(57)【要約】  エレクトロマイグレーション及びその悪影響の制御方法、パターン化された半導体デバイスの導電層（９）。複数の空孔障壁（１０）は、選択された原子を打込むことによって、金属相互接続部（９）に沿って各々の位置で生成させる。各々空孔障壁（１０）は、エレクトロマイグレーション（８）によって生成された空孔がそこに蓄積させる、このことにより導線（９）に沿ってこのようなエレクトロマイグレーションの全体の効果を分布し、及び半導体デバイスの寿命をかなり増やす。
2008518433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路の基板上に導電線を形成する方法であって、
前記基板上に導電性材料よりなる導線をデポジットする工程と、
前記導電線の長さに沿った一個以上の位置に、選択した原子を打込むことによって、前記導電線の結晶構造を変化させ、一個以上の各空孔障壁を生成し、動作の際にエレクトロマイグレーションによって前記導電線内で生成された空孔を、前記空孔障壁に蓄積させる工程とを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記各々の導電線を、銅で形成する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、打込みのために選択した前記原子は、前記導電線の導電率を著しく減少させることなく、打込み位置において前記導電線の前記結晶構造を、空孔の流れがほぼ停止する程度に変化させるためのものである方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、原子を打込むことによって生成する複数の空孔障壁を、前記導電線の長さに沿って設ける方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記複数の空孔障壁を、前記導電線の長さに沿って、ほぼ等距離の間隔で設ける方法。
【請求項６】
一個以上の半導体デバイスを有する集積回路を製造する方法であって、
基板上に一本以上の導電線をデポジットする工程と、
前記各々の導電線の長さに沿った一個以上の位置で、一種以上の選択した原子を打込むことによって、前記導電線の結晶構造を変化させ、一個以上の各空孔障壁を生成し、動作の際に各々のエレクトロマイグレーションによって導電線内で生成された空孔を、前記空孔障壁に蓄積させる工程とを含む方法。
【請求項７】
一個以上の半導体デバイスと基板上に設けられた一本以上の導電線とを含む集積回路であって、前記各々の導電線は、前記導電線の長さに沿った一個以上の空孔障壁を含み、前記各々の導電線内でエレクトロマイグレーションによって生成した空孔を、前記空孔障壁において、使用中に、蓄積させる前記空孔障壁を含み、前記一個以上の空孔障壁は、一種以上の選択した原子を打込むことによって、前記各々の導電線の各部の結晶構造を変化させることによって形成する集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、半導体デバイスのパターン化された導電層における、エレクトロマイグレーションの制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウムは、低い固有抵抗、二酸化珪素への良好な付着性、低コスト、結合の容易性及び良好なエッチング性により、半導体デバイスの電気的な相互接続部で使用される、主要な導電材料であった。集積回路の性能を改良する継続的な要求は、特に、半導体の形状の劇的な縮小をもたらした。デバイスの形状が超々大規模集積回路に縮小し続けるにつれて、より高いレベルの信頼性を要求されながら、最小のピッチで高い導電性を有する相互接続配線への高まる要求がある。現在、テストで１０年に相当する寿命を示す場合、集積回路は良好であるとみなされる。しかしながら、宇宙（例えば衛星、プローブ等）、医学（例えばペースメーカ等）及び軍事のような、いくつかの特定の適用において、デバイス交換の必要性を回避または最小化するために、より長い寿命が必要である。
【０００３】
銅及び銅をベースとした材料の使用は、現在広く確立され、半導体デバイスに関してより高い性能をもたらすことが見いだされた。実際に、多くの場合、より低い固有抵抗及びより高い信頼性により、銅はアルミニウムに取って代わった。このことは、拡散により高い活性化エネルギーがあるためと考えられる。相互接続層を劣化させる主要な現象の１つは、エレクトロマイグレーションであり、電流が相互接続部を通過するときに、相互接続部の原子が物理的に位置を変化する。
【０００４】
エレクトロマイグレーションは、電子により導線に電流が流れるときに移動する、導線を構成する原子として一般に規定されている。当然のことながら、形状が縮小し続け、電流密度が増加するにつれて、銅は、エレクトロマイグレーションの信頼性の問題が生じる。高電流密度の下で、銅原子は電子流の方向に移動し、空孔は、回路抵抗を増加する効果があるボイドと反対方向に蓄積し、最終的に開路の原因となり、デバイスを機能させなくする。
【０００５】
既知の銅のダマシンプロセスにおいて、図１の図面を参照すると、銅の相互接続線９を、基板５に対して設け、障壁金属６により側面及び底部を、バリア／エッチング停止誘電体１０により上部を、通常封入する。図２ａ及び図２ｂの図面を参照すると、上記記載の、デバイス障害の前、高電流密度の下では、銅原子は電子流７の方向に移動し、空孔は反対方向８に「流れる」。例えば、空孔はデバイスの界面、この場合、金属／バリア界面４に、ボイド３で蓄積し、開路（すなわち「キラーボイド」）を最終的に生成し、ｘ年後、デバイスを機能させなくなる。言い換えれば、十分な数の空孔が蓄積し開路を生成するとき、ボイドは「キラー」ボイドになる。
【０００６】
エレクトロマイグレーションの効果を抑制または減少するために、多くの研究は、相互接続材料、すなわち結晶構造に関して、粒界の減少等を行われるのに対し、他の研究は、バリアと金属間の界面に集中した。このような研究の全ては、エレクトロマイグレーションの生成を実際には抑制するよりは、むしろエレクトロマイグレーションによって生じる空孔の流れの衝撃の減少に集中した。
【０００７】
米国特許出願番号２００４−００４１２７４号公報には、第１相互接続部および第２相互接続部を具え、その間に一次構造（例えばバイア等）を有する半導体デバイス構造が記載されている。一次構造は相互接続部を有する界面を規定し、界面でエレクトロマイグレーションの効果を拡散するために、バファ構造（例えばダミーバイア）を、空孔が蓄積する個所に他の界面を規定する第１の相互接続部に設け、それによって拡散する（エレクトロマイグレーションの効果を弱める）。しかしながら、この提案は、デバイスの構成の変更を含み、デバイスの実際の機能に不必要である溶着構造で増大したオーバーヘッドは述べていない。
【発明の開示】
【０００８】
我々は、改良された装置を発明し、本発明の目的は一個以上の導電線を含む半導体デバイスを提供するものであり、デバイス構成、構造またはレイアウトを改良する必要がなく、エレクトロマイグレーションの効果を有意義に減らす。また、発明の目的は、このような半導体デバイスを製造する方法及び、複数のこのような半導体デバイスを含む集積回路チップを提供することである。
【０００９】
本発明において、集積回路の基板上に導電線を形成する方法であって、前記基板上に導電性材料よりなる導線をデポジットする工程と、前記導電線の長さに沿った一個以上の位置に、選択した原子を打込むことによって、前記導電線の結晶構造を変化させ、一個以上の各空孔障壁を生成し、動作の際にエレクトロマイグレーションによって前記導電線内で生成された空孔を、前記空孔障壁に蓄積させる工程とを含む方法である。
【００１０】
また、本発明において、一個以上の半導体デバイスを有する集積回路を製造する方法であって、基板上に一本以上の導電線をデポジットする工程と、さらに、前記各々の導電線の長さに沿った一個以上の位置で、一種以上の選択した原子を打込むことによって、前記導電線の結晶構造を変化させ、一個以上の各空孔障壁を生成し、動作の際に各々のエレクトロマイグレーションによって導電線内で生成された空孔を、前記空孔障壁に蓄積させる工程とを含む方法である。
【００１１】
また、本発明において、一個以上の半導体デバイスと基板上に設けられた一本以上の導電線とを含む集積回路であって、前記各々の導電線は、前記導電線の長さに沿った一個以上の空孔障壁を含み、前記各々の導電線内でエレクトロマイグレーションによって生成した空孔を、前記空孔障壁において、使用中に、蓄積させる前記空孔障壁を含み、前記一個以上の空孔障壁は、一種以上の選択した原子を打込むことによって、前記各々の導電線の各部の結晶構造を変化させることによって形成する集積回路である。
【００１２】
前記または各々の導電線は、好ましくは金属、例えばアルミニウムであり、より好ましくは銅であり、より低い固有抵抗及びより高い信頼性によるものである。打込みのために選択した前記原子は、前記導電線の導電率を著しく減少せずに、空孔の流れがほぼ停止する範囲の打込み位置で、前記導電線の前記結晶構造を変化させるためのものである。原子は導電線の材料と同一の種類でもよいが、必ずしも、他の原子が、単一の種類または２種以上の種類の組合せで、選ばれるわけでない。
【００１３】
原子を打込むことによって生成する複数の空孔障壁は、導電線の長さに沿って好ましくは設け、ほぼ等距離の間隔で、導線の長さに沿って、その拡散効果をほぼ等しく分布する。
【００１４】
本発明のこれら及び他の態様がここで記載されている実施例により明らかとなり、解明される。
【発明の詳細な説明】
【００１５】
したがって、本発明は、集積回路の導電相互接続部内で、エレクトロマイグレーションのｘ年の期間にわたって、全体の効果を拡散または分布する方法を提案するものであり、一個、より好ましくはいくつかの空孔障壁を生成し、導電線に沿って（好ましくはほぼ等距離の間隔で）分布させることにより、その容積を効果的に分配する。
【００１６】
本発明の実施例は、図３ａで図式的に図示され、バリア６を有する導電線９（例えばアルミニウムまたは、より好ましくは、銅）の一部を示す。導線９の容積をセクションに分配するために、導線９に沿って、各々の等距離の間隔で、複数の空孔障壁１０を生成する。打込みの位置で導電線の結晶学的構造を乱すように、銅（Ｃｕ）または他の特定の原子を打込むことによって、これらの空孔障壁を生成することができる。
【００１７】
例えば、銅を打込んだ炭素原子は銅の構造を変化せず、得られた構造体は減圧１０００〜６００Ｐａ（１０〜６ｍｂａｒ）、約７００℃以下で安定である（すなわち、炭素原子は、銅と反応しない）。望ましい空孔の原子を作るために、タングステン原子も銅線に打込むことができる。タングステンも銅の構造を変化しないため、得られた構造体は約４５０℃で安定である。望ましい空孔の原子を作り出すために導電線に打込む他の安定な原子は、当業者にとって明らかであり、この事実に制限することを、本発明が必ずしも意味するものではない。
【００１８】
結果的として、導電線９の、各々のセクションの方向８で流れる空孔は、次の空孔障壁１０に蓄積する。したがって、ｘ年後（すなわち、図２ａ及び図２ｂに図示したような、通常の構造の障害時間、）、キラーボイド（図２ｂの参照番号３）を最終的に作り出すバリア６に蓄積する全ての空孔の代わりに、バリア６と三つの空孔障壁１０との間で、空孔の蓄積を分布する。よって、動作のｘ年後、従来技術で、その期間に生成する全ての空孔が、バリア３に蓄積することを可能とした場合より、各々の障壁及びバリアの空孔の蓄積の効果はかなり少ない。最終的な結果は、バリア６で生成する１つのキラーボイドの代わりに、ｘ年後、各々の障壁１０及びバリア６で、非キラーボイド１１を生成することができ、デバイスはより長く効果的に作動し続けることができる。実際に、キラーボイドが空孔障壁１０またはバリア６のいずれかで生成するまで、更に数年の動作ができる。これは、より少ない空孔がバリア及び各々の障壁で同期間に蓄積する（空孔の蓄積を導線９の長さに沿って分布する）ことによるもので、これらの位置のいずれかで「キラー」ボイドを生成する十分な空孔が蓄積することは、非常に長くかかる。
【００１９】
ここで、主要な意図は、打込む原子を選ぶことであり（問題となる導電線に関する限り）、導電線の導電率に著しく悪影響を与えずに、空孔の流れをほぼ食い止める。
【００２０】
上記の実施例は、本発明を制限するよりはむしろ、具体的に説明する点に留意する必要がある。当業者は添付の特許請求の範囲に記載の本発明内において、多くの別の実施例を構成することができる。本発明は、いくつかの異なった要素を含むハードウェア及び最適にプログラムされたコンピュータによって実行することができる。いくつかの手段を列挙するデバイスの請求項において、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの一つおよび同一の手段によって実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、導電相互接続部の図式的横断面図を示す図である。
【図２ａ】図２ａは、導電相互接続部の一部の概略側面図であり、電子及び空孔の流れを各々の方向で示す図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａの導電相互接続部の一部の概略側面図であり、各々の集積回路の動作のｘ年後、キラーボイドがバリアを形成することを示す図である。
【図３ａ】図３ａは、本発明の実施例による導電相互接続部の一部の概略側面図を示す図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａの導電相互接続部の一部の概略側面図であり、各々の集積回路の動作のｘ年後、空孔障壁で、非キラーボイドが形成することを示す図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【国際調査報告】
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