JPH02504092A - 積層回路における層間導電路の製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 積層回路における層間導電路 の”造 ［″３術分野］ 本発明は、ソリッドステート集積回路の製造に関し、特定すると、集積回路内の １間導電路製造方法および装置に関する。

［技術背景］ 過去２０年間における大規模集積回路の急速な発展は、１チツプ上で多くの回路 を実施することを可能にした回路設計および製造技術の進歩の結果であった。現 今、単一のチップは、数十万のトランジスタを含むことができるが、これは１９ ７０年代前半１チツプ上数千のトランジスタであったのに比べ、かなりの増加で ある。

ソリッドステート集積回路は、普通ウェハから製造されるが、ウェハは、単一の 半導体結晶上または結晶内に導電体、能動的電子デバイスおよび受動的絶縁体の 複数の暦を含む。ウェハは、製造された後、別個の電子的タスクを遂行できる個 々のチップにスライスできる。

この技術分野において、集積回路内の導電路間に介在する絶縁中に存する層間導 電路は、「バイア（ｖｉａ）Ｊと称される。上にある導電路と半導体領域間の絶 縁中に存する同様の電路は、「フンタクトカット」　（あるいは、より説明的に 接触接続と称される）０代表的ウェハは、この種の導電路を数百万有することが あり、例久ば４、０００のトランジスタを含む中規模のチップでさえ、１０００ ものｖｉａおよび８．０００を越える接触接続を有することかあるわ これらの眉間の電気的接続によって課される設計上の制限は、現在および将来の 半導体回路バッキング密度に重要な役割を演する。超大規模集積回路は、性能お よび密度の目標を達成するために改良されたマルチレベル相互接続を必要としよ う。理論的に、３レベル金属集積回路は、同じ材料および寸法の２レベル金属デ バイスに比して、バッキング密度のほぼ倍加を可能にする。しかしながら、装置 バッキング密度は、相互接続層の数の増加に関して直線的に増加せず、バイアお よびコンタクトカットを提供することに向けられねばならないウェハのトポグラ フィ−領域によって制限される。

バイアを構成するための従来の手法は、第１Ａ図および第１Ｂ図に例示されるよ うに、垂直方向の大向に金属を蒸着またはスパッタ付着することである。下部導 電体！Ｖ４１上に付着された絶縁層重１に、穴Ｈが腐食形成される。しかして、 Ｍｌおよび■１とも基板Ｓ上に重畳されている。ついで、金属Ｍ２（重畳された 上部導体を形成する）が、穴Ｈの内側および底部を覆うように付着され、それに より上部および下部導電体Ｍ１およびＭ２間の絶縁層■ユ中に導電性バイア■を 設定する。接触接続も、穴を腐食形成することにより同様に作られるが、この場 合、金属は、上部導電体および下にある半導体領域間に電気的接続を提供するよ うに付着される。（実際には、穴が腐食形成された後、ウニへの全表面上に金属 が（ｔ　！され、ついでマスクされ、そして金属充填バイアおよびコンタクトカ ット上を通過する導電性金属線を残すように選択的に腐食除去される。） きれいな穴を準備し、層間導電路に対する金属を付着するに際しては、種々の困 難に遭遇する。例えば、第１Ａ図および１３図の例示を参照して説明すると、金 属か穴Ｈ内に付着されるとき、穴Ｈの底部に十分の金属が付着しない内に、金属 が穴の上縁部（図のＲで指示される）に溜って周囲に段を形成する傾向がある。

加えて、金属は、最初穴の側壁および底部の形状に順応するから、バイア■の中 心にはクレータ−Ｃが形成される。この結果、バイア■の頂部表面は、非常に不 規則となる。非平面のトポグラフィ−は、第１Ａおよび１Ｂから認めることがで きるが、これらの図は、「クレータ−リム」現象を明瞭に示している。この条件 は、第１Ｂ図に示されるように、バイアＶ直上の領域において、上部導電体の薄 層化や、絶縁層重２および金属層Ｍ３のような後続層の非平面的付着をもたらす ことがある。

さらに、平面の不規則性は、バイア上に付着されるフォトレジストや、集積回路 の後続の層に歪を惹起する可能性がある。また、第１Ｂ図に示されるように、フ ォトレジストＰがバイア上に付着されるとき（または金属導電体Ｍ３のような中 間の非平坦平面）、現像中の露出光が、下にある輪郭により反射され、フォトレ ジストまたニオ後続の付着物の狭隘化すなわちノツチ形成をもたらすことがあり 、それによりこれら層におけるデバイスおよび導電体構造の解像度に制限が課さ れることがある。

バイア上の段付き被覆と関連する問題は、他の金属導電体をバイア上に直接付着 するのを禁止するＶＬＳＩ設計ルールをもたらした。また、穴を腐食形成するこ とによりバイアを形成する方法は、各穴が導電体の垂直方向整合に許容差を提供 するに十分の金属によって囲まれることを保証するために、少なくとも各ヴアイ アの領域において相互接続導電体の拡幅を必要とする。

例えば、第１Ｂ図に示されるような１ミクロン幅のバイアに対しては、２ミクロ ン幅の導電体が必要とされ、同様に、第１Ａ図に示されるような１７２ミクロン 幅のバイアに対しては、十分の重畳を保証するために１ミクロン幅の導電体が必 要とされる。

極小寸法の場合、バイアおよびコンタクトカットの連続性および一体性を保証す ることがますます困難となる。この１つの理由は、このような寸法では、金属付 着前に、穴Ｈの底からすべての絶縁材料を一掃することが難しいことである。他 の理由は、金属をこのような小穴中に付着することが難しいことである。

金属をバイアまたはコンタクトカット中に入れる問題は、穴に傾斜面を備えるこ とによって減ぜられる。しかしながら、傾斜側面をもつ垂直導電路は、ウェハ上 により多くのスペースを取ることは明らかであり、そしてデバイス構造体の一層 の小型化が求めら続けられる限り、この解決法は魅力が乏しくなる。従来のバイ ア設計の場合、バイアが占める領域を２部２ミクロン以下に減することは難しい と推定された。さらに、急な傾斜側面によると、十分に厚い均一な導電性フィル ムを大側面上に付着することが雛しくなる可能性がある。

バイアを充填するための代わりの方法は、ウェハの全表面上に対する金属の蒸発 またはスパッタ付着によらずに、化学的蒸着（ｒｃＶＤ　Ｊ　）により穴を充填 することである。　ＣＶＤ法においては、金属がすでに露出しているウニへの領 域上にのみ金属層を選択的に成長させることができる。この方法においては、バ イアは、タングステンのような金属の選択的な付着によって、底部から充填でき る。しかしながら、ＣＶＤ法のもっとも有望なものでも、特にコンタクトカット を充填するとき制御が困難であり、いずれにしても、穴がやはり切除され、つい で金属が付着され得る前に、完全に清掃されねばならない。

他の手法は、レーザーを使用して、絶縁体を導電体に変換し、それにより層間路 を形成することを含む。米国特許第４．４８５．４９０号は、バイアが所望され るところに「リンク絶縁体」が付着される技術を開示している。リンク絶縁体上 に付着された金属層が、約】ミリ秒のパルスを有するへイバワーレーザに曝さら されると、頂部金属層を溶融し、その少なくとも１部を１ノンクインシユレータ 材料と合金化しすることによって、導電路が形成される。この技術は、選択的に バイアおよびフンタクトカットを作るための有効な手段と思われるが、得られた 構造体は、普通なお非平坦面をもたらし、レーザビームにより発生された高温（ 例えば５００℃）に局部的に露出されるが、これは、注意深い制御を必要とする 。このように、従来技術による層間導電路の形成と関連する要件は、回路に制約 を加え、回路密度に影響を及ぼす。

従って、本発明の目的は、従来の１間接続技術から生ずる設計要件よりも簡単な 設計要件で、集積回路を製造する方法および装置を提供することである。

本発明の特定の目的は、集積回路チップにおける能動電子デバイスのより高いバ ッキング密度を可能にする層間導電路製造方法に関する。

本発明の他の特定の目的は、実質的に平坦な上面と実質的に垂直な側面を有する 、改良された幾何形態をもつ層間導電路を提供することである。

［発明の概要コ 本発明に従えば、通常絶縁性の層の選択された領域にイオンを植え込み、選択さ れた領域の絶縁体の組成および／または構造を変化させることによって、層間導 電路を製造する方法および装置に関する。このような植込み領域上に、ついで上 部導電層が付着され、全構造体が約３３０℃および５００℃間の温度で焼成され る。低温焼成の結果、上部導電層からの原子、または２導電層が相互に接続され ている場合には、上部およ′び下部導電層からの原子が、植込み領域に拡散して 、上部導電体と下にある要素間に低抵抗の導電路を形成する６しかして、この導 電路は、約１０−’ｏｈｍ−Ｃｍまたはそれ以下の内部抵抗を有する。

この手法は、他の目的のために半導体デバイス製造においてすでに採用される焼 成段階を利用できる６ウエハは、普通、製造段階中の種々の他の処理段階の悪影 響を減じ、全ウェハ中における導電体と電子的デバイスとの電気的接続を改善す るように焼成される。

ポリイミドのような重合体絶縁体や、金属または半導体酸化物、窒化物または炭 化物のような無機絶縁体を含め、広範囲の絶縁材料を、このようにして選択的に 導電性にすることができる。本発明に従い高解像の層間導電路を生ずるように処 理できる１つの好ましい絶縁体は、二酸化珪素であるが、これは、工業において すでに広く使用されている物質である。他の絶縁体としては、窒化珪素、および 炭化珪素、アルミニウム酸化物、ダイヤモンド構造炭素および同等物のようなそ の他の無機ガラス状絶縁体などがある。

二酸化珪素は、集積回路製造において絶縁体としてすでに広く使用に供されてい るから、特に好ましい。二酸化珪素は、低誘電率を有し、源の珪素基板からエピ タキシャル成長で形成できるから、一般に優良な絶縁体として受は入れられてい る。二酸化珪素は、エピタキシャル成長（例えば、シリコンウェハを約り０００ ℃〜約１２００℃にて水分または酸素含有周囲雰囲気に曝すことにより）に加え て、スパッタ付着、スピンオンガラス付着、プラズマ付着、ＣＶＤ法等により付 着でき、本発明に従う層間導電路を構成するに際して有用な絶縁層を得ることが できる。

代わりに、窒化珪素のようなその他の無機絶縁性ガラスを採用することもできる 。窒化珪素は、本発明に従って層間導電路を形成する絶縁体として使用されると き、通常の化学量論式（ＳｉｓＮａ）程度の珪素の最高２倍の珪素を含む珪素に 冨んだ組成物として付着されるのが好ましい。かくして、好ましい窒化珪素組成 物は、Ｓ＋ｌｙとして表わすことができる。ここで、ｘ　Ｍ　ｙの比は、約０． ７５〜　］、７の範囲にあり、もっとも好ましくは約１．６である。珪素に冨ん だＳｉ、Ｎアは１例えばプラズマ支援化学的蒸着（ＰＥＣＶＤ）技術または関連 する方法により付着できる。このような付着方法においては、５ｉ１Ｎ、の珪素 含有量は、その屈折率の変化により測定できる。

本発明においては、層間導電路を製造するために広範囲の種類の植え込まれたイ オンを採用できる。二酸化珪素または窒化珪素のような珪素を基材とする絶縁体 が使用されるとき、普通植込み段階においても珪素イオンを使用するのが好まし 。しかしながら、より一般的には、植込みイオンは、特定の応用および物質にし たがって、珪素、ゲルマニウム、炭素、硼素、砒素、燐、チタン、モリブデン、 アルミニウムおよび金を含むことができる。この種のイオンの好ましい植込みエ ネルギおよび１′ｌ：用は、導電路の寸法、絶縁体の形式および厚さ、および下 にある構造体すなわち基板を含む種々のファクターに依存して変わる。普通、植 込みエネルギは、約１０ないし５００　＆：　ｅ　Ｖの範囲で変わる。厚膜中に 導電路を形成するようなときのようなある応用の場合、これより高い植込みエネ ルギさえ採用できる。

本発明にしたがって結合される（上部および／または下部）導電線を提供するた めには、種々の導電体材料を採用できる。この種の導電体材料としては、アルミ ニウムおよびＡｌ−３ｉのようなアルミニウム合金などがある。

少なくとも絶縁体層が珪素を基材とする絶縁体（例えば５ｉＯｚまたはＳＩＮ　 ）であるときは、普通アルミニウムを基材とする導電体が好ましい。何故ならば 、アルミニウムは、珪素に対して特別の親和力を有し、焼成中植込み領域中に容 易に拡散することができるからである。本発明の実施に有用な他の導電体材料と しては、銅合金、アルミニウムーチタン合金、アルミニウムー銅−クロム合金（ またはサンドウィッチ状物）などがある。より一般的には、導電性材料は、適当 に低い初抵抗率（すなわち約１〔じ”ｏｈｍ−ｃｍまたはそれ以下）を示し、焼 成中植込み領域中に選択的に移動／拡散し得る限り、導電性状態にトープされた 材料ならびに天然的導電性物質を含むことができる。

このように、本発明は、選択された領域において絶縁体を導電体に変換すること によって層間導電路を製造するための代替技術を提供するものであるが、絶縁体 を削除しついで導電体を付着する従来の技術に比して、一体的導電路を形成でき る。この新規な技術は、層間導電路上に実質的に平坦な平面をもたらし、高解像 度で形成できる実質的に垂直な側面をもつ導電路構造をもたらすことができる。

以下では、本発明を特定の例示の実施例について説明するが、技術に精通したも のであれば、本発明の技術思想から逸脱することなく、種々の追加、削減、変更 をなし得ることは明らかである０例えば、本発明は、垂直層間導電路により例示 されるが、全マス製造工程の一部としであるいは個々の集積回路を注文生産する ために、普通には絶縁性の材料を跨いでおよび／またはこの種材料を貫通して水 平の導電性ブリッジを形成するのにも使用できる。

［図面の簡単な説明］ 本発明のこれらおよびその他の特徴およびその種々の側面および特徴は、図面を 参照して以下の説明を読めば明らかとなろう。

第１Ａ図および第１Ｂ図は従来技術にしたがって作られたバイアを有する集積回 路の断面図である。

第２Ａ〜２Ｆは本発明に従う種々の製造段階におけるバイアを示す集積回路構造 体の断面図である。

第３Ａ〜３Ｆ図は本発明に従う導′電体および半導体領域間の接触接続を示す集 積回路構造体の断面図である。

第４図は本発明に従う複数の層間導電路を示す集積回路の断面図である。

［詳細な説明］ 第２Ａ〜２Ｆ図は、本発明の好まし実施例に従う種々の製造段階における代表的 集積回路構造体ＩＣを示している。

第２Ａ図を参照すると、基板Ｓ上に第１の絶縁層１１が形成された後、酸化、ス パッタ、化学的蒸着法または斯界に精通したものに周知のその他の方法によって 、はぼ水平に延びる第１の金属導電路すなわち導電体Ｍ１パターンが形成される 。この第１の導電層は、例えば、第１絶縁層状に金属を約０．５ミクロン〜１． ０ミクロンの厚さにスパッタリングし、金属層に水平金属線のパターンを腐食形 成することによって付着される。ついで、第２の絶縁層■２が、第１導電体Ｍ１ 上に付着される。絶縁層重２は、ポリイミドのような重合体絶縁体、または金属 または半導体ガラスのような無機絶縁体とし得る。二酸化珪素、窒化珪素および 炭化珪素のような絶縁性珪素化合物は、特に有用である。絶縁層重２の付着は、 プラズマ付着のような周知の技術により達成でき、図示のように、ウェハの大連 続面積上に、約０．２〜１．０ミクロン、好ましくは約０．５ミクロンの均一な 被覆をもたらすことができる。

第２Ｂ図は、絶縁層１２上における好ましくは金属材料よりなるマスクＰの付着 および成形を例示している。

マスクは、高解像度ステップ−オン−ウェハ写真平版印刷法のような周知の写真 平版印刷技術、または代わりに電子またはＸ線平版印刷法によってパターン−化 できる。

露光および現像の後、バイアの領域においてのみ１２層を露出するように、マス クの一部が腐食除去される。

これは、例えば、周知の湿式化学的方法、等方性または異方性、により達成でき る。高アスペクト比エツチングが望まれる緻密な回路バッキングおよび小デバイ スサイズに対しては、乾式プラズマエツチング、反応性イオンエツチングおよび イオンミリングが普通は好ましかろう。

マスクＰの成形後、構造体はイオ：ノ植込みの準備が整う。

第２Ｃ図は、マスクＰの露出表面がイオンを受けるイオン植込み段階を示してい るが、このイオンは、絶縁層■２が５ｉＯｚまたはＳｉＮのような絶縁性珪素化 合物であるときは珪素イオンが好ましい。これは、マスクの開口下の領域におい て絶縁層の組成およびまたは構造を有効にに変更する。

技術的に周知のように、植込みの量、その濃度およびその分布プロフィルは、す へて、ビーム電流、電圧および露光時間を変えることによって制御できる。植え 込まれる原子は、珪素、ゲルマニウム、炭素、硼素、砒素、燐、チタンモリブデ ン、アルミニウムおよび金より成る群から選択できる。

層間路内において植え込まれたイオンに所望される均一な分布プロフィルを得る ために、複数の異なるビームエネルギを使用できる。例えば、より一様な分布を もたせるため、植込み領域の全厚中にイオンを分布するように、種々の加速電圧 にて数種の植込みを遂行し得る。代わりに、１つのレベルが使用される場合は、 領域の中央に中心をおいて植え込まれたイオンのガウス分布を生ずるようにエネ ルギを選択してもよい。

イオン植込み段階は、絶縁層の組成および構造を変化させるが、また、酸素、音 素または炭素（絶縁層の組成に依存する）を変位させる効果を有し、焼成段階中 溝電層から植込み領域中への金属の移動および混合（合金化）を促進するものと 思われる。植込みはまた、結晶格子を崩壊する物理的効果を有し、これがまた金 属の拡散を促進し得るものと思われる。この結果、植込み領域に、本質的に崩壊 された絶縁体と植え込まれたイオンとより成る複合物質を生ずる。

第２Ｂ図に例示されるマスク化段階に代わるものとして、ある種のイオン源を用 いて無マスクイオン植込みな利用できる、例えば、Ｊｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｓｙｓｔ ｅｍｓ、マサチニーセッッ州Ｂ　ｅ　ｖ　ｅ　ｒ　Ｉ　ｙ所在、によつ製造され た焦点ｔＡＨ５イオンビーム植込み装置を使用して、マスクなしで０２〜２．０ ミクロンの領域に植え込むことができる９マスクが使用される場合、マスクは、 普通、イオン植込み段階の完了時に除去される。植込みから生ずる集積導体Ｍ　 １直上に位置づけられている。

第２Ｅ図は、第２絶縁層■２上に第２の金属導電体層！−４２を直接付着する状 態を例示している。この金属層の付着は、第１導電体層Ｍ１と関連して上述した のと類似の態様で進行する。導電体Ｍ２は、バイア■を形成する植込み領域上に 直接配置される。

第２Ｆ図は、得られた構造体の焼成を例示するものであり、焼成は、層重２の絶 縁材月内に一体的に配置された導電性バイアの形成をもたらす。焼成は、従来技 術により遂行できる。例えば、ウェハは、非反応性ガス雰囲気（普通、酸素を吸 収するために約３％の水素を加える）で炉内に配置し、加熱すればよい。

温度は、焼成時間に依存して３３０℃および５００℃、好ましくは１時間半の場 合的４２５℃に上昇させるべきである。いずれにしても、焼成温度は、Ｍｌおよ びＭ２の材料の融点温度以下とすべきである。これは、アルミニウムを基材とす る導電体の場合的６００℃である。

このように、焼成の効果は、導電体？４１およびＭ　２物質を植込み領域中に拡 散して、複合導電物質を形成することである。得られたバイアは、多層集積回路 の要件内に十分ある約１　ｏｈｍの内部抵抗を百“し、他方絶縁層の未処理の塞 化珪素は、例えば約１０１４１０１４ｏｈの抵抗率を有する。

ウェハは、普通、電気的接続を改善しかつ先行の製造処理段階の悪影響を低減す るように焼成されるから、バイアの形成における焼成は、ウェハ製造工程に新た な段階を追加することはない。

第３Ａ〜３Ｆ図は、トランジスタＴ（ンースＳ０、ドレインＤおよびゲートＧ） の半導体領域の形式の下にある要素、ならびにゲート酸化物上に配置されたポリ シリコン層Ｐ０との間に本発明にしたがって接触接続Ｃを作るに際しての諸製造 段階を示している。この諸段階は、第２Ａ〜２Ｆ図に関連して上述したのと同様 であり、従って短い説明しか必要としない。類似の特徴は、同じ参照番号を付し である。

第３Ａ図には、基板Ｓ上に先に形成された半導体領域上、ならびにポリシリコン 層Ｐ。上に、第１の絶縁理工１が付着されている。

続いて、第３Ｂ図においては、接触接続Ｃに対して選択された領域上に開口を有 するマスクＰが、付着、成形される。

第３図においては、集積回路の選択された領域が、イオン植込みを受ける。

次に、第３図においては、マスクが除去される。

第３図においては、第１の金属層Ｍ１が、接続されるべき下にある要素上におい て、少なくとも植込み領域直上の位置に重畳されるように付着、成形される。

最後に、第３Ｆ図においては、集積回路構造体ＩＣが焼成され、介在する絶縁層 １１中に導電路を生じ、下にある要素を導電層Ｍ１と相互接続する。これは、上 にある第１導電ｉＭ１の植込み領域への拡散から得られ、下：：ある要素との電 気的接続を形成する。

このように、本発明に従う接触接続の製造は、上述ののようにバイアの製造と類 似である。

本発明にしたがって作られた集積回路が、第４図に示されている。第１の導電層 Ｍ１の個々の水平導電線（例えば導電体２６）は、絶縁理工１により下にある基 板および該基板の能動デバイスから隔絶されている。垂直導電路１０、】３．１ ４は、第１水平導を暦Ｍ１を第２の水平導電層Ｍ２に相互接続する。同様に、垂 直導電路］６．１８は、トランジスター丁の半導体領域を第１金属、］Ｍｌに相 互接続する。導電路２０は、ポリシリコン層２２を第１金属層Ｍ１に相互接続す る。導電路２４は、第１金属層Ｍ１を第２金属層Ｍ２に相互接続するが、導電路 ２０上に垂直に配置されることが重要である。図は、本発明の導電路が、相互に 積層され得ることを示している。

得られた集積回路は、層間導電路を有していて、しかも頂部平面は実質的に平坦 である。これらの垂直導電路は、はぼ円筒状形態を有してもよいし、正方形また は矩形断面をもつ箱状をなしてもよい、異なる層の２本の導電体は、両者の材料 を植込み領域中に拡散することにより接続できる。代わりに、半導体が重畳され る導電体と相互接続される場合には、重畳される導電体の材料を、焼成により、 下にあるソリッドステートデバイスに影響を及ぼすことなく、植込み領域内に拡 散できる。

さらに、本発明に従って作られた層間導電路は、リンク領域における導電体の幅 と同じ幅を有してよい。例えば２ミクロン幅の導電体は２ミクロン幅の導電路と オーバーラツプを必要どせずに相互接続できる。

以下、本発明を実施例により説明する。

［実施例１−二酸化珪素］ シリコンウェハの表面上に、約８０００Ａｎｇ、の深さでＡ１−］％５ｉ−２％ Ｃｕの第１の導電層をスパッタ付着し、写真平版印刷によりマスクを形成し、非 マスク領域をプラズマエツチングすることにより、金属線パターンを形成した。

ついで、ウニへの表面上にプラズマ支援の化学的蒸着（シランおよび１り０．か う）により二酸化珪素絶縁層を付着し、表面および下部金属線パターンを深さ約 ２５００Ａｎｇ。

の絶縁性ＳｉＪ層で覆った。

ついで、標準的写真平版印刷技術を使用して、二酸化珪素層にマスクを施し、金 属線に重ねて、約３ミクロン×　３ミクロンの選択されたスポットのみを露出さ せた。

直接植込み機械（例えば、Ｖａｒｉｏｎ　Ｉｎｃ　　マサチュウセッツ州Ｇｌｏ Ｕｃｅｓｔｅｒ所在、により製造されたイオン植込み磯、Ｅｘｔｒｉｏｎ　２０ ０−２０型または同等物）を使用して、５ｉ０２屡のこれらの領域に、珪素イオ ンを植え込んだ。各バイアの領域において、３つのレベルにて植え込み量が設定 された。

植込み後、第２の金属層（例えば１％の珪素を含むアルミニウム）を、プラズマ スパッタリング装置（例えば、い’ＣＩｎｃ、、ニューヨークＲｏｃｈｅｓｔｅ ｒ所在、により製造されたスパッタリング装置または同等物）により付着し、つ いで写真平版印刷法により、植込み領域を横切る第２の上部導電層を提供するよ うにパターン−化し、腐食形成した。

ついで、全構造体を４５０℃で　１時間半焼成した。焼成後、植込み領域は、優 れた導電率（約１．５ｏｈｍの低抵抗）と実質的に平坦な表面を示した。層間導 電路は、上部および下部の導電性金属線に十分接合されていた。垂直路および金 属線の分析により、珪素の上部および下部導電体への固体相互拡散、ならびにア ルミニウムのバイア領域への固体相互拡散が明らかにされた。

［（実施例２−窒化珪素コ シリコンウェハ表面上に、８０００Ａｎｇ、の深さでＡ１−１％５ｉ−２λＣｕ の第］の導電層をスパッタにより付着し、続いて写真平版印刷によりマスクを形 成し、未マスク領域のプラズマエツチングによって、金属線のパターンを形成し た。ついで、ウニへの表面上に、プラズマ支援化学的蒸着により、窒化珪素絶縁 石を付着し、表面および水平金属線のパターンを、深さ約３０００Ａｎｇ、の絶 縁性５ｉｎ２で覆った。

このプロセスにおいては、窒化珪素はシランおよびアンモニアガスから形成され 、Ｔｅｇａｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、　　カリフォルニア州所在、により製 造されたＰＥＣＶＤ装置を使って付着された。窒化珪素の付着に関する他の情報 として、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ　Ｅｘｔｅｎｄｅｄ 　Ａｂｓｔａｃｃｔ、〜）ｏｌ。

８６−２．４．８１頁（１９８６）のＪ、　Ａ、　Ｂｕｒｎｓ、　Ｇ、　Ｈ，Ｃ ｈａｐｍａｎ、　Ｂ、　Ｌ、　Ｅｍｅｒ−ｓｏｎのｒ　Ｌｏｗ　Ｒｅ５ｉｓｔａ ｎｃｅ　Ｐｒｏｇｒａｎ＋ｍａｂｌｅ　ＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓＴｌ＋ｒｏｕｇ ｈ　ＰｌａｓｍａＤｅｐｏｓｉｔｅｄ　５ｉｌｉｃｏｎ　Ｎ１ｔｒｉｄｅ　Ｊ　 参照。

上述のように、イオン植込み目的に対しては、珪素に冨んだＳｉＮが好ましいこ とが分かった。付着された物質の化学的性質は、珪素含有量指標として屈折値率 を測定することにより監視された０例えば、斯界に周知の偏光解析法により測定 される約２．５ないし２．５間の屈折率が望ましいことが分かった。

ついで、窒化珪素層を７０００Ａｎｇ、厚のＡｌＳｉでマスクし、そしてこのマ スクを、導電線に重畳される選択されたスポットのみを露出するように、写真平 版印刷法によりパターン化し、プラズマエツチングして選択的に除去した。　− 例１〜１２ミクロン範囲のバイアパターンが製造された。再度直接植込み機械（ 例えば、ａｒｉｏｎ　Ｉｎｃ、マサチューセッツＧｌｏｕｃｅｓｔｅｒにより製 造されたＥｘｔｒｉｏｎ２０［］−２０型イオン植込み装置または等個物）を使 用して、Ｓｉ％層のこれらの領域に珪素イオンを植え込んだ。各バイアの領域に おいて、植込み量は、３つのレベル、すなわち２５ＫｅＶ、９０ＫｅＶおよび１ ８０にｅＶにてｌ　Ｘ　１０”／ｃｍ２に設定された。

マスク除去の後、８０００Ａｎｇ、厚のＡｌ１％Ｓｉの上部導電体を再度頂部に スパッタ付着し、植込み領域を横切る第２の上部導電線層を提供するように写真 平版印刷法によりパターン化し腐食形成した。

このＳｉＮ構造体を、４２５℃で１時間半焼成した。焼成後、植込み領域は、や はり優れた導電性を示すことが分かった（すなわち、断面１ミクロン×１ミクロ ンのバイアに対して１．Ｏｏｈｍ以下の抵抗）、低抵抗路また、３３０°Ｃの焼 成でも達成された。すべての例において、バイアは、はぼ平坦な表面を示し、眉 間導電路は、上部および下部金属線によく結合された。垂直導電路および金属線 の分析により、珪素の上部および下部導電体への固体相互拡散ならびにアルミニ ウムのバイア領域への固体相互拡散が、やはり明らかにされた。

国際調査報告

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. （１）集積回路構造体に層間導電路を製造する方法において、集積回路構造体の 下部要素上に絶縁層を付着し、絶縁層の少なくとも１つの選択された領域にイオ ンを植え込み、絶縁層の選択された領域上に導電性物質の上部層を付着し、上部 導電層の物質を絶縁層の選択された領域中に拡散させるように付著された層およ び集積回路構造体を焼成し、それにより上部導電層および下部要素間の選択され た領域に導電路を形成することを特徴とする層間導電路製造方法。
2. （２）絶縁層を付着する段階が、二酸化珪素、窒化珪素、炭化珪素、アルミニウ ム酸化物、ポリイミドおよびダイアモンド構造炭素を付着することを含む特許請 求の範囲第１項記載の導電路製造方法。
3. （３）絶縁層を付着する段階が二酸化珪素層を付着することを含み、イオンを植 え込む段階が、二酸化珪素層の選択された領域中に珪素イオンを植え込むことを 含む特許請求の範囲第１項記載の導電路製造方法。
4. （４）絶縁層を付着する段階がさらに、窒化珪素層を付着することを含み、イオ ンを植え込む段階がさらに、二酸化珪素層の選択された領域中に珪素イオンを植 え込むことを含む特許請求の範囲第１項記載の導電路製造方法。
5. （５）絶縁性物質を付着する段階がさらに、０．７５対１．７の範囲の珪素対窒 化物の比を有する珪素に富んだ窒化珪素層を付着することを含む特許請求の範囲 第４項記載の導電路製造方法。
6. （６）絶縁層を付着する段階がさらに、絶縁層のプラズマ支援化学的蒸着を含む 特許請求の範囲第１項記載の導電路製造方法。
7. （７）絶縁層の選択された領域中にイオンを植え込む段階が、選択された領域の みを露出するように絶縁層をマスクすることを含む特許請求の範囲第１項記載の 導電路製造方法。
8. （８）イオンを植え込む段階が、前記絶縁層上にレジストを写真平版印刷法によ りパターン化し、選択された露出領域を形成するうにレジストを腐食し、選択さ れた領域中に前記イオンを植込み後レジストを除去することを含む特許請求の範 囲第１項記載の導電路製造方法。
9. （９）イオンを植え込む段階がさらに、選択された領域中に直接的な無マスクの イオン植込みを行なうように狭いイオンビームを制御することを含む特許請求の 範囲第１項記載の導電路製造方法。
10. （１０）イオンを植え込む段階がさらに、珪素、ゲルマニウム、炭素、硼素、砒 素、燐、チタン、モリブデン、アルミニウムおよび金より成る群から選択された イオンを植え込むことを含む特許請求の範囲第１項記載の導電路製造方法。
11. （１１）上部導電層を付着する段階がさらに、アルミニウム、金、および白金の 合金より成る群から選択された物質を付着することを含む特許請求の範囲第１項 記載の導電路製造方法。
12. （１２）前記の上部導電層を付着する段階がさらに、アルミニウム合金を付着す ることを含む特許請求の範囲第１項記載の導電路製造方法。
13. （１３）上部導電層を付着する段階がさらに、導電性金属合金を絶縁層中にスパ ッタし、該上部導電層をパターン化して、少なくとも１本の導電性金属線を上部 層として形成することを含む特許請求の範囲第１項記載の導電路製造方法。
14. （１４）焼成段階が、実質的に非反応性の雰囲気内で遂行される特許請求の範囲 第１項記載の導電路製造方法。
15. （１５）前記付着層および集積回路構造体の温度を約３００℃および５００℃間 にに高めることを含む特許請求の範囲第１項記載の導電路製造方法。
16. （１６）選択された領域における得られた層間導電路が、約１０−３ｏｈｍ−ｃ ｍ以下の抵抗率を有する特許請求の範囲第１項記載の導電路製造方法。
17. （１７）下部要素がより下部導電層である特許請求の範囲第１項記載の導電路製 造方法。
18. （１８）下部要素が半導電性要素である特許請求の範囲第１項記載の導電路製造 方法。
19. （１９）チャンバを実質的に排気し、この実質的に実質的に排気されたチャンバ において植込み段階を遂行することを含む特許請求の範囲第１項記載の導電路製 造方法。
20. （２０）特許請求の範囲第１項記載の方法により作られた集積回路。
21. （２１）多層集積回路に層間導電路を製造する方法において、集積回路上に第１ の層および第２の普通絶縁性の層を形成し、絶縁層の少なくとも１つの選択され た領域中に珪素原子を植え込み、選択された領域に重なる絶縁層の少なくとも一 部に第３の層を形成し、前記第１または第３層の１つが導電性材料より成り、そ してさらに第１層、第２層　および第３層を、選択された植込み領域をほぼ導電 性の複合物質に変換するに十分の温度にて焼成し、それにより第２層中にほぼ導 電性の導電路を選択的に形放し、該導電路が第１および第３層を垂直に相互接続 することを特徴とする層間導電路製造方法。
22. （２２）多層集積回路導電体を相互接続するためのバイアを製造する方法におい て、本質的に普通導電性のアルミニウム合金より成る下部層上に直接、本質的に 普通絶縁性の珪素化合物より成る層間物質をプラズマ付着し、選択されたバイア 領域に少なくとも１つの開口を有するマスクを介して、珪素原子を層間物質中に 植え込み、前記の植え込まれたバイア領域上に、本質的にアルミニウム合金より 成る上部層を直接的し、前記上部および下部層からアルミニウムを層間物質の植 え込まれたバイア領域中に拡散し、それにより上部および下部層間に低抵抗相互 接続を形成することを特徴とするバイア製造方法。
23. （２３）焼成段階が、ほぼアモルファスシリコンの結晶温度にて付着された層を 焼成することを含む特許請求の範囲第２１項記載のバイア製造方法。
24. （２４）イオンを植え込む段階がさらに、複数の植込みエネルギにてイオンを植 え込むことを含む特許請求の範囲第２２項記載のバイア製造方法。
25. （２５）少なくとも１層が第１の導電体に電気的に接続された固体状態デバイス をを含む複数の層と、前記第１導電体の層上の層に配置され、絶縁性物質により リンク領域の前記第１導電体から分離された第２の導電体と、前記絶縁性材料を 介して、前記第１導電体を前記第２導電体に電気的に接続するためのバイア手段 とを備え、該バイア手段が、前記絶縁性物質と一体をなしていて本質的に該絶縁 性物質の複合体より成る領域から構成され、該複合体においては、導電性物質が 該複合体を導電性にするように拡散された集積回路。
26. （２６）第１および第２導電体が各々導電性物質より成り、前記バイア手段が、 第１および第２導電体を相互接続し、かつ本質的に前記絶縁性物質および前記導 電性物質より成る複合体から構成され、前記第１および第２導電体の少なくとも 一方が上記導電性物質から作られた特許請求の範囲第２５項記載の集積回路。
27. （２７）前記絶縁性物質が二酸化珪素より成り、前記導電性物質がアルミニウム より成る特許請求の範囲第２５項記載の集積回路。
28. （２８）前記絶縁性物質が窒化珪素より成り、前記導電性物質がアルミニウムよ り成る特許請求の範囲第２５項記載の集積回路。