JPH08250594A - 炭化ケイ素の金属拡散障壁層 - Google Patents
炭化ケイ素の金属拡散障壁層Info
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Abstract
散を防止する障壁層として炭化ケイ素を提供することで
ある。 【構成】 この優れた構成によって、集積回路および配
線板に低抵抗率金属および低誘導率誘電体層を使用する
ことができる。
Description
ケイ素(α‐SiC)膜を多重レベル金属集積回路およ
び配線板設計における拡散障壁として使用することに関
する。α‐SiCの機能は、電気回路におけるデバイス
の相互接続体である隣接導体間の金属原子の移動を止め
ることである。α‐SiCの拡散障壁によって回路に加
わる信頼性は、導体間の絶縁媒質としての低抵抗導体お
よび低誘電率材料の使用を可能にする。低抵抗導体、α
‐SiC拡散障壁および低誘電率絶縁体の組合せは、回
路のインピーダンスも最小にする。これは、回路を低周
波から高周波に効率的に動作させる。
l.in “DielectricBarrier S
tudy for Copper Metalliza
tion”(VMIC Conference,Jun
e 7−8,1944)〕は、窒化ケイ素、オキシ窒化
ケイ素および酸化イ素誘電体への銅の拡散を研究してい
る。の文献は、窒化ケイ素およびオキシ窒化ケイ素が酸
化ケイ素よりも金属移動に対する著しく良好な障壁であ
ることを教示している。しかしながら、この文献は炭化
ケイ素を障壁として使用することを検討していない。
は、シリコン基板と金属配線層間の障壁層としての炭化
ケイ素の使用を教示しているが、該特許は金属配線と隣
接誘電層間の拡散障壁層としての炭化ケイ素の使用を教
示していない。
優れた障壁層を形成して誘電体層への低抵抗金属導体の
拡散を妨げることを発見した。
を有する優れた集積回路を提供することである。
は、半導体材料製の基板内に形成された複数の固体デバ
イスの副アセンブリからなる。その副アセンブリ内のデ
バイスは、高導電率、低抵抗金属製の金属配線によって
接続される。少なくとも金属配線の上にアモルフアス、
炭化ケイ素の拡散障壁層が形成される。次に、その炭化
ケイ素層の上に誘電層が形成される。
回路における隣接デバイス相互接続体間の金属原子の移
動を止めるという我々の予期しなかった発見に基いてい
る。この発見によって、ICメーカーは(1)相互接続
材料として高導電率、低抵抗金属(例えば、Cu、A
g、Au、合金、超伝導体)を使用することができる;
(2)金属配線間の絶縁層として極低誘電率材料を使用
することができる。α‐SiCが存在しないと、高導電
率金属と低誘電率絶縁層の組合せは、金属の移動および
腐食のような問題に苦しむ。
アセンブリは決定的なものではなく殆んど全てが有用で
ある。該集積回路の製造に用いる方法も既知であって、
本発明に決定的なものではない。該回路の例は、成長さ
せたエピタキシヤル層を有する半導体基板(例えば、シ
リコン、ヒ化ガリウム、等)からなるものである。この
エピタキシヤル層は、適当にドーピングされて回路の固
体能動デバイス領域を構成するPN−接合領域を形成す
る。これらの固体能動デバイス領域はダイオードおよび
トランジスタであって、それらは金属配線層によって適
当に相互接続されたときに集積回路を形成する。
1はデバイス領域(2)とデバイスを相互に接続する薄
膜金属配線(3)を有する回路副アセンブリ(1)を示
す。 従来の集積回路副アセンブリ上の金属配線層は、
一般にアルミニウムの薄膜である。本発明を使用するこ
とによって、これらの薄膜はアルミニウムの代りに高導
電率金属製にすることができる。ここで使用する高導電
率金属は、20℃で2.5μα‐cm以下の抵抗率を有
するものであって、銅、銀、金、合金および起電導体を
含む。
術的に既知であって特定の方法を利用することは重要で
ない。かかる方法の例は、スパッタリングおよび電子ビ
ーム蒸着のような種々の物理蒸着(PVD)法を含む。
の上に付着される。一般に、これは金属配線を含む回路
副アセンブリの最上面全体をコーティングすることによ
って達成される。これは図1に被膜(4)として示す。
しかしながら、これとは別に、例えば、マスキングによ
って炭化ケイ素を配線のみの上に選択的に付着させた
り、その表面全体をコーティングした後に炭化ケイ素を
必要としない領域を腐食することもできる。
定的なものではなくて、多くの方法が技術的に知られて
いる。該付加方法の例は、従来のCVD、光化学蒸着、
プラズマ強化化学蒸着(PECVD)、電子サイクロト
ロン共鳴(ECR)、ジェット蒸着のような種々の化学
蒸着法およびスパッタリングおよび電子ビーム蒸着のよ
うな種々の物理蒸着法を含む。これらの方法は被蒸着物
質へのエネルギー(熱、プラズマ、等)を添加して必要
な反応をさせたり、材料の固体試料にエネルギーを集中
させてその固体試料を蒸着させることを含む。
駆物質ガス流を加熱基板上に通すことによって蒸着され
る。その前駆物質ガスは加熱表面と接触したときに、反
応して被膜を蒸着する。必要な被膜の前駆物質および厚
さに依存して、これらの被膜を数分〜数時間で形成させ
るには、基板の温度は、100〜1000℃の範囲内で
十分である。必要ならば、かかるプロセスに反応性金属
を使用して蒸着を促進することができる。
駆物質ガスはプラズマの場に通すことによって反応す
る。それによって生成された反応性物質は、次に、それ
らが容易に付着する基板に集束される。一般に、この方
法がCVD法より優れる利点は、低い基板温度を使用で
きることである。例えば、50℃〜600℃の基板温度
が機能的である。
電、無線周波数またはマイクロ波領域における電磁場の
ような種々の源から誘導されるエネルギーからなる。一
般に、大部分のプラズマ蒸着法においては、適度の電力
密度(0.1〜5ワット/cm2 )で無線周波数(10
kHz〜202 MHz)またはマイクロ波(0.1〜1
0GHz)の使用が望ましい。しかしながら、使用する
前駆物質ガスおよび装置に対して特定の周波数、電力お
よび圧力を調整する。
質ガスの例は、(1)メタン、エタンまたはプロパンの
ような炭素原子数が1〜6のアルカンの存在下でシラン
またはトリクロロシランのようなハロシランの混合体;
(2)メチルシラン、ジメチルシランおよびトリメチル
シランのようなアルキルシラン;または(3)米国特許
第5,011,706号に記載されているようなシルア
シクロブタンまたはジシルアシクロブタンを含む。本発
明に特に望ましいのは、トリメチルシランのプラズマ強
化化学蒸着である。
誘電層を蒸着する。これは図1に中間レベルの誘電体層
(5)として示す。特定の誘導体層およびその蒸着法は
本発意の決定的なものではないが、我々の方法を使用す
ることによって、低誘電率(DK)層を利用することが
できる。ここで使用される低誘電率(DK)層は3.5
以下のDKを有するものである。
イ素、オキシ窒化ケイ素、炭化ケイ素、オキシ炭化ケイ
素、カルボ窒化ケイ素、シリコーン、ポリイミド、エポ
キシまたはパリレン(PARYLEN,商品名)のよう
な有機物質を含む。1層以上のこれら誘電体が使用でき
ることは明らかである。
既知である。それらはスピン・オン法、従来のCVD、
光化学蒸着、PECVD、ERC、ジェット蒸着、およ
びスパッタリングおよび電子ビーム蒸着のような種々の
物理蒸着法を含む。
(OH)x(OR)yOz/2〔式中の各Rはそれぞれ
酸素原子を介してSiに結合したときに加水分解性置換
基を生成する有機基であり、x=0〜2、y=0〜2、
z=1〜3そしてx+y+z=3〕の単位を有するヒド
リドシロキサンを蒸着することからなる。これらの樹脂
は完全に縮合(x=0、y=0、z=3)するが、また
は部分的加水分解するのみ(yは重合体の全ての単位に
ついて0にならない)および/または部分縮合(xは重
合体の全ての単位について0にならない)する。この構
造式によって示されないが、これら樹脂の種々の単位
は、それらの生成および処理に含まれる種々の要因のた
めに0または1以上のSi−H結合を有しうる。
5,272号;仝5,010,159号;仝4,99
9,397号および仝5,063,267号の方法によ
って生成されるものである。これらの樹脂はスピン・オ
ン法、続いて加熱してセラミックに転化させることによ
って付着される。
層の上に別の金属配線層を形成させ、次に誘電層および
炭化ケイ素層を腐食することによってそれらの層を相互
に接続することができる。図1は、相互接続体(6)に
よって第1の配線層の選択領域で相互に接続されている
第2の金属配線層(7)を示す。しかしながら、配線を
高導電率材料にする必要がある場合には、誘電体と金属
の勘に炭化ケイ素層(8)を蒸着して誘電体中への金属
の拡散を防止しなければならない。前記のように、この
炭化ケイ素を形成することができる。このように、炭化
ケイ素層の間の金属配線をサンドイッチにする。このプ
ロセスを回路内の種々の金属化層に対して何回も反復す
ることができる。例えば、図1は、第2の誘電体層
(9)、第2の炭化ケイ素層(11)によって保護され
た第3の配線層(10)を示す。
9)を低誘電率(例えば、DK<5)の炭化ケイ素に代
えることもできる。この実施例では、前記の金属配線層
の上に炭化ケイ素層を形成し、次にその炭化ケイ素の上
に別の金属層を形成するだけである。
回路を装着することに応用できる。これらの配線板上の
金属配線および誘電層の構造は前記の構造と同一であ
る。
Claims (5)
- 【請求項1】(A)固体デバイス領域を有する半導体基
板、および半導体基板の表面に蒸着され固体デバイス領
域を相互に接続する金属配線からなる回路サブアセンブ
リ; (B)少なくとも前記金属配線を被覆するアモルフアス
炭化ケイ素層;および (C)少なくとも前記炭化ケイ素層を被覆する誘電体層
からなることを特徴とする集積回路。 - 【請求項2】アモルフアス炭化ケイ素層が、金属配線お
よびデバイス領域を含む回路サブアセンブリの表面を被
覆する請求項1記載の集積回路。 - 【請求項3】さらに、誘電体層を被覆する第2のアモル
フアス炭化ケイ素層からなる請求項1記載の集積回路。 - 【請求項4】さらに、第2の炭化ケイ素上に形成された
第2の金属配線層からなり、該第2の金属配線層が第1
の金属配線層に接続される請求項1記載の集積回路。 - 【請求項5】(A)上に2.5μΩ‐cm以下の抵抗率
を有する金属配線を含む配線板サブアセンブリ; (B)金属配線を被覆するアモルフアス炭化ケイ素層;
および (C)炭化ケイ素層を被覆する誘電体層、からなること
を特徴とする配線板。
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