JPH0750297A - 腐食磁化率減少用改金属化システム - Google Patents
腐食磁化率減少用改金属化システムInfo
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- JPH0750297A JPH0750297A JP3077591A JP7759191A JPH0750297A JP H0750297 A JPH0750297 A JP H0750297A JP 3077591 A JP3077591 A JP 3077591A JP 7759191 A JP7759191 A JP 7759191A JP H0750297 A JPH0750297 A JP H0750297A
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Abstract
(57)【要約】
集積回路用金属化システムが開示されている。この金属
化は、相互接続を提供するために、その中の活性半導体
素子を有するウェーハの表面にスパッタされるアルミニ
ウム、銅およびシリコンの合金の膜（１６）を含む。下
にあるシリコンにアルミニウムのような金属原子の拡散
を防止するように、障壁層（１４）は、アルミニウム合
金膜（１６）の下に提供される。アルミニウム金属化に
銅を供給することは認められてきたが、電気移動故障率
の減少は、腐食に対するアルミニウム膜の磁化率を増加
させる。銅に加えて、アルミニウムのシリコン・ドーピ
ングは、アルミニウム合金膜の腐食磁化率を減少させる
ことが認められてきた。
化は、相互接続を提供するために、その中の活性半導体
素子を有するウェーハの表面にスパッタされるアルミニ
ウム、銅およびシリコンの合金の膜（１６）を含む。下
にあるシリコンにアルミニウムのような金属原子の拡散
を防止するように、障壁層（１４）は、アルミニウム合
金膜（１６）の下に提供される。アルミニウム金属化に
銅を供給することは認められてきたが、電気移動故障率
の減少は、腐食に対するアルミニウム膜の磁化率を増加
させる。銅に加えて、アルミニウムのシリコン・ドーピ
ングは、アルミニウム合金膜の腐食磁化率を減少させる
ことが認められてきた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は集積回路の分野であり、
特に半導体集積回路用金属化相互接続システムに関す
る。
特に半導体集積回路用金属化相互接続システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】造作サイズの減少化および厳格な信頼性
目標の両方により、現在の集積回路における金属化シス
テムによって満たされるべき要求は、十分意味がある。
アルミニウム金属化システムにおいて先ず述べられる問
題は、一般には結合「スパイキング（ｓｐｉｋｉｎ
ｇ）」と呼ばれており、それは接触位置におけるシリコ
ンの部分分解が、アルミニウム原子を接触が望まれるド
ープ処理領域の内部をさらに通り抜けて拡散することが
できる。この問題は、例えば０．２μｍの程度の結合深
さ（超小型回路で測定された場合）が極めて浅い現在の
集積回路に誇張されている。この浅い結合深さは、拡散
領域に接続されるどのような金属化システムが、結合区
域内にアルミニウムのような金属原子の拡散でも最小化
させなければならないことを要求する。
目標の両方により、現在の集積回路における金属化シス
テムによって満たされるべき要求は、十分意味がある。
アルミニウム金属化システムにおいて先ず述べられる問
題は、一般には結合「スパイキング（ｓｐｉｋｉｎ
ｇ）」と呼ばれており、それは接触位置におけるシリコ
ンの部分分解が、アルミニウム原子を接触が望まれるド
ープ処理領域の内部をさらに通り抜けて拡散することが
できる。この問題は、例えば０．２μｍの程度の結合深
さ（超小型回路で測定された場合）が極めて浅い現在の
集積回路に誇張されている。この浅い結合深さは、拡散
領域に接続されるどのような金属化システムが、結合区
域内にアルミニウムのような金属原子の拡散でも最小化
させなければならないことを要求する。
【０００３】第２に、金属化自体の造作サイズが小さく
なるにつれて（例えば、ライン幅を２μｍ程度に設定す
る）、金属ラインの断面積が減少するにつれて金属化シ
ステムの直列抵抗が増加するだけでなく、狭い金属ライ
ンを通過する電流密度もそれに対応して増加する。周知
の技術の通り、金属ラインの電気移動故障率は、金属ラ
インによって運ばれた電流密度の約２乗とともに変化を
する。したがって、現在の集積回路に要求される狭い金
属ライン幅は、電気移動故障率に関して追加の関心を起
こさせる。
なるにつれて（例えば、ライン幅を２μｍ程度に設定す
る）、金属ラインの断面積が減少するにつれて金属化シ
ステムの直列抵抗が増加するだけでなく、狭い金属ライ
ンを通過する電流密度もそれに対応して増加する。周知
の技術の通り、金属ラインの電気移動故障率は、金属ラ
インによって運ばれた電流密度の約２乗とともに変化を
する。したがって、現在の集積回路に要求される狭い金
属ライン幅は、電気移動故障率に関して追加の関心を起
こさせる。
【０００４】第３に、集積回路に対する金属化システム
の腐食磁化率は、集積回路産業界にとって大きな関心事
となっている。集積回路金属化は、腐食環境に露出され
ることがある。塩素を含む残留物が残るので、そのよう
な環境の例は、ＨＣＩ処理後ウェーハが十分に洗い落と
されない場合に起こる。それから、金属化が湿気にさら
されるならば、例えばチップがプラスチック容器内のカ
プセルに入れられるならば、特に電気バイアスのもとで
は、この湿気は塩素を活性化し、かつ金属化の電気的腐
食が生じることがある。チップ・サイズ（容器サイズに
関して）が、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモ
リ（ｄＲＡＭ）のような現在の高密度回路に対して増大
するにつれて、湿気がプラスチックカプセル入りのチッ
プに到達するまで移動しなければならない距離は縮ま
る。したがって腐食磁化率は、高密度のＶＩＳＩ回路に
対する関心を増している。
の腐食磁化率は、集積回路産業界にとって大きな関心事
となっている。集積回路金属化は、腐食環境に露出され
ることがある。塩素を含む残留物が残るので、そのよう
な環境の例は、ＨＣＩ処理後ウェーハが十分に洗い落と
されない場合に起こる。それから、金属化が湿気にさら
されるならば、例えばチップがプラスチック容器内のカ
プセルに入れられるならば、特に電気バイアスのもとで
は、この湿気は塩素を活性化し、かつ金属化の電気的腐
食が生じることがある。チップ・サイズ（容器サイズに
関して）が、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモ
リ（ｄＲＡＭ）のような現在の高密度回路に対して増大
するにつれて、湿気がプラスチックカプセル入りのチッ
プに到達するまで移動しなければならない距離は縮ま
る。したがって腐食磁化率は、高密度のＶＩＳＩ回路に
対する関心を増している。
【０００５】従来の集積回路で使用される１次金属化材
料はアルミニウムである。結合スパイキングの問題に関
して、結合スパイキングの問題に対する１つの方法は、
金属化用に使用されるアルミニウムをシリコンでドープ
処理することであり、例えば、スパッタあるいは蒸発さ
れた金属材料として１％のシリコン・ドープ処理アルミ
ニウムを使用することである。アルミニウム層のそのよ
うなドーピングによって、スパイキング結合の問題は有
意義に減少すべきことが認められている。しかし、注目
すべきことは、金属層へのシリコン・ドープ剤の追加
は、金属化システムの直列抵抗を大きくすることであ
る。結合スパイキングの問題に対する第２の方法は、例
をあげるとチタン・タングステンのような耐火合金層、
チタン・タングステンのような疑似合金層、金属ケイ化
物、またはチタン窒化物のような他の化合物を含む障壁
金属層を使用することである。そのような障壁層は、結
合区域内への金属原子の拡散を防止する一方依然とし
て、金属化層と拡散された区域との間では良好なオーム
接触が可能になっている。
料はアルミニウムである。結合スパイキングの問題に関
して、結合スパイキングの問題に対する１つの方法は、
金属化用に使用されるアルミニウムをシリコンでドープ
処理することであり、例えば、スパッタあるいは蒸発さ
れた金属材料として１％のシリコン・ドープ処理アルミ
ニウムを使用することである。アルミニウム層のそのよ
うなドーピングによって、スパイキング結合の問題は有
意義に減少すべきことが認められている。しかし、注目
すべきことは、金属層へのシリコン・ドープ剤の追加
は、金属化システムの直列抵抗を大きくすることであ
る。結合スパイキングの問題に対する第２の方法は、例
をあげるとチタン・タングステンのような耐火合金層、
チタン・タングステンのような疑似合金層、金属ケイ化
物、またはチタン窒化物のような他の化合物を含む障壁
金属層を使用することである。そのような障壁層は、結
合区域内への金属原子の拡散を防止する一方依然とし
て、金属化層と拡散された区域との間では良好なオーム
接触が可能になっている。
【０００６】電気移動の問題は、銅ドープ処理アルミニ
ウムの使用によって述べられてきた。０．５％から２．
０％のようなアルミニウム金属化システム内のドープ剤
のレベルで、減少された全境界拡散率によって、銅は電
気移動故障率を減少することが認められてきた。加えて
銅のドーピングは、アルミニウム膜を固くし、ワイヤ・
ボンディングおよび他の接続技法を容易にするようにそ
れをより強固にさせることが認められてきた。
ウムの使用によって述べられてきた。０．５％から２．
０％のようなアルミニウム金属化システム内のドープ剤
のレベルで、減少された全境界拡散率によって、銅は電
気移動故障率を減少することが認められてきた。加えて
銅のドーピングは、アルミニウム膜を固くし、ワイヤ・
ボンディングおよび他の接続技法を容易にするようにそ
れをより強固にさせることが認められてきた。
【０００７】したがって、従来の金属化システムは、チ
タン・タングステンのような障壁金属層の上にある銅ド
ープ処理アルミニウム（０．５％から２．０％の範囲の
ドープ剤のレベルで処理された）から成る。そのような
システムは、電気移動（銅ドーピングを介して）および
結合スパイキング（障壁金属を介して）の両問題を述べ
る。しかし、アルミニウム膜内の銅の存在は、ガルバニ
ック効果による金属化の腐食磁化率を増加することが認
められてきた。図１から、相対腐食磁化率に関するグラ
フが示され、金属化層内の銅の増加するドーピング・レ
ベルが、特に１％を越えると、腐食速度の増加に対応す
ることを示している。この特性は、腐食磁化率（銅の比
率を持続させることによる）と電気移動（銅の比率を減
少させることによる）との間の望まれない兼ね合いを作
られることが集積回路産業界に残している。
タン・タングステンのような障壁金属層の上にある銅ド
ープ処理アルミニウム（０．５％から２．０％の範囲の
ドープ剤のレベルで処理された）から成る。そのような
システムは、電気移動（銅ドーピングを介して）および
結合スパイキング（障壁金属を介して）の両問題を述べ
る。しかし、アルミニウム膜内の銅の存在は、ガルバニ
ック効果による金属化の腐食磁化率を増加することが認
められてきた。図１から、相対腐食磁化率に関するグラ
フが示され、金属化層内の銅の増加するドーピング・レ
ベルが、特に１％を越えると、腐食速度の増加に対応す
ることを示している。この特性は、腐食磁化率（銅の比
率を持続させることによる）と電気移動（銅の比率を減
少させることによる）との間の望まれない兼ね合いを作
られることが集積回路産業界に残している。
【０００８】１９８８年の国際信頼性物理学シンポジウ
ムの第２６番目の年報議事録（ＩＥＥＥ）の、参考文に
ついてこの中に含まれているエス・ケー・ファン（Ｓ．
Ｋ．Ｆａｎ）およびジェイ・ダブリュー・マッファーソ
ン（Ｊ．Ｗ．Ｍｃｐｈｅｒｓｏｎ）による「多重レベル
金属化用ウェーハ・レベル腐食磁化率試験」の中で、銅
ドープ処理アルミニウムの上にあるチタン・タングステ
ン障壁層の高められた腐食が認められている。図１５に
関する５６頁の、この報告書は、チタン・タングステン
合金または１％シリコン・ドープ処理アルミニウムのい
ずれかのキャッピング層は、２％銅ドープ処理アルミニ
ウムの腐食活性化を減少させる結果となることを示す。
しかし、そのような追加のスパッタまたは蒸発、あるい
は二重ターゲット・スパッタ装置のいずれかが要求され
るように、追加されたキャッピング層はより複雑な工程
を要求する。加えて、キャッピング層は金属化腐食の前
に適用されるので、金属層の側部はキャップされないま
まである。
ムの第２６番目の年報議事録（ＩＥＥＥ）の、参考文に
ついてこの中に含まれているエス・ケー・ファン（Ｓ．
Ｋ．Ｆａｎ）およびジェイ・ダブリュー・マッファーソ
ン（Ｊ．Ｗ．Ｍｃｐｈｅｒｓｏｎ）による「多重レベル
金属化用ウェーハ・レベル腐食磁化率試験」の中で、銅
ドープ処理アルミニウムの上にあるチタン・タングステ
ン障壁層の高められた腐食が認められている。図１５に
関する５６頁の、この報告書は、チタン・タングステン
合金または１％シリコン・ドープ処理アルミニウムのい
ずれかのキャッピング層は、２％銅ドープ処理アルミニ
ウムの腐食活性化を減少させる結果となることを示す。
しかし、そのような追加のスパッタまたは蒸発、あるい
は二重ターゲット・スパッタ装置のいずれかが要求され
るように、追加されたキャッピング層はより複雑な工程
を要求する。加えて、キャッピング層は金属化腐食の前
に適用されるので、金属層の側部はキャップされないま
まである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、改良された電気移動実行かつ減少された腐食磁化
率の両方を伴う金属化システムを提供することである。
的は、改良された電気移動実行かつ減少された腐食磁化
率の両方を伴う金属化システムを提供することである。
【００１０】さらに本発明の目的は、結合スパイキング
を事実上不可能にする金属化システムを提供することで
ある。
を事実上不可能にする金属化システムを提供することで
ある。
【００１１】さらに本発明の目的は、アルミニウムを基
礎とした構成において、単一段階における単一ターゲッ
トからスパッタすることができる金属化システムを提供
することである。
礎とした構成において、単一段階における単一ターゲッ
トからスパッタすることができる金属化システムを提供
することである。
【００１２】本発明のその他の目的および利点は、図面
に伴う以下の明細書に関して当業者にとって明かである
と思う。
に伴う以下の明細書に関して当業者にとって明かである
と思う。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン・ド
ープ処理と銅ドープ処理の両方を有するアルミニウム膜
にある集積回路金属化システムに含まれる。結合スパイ
キングは、シリコン・ドープ処理および銅処理アルミニ
ウム層を下部に持つ、例えばチタン・タングステンのよ
うな耐火金属または合金の障壁金属層を供給することで
さらに減少される。金属化システムは単結晶シリコンま
たはポリ結晶性シリコンに接触することができ、あるい
は下にある金属がタングステンのような耐火金属である
多重レベル金属化システムの上にある金属水準として使
用される。
ープ処理と銅ドープ処理の両方を有するアルミニウム膜
にある集積回路金属化システムに含まれる。結合スパイ
キングは、シリコン・ドープ処理および銅処理アルミニ
ウム層を下部に持つ、例えばチタン・タングステンのよ
うな耐火金属または合金の障壁金属層を供給することで
さらに減少される。金属化システムは単結晶シリコンま
たはポリ結晶性シリコンに接触することができ、あるい
は下にある金属がタングステンのような耐火金属である
多重レベル金属化システムの上にある金属水準として使
用される。
【００１４】
【実施例】図２から、本発明の第１実施例がＭＯＳ形の
従来の集積回路構造に適用される通り図示されている。
金属化システム以外の構造物の部分を本明細書に説明す
るが、それらは本発明の金属化システムを使用すること
ができる本発明の状況を説明する目的で図示されている
ことに注目されたい。その他の導電形および実際の他の
材料も本発明の利点を利用することができる。
従来の集積回路構造に適用される通り図示されている。
金属化システム以外の構造物の部分を本明細書に説明す
るが、それらは本発明の金属化システムを使用すること
ができる本発明の状況を説明する目的で図示されている
ことに注目されたい。その他の導電形および実際の他の
材料も本発明の利点を利用することができる。
【００１５】基板２は、集積回路を形成する表面を持つ
ｐ形単結晶基板である。領域６は、例えばトランジスタ
のソース、ドレイン、コレクタ、ベースまたはエミッタ
のような拡散式相互接続領域、または活性領域として働
くことができる例えばｎ形のようなドープ処理領域であ
る。フィールド酸化物８は、基板２の表面の諸部分を分
離すると共に、シリコンの局部酸化（ＬＯＣＯＳ）によ
って従来通り形成される。導電電極１０は、フィールド
酸化物８の上にあり、かつ屈折金属（例えばタングステ
ン、モリブデンのような）ケイ化金属または他の金属で
形成されることがある。
ｐ形単結晶基板である。領域６は、例えばトランジスタ
のソース、ドレイン、コレクタ、ベースまたはエミッタ
のような拡散式相互接続領域、または活性領域として働
くことができる例えばｎ形のようなドープ処理領域であ
る。フィールド酸化物８は、基板２の表面の諸部分を分
離すると共に、シリコンの局部酸化（ＬＯＣＯＳ）によ
って従来通り形成される。導電電極１０は、フィールド
酸化物８の上にあり、かつ屈折金属（例えばタングステ
ン、モリブデンのような）ケイ化金属または他の金属で
形成されることがある。
【００１６】誘電膜１２は、フィールド酸化物８、ドー
プ処理領域６の上にあり、かつ電極１０が誘電膜１２に
ある。誘電膜１２は中間レベル、または多重レベル、誘
電体あるいは酸化物と言われることがしばしばあり、従
来沈澱されたシリコン酸化物からなっている。いろいろ
な形の沈澱した酸化物は、ドープ処理（リン、ヒ素、ま
たはホウ素−リンドープ処理ガラスが好都合である）お
よび積み重ね膜を形成するように別個または組み合わせ
のいずれかの形をした未ドープ処理酸化物を含む誘電膜
１２用に在来使用されている。さらに、誘電膜１２を形
成するためにいろいろなスピン・オン（Ｓｐｉｎ−ｏ
ｎ）ガラスがしばしば使用されているが、この誘電膜１
２は一般に在来通り沈澱された二酸化シリコンの１層以
上と組み合わされている。そのようなスピン・ガラス
は、以後の金属化を形成すべき平表面を提供するのに有
用であり、それによって金属膜の段階カバレージに伴う
問題を減少させる。次に在来のホトリソグラフによって
接点が限定され、かつ電極１２の部分および接触を作る
べきドープ処理領域６を露出するために誘電体膜１２を
通して腐食される。
プ処理領域６の上にあり、かつ電極１０が誘電膜１２に
ある。誘電膜１２は中間レベル、または多重レベル、誘
電体あるいは酸化物と言われることがしばしばあり、従
来沈澱されたシリコン酸化物からなっている。いろいろ
な形の沈澱した酸化物は、ドープ処理（リン、ヒ素、ま
たはホウ素−リンドープ処理ガラスが好都合である）お
よび積み重ね膜を形成するように別個または組み合わせ
のいずれかの形をした未ドープ処理酸化物を含む誘電膜
１２用に在来使用されている。さらに、誘電膜１２を形
成するためにいろいろなスピン・オン（Ｓｐｉｎ−ｏ
ｎ）ガラスがしばしば使用されているが、この誘電膜１
２は一般に在来通り沈澱された二酸化シリコンの１層以
上と組み合わされている。そのようなスピン・ガラス
は、以後の金属化を形成すべき平表面を提供するのに有
用であり、それによって金属膜の段階カバレージに伴う
問題を減少させる。次に在来のホトリソグラフによって
接点が限定され、かつ電極１２の部分および接触を作る
べきドープ処理領域６を露出するために誘電体膜１２を
通して腐食される。
【００１７】この実施例では、障壁金属または合金の層
１４は誘電体膜１２の上にまず付着され、そして接触腐
食後に露出される電極１０およびドープ処理領域６の位
置と接触する。障壁層１４の一例は、例えば１０％チタ
ンに関する重量３％〜２０％を有するチタン−タングス
テン合金である。障壁層１４の他の例は、タングステン
またはモリブデンのような耐火金属、ケイ化チタンまた
はケイ化モリブデンのようなケイ化膜、または窒化チタ
ンのような他の導電金属化合物を含む。障壁層１４の目
的は、技術的に周知の通り、結合スパイキングの可能性
を最小にすることである。これは、上にある金属化によ
る金属原子が例えばドープ処理領域６のような下にある
シリコンに拡散するが、ドープ処理領域６に接触するだ
けではなく、金属拡散がドープ処理領域６にわたり、ド
ープ処理領域６を基板２にオーム接続する場合に起こ
る。そのようなオーム接続は、集積回路を非機能的にさ
せると思われる。障壁層１４の標準厚さは、例えばＴ
ｉ：Ｗ合金で２００nmから５００nmまでの範囲で使用さ
れる。
１４は誘電体膜１２の上にまず付着され、そして接触腐
食後に露出される電極１０およびドープ処理領域６の位
置と接触する。障壁層１４の一例は、例えば１０％チタ
ンに関する重量３％〜２０％を有するチタン−タングス
テン合金である。障壁層１４の他の例は、タングステン
またはモリブデンのような耐火金属、ケイ化チタンまた
はケイ化モリブデンのようなケイ化膜、または窒化チタ
ンのような他の導電金属化合物を含む。障壁層１４の目
的は、技術的に周知の通り、結合スパイキングの可能性
を最小にすることである。これは、上にある金属化によ
る金属原子が例えばドープ処理領域６のような下にある
シリコンに拡散するが、ドープ処理領域６に接触するだ
けではなく、金属拡散がドープ処理領域６にわたり、ド
ープ処理領域６を基板２にオーム接続する場合に起こ
る。そのようなオーム接続は、集積回路を非機能的にさ
せると思われる。障壁層１４の標準厚さは、例えばＴ
ｉ：Ｗ合金で２００nmから５００nmまでの範囲で使用さ
れる。
【００１８】図２の実施例の上にある障壁層１４は、本
発明により作られた金属化層１６である、金属化層１６
は、在来技術によるウェーハの表面上にスパッタされる
アルミニウム合金である。在来のアルミニウム合金と同
様に、層１６はスパッタ・ターゲットの比率で測定され
た通り例えば０．５％から６％までの範囲の銅のドープ
処理レベルを含み、上述の通りアルミニウム合金中の銅
の存在は、銅を含まないアルミニウム膜の改良された電
気移動を提供する。本発明のこの実施例により、金属層
１６はシリコンのドープ処理レベルをも含む。スパッタ
リング・ターゲットの重量で測定された通り、シリコン
のドープ処理レベルの好適な範囲は０．１％から３．０
％までであり、また１％シリコンの程度であることが望
ましい。したがって、金属化膜１６は単一ターゲットか
らスパッタされ、このターゲットはアルミニウム・バル
ク内のドープ処理レベルの銅およびシリコンの両方を含
む。
発明により作られた金属化層１６である、金属化層１６
は、在来技術によるウェーハの表面上にスパッタされる
アルミニウム合金である。在来のアルミニウム合金と同
様に、層１６はスパッタ・ターゲットの比率で測定され
た通り例えば０．５％から６％までの範囲の銅のドープ
処理レベルを含み、上述の通りアルミニウム合金中の銅
の存在は、銅を含まないアルミニウム膜の改良された電
気移動を提供する。本発明のこの実施例により、金属層
１６はシリコンのドープ処理レベルをも含む。スパッタ
リング・ターゲットの重量で測定された通り、シリコン
のドープ処理レベルの好適な範囲は０．１％から３．０
％までであり、また１％シリコンの程度であることが望
ましい。したがって、金属化膜１６は単一ターゲットか
らスパッタされ、このターゲットはアルミニウム・バル
ク内のドープ処理レベルの銅およびシリコンの両方を含
む。
【００１９】測定データに関する以下の説明の通り、銅
ドープ処理アルミニウム膜１６の中のシリコンの存在
は、腐食を受けやすいという観点から多大の改良を提供
する。腐食抵抗の改良はシリコン原子が膜にあるときそ
の境界粒界で、あるいはその両方で金属化層１６の表面
に形成する自然二酸化シリコンによるものと思われる。
自然酸化物がアルミニウム金属の上に作られる間、シリ
コン・ドープ処理アルミニウムの上に形成される自然酸
化物は集積度を一層密にするものと思われる。この高性
能な回路が置かれるどのような腐食環境からのアルミニ
ウム金属化をもさらに保護し、かつ腐食がそのような環
境で始まる時間を遅らせることが判明している。
ドープ処理アルミニウム膜１６の中のシリコンの存在
は、腐食を受けやすいという観点から多大の改良を提供
する。腐食抵抗の改良はシリコン原子が膜にあるときそ
の境界粒界で、あるいはその両方で金属化層１６の表面
に形成する自然二酸化シリコンによるものと思われる。
自然酸化物がアルミニウム金属の上に作られる間、シリ
コン・ドープ処理アルミニウムの上に形成される自然酸
化物は集積度を一層密にするものと思われる。この高性
能な回路が置かれるどのような腐食環境からのアルミニ
ウム金属化をもさらに保護し、かつ腐食がそのような環
境で始まる時間を遅らせることが判明している。
【００２０】以下に説明される通り、膜の腐食抵抗は銅
ドープ処理のアルミニウム膜にシリコンを追加すると増
大する。しかし、膜の金属化の導電性は膜のシリコン・
ドーピングの量と共に減少することが知られている。し
たがって、膜に所望されるシリコンの量の上限は、完成
される膜に必要な導電性に左右され、すなわち減少され
た金属化の導電性と腐食抵抗との兼ね合いを伴わなけれ
ばならない。以下に説明する通り、銅ドープ処理アルミ
ニウム膜に伴うシリコンに関する１％のドーピング・レ
ベルは金属化膜の直列抵抗を著しく増加せずに、腐食を
受けやすい著しい減少を提供することが判明している。
ドープ処理のアルミニウム膜にシリコンを追加すると増
大する。しかし、膜の金属化の導電性は膜のシリコン・
ドーピングの量と共に減少することが知られている。し
たがって、膜に所望されるシリコンの量の上限は、完成
される膜に必要な導電性に左右され、すなわち減少され
た金属化の導電性と腐食抵抗との兼ね合いを伴わなけれ
ばならない。以下に説明する通り、銅ドープ処理アルミ
ニウム膜に伴うシリコンに関する１％のドーピング・レ
ベルは金属化膜の直列抵抗を著しく増加せずに、腐食を
受けやすい著しい減少を提供することが判明している。
【００２１】上述の通り、アルミニウム金属化のシリコ
ン・ドープ処理は結合スパイキングを減少させるために
利用されてきた。したがってシリコン・ドープ処理は障
壁層を使用しない金属化システムに共通している。図２
の実施例では、障壁層１４の存在は結合スパイキング防
止の目的で金属化層１６のシリコン・ドーピングの必要
性がなくなることに注目されたい。したがって、障壁層
を用いる従来の金属化システムは障壁層が結合スパイキ
ングを防止されないので、また本発明より前では、シリ
コン・ドーピングが金属化の直列抵抗を増加するに過ぎ
ず、利益を少しも追加しない。さらに、シリコン・ドー
ピングは純アルミニウム膜を硬化するかもしれないが、
銅ドープ処理のアルミニウム膜はせいぜい膜を無視でき
る程度に硬化するだけである。
ン・ドープ処理は結合スパイキングを減少させるために
利用されてきた。したがってシリコン・ドープ処理は障
壁層を使用しない金属化システムに共通している。図２
の実施例では、障壁層１４の存在は結合スパイキング防
止の目的で金属化層１６のシリコン・ドーピングの必要
性がなくなることに注目されたい。したがって、障壁層
を用いる従来の金属化システムは障壁層が結合スパイキ
ングを防止されないので、また本発明より前では、シリ
コン・ドーピングが金属化の直列抵抗を増加するに過ぎ
ず、利益を少しも追加しない。さらに、シリコン・ドー
ピングは純アルミニウム膜を硬化するかもしれないが、
銅ドープ処理のアルミニウム膜はせいぜい膜を無視でき
る程度に硬化するだけである。
【００２２】さらに注目すべきことは、腐食の受けやす
さの減少も、障壁層１４が存在しない場合、銅ドープ処
理のアルミニウムのシリコン・ドーピングの使用により
達成されることていある。したがって本発明は障壁層１
４を用いないで実行することができ、またシリコン・ド
ーピングは腐食の受けやすさを減少させるだけではな
く、結合スパイキングをも最小にする。膜における銅ド
ーピングの存在は、銅なしでシリコン・ドープ処理のア
ルミニウムの電気移動改良を提供する。したがって、銅
のみから成る金属化システムおよびシリコン・ドープ処
理アルミニウムは図２に示される通り障壁層１４なし
で、減少された結合スパイキングおよび減少された電気
移動の故障率によって良好な腐食抵抗を提供する。
さの減少も、障壁層１４が存在しない場合、銅ドープ処
理のアルミニウムのシリコン・ドーピングの使用により
達成されることていある。したがって本発明は障壁層１
４を用いないで実行することができ、またシリコン・ド
ーピングは腐食の受けやすさを減少させるだけではな
く、結合スパイキングをも最小にする。膜における銅ド
ーピングの存在は、銅なしでシリコン・ドープ処理のア
ルミニウムの電気移動改良を提供する。したがって、銅
のみから成る金属化システムおよびシリコン・ドープ処
理アルミニウムは図２に示される通り障壁層１４なし
で、減少された結合スパイキングおよび減少された電気
移動の故障率によって良好な腐食抵抗を提供する。
【００２３】図３および図４から、従来の金属化に関す
る本発明の第１好適実施例による金属化システムの観測
された腐食の受けやすさの比較が説明される。図３およ
び図４のグラフは、ファンおよびマクファーソン（Ｆａ
ｎ ａｎｄ Ｍｃｐｈｅｒｓｏｎ）による上記の報告書
に記載された試験方法による金属蛇行構造物の時間にわ
たる抵抗をプロットする。この試験のために、蛇行構造
物は、公称金属幅３．０ミクロンを有し、かつ長さは５
９．２cmである。
る本発明の第１好適実施例による金属化システムの観測
された腐食の受けやすさの比較が説明される。図３およ
び図４のグラフは、ファンおよびマクファーソン（Ｆａ
ｎ ａｎｄ Ｍｃｐｈｅｒｓｏｎ）による上記の報告書
に記載された試験方法による金属蛇行構造物の時間にわ
たる抵抗をプロットする。この試験のために、蛇行構造
物は、公称金属幅３．０ミクロンを有し、かつ長さは５
９．２cmである。
【００２４】図３および図４にプロットされたデータを
生じさせる試験では、ｐ形ウェーハが大きなトレース有
機汚染物、粒子および有機粒子を除去する従来のクリー
ンアップ法によってまず清浄された。清浄後、二酸化プ
ラズマ・シリコンの１ミクロンの厚膜が３００℃でウェ
ーハの上に付着されたので、その結果による金属化層は
下にあるシリコンから絶縁される。従来の清浄後、ウェ
ーハは２群に分かれた。
生じさせる試験では、ｐ形ウェーハが大きなトレース有
機汚染物、粒子および有機粒子を除去する従来のクリー
ンアップ法によってまず清浄された。清浄後、二酸化プ
ラズマ・シリコンの１ミクロンの厚膜が３００℃でウェ
ーハの上に付着されたので、その結果による金属化層は
下にあるシリコンから絶縁される。従来の清浄後、ウェ
ーハは２群に分かれた。
【００２５】図３にプロットされたデータに対応する第
１群は、付着した酸化物の表面にスパッタされたチタン
−タングステン合金の３００nmの厚膜を受けた。この合
金は約１０％のチタンを含んでいた。Ｔｉ：Ｗスパッタ
リングを伴う本来の場所にあるこの群は、次に従来の金
属化システムにより、銅２％でドープ処理されたスパッ
タ・アルミニウムの６００nm（０．０００００６cm）の
圧力を受けた。
１群は、付着した酸化物の表面にスパッタされたチタン
−タングステン合金の３００nmの厚膜を受けた。この合
金は約１０％のチタンを含んでいた。Ｔｉ：Ｗスパッタ
リングを伴う本来の場所にあるこの群は、次に従来の金
属化システムにより、銅２％でドープ処理されたスパッ
タ・アルミニウムの６００nm（０．０００００６cm）の
圧力を受けた。
【００２６】図４にプロットされたデータに対応する第
２群のウェーハは、本発明のこの第１好適な実施例によ
る金属化を受けた。これらのウェーハは、第１群と同様
にＴｉ：Ｗの３００nm厚膜を受けた。Ｔｉ：Ｗスパッタ
リングによる本来の場所で、第２群のウェーハは銅ドー
ピングおよびシリコン・ドーピングの両方を含んだスパ
ッタ・アルミニウムの６００nm厚膜を受けた。この実施
例では、ターゲットの銅ドーピング・レベルは２％、シ
リコン・ドーピング・レベルは１％であった。
２群のウェーハは、本発明のこの第１好適な実施例によ
る金属化を受けた。これらのウェーハは、第１群と同様
にＴｉ：Ｗの３００nm厚膜を受けた。Ｔｉ：Ｗスパッタ
リングによる本来の場所で、第２群のウェーハは銅ドー
ピングおよびシリコン・ドーピングの両方を含んだスパ
ッタ・アルミニウムの６００nm厚膜を受けた。この実施
例では、ターゲットの銅ドーピング・レベルは２％、シ
リコン・ドーピング・レベルは１％であった。
【００２７】両ウェーハ群は、従来の金属化後クリーン
ナップにより処理された。上述のかつファンおよびマッ
クハーソンの報告書における蛇行パターンは、従来の確
実なホトレジスト処理に伴う従来のホトリソグラフィに
より作像された。両群のためのアルミニウム合金膜は、
従来の金属腐食技術により、リアクチブ・イオン・エッ
チ（ＲＩＥ）リアクタにある塩素ベースの化学を持つパ
ターンにより腐食された。Ｔｉ：Ｗの障壁層は、ＲＩＥ
モードのフッ素ベースの化学を用いる同一リアクタ内で
腐食された。どのウェーハにも保護の上塗りは施されな
かった。両群からのウェーハは次に除氷され、従来のセ
ラミックの側部真鍮容器に置かれて、蛇行パターンは容
器のピンに電線結合された。フタは容器ユニットに施さ
れていなかった。
ナップにより処理された。上述のかつファンおよびマッ
クハーソンの報告書における蛇行パターンは、従来の確
実なホトレジスト処理に伴う従来のホトリソグラフィに
より作像された。両群のためのアルミニウム合金膜は、
従来の金属腐食技術により、リアクチブ・イオン・エッ
チ（ＲＩＥ）リアクタにある塩素ベースの化学を持つパ
ターンにより腐食された。Ｔｉ：Ｗの障壁層は、ＲＩＥ
モードのフッ素ベースの化学を用いる同一リアクタ内で
腐食された。どのウェーハにも保護の上塗りは施されな
かった。両群からのウェーハは次に除氷され、従来のセ
ラミックの側部真鍮容器に置かれて、蛇行パターンは容
器のピンに電線結合された。フタは容器ユニットに施さ
れていなかった。
【００２８】ファンおよびマックファーソンの報告書に
説明された通り、アルミニウム合金の金属化システムの
下にあるＴｉ：Ｗ障壁層を用いると、腐食環境でのアル
ミニウム合金金属化システムはアルミニウム合金が腐食
環境で腐食する比率の量的な電気測定を可能にする。こ
の実験では、試験された各容器式ユニットは金属化に直
接接触する容器に配置された塩化アンモニアの溶液を有
した。この溶液はアルミニウム合金を腐食させるがＴ
ｉ：Ｗ合金を腐食させない。Ｔｉ：Ｗ膜は、アルミニウ
ム合金が完全に腐食されるような配置で、いずれかのア
ルミニウム合金よりもはるかに抵抗が大きいので、蛇行
構造物を通過する電流は、Ｔｉ：Ｗ膜によってのみ運ば
れる。したがって、蛇行構造物の抵抗を測定すると、腐
食して消去された上にあるアルミニウム合金膜を有する
蛇行構造物の程度を表わす。
説明された通り、アルミニウム合金の金属化システムの
下にあるＴｉ：Ｗ障壁層を用いると、腐食環境でのアル
ミニウム合金金属化システムはアルミニウム合金が腐食
環境で腐食する比率の量的な電気測定を可能にする。こ
の実験では、試験された各容器式ユニットは金属化に直
接接触する容器に配置された塩化アンモニアの溶液を有
した。この溶液はアルミニウム合金を腐食させるがＴ
ｉ：Ｗ合金を腐食させない。Ｔｉ：Ｗ膜は、アルミニウ
ム合金が完全に腐食されるような配置で、いずれかのア
ルミニウム合金よりもはるかに抵抗が大きいので、蛇行
構造物を通過する電流は、Ｔｉ：Ｗ膜によってのみ運ば
れる。したがって、蛇行構造物の抵抗を測定すると、腐
食して消去された上にあるアルミニウム合金膜を有する
蛇行構造物の程度を表わす。
【００２９】各膜（すなわちＣｕドープ処理およびＳｉ
−Ｃｕ−ドープ処理のアルミニウム）は、従来の集積回
路が所有する点で典型的な通り、膜が焼結された後で大
きく減少される。そのような焼結は、３０分間に４５０
℃で普通実行される。２つの膜形式の相対腐食比率をよ
り良く決定するために、各２群の金属化はこの試験では
焼結されなかった。
−Ｃｕ−ドープ処理のアルミニウム）は、従来の集積回
路が所有する点で典型的な通り、膜が焼結された後で大
きく減少される。そのような焼結は、３０分間に４５０
℃で普通実行される。２つの膜形式の相対腐食比率をよ
り良く決定するために、各２群の金属化はこの試験では
焼結されなかった。
【００３０】図３および図４はプロットされたデータを
発生させた試験では、１００ppm の塩化アンモニア溶液
の３滴が、試験中の各ユニットの空洞に配置された。サ
ンプルの大きさは、各２ウェーハ群からの２４チップで
あった。試験中に腐食溶液が蒸発するのを防ぐために、
試験中のユニットは、大気圧中で１００％ＲＨおよび２
５℃でＨＡＳＴ加速試験室に残された。試験する各ユニ
ットの蛇行構造物は、ＭＯＳＥＦＴスイッチング・トラ
ンジスタによって、制御コンピュータに接続されたの
で、各蛇行構造物の抵抗は別箇に測定することができ
る。試験中、３分ごとに行われた抵抗の測定を除き、蛇
行構造物にはバイアスが加えられなかった。
発生させた試験では、１００ppm の塩化アンモニア溶液
の３滴が、試験中の各ユニットの空洞に配置された。サ
ンプルの大きさは、各２ウェーハ群からの２４チップで
あった。試験中に腐食溶液が蒸発するのを防ぐために、
試験中のユニットは、大気圧中で１００％ＲＨおよび２
５℃でＨＡＳＴ加速試験室に残された。試験する各ユニ
ットの蛇行構造物は、ＭＯＳＥＦＴスイッチング・トラ
ンジスタによって、制御コンピュータに接続されたの
で、各蛇行構造物の抵抗は別箇に測定することができ
る。試験中、３分ごとに行われた抵抗の測定を除き、蛇
行構造物にはバイアスが加えられなかった。
【００３１】いま図３から、従来の銅ドープ処理アルミ
ニウム膜の腐食動作についてこれから説明する。図３の
中心線は試験中の２４箇のチップの平均抵抗を示すが、
上下のラインは、それぞれ時間に対する観測データの±
１の標準偏差を示す。図３から明かな通り、従来の２％
銅ドープ処理アルミニウムを持つ蛇行構造物の公称抵抗
は、約１３，０００Ωである。そのデータは、腐食が最
初の３０分以内にこの金属化を開始したことを示し、平
均抵抗は、約１５０分で５０，０００Ωに達する。
ニウム膜の腐食動作についてこれから説明する。図３の
中心線は試験中の２４箇のチップの平均抵抗を示すが、
上下のラインは、それぞれ時間に対する観測データの±
１の標準偏差を示す。図３から明かな通り、従来の２％
銅ドープ処理アルミニウムを持つ蛇行構造物の公称抵抗
は、約１３，０００Ωである。そのデータは、腐食が最
初の３０分以内にこの金属化を開始したことを示し、平
均抵抗は、約１５０分で５０，０００Ωに達する。
【００３２】図４は、１％のシリコンおよび２％の銅を
ドープ処理したアルミニウムの金属化を持つユニット群
の腐食実行を示す。これらの構造物の試験の始めの公称
抵抗は、約１３，０００Ωで銅専用にドープ処理された
金属化の場合とほぼ同じであった。１５０分の時点でシ
リコンおよび銅をドープ処理したアルミニウムを有する
試験の際に２４個のユニットについての平均抵抗は、ほ
ぼ１５，０００Ωであった。８時間の試験が終わってか
ら、シリコンおよび銅をドープ処理したアルミニウムを
有する金属化システムは、従来の銅ドープ処理アルミニ
ウムの腐食の６分の１の腐食を示した。
ドープ処理したアルミニウムの金属化を持つユニット群
の腐食実行を示す。これらの構造物の試験の始めの公称
抵抗は、約１３，０００Ωで銅専用にドープ処理された
金属化の場合とほぼ同じであった。１５０分の時点でシ
リコンおよび銅をドープ処理したアルミニウムを有する
試験の際に２４個のユニットについての平均抵抗は、ほ
ぼ１５，０００Ωであった。８時間の試験が終わってか
ら、シリコンおよび銅をドープ処理したアルミニウムを
有する金属化システムは、従来の銅ドープ処理アルミニ
ウムの腐食の６分の１の腐食を示した。
【００３３】図５および図６は、この試験の他の結果を
より詳細に示している。図５は、従来の銅ドープ処理ア
ルミニウム金属化のそれぞれ６回の試験構造物の時間に
対する抵抗を示し、同様に、図６は、本発明の実施例に
よる上述のシリコンおよび銅のドープ処理アルミニウム
のそれぞれ６回の試験構造物の時間に対する抵抗を示
す。図５および図６の個々のユニットの時間に対する抵
抗を比較すると、２つの金属化システムでは抵抗の変化
の時間比率が有意義に変わっていることが認められる。
図５に示される通り、従来の銅ドープ処理アルミニウム
材料を持つすべてのユニットは極めて速く腐食し始める
が、接点では、図６に示される通り、数時間経過するま
で、シリコンおよび銅ドープ処理アルミニウム金属化の
若干のユニットの腐食は始まらない。本発明の銅および
シリコン・ドーピングによって、この変化は、金属化で
形成されて高められ自然酸化物の物理的効果を反映して
いると思われている。図６で、順次腐食が始まる（すな
わち個々のユニット抵抗が増加する）ポイントは、金属
化の上の自然酸化物が汚染されるとき、および腐食用サ
イトが追加されるときに腐食すると思われている。自然
酸化層がそのまま残っている限り、その下部の金属化は
事実上腐食しないと思われている。
より詳細に示している。図５は、従来の銅ドープ処理ア
ルミニウム金属化のそれぞれ６回の試験構造物の時間に
対する抵抗を示し、同様に、図６は、本発明の実施例に
よる上述のシリコンおよび銅のドープ処理アルミニウム
のそれぞれ６回の試験構造物の時間に対する抵抗を示
す。図５および図６の個々のユニットの時間に対する抵
抗を比較すると、２つの金属化システムでは抵抗の変化
の時間比率が有意義に変わっていることが認められる。
図５に示される通り、従来の銅ドープ処理アルミニウム
材料を持つすべてのユニットは極めて速く腐食し始める
が、接点では、図６に示される通り、数時間経過するま
で、シリコンおよび銅ドープ処理アルミニウム金属化の
若干のユニットの腐食は始まらない。本発明の銅および
シリコン・ドーピングによって、この変化は、金属化で
形成されて高められ自然酸化物の物理的効果を反映して
いると思われている。図６で、順次腐食が始まる（すな
わち個々のユニット抵抗が増加する）ポイントは、金属
化の上の自然酸化物が汚染されるとき、および腐食用サ
イトが追加されるときに腐食すると思われている。自然
酸化層がそのまま残っている限り、その下部の金属化は
事実上腐食しないと思われている。
【００３４】いま図７から、本発明による金属化システ
ムの第２の応用について説明する。図７は、１６メガビ
ットのｄＲＡＭデバイスのような近代的なＶＬＳＩ集積
回路に使用されるように、多層金属化を伴うＣＭＯＳ集
積回路を示す。図２の構造と同じく、Ｐ形単一水晶基板
２０は、その表面に構成された活性回路を有する。ｐウ
ェル２４およびｎウェル２２はこの表面に存在し、それ
らはイオン注入および内部拡散によって基板２０の表面
に形成されるか、同様に基板２０の上に形成されたエピ
タキシャル層内に形成されるかのどちらかである。フィ
ールド酸化物８は、ウェル２２および２４の表面を相互
に隔置する働きをし、その中の活性領域を隔置するよう
にウェル２２または２４（図示されていない）の中でも
使用することができる。ソース／ドレーン領域６および
ポリシリコン・ゲート電極１０を有する従来のＬＤＤ・
ｎチャネル・トランジスタがｐウェル２４の表面に存在
するように示されている。Ｐタイプ・ドープ処理領域２
６がｎウェル２２の表面に供給されている。図２の構造
のように、次に誘電膜１２が構造物の表面に付着され
る。
ムの第２の応用について説明する。図７は、１６メガビ
ットのｄＲＡＭデバイスのような近代的なＶＬＳＩ集積
回路に使用されるように、多層金属化を伴うＣＭＯＳ集
積回路を示す。図２の構造と同じく、Ｐ形単一水晶基板
２０は、その表面に構成された活性回路を有する。ｐウ
ェル２４およびｎウェル２２はこの表面に存在し、それ
らはイオン注入および内部拡散によって基板２０の表面
に形成されるか、同様に基板２０の上に形成されたエピ
タキシャル層内に形成されるかのどちらかである。フィ
ールド酸化物８は、ウェル２２および２４の表面を相互
に隔置する働きをし、その中の活性領域を隔置するよう
にウェル２２または２４（図示されていない）の中でも
使用することができる。ソース／ドレーン領域６および
ポリシリコン・ゲート電極１０を有する従来のＬＤＤ・
ｎチャネル・トランジスタがｐウェル２４の表面に存在
するように示されている。Ｐタイプ・ドープ処理領域２
６がｎウェル２２の表面に供給されている。図２の構造
のように、次に誘電膜１２が構造物の表面に付着され
る。
【００３５】第１金属化層３０は、ドープ処理領域６お
よび２６に接触させるために使用される。テキサス・イ
ンスツルメンツ社（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
ｓＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）に譲渡されかつこの明細
書によって含まれた１９８５年１０月８日発行の米国特
許第４，５４５，１１６号で述べられたように、この実
施例によって、チタン金属層は、腐食接触の後に構造物
の上に形成され、次にウェーハは周囲の窒素内で加熱さ
れる。これは、チタン金属がシリコンに接触する位置で
ケイ化チタン膜２８を形成させる。つまり、湿気腐食ス
トリップを続けて除去されることがある窒化チタン化合
物を形成するために残りのチタン膜は大気中の窒素に反
応する。注目すべきことは、図示されていない位置では
電極層１０の収納になりかつ酸化界域８の上にある、ポ
リシリコンに接触する位置でケイ化チタン膜２８を使用
することもできる点である。この実施例の第１レベル金
属化３０は、化学蒸気析出（ＣＶＤ）によって沈澱さ
れ、次に図７の接触および相互接続層３０を制限するよ
うに従来のホトリソグラフィおよび腐食技法によってパ
ターン化されかつ腐食されるタングステンから成る。
よび２６に接触させるために使用される。テキサス・イ
ンスツルメンツ社（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
ｓＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）に譲渡されかつこの明細
書によって含まれた１９８５年１０月８日発行の米国特
許第４，５４５，１１６号で述べられたように、この実
施例によって、チタン金属層は、腐食接触の後に構造物
の上に形成され、次にウェーハは周囲の窒素内で加熱さ
れる。これは、チタン金属がシリコンに接触する位置で
ケイ化チタン膜２８を形成させる。つまり、湿気腐食ス
トリップを続けて除去されることがある窒化チタン化合
物を形成するために残りのチタン膜は大気中の窒素に反
応する。注目すべきことは、図示されていない位置では
電極層１０の収納になりかつ酸化界域８の上にある、ポ
リシリコンに接触する位置でケイ化チタン膜２８を使用
することもできる点である。この実施例の第１レベル金
属化３０は、化学蒸気析出（ＣＶＤ）によって沈澱さ
れ、次に図７の接触および相互接続層３０を制限するよ
うに従来のホトリソグラフィおよび腐食技法によってパ
ターン化されかつ腐食されるタングステンから成る。
【００３６】第２相互レベル誘電膜３２は、それからウ
ェーハの表面上に付着される。誘電膜３２は、スピン・
オン・ガラス層によって続けられる第１酸化ＣＶＤ、例
えば酸化ＴＥＯＳから成ることが好ましい。次にスピン
・オン・ガラスは逆腐食され、それから酸化ＴＥＯＳの
第２層はその上に付着され、かつバイアスは、上部金属
化層がタングステン層３０に接触すべき位置で従来のホ
トリソグラフィおよび腐食によってそこを通して形成さ
れる。
ェーハの表面上に付着される。誘電膜３２は、スピン・
オン・ガラス層によって続けられる第１酸化ＣＶＤ、例
えば酸化ＴＥＯＳから成ることが好ましい。次にスピン
・オン・ガラスは逆腐食され、それから酸化ＴＥＯＳの
第２層はその上に付着され、かつバイアスは、上部金属
化層がタングステン層３０に接触すべき位置で従来のホ
トリソグラフィおよび腐食によってそこを通して形成さ
れる。
【００３７】本発明のこの実施例によって金属化を形成
するために、チタン・タングステン合金の固着層１４
は、まず全体に５０nmの厚さにスパッタされる。これ
は、３５０nmの厚さで全体に付着されたＣＶＤタングス
テン層１５によって続けられる。ドープ・レベルで銅と
シリコンを有する、前の実施例のように、アルミニウム
合金層１６はそれから全体をスパッタされる。同じく前
の実施例のように、銅のドーピング・レベルは０．５％
から６．０％で変化することが好ましく、約２．０％の
方がより好ましい。シリコン・ドーピングは０．１％か
ら３．０％の範囲内が好ましく、約１０％の方がより好
ましい。従来のホトリソグラフィおよび腐食後、固着層
１４、タングステン層１５、ならびに銅およびシリコン
・ドープ処理アルミニウム層１６から成る金属ライン
は、回路内で所望の相互接続を形成するために限定され
る。
するために、チタン・タングステン合金の固着層１４
は、まず全体に５０nmの厚さにスパッタされる。これ
は、３５０nmの厚さで全体に付着されたＣＶＤタングス
テン層１５によって続けられる。ドープ・レベルで銅と
シリコンを有する、前の実施例のように、アルミニウム
合金層１６はそれから全体をスパッタされる。同じく前
の実施例のように、銅のドーピング・レベルは０．５％
から６．０％で変化することが好ましく、約２．０％の
方がより好ましい。シリコン・ドーピングは０．１％か
ら３．０％の範囲内が好ましく、約１０％の方がより好
ましい。従来のホトリソグラフィおよび腐食後、固着層
１４、タングステン層１５、ならびに銅およびシリコン
・ドープ処理アルミニウム層１６から成る金属ライン
は、回路内で所望の相互接続を形成するために限定され
る。
【００３８】上述の方法が完了した次に、図２と図７の
両方の場合について、保護用全体被覆は一般にＣＶＤに
よって構造体の上に形成される。この保護用全体被覆
は、窒化シリコン（特に凝縮された）、二酸化シリコ
ン、またはそのような膜の組合せから成る。回路のボン
ド・パッドを露出するように腐食されてから、ウェーハ
は一般に電気的に試験される。組立体において、周知の
技術として、次に個々の回路は、ウェーハ部分から隔置
され、かつ外部接続は、ワイヤ・ボンディング、直接ポ
ンプ接続、またはそれに似た方法で組立体に作られる。
それから個々の回路は、二重イン・ライン・パッケー
ジ、チップ・キャリア、または他の型のパッケージの中
に収容される。そのようなパッケージの一例は、テキサ
ス・インスツルメンツ社（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍ
ｅｎｔｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）に譲渡されかつ
この明細書の中に含まれている、１９８５年１月２２発
行の米国特許第４，４９５，３７６号で述べられてい
る。
両方の場合について、保護用全体被覆は一般にＣＶＤに
よって構造体の上に形成される。この保護用全体被覆
は、窒化シリコン（特に凝縮された）、二酸化シリコ
ン、またはそのような膜の組合せから成る。回路のボン
ド・パッドを露出するように腐食されてから、ウェーハ
は一般に電気的に試験される。組立体において、周知の
技術として、次に個々の回路は、ウェーハ部分から隔置
され、かつ外部接続は、ワイヤ・ボンディング、直接ポ
ンプ接続、またはそれに似た方法で組立体に作られる。
それから個々の回路は、二重イン・ライン・パッケー
ジ、チップ・キャリア、または他の型のパッケージの中
に収容される。そのようなパッケージの一例は、テキサ
ス・インスツルメンツ社（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍ
ｅｎｔｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）に譲渡されかつ
この明細書の中に含まれている、１９８５年１月２２発
行の米国特許第４，４９５，３７６号で述べられてい
る。
【００３９】
【発明の効果】本発明は、その好適な実施例に関してこ
の中で詳細に説明されたが、言うまでもなくこの説明は
唯一の例によるものであり、常識の範囲で解釈すべきで
はない。さらに言うまでもなく、本発明の実施例の詳細
においていろいろに変更すること、および本発明の追加
の実施例は、この明細書を所有する当業者においては明
白であり、実行されるであろう。別記特許請求の範囲の
通りそのような変更および追加の実施例は、本発明の主
旨および実際の範囲内であることが期待される。
の中で詳細に説明されたが、言うまでもなくこの説明は
唯一の例によるものであり、常識の範囲で解釈すべきで
はない。さらに言うまでもなく、本発明の実施例の詳細
においていろいろに変更すること、および本発明の追加
の実施例は、この明細書を所有する当業者においては明
白であり、実行されるであろう。別記特許請求の範囲の
通りそのような変更および追加の実施例は、本発明の主
旨および実際の範囲内であることが期待される。
【００４０】以上の説明に関して以下の項を開示する。 (1) 半導体集積回路における相互接続に用いられる金
属化であって：障壁金属を含む第１層と；前記第１層の
上部にアルミニウム、銅、およびシリコン合金を含む第
２層とを含む、ことを特徴とする金属化。
属化であって：障壁金属を含む第１層と；前記第１層の
上部にアルミニウム、銅、およびシリコン合金を含む第
２層とを含む、ことを特徴とする金属化。
【００４１】(2) 前記合金のシリコンの、重さに関す
る比率は０．１％から３．０％の範囲内である、ことを
特徴とする第１項記載の金属化。
る比率は０．１％から３．０％の範囲内である、ことを
特徴とする第１項記載の金属化。
【００４２】(3) 前記合金の銅の、重さに関する比率
は０．５％から６．０％の範囲内である、ことを特徴と
する第２項記載の金属化。
は０．５％から６．０％の範囲内である、ことを特徴と
する第２項記載の金属化。
【００４３】(4) 前記合金の銅の、重さに関する比率
は約２．０％である、ことを特徴とする第３項記載の金
属化。
は約２．０％である、ことを特徴とする第３項記載の金
属化。
【００４４】(5) 前記合金のシリコンの、重さに関す
る比率は約１．０％である、ことを特徴とする第３項記
載の金属化。
る比率は約１．０％である、ことを特徴とする第３項記
載の金属化。
【００４５】(6) 前記合金の銅の、重さに関する比率
は０．５％から６．０％の範囲内である、ことを特徴と
する第１項記載の金属化。
は０．５％から６．０％の範囲内である、ことを特徴と
する第１項記載の金属化。
【００４６】(7) ボデーの半導体表面に形成された集
積回路であって：前記表面近くに形成された複数の導電
区域と；前記複数の導電区域の相互接続用金属化膜と、
アルミニウム、銅、およびシリコン合金とを含む前記金
属化膜と；前記金属化膜と１箇所の前記導電区域との間
に配列された障壁層とを含む、ことを特徴とする集積回
路。
積回路であって：前記表面近くに形成された複数の導電
区域と；前記複数の導電区域の相互接続用金属化膜と、
アルミニウム、銅、およびシリコン合金とを含む前記金
属化膜と；前記金属化膜と１箇所の前記導電区域との間
に配列された障壁層とを含む、ことを特徴とする集積回
路。
【００４７】(8) 前記ボテーの前記半導体表面と接触
した下部金属層をさらに含み；前記金属化膜は前記下部
金属層と接触している、ことを特徴とする第７項記載の
集積回路。
した下部金属層をさらに含み；前記金属化膜は前記下部
金属層と接触している、ことを特徴とする第７項記載の
集積回路。
【００４８】(9) 前記金属化膜の銅の、重さに関する
比率は０．５％から６．０％の範囲内である、ことを特
徴とする第７項記載の集積回路。
比率は０．５％から６．０％の範囲内である、ことを特
徴とする第７項記載の集積回路。
【００４９】(10) 前記金属化膜のシリコンの、重さに
関する比率は０．１％から０．３％の範囲内である、こ
とを特徴とする第９項記載の集積回路。
関する比率は０．１％から０．３％の範囲内である、こ
とを特徴とする第９項記載の集積回路。
【００５０】(11) 前記金属化膜の銅の、重さに関する
比率は約２．０％である、ことを特徴とする第１０項記
載の集積回路。
比率は約２．０％である、ことを特徴とする第１０項記
載の集積回路。
【００５１】(12) 前記金属化膜のシリコンの、重さに
関する比率は約１．０％である、ことを特徴とする第９
項記載の集積回路。
関する比率は約１．０％である、ことを特徴とする第９
項記載の集積回路。
【００５２】(13) 前記金属化膜のシリコンの、重さに
関する比率は０．１％から３．０％の範囲内である、こ
とを特徴とする第７項記載の集積回路。
関する比率は０．１％から３．０％の範囲内である、こ
とを特徴とする第７項記載の集積回路。
【００５３】(14) ボデーの半導体表面に集積回路を組
み立てる方法であって；前記ボデーの表面に近い導電区
域を形成する段階と；前記導電区域の上に絶縁層を形成
する段階と；電気接触が望まれる前記導電区域の部分を
露出するために前記絶縁層の選択部分を除去する段階
と；前記絶縁膜の上にかつ前記導電区域の前記露出部分
に接触して障壁層を付着させる段階と；電気接触が、前
記障壁層を経て前記導電区域の前記露出部分に対する前
記金属化層によってできるように、前記絶縁層の上にア
ルミニウム、銅およびシリコン合金を含む金属化層を付
着させる段階を含む、ことを特徴とする方法。
み立てる方法であって；前記ボデーの表面に近い導電区
域を形成する段階と；前記導電区域の上に絶縁層を形成
する段階と；電気接触が望まれる前記導電区域の部分を
露出するために前記絶縁層の選択部分を除去する段階
と；前記絶縁膜の上にかつ前記導電区域の前記露出部分
に接触して障壁層を付着させる段階と；電気接触が、前
記障壁層を経て前記導電区域の前記露出部分に対する前
記金属化層によってできるように、前記絶縁層の上にア
ルミニウム、銅およびシリコン合金を含む金属化層を付
着させる段階を含む、ことを特徴とする方法。
【００５４】(15) 残された前記金属化層の段階は、ア
ルミニウム、銅およびシリコン合金を含むターゲットか
らのスパッタを含む、ことを特徴とする第１４項記載の
方法。
ルミニウム、銅およびシリコン合金を含むターゲットか
らのスパッタを含む、ことを特徴とする第１４項記載の
方法。
【００５５】(16) 前記ターゲットのシリコンの、重さ
に関する比率は０．１％から３．０％の範囲内である、
ことを特徴とする第１５項記載の方法。
に関する比率は０．１％から３．０％の範囲内である、
ことを特徴とする第１５項記載の方法。
【００５６】(17) 前記ターゲットの銅の、重さに関す
る比率は０．５％から６．０％の範囲内である、ことを
特徴とする第１６項記載の方法。
る比率は０．５％から６．０％の範囲内である、ことを
特徴とする第１６項記載の方法。
【００５７】(18) 前記ターゲットの銅の、重さに関す
る比率は約２．０％である、ことを特徴とする第１７項
記載の方法。
る比率は約２．０％である、ことを特徴とする第１７項
記載の方法。
【００５８】(19) 前記ターゲットのシリコンの、重さ
に関する比率は約１．０％である、ことを特徴とする第
１８項記載の方法。
に関する比率は約１．０％である、ことを特徴とする第
１８項記載の方法。
【００５９】(20) 前記下部金属層が前記導電区域と電
気接触されるように、前記絶縁層の上に下部金属層を形
成する段階と；前記下部金属層の上に第２絶縁層を形成
する段階と；電気接触が前記金属層によって作られるべ
き位置における前記第２絶縁層の選択部分を除去する段
階と；前記障壁は前記下部金属層によって前記導電区域
と接触できる段階とをさらに含む、ことを特徴とする第
１４項記載の方法。
気接触されるように、前記絶縁層の上に下部金属層を形
成する段階と；前記下部金属層の上に第２絶縁層を形成
する段階と；電気接触が前記金属層によって作られるべ
き位置における前記第２絶縁層の選択部分を除去する段
階と；前記障壁は前記下部金属層によって前記導電区域
と接触できる段階とをさらに含む、ことを特徴とする第
１４項記載の方法。
【００６０】(21) 集積回路用金属化システムが開示さ
れている。この金属化は、相互接続を提供するために、
その中の活性半導体素子を有するウェーハの表面にスパ
ッタされるアルミニウム、銅およびシリコンの合金の膜
１６を含む。下にあるシリコンにアルミニウムのような
金属原子の拡散を防止するように、障壁層１４は、アル
ミニウム合金膜１６の下に提供される。アルミニウム金
属化に銅を供給することは認められてきたが、電気移動
故障率の減少は、腐食に対するアルミニウム膜の磁化率
を増加させる。銅に加えて、アルミニウムのシリコン・
ドーピングは、アルミニウム合金膜の腐食磁化率を減少
させることが認められてきた。
れている。この金属化は、相互接続を提供するために、
その中の活性半導体素子を有するウェーハの表面にスパ
ッタされるアルミニウム、銅およびシリコンの合金の膜
１６を含む。下にあるシリコンにアルミニウムのような
金属原子の拡散を防止するように、障壁層１４は、アル
ミニウム合金膜１６の下に提供される。アルミニウム金
属化に銅を供給することは認められてきたが、電気移動
故障率の減少は、腐食に対するアルミニウム膜の磁化率
を増加させる。銅に加えて、アルミニウムのシリコン・
ドーピングは、アルミニウム合金膜の腐食磁化率を減少
させることが認められてきた。
【図１】銅比率の関数によって変化する、アルミニウム
膜の腐食磁化率に関して示されたグラフ。
膜の腐食磁化率に関して示されたグラフ。
【図２】集積回路に含まれる本発明の第１実施例の金属
化を表わす断面図。
化を表わす断面図。
【図３】従来技術による銅ドープ処理アルミニウム金属
化の時間に対して測定された抵抗値を表わすグラフ。
化の時間に対して測定された抵抗値を表わすグラフ。
【図４】本発明の第１好適実施例による金属化システム
の時間に対して測定された抵抗値を表わすグラフ。
の時間に対して測定された抵抗値を表わすグラフ。
【図５】図３および図４のグラフ・データからの個々の
試験ユニットの、それぞれ時間に対して測定された抵抗
値を表わすグラフ。
試験ユニットの、それぞれ時間に対して測定された抵抗
値を表わすグラフ。
【図６】図３および図４のグラフ・データからの個々の
試験ユニットの、それぞれ時間に対して測定された抵抗
値を表わすグラフ。
試験ユニットの、それぞれ時間に対して測定された抵抗
値を表わすグラフ。
【図７】集積回路に含まれる本発明の第２実施例の金属
化システムを表わす断面図。
化システムを表わす断面図。
２ 基板 ６ ドープ処理領域（ソース／ドレーン領域） ８ 酸化磁界 １０ 電極 １２ 誘電膜 １４ 障壁層（固着層） １５ ＣＶＤタングステン層 １６ アルミニウム合金層（金属化層） ２０ 基板 ２２ ｎウェル ２４ ｐウェル ２６ Ｐ形ドープ処理領域 ２８ ケイ化チタン膜 ３０ 第１レベル金属化（相互接続層） ３２ 誘電膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｆ
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体集積回路における相互接続に用い
られる金属化であって：障壁金属を含む第１層と；前記
第１層の上部にアルミニウム、銅、およびシリコン合金
を含む第２層とを含む、ことを特徴とする金属化。 - 【請求項２】 ボデーの半導体表面に集積回路を組み立
てる方法であって、 前記ボデーの表面に近い導電区域を形成する段階と；前
記導電区域の上に絶縁層を形成する段階と；電気接触が
望まれる前記導電区の部分を露出するために前記絶縁層
の選択部分を除去する段階と；前記絶縁膜の上にかつ前
記導電区域の前記露出部分に接触して障壁層を付着させ
る段階と；電気接触が、前記障壁層を経て前記導電区域
の前記露出部分に対する前記金属化層によってできるよ
うに、前記絶縁層の上にアルミニウム、銅およびシリコ
ン合金を含む金属化層を付着させる段階を含むことを特
徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US50728190A | 1990-04-10 | 1990-04-10 | |
| US507281 | 1990-04-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0750297A true JPH0750297A (ja) | 1995-02-21 |
Family
ID=24018000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3077591A Pending JPH0750297A (ja) | 1990-04-10 | 1991-04-10 | 腐食磁化率減少用改金属化システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0451644A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0750297A (ja) |
| KR (1) | KR910019176A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4028776C2 (de) * | 1990-07-03 | 1994-03-10 | Samsung Electronics Co Ltd | Verfahren zur Bildung einer metallischen Verdrahtungsschicht und Füllen einer Kontaktöffnung in einem Halbleiterbauelement |
| JPH06260470A (ja) * | 1992-12-16 | 1994-09-16 | Texas Instr Inc <Ti> | パターンに作成された金属層の清浄化法 |
| KR970052186A (ko) * | 1995-12-04 | 1997-07-29 | 김주용 | 반도체 소자 제조 방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4924295A (en) * | 1986-11-28 | 1990-05-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Integrated semi-conductor circuit comprising at least two metallization levels composed of aluminum or aluminum compounds and a method for the manufacture of same |
| DE3830720A1 (de) * | 1988-09-09 | 1990-03-22 | Philips Nv | Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen |
-
1991
- 1991-03-28 EP EP91105040A patent/EP0451644A1/en not_active Withdrawn
- 1991-04-09 KR KR1019910005664A patent/KR910019176A/ko not_active Application Discontinuation
- 1991-04-10 JP JP3077591A patent/JPH0750297A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR910019176A (ko) | 1991-11-30 |
| EP0451644A1 (en) | 1991-10-16 |
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