JPH08264652A - 半導体キャビティ充填法 - Google Patents
半導体キャビティ充填法Info
- Publication number
- JPH08264652A JPH08264652A JP7323353A JP32335395A JPH08264652A JP H08264652 A JPH08264652 A JP H08264652A JP 7323353 A JP7323353 A JP 7323353A JP 32335395 A JP32335395 A JP 32335395A JP H08264652 A JPH08264652 A JP H08264652A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- aluminum
- filling
- opening
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 117
- 238000011049 filling Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 63
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 63
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 50
- 229910018182 Al—Cu Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 50
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 49
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 21
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 17
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 13
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 12
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 9
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000005429 filling process Methods 0.000 description 7
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 4
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- IZJSTXINDUKPRP-UHFFFAOYSA-N aluminum lead Chemical compound [Al].[Pb] IZJSTXINDUKPRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018575 Al—Ti Inorganic materials 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229920003209 poly(hydridosilsesquioxane) Polymers 0.000 description 2
- 229920000052 poly(p-xylylene) Polymers 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000000637 aluminium metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
- H01L21/76882—Reflowing or applying of pressure to better fill the contact hole
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 集積回路中に形成されるサブ０．５ミクロン
寸法の開口部（ビアやトレンチ）を充填するための方法
を得る。 【解決手段】 半導体母体中に形成された開口部の開放
端を覆って金属を堆積させ、前記半導体母体を約２５０
℃と約４５０℃との間の温度に加熱し、前記半導体母体
を約２５０℃と約４５０℃との間の温度に保持したま
ま、前記金属に対して圧力を加えて前記金属を変形さ
せ、前記金属を前記開口部中へ押し込むことによって前
記開口部を前記金属で以て本質的に充填する。
寸法の開口部（ビアやトレンチ）を充填するための方法
を得る。 【解決手段】 半導体母体中に形成された開口部の開放
端を覆って金属を堆積させ、前記半導体母体を約２５０
℃と約４５０℃との間の温度に加熱し、前記半導体母体
を約２５０℃と約４５０℃との間の温度に保持したま
ま、前記金属に対して圧力を加えて前記金属を変形さ
せ、前記金属を前記開口部中へ押し込むことによって前
記開口部を前記金属で以て本質的に充填する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的に半導体製造
プロセスに関するものであり、更に詳細には半導体の隣
接表面または隣接レベル間の空隙を充填するための方法
に関する。
プロセスに関するものであり、更に詳細には半導体の隣
接表面または隣接レベル間の空隙を充填するための方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体部品を今以上に微細化するについ
ては数多くの障害が存在する。それら障害の中には、デ
バイスの適正動作を保証するための金属相互接続層の充
填が含まれる。金属相互接続信号線は、絶縁層中に形成
されたビアを通して下層の集積回路の導電層へ接触す
る。デバイスの最適動作を保証するためには、相互接続
層を構成するために用いられる金属で以てビアを完全に
埋めることが好ましい。
ては数多くの障害が存在する。それら障害の中には、デ
バイスの適正動作を保証するための金属相互接続層の充
填が含まれる。金属相互接続信号線は、絶縁層中に形成
されたビアを通して下層の集積回路の導電層へ接触す
る。デバイスの最適動作を保証するためには、相互接続
層を構成するために用いられる金属で以てビアを完全に
埋めることが好ましい。
【０００３】そのコスト、物理的性質、および汎用性の
理由から、現在の集積回路金属相互接続線の作製のため
に選ばれている金属はアルミニウムである。相互接続線
は典型的にはスパッタプロセスによって形成されるが、
それはコンタクトビアの充填の点では最適なものとは言
えない。問題は絶縁層の表面にアルミニウムの比較的大
きな粒が累積することから発生する。コンタクトビアの
端部にそのような粒が累積することは障害になり、ビア
を完全に埋めてしまう量のアルミニウムが通過するのを
妨げ、その結果、ビア中に不均一な構造ができたり、ボ
イドが形成されたりする。この問題は、特により小さい
形状の集積回路を作製する場合に厳しい。例えば現状の
０．５ミクロンから次の世代のスケーリングされた技術
における、より小型のデバイスに用いられるより小さい
コンタクトは大型の形状のものよりも高アスペクト比
（すなわち、幅に対する高さの比）のものとなる必要が
あり、それによって上述のビア充填の困難さは更に悪化
する。例えば、過度に大きなボイドは設計値よりも顕著
に高いコンタクト抵抗をもたらすことがある。更に、ビ
ア充填領域に隣接するアルミニウム層のより薄い領域は
エレクトロマイグレーションの問題を抱えることにな
る。エレクトロマイグレーションは最終的には回路開放
をもたらし、デバイス故障につながる。
理由から、現在の集積回路金属相互接続線の作製のため
に選ばれている金属はアルミニウムである。相互接続線
は典型的にはスパッタプロセスによって形成されるが、
それはコンタクトビアの充填の点では最適なものとは言
えない。問題は絶縁層の表面にアルミニウムの比較的大
きな粒が累積することから発生する。コンタクトビアの
端部にそのような粒が累積することは障害になり、ビア
を完全に埋めてしまう量のアルミニウムが通過するのを
妨げ、その結果、ビア中に不均一な構造ができたり、ボ
イドが形成されたりする。この問題は、特により小さい
形状の集積回路を作製する場合に厳しい。例えば現状の
０．５ミクロンから次の世代のスケーリングされた技術
における、より小型のデバイスに用いられるより小さい
コンタクトは大型の形状のものよりも高アスペクト比
（すなわち、幅に対する高さの比）のものとなる必要が
あり、それによって上述のビア充填の困難さは更に悪化
する。例えば、過度に大きなボイドは設計値よりも顕著
に高いコンタクト抵抗をもたらすことがある。更に、ビ
ア充填領域に隣接するアルミニウム層のより薄い領域は
エレクトロマイグレーションの問題を抱えることにな
る。エレクトロマイグレーションは最終的には回路開放
をもたらし、デバイス故障につながる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】下層相互接続レベルに
おける最適な金属コンタクトを保証するために多数の異
なる方式が試みられてきた。例えば、ビアを貫通する伝
導性を改善するためにアルミニウム層と一緒に高融点金
属が用いられた。更に、ビア中への金属ステップカバレ
ッジを改善するためにビアの側面に勾配を持たせること
が行われた。しかしながら、傾斜した側壁を使用するこ
とは当該産業界がより小型のデバイス形状を採用し始め
るとともに好ましくないものとなっていった。０．５ミ
クロン以上の形状の場合でも、上述の技術はビア充填の
困難さを完全に克服するものではない。過去においてビ
ア充填の問題は少なくとも部分的には、ビアの充填に付
随するアルミニウムの処理が比較的低温で行われたこと
のせいであると考えられている。それらの温度というの
は典型的には５００℃よりも低く、製造業者のなかには
それがビア充填のためには大き過ぎるアルミニウム粒径
の形成に寄与していると信じている者が多い。
おける最適な金属コンタクトを保証するために多数の異
なる方式が試みられてきた。例えば、ビアを貫通する伝
導性を改善するためにアルミニウム層と一緒に高融点金
属が用いられた。更に、ビア中への金属ステップカバレ
ッジを改善するためにビアの側面に勾配を持たせること
が行われた。しかしながら、傾斜した側壁を使用するこ
とは当該産業界がより小型のデバイス形状を採用し始め
るとともに好ましくないものとなっていった。０．５ミ
クロン以上の形状の場合でも、上述の技術はビア充填の
困難さを完全に克服するものではない。過去においてビ
ア充填の問題は少なくとも部分的には、ビアの充填に付
随するアルミニウムの処理が比較的低温で行われたこと
のせいであると考えられている。それらの温度というの
は典型的には５００℃よりも低く、製造業者のなかには
それがビア充填のためには大き過ぎるアルミニウム粒径
の形成に寄与していると信じている者が多い。
【０００５】１９９２年４月２８日付けでチェン（Ｃｈ
ｅｎ）等に対して発行された米国特許第５，１０８，９
５１号は、過度に大きな寸法のアルミニウム粒の流れに
よって生ずる上述のビア充填の問題を解決しようと試み
ている。この特許の中で、集積回路の温度はアルミニウ
ム堆積の開始の前に約４００℃の温度に加熱される。ア
ルミニウムはウエハが約５００℃の温度へ加熱される過
程でビア中へ堆積される。アルミニウムはウエハ加熱過
程でビア中へ約３０−８０オングストローム／秒の速度
で堆積される。この従来技術のシステムは、既に従来技
術で検討したものと同じ欠点を共有している。すなわ
ち、特に小さいビア形状において不完全なビア充填にな
ってしまう。更に、ビア充填は約５００℃近辺の温度に
おいて行われ、その温度のために集積回路中に誘電体と
してポリマー材料が使用できない。それは一般にそれら
のポリマー材料がそのような高温において分解するから
である。
ｅｎ）等に対して発行された米国特許第５，１０８，９
５１号は、過度に大きな寸法のアルミニウム粒の流れに
よって生ずる上述のビア充填の問題を解決しようと試み
ている。この特許の中で、集積回路の温度はアルミニウ
ム堆積の開始の前に約４００℃の温度に加熱される。ア
ルミニウムはウエハが約５００℃の温度へ加熱される過
程でビア中へ堆積される。アルミニウムはウエハ加熱過
程でビア中へ約３０−８０オングストローム／秒の速度
で堆積される。この従来技術のシステムは、既に従来技
術で検討したものと同じ欠点を共有している。すなわ
ち、特に小さいビア形状において不完全なビア充填にな
ってしまう。更に、ビア充填は約５００℃近辺の温度に
おいて行われ、その温度のために集積回路中に誘電体と
してポリマー材料が使用できない。それは一般にそれら
のポリマー材料がそのような高温において分解するから
である。
【０００６】従来技術の上述の欠点を考慮すると、好ま
しくは約２５０−４５０℃オーダーの比較的低温で、信
頼できる充填を実現する、コンタクトおよびビアのため
の集積回路充填プロセスを提供することが望まれる。そ
のような低温でコンタクトおよびビア充填が行われるな
ら、サブ０．５ミクロン技術の開発のために重要なより
最適な誘電体材料の使用が可能となるであろう。
しくは約２５０−４５０℃オーダーの比較的低温で、信
頼できる充填を実現する、コンタクトおよびビアのため
の集積回路充填プロセスを提供することが望まれる。そ
のような低温でコンタクトおよびビア充填が行われるな
ら、サブ０．５ミクロン技術の開発のために重要なより
最適な誘電体材料の使用が可能となるであろう。
【０００７】上述の従来技術の欠点のゆえに、２５０−
４５０℃オーダーの比較的低温において動作する、集積
回路コンタクトおよびビアの充填のためのプロセスを提
供することが望ましく、そのような温度範囲であれば、
従来技術のビア充填プロセスにおいて必要とされる高温
のためにこれまで使用が不可能であった低誘電率のポリ
マーの使用が可能になる。
４５０℃オーダーの比較的低温において動作する、集積
回路コンタクトおよびビアの充填のためのプロセスを提
供することが望ましく、そのような温度範囲であれば、
従来技術のビア充填プロセスにおいて必要とされる高温
のためにこれまで使用が不可能であった低誘電率のポリ
マーの使用が可能になる。
【０００８】また、アルミニウム、アルミニウム合金、
銅、および銅合金で以て充填を許容する比較的低温のビ
ア充填プロセスを利用することも有利である。そのよう
な金属で以て充填されるコンタクトおよびビアは、オプ
ションとして物理的蒸着法（”ＰＶＤ”）あるいは化学
的蒸着法（”ＣＶＤ”）の高融点金属および／あるいは
金属合金で以て裏打ちされる。各種誘電体あるいは誘電
体の組み合わせ中にも空隙が形成される。
銅、および銅合金で以て充填を許容する比較的低温のビ
ア充填プロセスを利用することも有利である。そのよう
な金属で以て充填されるコンタクトおよびビアは、オプ
ションとして物理的蒸着法（”ＰＶＤ”）あるいは化学
的蒸着法（”ＣＶＤ”）の高融点金属および／あるいは
金属合金で以て裏打ちされる。各種誘電体あるいは誘電
体の組み合わせ中にも空隙が形成される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、進歩し
た充填プロセスが提供され、それは特にサブ０．５ミク
ロン技術の集積回路の誘電体中に形成されるコンタク
ト、ビア、およびトレンチの拡張された充填を可能とす
る。本発明の１つの好適な態様において、充填は約１０
-6−１０-8Ｔｏｒｒの真空中での約２５０−４５０℃の
温度範囲と、約３００−１０００気圧のプロセス圧力の
中で進行する。そのような処理は、典型的には５００℃
を越える温度において、匹敵する真空レベル下で、典型
的には約１−４ｍＴｏｒｒオーダーという大気圧の数分
の１程度の圧力で以て処理を実現するのが一般的な従来
技術のそれと比べて顕著な対比を示している。本発明の
プロセスは、上で開示したプロセスパラメーターに対し
て、空隙、孔、あるいはトレンチのそれぞれへ充填され
る材料の各種物理的、化学的特性に従う調節を施すこと
によって異なる金属および金属合金に対して適用でき
る。
た充填プロセスが提供され、それは特にサブ０．５ミク
ロン技術の集積回路の誘電体中に形成されるコンタク
ト、ビア、およびトレンチの拡張された充填を可能とす
る。本発明の１つの好適な態様において、充填は約１０
-6−１０-8Ｔｏｒｒの真空中での約２５０−４５０℃の
温度範囲と、約３００−１０００気圧のプロセス圧力の
中で進行する。そのような処理は、典型的には５００℃
を越える温度において、匹敵する真空レベル下で、典型
的には約１−４ｍＴｏｒｒオーダーという大気圧の数分
の１程度の圧力で以て処理を実現するのが一般的な従来
技術のそれと比べて顕著な対比を示している。本発明の
プロセスは、上で開示したプロセスパラメーターに対し
て、空隙、孔、あるいはトレンチのそれぞれへ充填され
る材料の各種物理的、化学的特性に従う調節を施すこと
によって異なる金属および金属合金に対して適用でき
る。
【００１０】本発明に使用するのに適した金属および金
属合金には、必ずしもこれらに限定するわけではない
が、（１）Ａｌ−Ｔｉ（０．１％）−Ｃｕ（０．５
％）、（２）Ａｌ−Ｃｕ（０．５％）、（３）Ａｌ−Ｃ
ｕ（１％）、（４）Ａｌ−Ｓｉ（１％）−Ｃｕ（０．５
％）、および（５）アルミニウムが含まれる。更に、本
発明のプロセスは、（１）純粋の銅（Ｃｕ）、（２）マ
グネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）、および銀（Ａｇ）の
うちの１つまたは複数のものと銅との合金、および
（３）Ａｌ−Ｓｃ−Ｃｕ、のような高融点金属および金
属合金と一緒に用いるのに適している。本発明のプロセ
スはまた、チタン（Ｔｉ）、ＴｉＮ、ＴｉとＴｉＮとの
組み合わせ、ＴｉＷ、およびタングステン（Ｗ）から形
成されるもののような各種の高融点クラッディング（ｃ
ｌａｄｄｉｎｇ）およびバッシャー（ｂａｓｓｉｅｒ）
の用途に使用するのにも適している。
属合金には、必ずしもこれらに限定するわけではない
が、（１）Ａｌ−Ｔｉ（０．１％）−Ｃｕ（０．５
％）、（２）Ａｌ−Ｃｕ（０．５％）、（３）Ａｌ−Ｃ
ｕ（１％）、（４）Ａｌ−Ｓｉ（１％）−Ｃｕ（０．５
％）、および（５）アルミニウムが含まれる。更に、本
発明のプロセスは、（１）純粋の銅（Ｃｕ）、（２）マ
グネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）、および銀（Ａｇ）の
うちの１つまたは複数のものと銅との合金、および
（３）Ａｌ−Ｓｃ−Ｃｕ、のような高融点金属および金
属合金と一緒に用いるのに適している。本発明のプロセ
スはまた、チタン（Ｔｉ）、ＴｉＮ、ＴｉとＴｉＮとの
組み合わせ、ＴｉＷ、およびタングステン（Ｗ）から形
成されるもののような各種の高融点クラッディング（ｃ
ｌａｄｄｉｎｇ）およびバッシャー（ｂａｓｓｉｅｒ）
の用途に使用するのにも適している。
【００１１】本発明の処理処方は特にポリマー絶縁体を
備えた集積回路を処理する場合に有利である。それはそ
のような絶縁体が一般に約３５０℃あるいはそれ以上の
温度で分解するからである。そのようなポリマー絶縁体
には、これらに限定するつもりはないが、例えばポリテ
トラフルオロエチレン（”ＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒ
ａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）”）化合物のファミ
リーが含まれる。それらは１．９という誘電率を有し、
従って相互接続の寄生容量を減らす能力の点で非常に魅
力的である。
備えた集積回路を処理する場合に有利である。それはそ
のような絶縁体が一般に約３５０℃あるいはそれ以上の
温度で分解するからである。そのようなポリマー絶縁体
には、これらに限定するつもりはないが、例えばポリテ
トラフルオロエチレン（”ＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒ
ａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）”）化合物のファミ
リーが含まれる。それらは１．９という誘電率を有し、
従って相互接続の寄生容量を減らす能力の点で非常に魅
力的である。
【００１２】本発明の処理技術はまた、各種誘電体材料
または誘電体材料の組み合わせ中に形成される孔および
／またはトレンチを完全に充填することを保証するため
にも応用できる。そのため、本発明の処理技術はダマシ
ーン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）およびデュアルダマシーン
プロセス技術群に対して適用できる。それらの技術群に
おいては、酸化物あるいはその他の誘電体中に溝がエッ
チまたは加工されて、次に化学的蒸着法（”ＣＶＤ”）
のような適当な堆積法で金属（通常はタングステンまた
は銅）が充填され、その後に誘電体の表面と同じ高さに
なるように、堆積された金属が研磨される。デュアルダ
マシーンプロセスでは、溝が誘電体中にエッチもしくは
形成されるのみならず、それに加えて上側の金属レベル
から誘電体を貫通して下側の金属レベルへと延びるよう
にビアがパターン化およびエッチされる。本発明で使用
される適当な誘電体には、アライドシグナル社（Ａｌｌ
ｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｏｒｐ．）によって製造され
ている１５００シリーズのようなポリマースピン−オン
−ガラス（”ＳＯＧ”）材料群、ＰＴＦＥファミリー、
パリレーン、ポリイミド、水素シルセスキオキサン（ｓ
ｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）、エーロゲルおよびフッ
素化およびメチル化エーロゲルのような表面改質された
エーロゲルが含まれる。これらはすべてここに参考のた
めに引用する次の係属中特許出願のうちの１つまたは複
数のものの中により完全に記述されている。（１）１９
９４年４月２８日付けの”低誘電率誘電体を用いた自己
整合ビア（Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｖｉａ Ｕｓｉ
ｎｇ Ｌｏｗ Ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ Ｄｉｅｌｅ
ｃｔｒｉｃ）”と題する米国特許出願第０８／２３４，
１００号、（２）１９９４年８月５日付けの”エレクト
ロニクス用のパッシベーション層を備えた多孔質誘電体
層（Ｐｏｒｏｕｓ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｙｅｒ
Ｗｉｔｈ ａ Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ
ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ａｐｐｌｉｃａｔ
ｉｏｎｓ）”と題する米国特許出願第０８／２８６，７
６１号、（３）１９９４年８月２３日付けの”有機誘電
体材料を用いた自己整合コンタクト（Ｓｅｌｆ−Ａｌｉ
ｇｎｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｕｓｉｎｇ Ｏｒｇａｎｉ
ｃ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）”と
題する米国特許出願第０８／２９４，２９０号、（４）
１９９４年５月２０日付けの”集積された低密度誘電体
を備えた相互接続構造（ＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＳｔ
ｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ａｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ
ｄ Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉ
ｃ）”と題する米国特許出願第０８／２４６，４３２
号、および（５）１９９４年１１月１日付けの”進歩し
たダマシーン導体作製のためのピラー（Ｐｉｌｌａｒｓ
Ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｄａｍａｓｃｅｎｅ Ｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）”と題す
る米国特許出願第０８／３３３，０１５号。
または誘電体材料の組み合わせ中に形成される孔および
／またはトレンチを完全に充填することを保証するため
にも応用できる。そのため、本発明の処理技術はダマシ
ーン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）およびデュアルダマシーン
プロセス技術群に対して適用できる。それらの技術群に
おいては、酸化物あるいはその他の誘電体中に溝がエッ
チまたは加工されて、次に化学的蒸着法（”ＣＶＤ”）
のような適当な堆積法で金属（通常はタングステンまた
は銅）が充填され、その後に誘電体の表面と同じ高さに
なるように、堆積された金属が研磨される。デュアルダ
マシーンプロセスでは、溝が誘電体中にエッチもしくは
形成されるのみならず、それに加えて上側の金属レベル
から誘電体を貫通して下側の金属レベルへと延びるよう
にビアがパターン化およびエッチされる。本発明で使用
される適当な誘電体には、アライドシグナル社（Ａｌｌ
ｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｏｒｐ．）によって製造され
ている１５００シリーズのようなポリマースピン−オン
−ガラス（”ＳＯＧ”）材料群、ＰＴＦＥファミリー、
パリレーン、ポリイミド、水素シルセスキオキサン（ｓ
ｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）、エーロゲルおよびフッ
素化およびメチル化エーロゲルのような表面改質された
エーロゲルが含まれる。これらはすべてここに参考のた
めに引用する次の係属中特許出願のうちの１つまたは複
数のものの中により完全に記述されている。（１）１９
９４年４月２８日付けの”低誘電率誘電体を用いた自己
整合ビア（Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｖｉａ Ｕｓｉ
ｎｇ Ｌｏｗ Ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ Ｄｉｅｌｅ
ｃｔｒｉｃ）”と題する米国特許出願第０８／２３４，
１００号、（２）１９９４年８月５日付けの”エレクト
ロニクス用のパッシベーション層を備えた多孔質誘電体
層（Ｐｏｒｏｕｓ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｙｅｒ
Ｗｉｔｈ ａ Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ
ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ａｐｐｌｉｃａｔ
ｉｏｎｓ）”と題する米国特許出願第０８／２８６，７
６１号、（３）１９９４年８月２３日付けの”有機誘電
体材料を用いた自己整合コンタクト（Ｓｅｌｆ−Ａｌｉ
ｇｎｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｕｓｉｎｇ Ｏｒｇａｎｉ
ｃ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）”と
題する米国特許出願第０８／２９４，２９０号、（４）
１９９４年５月２０日付けの”集積された低密度誘電体
を備えた相互接続構造（ＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＳｔ
ｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ａｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ
ｄ Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉ
ｃ）”と題する米国特許出願第０８／２４６，４３２
号、および（５）１９９４年１１月１日付けの”進歩し
たダマシーン導体作製のためのピラー（Ｐｉｌｌａｒｓ
Ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｄａｍａｓｃｅｎｅ Ｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）”と題す
る米国特許出願第０８／３３３，０１５号。
【００１３】本発明のこれらおよびその他の特徴につい
ては、以下の図面を参照した詳細な説明を読むことによ
って当業者には明らかになるであろう。
ては、以下の図面を参照した詳細な説明を読むことによ
って当業者には明らかになるであろう。
【００１４】本発明の新規な特徴および目的は、以下の
図面を参照した詳細な説明を読むことによって明らかに
なるであろう。
図面を参照した詳細な説明を読むことによって明らかに
なるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下で述べるプロセス工程および
構造は、集積回路を製造するためのプロセスの流れ全体
を構成するものではないことを理解されたい。本発明は
従来技術において現在使用されている集積回路製造技術
と組み合わせて実行することができ、従って本発明を理
解するために必要な、一般的に実施されているプロセス
工程だけをここに引用する。本明細書に引用されている
製造工程中の集積回路の断面を示す図面は正確な縮尺に
なっていない。その代わり、本発明の関連する特徴を示
すようなものになっている。
構造は、集積回路を製造するためのプロセスの流れ全体
を構成するものではないことを理解されたい。本発明は
従来技術において現在使用されている集積回路製造技術
と組み合わせて実行することができ、従って本発明を理
解するために必要な、一般的に実施されているプロセス
工程だけをここに引用する。本明細書に引用されている
製造工程中の集積回路の断面を示す図面は正確な縮尺に
なっていない。その代わり、本発明の関連する特徴を示
すようなものになっている。
【００１６】０．５ミクロン応用におけるコンタクト／
ビア充填のためのアルミニウムリフローは既に実証され
ている。しかし、アルミニウムリフロープロセスは広く
受け入れられなかった。それは、高温の堆積温度を必要
とすることと、ＵＬＳＩ回路の高アスペクト比のコンタ
クトおよびビアをグローバルに充填することに困難があ
るためである。グローバルな充填はサブ０．５ミクロン
応用において特に重要な関心事である。それは、有能な
アルミニウムリフロー技術であれば従来のタングステン
プラグ技術と比べて同等以上の歩留まりおよび信頼性を
達成できるものでなければならないからである。本発明
のプロセスは、４５０℃よりも低い温度での拡張された
アルミニウム充填が実際にサブ０．５ミクロン応用にお
いて有能なプロセスであることを実証する。
ビア充填のためのアルミニウムリフローは既に実証され
ている。しかし、アルミニウムリフロープロセスは広く
受け入れられなかった。それは、高温の堆積温度を必要
とすることと、ＵＬＳＩ回路の高アスペクト比のコンタ
クトおよびビアをグローバルに充填することに困難があ
るためである。グローバルな充填はサブ０．５ミクロン
応用において特に重要な関心事である。それは、有能な
アルミニウムリフロー技術であれば従来のタングステン
プラグ技術と比べて同等以上の歩留まりおよび信頼性を
達成できるものでなければならないからである。本発明
のプロセスは、４５０℃よりも低い温度での拡張された
アルミニウム充填が実際にサブ０．５ミクロン応用にお
いて有能なプロセスであることを実証する。
【００１７】Ｗプラグ／アルミニウムリードの組み合わ
せと比較した場合のアルミニウム充填の特長には、より
低い抵抗のコンタクト／ビア、より少ない工程数、およ
び進歩したエレクトロマイグレーション特性が含まれ
る。従来のアルミニウムリフロープロセスの主要な欠点
の１つは、リフローが表面状態および孔の断面形状に敏
感であるということがあった。従来の高温スパッタ堆積
および／あるいはリフロープロセスは付着原子の拡散に
よる移動に依存している。コンタクト／ビアの高いアス
ペクト比と、孔入口におけるスパッタされた障壁層の典
型的な突出はリフロー特性に悪影響を及ぼす。その結
果、常に再現性高くグローバル充填を実現することは困
難であった。
せと比較した場合のアルミニウム充填の特長には、より
低い抵抗のコンタクト／ビア、より少ない工程数、およ
び進歩したエレクトロマイグレーション特性が含まれ
る。従来のアルミニウムリフロープロセスの主要な欠点
の１つは、リフローが表面状態および孔の断面形状に敏
感であるということがあった。従来の高温スパッタ堆積
および／あるいはリフロープロセスは付着原子の拡散に
よる移動に依存している。コンタクト／ビアの高いアス
ペクト比と、孔入口におけるスパッタされた障壁層の典
型的な突出はリフロー特性に悪影響を及ぼす。その結
果、常に再現性高くグローバル充填を実現することは困
難であった。
【００１８】本発明は、なかでも４５０℃よりも低い温
度において、高アスペクト比のサブ０．５ミクロン開口
部または空隙の完全な充填を実現できる、グローバルな
アルミニウムによる開口部または空隙の充填技術を提供
する。このアルミニウムによる開口部または空隙充填プ
ロセスは物理的コリメーターを使用しない高スループッ
トのＴｉ／ＴｉＮ障壁金属堆積技術によって補足され
る。大規模なビアチェーンからの歩留まりデータを指標
として用いて、伝統的なＷプラグ／アルミニウムリード
の組み合わせ、従来のアルミニウムリフロー、および拡
張されたアルミニウム充填プロセスを比較することがで
きる。すべての場合に同一のＡｌ−Ｃｕ合金が用いられ
た。新しいプロセスを従来の方法と比較するために、金
属リードおよびビアに関するエレクトロマイグレーショ
ンの信頼性のデータも提示される。
度において、高アスペクト比のサブ０．５ミクロン開口
部または空隙の完全な充填を実現できる、グローバルな
アルミニウムによる開口部または空隙の充填技術を提供
する。このアルミニウムによる開口部または空隙充填プ
ロセスは物理的コリメーターを使用しない高スループッ
トのＴｉ／ＴｉＮ障壁金属堆積技術によって補足され
る。大規模なビアチェーンからの歩留まりデータを指標
として用いて、伝統的なＷプラグ／アルミニウムリード
の組み合わせ、従来のアルミニウムリフロー、および拡
張されたアルミニウム充填プロセスを比較することがで
きる。すべての場合に同一のＡｌ−Ｃｕ合金が用いられ
た。新しいプロセスを従来の方法と比較するために、金
属リードおよびビアに関するエレクトロマイグレーショ
ンの信頼性のデータも提示される。
【００１９】図面を参照すると、すべての図面を通して
同様な部品を示すのに同じ参照符号が用いられており、
特に図１を参照すると、英国のエレクトロテックリミテ
ッドオブブリストル（Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈ Ｌｔ
ｄ． ｏｆ Ｂｒｉｓｔｏｌ）社によって製造されてい
るシグマＥＴＭシステムのようなＥＴＭ（ｅｎｈａｎｃ
ｅｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）システム
が一般に参照符号２０で以て示されている。このＥＴＭ
システム２０は一般に六角形の構成を与えられる。装置
２０はカセットハンドラー２２を含み、それはカセット
ローディングゾーン２４から圧力可変のローディングド
ック２６を通って１個または複数個のカセット（図示さ
れていない）を運搬する。圧力可変のローディングドッ
ク２６は以下に述べるように、異なるプロセスチェンバ
ー間でカセットが転送される時に、異なる真空レベル間
を循環するように動作する。カセットハンドラーは回転
ができ、延長可能なアームの形をしており、この装置に
よって、ウエハ処理が行われる時に、カセットとプロセ
スチェンバーとの間でウエハの受け渡しが実行される。
最初、カセットはハンドラー２２によって予備的な熱処
理のために加熱ステーション２８へ移送される。ウエハ
が予め指定された温度に到達すると、それらはハンドラ
ー２２によって物理的蒸着（”ＰＶＤ”）ステーション
３０へ移送され、そこでアルミニウム、アルミニウム合
金、銅、銅合金、およびその他適当な材料のような適当
な金属的材料の堆積が行われる。ＰＶＤステーションで
の処理に続いて、ウエハはハンドラー２２によってＥＴ
Ｍステーション３２へ移送され、そこにおいて後に述べ
るように高圧／高温の処理が行われる。ＥＴＭ処理が完
了した後、ウエハは大電力の物理的蒸着（”ＰＶＤ”）
チェンバー３６へ移送され、そこでウエハにはチタンお
よび／またはＴｉＮが取り付けられる。Ｔｉ／ＴｉＮの
物理的蒸着が完了すると、ウエハはハンドラー２２によ
ってチェンバー３８へ移送され、そこでウエハは軽くス
パッタエッチされる。エッチチェンバー３８はオプショ
ンとして加熱ステーション（図示されていない）を含む
ことができ、それによってエッチング中のウエハの熱処
理が容易に行える。このスパッタエッチは約２００ボル
トという比較的低エネルギーのプロセスである。各種制
御装置にはモニター４０がつながれていて、装置２０中
でのウエハ処理の進行状況を表示できるようになってい
る。
同様な部品を示すのに同じ参照符号が用いられており、
特に図１を参照すると、英国のエレクトロテックリミテ
ッドオブブリストル（Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈ Ｌｔ
ｄ． ｏｆ Ｂｒｉｓｔｏｌ）社によって製造されてい
るシグマＥＴＭシステムのようなＥＴＭ（ｅｎｈａｎｃ
ｅｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）システム
が一般に参照符号２０で以て示されている。このＥＴＭ
システム２０は一般に六角形の構成を与えられる。装置
２０はカセットハンドラー２２を含み、それはカセット
ローディングゾーン２４から圧力可変のローディングド
ック２６を通って１個または複数個のカセット（図示さ
れていない）を運搬する。圧力可変のローディングドッ
ク２６は以下に述べるように、異なるプロセスチェンバ
ー間でカセットが転送される時に、異なる真空レベル間
を循環するように動作する。カセットハンドラーは回転
ができ、延長可能なアームの形をしており、この装置に
よって、ウエハ処理が行われる時に、カセットとプロセ
スチェンバーとの間でウエハの受け渡しが実行される。
最初、カセットはハンドラー２２によって予備的な熱処
理のために加熱ステーション２８へ移送される。ウエハ
が予め指定された温度に到達すると、それらはハンドラ
ー２２によって物理的蒸着（”ＰＶＤ”）ステーション
３０へ移送され、そこでアルミニウム、アルミニウム合
金、銅、銅合金、およびその他適当な材料のような適当
な金属的材料の堆積が行われる。ＰＶＤステーションで
の処理に続いて、ウエハはハンドラー２２によってＥＴ
Ｍステーション３２へ移送され、そこにおいて後に述べ
るように高圧／高温の処理が行われる。ＥＴＭ処理が完
了した後、ウエハは大電力の物理的蒸着（”ＰＶＤ”）
チェンバー３６へ移送され、そこでウエハにはチタンお
よび／またはＴｉＮが取り付けられる。Ｔｉ／ＴｉＮの
物理的蒸着が完了すると、ウエハはハンドラー２２によ
ってチェンバー３８へ移送され、そこでウエハは軽くス
パッタエッチされる。エッチチェンバー３８はオプショ
ンとして加熱ステーション（図示されていない）を含む
ことができ、それによってエッチング中のウエハの熱処
理が容易に行える。このスパッタエッチは約２００ボル
トという比較的低エネルギーのプロセスである。各種制
御装置にはモニター４０がつながれていて、装置２０中
でのウエハ処理の進行状況を表示できるようになってい
る。
【００２０】
【実施例】シリコンウエハ４２が、ポリ−金属−誘電体
（ＰＭＤ）および中間レベル−金属−誘電体（ＩＭＤ）
の化学−機械的平坦化を用いた、０．３５ミクロンＣＭ
ＯＳ二重レベル金属（ＤＬＭ）プロセス（図示されてい
ない）によって処理された。位相シフトされたＩ線リソ
グラフィとそれに続くプラズマエッチによってコンタク
トおよびビア４４がパターニングされた。コリメーター
を持たないプロセスによってＴｉ／ＴｉＮ障壁がスパッ
タ堆積され、高アスペクト比の孔の底部に優れたカバレ
ッジが実現された。このステップカバレッジの改善はタ
ーゲットと基板との距離を大きくしたことの結果であ
る。この方式の特長は、堆積の経路中に物理的なコリメ
ーターが挿入されていないことによるより少ない粒子数
とより高いスループットとである。アルミニウムによる
孔充填は２段階プロセスによって達成された。図２Ａに
示されるように孔の内部にボイドを残しながら、約４０
０℃におけるＡｌ−Ｃｕ合金４６の従来のスパッタ堆積
を用いて各孔の上に金属の橋掛けが行われる。ウエハ４
２は次に、真空下でＥＴＭシステム２０（図１）のＥＴ
Ｍ（ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｂｉｌ
ｉｔｙ）モジュール３２へ移送される。この様子は図３
により詳細に示されている。ＥＴＭモジュール３２はウ
エハ温度を正確に制御するための２つの放射ヒーター５
０ａおよび５０ｂを備えた高圧チェンバー４８で構成さ
れている。橋掛けされたＡｌ−Ｃｕは、次に、インレッ
ト５２を通してチェンバー４８中へアルゴンを加圧する
ことによって孔４４中へ押しつけられる。典型的な動作
圧力および温度はそれぞれ、６０ＭＰａおよび４００℃
であった。Ａｌ−Ｃｕ合金が外部圧力によって孔中へ突
出することの結果、完全な孔充填が実現する（図２
Ｂ）。
（ＰＭＤ）および中間レベル−金属−誘電体（ＩＭＤ）
の化学−機械的平坦化を用いた、０．３５ミクロンＣＭ
ＯＳ二重レベル金属（ＤＬＭ）プロセス（図示されてい
ない）によって処理された。位相シフトされたＩ線リソ
グラフィとそれに続くプラズマエッチによってコンタク
トおよびビア４４がパターニングされた。コリメーター
を持たないプロセスによってＴｉ／ＴｉＮ障壁がスパッ
タ堆積され、高アスペクト比の孔の底部に優れたカバレ
ッジが実現された。このステップカバレッジの改善はタ
ーゲットと基板との距離を大きくしたことの結果であ
る。この方式の特長は、堆積の経路中に物理的なコリメ
ーターが挿入されていないことによるより少ない粒子数
とより高いスループットとである。アルミニウムによる
孔充填は２段階プロセスによって達成された。図２Ａに
示されるように孔の内部にボイドを残しながら、約４０
０℃におけるＡｌ−Ｃｕ合金４６の従来のスパッタ堆積
を用いて各孔の上に金属の橋掛けが行われる。ウエハ４
２は次に、真空下でＥＴＭシステム２０（図１）のＥＴ
Ｍ（ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｂｉｌ
ｉｔｙ）モジュール３２へ移送される。この様子は図３
により詳細に示されている。ＥＴＭモジュール３２はウ
エハ温度を正確に制御するための２つの放射ヒーター５
０ａおよび５０ｂを備えた高圧チェンバー４８で構成さ
れている。橋掛けされたＡｌ−Ｃｕは、次に、インレッ
ト５２を通してチェンバー４８中へアルゴンを加圧する
ことによって孔４４中へ押しつけられる。典型的な動作
圧力および温度はそれぞれ、６０ＭＰａおよび４００℃
であった。Ａｌ−Ｃｕ合金が外部圧力によって孔中へ突
出することの結果、完全な孔充填が実現する（図２
Ｂ）。
【００２１】図４Ａおよび図４Ｂは圧力と温度がこの方
法の充填能力に及ぼす影響を要約して示している。図４
Ｂは開口部または孔の充填の範囲をウエハ温度（℃）と
雰囲気圧力の両方の関数としてグラフで示している。本
発明に従う好適な温度および圧力の範囲は、約１０-6−
１０-8Ｔｏｒｒの真空において約２５０℃−４５０℃の
温度と、約３００−１０００気圧（ａｔｍ）の雰囲気圧
力とである。標準試料として従来の高温（５２５℃）で
のアルミニウムリフロープロセスならびに従来のエッチ
バック式のＷプラグ方式で処理した試料が用意された。
すべての場合において、第２リードのパターン化および
プラズマエッチに先立って、アルミニウムの上部を覆っ
てＴｉＮのキャップ層がスパッタ堆積された。最後に、
プラズマ堆積で作成した酸化物／窒化物二重層を用いて
ウエハのパッシベーションが行われた。
法の充填能力に及ぼす影響を要約して示している。図４
Ｂは開口部または孔の充填の範囲をウエハ温度（℃）と
雰囲気圧力の両方の関数としてグラフで示している。本
発明に従う好適な温度および圧力の範囲は、約１０-6−
１０-8Ｔｏｒｒの真空において約２５０℃−４５０℃の
温度と、約３００−１０００気圧（ａｔｍ）の雰囲気圧
力とである。標準試料として従来の高温（５２５℃）で
のアルミニウムリフロープロセスならびに従来のエッチ
バック式のＷプラグ方式で処理した試料が用意された。
すべての場合において、第２リードのパターン化および
プラズマエッチに先立って、アルミニウムの上部を覆っ
てＴｉＮのキャップ層がスパッタ堆積された。最後に、
プラズマ堆積で作成した酸化物／窒化物二重層を用いて
ウエハのパッシベーションが行われた。
【００２２】図５Ａおよび図５Ｂは本発明の拡張された
アルミニウム充填技術によって作製された高アスペクト
比の孔のＳＥＭ断面写真を示している。最も小さい０．
２５ミクロンの孔寸法においても完全な充填が達成され
ており、充填は障壁膜の突出によって妨げられていな
い。孔充填の手順を通してのウエハの最大温度を見積も
るために、第２レベルにおけるアルミニウム孔充填プロ
セスの後の下層レベル金属のシート抵抗を測定した。図
６は標準的なＷプラグプロセス、本発明のＥＴＭアルミ
ニウム充填プロセス、および従来の高温スパッタアルミ
ニウムプロセスによって処理されたウエハに関する金属
１シート抵抗値（ｍｅｔａｌ ｏｎｅ ｓｈｅｅｔ ｒ
ｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の分布状態を示している。シート
抵抗値の違いは金属スタックのＴｉＮ／Ａｌ合金層間の
熱的に励起された反応の結果を表している。従来の高温
スパッタされたアルミニウムでのウエハの高温がこのグ
ラフから明らかであり、またＷプラグとＥＴＭ処理され
たウエハとが同様なシート抵抗を示していることから、
新規なアルミニウム充填プロセスでの温度が低温（〜４
００℃）であることが確認される。
アルミニウム充填技術によって作製された高アスペクト
比の孔のＳＥＭ断面写真を示している。最も小さい０．
２５ミクロンの孔寸法においても完全な充填が達成され
ており、充填は障壁膜の突出によって妨げられていな
い。孔充填の手順を通してのウエハの最大温度を見積も
るために、第２レベルにおけるアルミニウム孔充填プロ
セスの後の下層レベル金属のシート抵抗を測定した。図
６は標準的なＷプラグプロセス、本発明のＥＴＭアルミ
ニウム充填プロセス、および従来の高温スパッタアルミ
ニウムプロセスによって処理されたウエハに関する金属
１シート抵抗値（ｍｅｔａｌ ｏｎｅ ｓｈｅｅｔ ｒ
ｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の分布状態を示している。シート
抵抗値の違いは金属スタックのＴｉＮ／Ａｌ合金層間の
熱的に励起された反応の結果を表している。従来の高温
スパッタされたアルミニウムでのウエハの高温がこのグ
ラフから明らかであり、またＷプラグとＥＴＭ処理され
たウエハとが同様なシート抵抗を示していることから、
新規なアルミニウム充填プロセスでの温度が低温（〜４
００℃）であることが確認される。
【００２３】図７Ａおよび図７Ｂは、本発明のＥＴＭア
ルミニウムプラグ技術に関するコンタクト抵抗値と接合
リークとをそれぞれ示している。標準的なＷプラグ方式
と比べて、Ｔｉ／ＴｉＮ障壁と新規なＡｌプラグ方式を
用いることで良好なコンタクト抵抗値および接合特性が
実現された。新規のＡｌプラグを用いて作製された大規
模なコンタクトチェーンもまた、Ｗプラグプロセスと比
較して優れた歩留まりを示した。
ルミニウムプラグ技術に関するコンタクト抵抗値と接合
リークとをそれぞれ示している。標準的なＷプラグ方式
と比べて、Ｔｉ／ＴｉＮ障壁と新規なＡｌプラグ方式を
用いることで良好なコンタクト抵抗値および接合特性が
実現された。新規のＡｌプラグを用いて作製された大規
模なコンタクトチェーンもまた、Ｗプラグプロセスと比
較して優れた歩留まりを示した。
【００２４】図８Ａおよび図８Ｂはタングステン堆積／
エッチバックおよび／または従来のアルミニウムリフロ
ーによって形成されたプラグと、本発明の拡張されたア
ルミニウム充填プロセスによって形成されたプラグとの
ビア抵抗値をそれぞれ比較している。どちらの場合も、
０．２５ミクロンという小さい孔寸法においてさえ、拡
張されたＡｌ充填プロセスはずっと集中したビア抵抗値
分布を与えている。故障解析によれば、不完全な充填は
従来のアルミニウムリフローの場合に観察される幅広い
ビア抵抗値の分布につながり、一方、界面および核生成
層の変動がタングステンプラグにおいて観察される幅広
い分布をもたらすと考えられている。
エッチバックおよび／または従来のアルミニウムリフロ
ーによって形成されたプラグと、本発明の拡張されたア
ルミニウム充填プロセスによって形成されたプラグとの
ビア抵抗値をそれぞれ比較している。どちらの場合も、
０．２５ミクロンという小さい孔寸法においてさえ、拡
張されたＡｌ充填プロセスはずっと集中したビア抵抗値
分布を与えている。故障解析によれば、不完全な充填は
従来のアルミニウムリフローの場合に観察される幅広い
ビア抵抗値の分布につながり、一方、界面および核生成
層の変動がタングステンプラグにおいて観察される幅広
い分布をもたらすと考えられている。
【００２５】コンタクトおよびビアの寸法が縮小する
と、固有の高抵抗率のためにタングステンの場合にはア
ルミニウムと比べて抵抗マージン（従ってプロセスマー
ジン）がより小さくなる。観察されるビア抵抗値の変動
はパラメトリックな歩留まり損失に直接的に反映され
る。プロセスの短所を補償するようにビア抵抗値仕様を
緩和することはできるが、結果の回路設計はその性能の
点で損失を被る。従って、技術がスケールダウンするに
つれて、ビア抵抗値を最小化することが重要になる。
と、固有の高抵抗率のためにタングステンの場合にはア
ルミニウムと比べて抵抗マージン（従ってプロセスマー
ジン）がより小さくなる。観察されるビア抵抗値の変動
はパラメトリックな歩留まり損失に直接的に反映され
る。プロセスの短所を補償するようにビア抵抗値仕様を
緩和することはできるが、結果の回路設計はその性能の
点で損失を被る。従って、技術がスケールダウンするに
つれて、ビア抵抗値を最小化することが重要になる。
【００２６】図９Ａおよび図９Ｂはそれぞれ０．６ミク
ロンおよび０．４ミクロンのビア寸法に関する大規模ビ
アチェーンの歩留まりを比較している。０．６ミクロン
ビアの場合、Ｗプラグと拡張された充填プロセスとは同
等な歩留まりを与えているが、従来のリフロープロセス
は低い歩留まりとなっている。０．４ミクロンでは、拡
張されたＡｌ充填プロセスが、Ｗプラグおよび従来のリ
フロープロセスよりも一貫してより高いビアチェーン歩
留まりを与えている。
ロンおよび０．４ミクロンのビア寸法に関する大規模ビ
アチェーンの歩留まりを比較している。０．６ミクロン
ビアの場合、Ｗプラグと拡張された充填プロセスとは同
等な歩留まりを与えているが、従来のリフロープロセス
は低い歩留まりとなっている。０．４ミクロンでは、拡
張されたＡｌ充填プロセスが、Ｗプラグおよび従来のリ
フロープロセスよりも一貫してより高いビアチェーン歩
留まりを与えている。
【００２７】更に、従来の低温（３００℃）アルミニウ
ム金属化およびＷプラグビアのそれぞれと比較して、拡
張された充填プロセスは金属リードおよびビアの信頼性
の点でも優れた結果を実現している（図１０Ａおよび図
１０Ｂ）。従来のＷプラグ構造と比べてＡｌプラグはよ
り低い抵抗率とより少ない抵抗性の界面とを提供するこ
とから、アルミニウムを充填されたビアの優れた信頼性
は電流の集中が緩和されるためであると考えられてい
る。進歩したリードとしての性能は、主としてアルミニ
ウムプラグプロセスの場合のより大きな金属粒径によっ
ている。
ム金属化およびＷプラグビアのそれぞれと比較して、拡
張された充填プロセスは金属リードおよびビアの信頼性
の点でも優れた結果を実現している（図１０Ａおよび図
１０Ｂ）。従来のＷプラグ構造と比べてＡｌプラグはよ
り低い抵抗率とより少ない抵抗性の界面とを提供するこ
とから、アルミニウムを充填されたビアの優れた信頼性
は電流の集中が緩和されるためであると考えられてい
る。進歩したリードとしての性能は、主としてアルミニ
ウムプラグプロセスの場合のより大きな金属粒径によっ
ている。
【００２８】本発明の更に別の態様に従えば、図１１に
示されたように、半導体ウエハ中に形成された金属層６
４を覆う多重層誘電体６２母体中に形成された外表面６
１を有するビア６０が提供される。誘電体６２は多重に
なった被覆層を持つことができるが、ここには３つの層
６６、６８、および７０だけが示されている。例えば、
最も下の誘電体層６６はプラズマ酸化物を含むことがで
き、それを覆ってシルセスキオキサンの層６８を堆積す
ることができる。中間層６８を覆ってプラズマ堆積のテ
トラエチルオキシシラン（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｘｙ
ｓｉｌａｎｅ）層７０を堆積させて誘電体の最上層とす
ることができる。ここに紹介した多重レベルの誘電体は
１つの例であって、本発明の教えるところから外れるこ
となしに層数および層の組成のうちの一方または両方を
変更することが可能である。図面に破線で示したよう
に、ビア６０の内面に沿ってオプションとして適当なラ
イナー７２を設けることもできる。ライナー７２は、Ｐ
ＶＤまたはＣＶＤプロセスによってビア表面６１へ取り
付けられるＴｉ、ＴｉＮ、またはそれらの組み合わせの
ように、従来のやり方で形成することができる。
示されたように、半導体ウエハ中に形成された金属層６
４を覆う多重層誘電体６２母体中に形成された外表面６
１を有するビア６０が提供される。誘電体６２は多重に
なった被覆層を持つことができるが、ここには３つの層
６６、６８、および７０だけが示されている。例えば、
最も下の誘電体層６６はプラズマ酸化物を含むことがで
き、それを覆ってシルセスキオキサンの層６８を堆積す
ることができる。中間層６８を覆ってプラズマ堆積のテ
トラエチルオキシシラン（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｘｙ
ｓｉｌａｎｅ）層７０を堆積させて誘電体の最上層とす
ることができる。ここに紹介した多重レベルの誘電体は
１つの例であって、本発明の教えるところから外れるこ
となしに層数および層の組成のうちの一方または両方を
変更することが可能である。図面に破線で示したよう
に、ビア６０の内面に沿ってオプションとして適当なラ
イナー７２を設けることもできる。ライナー７２は、Ｐ
ＶＤまたはＣＶＤプロセスによってビア表面６１へ取り
付けられるＴｉ、ＴｉＮ、またはそれらの組み合わせの
ように、従来のやり方で形成することができる。
【００２９】本発明の更に別の態様に従えば、図１２に
示されたように、単一または多重層の誘電体母体８２中
に形成されたビア６０およびトレンチ８０を有する半導
体母体が提供される。ビア６０は誘電体８２を部分的に
貫通して延びており、一方、トレンチ８０は誘電体８２
を完全に貫通して下層の金属層８４にまで延びて金属表
面８４への電気的な接続を提供している。既に述べたよ
うに、ビアおよびトレンチの内面に沿ってオプションで
ライナー８６を設けることもできる。ビア６０およびト
レンチ８０中へアルミニウムまたは適当なアルミニウム
合金、または既に述べたようなその他の金属／金属合金
を導入して、約１０００ＡＴＭまでの大気圧を超える圧
力下で圧縮／変形させ、取り付けられた金属をビアおよ
びトレンチを充填するように変形させる。印加された圧
力が取り付けられた材料をビア／トレンチ中へ押しつけ
るかあるいは方向付けることによってビア／トレンチの
充填を実現する時に、大気圧を超える圧力はビア／トレ
ンチの完全な充填の前に金属粒子によって妨げられてい
たビア／トレンチ開口部の充填を実現する。
示されたように、単一または多重層の誘電体母体８２中
に形成されたビア６０およびトレンチ８０を有する半導
体母体が提供される。ビア６０は誘電体８２を部分的に
貫通して延びており、一方、トレンチ８０は誘電体８２
を完全に貫通して下層の金属層８４にまで延びて金属表
面８４への電気的な接続を提供している。既に述べたよ
うに、ビアおよびトレンチの内面に沿ってオプションで
ライナー８６を設けることもできる。ビア６０およびト
レンチ８０中へアルミニウムまたは適当なアルミニウム
合金、または既に述べたようなその他の金属／金属合金
を導入して、約１０００ＡＴＭまでの大気圧を超える圧
力下で圧縮／変形させ、取り付けられた金属をビアおよ
びトレンチを充填するように変形させる。印加された圧
力が取り付けられた材料をビア／トレンチ中へ押しつけ
るかあるいは方向付けることによってビア／トレンチの
充填を実現する時に、大気圧を超える圧力はビア／トレ
ンチの完全な充填の前に金属粒子によって妨げられてい
たビア／トレンチ開口部の充填を実現する。
【００３０】比較的穏健なプロセス温度（＜４５０℃）
において、高アスペクト比（＞４：１）で０．２５ミク
ロンもの小さいコンタクトおよびビアをグローバルに充
填するための高歩留まりのアルミニウムプラグプロセス
が実証された。従来のＷプラグ／アルミニウムリードと
比較して、アルミニウムプラグプロセスは信頼性の点で
も１桁の改善を示した。これらの結果は、拡張されたア
ルミニウム充填法がサブ０．５ミクロン製造技術として
有効であることを実証するものである。
において、高アスペクト比（＞４：１）で０．２５ミク
ロンもの小さいコンタクトおよびビアをグローバルに充
填するための高歩留まりのアルミニウムプラグプロセス
が実証された。従来のＷプラグ／アルミニウムリードと
比較して、アルミニウムプラグプロセスは信頼性の点で
も１桁の改善を示した。これらの結果は、拡張されたア
ルミニウム充填法がサブ０．５ミクロン製造技術として
有効であることを実証するものである。
【００３１】本発明およびそれの特長について好適実施
例に関連して説明してきたが、特許請求の範囲に述べら
れた本発明の精神およびスコープから外れることなしに
各種の変更、置換、および修正が可能であることを理解
されるべきである。
例に関連して説明してきたが、特許請求の範囲に述べら
れた本発明の精神およびスコープから外れることなしに
各種の変更、置換、および修正が可能であることを理解
されるべきである。
【００３２】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）半導体開口部を充填するための方法であって、半
導体母体であって、表面を有し、更に前記表面から遠ざ
かるように前記母体中へ少なくとも部分的に延びて、１
つの開放端を有する少なくとも１個の開口部を有する半
導体母体を用意すること、前記開口部の開放端へ金属を
供給すること、前記半導体母体を約２５０℃と約４５０
℃との間の温度に加熱すること、および前記半導体母体
を約２５０℃と約４５０℃との間の温度に保持しなが
ら、前記金属に対して圧力を加えて前記金属を変形さ
せ、前記金属を前記開口部中へ方向付けて前記開口部を
前記金属で以て本質的に充填すること、を含む方法。
る。 （１）半導体開口部を充填するための方法であって、半
導体母体であって、表面を有し、更に前記表面から遠ざ
かるように前記母体中へ少なくとも部分的に延びて、１
つの開放端を有する少なくとも１個の開口部を有する半
導体母体を用意すること、前記開口部の開放端へ金属を
供給すること、前記半導体母体を約２５０℃と約４５０
℃との間の温度に加熱すること、および前記半導体母体
を約２５０℃と約４５０℃との間の温度に保持しなが
ら、前記金属に対して圧力を加えて前記金属を変形さ
せ、前記金属を前記開口部中へ方向付けて前記開口部を
前記金属で以て本質的に充填すること、を含む方法。
【００３３】（２）第１項記載の方法であって、前記圧
力が約３００−１０００気圧の範囲において印加される
方法。
力が約３００−１０００気圧の範囲において印加される
方法。
【００３４】（３）第１項記載の方法であって、前記金
属が約１０-6および１０-8Ｔｏｒｒの間の真空において
供給される方法。
属が約１０-6および１０-8Ｔｏｒｒの間の真空において
供給される方法。
【００３５】（４）第１項記載の方法であって、前記金
属が本質的に下記の組成のもののうちの１つまたは複数
のものを含むグループのうちから選ばれたものである方
法。（１）Ａｌ−Ｔｉ（０．１％）−Ｃｕ（０．５
％）、（２）Ａｌ−Ｃｕ（０．５％）、（３）Ａｌ−Ｃ
ｕ（１％）、（４）Ａｌ−Ｓｉ（１％）−Ｃｕ（０．５
％）、および（５）アルミニウム、（６）銅、（７）Ｃ
ｕと次の金属のうちの１つまたは複数のものとの合金、
（ｉ）Ｍｇ、（ｉｉ）Ａｕ、および（ｉｉｉ）Ａｇ、
（８）Ａｌ−Ｓｃ−Ｃｕ、（９）Ｔｉ、（１０）Ｔｉ
Ｎ、および（１１）Ｔｉと次のもののうちの１つまたは
複数のものとの組み合わせ：ＴｉＮ、ＴｉＷ、および
Ｗ。
属が本質的に下記の組成のもののうちの１つまたは複数
のものを含むグループのうちから選ばれたものである方
法。（１）Ａｌ−Ｔｉ（０．１％）−Ｃｕ（０．５
％）、（２）Ａｌ−Ｃｕ（０．５％）、（３）Ａｌ−Ｃ
ｕ（１％）、（４）Ａｌ−Ｓｉ（１％）−Ｃｕ（０．５
％）、および（５）アルミニウム、（６）銅、（７）Ｃ
ｕと次の金属のうちの１つまたは複数のものとの合金、
（ｉ）Ｍｇ、（ｉｉ）Ａｕ、および（ｉｉｉ）Ａｇ、
（８）Ａｌ−Ｓｃ−Ｃｕ、（９）Ｔｉ、（１０）Ｔｉ
Ｎ、および（１１）Ｔｉと次のもののうちの１つまたは
複数のものとの組み合わせ：ＴｉＮ、ＴｉＷ、および
Ｗ。
【００３６】（５）第１項記載の方法であって、前記開
口部がポリマー絶縁体を有する半導体母体中に形成され
たものである方法。
口部がポリマー絶縁体を有する半導体母体中に形成され
たものである方法。
【００３７】（６）第５項記載の方法であって、前記ポ
リマー絶縁体がポリテトラフルオロエチレン（”ＰＴＦ
Ｅ”）化合物、ポリマースピンオンガラス（”ＳＯ
Ｇ”）化合物、パリレン、ポリイミド、水素シルセスキ
オキサン、およびエーロゲルおよび表面改質されたエー
ロゲルのファミリーのうちの本質的に任意の１つまたは
複数のものを含んでいる方法。
リマー絶縁体がポリテトラフルオロエチレン（”ＰＴＦ
Ｅ”）化合物、ポリマースピンオンガラス（”ＳＯ
Ｇ”）化合物、パリレン、ポリイミド、水素シルセスキ
オキサン、およびエーロゲルおよび表面改質されたエー
ロゲルのファミリーのうちの本質的に任意の１つまたは
複数のものを含んでいる方法。
【００３８】（７）第６項記載の方法であって、前記ポ
リマー絶縁体が少なくとも２つの区別できるレベルを有
するスタックとして構成されており、前記レベルがそれ
ぞれ本質的に前記ポリマー絶縁体の異なるものを含んで
いる方法。
リマー絶縁体が少なくとも２つの区別できるレベルを有
するスタックとして構成されており、前記レベルがそれ
ぞれ本質的に前記ポリマー絶縁体の異なるものを含んで
いる方法。
【００３９】（８）第５項記載の方法であって、前記開
口部が化学的蒸着法または物理的蒸着法のいずれかによ
って取り付けられた金属のライナーを備えている方法。
口部が化学的蒸着法または物理的蒸着法のいずれかによ
って取り付けられた金属のライナーを備えている方法。
【００４０】（９）第８項記載の方法であって、前記開
口部がビアの形をしており、誘電体を貫通して上側の金
属レベルから下側の金属レベルへ延びている方法。
口部がビアの形をしており、誘電体を貫通して上側の金
属レベルから下側の金属レベルへ延びている方法。
【００４１】（１０）第１項記載の方法であって、前記
開口部がトレンチの形をしている方法。
開口部がトレンチの形をしている方法。
【００４２】（１１）第１項記載の方法であって、更
に、前記開口部へ金属を供給する前に前記開口部中へ金
属のライナーを取り付ける工程を含む方法。
に、前記開口部へ金属を供給する前に前記開口部中へ金
属のライナーを取り付ける工程を含む方法。
【００４３】（１２）第１項記載の方法であって、更
に、前記開口部へ金属を供給する前に、前記開口部から
汚染物質を脱ガスさせる工程を含む方法。
に、前記開口部へ金属を供給する前に、前記開口部から
汚染物質を脱ガスさせる工程を含む方法。
【００４４】（１３）第１項記載の方法であって、更
に、前記開口部へ金属を供給する前に前記開口部中へ誘
電体のライナーを取り付ける工程を含む方法。
に、前記開口部へ金属を供給する前に前記開口部中へ誘
電体のライナーを取り付ける工程を含む方法。
【００４５】（１４）第１項記載の方法であって、前記
半導体母体表面を不活性元素を含む雰囲気に曝しながら
前記圧力を印加するようになった方法。
半導体母体表面を不活性元素を含む雰囲気に曝しながら
前記圧力を印加するようになった方法。
【００４６】（１５）第１項記載の方法であって、前記
開口部が、誘電体材料の中に形成されて、化学的蒸着法
または物理的蒸着法のいずれかによって取り付けられた
金属のライナーを備えている方法。
開口部が、誘電体材料の中に形成されて、化学的蒸着法
または物理的蒸着法のいずれかによって取り付けられた
金属のライナーを備えている方法。
【００４７】（１６）第１項記載の方法であって、前記
開口部が酸化物側壁なしに形成されている方法。
開口部が酸化物側壁なしに形成されている方法。
【００４８】（１７）第１項記載の方法であって、更
に、前記半導体母体を加圧されたチェンバー中に設置
し、前記金属を前記開口部中へ駆動するために前記取り
付けられた金属に対して流体圧力を供給する工程を含む
方法。
に、前記半導体母体を加圧されたチェンバー中に設置
し、前記金属を前記開口部中へ駆動するために前記取り
付けられた金属に対して流体圧力を供給する工程を含む
方法。
【００４９】（１８）半導体ビアまたはトレンチを充填
するための方法であって、ポリマー絶縁体を含み、表面
を有し、更に前記表面から遠ざかるように前記母体中へ
少なくとも部分的に延びて、前記表面の位置に１つの開
放端を有する少なくとも１個のビアまたはトレンチを含
む半導体母体を用意すること、前記ビアまたはトレンチ
の前記開放端を覆って金属を供給すること、および約２
５０℃と約４５０℃との間の温度に前記半導体母体を加
熱して、前記半導体母体を約２５０℃と約４５０℃との
間の温度に保ちながら前記金属を約３００−１０００気
圧の範囲の流体圧力で以て前記ビアまたはトレンチ中へ
方向付けること、を含む方法。
するための方法であって、ポリマー絶縁体を含み、表面
を有し、更に前記表面から遠ざかるように前記母体中へ
少なくとも部分的に延びて、前記表面の位置に１つの開
放端を有する少なくとも１個のビアまたはトレンチを含
む半導体母体を用意すること、前記ビアまたはトレンチ
の前記開放端を覆って金属を供給すること、および約２
５０℃と約４５０℃との間の温度に前記半導体母体を加
熱して、前記半導体母体を約２５０℃と約４５０℃との
間の温度に保ちながら前記金属を約３００−１０００気
圧の範囲の流体圧力で以て前記ビアまたはトレンチ中へ
方向付けること、を含む方法。
【００５０】（１９）半導体開口部中へ金属を導入する
ための方法であって、絶縁体を含み、表面を有し、更に
前記表面から遠ざかるように前記母体中へ少なくとも部
分的に延びて、外壁と前記表面の位置に１つの開放端と
を有する少なくとも１個のビアまたはトレンチを含む半
導体母体を用意すること、前記外壁に対して金属のライ
ナーを設けること、前記ビアまたはトレンチの前記開放
端を覆って金属を供給すること、および約２５０℃と約
４５０℃との間の温度に前記半導体母体を加熱して、前
記半導体母体を約２５０℃と約４５０℃との間の温度に
保ちながら前記金属を約３００−１０００気圧の範囲の
流体圧力で以て前記ビアまたはトレンチ中へ方向付ける
こと、を含む方法。
ための方法であって、絶縁体を含み、表面を有し、更に
前記表面から遠ざかるように前記母体中へ少なくとも部
分的に延びて、外壁と前記表面の位置に１つの開放端と
を有する少なくとも１個のビアまたはトレンチを含む半
導体母体を用意すること、前記外壁に対して金属のライ
ナーを設けること、前記ビアまたはトレンチの前記開放
端を覆って金属を供給すること、および約２５０℃と約
４５０℃との間の温度に前記半導体母体を加熱して、前
記半導体母体を約２５０℃と約４５０℃との間の温度に
保ちながら前記金属を約３００−１０００気圧の範囲の
流体圧力で以て前記ビアまたはトレンチ中へ方向付ける
こと、を含む方法。
【００５１】（２０）特にサブ０．５ミクロン技術の集
積回路の誘電体（６２）中に形成されたコンタクト、ビ
ア（６０）、およびトレンチ（８０）の拡張された充填
を可能にする進歩した方法が提供されている。本発明の
好適態様では、充填は約１０-6−１０-8Ｔｏｒｒの真空
において約２５０℃−４５０℃の温度において、約３０
０−１０００気圧のプロセス圧力で以て進行する。本発
明の方法は、それぞれコンタクト、ビア（６０）、ある
いはトレンチ（８０）中に充填される材料の化学的、物
理的性質に従ってプロセスパラメーターの調節を施すこ
とによって、異なる金属および金属合金に対して適用す
ることができる。
積回路の誘電体（６２）中に形成されたコンタクト、ビ
ア（６０）、およびトレンチ（８０）の拡張された充填
を可能にする進歩した方法が提供されている。本発明の
好適態様では、充填は約１０-6−１０-8Ｔｏｒｒの真空
において約２５０℃−４５０℃の温度において、約３０
０−１０００気圧のプロセス圧力で以て進行する。本発
明の方法は、それぞれコンタクト、ビア（６０）、ある
いはトレンチ（８０）中に充填される材料の化学的、物
理的性質に従ってプロセスパラメーターの調節を施すこ
とによって、異なる金属および金属合金に対して適用す
ることができる。
【図１】本発明を実施するのに用いられるＥＴＭ（ｅｎ
ｈａｎｃｅｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）
の模式図。
ｈａｎｃｅｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）
の模式図。
【図２】本発明のキャビティ充填プロセスの模式図であ
って、Ａは金属を供給した段階、Ｂは圧力を加えて金属
をキャビティ中へ押し込む段階を示す模式図。
って、Ａは金属を供給した段階、Ｂは圧力を加えて金属
をキャビティ中へ押し込む段階を示す模式図。
【図３】ＥＴＭモジュールの模式図。
【図４】０．５ミクロンで３：１のアスペクト比を有す
る開口部を充填する可能性についてのプロセス圧力と温
度との関係を示すグラフ。
る開口部を充填する可能性についてのプロセス圧力と温
度との関係を示すグラフ。
【図５】充填された高アスペクト比開口部の走査電子顕
微鏡断面写真を示す図。
微鏡断面写真を示す図。
【図６】異なる開口部形式を採用したプロセスについ
て、処理後のシート抵抗値を示すグラフ。
て、処理後のシート抵抗値を示すグラフ。
【図７】本発明に従うＴｉ／ＴｉＮ／ＥＴＭアルミニウ
ムプラグ処理に関する、コンタクト抵抗（Ａ）と接合リ
ーク（Ｂ）を示す図。
ムプラグ処理に関する、コンタクト抵抗（Ａ）と接合リ
ーク（Ｂ）を示す図。
【図８】タングステン（Ｗ）プラグ、従来のリフロー、
および本発明に従う新規なアルミニウムプラグの各々に
関するビア抵抗値を示すグラフであって、Ａは新規な方
法と従来のリフローとの比較、Ｂは新規な方法とＷプラ
グとの比較。
および本発明に従う新規なアルミニウムプラグの各々に
関するビア抵抗値を示すグラフであって、Ａは新規な方
法と従来のリフローとの比較、Ｂは新規な方法とＷプラ
グとの比較。
【図９】タングステン（Ｗ）プラグ、従来のリフロー、
および本発明に従う新規なアルミニウムプラグの各々に
関するビアチェーン歩留まり比較グラフであって、Ａは
０．４ミクロンのビアの場合、Ｂは０．６ミクロンのビ
アの場合。
および本発明に従う新規なアルミニウムプラグの各々に
関するビアチェーン歩留まり比較グラフであって、Ａは
０．４ミクロンのビアの場合、Ｂは０．６ミクロンのビ
アの場合。
【図１０】タングステンとアルミニウムのプラグビア
（１０Ａ）と２つのスパッタプロセスによって形成され
る金属リード（１０Ｂ）とのエレクトロマイグレーショ
ン寿命分布を示すグラフであって、Ａは新規な方法とＷ
プラグとの比較、Ｂは新規な方法と従来の低温金属化法
との比較。
（１０Ａ）と２つのスパッタプロセスによって形成され
る金属リード（１０Ｂ）とのエレクトロマイグレーショ
ン寿命分布を示すグラフであって、Ａは新規な方法とＷ
プラグとの比較、Ｂは新規な方法と従来の低温金属化法
との比較。
【図１１】本発明に従う別の実施例であって、異なる基
板での空隙充填を示す図。
板での空隙充填を示す図。
【図１２】本発明に従う更に別の実施例であって、異な
る基板での空隙充填を示す図。
る基板での空隙充填を示す図。
【符号の説明】 ２０ ＥＴＭ（ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ
ｍｏｂｉｌｉｔｙ） ２２ カセットハンドラー ２４ カセットローディングゾーン ２６ カセットローディングドック ２８ 加熱ステーション ３０ ＰＶＤステーション ３２ ＥＴＭステーション ３６ ＰＶＤチェンバー ３８ エッチチェンバー ４０ モニター ４２ シリコンウエハ ４４ コンタクトおよびビア ４６ Ａｌ−Ｃｕ合金 ４８ 加圧チェンバー ５０ 放射ヒーター ５２ インレット ６０ ビア ６１ ビア表面 ６２ 誘電体母体 ６４ 金属層 ６６，６８，７０ 誘電体層 ７２ ライナー ８０ トレンチ ８２ 誘電体母体 ８４ 金属表面 ８６ ライナー
ｍｏｂｉｌｉｔｙ） ２２ カセットハンドラー ２４ カセットローディングゾーン ２６ カセットローディングドック ２８ 加熱ステーション ３０ ＰＶＤステーション ３２ ＥＴＭステーション ３６ ＰＶＤチェンバー ３８ エッチチェンバー ４０ モニター ４２ シリコンウエハ ４４ コンタクトおよびビア ４６ Ａｌ−Ｃｕ合金 ４８ 加圧チェンバー ５０ 放射ヒーター ５２ インレット ６０ ビア ６１ ビア表面 ６２ 誘電体母体 ６４ 金属層 ６６，６８，７０ 誘電体層 ７２ ライナー ８０ トレンチ ８２ 誘電体母体 ８４ 金属表面 ８６ ライナー
【手続補正書】
【提出日】平成８年３月１２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体開口部を充填するための方法であ
って、 半導体母体であって、表面を有し、更に前記表面から遠
ざかるように前記母体中へ少なくとも部分的に延びて、
１つの開放端を有する少なくとも１個の開口部を有する
半導体母体を用意すること、 前記開口部の開放端へ金属を供給すること、 前記半導体母体を約２５０℃と約４５０℃との間の温度
に加熱すること、および前記半導体母体を約２５０℃と
約４５０℃との間の温度に保持しながら、前記金属に対
して圧力を加えて前記金属を変形させ、前記金属を前記
開口部中へ方向付けて前記開口部を前記金属で以て本質
的に充填すること、を含む方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US35459094A | 1994-12-12 | 1994-12-12 | |
| US354590 | 1994-12-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08264652A true JPH08264652A (ja) | 1996-10-11 |
Family
ID=23394044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7323353A Pending JPH08264652A (ja) | 1994-12-12 | 1995-12-12 | 半導体キャビティ充填法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0731503A3 (ja) |
| JP (1) | JPH08264652A (ja) |
| KR (1) | KR960026249A (ja) |
| TW (1) | TW293162B (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR960042974A (ja) * | 1995-05-23 | 1996-12-21 | ||
| JPH09115866A (ja) * | 1995-10-17 | 1997-05-02 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US5967030A (en) | 1995-11-17 | 1999-10-19 | Micron Technology, Inc. | Global planarization method and apparatus |
| KR100416815B1 (ko) * | 1996-12-04 | 2004-05-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의다중금속층형성방법 |
| US6331488B1 (en) | 1997-05-23 | 2001-12-18 | Micron Technology, Inc. | Planarization process for semiconductor substrates |
| US6316363B1 (en) | 1999-09-02 | 2001-11-13 | Micron Technology, Inc. | Deadhesion method and mechanism for wafer processing |
| JP3165093B2 (ja) | 1997-11-13 | 2001-05-14 | 松下電子工業株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| US6627539B1 (en) | 1998-05-29 | 2003-09-30 | Newport Fab, Llc | Method of forming dual-damascene interconnect structures employing low-k dielectric materials |
| US6218316B1 (en) | 1998-10-22 | 2001-04-17 | Micron Technology, Inc. | Planarization of non-planar surfaces in device fabrication |
| JP3631392B2 (ja) | 1998-11-02 | 2005-03-23 | 株式会社神戸製鋼所 | 配線膜の形成方法 |
| JP3892621B2 (ja) | 1999-04-19 | 2007-03-14 | 株式会社神戸製鋼所 | 配線膜の形成方法 |
| US6518172B1 (en) | 2000-08-29 | 2003-02-11 | Micron Technology, Inc. | Method for applying uniform pressurized film across wafer |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4566177A (en) * | 1984-05-11 | 1986-01-28 | Signetics Corporation | Formation of electromigration resistant aluminum alloy conductors |
| US5108951A (en) | 1990-11-05 | 1992-04-28 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Method for forming a metal contact |
| DE69233222T2 (de) * | 1991-05-28 | 2004-08-26 | Trikon Technologies Ltd., Thornbury | Verfahren zum Füllen eines Hohlraumes in einem Substrat |
| GB9122676D0 (en) * | 1991-10-25 | 1991-12-11 | Electrotech Ltd | Processing system |
| US5262354A (en) * | 1992-02-26 | 1993-11-16 | International Business Machines Corporation | Refractory metal capped low resistivity metal conductor lines and vias |
| GB9224260D0 (en) * | 1992-11-19 | 1993-01-06 | Electrotech Ltd | Forming a layer |
-
1995
- 1995-12-11 KR KR1019950048409A patent/KR960026249A/ko not_active Application Discontinuation
- 1995-12-12 EP EP95119559A patent/EP0731503A3/en not_active Withdrawn
- 1995-12-12 JP JP7323353A patent/JPH08264652A/ja active Pending
-
1996
- 1996-02-16 TW TW085101933A patent/TW293162B/zh active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW293162B (ja) | 1996-12-11 |
| EP0731503A2 (en) | 1996-09-11 |
| KR960026249A (ko) | 1996-07-22 |
| EP0731503A3 (en) | 1997-10-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7679193B2 (en) | Use of AIN as cooper passivation layer and thermal conductor | |
| US5918149A (en) | Deposition of a conductor in a via hole or trench | |
| US6391777B1 (en) | Two-stage Cu anneal to improve Cu damascene process | |
| US5614437A (en) | Method for fabricating reliable metallization with Ta-Si-N barrier for semiconductors | |
| US6015749A (en) | Method to improve adhesion between copper and titanium nitride, for copper interconnect structures, via the use of an ion implantation procedure | |
| US6949461B2 (en) | Method for depositing a metal layer on a semiconductor interconnect structure | |
| US6217721B1 (en) | Filling narrow apertures and forming interconnects with a metal utilizing a crystallographically oriented liner layer | |
| US7196420B1 (en) | Method and structure for creating ultra low resistance damascene copper wiring | |
| EP1570517B1 (en) | A method for depositing a metal layer on a semiconductor interconnect structure having a capping layer | |
| US6150252A (en) | Multi-stage semiconductor cavity filling process | |
| US6589865B2 (en) | Low pressure, low temperature, semiconductor gap filling process | |
| US20120142188A1 (en) | Anchored damascene structures | |
| JPH0917790A (ja) | 電気的相互接続用薄膜金属バリア層 | |
| US6828233B2 (en) | Enhanced barrier liner formation for vias | |
| JPH08264652A (ja) | 半導体キャビティ充填法 | |
| US6720253B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device having an aluminum wiring layer | |
| US6229213B1 (en) | Germanium alloy electrical interconnect structure | |
| US6245672B1 (en) | Method of forming diffusion barriers for copper metallization in integrated cirucits | |
| KR100373193B1 (ko) | 집적 회로의 접촉부 제조 방법 및 집적 회로 제조 방법 | |
| JPH08139190A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| KR100424835B1 (ko) | 장벽을갖지않는반도체구조및이러한구조에서의금속간접속형성방법 | |
| JP2002141303A (ja) | 向上した濡れ性、障壁効率、デバイス信頼性を有する拡散障壁材料におけるＳｉの現場同時堆積 | |
| KR20030000828A (ko) | 반도체 소자의 금속 배선 형성방법 |