは、非
常に高い原子パーセンテージで、すなわちそれぞれ１
２．２および２８．４原子パーセントで、アルミニウム
と共晶を形成する。したがって、非常に多量のこれら合
金元素（ＳｉまたはＧｅ）を、アルミニウムに加えなけ
ればならず、これは合金元素が拡散する故に、あらゆる
ところに存在する十分な量の共晶相を有するようにする
ためである。しかし、希土類元素は、表１に示すよう
に、かなり低い原子パーセントでアルミニウムと共晶を
形成する。例えば、ＡｌＧｄは、５原子パーセントのＧ
ｄで共晶を形成する。この共晶では、Ａｌ相およびＡｌ
3 Ｇｄ相は、合金内で交互する。それらの界面は、低エ
ネルギー共晶界面であり、この界面は、研磨中に分解
し、研磨くずを小さくする。すべての希土類元素（原子
番号５７〜７１）は、アルミニウムとの合金に対して同
様に振る舞うが、表１に与えられるこれら希土類元素
は、これらが雰囲気とあまり反応しないが故に、および
これらを購入し使用するに際してのコストの故に、好適
である。表１は、Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｓｍが、５
〜１原子パーセントで、アルミニウムと共晶を形成する
ことを示している。
ニウムと共晶を形成する合金元素を捜さなければならな
い。というのは、大きい原子パーセントの合金元素は、
デバイス問題を生じさせるからである。１つの問題は、
導体またはチップの配線レベルを形成する合金の抵抗率
が高いことである。シリコンおよびゲルマニウムは、非
常に高い原子パーセンテージで、すなわちそれぞれ１
２．２および２８．４原子パーセントで、アルミニウム
と共晶を形成する。したがって、非常に多量のこれら合
金元素（ＳｉまたはＧｅ）を、アルミニウムに加えなけ
ればならず、これは合金元素が拡散する故に、あらゆる
ところに存在する十分な量の共晶相を有するようにする
ためである。しかし、希土類元素は、表１に示すよう
に、かなり低い原子パーセントでアルミニウムと共晶を
形成する。例えば、ＡｌＧｄは、５原子パーセントのＧ
ｄで共晶を形成する。この共晶では、Ａｌ相およびＡｌ
3 Ｇｄ相は、合金内で交互する。それらの界面は、低エ
ネルギー共晶界面であり、この界面は、研磨中に分解
し、研磨くずを小さくする。すべての希土類元素（原子
番号５７〜７１）は、アルミニウムとの合金に対して同
様に振る舞うが、表１に与えられるこれら希土類元素
は、これらが雰囲気とあまり反応しないが故に、および
これらを購入し使用するに際してのコストの故に、好適
である。表１は、Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｓｍが、５
〜１原子パーセントで、アルミニウムと共晶を形成する
ことを示している。
【００２７】マイクロ電子応用における成形充填は、高
アスペクト比のトレンチを、周囲温度または上昇温度
で、金属で充填する能力を意味する。成形充填は、合金
の流動度に、および成形充填中に接触されなければなら
ない界面の品質に依存する。流動度は、モールド充填を
可能にする溶融合金の特性である。流動度に影響を与え
る特性は、粘度，表面張力，特定の合金が凝固する態様
である。溶融アルミニウムの粘度は、非常に低く、合金
化によって大きな影響を受けない。表面張力は、銅とシ
リコンとゲルマニウムの合金によって、変更されない。
希土類元素は、溶融アルミニウムの表面張力を、１重量
パーセントの合金元素あたり約１０パーセントだけ減少
させる。このことは、成形充填のためには望ましい。
アスペクト比のトレンチを、周囲温度または上昇温度
で、金属で充填する能力を意味する。成形充填は、合金
の流動度に、および成形充填中に接触されなければなら
ない界面の品質に依存する。流動度は、モールド充填を
可能にする溶融合金の特性である。流動度に影響を与え
る特性は、粘度，表面張力，特定の合金が凝固する態様
である。溶融アルミニウムの粘度は、非常に低く、合金
化によって大きな影響を受けない。表面張力は、銅とシ
リコンとゲルマニウムの合金によって、変更されない。
希土類元素は、溶融アルミニウムの表面張力を、１重量
パーセントの合金元素あたり約１０パーセントだけ減少
させる。このことは、成形充填のためには望ましい。
【００２８】溶融アルミニウムの低粘度および低表面張
力は、成形充填のために望ましいが、これらの特性のい
ずれもは、凝固温度範囲と同じように重要である。流動
度は、凝固の温度範囲に逆比例する。すなわち、流動度
は、純金属および共晶合金に対しては最大であり、固溶
体合金に対しては最小である。
力は、成形充填のために望ましいが、これらの特性のい
ずれもは、凝固温度範囲と同じように重要である。流動
度は、凝固の温度範囲に逆比例する。すなわち、流動度
は、純金属および共晶合金に対しては最大であり、固溶
体合金に対しては最小である。
【００２９】以上の実施例では、粘着層と、Ａｌ−希土
類元素合金（例えばＡｌＧｄまたはＡｌＹ合金）と、高
温リフロー中に特別に加熱処理して、接着層および希土
類からの元素と分散質を形成することのできるＡｌ−Ｃ
ｕ，またはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ、またはＡｌ−Ｃｕ−Ｇｅ
の層とを有する集積回路チップにおける配線レベルにつ
いて説明したが、当業者によれば、本発明の範囲を逸脱
することなく、変形，変更が可能なことは明らかであ
る。
類元素合金（例えばＡｌＧｄまたはＡｌＹ合金）と、高
温リフロー中に特別に加熱処理して、接着層および希土
類からの元素と分散質を形成することのできるＡｌ−Ｃ
ｕ，またはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ、またはＡｌ−Ｃｕ−Ｇｅ
の層とを有する集積回路チップにおける配線レベルにつ
いて説明したが、当業者によれば、本発明の範囲を逸脱
することなく、変形，変更が可能なことは明らかであ
る。
【００３０】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 （１）底部および側壁を持つリセスを有する誘電体基板
と、前記リセスの底部および側壁の上に形成され、Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの
合金よりなるグループから選ばれた材料であって、前記
底部および側壁に接着性を与える働きをする材料よりな
る第１の層と、前記第１の層の上に形成され、Ａｌ−希
土類元素合金およびＡｌ−Ｙ合金よりなるグループから
選ばれた第２の層とを備え、前記Ａｌ−希土類元素合金
の希土類元素は、０．０２〜５原子パーセントの範囲に
あり、前記Ａｌ−Ｙ合金のＹは、０．０２〜５原子パー
セントの範囲にある、ことを特徴とする導電構造。 （２）前記第２の層の上に形成され、Ａｌ，ＡｌＣｕ合
金，Ａｌ−Ｃｕ−Ｇｅ合金，およびＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合
金よりなるグループから選ばれた材料よりなる第３の層
をさらに備える、ことを特徴とする上記（１）に記載の
導電構造。 （３）前記第３の層が、前記誘電体層内の前記リセスを
十分に充填する、ことを特徴とする上記（２）に記載の
導電構造。 （４）Ａｌ以外の前記第３の層の材料の成分は、それぞ
れ、５原子パーセント未満である、ことを特徴とする上
記（２）に記載の導電構造。 （５）前記第１の層および第２の層のうちの少なくとも
一方の層内に、Ａｌ−Ｍ−希土類元素三成分化合物およ
びＡｌ−Ｍ−Ｙ三成分化合物（Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よりなる
グループから選ばれる）よりなるグループから選ばれた
分散質をさらに有する、ことを特徴とする上記（１）に
記載の導電構造。 （６）前記第１の層および第２の層のうちの少なくとも
一方の層内に、Ａｌ−Ｍ−希土類元素三成分化合物およ
びＡｌ−Ｍ−Ｙ三成分化合物（Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よりなる
グループから選ばれる）よりなるグループから選ばれた
分散質をさらに有する、ことを特徴とする上記（２）に
記載の導電構造。 （７）前記第１の層は、約１００〜約４００オングスト
ロームの範囲の厚さである、ことを特徴とする上記
（１）に記載の導電構造。 （８）前記第１の層および第２の層が、３５０℃〜５５
０℃の範囲の温度に上昇されて、１つの層を形成する、
ことを特徴とする上記（１）に記載の導電構造。 （９）前記第１の層，第２の層および第３の層が、３５
０℃〜５５０℃の範囲の温度に上昇されて、１つの層を
形成する、ことを特徴とする上記（２）に記載の導電構
造。 （１０）ＭＡｌ3 の形成に抵抗する構造であって、Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの
合金よりなるグループから選ばれた、基板上のＭよりな
る第１の層と、前記第１の層の上に形成された、共晶相
合金よりなる第２の層とを備え、前記共晶相合金は、Ａ
ｌと、Ｙ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，ＥｒおよびＳｍよりなる
グループから選ばれた１種以上の元素とを含むことを特
徴とする構造。 （１１）Ｍよりなる層と物理的に接触するＡｌ合金層内
でＭＡｌ3 の形成を低減する方法であって、Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よ
りなるグループから選ばれた前記Ｍよりなる層を、基板
上に形成するステップと、Ａｌと、Ｙ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，ＥｒおよびＳｍよりなるグループから選ばれた１種
以上の元素とからなる共晶相合金を選ぶステップと、前
記Ｍよりなる層の上に、前記共晶相合金よりなる層を形
成するステップと、を含むことを特徴とする方法。 （１２）前記共晶相合金よりなる層を形成するステップ
は、２３℃以下でのスパッタリングを含む、ことを特徴
とする上記（１１）に記載の方法。 （１３）前記共晶相合金を選ぶステップは、ＡｌＧｄ合
金を選ぶステップを含むことを特徴とする上記（１１）
に記載の方法。 （１４）前記複数の層を加熱処理して、前記共晶相合金
よりなる層内に、ＡｌＭＧｄの球状分散質を形成するス
テップを、さらに含むことを特徴とする上記（１１）に
記載の方法。 （１５）前記加熱処理のステップは、温度を３５０℃〜
５５０℃の範囲の温度に上昇させるステップを含む、こ
とを特徴とする上記（１４）に記載の方法。 （１６）半導体チップ上の多層配線のための導体であっ
て、Ａｌ−Ｒ（Ｒは希土類元素）およびＡｌ−Ｙよりな
るグループから選ばれた合金を備え、前記合金は、Ａｌ
よりなる第１の相と、Ａｌ3 ＲおよびＡｌ3 Ｙよりなる
グループより選ばれた第２の相とからなる２つの相を有
し、前記第１および第２の相は、共晶界面エネルギーに
等しい低界面エネルギーを有し、これにより前記合金を
研磨することにより形成されるくずのサイズが、前記低
エネルギー界面の間の距離によって、実質的に決定され
る、ことを特徴とする導体。 （１７）半導体チップ上の多層配線のための導体であっ
て、Ａｌ−Ｇｅ−Ｒ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｒ，Ａｌ−Ｇｅ−
Ｙ，およびＡｌ−Ｓｉ−Ｙ（Ｒは、希土類元素である）
よりなるグループから選ばれた金属を備え、前記金属
は、Ａｌおよびその合金よりなるグループから選ばれた
第１の領域を有し、前記金属は、ＧｅおよびＳｉよりな
るグループから選ばれた元素よりなる第２の領域を有
し、前記第２の領域は、前記ＲおよびＹのうちの一方に
よって前記第１の領域に分散されており、前記第１の領
域および第２の領域は、共晶界面エネルギーにほぼ等し
い界面エネルギーを有し、これにより前記金属を研磨す
ることにより形成されるくずが、前記共晶界面エネルギ
ーにより強められ、くずのサイズが前記第２の領域のサ
イズにより実質的に決定される、ことを特徴とする導
体。 （１８）研磨スラリーによる研磨中に、Ｃｕを含有する
Ａｌ合金を表面に有する被加工物上へのＣｕによるメッ
キを防止する方法であって、原子番号が５７〜７１の１
種以上の希土類元素と、Ｙとよりなるグループから、元
素を選ぶステップと、研磨される面に１種以上の前記元
素を導入し、前記１種以上の元素を、Ｃｕの代わりの犠
牲元素として、研磨スラリーに加えるステップと、を含
むことを特徴とする方法。 （１９）前記１種以上の元素を導入するステップが、前
記被加工物が研磨されるときに、研磨のための露出面を
有する、前記１種以上の元素を含む合金を形成するステ
ップを含む、ことを特徴とする上記（１８）に記載の方
法。
の事項を開示する。 （１）底部および側壁を持つリセスを有する誘電体基板
と、前記リセスの底部および側壁の上に形成され、Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの
合金よりなるグループから選ばれた材料であって、前記
底部および側壁に接着性を与える働きをする材料よりな
る第１の層と、前記第１の層の上に形成され、Ａｌ−希
土類元素合金およびＡｌ−Ｙ合金よりなるグループから
選ばれた第２の層とを備え、前記Ａｌ−希土類元素合金
の希土類元素は、０．０２〜５原子パーセントの範囲に
あり、前記Ａｌ−Ｙ合金のＹは、０．０２〜５原子パー
セントの範囲にある、ことを特徴とする導電構造。 （２）前記第２の層の上に形成され、Ａｌ，ＡｌＣｕ合
金，Ａｌ−Ｃｕ−Ｇｅ合金，およびＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合
金よりなるグループから選ばれた材料よりなる第３の層
をさらに備える、ことを特徴とする上記（１）に記載の
導電構造。 （３）前記第３の層が、前記誘電体層内の前記リセスを
十分に充填する、ことを特徴とする上記（２）に記載の
導電構造。 （４）Ａｌ以外の前記第３の層の材料の成分は、それぞ
れ、５原子パーセント未満である、ことを特徴とする上
記（２）に記載の導電構造。 （５）前記第１の層および第２の層のうちの少なくとも
一方の層内に、Ａｌ−Ｍ−希土類元素三成分化合物およ
びＡｌ−Ｍ−Ｙ三成分化合物（Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よりなる
グループから選ばれる）よりなるグループから選ばれた
分散質をさらに有する、ことを特徴とする上記（１）に
記載の導電構造。 （６）前記第１の層および第２の層のうちの少なくとも
一方の層内に、Ａｌ−Ｍ−希土類元素三成分化合物およ
びＡｌ−Ｍ−Ｙ三成分化合物（Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よりなる
グループから選ばれる）よりなるグループから選ばれた
分散質をさらに有する、ことを特徴とする上記（２）に
記載の導電構造。 （７）前記第１の層は、約１００〜約４００オングスト
ロームの範囲の厚さである、ことを特徴とする上記
（１）に記載の導電構造。 （８）前記第１の層および第２の層が、３５０℃〜５５
０℃の範囲の温度に上昇されて、１つの層を形成する、
ことを特徴とする上記（１）に記載の導電構造。 （９）前記第１の層，第２の層および第３の層が、３５
０℃〜５５０℃の範囲の温度に上昇されて、１つの層を
形成する、ことを特徴とする上記（２）に記載の導電構
造。 （１０）ＭＡｌ3 の形成に抵抗する構造であって、Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの
合金よりなるグループから選ばれた、基板上のＭよりな
る第１の層と、前記第１の層の上に形成された、共晶相
合金よりなる第２の層とを備え、前記共晶相合金は、Ａ
ｌと、Ｙ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，ＥｒおよびＳｍよりなる
グループから選ばれた１種以上の元素とを含むことを特
徴とする構造。 （１１）Ｍよりなる層と物理的に接触するＡｌ合金層内
でＭＡｌ3 の形成を低減する方法であって、Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よ
りなるグループから選ばれた前記Ｍよりなる層を、基板
上に形成するステップと、Ａｌと、Ｙ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，ＥｒおよびＳｍよりなるグループから選ばれた１種
以上の元素とからなる共晶相合金を選ぶステップと、前
記Ｍよりなる層の上に、前記共晶相合金よりなる層を形
成するステップと、を含むことを特徴とする方法。 （１２）前記共晶相合金よりなる層を形成するステップ
は、２３℃以下でのスパッタリングを含む、ことを特徴
とする上記（１１）に記載の方法。 （１３）前記共晶相合金を選ぶステップは、ＡｌＧｄ合
金を選ぶステップを含むことを特徴とする上記（１１）
に記載の方法。 （１４）前記複数の層を加熱処理して、前記共晶相合金
よりなる層内に、ＡｌＭＧｄの球状分散質を形成するス
テップを、さらに含むことを特徴とする上記（１１）に
記載の方法。 （１５）前記加熱処理のステップは、温度を３５０℃〜
５５０℃の範囲の温度に上昇させるステップを含む、こ
とを特徴とする上記（１４）に記載の方法。 （１６）半導体チップ上の多層配線のための導体であっ
て、Ａｌ−Ｒ（Ｒは希土類元素）およびＡｌ−Ｙよりな
るグループから選ばれた合金を備え、前記合金は、Ａｌ
よりなる第１の相と、Ａｌ3 ＲおよびＡｌ3 Ｙよりなる
グループより選ばれた第２の相とからなる２つの相を有
し、前記第１および第２の相は、共晶界面エネルギーに
等しい低界面エネルギーを有し、これにより前記合金を
研磨することにより形成されるくずのサイズが、前記低
エネルギー界面の間の距離によって、実質的に決定され
る、ことを特徴とする導体。 （１７）半導体チップ上の多層配線のための導体であっ
て、Ａｌ−Ｇｅ−Ｒ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｒ，Ａｌ−Ｇｅ−
Ｙ，およびＡｌ−Ｓｉ−Ｙ（Ｒは、希土類元素である）
よりなるグループから選ばれた金属を備え、前記金属
は、Ａｌおよびその合金よりなるグループから選ばれた
第１の領域を有し、前記金属は、ＧｅおよびＳｉよりな
るグループから選ばれた元素よりなる第２の領域を有
し、前記第２の領域は、前記ＲおよびＹのうちの一方に
よって前記第１の領域に分散されており、前記第１の領
域および第２の領域は、共晶界面エネルギーにほぼ等し
い界面エネルギーを有し、これにより前記金属を研磨す
ることにより形成されるくずが、前記共晶界面エネルギ
ーにより強められ、くずのサイズが前記第２の領域のサ
イズにより実質的に決定される、ことを特徴とする導
体。 （１８）研磨スラリーによる研磨中に、Ｃｕを含有する
Ａｌ合金を表面に有する被加工物上へのＣｕによるメッ
キを防止する方法であって、原子番号が５７〜７１の１
種以上の希土類元素と、Ｙとよりなるグループから、元
素を選ぶステップと、研磨される面に１種以上の前記元
素を導入し、前記１種以上の元素を、Ｃｕの代わりの犠
牲元素として、研磨スラリーに加えるステップと、を含
むことを特徴とする方法。 （１９）前記１種以上の元素を導入するステップが、前
記被加工物が研磨されるときに、研磨のための露出面を
有する、前記１種以上の元素を含む合金を形成するステ
ップを含む、ことを特徴とする上記（１８）に記載の方
法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例の断面図である。
【図４】Ａｌ−Ｇｄ相図である。
【図５】研磨する前の従来技術のダマシン配線レベルの
断面図である。
断面図である。
【図６】研磨した後の従来技術のダマシン配線レベルの
断面図である。
断面図である。
１０，２８ 導体構造 １２，５０ 誘電体 １３，１４，１５，５１，５２，５３ リセス １６ 基板 １８ 第１の層 ２０ 第２の層 ２２ 第３の層 ３０ 分散質 ３３，３４，３５ 導体ライン ４９ 配線レベル ５５ Ａｌ合金属 ５６ ＴｉＡｌ3 層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−142478（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−333926（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−157238（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−306693（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768
Claims (8)
- 【請求項１】底部および側壁を持つリセスを有する誘電
体基板と、 前記リセスの底部および側壁の上に形成され、Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よ
りなるグループの材料から選ばれ、前記底部および側壁
に接着性を与える働きをする第１のライナ層と、 前記第１のライナ層の上に形成され、Ａｌ−希土類元素
の合金およびＡｌ−Ｙの合金よりなるグループから選ば
れた第２のライナ層と、 前記第２のライナ層の上に形成され、Ａｌ，ＡｌＣｕ合
金，Ａｌ−Ｃｕ−Ｇｅ合金，およびＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合
金よりなるグループから選ばれた配線材料の第３の層
と、 を備え、 前記Ａｌ−希土類元素合金中の希土類元素の含有比、ま
たは前記Ａｌ−Ｙ合金中のＹの含有比は、それぞれ、５
原子パーセント以下で、ＡＩと希土類元素との共晶組成
比、またはＡｌとＹとの共晶組成比と等しいか、もしく
はそれ以下の値に選択されている、 ことを特徴とする導電構造。 - 【請求項２】前記第３の層が、前記誘電体層内の前記リ
セスを十分に充填する、ことを特徴とする請求項１記載
の導電構造。 - 【請求項３】Ａｌ以外の前記第３の層の材料の成分は、
それぞれ、５原子パーセント未満である、ことを特徴と
する請求項１記載の導電構造。 - 【請求項４】前記第１の層および第２の層のうちの少な
くとも一方の層内に、Ａｌ−Ｍ−希土類元素三成分化合
物およびＡｌ−Ｍ−Ｙ三成分化合物（Ｍは、Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よ
りなるグループから選ばれる）よりなるグループから選
ばれた分散質をさらに有する、ことを特徴とする請求項
１記載の導電構造。 - 【請求項５】前記第１の層および第２の層のうちの少な
くとも一方の層内に、Ａｌ−Ｍ−希土類元素三成分化合
物およびＡｌ−Ｍ−Ｙ三成分化合物（Ｍは、Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，およびそれらの合金よ
りなるグループから選ばれる）よりなるグループから選
ばれた分散質をさらに有する、ことを特徴とする請求項
２記載の導電構造。 - 【請求項６】前記第１の層は、約１００〜約４００オン
グストロームの範囲の厚さである、ことを特徴とする請
求項１記載の導電構造。 - 【請求項７】研磨スラリーによる研磨中に、Ｃｕを含有
するＡｌ合金を表面に有する被加工物上へのＣｕによる
メッキを防止する方法であって、 原子番号が５７〜７１の１種以上の希土類元素と、Ｙと
よりなるグループから、元素を選ぶステップと、 研磨される面に１種以上の前記元素を導入し、前記１種
以上の元素を、Ｃｕの代わりの犠牲元素として、研磨ス
ラリーに加えるステップと、 を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項８】前記１種以上の元素を導入するステップ
が、前記被加工物が研磨されるときに、研磨のための露
出面を有する、前記１種以上の元素を含む合金を形成す
るステップを含む、ことを特徴とする請求項７記載の方
法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US938895P | 1995-12-29 | 1995-12-29 | |
| US61601896A | 1996-03-14 | 1996-03-14 | |
| US60/009388 | 1996-03-14 | ||
| US08/616018 | 1996-03-14 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP3167948B2 (ja) |
| KR (1) | KR100233356B1 (ja) |
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| WO2008066030A1 (en) * | 2006-11-30 | 2008-06-05 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Al ALLOY FILM FOR DISPLAY DEVICE, DISPLAY DEVICE, AND SPUTTERING TARGET |
| JP4170367B2 (ja) | 2006-11-30 | 2008-10-22 | 株式会社神戸製鋼所 | 表示デバイス用Ａｌ合金膜、表示デバイス、及びスパッタリングターゲット |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0779136B2 (ja) * | 1986-06-06 | 1995-08-23 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
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| US5561083A (en) * | 1994-12-29 | 1996-10-01 | Lucent Technologies Inc. | Method of making multilayered Al-alloy structure for metal conductors |
| EP0731507A1 (en) * | 1995-03-08 | 1996-09-11 | International Business Machines Corporation | Electrode materials |
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1996
- 1996-11-18 SG SG1996011344A patent/SG55246A1/en unknown
- 1996-12-02 EP EP96308689A patent/EP0782189A3/en not_active Withdrawn
- 1996-12-14 KR KR1019960066063A patent/KR100233356B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1996-12-16 JP JP33540996A patent/JP3167948B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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