JP4182054B2 - 接続層を有する集積回路装置および関連する製造方法 - Google Patents
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Description
− 高線形LINキャパシタンス(0.5fF/μm2超または0.7fF/μm2超)、
− 強力結合ブロックコンデンサ、
− 特にRFコイルにおける、高Q値のコイル、
− 強力結合作動電圧給電、
− 外部接続用端子板(配線ボンディングパッド)またはその他のフリップチップ端子板(パッド)、
− レーザヒューズ接続(ヒューズ)
− 最終Cu面および/またはAl面における信号ライン。
他の開発例において、他の処理条件、好ましくはHDP法(高密度プラズマ)やPECVD法(プラズマ促進化学蒸着)を用いて作製された少なくとも2つの層を含む。この方策により、密度が高くなることからエレクトロマイグレーションを防ぐ上で最も達成可能な特性をもつ部分層をまず作製することができる。その後、特に高誘電率の部分層を作製することが可能である。
本発明による方法の他の開発例において、まず1つの接続層が施工される。その後、上部接続層の接続部のカットアウトが施工される。その後に初めて中間層が施工される。この開発例において、上部接続層は例えば銅を含む。
銅でできた下部金属層106,108,102の作製:
− 下部金属層106,108,102は、例えばダマシン技術を用いて低誘電率kの材料中における銅の蒸着または銅合金の蒸着により作製される。さらに、機械的安定性のため、多数の接触穴122〜126がボンディング接続110の下部に配置される。
− 二酸化珪素152またはその他の材料、例えばFSG(蛍石珪酸ガラス)が、リソグラフィ処理を使って施工・パターン化される。ライナ/バリア層150および銅148が引き続いて蒸着される。
− ライナ/バリア層150と銅148はその後、化学的機械的研磨法(CMP)によりほぼ二酸化珪素152の位置まで除去される。引き続いてこの表面は、例えばブラシアシスト洗浄(ブラシ洗浄)により洗浄される。
中間層160の作製に対する変形例:
a)約100nmの窒化珪素を、最上部金属層104に対する誘電拡散バリアとして、さらに金属間誘電体として、たとえばCDV法(化学的蒸着法)またはPECVD法(プラズマ促進CDV)により蒸着する。
− 金属間層160に対してフォトレジストを施工し、接触穴162,164,166に対する構造に応じて露出・現像させる。
−接触穴162,164,166を金属間層160内にエッチングする。
− フォトレジストの残りの部分は除去される。
− 接触穴162,164,166の底部に蒸着した可能性のある酸化銅を除去するため、例えば、湿式洗浄段階で接触穴162,164,166を洗浄する。
− バリア層172が蒸着され、例えばH2に基づくスパッタリング前洗浄または反応性前洗浄を行う、金属拡散バリアに適した材料としては、Ta,TaN,Ti,TiN,W,WN等がある。適した蒸着法としては、PVD法(物理蒸着法)またはCDV法がある。
− アルミニウム170またはアルミニウム合金はPVD法またはCDV法で蒸着される。
− 反射防止層192は、例えば窒化タンタル層であるが、PDV法で蒸着される。
− アルミニウム170のパターニングのためのリソグラフィ法を実行し、端子板180と、最上部電極182と、上部端子ライン184と、ブロックコンデンサ114の上部板と、ヒューズ部186との位置が決められる。コイルまたは、信号を担うための接続の位置についてもさらに決められる。
− アルミニウム170がエッチングされ、中間層160の上部エリアで停止する。
− フォトレジストが除去され、洗浄段階が実行される。
最終不動態化:
− 二酸化珪素190または他の適切な材料、例えばFSGが蒸着される。それに引き続いて窒化物層199が蒸着される。
− カットアウト196と202の位置を決めるため、リソグラフィ法を実施する。これらの開口部はそれぞれ端子板180とヒューズ部186にそれぞれつながる。
− カットアウト196と202をエッチングする。
− フォトレジストが除去され、洗浄段階が実行される。
下部金属層106a,108a,102aの作製:
− 図2に関する説明に対して参照する。
中間層304の作製に対する変形例:
d),e)中間層160作製のための変形例dとeを参照のこと。
− 二酸化珪素316または他の適切な材料、例えばFSGを蒸着させる。
− 接触開口部303,164a,166aの位置を決めるため、リソグラフィ法を実行する。
− 接触穴303,164a,166aの後の位置より上の二酸化珪素316内に接触穴がエッチングされる。中間層304でエッチング作業を停止する。
− フォトレジスト層が除去される。
− 銅148aの覆いが取られるまで、中間層304を通して接触穴がエッチングされる。
金属層104a内トレンチの作製:
− 銅312が導入されるトレンチの位置を決めるため、リソグラフィ法を実行する。
− トレンチのエッチングを行い、中間層304で停止する。この場合、端子板306、最上部電極308、作動電圧ライン184、端子部310に対するトレンチが作製される。さらに、同時に、ブロックキャパシタンスをもつ作動電圧ライン、信号ライン、またはコイルに対するトレンチが作製可能である。
− フォトレジスト層が除去される。
− 接触穴の底部に作製された可能性のある酸化銅を除去するため、例えば、湿式洗浄段階(例えば、EKC525)で接触穴を洗浄する。
金属層104aの追加作製:
− バリア層314を蒸着させ、この場合、(例えばH2に基づく)スパッタリング前洗浄または反応性前洗浄を行う。例えば、PVD法またはCVD法でバリア蒸着が行われる。バリア層172に対して、同一の材料を用いることが可能である。
− 例えば、PVD法またはCDV法、もしくは溶液からの無電解法により成長核を持つ銅層が引き続いて蒸着される。
− 二重ダマシン充填法、例えばECD法(電気化学蒸着)により銅312が導入される。
− CMP法によりトレンチ外にある銅312とバリア層314が除去される。
− バリア層318が施工される。バリア層318は約20nm〜約30nmの厚さをもつ。例として、PECVD法またはHDP法により窒化珪素が施工される。しかし、他の方法、例えば低誘電率kのバリア材料(ブロック−バリア低k)を用いることも可能である。
− 引き続いて、例えば二酸化珪素層320や窒化珪素層194aの施工により不動態化が作製される。
− カットアウト196aと202aの位置を決めるため、リソグラフィ法を実行する。
− カットアウト196aと202aのエッチングを行い、バリア層318で停止する。
− フォトレジスト層が除去される。
− カットアウト196aと202aの領域を通して、バリア層318のエッチングを行う。
− 極端に薄いが高密度の誘電体層322の蒸着を行うが、これは例えば5nmの厚さをもつ。例えば、ALCVD法(原子層CVD)を用いて蒸着を行う。適した材料は窒化珪素である。誘電体層322は、腐食や酸化に対して銅端子板206やヒューズ部310を防護する。しかし、誘電体層322は、Cu端子板306に対してボンディングが決して影響を与えないほど十分薄くなければならない。
下部金属層106b,108b,102bの作製:
− 図2に関する説明に対して参照する。
− 20nm超の厚さをもつバリア層402は、例えばPECVD法またはHDP法により平準金属層102に蒸着される。バリア層402は、例えば、窒化珪素または低誘電率k材料(ブロック)、例えば炭化珪素を含む。
− 酸化物層、例えば二酸化珪素404をバリア層402に蒸着させる。代替法として、別の材料、例えばFSGを用いることも可能である。
− 銅312bが引き続いて導入されるトレンチの位置を決めるため、リソグラフィ法を実行する。
− トレンチのエッチングを行い、バリア層402で停止する。
− 銅の酸化を防ぐため、フォトレジストを除去する。
− トレンチの領域を通して、バリア層402のエッチングを行う。銅148bより上部のバリア層402の領域を確実に完全に除去するため、オーバーエッチングさせなければならない。これにより、銅よりも二酸化珪素152bのある領域、すなわちボンディング接続110bよりも下部の領域でヒューズ接続116bよりも下部の領域で深いトレンチが得られる。
中間層400の作製に対する変形例:
d),e)中間層160作製のための変形例dとeをそれぞれ参照のこと。
接触穴作製(バイア)の作製:
− 接触穴303b,164b,166bと追加接触穴(図示されていない)の位置は、リソグラフィ法により決められる。
−接触穴を金属間層400内にエッチングする。
− フォトレジスト層が除去される。
− 接触穴の底部に作製された可能性のある酸化銅を除去するため、例えば、湿式洗浄段階(EKC525)で接触穴を洗浄する。
− 金属層104aの追加作製に関連して、図3についての説明に対して参照を行う。CMP法を実行する場合、銅312bとバリア層314bに追加して、トレンチ外の中間層400も除去されるという点だけが異なる。
すでに述べた本発明、開発例、代表的実施例の利点に加えて、以下の点にも注目すべきである:
− 最上部アルミニウム板は比較的厚く広い作動電圧ラインに対して利用可能である。接触穴(バイア)中にタングステン充填を行うことなくアルミニウムから配線面を作製することは、CMP法で銅平面を作製することよりさらに費用効果が大きい。末端金属面を平坦化する必要がないため、銅面は必要ない。
− リソグラフィでの要求事項が比較的緩和されているため、端末アルミニウム面のパターン化に対して既存の装置が利用できる。
− 最端の2つの金属層、例えば、低インピーダンス給電ライン(ラインアウト)または特に感度の高い混合信号ライン内で信号を担うことが可能である。容量的に強力結合された2つの金属層内に信号ラインが配置されている場合、確実に信号層がお互い交差しないよう注意を払う必要がある。しかし代替法として、信号ラインを平行な2平面内にひいて、それにより特に低インピーダンス信号ラインを使用可能にするということもできる。これに対する追加支出は低い。理由は、必ず必要なことが追加の配置面を準備することだけであり、これはソフトウェア技術で達成可能なためである。
− 端末金属層または前端末金属層内の信号ライン間の最小距離を、例えば10から20%に若干広げることにより、2面のうち1つの面内の信号ライン間の容量結合が強くなることを防ぐことができる。
全ての代表的実施例において、回路装置は、接続層間の0.5fF/μm 2 超または0.7fF/μm 2 超または約2fF/μm 2 の単位面積当たりキャパシタンスを決める中間層を通してのみ貫通する少なくとも1つの接触穴を含む。言い換えると、前記単位面積当たりキャパシタンスを決める中間層から離れた層を通して接触穴は貫通しない。
Claims (23)
- 集積回路装置(10,100)であって、
前記集積回路装置は、
半導体基板(12)に配置された構成部品を有し、
第1の接続層(102)と、前記第1の接続層の上にある第2の接続層(104)とを有し、
前記第1の接続層および前記第2の接続層の各々は、構成部品に対する導電接続の一部である少なくとも1つの導電接続部(148,170)を含み、
前記集積回路装置は、
少なくとも1つの誘電体材料でできた中間層(160,400)であって、前記第1の接続層(102)と前記第2の接続層(104)との間に配置されており、前記第1の接続層(102)と前記第2の接続層(104)との間の単位面積当たりのキャパシタンスを規定する中間層(160,400)を有し、
前記中間層(160,400)は、前記第1の接続層(102)と前記第2の接続層(104)との間の前記単位面積当たりのキャパシタンスが0.5fF/μm2 よりも大きくなるように、設計されており、
前記中間層(160,400)は、4よりも大きな誘電率を有する材料を含み、
前記第1の接続層(102)と前記第2の接続層(104)との間の距離は、200nm未満であり、
前記集積回路装置は、
前記中間層(160,340,400)を通してのみ貫通する少なくとも1つの接触穴(162,303,303b)を有し、
第1の接触穴(162)は、前記第2の接続層上の端子の端子板であって、外部導電接続(200)を前記集積回路装置に接続するための端子板に隣接し、
前記第2の接続層(104)の少なくとも1つの接続部(184)と、前記第1の接続層(102)の少なくとも1つの接続部(142)とは、作動電圧を帯びるために提供され、
前記接続部(184,142)は、前記第1の接続層(102)および前記第2の接続層(104)に対して垂直にみると、前記回路装置(10,100)の作動中に生じる干渉パルスを抑制するコンデンサ(C2,C3)を形成する領域において重なる、回路装置(10,100)。 - 第2の接触穴(164,166)が、前記第2の接続層上のヒューズ部(170)であって、ヒューズ接続(116)を前記集積回路装置に接続するヒューズ部(170)に隣接することを特徴とする、請求項1に記載の回路装置(10,100)。
- 前記接続部(184,142)が、前記回路装置(10,100)の回路部(16)であって、デジタル信号で作動する回路部(16)に配置されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の回路装置(10,100)。
- コイルの2つのらせん状導電領域であって、前記第1の接続層および前記第2の接続層内に配置されたらせん状導電領域が、前記接触穴によって接続されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の回路装置(10,100)。
- 前記回路装置(10,100)が、前記第2の接続層上に配置された不活性化層(194)であって、周囲影響に対する防護のための不活性化層(194)を含むことと、
前記不活性化層(194)が、前記第2の接続層(104)の接続部(180)につながる少なくとも1つの穴(196)を含むことと、
前記接続部(180)が、前記外部導電接続部(200)に接続するための端子を形成することと
を特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の回路装置(10,100)。 - 前記回路装置(10,100)が、前記第2の接続層上に配置された不活性化層(194)であって、周囲影響に対する防護のための不活性化層(194)を含む ことと、
前記不活性化層(194)が、前記第2の接続層(104)の前記接続部(186)につながる少なくとも1つの穴(202)を含むことと、
前記接続部(186)が、少なくとも2つの回路可変要素のうちの1つを選択する、あるいは選択したことによるヒューズ接続であることと
を特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の回路装置(10,100)。 - 前記第1の接続層(102)および前記第2の接続層(104)が、少なくとも1つのコンデンサ(C1,72)の電極(140,182)を含むことと、
前記コンデンサ(C1,72)の領域の前記中間層(160,400)の一部が、誘電体を形成することと、
前記コンデンサ(C1,72)が、前記回路装置(10,100)の回路部(14)であって、アナログ信号で作動する回路部(14)に配置されていることと
を特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の回路装置(10,100)。 - 導電領域が、前記第1の接続層および前記第2の接続層に対して垂直にみると、重なっており、細長い穴接続によって前記中間層を介して前記第1の接続層と前記第2の接続層とをつなげていることと、
前記導電領域が、らせんコースを有していることと、
前記導電領域が、回路の機能を確保するインダクタンスを形成することと
を特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の回路装置(10,100)。 - 前記第1の接続層(102)と前記第2の接続層(104)との間の前記単位面積当たりのキャパシタンスが、0.7fF/μm2 よりも大きいか、または約2.0fF/μm2であること、
および/または、前記材料が、異なる接続層(102,104)の相互に逆方向の導電領域(140,182;148,184)間の空間を実質的に完全に満たすこと、
および/または、前記第1の接続層(102)と前記第2の接続層(104)との間の距離が、150nm未満であること
または、前記第1の接続層と前記第2の接続層との間の距離が、約100nmであること
を特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の回路装置(10,100)。 - 前記第1の接続層(102)と前記第2の接続層(104)とがともに、主構成要素と同一の材料を含むこと、
または、前記第1の接続層(102)が、前記第2の接続層(104)の主構成要素を形成する材料と異なる材料を主構成要素として含むこと
を特徴し、
前記材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、もしくは銅合金である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の回路装置(10,100)。 - 前記第1の接続層(102)および前記第2の接続層(104)のうちの最後に付与された接続層(104)が、主構成要素としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を含むことと、
前記第1の接続層(102)と前記第2の接続層(104)との間の前記接触穴(162)が、同様にアルミニウムまたはアルミニウム合金で充填されていることと
を特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の回路装置(10,100)。 - 前記中間層(160,400)が、窒化物構成要素、窒化珪素または窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウムまたは酸化アルミニウムのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の回路装置(10,100)。
- 前記中間層(160,400)が、異なる処理条件下で作製された少なくとも2つの層を含むことを特徴とし、
1つの層が初めにHDP法で作製され、1つの層がその後にPECVD法で作製され、
前記初めに作製された層が、前記後で作製された層と同一の材料を主構成要素として含むか、または、
前記初めに作製された層が、前記後で作製された層と異なる材料を主構成要素として含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の回路装置(10,100)。 - 前記2つの層のうちの少なくとも1つが、特定の処理条件下における材料の堆積の中断と、それに続く同一の処理条件下における同一材料の堆積の継続とにより作製された多層スタックであることを特徴とする、請求項13に記載の回路装置(10,100)。
- 最初に作製された接続層(102)が、主構成要素として銅または銅合金を含むことと、
補助層が、前記第1の接続層(102)と前記中間層(160,400)との間に配置されており、前記補助層が、前記第1の接続層(102)の前記接続部(148)において、銅と、コバルト、タングステン、燐またはホウ素のうちの少なくとも1つの材料とを含む銅化合物を主に含む領域を含むことと
を特徴とする、請求項1〜14のいずれか一項に記載の回路装置(10,100)。 - 前記回路装置(10,100)が、さらなる接続層(20〜30)を含むことと、
単位面積当たりの高いキャパシタンスを有する接続層(32,34)が、前記基板(12)から最も遠くに配置された接続層(20〜34)であることと
を特徴とする、請求項1〜15のいずれか一項に記載の回路装置(10,100)。 - 請求項1〜16のいずれか一項に記載の集積回路装置(10,100)を作製するための方法であって、
電子構成部品が前記半導体基板(12)中に作製され、
前記構成部品の作製後に、前記第1の接続層(102)が付与され、ここで、前記第1の接続層(102)が構成部品に対する導電接続の一部である少なくとも1つの導電接続部(148)を含み、
前記第1の接続層(102)の付与の後に、少なくとも1つの誘電体材料でできた前記中間層(160)が付与され、
前記中間層(160)の付与の後に、前記第2の接続層(104)が付与され、ここで、前記第2の接続層(104)が構成部品に対する導電接続の一部である少なくとも1つの導電接続部(170)を含み、前記第1の接続層(102)と前記第2の接続層(104)との間の単位面積当たりのキャパシタンスが0.5fF/μm2 よりも大きくなるように前記中間層(160)が設計され、前記中間層(160,400)が、4よりも大きい誘電率を有する少なくとも1つの超材料を含み、前記第1の接続層(102)と前記第2の接続層(104)との間の距離が200nm未満であり、
前記中間層(160,340,400)を通してのみ貫通する少なくとも1つの接触穴(162,303,303b)が形成され、
前記方法は、
前記接触穴(162)が、前記第2の接続層上の前記端子の領域であって、前記外部導電接続(200)に接続するための領域内に配置されること、または、
前記接触穴(164,166)が、前記ヒューズ接続(116)の領域内に配置されること、または、
回路の機能を確保するインダクタンスを形成する2つの導電領域であって、前記第1の接続層および前記第2の接続層に配置されている導電領域が前記接触穴により接続されること、または、
作動電圧ライン(302)が前記接触穴(303,303b)により接触接続されていること
を特徴とする、方法。 - 前記第2の接続層(104)の作製が開始される前に前記中間層(160)が付与されること、または、
前記第2の接続層(316)の接続部(312)に対する穴中に前記中間層(400)が堆積されること
を特徴とする、請求項17に記載の方法。 - 請求項1〜16のいずれか一項に記載の集積回路装置を作製するための方法であって、
金属層(148)がキャリヤ材料(152)上に付与され、
前記金属層(148)の付与の後に、中間層(160,400)が付与され、ここで、前記中間層(160,400)が、異なる処理条件下で作製された少なくとも2つの層を含み、
最初に作製された層がHDP法で堆積され、その後作製された層がPECVD法で堆積され、
ここで、前記最初に作製された層が、前記後で作製された層と同一の材料を主構成要素として含むか、あるいは、前記最初に作製された層が、前記後で作製された層と異なる材料を主構成要素として含む、方法。 - 前記金属層(148)は、銅または銅合金でできている、請求項19に記載の方法。
- 請求項19または20に記載の方法であって、前記2つの層のうちの少なくとも1つが、材料の堆積の複数回の中断と、それに続く同一の処理条件下における同一材料の堆積の継続とにより作製されることを特徴とする、方法。
- 請求項1〜16のいずれか一項に記載の集積回路装置を作製するための方法であって、
金属層(148)がキャリヤ材料上に付与され、
前記金属層の付与の後に、補助層が付与され、ここで、前記補助層が、銅と、コバルト、タングステン、燐またはホウ素のうちの少なくとも1つの材料とを含む銅化合物を主に含み、
前記補助層の付与の後に、誘電体材料でできた中間層が付与される、方法。 - 前記金属層(148)は、銅または銅合金でできている、請求項22に記載の方法。
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