(57)【要約】金属間化合物導体材料は、集積回路において相互接続を形成するために使用される。いくつかの場合では、この金属間化合物導体材料は、アルミニウムの金属間化合物合金であり得る。
2010536175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路の第１の構成要素と接続可能な第１の末端と、集積回路の第２の構成要素と接続可能な第２の末端と、によって画定される縦方向の寸法を有する、ある長さの連続した金属間化合物導体材料を含む、電気導電線。
【請求項２】
前記金属間化合物導体材料が主要な電気導電径路を提供する、請求項１に記載の電気導電線。
【請求項３】
前記金属間化合物導体材料がアルミニウム合金を含む、請求項１に記載の電気導電線。
【請求項４】
前記アルミニウム合金が、金、コバルト、銅、クロム、鉄、ニオブ、ハフニウム、パラジウム、プラチナ、タンタル、チタン、バナジウム、ジルコニウム、若しくはそれらの組み合わせ、を含む、請求項３に記載の電気導電線。
【請求項５】
前記アルミニウム合金が、金、コバルト、銅、クロム、鉄、ニオブ、若しくはそれらの組み合わせ、を含む、請求項３に記載の電気導電線。
【請求項６】
前記アルミニウム合金が、銅を含む、請求項３に記載の電気導電線。
【請求項７】
前記アルミニウム合金が、Ａｌ２Ｃｕの原子組成を有する、請求項３に記載の電気導電線。
【請求項８】
前記連続したある長さの金属間化合物導体材料が全長にわたり実質的に均質である、請求項１に記載の電気導電線。
【請求項９】
集積回路の第１の構成要素と、
集積回路の第２の構成要素と、及び
前記集積回路の前記第１の構成要素に接続される第１の末端と、前記集積回路の前記第２の構成要素に接続される第２の末端と、によって画定される縦方向の寸法を有する連続したある長さの金属間化合物導体材料を含む、少なくとも１つの導電線と、
を含み、
前記金属間化合物導体材料が、前記第１の末端と、前記第２の末端との間の主要導電性経路を提供する、集積回路。
【請求項１０】
前記第１の構成要素及び前記第２の構成要素が、前記集積回路の能動素子の一部であり、前記導電線がそれらの間の局部的な相互接続である、請求項９に記載の集積回路。
【請求項１１】
複数の集積回路構成要素を含む基板アセンブリと、
第１の集積回路に接続される第１の末端と、第２の集積回路構成要素に接続される第２の末端と、によって画定される縦方向の寸法を有する連続したある長さの金属間化合物導体材料を含む、少なくとも１つの導電線と、を含み、
前記金属間化合物導体材料が、前記第１の末端と、前記第２の末端との間の主要な導電性経路を提供する、半導体素子。
【請求項１２】
表面を有する基板アセンブリを提供することと、
前記表面の少なくとも一部上に、第１の金属を含む少なくとも１つの層を堆積することと、
前記第１の金属の前記層の少なくとも一部上に、第２の金属を含む少なくとも１つの層を堆積することと、
前記第１の金属と、前記第２の金属とを含む、金属間化合物の層を形成するために、前記第１の金属を含む前記層と、前記第２の金属を含む前記層とを熱処理することと、
を含む、金属間化合物導電線を形成するための方法。
【請求項１３】
前記表面に１つ以上の開口部のパターンをエッチングすることを更に含み、前記少なくとも１つの金属層は、前記パターンの少なくとも一部に堆積される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第２の金属の前記層の少なくとも一部上に前記第１の金属の第２の層を堆積することと、
前記第１の金属の前記第２の層の少なくとも一部上に前記第２の金属の第２の層を堆積することと、を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の金属若しくは前記第２の金属がアルミニウムである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の金属若しくは前記第２の金属が銅である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の金属の前記層の少なくとも一部上、若しくは前記第２の金属の前記層の少なくとも一部上に、第３の金属を含む少なくとも１つの層を堆積すること、を更に含み、
層の前記熱処理は、前記第１の金属、前記第２の金属、及び前記第３の金属を含む、金属間化合物の層を形成すること、を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
表面を有する基板アセンブリを提供することと、
前記基板アセンブリの少なくとも一部上に、少なくとも第１の金属と第２の金属との混合物を堆積することであって、前記混合物は、前記第１の金属と前記第２の金属とを、金属間化合物を形成するのに効果的な化学両論比で含む、ことと、及び、
前記第１の金属及び前記第２の金属を含む、前記金属間化合物の層を形成するために、前記混合物を熱処理することと、
を含む、金属間化合物導電線を形成するための方法。
【請求項１９】
前記表面に、１つ以上の開口部の所定のパターンをエッチングすることを、更に含み、前記混合物は、前記パターンの少なくとも一部内に堆積される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記混合物が、第３の金属を更に含み、前記第１の金属、前記第２の金属、及び前記第３の金属が、前記金属間化合物を形成するのに効果的な化学両論比であり、
前記混合物が、前記第１の金属、前記第２の金属、及び前記第３の金属を含む前記金属間化合物の層を形成するために熱処理される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの導電性接点と、
前記少なくとも１つの導電性接点を覆う絶縁材料層と、
を含む、相互接続構造物を提供することと、
前記絶縁材料層に、開口部を形成することによって前記導電性接点の少なくとも一部を露出することと、
前記開口部の少なくとも一部に、第１の金属を含む少なくとも１つの層を堆積することと、
前記第１の金属層の少なくとも一部上に、第２の金属を含む少なくとも１つの層を堆積することと、
前記第１の金属及び前記第２の金属を含む金属間化合物の層を形成するために、前記第１の金属を含む前記層と、前記第２の金属を含む前記層とを熱処理することと、
を含む、垂直方向導電線を形成するための方法。
【請求項２２】
前記第２の金属の前記層の少なくとも一部上に、第３の金属を含む少なくとも１つの層を堆積することを、更に含み、前記第１の金属を含む前記層と、前記第２の金属を含む前記層と、及び前記第３の金属を含む前記層とが、前記第１の金属、前記第２の金属、及び前記第３の金属を含む金属間化合物の層を形成するために、熱処理される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つの導電性接点と、
前記少なくとも１つの導電性接点を覆う絶縁材料層と、
を含む、相互接続構造物を提供することと、
前記絶縁材料層に開口部を形成することによって前記導電性接点の少なくとも一部を露出させることと、
前記開口部の少なくとも一部に、第１の金属及び第２の金属を少なくとも含む混合物を堆積することであって、前記混合物が、前記第１の金属及び前記第２の金属を、金属間化合物を形成するために効果的な化学両論比で含む、ことと、
前記第１の金属及び前記第２の金属を含む前記金属間化合物の層を形成するために、前記混合物を熱処理することと、
を含む、垂直方向導電線を形成するための方法。
【請求項２４】
前記混合物は第３の金属を更に含み、前記第１の金属、前記第２の金属、及び前記第３の金属が、前記金属間化合物を形成するために効果的な化学両論比であり、
前記混合物は、前記第１の金属、前記第２の金属、及び前記第３の金属を含む前記金属間化合物の層を形成するために、熱処理される、
請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体製造において達成できる最小のフィーチャサイズが縮小されるにつれ、所定の領域に組み込むことが可能な素子の数は、二乗の関数として増加し、また、配線接続の数は、素子の数が増加する以上の速さで増加し得る。増加した数の接続を収容するために、配線はますます微細に形成され得、および／または、隣り合う線の間の空間を縮小し得る。
【背景技術】
【０００２】
微細な配線相互接続は、例えば、機械的応力及びエレクトロマイグレーションなどの現象の結果としての不具合に影響されやすい。エレクトロマイグレーションは金属導体のイオンが移動する現象であり、それによって導体の電流特性を変化させ、結果として、例えば、短絡又は開回路をもたらす。
【０００３】
所定の領域における配線接続数の増加は、少なくとも２つの異なる発展を導いてきた。１つめの発展は、隣接した、及びほぼ隣接した素子を接続するために、局部的な配線レベルを使用することである。２つめの発展は、３次元的な解決策を用いることである。この３次元的な解決策においては、あるレベルの誘電体膜を通して、凹所（例えば、ホール若しくはビア）が（例えば、エッチングによって）作成され、それによって、より低いレベル上にある素子の金属接点を露出させる。この凹所は導体材料で充填され、そして、凹所内の導体材料が第一のレベルと第二のレベルとの間の電気的な接続を提供するように、充填された凹所を覆って更なる構造物（例えば、素子、相互接続など）が適用され得る。
【０００４】
金属相互接続として、多種多様の材料が使用されてきた。例えば、アルミニウムは高い導電率を有し、また、多くの製造方法と適合する。しかしながら、アルミニウムはエレクトロマイグレーションの影響を受けやすい。銅もまた高い導電率を有している。しかしながら、銅は、ある種の製造技術とあまり適合せず（例えば、フォトレジスト・マスキング及びプラズマエッチングは、銅のパターン化にはあまり上手く機能しない）、また、銅はシリコン中で高い拡散係数を有する。タングステンはエレクトロマイグレーションに対する高い抵抗性を有し、また、シリコンへ容易には拡散しない。しかしながら、タングステンの導電率は比較的低く、また、シリコンにあまり接着しない。例えば、モリブデン及びタンタルなどの可能性のあるその他の成分については、別の問題が存在する。モリブデンは、例えば、容易に除去されてしまう酸化物を形成し、したがって、モリブデンは、環境と反応することができてしまう。
【０００５】
金属相互接続として用いるための上述の列挙した材料についての制限（例えば、エレクトロマイグレーション、拡散、接着）を軽減する１つの方法は、相互接続の少なくとも一部を覆って機能材料層を形成することを含む。機能材料層の組成によっては、機能材料層はエレクトロマイグレーション及び／又は拡散を低減するバリア層として機能し得、導体の基板への接着力を増加させるためのライナとして機能し得、及び／又は環境から導体を保護し得る。もちろん、そのような層の存在は、相互接続のサイズを増大させ、この増大により、微細な配線相互接続を用いる利点が或る程度打ち消され、また、製造の複雑さが増進される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】基板アセンブリの表面上に堆積された第１の金属層の断面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ａに示される基板アセンブリの第１の金属層上に堆積された第２の金属層の断面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｂに示される基板アセンブリの第２の金属層上に堆積された随意的な第３の金属層の断面図を示す。
【図２】図１Ａから図１Ｃに示される基板アセンブリの表面上に形成された金属間化合物導体層の断面図を示す。
【図３】基板アセンブリの表面上に堆積された金属混合物層の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
特定の金属間化合物が、例えば、消費者製品及びシステム（例えば、カメラ、電話、無線装置、ディスプレー、チップセット、セットトップボックス、ゲーム、車両など）で使用されるもののような集積回路（例えば、メモリデバイス、プロセッサーなど）の導電線における導体材料として使用できることが分かっている。導電線において金属間化合物導体材料を使用することで、バリア層を必要とする材料（例えば、金、銅）よりも、導体のエレクトロマイグレーション及び拡散を、例えば、シリコンで作られた半導体基板内へとよりよく制限することができる。金属間化合物導体材料を含む導電線はまた、ライナを必要とする材料（例えば、タングステン）よりも、半導体基板によりよく接着することができる。金属間化合物導体材料を含む導電線は、導体を保護するためにライナを必要とする材料（例えば、モリブデン、銅）よりも、環境的により安定であり得る。従って、金属間化合物導体材料を含む導電線は、例えば、微細な配線相互接続として用いるのに特によく適したものであり得る。
【０００８】
一実施形態において、本発明は、集積回路の第１の構成要素に接続可能な第１の末端と、集積回路の第２の構成要素に接続可能な第２の末端とによって画定される縦方向の寸法を有する連続したある長さの金属間化合物導体材料、を含む電気導電線を提供する。
【０００９】
金属間化合物導体材料を含む導電線は、最初のレベルの相互接続（例えば、局部的な相互接続）、中間レベルの誘電体の間での相互接続などの水平方向相互接続、及び／又は、層間若しくは異なるレベル間での垂直方向接続（例えば、接点、ビアなど）を構成するために使用され得る。本願明細書において用いられる、方向（例えば、上、下など）、及び方向付け（例えば、水平、垂直など）は、３次元空間における基板アセンブリの配置とは無関係に、基板アセンブリのベース半導体層に対して解釈される。さらに、本願明細書において、相互接続に関して使用される水平方向及び垂直方向という用語は、相互接続が、ベース半導体層に対して水平若しくは垂直な単一の面に沿って位置することを必ずしも意味せず、むしろ相互接続は、それが水平方向である場合は、ベース半導体層と同じ方向に（例えば、あるレベルに沿って）延び（しかしながら、必ずしも平行ではない）、及び、それが垂直方向である場合は、ベース半導体層上に形成された１つ以上の層若しくはリードの間を延びる。例えば、水平方向相互接続は、その水平方向相互接続が単一の平面に沿って位置しないように、あるレベルに沿ってでこぼこした構造物を覆って形成されてもよい。従って、金属間化合物導体材料を含む導電線は、局部的な相互接続、中間誘電体の間、ビアの間、接点の間などでの相互接続を形成し得る。
【００１０】
本願明細書において用いられる「半導体基板」又は「基板アセンブリ」とは、ベース半導体層などの半導体基板、若しくは、それ上に形成された層、構造物、若しくは領域を１つ以上有する半導体基板のことを言う。ベース半導体層は、典型的には、ウェハ上のシリコン材料のうちの最も低い層、又は、例えば、シリコン・オン・サファイアなどの別な材料上に堆積されたシリコン層のことである。半導体基板又は基板アセンブリについて言及する場合、１つ以上の集積回路構成を形成若しくは画定するために、様々な処理工程が前もって用いられていてもよい。本願明細書において用いられる「集積回路構成要素」という用語は、例えば、接点（第１のレベルの接点を含む）、電極、ソース、ドレイン、トランジスタ、活性領域、注入領域、ビア、局部的な相互接続を含む相互接続若しくは中間誘電体層の間に形成された相互接続、接点開口部、高アスペクト比開口部、蓄電板、キャパシタ用のバリアなどの、概して、領域、接合部、構造物、フィーチャ、及び／又は開口部のことを言う。
【００１１】
多種多様な材料が、基板アセンブリを形成するために使用され得る。例えば、シリコン酸化物、ホウリンケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）、例えば、導電性を有するようにドープされたポリシリコン、単結晶シリコンなどのシリコン（本開示については、例えば、シリコンウェハの形体などの適切な形体のシリコンは、単に「シリコン」と呼称される）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）酸化物、スピン・オン・グラス（即ち、スピン・オン処理によって堆積される、随意にドープされたＳｉＯ２の薄層）、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｗ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｃｕ、貴金属などが使用され得る。基板アセンブリはまた、例えば、プラチナ、イリジウム、酸化イリジウム、ロジウム、ルテニウム、酸化ルテニウム、ストロンチウム・ルテネート、ニッケル酸ランタン、窒化チタン、窒化タンタル、タンタル窒化シリコン、二酸化シリコン、アルミニウム、ヒ化ガリウム、ガラスなど、並びに、例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）装置、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）装置、及び、強誘電体メモリ（ＦＥＲＡＭ）装置などの構造に用いられる既存の若しくはこれから開発される材料を含有する、層を含み得る。基板アセンブリの層は、例えば、ベース半導体層の表面に直接形成することもできるし、若しくは、パターン付ウェハに見られるような任意の多様な層上（即ち、表面）に形成することもできる。
【００１２】
金属間化合物は金属合金の一種である。金属間化合物は、規定された組成の２種類以上の金属原子から成る材料である。金属間化合物は、金属構成要素及び／若しくはこれら金属構成要素の混合結晶から相境界によって分離される独特な結晶種を形成する均質な複合物質として存在する。それゆえ、金属間化合物は、金属相の混合物として存在する他の金属合金とは区別される。
【００１３】
さらに、金属間化合物は典型的には相対的に規定された組成範囲で存在し、一般的には、この組成範囲は金属間化合物内での原子比率に対応する。従って、例えば、金属間化合物ＴｉＡｌ３は、アルミニウムが約３に対して、チタンが約１の原子比率を提供し（即ち、組成は重量％でアルミニウムが約６０％から約６３％である）、その後、そのアルミニウムおよびチタンに熱処理を行って金属間化合物を形成することよって形成され得る。同様に、金属間化合物Ａｌ２Ｃｕは、アルミニウムが約２に対して、銅が約１の原子比率を提供し（即ち、組成は重量％でアルミニウムが約４５％から約４７％である）、その後、そのアルミニウムおよび銅に熱処理を行って金属間化合物を形成することによって形成され得る。いくつかの実施形態においては、金属間化合物は２つの成分を、原子比率が約１：１で含み得る。他の実施形態においては、金属間化合物は２つの成分を、原子比率が少なくとも２：１（例えば、原子比率が２：１、３：２、５：３、３：１、４：１又は５：１など）で含み得る。金属間化合物は、最大で約２０：１（例えば、最大で１０：１、最大で５：１又は最大で４：１など）の原子比率を有し得る。
【００１４】
金属間化合物は、例えば、導電性金属線のためのバリア層や接着ライナ層として利用されてきている。本願明細書において用いられる「層」とは、形成処理（例えば、スパッタリングなどの処理）によって、１つ以上の前駆体および／もしくは反応物質から、基板または基板アセンブリ上に形成され得る任意の層のことを言う。用語「層」とは、半導体産業に特有な、例えば、これらに明確に限定されるわけではないが、バリア層、誘電体層（例えば、高い誘電率を有する層）、及び導体層などの層を含むことを意味する。
【００１５】
金属間化合物が、従来の導電線上に機能的な層を形成するために用いられている場合、その機能的な層と組み合わせて使われる導電線の材料（例えば、下にある導電性金属層）が主要な導電経路である。金属間化合物層が、例えば、下にある導電性金属層の長さと同一の広がりをもち、且つ、それに沿って連続している範囲において、金属間化合物層は第２の導電経路を提供し得る。つまり、金属間化合物層の抵抗率は、下にある導電性金属層の抵抗率よりも高く、また、その結果として、下にある導電性金属層の導電率は金属間化合物層よりも高い。
【００１６】
対照的に、本願明細書において述べるように、連続したある長さの金属間化合物材料を含む導電線は、電気的コンダクタンスの主要なルートとして使用される。この導電線は、その全長の一部上に（もしかすると全体上にさえ）堆積された非金属間化合物機能材料層を有し得る。ただし、２つの集積回路構成要素をつないでいる導電線内の金属間化合物材料と同一の広がりを持つあらゆる層の材料のうち、この金属間化合物材料が、導電線での主要な導電経路である。導電線が、ある長さの金属間化合物導体材料と、金属間化合物導体材料の全長と同一の広がりを持ち、且つ、それに沿って連続している非金属間化合物材料層と、を含む構成において、金属間化合物導体材料は非金属間化合物材料層よりも低い抵抗率を有する。
【００１７】
導電線は、それぞれが集積回路構成要素と接続可能な２つの末端によって画定される縦方向の寸法を有する。集積回路構成要素が集積回路構造物のレベルと同じレベルにある諸実施形態において、導電線は構成要素の間で水平方向の接続を形成し得る。集積回路構成要素が集積回路構造物のレベルと異なるレベル上にある諸実施形態において、金属間化合物導電線は、構成要素の間で垂直方向の接続を形成し得る。
【００１８】
導電線は、縦方向の寸法を画定する２つの末端の間で連続するある長さの金属間化合物を含む。つまり、金属間化合物の全長は、導電的に連続していて、導電線の一方の末端から他方の末端へと途切れのない電流を提供することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態において、金属間化合物は金属間化合物導電線の全長を通して、実質的に均質であり得る。言い換えると、金属間化合物導電線の大部分は、比較的均質な金属間化合物合金から成り得る。そのような実施形態においては、製造に関する特定の制限に起因して、いくらかの不均質性が金属間化合物導電線内で予想され得る。例えば、金属Ａと金属Ｂの金属間化合物を形成する際に、金属間化合物ＡｘＢｙに加えて、いくらかの過剰な金属Ａ及び／若しくは金属Ｂが残るだろうことが予想される。また、複数の金属が、金属間化合物系を形成し得る（ある金属間化合物はとても狭い組成範囲を有するが、別の金属間化合物はかなりの組成範囲で存在する）。例えば、チタンとアルミニウムは、例えば、ＴｉＡｌ３、γ及びδを含む金属間化合物を形成することができる。本願明細書において使用される「実質的に均質な」という用語は、金属間化合物系の代替的要素が存在すること及び／若しくは取るに足りない量の余分な金属が含まれることを許容する。望ましい金属間化合物の可溶性の範囲が、構成成分の堆積処理の制御の度合いよりも高い場合、この望ましい金属間化合物はその純粋な状態で使用され得る。その他の非本質的不純物成分は、例えば、一般的に約１パーセント未満といった実施可能な程度の低い組成に保たれ得る。
【００２０】
いくつかの実施形態において、金属間化合物導電線は、金属間化合物系のうちの二つ以上の金属間化合物を含む。金属間化合物系内で、優位を占める特定の種の金属間化合物を、金属間化合物を形成するために使用される金属の原子比率によってある程度制御することができる。例えば、金属間化合物ＴｉＡｌ３は、アルミニウムが約３に対してチタンが約１の原子比率（即ち、アルミニウムが重量％で約６０％から約６２％の組成）を有する組成からこの化合物が形成された場合に、優位を占めることが予想される。いくつかのこれらの実施形態においては、１つの金属間化合物は、存在する（複数の）金属間化合物の少なくとも９５％である。他の実施形態においては、１つの金属間化合物は、存在する（複数の）金属間化合物の少なくとも９９％である。別な実施形態においては、１つの金属間化合物は、存在する（複数の）金属間化合物の少なくとも９９．９％である。さらに別な実施形態においては、１つの金属間化合物は、存在する（複数の）金属間化合物の少なくとも９９．９９％である。
【００２１】
「実質的に均質な」という用語は、金属間化合物導体材料（即ち、線の全長に沿ってコンダクタンスの主要なルートを形成する金属間化合物材料）の組成を記述するために用いられるが、必ずしも線が全体として導電性であるわけではない。導電線は更なる構造物及び／若しくはフィーチャを含んでいてもよく、これらの構造物及び／若しくはフィーチャは金属間化合物である必要は無い。例えば、「実質的に均質な」金属間化合物材料では無い材料から作られ得る機能層が、金属間化合物導体材料の表面を覆っていても、若しくは金属間化合物導体材料に貼り付けられていてもよく、或いはそうで無いとしたら、導電線の少なくとも一部に組み込まれていてもよい。もしそのような構造物若しくはフィーチャが、下にある金属間化合物導体材料の化学的性質を局部的に改変したとしても、そのような局部的な改変は実質的に均質な金属間化合物材料の範囲内にあることが意図される。
【００２２】
金属間化合物導体材料として用いるために選択された金属間化合物は、デバイスが、製造される間及び使用される間の両方の期間中に曝されることになる温度範囲にわたって、安定であるべきである。本願明細書において使用される「安定な」とは、形成後の化合物が、その後の処理若しくは使用状態の期間中に、異なる化合物にも、成分及び合成物にも変質するべきではないことを意味する。いくつかの実施形態においては、金属間化合物は最高で７５０℃の温度まで安定である。別な実施形態においては、金属間化合物は最高で５５０℃の温度まで安定である。更に別の実施形態においては、金属間化合物は最高で３５０℃の温度まで安定である。
【００２３】
金属間化合物は、所望の実施を行なうために、十分な導電率（即ち、十分に低い抵抗率）を持つべきである。構造物の直流比抵抗は、通常、その長さと比例する。従って、比較的より大きな電気比抵抗を有する金属間化合物は、短い距離にわたる接続に適し得る。例えば、金属間化合物導体材料として用いるのに適した金属間化合物は、最大で１０００μΩｃｍまでの電気比抵抗を有し得る。いくつかの実施形態において、適切な金属間化合物は、最大で１００μΩｃｍまでの電気比抵抗を有し得る。更に別な実施形態においては、適切な金属間化合物は、最大で１０μΩｃｍまでの電気比抵抗を有し得る。
【００２４】
接続距離が短い場合、金属間化合物導電線の抵抗は、接合点及び／若しくはトランジスタによってもたらされる抵抗と比較して、取る足りないものであり得る。このように、金属間化合物はより短い接続での使用に適し得る。実際の限界は、使用されている特定の処理、及び作られる特定の設計に少なくとも部分的に依存する。設計上で達成可能なフォトリソグラフィーの最小寸法は１ミクロンから０．１ミクロンへと縮小してきているが、垂直方向の寸法（即ち、膜厚）は必ずしも同じ比率では縮小しなかった。したがって、最小フォト寸法（フォトリソグラフィーの最小寸法：ｍｉｎｉｍｕｍ  ｐｈｏｔｏ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）における、達成できる導体の望ましい最大の長さと同等の最小フォト寸法の最大の数は、導体材料の比抵抗とともに用いられる導体の厚みによって変化し得る。従って、いかなる設計上の限界も、例えば、材料特性、最小フォト寸法、利用可能な他の配線レベル、及び特定の回路設計などを含む、多くの因子の関数である。
【００２５】
いくつかの実施形態において、金属間化合物導体材料を含む導電線は、最大で２５０の最小フォト寸法の長さを有し得る。別の実施形態において、金属間化合物導体材料を含む導電線は、最大で１００の最小フォト寸法の長さ有し得る。更に別の実施形態においては、金属間化合物導体材料を含む導電線は、最大で５０の最小フォト寸法の長さ有し得る。
【００２６】
金属間化合物材料は、特定の用途に対する製造及び性能の要求を満たす、任意の金属間化合物を含み得る。多くの実施形態において、金属間化合物は、アルミニウム、金、コバルト、銅、クロム、鉄、ニオブ、ハフニウム、パラジウム、プラチナ、タンタル、チタン、バナジウム、ジルコニウム、又は前述の二つ以上の任意の組合せの原子を含み得る。ハフニウム、パラジウム、プラチナ、タンタル、チタン、バナジウム、又はジルコニウムとの金属間化合物のアルミニウム合金は、複合化合物の系列として存在する。
【００２７】
或る実施形態において、金属間化合物は、例えば、Ａｌ２Ａｕ、Ａｌ２Ｃｕ、ＡｌＣｕ、ＦｅＡｌ３及びＡｌ３Ｎｂなどのアルミニウムの金属間化合物合金であり得る。ある特定の実施形態において、金属間化合物はＡｌ２Ｃｕであり得る。Ａｌ２Ｃｕはシリコンに対して低い〜ごく僅かな可溶性を有し、適度な導電率を持ち、５００℃を超える温度に対して安定であり、また、重量％で銅を約３１．９％から約３３％含む組成から形成され得る。更に、Ａｌ２Ｃｕとシリコンとの間での、又はアルミニウム中の銅の固溶体とシリコンとの間での銅の分配関数（ｐａｒｔｉｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）は、銅がシリコンへと拡散しない傾向にするようなものであり、そして、それ故に金属間化合物導体材料としてＡｌ２Ｃｕを使用することは接合に害をもたらしそうも無い。
【００２８】
別の実施形態において、本発明は、二つ以上の金属（例えば、第１の金属と第２の金属）からなる金属間化合物を含む金属間化合物導電線を形成する方法を提供する。通常、この方法は、ある表面を有する基板又は基板アセンブリを提供すること、この表面の少なくとも一部上に金属層を堆積すること、及び十分な温度で十分な時間この金属層を加熱して、堆積した金属を含む金属間化合物層を形成すること、を含む。
【００２９】
いくつかの実施形態において、この方法は、基板表面に開口部（例えば、トレンチなど）のパターンをエッチングすることを含み得る。別の実施形態においては、それ上に金属が堆積される表面は、基板アセンブリの表面を通して形成された凹所（例えば、ホール、接点開口部、又はビア）の表面であり得る。
【００３０】
図１Ａは、表面１４（例えば、トレンチ若しくは接点開口部を画定する表面、誘電体材料の表面など）を有する基板アセンブリ１２を示す。第１の金属が、表面１４上の第１の層１６に堆積され得る。図１Ｂは、第１の金属層１６の少なくとも一部上に第２の層１８として堆積された第２の金属を示す。金属間化合物が３つ以上の金属を含む場合は、図１Ｃに示されるように、１つ以上の随意的な層２０が堆積され得る。金属層が堆積された後、これらの層は、金属層にとっての十分な温度で十分な時間加熱され、図２に示される金属間化合物導体材料２０が形成される。
【００３１】
再び図１Ｃを参照して、任意の適切な数の随意的な金属層２０が堆積されてもよい。随意的に追加された層２０は、所望の金属間化合物導体材料を形成するために必要な１つ以上の更なる金属または複数の金属を提供し得る。その他の場合、随意的に追加された層２０は、例えば、特定の金属間化合物種の系列を形成するような金属原子の所望の化学両論的組成を提供するために、前の層に既に堆積されている金属の量の追加をもたらし得る。
【００３２】
図３は、所望の金属間化合物導体材料を形成するために必要な金属の混合物を含む単一の層２２が、基板アセンブリ１２の表面１４の少なくとも一部上に混合物として堆積される一実施形態を示す。
【００３３】
金属間化合物材料が代わる代わる層を堆積することによって形成される諸実施形態において、平衡化合物組成（ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）が例えば適度な時間‐温度の露出（例えば、４５０°未満で３時間未満など）で達成され得るように、それぞれの層の厚みは管理され得る。
【００３４】
金属が別々の層として形成されようと（例えば、その後熱処理される）、それとも混合物として形成されようと、金属は、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、電気メッキ、無電解メッキ、蒸発、及びスパッタリングを含むがこれに限られない任意の適切な技術によって堆積され得る。
【００３５】
ＡＬＤとＣＶＤは、例えば半導体基板などの基板上、若しくは半導体素子の誘電体層上へと、薄い連続した均質な金属含有層を形成するために、しばしば使用される２つの蒸着処理である。ＡＬＤは、形成されている材料の単一の原子層を堆積することを可能にする。ＡＬＤによる金属の堆積は、金属間化合物材料を形成するのに必要な露出時間‐温度を最小限にすることができる。
【００３６】
一般的には、いずれかの蒸着処理を用いて、金属間化合物材料の１つ以上の金属を含む前駆体組成物は、堆積室内で蒸発され、また、随意に１つ以上の反応ガスと組み合わされ、基板へ向けて方向付けられ及び／又は基板と接触されて、基板上に金属層を形成する。蒸着処理が、いろいろな関連した技術（例えば、プラズマ支援、フォト支援、レーザー支援、並びに他の技術など）を使用することによって改善され得ることは、当業者には容易に理解されるであろう。
【００３７】
一般的には、ＡＬＤは処理室（即ち、堆積室）内で実行される一連の堆積サイクルを含む。典型的には、各サイクルの間、金属原子は堆積表面（例えば、基板アセンブリ表面、又は前のＡＬＤサイクル由来の材料などの先に堆積された下にある表面）に化学吸着され、原子の単原子層を形成する。その後、必要に応じて、望ましい金属間化合物のための組成範囲が達成されるまで、堆積処理を繰り返すことで、金属原子の１つ以上のそれに続く層が堆積され得る。
【００３８】
本願明細書において用いられるＡＬＤは、「化学蒸気原子層堆積」、「原子層エピタキシー」（ＡＬＥ）（Ａｃｋｅｒｍａｎの米国特許第５，２５６，２４４号を参照）、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、ガスソースＭＢＥ、若しくは有機金属ＭＢＥ、並びに（複数の）前駆体組成物、反応ガス、及びパージガス（例えば、不活性搬送ガス）を交互にパルスする（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｐｕｌｓｅ）ことで行なわれる場合の化学ビームエピタキシーなどの関連用語によって示される処理を含むことも意図される。
【００３９】
典型的なＣＶＤ処理は、例えば、商品コード（ｔｒａｄｅ  ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ）７０００でＧｅｎｕｓ社（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）から入手可能な堆積室、商品コード５０００でＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社（Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ、ＣＡ）から入手可能な堆積室、又は商品コードＰｒｉｓｍでＮｏｖｅｌｕｓ社（Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ、ＣＡ）から入手可能な堆積室などの、化学蒸着反応器内で実行され得る。しかしながら、ＣＶＤを実行するのに適したものであればどんな堆積室も使用され得る。
【００４０】
Ａｌ２Ｃｕ材料を形成する一実施形態において、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）基板（例えば、所望の導電性冶金と同じ厚みの絶縁体）が、トレンチのパターンを形成するために、標準的なフォトリソグラフィー技術を用いてエッチングされる。ハードマスク（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）が、パターンを画定するためにこのフォトリソグラフィー技術において用いられ、フォトレジスト層を除去した後で適所に残される。
【００４１】
５０Åのアルミニウム層がＣＶＤによって堆積される。１００Åの銅層が無電解メッキを用いてアルミニウム層上に堆積される。２５３１Åのアルミニウム層がＣＶＤによって銅層上に堆積される。最後に、２２８９Åの銅層が先のアルミニウム層上に堆積される。
【００４２】
積層された基板は、約１時間３５０℃で加熱され、Ａｌ２Ｃｕが形成される。化学機械平坦化（ＣＭＰ）を使用し、停止層としてハードマスク（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）を用いて、エッチングされたトレンチの外側領域からＡｌ２Ｃｕが除去される。その後、Ｓｉ３Ｎ４は、酸化物が高い場所で露出されるように研摩により除去され、また、任意の低い場所に残される。
【００４３】
垂直方向の接続が作られる場合、デュアル・ダマシン処理が使用され得る。ウェハを貫通する接続が望まれた場合、その後、スルーホールがエッチングされ得、そして、絶縁体膜がそのホールを酸化することによって形成され得るか、若しくは絶縁体をホールの中に堆積し、その絶縁体を通してより小さなホールがエッチングされるかのいずれかが行われ得る。金属間化合物導体材料が熱処理によって形成され得るように、金属間化合物導体材料を形成する成分の代わる代わる層が堆積され得る。或いは、金属間化合物導体材料を形成する複数の成分は共堆積され得、その後、金属間化合物材料を形成するために熱処理され得る。
【００４４】
いくつかの実施形態において、本発明は、上述のある長さの連続した金属間化合物導体材料を含む少なくとも１つの導電線を含む集積回路を提供する。先に述べたように、導電線は集積回路の二つ以上の構成要素を接続し得る。
【００４５】
更に別の実施形態において、本発明は、複数の集積回路構成要素を含む半導体基板アセンブリと、本願明細書において記載のある長さの連続した金属間化合物導体材料を含む少なくとも１つの導電線と、を含む半導体素子を提供する。
【００４６】
本願明細書において引用された特許、特許文献、及び出版物の完全なる開示は、各々が個別に組み込まれるかのごとく、参照によってその全容が組み込まれる。本願明細書において記載される実施形態への様々な改変及び代替が、本開示の範囲を逸脱することなく、当業者にとって明らかとなるであろう。本開示は、本願明細書において説明された例示的な実施形態によって過度に限定されることを意図しておらず、そして、そのような実施形態は例示目的でのみ提示されており、本開示の範囲は本願明細書において説明される、以下に示される請求項によってのみ限定されることが意図されることを理解されたい。本願明細書で使用される用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、「含む（”ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”、若しくは”ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ”）」と同義であり、包括的な用語で、非限定的（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）であり、ここで述べられていない更なる要素若しくは方法ステップを排除するものでは無い。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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