[发明专利]布线结构体及半导体器件

说明书

本发明涉及布线结构体及半导体器件。本发明的课题在于提供不需要扩散阻挡层而导电性、及导体与绝缘体间的密合性优异的布线材料及使用其的半导体元件。本发明的布线结构体的特征在于具有由金属间化合物形成的导体、和绝缘体层。金属间化合物优选包含选自由Al、Fe、Co、Ni及Zn组成的组中的2种以上的金属元素。另外，金属间化合物优选为选自由Al及Co形成的金属间化合物、由Al及Fe形成的金属间化合物、由Al及Ni形成的金属间化合物、由Co及Fe形成的金属间化合物、以及由Ni及Zn形成的金属间化合物中的1种以上。

技术领域

本发明涉及具有用于将晶体管与外部电路连接的多层布线结构体的布线结构体及半导体器件。

背景技术

半导体器件具有用于将晶体管与外部电路连接的多层布线结构体。其中，多层布线结构体包括由铜形成的导体布线、绝缘体、和配置于它们的界面处的扩散阻挡层。为了防止铜向绝缘体中扩散而使用扩散阻挡层，其通常由TiN或TaN与Ti、Ta、Ru及Co中的任意形成的层叠体形成(非专利文献1)。

在此，制作多层布线结构体的情况下，首先形成绝缘体膜，接着利用光刻法从绝缘体膜的表面进行蚀刻而形成槽，在槽内部形成扩散阻挡层，最后嵌入铜而形成导体布线。

然而，近年来，为了实现半导体器件的高性能化，对构成半导体器件的要素部件进行了微细化。多层布线结构体也被微细化，从而导体布线的电阻增加。就目前所利用的由铜形成的导体布线而言，由于铜的自由电子的平均自由程为约40nm，因此若导体布线的线宽或线高被微细化至40nm以下，则电阻率急剧增加。

报道了为了避免线宽为40nm以下的导体布线中电阻率过度升高，选择平均自由程与体积电阻率之积小于铜的相应值的金属来代替铜。例如，非专利文献2中，作为这样的金属而提出了Rh、Ir、Ni、Mo、Co、Ru。然而，这样的金属具有在绝缘体表面聚集的倾向，且难以嵌入到在绝缘体上形成的布线用槽中。

目前的多层布线结构体所具有的另一个课题为扩散阻挡层占有了导体布线应占有的槽的一部分。因此，与没有扩散阻挡层的情况相比，布线的有效电阻率成为更高的值。为了避免因扩散阻挡层的存在而电阻率过度变高，认为可使用不需要扩散阻挡层的导体材料，目前还未利用这样的材料。

像这样，在半导体器件的多层布线结构体中，存在伴随着微细化的发展而铜布线的电阻率过度上升这样的课题。另外，存在下述课题：成膜时铜易于聚集从而难以嵌入到在绝缘体上形成的布线用槽中。此外，存在下述课题：由于扩散阻挡层占有布线槽的一部分而使得有效电阻率过度上升。

[现有技术文献]

[非专利文献]

[非专利文献1]：A.E.Kaloyeros and E.Eisenbraun，Annual Review ofMaterials Science，30，363-385(2000)。

[非专利文献2]：D.Gall，Journal of Applied Physics，119，085201(2016)。

发明内容

[发明要解决的课题]

本发明是鉴于以上这样的实际情况而作出的，其目的在于，提供不需要扩散阻挡层而导电性、及导体与绝缘体间的密合性优异的布线材料及使用该布线材料的半导体元件。

[用于解决课题的手段]

本申请的发明人发现通过使用金属间化合物作为导体，可得到不需要扩散阻挡层而导电性、及导体与绝缘体间的密合性优异的布线材料，从而完成了本发明。具体而言，本发明提供以下内容。

(1)布线结构体，其具有由金属间化合物形成的导体、和绝缘体层。