JP3933776B2 - 多層金属被覆のための全密閉金属リードおよび製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術の分野】
この発明は、半導体アプリケーション用の多層相互接続のための完全にカプセルに包まれた金属リードの製造方法、および前記金属リードに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造において、先進の多層金属被覆リードの典型的な断面プロファイルは、Iビームの形状を有してきた。一般に、リードは酸化物層の上に形成され、タングステンで充填された酸化物層を貫通して延びているビアを通じて、酸化物の下のシリコンまたは類似の物に結合される。これは、ビアの中および酸化物の上に窒化チタンの層を沈積し、続いて、ビアを充填しまた窒化チタン上を延び得る化学気相堆積(CVD)タングステン(W)により、達成される。タングステンは標準的な仕方でエッチバックされて、ビアの中および酸化物の上の窒化チタンの層と共に、ビアの中にタングステンのみを残す。それから窒化チタン層が沈積されて、アルミニウムの合金(銅(Cu)約0.5%)の層が続き、それから窒化チタンの層が続く。それから窒化チタンの上層がマスクされ、腐食液が使用されて窒化チタン、アルミニウム、窒化チタンの層を腐食する。アルミニウムは、窒化チタンよりも速く腐食するので、上部反射防止窒化チタン層など、および中間アルミニウム合金層、および窒化チタン、タングステンチタンなどの下部バリア合金層を有する露出外部アルミニウム層付きI型リードが供給される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
露出面を有するリードに伴う一つの問題は、エレクトロマイグレーションの問題であるが、そうしたリードの他の諸特性もまた、以下に議論するように改良できる。
【0004】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、半導体アプリケーション用多重レベル相互接続のための完全にカプセルで包んだ金属リードが提供される。これは、金属腐食後に形成される化学気相堆積(CVD)膜により達成され、続いて、リードの縁または側壁の上のカプセル膜を除去するために等方性腐食が行われる。最上および最下のカプセル化層は例えばスズ−アルミニウム合金−スズのような3層スタック膜として物理蒸着(PVD)により沈積される。完全にカプセルで包む金属リードにより、エレクトロマイグレーション特性が増強され、応力に誘導されたノッチングが減少され、カプセル材もまた拡散バリアとして作用する。
【0005】
リードは酸化膜上に製作され、従来技術のようにタングステンで充填したその酸化膜層を貫通して延びるビアを通じて、その酸化膜の下のシリコンまたは類似の物に接続されている。これは、バリア金属の一つの層、好ましくは窒化チタン、タングステンチタン、または他の良く知られたバリア金属の層を、ビアの中および酸化物の上に沈積することにより遂行され、続いて、化学気相堆積(CVD)タングステン(W)の一つの層、アルミニウム充填ビアまたは類似の物でビアを充填しバリア金属を超えて延びる。タングステンは、標準的な方法でエッチバックされ、タングステンをビアの中にだけ残し、同様にバリア金属の一つの層をビアの中に残すが、これはオプションとして除去されまたは酸化物の上にある。それから既存の窒化チタン層の上に一つの窒化チタン層が沈積され(電流搬送能力を有する任意のアルミニウム合金も使用できる)、アルミニウム合金の一つの層(好ましくは約0.5%の銅(Cu))(電流搬送能力を有する任意のアルミニウム合金も使用できる)が続き、それからその時点までに製作された全構造をカプセルに入れる等角(conformal)CVD膜のブランケット沈積が続く。CVD膜は、好ましくは窒化チタン、タングステン、チタン、窒化シリコンなどの一つである。CVD膜は、それから等方的に腐食される。結果として得られる構造は従来技術と同様であるが、しかし、CVD物質の側壁カプセル化膜を有する。腐食される物質は全部CVD材料なので、先行技術のI型構造が避けられ、側壁はその全長に沿って本質的に真っ直ぐである。
【0006】
上記のリードから得られる利点は、(1)ボイド領域から移送された金属の突出または蓄積を阻止する、カプセル化されたフィルムによるエレクトロマイグレーションの改良、(2)表面拡散の減少により、応力に誘導されるノッチングが減少する、(3)カプセル化フィルムは、拡散バリアとして作用し得る。
【0007】
【発明の実施の形態】
最初に図1aを参照すると、その上のパッドまたは類似の物などへ電気的接続をすべき典型的な半導体シリコンチップ1が示されている。酸化物層3が、少なくともシリコンチップ1の表面の一部分上に配置され、またそこを貫通し気的接続がなされる場所であるシリコンチップまで延びているビア5を含む。窒化チタン層7がスパッタリングにより酸化物層3の表面だけでなく、ビア5にも沈積される。それからタングステン層9が等角的に(conformally)沈積されてビア5を充填し、化学気相堆積により窒素チタン層7上に展開する。
【0008】
さて図1bを参照すると、タングステン層9は今やビア5の中にだけ存在するようにエッチバックされ、それから窒化チタン層11が露出した表面の上に沈積され、アルミニウムまたはアルミニウム合金の層13がこれに続き、好ましくはアルミニウムは0.5%の銅を含み、それから窒化チタン層15が続くのは図1cに示す通りである。それから図1cの構造物は、図1dに示すように、ビア5上および僅かにこのビアを越えてマスクされ、酸化物層3に到るまで等方性腐食が実施され、マスク(図示無し)の下の部分以外の全ての窒化チタン層7および11、アルミニウム層13、窒化チタン層15を除去する。アルミニウム層15は、窒化チタン層7、11、15よりも多く腐食されるが、これは、腐食の化学反応がアルミニウムに対しては、窒化チタンに対してよりも急速に反応するからである。
【0009】
図1dの構造物は、図1eに示すように、窒化チタンの等角的(conformal)CVD膜17のブランケット沈積により完全にカプセルに包んであり、それからこの窒化チタン層17の等方性腐食が続いて、図1fに示すようにアルミニウム層13上に窒化チタン17を側壁として残す。
【0010】
この発明をその特定の好ましい実施例により説明してきたが、多くの変更と修正が当業者に直ちに明らかになるであろう。従って、前記の特許請求の範囲が、そうした変更と修正を全て含むように先行技術を参照して解釈されることを意図している。
【0011】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
【0012】
(1) 半導体デバイスと共に使用するリードの製造方法であって、
(a) 一つの表面の上に配置された導電金属層と、前記導電金属層の上に前記表面から離れている反射防止コーティングを有する前記表面上に配置されたリードを供給するステップと、
(b) 前記導電金属のエレクトロマイグレーションを防止する構成物により前記導電金属層をカプセル化するステップを含んでなる、前記製造方法。
【0013】
(2) 前記表面は、前記表面と前記導電層の間に配置されたバリア層を更に備えており、そして、前記カプセル化するステップは、前記バリア層と前記反射防止層の間の前記導電金属層をカプセル化することを含む第1項記載の方法。
【0014】
(3) 前記構成物は、TiN、W、Ti、Si3 N4 からなるクラスから取られた第1項記載の方法。
【0015】
(4) 前記構成物は、TiN、W、Ti、Si3 N4 からなるクラスから取られた第2項記載の方法。
【0016】
(5) 前記カプセル化するステップは、ステップ(a)において前記リードの上と周りに前記構成物を沈積するステップと、前記構成物を等方的に腐食し去って、前記リードに実質的に垂直な側壁を提供するステップを含んでなる、第1項記載の方法。
【0017】
(6) 前記カプセル化するステップは、ステップ(a)において前記リードの上と周りに前記構成物を沈積するステップと、前記構成物を等方的に腐食し去って、前記リードに実質的に垂直な側壁を提供するステップを含んでなる、第4項記載の方法。
【0018】
(7) 前記導電金属層は、前記バリア層と前記反射防止層に関してへこみを付けられた側壁を有してI型を形成し、前記構成物が前記側壁上に配置されて、前記リードに実質的に垂直な側壁を供給する第1項記載の方法。
【0019】
(8) 前記導電金属層は、前記バリア層と前記反射防止層に関してへこみを付けられた側壁を有してI型を形成し、前記構成物が前記側壁上に配置されて、前記リードに前記実質的に垂直な側壁を供給する第6項記載の方法。
【0020】
(9) 前記表面は半導体物質上に配置された酸化物層であり、導電物質を有し前記バリア層から前記半導体物質まで延びるビアを供給するステップを更に含んでなる第1項記載の方法。
【0021】
(10) 前記表面は半導体物質上に配置された酸化物層であり、導電物質を有し前記バリア層から前記半導体物質まで延びるビアを供給するステップを更に含んでなる第1項記載の方法。
【0022】
(11) 半導体デバイスと共に使用するリードの製造方法であって、
(a) 半導体基板上に配置され、導電物質を有し前記基板まで延びているビアを有する表面を供給することと、
(b) 前記表面上に配置された導電金属層を有し、前記導電物質に接触し、側壁を有する、前記表面上に配置されたリードを形成するステップと、
(c) 前記表面から離れている前記導電金属層上に反射防止コーティングを形成することと、
(d) 前記導電金属のエレクトロマイグレーションを防止するための構成物により、前記導電金属層をカプセル化するステップと、
(e) 前記導電層をカプセル化するたの前記導電金属層の側壁以外は、前記構成物を除去するステップを含んでなる、前記製造方法。
【0023】
(12) 前記表面は、前記表面と前記導電層の間に配置されたバリア層を更に備えており、そして、前記カプセル化するステップは、前記バリア層と前記反射防止層の間の前記導電金属層をカプセル化することを含む第11項記載の方法。
【0024】
(13) 前記構成物は、TiN、W、Ti、Si3 N4 からなるクラスから取られた第11項記載の方法。
【0025】
(14) 前記構成物は、TiN、W、Ti、Si3 N4 からなるクラスから取られた第12項記載の方法。
【0026】
(15) 前記導電金属層は、前記バリア層と前記反射防止層に関してへこみを付けられ、前記バリア層および前記反射防止層と共にI型を形成する第11項記載の方法。
【0027】
(16) 前記導電金属層は、前記バリア層と前記反射防止層に関してへこみを付けられ、前記バリア層および前記反射防止層と共にI型を形成する第14項記載の方法。
【0028】
(17) 前記カプセル化のステップは、ステップ(d)の後に結果する構造物上に、前記構成物の等角的な(conformal)層を化学気相堆積し、それから、前記構成物の一部を等方的に腐食して、前記バリア層と前記反射防止層に等角的な(conformal)側壁を、前記導体金属層上に供給するステップを含んでなる第11項記載の方法。
【0029】
(18) 前記カプセル化のステップは、ステップ(d)の後に結果する構造物上に、前記構成物の等角的な(conformal)層を化学気相堆積し、それから、前記構成物の一部を等方的に腐食して、前記バリア層と前記反射防止層に等角的な(conformal)側壁を、前記導体金属層上に供給するステップを含んでなる第16項記載の方法。
【0030】
(19) 半導体デバイスと共に使用されるリードであって、
(a) 一つの表面の上に配置された導電金属層を有する前記表面上に配置されたリードと、
(b) 前記表面から離れた前記導電金属層上の反射防止コーティングと、
(c) 前記導電金属層をカプセル化して、前記導電金属のエレクトロマイグレーションを防止する構成物を含んでなる、前記リード。
【0031】
(20) 前記表面は更に、前記表面と前記導電層の間に配置されたバリア層を備え、そして前記カプセル化は、前記バリア層と前記反射防止層の間の前記導電金属層を含む第19項のリード。
【0032】
(21) 前記構成物は、TiN、W、Ti、Si3 N4 からなるクラスから取られた第19項記載のリード。
【0033】
(22) 前記構成物は、TiN、W、Ti、Si3 N4 からなるクラスから取られた第20項記載のリード。
【0034】
(23) 前記導電金属層は、前記バリア層と前記反射防止層に関してへこみを付けられ、前記バリア層および前記反射防止層と共にI型を形成する第20項記載のリード。
【0035】
(24) 前記導電金属層は、前記バリア層と前記反射防止層に関してへこみを付けられた側壁を有してI型を形成し、前記構成物が前記側壁上に配置されて、前記バリア層から前記反射防止層まで、前記リードに実質的に垂直な側壁を供給する第20項記載のリード。
【0036】
(25) 前記表面は半導体物質上に配置された酸化物層であり、前記酸化物層は更に、導電物質をその中に有して前記バリア層から前記半導体物質へ延びているビアを含んでなる第20項のリード。
【0037】
(26) 半導体デバイスと共に使用されるリードであって、
(a) 対向する一対の端部と一つの側壁を有する導電金属領域と、
(b) 前記端部の他の物の上に配置された反射防止コーティングと、
(c) 前記側壁上に配置され、善意バリア金属層および前記反射防止コーティングと共に前記導電領域をカプセルで包む側壁膜を含んでなる、前記リード。
【0038】
(27) 前記反射防止コーティングおよび前記側壁膜は、同一物質である第26項のリード。
【0039】
(28) 前記側壁膜は、TiN、W、Ti、Si3 N4 からなるクラスから取られた第27項記載のリード。
【0040】
(29) 前記側壁膜は、TiN、W、Ti、Si3 N4 からなるクラスから取られた第28項記載のリード。
【0041】
(30) 半導体デバイスと共に使用するリードの製造方法およびそのリード。半導体基板上に配置され、導電物質9を中に有し基板まで延びているビア5を有する一つの表面が供給される。表面に配置されたオプションのバリア層11を有し導電物質9に接触する表面に、一つのリードが形成される。バリア層11に接触しその上に配置され、側壁を有する導電金属層13が形成される。導電金属層13上にバリア層11から離れて反射防止コーティング15が形成される。導電金属層13は、バリア層11と反射防止層15の間で、TiN、W、Ti、Si3 N4 からなるクラスから取られた構成物によりカプセルに包まれる。この構成物は、それから、導電金属層13から以外は除去されて、導電層をカプセルで包む。導電金属層13は、バリア層11および反射防止層15に比較してへこんでいて、バリア層および反射防止層と共にI型を形成する。カプセル化のステップは、事前の構造物の上に構成物17の等角的な(conformal)層を化学蒸着するステップと、それから、構成物17の一部分を等方的に腐食して、バリア層11および反射防止層15の側壁に対して等角的な(conformal)側壁を導電金属層13に供給することを、含んでなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1aないし図1fは、この発明によるリードの製作のための加工のフローである。
【符号の説明】
1 シリコンチップ
3 酸化物
5 ビア
9 導電物質
11 バリア層
13 導電金属層
15 反射防止コーティング、反射防止層
17 構成物
Claims (2)
- 半導体デバイスと共に使用するリードの製造方法であって、
(a) 一つの表面のバリア層上に配置された導電金属層と、前記導電金属層の上に前記表面から離れている反射防止コーティングを有する前記表面上に配置されたリードを供給するステップと、
(b) 前記導電金属のエレクトロマイグレーションを防止する構成物により前記導電金属層をカプセル化するステップであって、前記導電金属層は前記バリア層と前記反射防止層とに関してへこみを付けた側壁を有してI型を形成し、前記側壁に堆積された前記構成物は前記リード上に実質的に垂直な側壁を提供するステップと、
を含んでなる、前記製造方法。 - 半導体デバイスと共に使用されるリードであって、
(a) 一つの表面の上に配置された導電金属層を有する前記表面と、前記表面及び前記導電金属層との間に配置されたバリア層との上に配置されたリードと、
(b) 前記表面から離れた前記導電金属層上の反射防止コーティングと、
(c) 前記導電金属層をカプセル化して、前記導電金属のエレクトロマイグレーションを防止する構成物であって、前記導電金属層は前記バリア層と前記反射防止層とに関してへこみを付けた側壁を有してI型を形成し、前記側壁に堆積された前記構成物は、前記バリア層の底面から前記反射防止層の頂面までに、前記リード上に実質的に垂直な側壁
を含んでなる、前記リード。
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