JP2810076B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置、特にラージ・スケール・イン
テグレイテツド(LSI)の集積回路装置に好適な配線膜
と該配線膜の形成方法に関する。The present invention relates to a wiring film suitable for a semiconductor device, particularly a large scale integrated (LSI) integrated circuit device, and a method for forming the wiring film.
集積回路装置の配線膜材料としては、アルミニウムに
少量の銅を添加したもの或はアルミニウムに少量のシリ
コン更には貴金属を添加したものなどが知られている。As a wiring film material for an integrated circuit device, a material obtained by adding a small amount of copper to aluminum or a material obtained by adding a small amount of silicon and a noble metal to aluminum is known.
アルミニウムに少量の銅を添加したものは、米国特許
第3725309号に記載されており、耐エレクトロマイグレ
ーシヨンすなわち電気移動に起因する配線膜の断線不良
防止効果はすぐれることが示されている。The addition of a small amount of copper to aluminum is described in U.S. Pat. No. 3,725,309, which shows that the electromigration resistance, that is, the effect of preventing disconnection failure of the wiring film due to electromigration is excellent.
また、アルミニウム,貴金属(Pt,Pd,Rh,Ir)及びシ
リコンを含む配線材料が特開昭60−26640号、配線膜がP
d,Ptの少なくとも一方を0.1〜2wt%含有し、金属単体又
は化合物の形で析出した合金である半導体装置が特開昭
61−144847号に開示されている。A wiring material containing aluminum, a noble metal (Pt, Pd, Rh, Ir) and silicon is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-26640, and a wiring film is made of P.
A semiconductor device containing 0.1 to 2 wt% of at least one of d and Pt and being an alloy precipitated in the form of a simple metal or a compound is disclosed in
No. 61-144847.
これらの配線膜材料は、半導体基板上に蒸着或はスパ
ツタリングなどの方法により堆積されたのち、主にウエ
ツトエツテングによつて所定のパターンに形成される。These wiring film materials are deposited on a semiconductor substrate by a method such as vapor deposition or sputtering, and then formed into a predetermined pattern mainly by wet etching.
特開昭60−26640号及び特開昭61−144847号に記載の
ものについても、耐エレクトロマイグレーシヨン、耐ス
トレスマイグレーシヨンを改善する必要がある。Also for those described in JP-A-60-26640 and JP-A-61-144847, it is necessary to improve the resistance to electromigration and the resistance to stress migration.
特開昭61−144847号公報には、ドライエツチングに関
する記載はあるものの、その問題点については全く開示
されていない。JP-A-61-144847 discloses a dry etching, but does not disclose any problems.
半導体装置の配線はSiを数%添加したAlが一般に用い
られる。この装置を高電流と高温状態の下で作動させる
と、Al配線膜はそれを流れる電流により構成原子が移動
し、配線膜を或る区間では盛上らせてヒロツクが形成さ
れ、他の区間ではボイドが形成される。このヒロツクが
成長すると配線間短絡の原因となり、ボイドが成長する
とその区間で配線膜の抵抗が増大し、抵抗加熱による発
熱で配線膜が溶融し、その半導体装置の故障を引起こ
す。The wiring of a semiconductor device is generally made of Al to which several percent of Si is added. When this device is operated under high current and high temperature conditions, the constituent atoms of the Al wiring film move due to the current flowing therethrough, and the wiring film is raised in a certain section to form a hillock, and the other section is formed. Then, a void is formed. When this hillock grows, it causes a short circuit between wirings. When a void grows, the resistance of the wiring film increases in that section, and the wiring film melts due to heat generated by resistance heating, causing a failure of the semiconductor device.
上記米国特許第3725309号によれば、このエレクトロ
マイグレーシヨンの問題を回避するためにAlに0.1〜54
重量%のCuを添加する。そのためCuAl2粒子の析出構造
を形成し、これがAl基地の粒界及び粒界三重点に介在
し、Al原子の原子移動を妨げエレクトロマイグレーシヨ
ンに対する半導体装置の寿命を延ばすことができる。と
ころがCuAl2は偏析する可能性が高く、CuAl2が析出して
いない場所でエレクトロマイグレーシヨンによる早期の
故障が発生するという欠点がある。According to the above-mentioned U.S. Pat.No. 3,725,309, in order to avoid this electromigration problem, 0.1 to 54
The weight percent of Cu is added. Therefore, a precipitation structure of CuAl 2 particles is formed, which intervenes at the grain boundary and the triple point of the grain boundary of the Al matrix, hinders the movement of Al atoms, and extends the life of the semiconductor device with respect to electromigration. However, CuAl 2 has a high possibility of segregation, and has a disadvantage that an early failure due to electromigration occurs in a place where CuAl 2 is not precipitated.
またAl−Cu合金は配線パターンに加工する際のドライ
エツチングが難しく、使用されるCl元素及び残留Cl-イ
オンによつて著しく腐食されるため、1μm以下の精度
の加工が極めて困難であるという欠点がある。また、半
導体素子を使用する時の耐湿信頼性も同時に問題となる
可能性がある。Drawback to be remarkably corrosion Te cowpea to ions, machining accuracy below 1μm is very difficult - The Al-Cu alloy is difficult to dry Etsu quenching when processed into wiring patterns, Cl elemental and residual Cl is used There is. In addition, the reliability of moisture resistance when using a semiconductor element may be a problem at the same time.
Al配線膜上に表面保護のためパツシベーシヨン膜を形
成するが、そのためAl配線膜に引張応力がかかり、断線
してしまう、いわゆるストレスマイグレーシヨンによる
不良も問題になつている。特にAl−Cu配線の場合、パタ
ーン精度に問題があるため、ネツキングを起こしている
部分から断線しやすいという欠点がある。A passivation film is formed on the Al wiring film to protect the surface. For this reason, a tensile stress is applied to the Al wiring film to cause disconnection, which is a problem caused by so-called stress migration. In particular, in the case of Al-Cu wiring, there is a problem in pattern accuracy, and therefore, there is a disadvantage that disconnection is easily caused from a portion where netting is caused.
また、AlにCuを添加することによつてAl配線膜の耐エ
レクトロマイグレーシヨン性を改善する特開昭60−2664
0号及び特開昭61−144847号のような前記従来技術で
は、Cuの偏析について配慮がなされておらず、ロツト間
の寿命がばらつくという問題があつた。またAl−Cu合金
は耐食性が悪いため、ドライエツチングあるいはウエツ
トエツチングによる微細加工性に劣る問題及びパツシベ
ーシヨン膜から受けるストレスによつてエツチング時に
できた欠陥部分から断線してしまう、いわゆるストレス
マイグレーシヨンの問題があつた。Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-2664 discloses a method of improving the electromigration resistance of an Al wiring film by adding Cu to Al.
In the above prior arts such as Japanese Patent No. 0 and JP-A-61-144847, no consideration is given to the segregation of Cu, and there is a problem that the life between lots varies. Also, since the Al-Cu alloy has poor corrosion resistance, there is a problem of inferior fine workability due to dry etching or wet etching, and a defect caused during etching due to stress received from the passivation film. There was a problem.
さらに上記従来技術は、配線膜材料をドライエツチン
グによつて所定のパターンに配線すること及びその場合
の問題点については配慮されていない。Further, the above-mentioned prior art does not take into account the wiring of the wiring film material in a predetermined pattern by dry etching and the problem in that case.
本発明者らは、アルミニウム配線膜或はアルミニウム
に少量の貴金属,シリコン,銅などを添加したアルミニ
ウム基合金配線膜をドライエツチングすると、斜め方向
から配線膜の側壁がエツチング(以下、サイドエツチン
グという)され、配線膜の上部と下部とで配線膜の線幅
に寸法誤差が生ずることをつきとめた。ウエツトエツチ
ングではこのようなサイドエツチングの問題は生じない
が、エツチングによつて加工しうる線幅はせいぜい数μ
mまでであり、1μm以下の微細配線には適さない。The inventors of the present invention dry-etch an aluminum wiring film or an aluminum-based alloy wiring film in which a small amount of noble metal, silicon, copper, or the like is added to aluminum, and the side walls of the wiring film are etched obliquely (hereinafter, referred to as side etching). It has been found that a dimensional error occurs in the line width of the wiring film between the upper part and the lower part of the wiring film. Although the problem of side etching does not occur in wet etching, the line width that can be processed by etching is at most several μm.
m, which is not suitable for fine wiring of 1 μm or less.
最近では、LSIの一層の高集積化を図るうえから、配
線膜の線幅を狭くしようとする傾向があり、線幅を1.3
μm以下にできるエツチング方法の重要性が増してい
る。Recently, in order to further increase the integration of LSIs, there is a tendency to reduce the line width of the wiring film.
The importance of an etching method that can be reduced to μm or less is increasing.
本発明の目的は、半導体基板上に配線膜を具備する半
導体装置において、配線膜のドライエツチング時にサイ
ドエツチングが生ずるのを防止できる半導体装置の製造
方法を提供するにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a wiring film on a semiconductor substrate and capable of preventing side etching from occurring during dry etching of the wiring film.
本発明の他の目的は、サイドエツチングが防止又は著
しく抑制された配線膜を半導体基板上に具備する半導体
装置を提供するにある。Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having a wiring film on a semiconductor substrate, in which side etching is prevented or significantly suppressed.
本発明の更に他の目的は、配線膜のサイドエツチング
が防止又は著しく抑制され、これによつて微細配線が達
成された半導体装置を提供するにある。Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device in which side etching of a wiring film is prevented or significantly suppressed, thereby achieving fine wiring.
本発明の更に他の目的は、Al配線膜の微細加工性を改
善し、耐エレクトロマイグレーシヨン及びストレスマイ
グレーシヨン性に優れた半導体装置及びその製造方法を
提供することである。Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device which improves the fine workability of an Al wiring film, is excellent in electromigration resistance and stress migration, and a method of manufacturing the same.
本発明は、半導体基板上にアルミニウム基合金よりな
る配線膜を有する半導体装置において、該配線膜の側壁
に配線膜材料中に含まれる成分を含む物質の層を生成さ
せたことにある。この層は、半導体基板上に配線膜材料
を堆積し熱処理したのちドライエツチングすることによ
り生成させることができる。The present invention resides in that, in a semiconductor device having a wiring film made of an aluminum-based alloy on a semiconductor substrate, a layer of a substance containing a component contained in a wiring film material is formed on a side wall of the wiring film. This layer can be formed by depositing a wiring film material on a semiconductor substrate, performing a heat treatment, and then performing dry etching.
本発明においては、まずAl配線の微細加工の寸法精度
を確保するため、耐食性を高める合金元素としてパラジ
ウムあるいはプラチナまたはパラジウムとシリコンをAl
配線膜中に均一に分散させる。これにより微細加工を容
易に行う事ができるようになる。パラジウムあるいはプ
ラチナまたはパラジウムとシリコンを5%以下添加する
事により、耐エレクトロマイグレーシヨン性も改善でき
る。好ましくは、さらに耐ストレスマイグレーシヨン性
を改善するため、パラジウムあるいはプラチナの外にリ
チウム,ベリリウム,マグネシウム,マンガン,鉄,コ
バルト,ニツケル,銅,ランタン,クロム,ジルコニウ
ム,カドミウム,チタン,タングステン,バナジウム,
タンタル,ニオブおよびセリウムの少なくとも1種を5
%以下添加する。In the present invention, first, palladium or platinum or palladium and silicon are used as alloy elements for improving corrosion resistance in order to secure dimensional accuracy of fine processing of Al wiring.
Disperse uniformly in the wiring film. Thereby, fine processing can be easily performed. Addition of 5% or less of palladium, platinum, or palladium and silicon can also improve the electromigration resistance. Preferably, in addition to palladium or platinum, lithium, beryllium, magnesium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, lanthanum, chromium, zirconium, cadmium, titanium, tungsten, vanadium, in order to further improve the resistance to stress migration.
At least one of tantalum, niobium and cerium
% Or less.
さらに、半導体基板上に上記組成のAl合金の配線膜材
料の薄膜を公知の気相成長蒸着(CVD),電子ビーム蒸
着,スパツタリング法により堆積したのち所定の熱処理
を施すことにより、その後の配線パターンを形成するた
めのドライエツチング工程において配線膜材料に含まれ
る成分を含む物質の層が配線膜の側壁に再び堆積され
て、配線膜のサイドエツチングが阻止もしくは抑制され
る。ここで、配線膜材料が0.5〜1μmの厚さに堆積さ
れることが望ましい。この保護層は主にPdまたはPtの酸
化物と、ドライエツチングに用いる雰囲気ガスまたはレ
ジスト中に含まれる炭素を含む物質の層であり、その厚
さは100nm以下であることが望ましい。つまり、保護層
中に含まれる炭素はドライエツチングに用いる雰囲気ガ
スまたはレジスト中に含有されているものである。Further, a thin film of an Al alloy wiring film material having the above composition is deposited on the semiconductor substrate by a known vapor deposition (CVD), electron beam evaporation, or sputtering method, and then subjected to a predetermined heat treatment to obtain a subsequent wiring pattern. In the dry etching step for forming the layer, a layer of a substance containing a component contained in the wiring film material is deposited again on the side wall of the wiring film, so that side etching of the wiring film is prevented or suppressed. Here, it is desirable that the wiring film material is deposited to a thickness of 0.5 to 1 μm. This protective layer is mainly a layer of Pd or Pt oxide and a substance containing carbon contained in an atmosphere gas or resist used for dry etching, and its thickness is desirably 100 nm or less. That is, the carbon contained in the protective layer is contained in the atmosphere gas used for dry etching or in the resist.
更に、この層はPdとPtの酸化物と炭素を含む物質の層
であつてもよい。Further, this layer may be a layer of a substance containing oxides of Pd and Pt and carbon.
配線層の側壁にサイドエツチングを阻止する保護層が
形成されること自体には、アルミニウム基合金中の特定
の添加元素の含有量の多少は余り重要でない。重要なの
は、その特定の添加元素がアルミニウム基合金に含ま
れ、その添加元素がドライエツチング工程において、エ
ツチング雰囲気中の酸素または他のガスと反応してアル
ミニウム基合金とは異なる物質の層を生成することであ
る。後述の第1表に示すように、アルミニウム基合金に
含まれる添加元素の量は実際には小量で充分であつた。The formation of the protective layer for preventing side etching on the side wall of the wiring layer is not so important in the content of the specific additive element in the aluminum-based alloy. Importantly, the specific additive element is included in the aluminum-based alloy, and the additive element reacts with oxygen or other gas in the etching atmosphere in the dry etching process to form a layer of a material different from the aluminum-based alloy That is. As shown in Table 1 below, the amount of the additive element contained in the aluminum-based alloy was actually small enough.
ここで、ドライエツチングに使用するガスには、CC
l4,BCl3及びCl2等の塩素ガスの少なくとも1つ又はCH
F3,CF4等の炭素を含むフロンガスが用いられる。Here, the gas used for dry etching is CC
l 4 , at least one of chlorine gas such as BCl 3 and Cl 2 or CH
Freon gas containing carbon such as F 3 and CF 4 is used.
本発明の半導体製造方法によれば、前述の如き組成の
アルミニウム基合金よりなる配線膜材料を半導体基板上
に体積したのち所定の熱処理を行い、その後ドライエツ
チングして所定の配線パターンを形成するとともに、そ
のドライエツチング工程中に配線膜の側壁に配線膜材料
中の成分のPdまたはPtの酸化物と炭素とを含む保護層を
形成して、ドライエツチング中の配線膜のサイドエツチ
ングを阻止または抑制する。According to the semiconductor manufacturing method of the present invention, a predetermined heat treatment is performed after a wiring film material made of an aluminum-based alloy having the above-described composition is deposited on a semiconductor substrate, followed by dry etching to form a predetermined wiring pattern. Forming a protective layer containing Pd or Pt oxide of the component in the wiring film material and carbon on the side wall of the wiring film during the dry etching step, thereby preventing or suppressing the side etching of the wiring film during the dry etching. I do.
保護層中の炭素量は、ほぼ0.01at%以上である。 The carbon content in the protective layer is approximately 0.01 at% or more.
更には、アルミニウム合金に含まれたパラジウムとプ
ラチナのうち少なくとも1つの酸化物とドライエツチン
グガスに含まれる物質とを有する保護層が形成される。Further, a protective layer having at least one oxide of palladium and platinum contained in the aluminum alloy and a substance contained in the dry etching gas is formed.
半導体基板上に堆積した配線膜材料の熱処理方法とし
ては、アニールが最も好適である。アニールの方法とし
ては、200〜500℃の温度に加熱してから室温まで急冷
し、再び350℃以下好ましくは150゜〜350℃の温度に加
熱する二段回の熱処理を行うことが望ましい。後段の35
0℃以下に加熱する熱処理を更に複数回に分けてもよ
い。Annealing is the most suitable heat treatment method for a wiring film material deposited on a semiconductor substrate. As a method of annealing, it is desirable to perform a two-stage heat treatment in which the material is heated to a temperature of 200 to 500 ° C., rapidly cooled to room temperature, and heated to 350 ° C. or less, preferably 150 ° to 350 ° C. again. Latter stage 35
The heat treatment of heating to 0 ° C. or lower may be further divided into a plurality of times.
熱処理の加熱保持時間は、前段の200〜500℃の温度で
は3〜180分間、後段の350℃以下の温度では10〜600分
間とすることが望ましい。後段の熱処理を更に複数回に
分けて行うときにも、その合計の時間は10〜600分の範
囲とすることが望ましい。The heat retention time of the heat treatment is desirably 3 to 180 minutes at a temperature of 200 to 500 ° C in the former stage, and 10 to 600 minutes at a temperature of 350 ° C or lower in the latter stage. Even when the heat treatment in the subsequent stage is further divided into a plurality of times, the total time is desirably in the range of 10 to 600 minutes.
半導体基板上に堆積した配線膜材料をアニールしたの
ちドライエツチングすることによつて配線膜の側壁に生
成した層は、半導体装置の使用中に配線膜中のアルミニ
ウムが成長して配線膜の外部へヒロツクが突き出るのを
阻止し、短絡を防止する作用を有する。又、モールドに
用いるレジンに対する耐食性もあり、配線膜を被うパツ
シベーシヨン膜が破れレジン中の成分が配線膜に達した
ときの腐食保護層として働く。The layer formed on the side wall of the wiring film by annealing the wiring film material deposited on the semiconductor substrate and then dry-etching, the aluminum in the wiring film grows during the use of the semiconductor device, and the layer grows to the outside of the wiring film. It has the effect of preventing the hillock from protruding and preventing short circuits. It also has corrosion resistance to the resin used in the mold, and functions as a corrosion protection layer when the passivation film covering the wiring film is broken and components in the resin reach the wiring film.
アルミニウム基合金中の添加元素としてパラジウムま
たはプラチナ或はパラジウムとシリコンを含有したとき
には、ドライエツチング時に配線膜の側壁にパラジウム
またはプラチナの酸化物と炭素とを含む層ができるこ
と、この層の厚さは100nm以下であることを確認した。When palladium or platinum or palladium and silicon are contained as additional elements in the aluminum-based alloy, a layer containing palladium or platinum oxide and carbon can be formed on the side wall of the wiring film during dry etching, and the thickness of this layer is It was confirmed that it was 100 nm or less.
更にこのパラジウムまたはプラチナ含有アルミニウム
合金は、熱処理せずに直ちにドライエツチングすると、
エツチング面にPdOまたはPtOのほかにパラジウムまたは
プラチナとアルミニウムの化合物が生成して、この化合
物がエツチングガス中の塩素(Cl)ガスにより腐食され
てサイドエツチングを生ずることを確認した。Furthermore, if this palladium or platinum-containing aluminum alloy is dry-etched immediately without heat treatment,
It was confirmed that, in addition to PdO or PtO, a compound of palladium or platinum and aluminum was formed on the etching surface, and that this compound was corroded by chlorine (Cl) gas in the etching gas to cause side etching.
パラジウムまたはプラチナ含有アルミニウム合金膜を
アニールし、パラジウムまたはプラチナとアルミニウム
の化合物を析出させたのちドライエツチングすることに
より、ドライエツチング時にエツチング面にパラジウム
またはプラチナとアルミニウムの化合物が析出するのを
阻止し、サイドエツチングを抑制することができる。こ
のためアニール方法として前述した二段の熱処理法が好
適である。Annealing the palladium or platinum-containing aluminum alloy film, precipitating the compound of palladium or platinum and aluminum, and then performing dry etching, prevents precipitation of the palladium or platinum and aluminum compound on the etching surface during dry etching, Side etching can be suppressed. For this reason, the above-described two-stage heat treatment method is preferable as the annealing method.
パラジウムまたはプラチナを含むアルミニウム合金と
しては、パラジウムまたはプラチナ5重量%と残部アル
ミニウムよりなる合金、或はパラジウム0.01〜3重量%
とシリコン0.1〜3重量%及び残部アルミニウムよりな
る合金を用いることが望ましい。As the aluminum alloy containing palladium or platinum, an alloy composed of 5% by weight of palladium or platinum and the balance aluminum, or 0.01 to 3% by weight of palladium
It is desirable to use an alloy consisting of 0.1% to 3% by weight of silicon and the balance of aluminum.
半導体基板上への配線膜材料の堆積方法としては、前
述の如く蒸着法たとえばケミカル ベーパデポジシヨン
(CVD)と呼ばれる化学蒸着法や電子ビーム蒸着法、或
はスパツタ法などにより行うことが望ましい。特にスパ
ツタ法は、パラジウムまたはプラチナをアルミニウム合
金中に強制的に固溶させるので、その後の熱処理でアル
ミニウムとパラジウムまたはプラチナの化合物を析出さ
せやすくできるという効果がある。As a method for depositing the wiring film material on the semiconductor substrate, it is desirable to carry out the deposition method as described above, for example, a chemical vapor deposition method called chemical vapor deposition (CVD), an electron beam vapor deposition method, or a sputter method. In particular, the spatter method forcibly dissolves palladium or platinum in an aluminum alloy, and thus has an effect that a subsequent heat treatment can easily precipitate a compound of aluminum and palladium or platinum.
本発明の半導体装置は、配線膜を具備する半導体基板
を好ましくは銅又は鉄−ニツケル合金からなるリードフ
レームに搭載し、リードフレームと配線膜との間を、好
ましくは実質的に銅又はアルミニウムからなる金属ワイ
ヤにより電気的に接続した構造或はそれらの周囲をレジ
ンで封止した構造として使用することが可能である。In the semiconductor device of the present invention, a semiconductor substrate having a wiring film is mounted on a lead frame preferably made of copper or an iron-nickel alloy, and the space between the lead frame and the wiring film is preferably substantially made of copper or aluminum. It can be used as a structure electrically connected by metal wires or a structure in which the periphery thereof is sealed with a resin.
半導体基板にシリコンを用いることもでき、この場合
基板と配線膜との界面に基板のシリコンと配線膜中のパ
ラジウムとが結合してできた金属間化合物が析出してい
る。Silicon can be used for the semiconductor substrate, and in this case, an intermetallic compound formed by bonding silicon of the substrate and palladium in the wiring film is precipitated at the interface between the substrate and the wiring film.
又、集積回路装置(IC),ハイブリツドIC,大規模集
積回路装置(LSI)等として使用することができる。Further, it can be used as an integrated circuit device (IC), a hybrid IC, a large-scale integrated circuit device (LSI), and the like.
本発明によれば、ドライエツチングによる配線膜のサ
イドエツチングを防止することができる。これにより配
線膜の線幅を細くすることが可能になり、IC,LSIの高集
積化を図ることができる。According to the present invention, side etching of a wiring film due to dry etching can be prevented. As a result, the line width of the wiring film can be reduced, and high integration of ICs and LSIs can be achieved.
配線膜の側壁は直角又はほぼ直角にカツトされるので
線幅1.3μm以下、線幅/線間隔の比1以下とすること
が可能であり、配線膜の高さ方向全域に亘つて線幅をほ
ぼ等しくすることができ、高集積化を図ることができ
る。尚、配線膜の高さ方向における線幅の寸法誤差は0.
1μm以下であることが望ましい。更にパラジウムまた
はプラチナ含有アルミニウム合金配線とすることにより
耐マイグレーシヨン性及び半導体基板と配線膜とのコン
タクト性も同時に改善することができる。Since the side wall of the wiring film is cut at a right angle or almost at a right angle, the line width can be 1.3 μm or less, and the ratio of line width / line spacing can be 1 or less, and the line width can be reduced over the entire height of the wiring film. Almost the same can be achieved, and high integration can be achieved. The dimensional error of the line width in the height direction of the wiring film is 0.
It is desirable that the thickness be 1 μm or less. Further, by using a palladium or platinum-containing aluminum alloy wiring, migration resistance and contact property between the semiconductor substrate and the wiring film can be simultaneously improved.
本発明の半導体装置は、大型コンピユータ,パソコ
ン,ワープロなどへの応用が可能である。勿論これらに
限定されるわけではない。The semiconductor device of the present invention can be applied to a large computer, a personal computer, a word processor, and the like. Of course, it is not limited to these.
以下、パラジウム含有アルミニウム合金配線を例にと
つて、配線膜の微細加工性,耐エレクトロマイグレーシ
ヨン性及び半導体基板とのコンタクト性が改善できる理
由について説明する。Hereinafter, the reason why the fine workability, the electromigration resistance, and the contact property with the semiconductor substrate of the wiring film can be improved will be described using an example of a palladium-containing aluminum alloy wiring.
1)微細加工性 アルミニウム(Al)配線膜中にパラジウムをAlに対す
る固溶限以上の量具体的には0.01重量%以上含有させる
と、配線膜表面に生成するアルミナ皮膜中にパラジウム
酸化物が薄く均一な層として生成する。このパラジウム
酸化物はドライエツチングに用いるClガスに対して非常
に耐食性があり、ドライエツチング時にエツチング面以
外の部分が腐食されAlCl3となつて昇華するのを阻止す
る。1) Fine workability When palladium is contained in the aluminum (Al) wiring film in an amount equal to or more than the solid solubility limit for Al, specifically, 0.01% by weight or more, the palladium oxide becomes thin in the alumina film formed on the wiring film surface. Produces as a uniform layer. This palladium oxide has a very high corrosion resistance to Cl gas used for dry etching, and prevents parts other than the etching surface from being corroded during dry etching to become AlCl 3 and sublimate.
ドライエツチングは、Clを含むエツチングガスが配線
膜表面のアルミナ皮膜を破壊し、活性なAlと結合してAl
Cl3となり昇華することによつて進む。Al配線中にパラ
ジウムを含有することにより、アルミナ皮膜中にパラジ
ウム酸化物層が生成し、まずエツチングしない部分をエ
ツチングガスから保護する。In dry etching, the etching gas containing Cl destroys the alumina film on the wiring film surface and combines with active Al to form Al.
Proceed by sublimation as Cl 3 . By containing palladium in the Al wiring, a palladium oxide layer is formed in the alumina film, and first, a portion which is not etched is protected from an etching gas.
配線膜中にアルミニウムとパラジウムの化合物を析出
させる熱処理を施すと、アルミニウム合金の主に結晶粒
界に化合物が析出し、結晶粒内に化合物とならなかつた
パラジウムが微細に分散する。When heat treatment for precipitating a compound of aluminum and palladium in the wiring film is performed, the compound precipitates mainly at the crystal grain boundaries of the aluminum alloy, and the palladium that has not become a compound is finely dispersed in the crystal grains.
ドライエツチング時にこのパラジウムが雰囲気中の酸
素と結びついてパラジウム酸化物を生成し、このパラジ
ウム酸化物がエツチング面の側壁に薄く層状に生成して
サイドエツチングを阻止する。At the time of dry etching, the palladium combines with oxygen in the atmosphere to form a palladium oxide, and the palladium oxide is formed in a thin layer on the side wall of the etching surface to prevent side etching.
このようにサイドエツチングを阻止することができる
ので、ドライエツチングの利点である微細配線を実現す
ることができる。本発明によれば、ウエツトエツチング
では殆ど不可能に近い線幅1.3μm以下の微細配線、具
体的には0.5〜1.3μmという微細配線を達成することが
できる。又、配線膜の側壁は直角又はほぼ直角にカツト
されるので、線幅/熱間隔の比を1以上とすることが可
能になる。As described above, since side etching can be prevented, fine wiring, which is an advantage of dry etching, can be realized. According to the present invention, it is possible to achieve a fine wiring having a line width of 1.3 μm or less, which is almost impossible by wet etching, specifically, a fine wiring of 0.5 to 1.3 μm. Further, since the side wall of the wiring film is cut at a right angle or almost at a right angle, the ratio of line width / heat interval can be made 1 or more.
パラジウム含有アルミニウム合金配線膜を用いたとき
の配線膜の高さ方向の全域にわたつて線幅が略同一でそ
の寸法誤差は、片面で0.05μm、全域で0.1μm以下で
あつた。When the palladium-containing aluminum alloy wiring film was used, the line width was substantially the same over the entire area in the height direction of the wiring film, and the dimensional error was 0.05 μm on one side and 0.1 μm or less on the entire area.
Clガスによる腐食に対する保護効果は、パラジウムが
白金,金,イリジウム,銀等の貴金属或はクロム,ハフ
ニウム,ニツケル,コバルト,タンタル,ニオブ等の遷
移金属にくらべて最もすぐれている。Palladium has the best protection against corrosion by Cl gas compared to noble metals such as platinum, gold, iridium and silver or transition metals such as chromium, hafnium, nickel, cobalt, tantalum and niobium.
2)耐エレクトロマイグレーシヨン性 エレクトロマイグレーシヨンは、Al配線を流れる電流
によつてAl配線膜の結晶粒界をAl原子が移動し、特に粒
界三重点にボイドができ、それが広がつて配線が断線に
至るものである。Al配線の結晶粒界、特に粒界三重点を
強化することによつて耐エレクトロマイグレーシヨン性
を高める事ができる。Alにパラジウムを0.01〜3重量%
添加し熱処理することによつて微細なアルミニウム,パ
ラジウム化合物を主とする析出物をAlの結晶粒界に析出
させることができる。特に熱処理方法として200〜500
℃,3〜180分間のアニール後急冷し、次いで350℃以下、
10〜600分間の再加熱処理を施すことにより、粒界三重
点に集中的に析出物を形成でき、耐エレクトロマイグレ
ーシヨン性を高めることができる。2) Electromigration resistance In electromigration, Al atoms move through the crystal grain boundaries of the Al wiring film due to the current flowing through the Al wiring, and voids are formed especially at the triple point of the grain boundaries. Is what leads to disconnection. The electromigration resistance can be improved by strengthening the crystal grain boundary of the Al wiring, particularly the grain boundary triple point. 0.01-3% by weight of palladium in Al
By adding and heat-treating, fine precipitates mainly composed of aluminum and palladium compounds can be precipitated at the grain boundaries of Al. Especially 200 ~ 500 as heat treatment method
℃, quenched after annealing for 3 to 180 minutes, then 350 ℃ or less,
By performing the reheating treatment for 10 to 600 minutes, a precipitate can be formed intensively at the triple point of the grain boundary, and the electromigration resistance can be improved.
粒界三重点にAlとパラジウムとの化合物を析出させる
ためには、パラジウムをアルミニウムに対する固溶限以
上含有することが好ましい。In order to precipitate a compound of Al and palladium at the triple point of the grain boundary, it is preferable that palladium be contained at a solid solubility limit to aluminum or higher.
本発明者らは、前述の条件の二段の熱処理を施すこと
により、アルミニウムとパラジウムの化合物Al3Pdを粒
界三重点の30%以上の領域に析出させることに成功し
た。析出物の粒径は0.3μm以下である。The present inventors succeeded in precipitating the compound Al 3 Pd of aluminum and palladium in a region of 30% or more of the grain boundary triple point by performing the two-stage heat treatment under the above-described conditions. The particle size of the precipitate is 0.3 μm or less.
3)半導体基板と配線膜とのコンタクト性 シリコン基板上にパラジウムを含有するアルミニウム
合金配線膜を蒸着或はスパツタにより堆積したものは、
シリコン基板と配線膜とのコンタクトホール部分で、シ
リコン基板からシリコンが配線膜中に拡散し、アロイピ
ツトの問題が生じる。アロイピツトが生じるとSiの拡散
層が突抜け、Al配線と拡散層の下のSiとがシヨートし
て、半導体素子として機能しなくなる。3) Contact property between semiconductor substrate and wiring film A palladium-containing aluminum alloy wiring film deposited on a silicon substrate by vapor deposition or sputtering is
At the contact hole portion between the silicon substrate and the wiring film, silicon diffuses from the silicon substrate into the wiring film, causing a problem of alloy pits. When the alloy pits are generated, the Si diffusion layer penetrates, and the Al wiring and the Si under the diffusion layer are short-circuited and do not function as a semiconductor element.
Al配線中へのシリコン(Si)の溶け出しによるアロイ
ピツトを防止し、また、Al中からのシリコン析出を抑制
するためには、SiとAlとの界面にシリサイドを形成する
必要がある。しかし、Al中に添加した元素がシリサイド
を作ることは未だ知られていない。遷移金属及び貴金属
を添加したAl合金膜を作製し、450℃でアニールした結
果、Siとの界面にシリサイドが形成されたのはAl−Pd系
のみであつた。In order to prevent alloy pits due to dissolution of silicon (Si) into the Al wiring and to suppress silicon precipitation from the Al, it is necessary to form silicide at the interface between Si and Al. However, it is not yet known that an element added to Al forms silicide. An Al alloy film to which a transition metal and a noble metal were added was prepared and annealed at 450 ° C., and as a result, only the Al—Pd system formed silicide at the interface with Si.
なお、シリコン基板中のシリコンがAl合金配線中に溶
け出すのを防止するために、配線膜中にシリコンを含有
させておくことが望ましい。このシリコン量は0.1重量
%以上で特に有効である。ただし上限は配線膜の断線防
止の観点から3重量%までにとどめることが望ましい。In order to prevent the silicon in the silicon substrate from dissolving into the Al alloy wiring, it is desirable that the wiring film contains silicon. This amount of silicon is particularly effective when it is 0.1% by weight or more. However, the upper limit is preferably limited to 3% by weight from the viewpoint of preventing disconnection of the wiring film.
本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
第1図は、本発明による半導体装置の配線膜部分の拡
大図である。図において、半導体基板1の上にはパラジ
ウムを含むアルミニウム合金よりなる配線膜2が形成さ
れており、ドライエツチングされた配線膜の側壁には炭
素含有パラジウム酸化物の層3が生成している。この層
3により配線膜パターンを形成するときのドライエツチ
ング工程における配線膜の側壁のサイドエツチングが阻
止される。第2図は配線膜がサイドエツチングされた状
態を模式的に示したものである。配線膜を本発明による
熱処理をせずにドライエツチングした場合には、このよ
うなサイドエツチングが生じる。FIG. 1 is an enlarged view of a wiring film portion of a semiconductor device according to the present invention. In FIG. 1, a wiring film 2 made of an aluminum alloy containing palladium is formed on a semiconductor substrate 1, and a layer 3 of carbon-containing palladium oxide is formed on the side wall of the wiring film that has been dry-etched. The layer 3 prevents side etching of the side wall of the wiring film in the dry etching step when forming the wiring film pattern. FIG. 2 schematically shows a state in which the wiring film is side-etched. When the wiring film is dry-etched without performing the heat treatment according to the present invention, such side etching occurs.
第3図は本発明の実施例による半導体装置、例えば4M
DRAM,1MSRAM等の一部の構造を示した断面図である。第
3図において、1はたとえばシリコン基板よりなる半導
体基板、5は絶縁膜、4はコンタクトホールを形成した
絶縁物であり、例えば厚さ0.1〜0.5μmのSiO2膜或はPS
G膜よりなる。2は純Al又はSi入りAlにPdを0.01〜3重
量%添加したAl合金配線膜である。配線膜の厚さは、LS
Iでは一般に0.5〜1μmである。Al合金配線膜2はコン
タクトホールで半導体基板1と接触している。Al合金配
線膜2の露出面は図示しないパツシベーシヨン膜例えば
厚さ0.5〜2.0μmのSiO2あるいはPSG,PIQ膜で保護され
ている。Al合金配線膜2はボンデイングパツドで金属ワ
イヤ6たとえば銅ワイヤ,アルミニウムワイヤ,金ワイ
ヤなどとボールボンデイングによつて接続されている。
ボールの形成はワイヤ端部をたとえば非酸化性雰囲気中
で溶融し、表面張力を利用してボールとすることによつ
て形成する。半導体基板1上に配線膜材料を形成したな
らば、熱処理を施して配線膜中にアルミニウムとパラジ
ウムの化合物を析出させる。その後、ドライエツチング
を行い、所定のパターンに配線する。ドライエツチング
の際には、エツチングしない部分をマスクで覆う、マス
クとしては、たとえばレジストマスクを用いることが望
ましい。FIG. 3 shows a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, for example, 4M.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a partial structure of a DRAM, a 1MSRAM, and the like. In Figure 3, 1 is a semiconductor substrate made of silicon substrate, for example, the insulating film 5, 4 denotes an insulating material forming a contact hole, a thickness of SiO 2 film or PS of 0.1~0.5μm
Made of G film. Reference numeral 2 denotes an Al alloy wiring film obtained by adding 0.01 to 3% by weight of Pd to pure Al or Al with Si. The thickness of the wiring film is LS
In I, it is generally 0.5 to 1 μm. The Al alloy wiring film 2 is in contact with the semiconductor substrate 1 through a contact hole. The exposed surface of the Al alloy wiring film 2 is protected by a passivation film (not shown), for example, a 0.5 to 2.0 μm thick SiO 2 or PSG or PIQ film. The Al alloy wiring film 2 is connected to a metal wire 6 such as a copper wire, an aluminum wire, a gold wire, or the like by a ball bonding with a bonding pad.
The ball is formed by melting the end of the wire, for example, in a non-oxidizing atmosphere, and forming the ball using surface tension. After the wiring film material is formed on the semiconductor substrate 1, heat treatment is performed to precipitate a compound of aluminum and palladium in the wiring film. After that, dry etching is performed, and wiring is performed in a predetermined pattern. At the time of dry etching, a portion not to be etched is covered with a mask. As a mask, for example, a resist mask is desirably used.
第4図は、配線膜を具備する半導体基板をリードフレ
ーム7に搭載し、配線膜2とリードフレーム7とを金属
ワイヤ6により電気的に接続し、更にレジン8で封止し
たレジン封止型半導体装置を示している。第4図におい
て、符号9がパツシベーシヨン膜である。FIG. 4 shows a resin-sealed type in which a semiconductor substrate having a wiring film is mounted on a lead frame 7, the wiring film 2 and the lead frame 7 are electrically connected by metal wires 6, and further sealed with a resin 8. 1 shows a semiconductor device. In FIG. 4, reference numeral 9 denotes a passivation film.
金属ワイヤとしては、純銅或は添加元素を含まない実
質的に銅よりなる銅ワイヤ,純アルミニウム或は添加元
素を含まない実質的にアルミニウムよりなるアルミニウ
ムワイヤを用いることが望ましい。As the metal wire, it is preferable to use a copper wire made of pure copper or substantially copper containing no additional element, and an aluminum wire made of pure aluminum or substantially aluminum containing no additional element.
リードフレームとしては、銅或は鉄−ニツケル合金を
用いることが望ましい。It is desirable to use copper or an iron-nickel alloy for the lead frame.
第22図は、4Mビツト以上の記憶素子をもつた4MDRAM
や、1Mビツト以上の記憶素子をもつた1MSRAM等の大規模
集積回路装置への適用例を示している。FIG. 22 shows a 4MDRAM having a storage element of 4M bits or more.
Also, an example of application to a large-scale integrated circuit device such as a 1MSRAM having a storage element of 1M bits or more is shown.
図のように、大規模集積回路を有する半導体基板(LS
I)181、該半導体基板を搭載するMo等の金属板185、前
記半導体基板上に配線された配線膜2、該配線膜をリー
ドフレーム182に電気的に接続する金属ワイヤ183、前記
半導体基板と前記配線膜及び前記金属ワイヤを気密に封
止する電気絶縁性キヤツプ184を具備する。前記配線膜
2は前述の実施例で説明したような方法で形成され、該
配線膜の側壁が直角又はほぼ直角にカツトされておりか
つ該側壁表面に沿つて配線膜材料中に含まれるパラジウ
ムの酸化物と炭素を含む保護膜が形成されている。As shown in the figure, a semiconductor substrate with a large-scale integrated circuit (LS
I) 181, a metal plate 185 of Mo or the like on which the semiconductor substrate is mounted, a wiring film 2 wired on the semiconductor substrate, metal wires 183 for electrically connecting the wiring film to a lead frame 182, An electric insulating cap 184 for hermetically sealing the wiring film and the metal wire is provided. The wiring film 2 is formed by the method described in the above-described embodiment, the side wall of the wiring film is cut at a right angle or almost a right angle, and the palladium contained in the wiring film material is formed along the side wall surface. A protective film containing an oxide and carbon is formed.
半導体基板を支持する金属板は、モリブデン板185と
金めつき銅スタツド186とから構成されている。LSI181
はモリブデン(Mo)板へ金ろう187によりろう付されて
いる。The metal plate supporting the semiconductor substrate is composed of a molybdenum plate 185 and a gold-plated copper stud 186. LSI181
Is brazed to a molybdenum (Mo) plate by gold brazing 187.
第5A図はAl−1重量%Si−0.5重量%Pd合金配線膜に4
50℃×30分の熱処理を施したときの組織を示しており、
第5B図はその後、300℃×1時間と350℃×1時間の第2
段の加熱処理を施したときの組織を示している。第二段
目の熱処理をこのように複数回に亘つて施してもよい。
第5A図では析出物が通常の粒界に存在するのに対し、第
5B図では粒界三重点に集中して存在していることがわか
る。両者の組織の粒界析出の状況について詳細に調べた
結果、第5A図の組織では主として粒界析出が90%以上を
占めており、粒界三重点への析出は10%に満たないこと
が判明した。第5B図の組織では粒界三重点への析出が30
%以上を占めていた。FIG. 5A shows that the Al-1 wt% Si-0.5 wt% Pd alloy wiring film
This shows the structure when heat treatment was performed at 50 ° C for 30 minutes.
FIG. 5B shows the second time at 300 ° C. for 1 hour and 350 ° C. for 1 hour.
The structure at the time of performing the step heat treatment is shown. The second-stage heat treatment may be performed a plurality of times as described above.
In FIG.5A, precipitates are present at normal grain boundaries,
In FIG. 5B, it can be seen that it exists concentrated at the grain boundary triple point. A detailed examination of the state of grain boundary precipitation in both structures showed that, in the structure of Fig. 5A, grain boundary precipitation mainly accounted for 90% or more, and precipitation at the grain boundary triple point was less than 10%. found. In the structure shown in Fig. 5B, precipitation at the grain boundary triple point is 30.
Accounted for more than%.
第6図は析出物が配線の粒界三重点に占める割合とそ
れと同一ロツトのストライプに2×106A/cm2の電流密度
で通電したときのエレクトロマイグレーシヨンによつて
配線が断線するまでの平均時間t50との関係を示したも
のである。また粒界三重点への析出が30%の配線の平均
断線時間t50とPd添加量の関係を第7図に示す。0.01重
量%以上のPd添加が有効なことがわかる。第6図及び第
7図からPdの含有量は0.01〜3重量%が適当で、本発明
による熱処理によつて粒界三重点へ析出物を形成する割
合を高めると耐エレクトロマイグレーシヨン性を更に高
めることができる。FIG. 6 shows the ratio of the precipitate to the grain boundary triple point of the wiring, and the wiring until the wiring is broken by electromigration when a current of 2 × 10 6 A / cm 2 is applied to the stripe of the same lot. shows the relationship between the average time t 50 in. Also it shows the average breaking time t 50 and the Pd amount of relationship precipitation 30% of the wiring to the grain boundary triple points in Figure 7. It turns out that Pd addition of 0.01 weight% or more is effective. 6 and 7, the content of Pd is suitably 0.01 to 3% by weight, and when the rate of forming precipitates at the grain boundary triple point by the heat treatment according to the present invention is increased, the electromigration resistance is further improved. Can be enhanced.
第8図は、Al−0.5重量%Pd−1重量%Si合金配線膜
をアニール後、再加熱処理(析出熱処理)したときのAl
結晶粒の(111)優先方位の分散角と平均断線時間t50と
の関係を示す。Al結晶粒は通常最も安定な(111)面に
配向しているが、個々の結晶粒の<111>方位は少しず
つずれている。このずれをX線で測定し、その平均を分
散角と定義した。分散角が大きいという事は結晶粒界の
乱れが大きいという事を意味している。第8図から分か
るように分散角が大きい程、平均断線時間t50は短かく
なる。この分散角とアニール温度との関係を第9図に示
す。またアニール温度を400℃−30分間としたときの析
出熱処理と結晶組織との関係を第10A図〜第10D図に示
す。第9図からアニール温度が低すぎると結晶粒の再配
列が起こらず、高すぎると再結晶が起こつて分散角が小
さくならない。これからアニール条件を200〜450℃で3
〜180分間にすると耐マイグレーシヨン性を高めること
ができる。一方、第10A図〜第10D図から、析出熱処理の
温度が低すぎると粒界析出が起こらず、高すぎると析出
物の粒径が大きくなりすぎてAl原子が移動しやすくなり
耐マイグレーシヨン性を損なう。これらより析出熱処理
を100〜400℃で10〜600分間にすると析出物の粒径を0.3
μm以下に抑えることができ、耐マイグレーシヨン性を
高めることができることを究明した。FIG. 8 shows that the Al-0.5 wt% Pd-1 wt% Si alloy wiring film was annealed and then re-heated (precipitation heat treatment).
Crystal grains (111) shows the relationship between the average disconnection time t 50 and the dispersion angle of the preferred orientation. Al crystal grains are usually oriented to the most stable (111) plane, but the <111> orientation of each crystal grain is slightly shifted. This shift was measured with X-rays, and the average was defined as the dispersion angle. A large dispersion angle means that the disorder of the crystal grain boundaries is large. The larger the dispersion angle as can be seen from FIG. 8, the average breaking time t 50 becomes shorter. FIG. 9 shows the relationship between the dispersion angle and the annealing temperature. 10A to 10D show the relationship between the precipitation heat treatment and the crystal structure when the annealing temperature is 400 ° C. for 30 minutes. According to FIG. 9, if the annealing temperature is too low, the rearrangement of the crystal grains does not occur. If the annealing temperature is too high, recrystallization occurs and the dispersion angle does not become small. From now on, the annealing condition should be 3 at 200-450 ° C.
Up to 180 minutes can improve migration resistance. On the other hand, from FIG. 10A to FIG. 10D, the grain boundary precipitation does not occur if the temperature of the precipitation heat treatment is too low, and if the temperature is too high, the particle diameter of the precipitate becomes too large, so that Al atoms easily move and migration resistance is improved. Impair. From these, when the precipitation heat treatment is performed at 100 to 400 ° C for 10 to 600 minutes, the precipitate particle size becomes 0.3
It has been found that the migration resistance can be suppressed to not more than μm and the migration resistance can be enhanced.
Al−0.5重量%Pd−1重量%Si合金配線膜に以上のよ
うな2段の熱処理を施した後、所定の配線膜のパターン
を形成するためドライエツチングをすると第1図に示す
ようにその側壁にパラジウム酸化物の層が形成される。
前述の如くこのパラジウム酸化物は炭素を含有してお
り、その含有量はドライエツチングの条件を調整するこ
とにより制御することができる。第21図に炭素含有量と
配線膜の腐食性を示す塩素イオン100ppmは水溶液中での
自然腐食電位における腐食電流との関係を示す図面であ
る。図から分かるように炭素含有量が0.01%以上になる
と腐食電流が1/100に減少することが分かる。After subjecting the Al-0.5 wt% Pd-1 wt% Si alloy wiring film to the two-step heat treatment as described above, dry etching is performed to form a predetermined wiring film pattern, as shown in FIG. A layer of palladium oxide is formed on the sidewall.
As described above, this palladium oxide contains carbon, and its content can be controlled by adjusting the conditions of dry etching. FIG. 21 is a drawing showing the relationship between the carbon content and the corrosion current at a natural corrosion potential in an aqueous solution of 100 ppm of chlorine ions showing the corrosiveness of the wiring film. As can be seen from the figure, when the carbon content is 0.01% or more, the corrosion current is reduced to 1/100.
各種配線膜材料について厚さ0.5μmの配線膜をスパ
ツタにより形成し、熱処理後にドライエツチングを行つ
て、線幅1μmに加工したときの寸法減少量を第1表に
示す。Table 1 shows the amount of dimensional reduction when a wiring film having a thickness of 0.5 μm was formed with a sputter for various wiring film materials, and was subjected to dry etching after heat treatment to be processed to a line width of 1 μm.
Al−0.5wt%(重量%を意味する)Pd−1wt%Si合金の
配線膜が最も寸法減少が少ないことが明らかである。It is clear that the wiring film of Al-0.5 wt% (meaning wt%) Pd-1 wt% Si alloy has the smallest dimensional reduction.
第11図は本発明の一実施例に係る半導体装置の構造を
示す概略断面図であり、Al合金配線膜2とSi拡散層24の
間に部分的にパラジウムシリサイド25が形成されてい
る。符号22はパツシベーシヨン膜、23は熱酸化SiO2膜を
示している。第12A図〜第12C図は本発明の半導体装置の
製造工程の一例を示している。はじめに、半導体基板1
上に従来のAl−1重量%Si−1重量%Pd合金配線膜をス
パツタ法で形成し、ホトエツチング工程を経て第12A図
のように配線パターンを形成する。このとき、配線膜材
料のスパツタリングによつて生じた格子欠陥27が拡散層
24の内部に、また拡散層24の表面には酸化膜28が残つて
いる。次に400℃で30分間のアニールを行なう。第12B図
に示すようにこの工程により、スパツタ時の欠陥27が回
復し良好なオーミツクコンタクトが形成される。またAl
合金配線膜の堆積時に表面に残つていた自然酸化膜28は
Alにより還元され、半導体基板表面は清浄なSiになる。
その後、200℃で2時間の再加熱処理を行なう。第12C図
に示すように、これにより、Al合金中のPdがSi界面に集
中し、そこでSiと反応しシリサイド25を形成する。この
時、上部のAl合金膜をエツチングしSi界面のXPS分析を
行なつた結果を第13図に示す。この場合エツチングの際
にAl合金及びAl金属間化合物は除かれるが、それ以外の
界面への析出物は残り、XPS分析で検出される。検出さ
れる元素はPd,Si,O,Cであり、このうち、OとCは、エ
ツチング工程でSi表面についた汚れがその起源である。
検出されたPd3d5/2ピークについてさらに詳細に検討し
た結果、第14図に示すようにPdがPd2Siを形成している
ことがわかつた。ここで、400℃のアニールを2時間以
上続けても第14図のPd2Siピークの強度を増加しないこ
とから、Si界面はこの条件のアニールで完全にPd2Siに
おおわれている。またこの時Si界面へのSi析出は認めら
れない。その後、200℃60分の再加熱処理を行なつてもS
i析出は発生せず、コンタクト抵抗もほとんど変化しな
い。この200℃で熱処理を、60分,30分のそれぞれに縮め
た時のSi界面をおおうPd2Siの面積比をXPSスペクトル強
度より求め第2表に示す。 FIG. 11 is a schematic sectional view showing a structure of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, in which palladium silicide 25 is partially formed between Al alloy wiring film 2 and Si diffusion layer 24. Reference numeral 22 denotes a passivation film, and 23 denotes a thermally oxidized SiO 2 film. 12A to 12C show an example of a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention. First, the semiconductor substrate 1
A conventional Al-1 wt% Si-1 wt% Pd alloy wiring film is formed thereon by a sputter method, and a wiring pattern is formed as shown in FIG. 12A through a photo-etching step. At this time, lattice defects 27 caused by sputtering of the wiring film material are diffused into the diffusion layer.
An oxide film 28 remains inside 24 and on the surface of the diffusion layer 24. Next, annealing is performed at 400 ° C. for 30 minutes. As shown in FIG. 12B, by this step, the defect 27 at the time of spatter is recovered and a good ohmic contact is formed. Also Al
The native oxide film 28 remaining on the surface when depositing the alloy wiring film is
Reduced by Al, the semiconductor substrate surface becomes clean Si.
Thereafter, a reheating treatment is performed at 200 ° C. for 2 hours. As shown in FIG. 12C, this causes Pd in the Al alloy to concentrate at the Si interface, where it reacts with Si to form silicide 25. At this time, FIG. 13 shows the result of etching the upper Al alloy film and performing XPS analysis of the Si interface. In this case, the Al alloy and the Al intermetallic compound are removed at the time of etching, but the precipitates at the other interfaces remain and are detected by XPS analysis. The elements to be detected are Pd, Si, O, and C. Of these, O and C originate from dirt on the Si surface in the etching step.
As a result of further detailed examination of the detected Pd3d5 / 2 peak, it was found that Pd formed Pd 2 Si as shown in FIG. Here, even if annealing at 400 ° C. is continued for 2 hours or more, the intensity of the Pd 2 Si peak in FIG. 14 does not increase, so that the Si interface is completely covered with Pd 2 Si by annealing under these conditions. At this time, no Si deposition on the Si interface is observed. After that, even if reheating treatment is performed at 200 ° C for 60 minutes, S
i No precipitation occurs and contact resistance hardly changes. The area ratio of Pd 2 Si covering the Si interface when the heat treatment was reduced at 200 ° C. for 60 minutes and 30 minutes was determined from the XPS spectrum intensity and is shown in Table 2.
再加熱時間30分ではSi界面の80%はシリサイド化せず
Siのままだが、その後に450℃60分のアニールを加えて
も、界面に発生するSi析出は細かく、大きく成長するこ
とがない。そのためコンタクト抵抗は450℃60分のアニ
ールの前後で77%しか増加しなかつた。これはAl−1重
量%Siを用いた従来技術と比較し1/2以下の抵抗増加で
あり、本発明の効果を示している。すなわち、シリサイ
ドの形成はSi界面全体にわたつていなくとも効果があ
る。一方、200℃の再加熱処理温度を150℃に下げ、150
℃,2時間とした場合のこの熱処理後のSi界面のXPSスペ
クトルを第15図に示す。この場合、界面にはPd2Siのほ
かにPd単体の析出も発生する。その後に450℃60分のア
ニールを加えると、Pd単体の析出物はAl合金膜中へ再吸
収され、Si析出の抑制効果は弱い。しかしこの場合にも
界面にPd2Siが十分形成されており、十分なSi析出の抑
制効果を得ることができる。第3表参照。 80% of the Si interface is not silicided after 30 minutes of reheating
Although it is still Si, even after annealing at 450 ° C. for 60 minutes, the Si precipitation generated at the interface is fine and does not grow large. Therefore, the contact resistance increased only 77% before and after annealing at 450 ° C. for 60 minutes. This is a resistance increase of 1/2 or less as compared with the prior art using Al-1% by weight Si, which shows the effect of the present invention. That is, the formation of silicide is effective even if it does not extend over the entire Si interface. Meanwhile, the reheating temperature of 200 ° C was lowered to 150 ° C,
FIG. 15 shows the XPS spectrum of the Si interface after the heat treatment when the temperature was set to 2 ° C. and 2 hours. In this case, precipitation of Pd alone as well as Pd 2 Si occurs at the interface. Thereafter, when annealing is performed at 450 ° C. for 60 minutes, the precipitate of Pd alone is re-absorbed into the Al alloy film, and the effect of suppressing Si precipitation is weak. However, also in this case, Pd 2 Si is sufficiently formed at the interface, and a sufficient effect of suppressing Si precipitation can be obtained. See Table 3.
本実施例においては、シリサイドが低温でできるだけ
均一に形成される必要がある。第4表に、比較的低温で
形成されるシリサイドを示す。 In this embodiment, the silicide needs to be formed as uniformly as possible at a low temperature. Table 4 shows the silicides formed at relatively low temperatures.
最も低温でシリサイドを形成するPdが有利であるが、
他に低温で一種のシリサイドのみを形成するものとして
Mgが挙げられる。しかし、MgはAlに添加した場合にAlと
よく固溶しSi界面へ現れてこない。 Pd, which forms silicide at the lowest temperature, is advantageous,
Others that form only a kind of silicide at low temperature
Mg. However, when Mg is added to Al, it forms a solid solution with Al and does not appear at the Si interface.
以上の実施例では、Al合金にPd,Siを分散した配線膜
材料を用いたが、Al合金にPtまたはPtとSiを分散した配
線膜材料によつても同様の効果がえられる。In the above embodiment, a wiring film material in which Pd and Si are dispersed in an Al alloy is used. However, a similar effect can be obtained by using a wiring film material in which Pt or Pt and Si are dispersed in an Al alloy.
また配線膜材料の堆積は気相成長法蒸着(CVD),電
子ビーム(EB)蒸着、あるいはスパツタリング法による
のが望ましい。スパツタリング法による場合は、添加元
素の濃度分布を目標値の±0.05%以内に制御したターゲ
ツトを用いることにより均一で特性のすぐれたAl配線膜
を得ることができる。The deposition of the wiring film material is desirably performed by vapor phase deposition (CVD), electron beam (EB) deposition, or sputtering. In the case of using the sputtering method, an Al wiring film having uniform and excellent characteristics can be obtained by using a target in which the concentration distribution of the added element is controlled within ± 0.05% of a target value.
次に、パラジウムまたはプラチナ(第1の添加元素)
を5重量%未満、かつリチウム,ベリリウム,マグネシ
ウム,マンガン,鉄,コバルト,ニツケル,銅,ランタ
ン,セリウム,クロム,ジルコニウム,カドミウム,チ
タン,タングステン,バナジウム,タンタル,リオブの
少なくとも1種(第2の添加元素)を5重量%未満を含
み残部がアルミニウム或はシリコンを3重量%未満含む
アルミニウムよりなる配線膜材料を用いた場合の実施例
について説明する。Next, palladium or platinum (first additive element)
Less than 5% by weight and at least one of lithium, beryllium, magnesium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, lanthanum, cerium, chromium, zirconium, cadmium, titanium, tungsten, vanadium, tantalum, and lithium. An example in which a wiring film material made of aluminum containing less than 5% by weight (additional element) and the balance containing aluminum or silicon containing less than 3% by weight is used.
上記材料をスパツタリング法により半導体基板上に堆
積して第1段の熱処理として、400〜500℃で10分間以上
アニール熱処理を行い、第2の添加元素をAl基地に固溶
させた後、半導体基板ごと10℃/sec以上の割合で急冷
し、添加元素をAl基地中に過飽和固溶体とする。次に前
記過飽和固溶体を微細な化合物として析出させるため35
0℃以下の温度で20〜60分間析出熱処理を行つた後、添
加元素をAl基地に再固溶させるため、前記アニール温度
で10分間以内の再固溶熱処理を行う。The above material is deposited on a semiconductor substrate by a sputtering method, and as a first stage heat treatment, an annealing heat treatment is performed at 400 to 500 ° C. for 10 minutes or more to solid-dissolve the second additive element in the Al base. Quenched at a rate of 10 ° C./sec or more in each case to make the added element a supersaturated solid solution in the Al matrix. Next, to precipitate the supersaturated solid solution as a fine compound, 35
After performing the precipitation heat treatment at a temperature of 0 ° C. or less for 20 to 60 minutes, the solid solution heat treatment is performed within 10 minutes at the annealing temperature in order to re-dissolve the added element in the Al matrix.
このようにして得られたAl配線膜は、最初はパラジウ
ム又はプラチナのアルミニウムとの金属間化合物からな
る析出物が存在し、配線に電流が流れるに従つて固溶し
ている他の添加元素が時間とともに連続的に析出しうる
ものである。このため配線膜2μm以下の微細配線膜の
耐エレクトロマイグレーシヨン性および耐ストレスマイ
グレーシヨン性を大幅に改善できる。In the Al wiring film thus obtained, initially, a precipitate formed of an intermetallic compound of palladium or platinum with aluminum is present, and other additive elements which are dissolved as a current flows through the wiring are included. It can be deposited continuously over time. Therefore, the electromigration resistance and the stress migration resistance of the fine wiring film having a wiring film of 2 μm or less can be significantly improved.
以上のようにして形成した配線膜と従来法により形成
した配線膜との高温通電試験によるエレクトロマイグレ
ーシヨンによる配線寿命の比較を第16図に示す。図で最
初の3例は従来法により形成した配線膜である。この配
線寿命は、試験サンプルの半数が断線した時間で定義す
る。第16図から明らかなように、従来法の配線に比べ本
発明のAlの合金配線の方が寿命が長い。FIG. 16 shows a comparison of wiring life by electromigration of a wiring film formed as described above and a wiring film formed by a conventional method in a high-temperature conduction test. In the figure, the first three examples are wiring films formed by a conventional method. The wiring life is defined as the time at which half of the test samples are disconnected. As is apparent from FIG. 16, the life of the Al alloy wiring of the present invention is longer than that of the conventional wiring.
第17A図は上記実施例の熱処理によるAl合金配線の微
細組織を第17B図,第17C図,第17D図はAl−Si,Al−Pd−
Si,Al−Pd−Cu−Si配線材料を従来法により450℃1時間
熱処理を行つたときの微細組織を示す。この組織は8×
106A/cm2の高い電流密度を流し、3時間通電したあとの
Al合金膜の組織を示したものである。本実施例によれば
粗大な析出物と微細な析出物が混合して粒界にでてお
り、微細析出反応が起こつているのが分かる。一方、他
の3つの例では析出物が粗大化しており、転位のピニン
グによる粒界拡散の抑制効果がなくなつている。FIG. 17A shows the microstructure of the Al alloy wiring by the heat treatment of the above embodiment. FIGS. 17B, 17C, and 17D show Al-Si, Al-Pd-
The microstructure of a Si, Al-Pd-Cu-Si wiring material subjected to heat treatment at 450 ° C for 1 hour according to a conventional method is shown. This organization is 8x
After applying a high current density of 10 6 A / cm 2 and energizing for 3 hours,
1 shows the structure of an Al alloy film. According to this example, coarse precipitates and fine precipitates are mixed and appear at the grain boundaries, and it can be seen that a fine precipitation reaction is occurring. On the other hand, in the other three examples, the precipitates are coarsened, and the effect of suppressing grain boundary diffusion by pinning of dislocations is lost.
第18図は本実施例によるAl合金配線と従来のSi入りAl
配線とを塩素系ガスでドライエツチングした際のパター
ン寸法精度を示す。第18図から明らかなように、従来の
Si入りAl配線と本実施例のAl合金配線を比べた場合、特
に4MDRAMや1MSRAMのようなパターン寸法が1μm以下の
半導体装置においては本実施例の方が加工性に優れてい
る事が分かる。FIG. 18 shows an Al alloy wiring according to the present embodiment and a conventional Al containing Si.
The figure shows the pattern dimensional accuracy when wiring and dry etching were performed with a chlorine-based gas. As is clear from FIG.
When the Al-containing wiring with Si is compared with the Al alloy wiring of this embodiment, it can be seen that this embodiment is more excellent in workability especially in a semiconductor device having a pattern size of 1 μm or less such as 4MDRAM or 1MSRAM.
第19図はストレスマイグレーシヨンによる累積不良率
について、従来のAl−Si配線と、Al−Pd−Si配線及び本
実施例のAl−Pd−Mg−Si配線について調べた結果を示
す。第19図から明らかなように、Mgを添加する事によつ
て耐ストレスマイグレーシヨン性は著しく向上できる。
同様の効果はMg以外の前述の添加元素を少なくとも1種
添加することによつても得られる。第20図はAl−Pd−Si
配線膜にMgを添加した上に前述のように熱処理によつて
結晶粒の大きさを配線幅(0.8μm)よりも小さくした
場合のストレスマイグレーシヨンによる配線寿命の変化
を示す。第20図から明らかなように、Mgを添加して結晶
粒を小さくしたもの程安定度が高く、結晶粒径が配線幅
よりも大きなものではストレスマイグレーシヨン寿命が
短い。FIG. 19 shows the results of examining the cumulative failure rate due to stress migration for the conventional Al-Si wiring, the Al-Pd-Si wiring, and the Al-Pd-Mg-Si wiring of the present embodiment. As is clear from FIG. 19, the addition of Mg can significantly improve the resistance to stress migration.
Similar effects can be obtained by adding at least one of the above-mentioned additional elements other than Mg. Figure 20 shows Al-Pd-Si
The graph shows the change in wiring life due to stress migration when Mg is added to the wiring film and the crystal grain size is made smaller than the wiring width (0.8 μm) by heat treatment as described above. As is clear from FIG. 20, the smaller the crystal grain size by adding Mg, the higher the stability. If the crystal grain size is larger than the wiring width, the stress migration life is shorter.
この理由は、ストレスマイグレーシヨンによる断線は
引張応力に起因するAl原子の粒界拡散によつて起こる
が、配線幅と結晶粒径が同程度になると一ケ所で粒界拡
散が起こるとそれが配線の断線につながる確率が高くな
るためだと考えられる。なお、結晶粒を微細化する効果
はMg以外の前述の添加元素を用いた場合にも得る事がで
きる。このように結晶粒径が1μmよりも小さくなる理
由としては本発明の熱処理のうち析出処理後、アニール
温度で短時間再加熱することにより、Al基地の再結晶が
起こるためだと考えられる。The reason for this is that the disconnection due to stress migration occurs due to the grain boundary diffusion of Al atoms caused by tensile stress. It is thought that this is because the probability of leading to disconnection increases. Note that the effect of making the crystal grains fine can also be obtained when the above-described additive element other than Mg is used. It is considered that the reason why the crystal grain size becomes smaller than 1 μm is that recrystallization of the Al matrix occurs by reheating for a short time at the annealing temperature after the precipitation treatment in the heat treatment of the present invention.
本発明によれば、耐食性,耐エレクトロマイグレーシ
ヨン性、耐ストレスマイグレーシヨン性ともに優れ、か
つ1μm以下の配線パターンが容易に加工できる半導体
用配線膜が得られる。According to the present invention, it is possible to obtain a wiring film for a semiconductor which is excellent in corrosion resistance, electromigration resistance and stress migration resistance, and can easily process a wiring pattern of 1 μm or less.
その結果、樹脂モールドあるいはセラミクスモールド
の半導体素子を高密度化することができ、かつ微細配線
パターンに適用でき、半導体装置の信頼性向上を図るこ
とができる。As a result, the density of the semiconductor element of the resin mold or the ceramics mold can be increased, and the semiconductor element can be applied to a fine wiring pattern, and the reliability of the semiconductor device can be improved.
第1図は本発明の半導体装置を模式的に示す配線膜の断
面図、第2図は従来の半導体装置を模式的に示す配線膜
の断面図、第3図は本発明の1実施例による半導体装置
の斜視断面図、第4図は本発明の他の実施例によるレン
ジ封止型半導体装置の1部断面図、第5A図及び第5B図は
配線膜を熱処理したときの組織図、第6図は粒界三重点
のAlとPdの化合物の析出の割合とエレクトロマイグレー
シヨンによる断線にたいする寿命(時間)の関係を示す
グラフ、第7図は配線膜材料に含まれるPd濃度とエレク
トロマイグレーシヨンによる断線にたいする寿命(時
間)の関係を示すグラフ、第8図はAl結晶粒の分散角と
エレクトロマイグレーシヨンによる断線にたいする寿命
(時間)の関係を示すグラフ、第9図はAl結晶粒の分散
角とアニール温度との関係を示すグラフ、第10A図〜第1
0D図は異なる条件で第2回目の熱処理を施したそれぞれ
の配線膜の組織を示す図面、第11図は本発明の他の実施
例による半導体装置の要部断面図、第12A図〜第12C図は
本発明による2回の熱処理工程による配線膜と拡散層と
のコンタクト部の組織の変化を示す断面図、第13図は20
0℃2時間の第2回目の熱処理後Al合金膜をエツチング
して除きSi界面について行つたXPS分析結果を示す特性
図、第14図は第13図のPd3dについて詳細に測定を行つた
結果を示す特性図、第15図は200℃2時間の第2回目の
熱処理後のPd3dXPSスペクトルを第14図と同じ手順で測
定した結果を示す特性図、第16図は配線膜材料の各種組
成とエレクトロマイグレーシヨン断線に対する配線寿命
の関係を示す図面、第17A図〜第17D図は本発明による熱
処理を施した場合及び従来の熱処理を施した場合の配線
膜の組織を示す図面、第18図はドライエツチング後の配
線膜の寸法の本発明による場合と従来技術による場合の
比較を示す図面、第19図はストレスマイグレーシヨン断
線にたいする不良率の本発明と従来技術との比較を示す
図面、第20図は添加元素とストレスマイグレーシヨン断
線による配線寿命との関係を示すグラフ、第21図はPdO
被膜中の炭素の含有量と配線の耐腐食性との関係を示す
図面、第22図は本発明を大規模集積回路装置に適用した
例を示す図面である。 1……半導体基板、2……配線膜、3……パラジウム酸
化物層、4及び5……絶縁膜、6……金属ワイヤ、7…
…リードフレーム、8……レジン、9……パツシベーシ
ヨン膜。1 is a cross-sectional view of a wiring film schematically showing a semiconductor device of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a wiring film schematically showing a conventional semiconductor device, and FIG. 3 is according to one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a range-sealed semiconductor device according to another embodiment of the present invention, FIGS. 5A and 5B are organizational diagrams when a wiring film is heat-treated, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the rate of precipitation of the compound of Al and Pd at the triple point of the grain boundary and the life (time) against disconnection by electromigration, and FIG. 7 is a graph showing the relationship between the concentration of Pd contained in the wiring film material and the electromigration. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the lifetime (time) of the disconnection due to the electromigration, and FIG. 8 is a graph showing the relationship between the lifetime (time) and the dispersion angle of the Al crystal grain. Between annealing temperature and annealing temperature Graph showing, the FIG. 10A-first
FIG. 0D is a drawing showing the structure of each wiring film subjected to the second heat treatment under different conditions, FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 12A to 12C. FIG. 13 is a sectional view showing a change in the structure of the contact portion between the wiring film and the diffusion layer by two heat treatment steps according to the present invention.
After the second heat treatment at 0 ° C. for 2 hours, the Al alloy film was etched away, and the characteristic diagram showing the XPS analysis results performed on the Si interface was removed. FIG. 14 shows the results of detailed measurements performed on Pd3d in FIG. FIG. 15 is a characteristic diagram showing the result of measuring the Pd3d XPS spectrum after the second heat treatment at 200 ° C. for 2 hours by the same procedure as in FIG. 14, and FIG. 16 is a diagram showing various compositions and electro-mechanical properties of the wiring film material. FIGS. 17A to 17D are diagrams showing the relationship of the wiring life to migration disconnection, FIGS. 17A to 17D are diagrams showing the structure of the wiring film when the heat treatment according to the present invention is performed and when the conventional heat treatment is performed, and FIG. FIG. 19 is a drawing showing a comparison of the dimensions of the wiring film after etching according to the present invention with the conventional technique, and FIG. 19 is a drawing showing a comparison between the present invention and the prior art of the failure rate for stress migration disconnection, and FIG. Is added element and stress Graph showing the relationship between the wire life by gray Chillon disconnection, FIG. 21 PdO
FIG. 22 is a drawing showing the relationship between the carbon content in the coating and the corrosion resistance of the wiring, and FIG. 22 is a drawing showing an example in which the present invention is applied to a large-scale integrated circuit device. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Wiring film, 3 ... Palladium oxide layer, 4 and 5 ... Insulating film, 6 ... Metal wire, 7 ...
... Lead frame, 8 ... resin, 9 ... Passivation film.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深田 晋一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 塩田 勝彦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 滝 元司 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 板垣 達夫 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株式会社日立製作所武蔵工場内 (56)参考文献 特開 昭61−144847(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3205──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (72) Inventor Shinichi Fukada 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratories (72) Inventor Katsuhiko Shioda 4026 Kuji-machi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research, Ltd. In-house (72) Inventor Motoji Taki 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Tatsuo Itagaki 5-20-1, Kamimizuhoncho, Kodaira-shi, Tokyo Inside Musashi Factory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-61-144847 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/3205
Claims (8)
された複数の配線膜を有し、各配線膜がパラジウムを5
重量%以下含むアルミニウム合金よりなり、該合金の結
晶粒界三重点の30%以上の領域にパラジウムが単体又は
金属間化合物として析出しており、前記配線膜と前記シ
リコン基板との界面に配線膜中のパラジウムとシリコン
とが結合してできたパラジウムシリサイドよりなる析出
物を有し、かつ前記配線膜の側壁にドライエッチングに
よる配線形成時に生成したパラジウム酸化物と炭素とを
有する膜を具備することを特徴とする半導体装置。1. A semiconductor device comprising: a silicon substrate; and a plurality of wiring films formed on the silicon substrate.
Weight percent or less, and palladium is precipitated as a simple substance or an intermetallic compound in a region of 30% or more of a triple point of a grain boundary of the alloy, and a wiring film is formed at an interface between the wiring film and the silicon substrate. A film having a precipitate made of palladium silicide formed by combining palladium and silicon therein, and a film having palladium oxide and carbon generated at the time of forming a wiring by dry etching on a side wall of the wiring film; A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
ら選択された1つを5重量%以下含むアルミニウム合金
の配線膜材料の層を堆積する工程と、 前記堆積された配線膜材料の層に熱処理を施して前記パ
ラジウムとプラチナとから選択された1つとアルミニウ
ムとの金属間化合物を析出させる工程と、 前記熱処理の施された配線膜材料の層をドライエッチン
グして所定の配線膜パターンを形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。2. A step of depositing a layer of a wiring film material of an aluminum alloy containing 5% by weight or less of one selected from palladium and platinum on a semiconductor substrate, and heat-treating the deposited layer of the wiring film material. To deposit an intermetallic compound of one selected from the palladium and platinum and aluminum, and dry-etch the heat-treated wiring film material layer to form a predetermined wiring film pattern A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
おいて、前記形成された配線膜パターンを構成する各配
線膜の側壁に前記パラジウムとプラチナとから選択され
た1つの酸化物と炭素とを有する保護膜が形成されるこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。3. The dry etching step according to claim 2, wherein one side of each wiring film forming the formed wiring film pattern has one oxide and carbon selected from palladium and platinum. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a protective film.
ら選択された1つを5重量%以下含むアルミニウム合金
の配線膜材料の層を堆積する工程と、 前記堆積された配線膜材料の層にアニーリングの第1段
の熱処理を施す工程と、 前記第1段の熱処理の施された配線膜材料の層に第2段
の熱処理を施して前記パラジウムとプラチナとから選択
された1つとアルミニウムとの金属間化合物を析出させ
る工程と、 前記第2段の熱処理の施された前記配線膜材料の層にド
ライエッチングを施して所定の配線膜パターンを形成す
る工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。4. A step of depositing a layer of an aluminum alloy wiring film material containing 5% by weight or less of one selected from palladium and platinum on a semiconductor substrate, and annealing the deposited wiring film material layer. Performing a first-stage heat treatment; and performing a second-stage heat treatment on the layer of the wiring film material subjected to the first-stage heat treatment, thereby forming a metal selected from the group consisting of one selected from the group consisting of palladium and platinum and aluminum. A step of depositing an intermetallic compound; and a step of forming a predetermined wiring film pattern by performing dry etching on the layer of the wiring film material that has been subjected to the second-stage heat treatment. Manufacturing method.
おいて、前記形成された配線膜パターンを構成する各配
線膜の側壁に前記パラジウムとプラチナの選択された1
つの酸化物と炭素とを有する保護膜が形成されることを
特徴とする半導体装置の製造方法。5. A method according to claim 4, wherein said palladium and platinum are selected on the side wall of each wiring film forming said wiring film pattern.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a protective film having two oxides and carbon.
ウム合金の配線膜材料の層を堆積する工程と、 前記堆積された配線膜材料の層に熱処理を施して、アル
ミニウムとパラジウムの化合物を析出させる工程と、 前記熱処理の施された配線膜材料の層にドライエッチン
グを施して配線膜の所定のパターンを形成し、該形成さ
れた配線膜パターンを構成する配線膜の各々の側壁にパ
ラジウムの酸化物と炭素とを有する保護膜を形成する工
程と、 前記配線パターン及び保護膜を形成する工程を経た前記
半導体基板をリードフレーム上にマウントし、前記配線
膜と前記リードフレームとを金属ワイヤにより接続する
工程で、前記金属ワイヤと前記配線膜との接続を前記金
属ワイヤの端部にボールを形成して該ボールを前記配線
膜に圧接する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。6. A step of depositing a layer of a wiring film material of an aluminum alloy containing palladium on a semiconductor substrate; and a step of subjecting the deposited layer of the wiring film material to a heat treatment to precipitate a compound of aluminum and palladium. Dry etching is performed on the layer of the wiring film material subjected to the heat treatment to form a predetermined pattern of the wiring film, and a palladium oxide is formed on each side wall of the wiring film forming the formed wiring film pattern. Forming a protective film having carbon and carbon, and mounting the semiconductor substrate on a lead frame after the step of forming the wiring pattern and the protective film, and connecting the wiring film and the lead frame with a metal wire. Forming a ball at an end of the metal wire, and connecting the ball to the wiring film by connecting the metal wire to the wiring film. The method of manufacturing a semiconductor device, which comprises a.
の配線膜とを有し、各配線膜がパラジウムとプラチナと
から選択された1つである第1の添加元素を5重量%以
下、及びリチウム,ベリリウム,マグネシウム,マンガ
ン,鉄,コバルト,ニッケル,銅,ランタン,セリウ
ム,クロム,ジルコニウム,カドミウム,チタン,タン
グステン,バナジウム,タンタル,及びニオブの第2の
添加元素群から選択された少なくとも1つを5重量%以
下含むアルミニウム合金からなり、その側壁に前記第1
の添加元素の酸化物と炭素とを有する保護膜が形成され
ていることを特徴とする半導体装置。7. A semiconductor substrate and a plurality of wiring films formed on the substrate, wherein each of the wiring films contains 5% by weight of a first additive element selected from palladium and platinum. Selected from the following and a second group of additional elements: lithium, beryllium, magnesium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, lanthanum, cerium, chromium, zirconium, cadmium, titanium, tungsten, vanadium, tantalum, and niobium. An aluminum alloy containing at least one of 5% by weight or less;
A protective film having an oxide of an additional element and carbon.
ら選択された1つである第1の添加元素を5重量%以
下、及びリチウム,ベリリウム,マグネシウム,マンガ
ン,鉄,コバルト,ニッケル,銅,ランタン,セリウ
ム,クロム,ジルコニウム,カドミウム,チタン,タン
グステン,バナジウム,タンタル,及びニオブの第2の
添加元素群から選択された少なくとも1つを5重量%以
下含むアルミニウム合金の配線膜材料の層を堆積する工
程と、 前記堆積された配線膜材料の層を200〜500℃で10分間ア
ニールした後、10℃/secの割合で急冷する第1段の熱処
理を行う工程と、 前記第1段の熱処理の施された前記配線膜材料の層を35
0℃以下の温度で加熱し、ついで前記アニールの温度で1
0分以内再加熱することを含む第2段の熱処理を行う工
程と、 前記第2段の熱処理の施された前記配線膜材料の層をド
ライエッチングして所定の配線膜パターンを形成する工
程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。8. A semiconductor substrate comprising a first additive element selected from palladium and platinum in an amount of 5% by weight or less, lithium, beryllium, magnesium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, and lanthanum. Depositing a layer of a wiring film material of an aluminum alloy containing at least 5% by weight of at least one selected from a second additive element group of cerium, cerium, chromium, zirconium, cadmium, titanium, tungsten, vanadium, tantalum, and niobium; Performing a first-stage heat treatment of annealing the deposited wiring film material layer at 200 to 500 ° C. for 10 minutes, and then quenching at a rate of 10 ° C./sec. 35 layers of the applied wiring film material
Heat at a temperature of 0 ° C or less, and then at the annealing temperature of 1 ° C.
Performing a second-stage heat treatment including reheating within 0 minutes; and dry-etching the layer of the wiring film material subjected to the second-stage heat treatment to form a predetermined wiring film pattern. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
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