KR100420611B1 - Ｔｉ를 포함하는 라이너를 갖는 상호접속부 - Google Patents
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Abstract
Ti, Zr, In, Sn 및 Hf로 이루어진 그룹 중에서 선택된 성분을 약 0.001 원자% 내지 약 2 원자% 만큼 포함하는 합금으로 형성되는 전도체 몸체와, 상기 전도체 몸체와 인접하며 Ta, W, Ti, Nb, N 및 V를 포함하는 합금으로 형성되는 라이너를 포함하는, 전기적 구조물에서 사용하는 전기 전도체가 개시된다. 본 발명은 또한 Ti, Hf, In, Sn, Zr 및 그의 합금 Ta1-xTix, Ta1-xHfx, Ta1-xInxy, Ta1-xSnx, Ta1-xZrx로 이루어진 그룹 중에서 선택된 물질로 형성되는 반도체 상호접속부에서 사용되는 라이너를 개시한다.
Description
본 발명은 일반적으로 전기적 구조물에서 전기 전도체를 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히, Ti를 포함하는 라이너로 둘러싸여 있으며 불순물 성분을 2 원자 %까지 포함하는 전기 전도체를 형성하는 방법에 관한 것이다.
반도체 칩 구조물, 평판 디스플레이 및 패키지 애플리케이션에서 비아(vias), 라인 및 그밖의 리세스를 제공하기 위한 금속 전도체를 형성하는 기술은 지난 수년동안 발전되어 왔다. 예를 들면, VLSI(Very-Large-Scale-Integrated) 구조를 위한 상호접속 기술이 발전하는 과정에서, 알루미늄은 단일 기판 상에 위치된 반도체 영역 또는 디바이스에서 콘택과 상호접속부를 위한 주요 금속 소스로 사용되어왔다. 알루미늄은 그의 원가와, 양호한 저항 콘택 및 높은 전도성으로 인하여 선택 물질이 되어 왔다. 그러나, 순수한 알루미늄 박막 전도체는 그의 사용을 저온 프로세싱으로 제한하는 저용융점과, 어닐동안 콘택 및 접합 불량을 초래하는 실리콘으로의 확산 가능성 및 나쁜 전자이동 저항과 같은 바람직하지 않은 특성을 갖는다. 따라서, 순수한 알루미늄에 비해 이점을 갖는 많은 알루미늄 합금들이 개발되어 왔다.
최근 개발된 USLI 기술은 이러한 디바이스에 요구되는 매우 높은 회로 밀도와 더욱 빠른 동작 속도로 인한 요구사항에 대한 절박한 필요성을 야기시켰다. 이를 위해 전도체 라인이 점차로 짧아짐에 따라 더 높은 전류 밀도를 필요로 한다. 결과적으로, 더 높은 전도성의 배선이 요구되는데, 즉 알루미늄 합금 전도체를 위한 더 큰 횡단 전선 또는 더 높은 전도성을 갖는 다른 배선 물질이 요구된다. 산업상의 명백한 선택은 바람직한 높은 전도성을 가진 순수한 구리를 포함한 후자를 개발하는 것이다.
비아 및 라인들과 같은 ULSI 상호접속 구조의 형성시에, 동일한 기판 상에 위치된 반도체 영역 또는 디바이스들을 상호접속하기 위한 리세스에 구리가 증착될 수 있다. 그러나, 구리는 반도체 디바이스에서 문제점들을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 금속성 고체에서 랜덤 열확산 위로의 전계 중첩이 전자 흐름의 방향으로 원자들의 네트 드리프트(net drift)를 초래할 때 전자이동 현상이 발생한다. 실리콘 기판으로의 구리 원자들의 확산은 디바이스 불량을 초래할 수 있다. 또한, 순수한 구리는 실리콘 이산화물 및 폴리이미드와 같은 산소 함유 유전 물질에 잘 부착하지 않는다. 상호접속 기술에서 구리를 완전하게 사용하기 위해서는, 구리의부착 특성도 또한 개선되어야 한다.
BEOL(Back-End-Of-Line) 구리 야금술은 다기능을 갖는 라이너들을 더 필요로 하며, 이러한 다기능은 유전체에 대한 부착성과, 구리에 대한 확산 베리어와, 콘택 및 라인 여유도를 위한 가장 낮은 저항값 및, 구리의 신뢰성을 포함한다. 산업상 현재 사용되는 라이너 기술 중 하나는 구리 전도체용 층상(layered) TaN/Ta 시스템이다.
TaN 층은 Ta를 저저항 동소체 알파 상태로 변환시키거나 부착을 위해 요구된다. Ta 층은 구리에 대한 확산 베리어, 여유도 및 부착성을 제공한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 전기적 구조물에서 종래의 라이너 물질의 단점 또는 결함을 갖지 않는 전기 전도체용 라이너를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기적 구조물에서 개선된 전자이동 저항을 제공하는 전기 전도체용 라이너를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 전기적 구조물에서 Ti를 포함하는 전기 전도체용 라이너를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 개선된 신뢰성 및 전자이동 저항을 갖는 Cu 전도체용 라이너를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 반도체 구조에서 단일 다마신(damascene) 또는 이중 다마신 프로세스와 호환하는 Cu 전도체용 라이너를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 전기적 구조물에서 Ti, Zr, In, Sn 및 Hf 중에서선택된 성분을 2 원자%까지 포함하는 합금으로 형성된 전도체 몸체를 포함하는 전기 전도체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 반도체 구조에서 Ta, W, Ti, Nb, N 및 V를 포함하는 금속으로 형성된 인접한 라이너를 갖는 Cu 전도체를 제공하는 것이다.
도 1a는 본 발명의 Ta1-xTix라이너에서 Ti 함유량의 변화와 저항-온도 관계를 나타내는 그래프.
도 1b는 최상부에 구리가 없는 경우에 Ta1-xTix라이너에서 Ti 함유량의 변화와 저항 온도 관계를 나타내는 그래프.
도 2는 Cu 내에서의 Ti의 용해도를 나타내는, 어닐 후의 Cu 층의 두께를 통한 Ti의 농도 프로파일을 나타내는 그래프.
도 3a는 Cu 전도체의 다른 3개의 표면이 노출되어 있는 경우 다른 하나의 표면 상의 Ta1-xTix라이너와 Cu 전도체 내의 Cu의 전자이동 수명의 변화에 대한 데이터를 나타내는 그래프.
도 3b는 Ta1-xTix합금 라이너가 Ta로 대체되는 경우, 도 3a에 도시된 방식과 유사한 방식으로 얻어지는 데이터의 그래프.
도 4는 본 발명의 라이너 구조를 포함하는 다중 레벨 Cu 상호접속부 구조의 확대 투시도.
도 5a는 본 발명의 라이너를 포함하는 이중 다마신 구조의 확대 횡단면도.
도 5b는 2층 구성의 본 발명의 라이너를 포함하는 이중 다마신 구조의 확대 횡단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
14: 기판 16, 30: 콘택 비아
18: 콘택 20: 금속
22: 층간 유전체(ILD) 24,40,42: 라이너 층
26: 연마 정지층
본 발명에 따라서, 전도체 몸체와 라이너를 포함하는 전기적 구조물의 전도체가 개시된다.
바람직한 실시예에 따르면, Ti, Zr, In, Sn 및 Hf로 이루어진 그룹중에서 선택된 성분을 약 0.001 원자% 내지 약 2 원자% 만큼 포함하는 합금으로 형성된 전도체 몸체와, 그 전도성 몸체에 인접하며 Ta, W, Ti, Nb, N 및 V를 포함하는 합금으로 형성된 라이너를 포함하는 전기적 구조물의 전도체가 제공된다.
전기적 구조물에 형성된 전도체에서, 전도체 몸체는 Cu 또는 Al을 더 포함할 수 있다. 전도체 몸체는 Cu 및 Ti를 더 포함할 수 있으며, 라이너는 약 10 원자% 내지 60 원자%의 Ta를 더 포함할 수 있다. 전도성 몸체는 Al 및 Ti를 더 포함하거나, 라이너는 약 10 원자% 내지 90 원자%의 Ti를 포함할 수 있다. 라이너는 Ta1-xNy와 Ta1-x로 각각 이루어진 2 층을 더 포함할 수 있다. 전도체는 또한 단일 다마신 구조, 또는 이중 다마신 구조의 상호접속부일 수 있다. 전도체 몸체는 약 0.001 원자% 내지 2 원자%의 Ti를 더 포함할 수 있으며, 라이너는 20 원자% 이상의 Ti를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 Ti, Hf, In, Sn, Zr 및 그의 합금 Ta1-xTix, Ta1-xHfX, Ta1-xInx, Ta1-xSnx, Ta1-xZrx및 그의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택된 물질로 형성되는 반도체 상호접속부용 라이너에 관한 것이다.
반도체 상호접속부용 라이너에서, 상호접속부를 형성하기 위한 물질은 Ta1-xTix일 수 있다. 라이너가 인접하여 있을 때, 반도체 상호접속부는 Cu 또는 Cu 합금으로 형성되며, x=10~60 원자%이다. 라이너가 인접하여 있을 때, 반도체 상호접속부는 Al 또는 Al 합금으로 형성되며 x=10~90 원자%이다. 라이너는 또한 Ta1-x-yTixNy와 Ta1-xTix의 2층 구조를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 사전처리된 전기 기판내에 개구를 먼저 형성하는 단계와, Ti, Hf, In, Sn, Zr 및 그의 합금 Ta1-xTix, Ta1-xHfX, Ta1-xInx, Ta1-xSnx, Ta1-xZrx및 그의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택된 물질의 라이너를 상기 개구에 증착하는 단계와, Ti, Zr, Hf, In 및 Sn으로 이루어진 그룹중에서 선택된 성분을 약 0.001 원자% 내지 약 2 원자% 만큼 포함하는 합금으로 상기 라이너의 최상부상의 개구를 채우는 단계에 의해 수행될 수 있는 전기적 구조물을 형성하는 방법에 관한 것이다.
본 방법은 Cu 합금 또는 Al 합금으로 개구를 채우는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 방법은 Ta1-x-yTixNy와 Ta1-xTix의 2층 구조로 이루어진 라이너를 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 방법은 단일 다마신 프로세스 또는 이중 다마신 프로세스로 통합될 수 있다. 본 방법은 PVD, CVD, 전해석출(electrodeposition) 및 무전해(electroless) 석출로 이루어진 그룹 중에서 선택된 방법에 의해 개구에 합금을 채우는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명은 Ta1-xTix의 라이너를 증착하고 x가 약 20 원자%보다 큰 경우 450℃이하의 온도에서 이 라이너를 어닐하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 전기적 구조물에 형성된 전도체와 전기적 구조물에서 그러한 전도체를 위한 라이너를 개시한다.
전기적 구조물에 형성된 본 발명의 전도체는, Ti, Zr, In, Sn 및 Hf로 이루어진 그룹 중에서 선택된 성분을 약 0.001 원자% 내지 약 2 원자% 만큼 포함하는 합금으로 형성된 전도체 몸체와, 그 전도체 몸체에 인접하며 Ta, W, Ti, Nb, N 및 V를 포함하는 합금으로 형성되는 라이너를 포함한다.
본 발명은 또한 Ti, Hf, In, Sn, Zr 및 그의 합금 Ta1-xTix, Ta1-xHfx, Ta1-xInx, Ta1-xSnx, Ta1-xZrx로 이루어진 그룹 중에서 선택된 물질로 형성되는 반도체 상호접속부용 라이너를 개시한다.
본 발명은 또한 사전처리된 전기 기판내에 개구를 먼저 형성하는 단계와, Ti, Hf, In, Sn, Zr로 이루어진 그룹중에서 선택된 물질의 라이너를 상기 개구에 증착하는 단계와, Ti, Zr, Hf, In 및 Sn으로 이루어진 그룹중에서 선택된 성분을 약 0.001 원자% 내지 약 2 원자% 만큼 포함하는 합금으로 상기 라이너의 최상부상의 개구를 채우는 단계에 의해 수행될 수 있는 전기적 구조물을 형성하는 방법을 개시한다.
바람직한 범위의 Ti 함유량, 즉 약 18~40 원자%의 Ti 함유량 범위내에서, 유전체 확산 배리어와 구리 간의 부착력과 콘택 라인 여유도를 위한 저저항성에 대한 요구들이 부합한다는 것이 밝혀졌다. Ti는 알파 상태에서 안정화되는 것으로 알려져 있으며, 반면에 Ta는 정상적으로 750℃ 보다 낮은 온도에서는 고저항의 베타 상태에 있다. Ti는 또한 유전체와 Cu에 대한 부착성을 제공하고, 배리어 특성을 650℃로 유지하고, 확산에 의해 Cu 라인의 저항값을 증가시키지 않는다. 또한, Ti 함유량이 50 원자%를 초과할 때 어닐에 의해 저항값이 증가한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 바람직한 특성들은 기대되는 전자이동 수명 증가에 부가하여 얻어지는 것이다. 그러므로, 본 발명의 Ti 함유 라이너는 BEOL Cu 야금술에 사용하기 위한 다수의 기능들을 만족시킨다.
본 발명의 새로운 방법은 라이너를 단일 층 라이너로 사용하는 것을 제안하며, 따라서 제 2 또는 제 3 층을 증착하는 프로세스 단계들이 필요없다. 본 발명의 새로운 방법은 또한 최소 배선폭(feature size)이 감소함에 따라 저항값 또는 신뢰성에 영향을 줄 수 있는 총 라이너 두께를 감소시킨다. 이러한 새로운 방법은 어떤 부가적인 프로세싱 단계도 BEOL 제조 방법에 포함될 필요가 없도록 400~450℃의 정상 프로세스 온도와 Ta 증착 방법을 동일하게 사용한다.
정상적인 화학적 프로세스의 결과로서 전기도금된 Cu는 고순도가 되는 경향이 있다는 것이 또한 밝혀졌다. Ti는 분리된 층에 의해 또는 기존의 라이너의 일부로서 아래로부터 또는 위로부터 Cu로 확산시키기 위하여 선택되는 물질이 된다. Ti의 전이 금속은 주로 그레인 경계를 플러깅업(plugging up)함으로써 전자이동 저항을 높인다. 결과적으로, 그레인 경계에 전이 금속을 가진 큰 그레인의 Cu는 그레인 경계 확산을 둔화시킨다. Cu 그레인 내의 불순물은 그 불순물이 그레인 경계로 확산하지 않으면 전자이동 저항에 영향을 주는 것으로 나타나지 않는다.
본 발명은, 금속에 대한 확산 배리어로서, 금속 및 유전체에 대한 부착층으로서, 신뢰성 향상을 위해 인터페이스로 확산시키기 위한 금속에 대한 도팬트의 공급자로서, 더 얇고 더 낮은 저항의 라이너 대체물로서 기능하는 회로 금속화용 라이너 물질을 제공한다. 본 발명은 구리 기준의 금속 상호접속부 및 알루미늄 기준의 금속 상호접속부 모두에 사용될 수 있는 속성을 갖는다. 금속의 저항은 감소되지 않는다.
본 발명은 Cu에 대한 TaN/Ta와 Al에 대한 Ti 또는 Ti/TaN과 같은 종래의 라이너를 교체하기 위하여 Ta1-xTix합금을 사용한다. Cu의 경우에, Ta는 Cu와 반응하지 않으며 Cu내에서 용해되지 않으므로, 전자이동 수명에 이점을 제공하지 못하며, 유전체층에 부착하기 위해서는 TaN이 필요하다. Al의 경우에, Ti가 Al과 반응하여, Al 영역을 감소시키고 인터페이스를 거칠게 하는 TiAl3가 형성된다. 라인폭이 감소되면, 라이너 또는 반응층의 두께는 저항 및 신뢰성 제어를 위해 더욱 제한된다. Ti/TiN 층이 반응을 감소시키지만, 전체 라이너는 더 두꺼워지고 그러므로, 저항이 높아진다. Cu, 예를 들면, 10nm Ti/100 nm Cu에 대한 Ti 층의 경우에, 전자이동 저항은 크게 증가된다. 그러나, Cu의 저항은 수용불가능하게 높아진다. 또한, Ti의 확산 베리어 특성은 부적당하여 TaN/Ta을 가진 베리어 다중층이 요구되며, 그러므로 두께 문제에 더하여 새로운 프로세스 단계를 부가시킨다.
본 발명의 새로운 Ta1-xTix라이너 구조는 현저한 특성 개선을 제공한다. 예를 들면, Ti 농도(x)를 제어함으로써, 금속과 유전체와의 반응은, 유전체에 대한 부착력을 제공하고, 확산 베리어 특성을 유지하고, Cu 라인의 저저항성을 유지하며, 전자이동 및 열적 스트레스 수명을 증가시키기 위한 충분한 Ti를 제공하기 위해 조정될 수 있다. Ti를 Ta에 부가시키는 것의 다른 부가되는 이점은 저저항 상태, 즉, 낮은 어닐 온도에서의 알파 상태에서 Ta막이 제조된다는 것이다.
먼저 도 1a 및 1b를 참조하면, Ti 함유량의 변화에 따른 저항-온도 관계가 도시되어 있다. Ti 부가없이 400℃에서 2시간동안 어닐되면, Ta 저항은 감소되지 않는다. 그러나, X=18 원자%일 때, 어닐 프로세스는 저항을 감소시킨다. x가 18 원자%보다 높으면, 증착동안 Ta의 저저항 상태가 생성된다. Cu 층의 저항은 x=50 원자% 까지는 어닐에 의해 감소되었으며, x=50 원자% 이상에서는 증가되는 것이 관찰되었다. 도 1a 및 1b에 도시된 데이터에 따르면, Ti의 최적 범위는 약 30 원자% 와 약 50 원자% 사이인 것을 나타내고 있다.
Cu 로의 Ti 확산의 SIMS 분석이 도 2에 도시되어 있다. 어닐시에 Cu 층의 두께를 통한 Ti 프로파일은 Cu 내에서 Ti의 용해성 레벨이 외부 표면에 대한 높은 분리작용으로 x=50 원자% 이상에서 평형값에 도달했음을 나타낸다. x=50 원자% 이하에서, Ti 레벨은 표면 분리를 감소시키면서 평형값 이하이다. X-선 회절 분석은 Ti가 Ta의 저온 상태, 즉, bcc 알파 상태를 안정화시키고, 또한, x=50 원자%이상에서 bcc Ti의 상태 분리가 발생하기 시작한다는 것을 나타내고 있다. 데이터는 그러므로 종래에 측정된 바와 같은 Cu와의 증가된 상호작용과 일치한다.
또한, Cu 라인의 다른 3개의 표면이 덮이지 않고 남아 있을 때, 다른 하나의 Cu 라인의 표면상에 Ta1-xTix라이너를 가진 Cu의 전자이동 수명에서의 변화에 따라 얻어진 데이터가 도 3a에 도시되어 있다. 이 데이터는 1㎛ 넓이의 PVD Cu(즉, 증발된 Cu) 라인의 경우 375℃ 와 25ma/㎛2에서 선택되었다. 이 온도에서, 수명은 x= 100원자% 의 경우 약 5X 만큼 변화하며 Ti의 농도가 약 50 원자%까지 감소할 때 약 2.5X로 감소한다. 그러나, TaTi 합금 라이너가 Ta로 대체될 때 PVD Cu에 대해 측정된 더 높은 활성화 에너지로 인하여, 도 3b에 도시된 바와 같이, 100℃(1/T=26.8 x 10-4)의 사용 온도에서의 향상은 더욱 중요하게 되었다.
본 발명의 라이너의 유효성은 Cu 라인에 대한 Ti 도팬트의 총 이용도에 따르므로, 라이너로 모든 표면을 덮는 것이 바람직하다. 제조 방법의 특정 실시예에서, 이는 실행될 수 없을 수도 있다. 그러나, 라인이 없는 표면은, 도 2에 이전에 도시된 바와 같이, Cu를 통해 라이너로부터 라인이 없는 표면까지 사용가능한 Ti의 확산에 의해 덮여질 수 있다. 그러므로, 이는 이후에 설명될 일 실시예에서 설명되겠지만, 3개의 표면을 덮는 것이 도 3a 및 3b에 도시된 결과보다 효율성을 더 높인다는 것을 암시한다.
다양한 실시예의 라이너에서 본 발명의 새로운 방법을 구현하는 것이, Cu/라이너/유전체 금속화 시스템에서 제조된 일반적인 구조를 나타내는 도 4, 5a 및 5b에 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 새로운 라이너가 포함되는 다중 레벨 Cu 상호접속부 구조물(10)의 전체 도면을 도시한다. 금속물은 기판(14)에 형성된 디바이스(12)에 콘택 비아(16)와 콘택(18)을 통해 접속한다. 비아(16)는 통상 텅스텐으로 형성되지만, Cu 또는 Cu 합금으로 형성될 수도 있다. 제 1 레벨의 금속(20)은 통상적으로 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법에 의해 층간 유전체(ILD)(22)까지 처리된다. 도 4에 도시된 단일 다마신 구조는 트랜치 또는 비아(16)가 ILD 층(22)까지 식각되고, 라이너 층(24)이 증착되고, 이어서 ILD 층보다 더 두꺼운 Cu층이 증착되고, 그 후에 Cu 층이 연마 정지층(26)에 도달될 때까지 CMP 방법에 의해 다시 연마되어 이루어진다. ILD 층이 이어서 증착되고, 패턴이 식각되고 Cu의 다음 레벨, 즉 비아(30)에 대해 이전의 프로세스가 반복된다.
연마 정지층(26)은 통상 실리콘 질화물로 형성되지만, 임의의 다른 저유전 상수의 물질에 의해 형성될 수도 있다. 층(22)은 무기물 기저 또는 유기물 기저 중의 하나의 임의의 ILD 유전 물질로 형성될 수 있다. 본 발명은 특히 라이너층(24)과, Ta1-xTix, Ta1-xTix/Ta1-x-yTixNy의 이중층, 또는 Zr 또는 Hf와 같은 Ti에 대한 임의의 다른 대체물과 같은 라이너층 형성에 사용되는 물질에 관한 것이다. 화합물의 x는 약 10 내지 약 60 원자% 사이에서 적당히 선택될 수 있다.
본 발명의 라이너를 포함하는 이중 다마신 구조가 도 5b에 도시되어 있다. 이러한 구성은 라이너 물질을 사용하는 임의의 Cu 금속화 프로세스에 적용될 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 2 레벨의 패턴들이 ILD로 식각되고 일반적인 이중 다마신 프로세스에서와 같이, 동일한 증착동안 Cu 증착에 의해 이 2개의 패턴은 채워진다. 라이너는 2개의 층(40,42)으로 이루어진다. ILD에 인접한 제 1 라이너층(40)은 Ta1-x-yTiXNy의 층이다. 제 1 라이너층(40)의 최상부상에, Ta1-xTix물질의 라이너 층(42)이 증착되고, 그 후에 구리(44,46)의 증착이 이어진다. Cu 증착은, PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법에 의해, 전기도금에 의해, 또는 PVD 또는 CVD 층이 도금된 Cu용 시드층으로 사용되는 PVD(또는 CVD)/전기도금된 Cu의 적층에 의해 수행될 수 있다.
도 5a에 도시된 제 2 실시예에서, 단일 Ta1-xTix층(42)이 라이너층으로서 포함된다. 이 실시예는 Cu 증착 및 신뢰성을 위해 라이너 두께가 저항 제어에 대한 제한이 되는 레벨까지 최소 배선폭이 감소될 때 바람직하다.
상기 도시된 2개의 실시예에서, Ti는 라이너(42)로부터 Cu(44)를 통해 또는 라이너/Cu 인터페이스를 따라 Cu(44 또는 46)의 코팅되지 않은 표면으로 이동된다. Cu를 통한 이동은 그레인을 통해서 뿐만 아니라 그레인 경계를 따라 발생하며, 그러므로, 다결정 Cu에서도 발생한다. 전자이동 수명은 표면 이동을 감소시키는 것에 의해서는 물론 그레인 경계 이동을 감소시키는 것에 의해서 증가된다. 전자이동 수명이 증가되는 것 뿐만 아니라, 열적 공극이 형성되는 비율이 이동 비율이 감소됨에 따라 또한 감소된다는 것을 주지해야 한다.
금속층(44,46)이 Al 또는 Al 합금으로 형성될 때, 도 5a 및 5b에 도시된 실시예들은 더 긴 수명과 더 작은 저항을 가진 Ta1-xTix라이너를 형성한다. 이러한 경우에, 농도(x)의 크기 제어는 TiAl3를 형성하는 반응량을 제한하고, 그럼으로써 더 얇고 더 평탄한 금속간 층을 형성한다. 이는 더 정밀한 허용오차, 기하구조 및 수명 분배는 물론 Al 라인의 전류 밀도와 저항을 감소시키게 한다.
본 발명의 새로운 전도체 및 이 전도체를 라이닝하기 위한 라이너는 상기 설명과 도 1 내지 5b의 첨부된 도면에 충분히 설명되어 있다.
본 발명이 예시적인 방식으로 설명되었지만, 본 발명에서 사용된 전문용어는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 설명을 위한 용어로 의도된 것임을 이해해야 한다.
또한, 본 발명은 바람직한 실시예 및 대안적인 실시예에 의해 설명되었지만, 관련기술분야의 당업자들은 이러한 기술들을 본 발명의 다른 가능한 응용에 쉽게 적용할 수 있는 것으로 이해해야 한다.
배타적인 특성 또는 권리가 청구되고 있는 본 발명의 구현은 하기와 같이 규정된다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 Ti 함유 라이너를 갖는 Cu 전도체는, Ti, Zr, In, Sn 및 Hf 중에서 선택된 성분을 2 원자%까지 포함하는 합금으로 형성된 전도체 몸체를 포함하며, 반도체 구조에서 Ta, W, Ti, Nb, N 및 V를 포함하는 금속으로 형성된 인접한 라이너를 가짐으로써, 전기적 구조물에서 개선된 전자이동 저항을 제공하며, 단일 다마신 또는 이중 다마신 프로세스를 사용할 수 있다.
Claims (20)
- 전기적 구조물의 전도체에 있어서,Ti, Zr, In, Sn 및 Hf로 이루어진 그룹 중에서 선택된 성분을 0.001 원자% 내지 2 원자% 만큼 포함하는 합금으로 형성된 전도체 몸체와,상기 전도체 몸체에 인접하며, Ta, W, Ti, Nb, N 및 V로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 15원자% 내지 50원자% 포함하는 합금으로 형성된 라이너를 포함하는 전기적 구조물의 전도체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전도체 몸체는 Cu 또는 Al을 더 포함하는 전기적 구조물의 전도체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전도체 몸체는 Al 및 Ti를 포함하며, 상기 라이너는 10 원자% 내지 90 원자%의 Ta를 포함하는 전기적 구조물의 전도체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전도체 몸체는 Al 및 Ti를 포함하며, 상기 라이너는 10 원자% 내지 90 원자%의 Ti를 포함하는 전기적 구조물의 전도체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 라이너는 Ta1-x-yTixNy와 Ta1-xTix로 각각 형성된 이중층을 포함하는 전기적 구조물의 전도체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전도체는 단일 다마신 구조에서 상호접속부인 전기적 구조물의 전도체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전도체는 이중 다마신 구조에서 상호접속부인 전기적 구조물의 전도체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전도체 몸체는 0.001 원자% 내지 2 원자%의 Ti를 포함하며, 상기 라이너는 10 원자% 이상의 Ti를 포함하는 전기적 구조물의 전도체.
- 반도체 상호접속부용 라이너에 있어서, 상기 라이너는 Ti, Hf, In, Sn, Zr 및 각각이 Ti, Hf, In, Sn 또는 Zr 중 한 원소를 15원자% 내지 50원자% 함유하는 합금 Ta1-xTix, Ta1-xHfx, Ta1-xInx, Ta1-xSnx, Ta1-xZrx및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 물질로 형성되는 반도체 상호접속부용 라이너.
- 제 9 항에 있어서, 상기 물질은 Ta1-xTix인 반도체 상호접속부용 라이너.
- 제 10 항에 있어서, 상기 라이너가 인접하여 있을 때 X=10~60 원자%이며, 반도체 상호접속부는 Cu 또는 Cu 합금으로 형성되는 반도체 상호접속부용 라이너.
- 제 10 항에 있어서, 상기 라이너가 인접하여 있을 때 X=10~90 원자%이며, 반도체 상호접속부는 Al 또는 Al 합금으로 형성되는 반도체 상호접속부용 라이너.
- 제 10 항에 있어서, 상기 라이너는 Ta1-x-yTixNy와 Ta1-xTix의 이중층을 포함하는 반도체 상호접속부용 라이너.
- 전기적 구조물을 형성하는 방법에 있어서,사전처리된 전기 기판에 개구를 형성하는 단계와,상기 라이너는 Ti, Hf, In, Sn, Zr 및 각각이 Ti, Hf, In, Sn 또는 Zr 중 한 원소를 15원자% 내지 50원자% 함유하는 합금 Ta1-xTix, Ta1-xHfx, Ta1-xInx, Ta1-xSnx, Ta1-xZrx및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 물질의 라이너를 상기 개구내에 증착하는 단계를 포함하는 전기적 구조물의 형성 방법.
- 제 14 항에 있어서, 상기 개구에 Cu 합금 또는 Al 합금을 채우는 단계를 더 포함하는 전기적 구조물의 형성 방법.
- 제 14 항에 있어서, Ta1-x-yTixNy와 Ta1-xTix의 이중 구조를 가진 라이너를 증착하는 단계를 더 포함하는 전기적 구조물의 형성 방법.
- 제 14 항에 있어서, 상기 방법은 단일 다마신 프로세스에 통합되는 전기적 구조물의 형성 방법.
- 제 14 항에 있어서, 상기 방법은 이중 다마신 프로세스에 통합되는 전기적 구조물의 형성 방법.
- 제 14 항에 있어서, PVD, CVD, 전해석출 및 무전해 석출로 이루어진 그룹 중에서 선택된 방법에 의해 상기 합금으로 상기 개구를 채우는 단계를 더 포함하는 전기적 구조물의 형성 방법.
- 제 14 항에 있어서, Ta1-xTix의 라이너를 증착하고, 상기 x가 약 20 원자% 이상일 때 450℃ 이하의 온도에서 상기 라이너를 어닐하는 단계를 더 포함하는 전기적 구조물의 형성 방법.
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