JPH0220142B2 - - Google Patents
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- JPH0220142B2 JPH0220142B2 JP58095231A JP9523183A JPH0220142B2 JP H0220142 B2 JPH0220142 B2 JP H0220142B2 JP 58095231 A JP58095231 A JP 58095231A JP 9523183 A JP9523183 A JP 9523183A JP H0220142 B2 JPH0220142 B2 JP H0220142B2
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- Japan
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- film
- wiring
- alloy
- wiring layer
- layer
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、電極配線層としてアルミニウム
（Al）膜またはAlを主成分とする合金膜を用いた
半導体装置の製造方法に関する。
（Al）膜またはAlを主成分とする合金膜を用いた
半導体装置の製造方法に関する。
従来より半導体装置の電極配線層としてAlが
広く使われている。第１図はAl配線を用いた２
層配線構造を示す素子断面図である。シリコン基
板１１上に絶縁膜１２を形成した後、第１層目の
Al配線層１３を形成する。次いで層間の絶縁膜
１４を堆積させ、この上に第２層目のAl配線層
１５を形成して２層配線構造が得られる。
広く使われている。第１図はAl配線を用いた２
層配線構造を示す素子断面図である。シリコン基
板１１上に絶縁膜１２を形成した後、第１層目の
Al配線層１３を形成する。次いで層間の絶縁膜
１４を堆積させ、この上に第２層目のAl配線層
１５を形成して２層配線構造が得られる。
このような構造を得る場合層間絶縁膜１４は通
常400℃程度でCVD法により形成する。この際第
１層目のAl配線層１３上にはヒロツク１６を生
じ易い。このヒロツク１６は、層間絶縁膜１４の
異常成長を引き起こす結果、絶縁膜１４の機械的
強度が弱くなり、クラツク１７を生ずる。クラツ
ク１７は、層間絶縁膜１３上の第２層目のAl配
線層１５と第１のAl配線層１３との間の短絡の
原因となつたり、クラツクを通しての薬品の侵入
などによるAl配線の腐食を引き起こす為にAl配
線の信頼性を著しく低下させる。
常400℃程度でCVD法により形成する。この際第
１層目のAl配線層１３上にはヒロツク１６を生
じ易い。このヒロツク１６は、層間絶縁膜１４の
異常成長を引き起こす結果、絶縁膜１４の機械的
強度が弱くなり、クラツク１７を生ずる。クラツ
ク１７は、層間絶縁膜１３上の第２層目のAl配
線層１５と第１のAl配線層１３との間の短絡の
原因となつたり、クラツクを通しての薬品の侵入
などによるAl配線の腐食を引き起こす為にAl配
線の信頼性を著しく低下させる。
このようにAlのヒロツクは多層配線において
解決しなければならない重要な問題点である。こ
の解決策についてはここ10数年間種々検討されて
いるが、未だ完全な方法は見い出されていない。
解決しなければならない重要な問題点である。こ
の解決策についてはここ10数年間種々検討されて
いるが、未だ完全な方法は見い出されていない。
一方半導体集積回路では、素子の微細化、高集
積化に伴ないAl配線幅は、2μから1μへとますま
す微細化される方向にある。微細Al配線では電
流密度が高くなる為に、エレクトロマイグレーシ
ヨンによるAl配線の断線が大きな信頼性低下の
一因となる。従来、Al配線のエレクトロマイグ
レーシヨン防止対策として多くの方法が提案され
ている。例えばAl中にCuを数％含ませておいて、
熱処理を施こすことによつてAl−Cuの金属間化
合物をAl配線の結晶粒界に析出させて、これに
よりAl原子のマイグレーシヨンを防止する方法
が提案されている。しかしこの方法では、未だエ
レクトロマイグレーシヨン対策として十分でな
い。
積化に伴ないAl配線幅は、2μから1μへとますま
す微細化される方向にある。微細Al配線では電
流密度が高くなる為に、エレクトロマイグレーシ
ヨンによるAl配線の断線が大きな信頼性低下の
一因となる。従来、Al配線のエレクトロマイグ
レーシヨン防止対策として多くの方法が提案され
ている。例えばAl中にCuを数％含ませておいて、
熱処理を施こすことによつてAl−Cuの金属間化
合物をAl配線の結晶粒界に析出させて、これに
よりAl原子のマイグレーシヨンを防止する方法
が提案されている。しかしこの方法では、未だエ
レクトロマイグレーシヨン対策として十分でな
い。
更に、エレクトロマイグレーシヨンに対して強
い配線の形成方法として第２図に示す様な、Al
配線層２４の中間にTi，Cr，Ｖ，Mo，などの金
属層２５をを設ける方法がある。これは、シリコ
ン基板２１中に拡散領域２２を設けた後、絶縁膜
２３を形成し、コンタクトホールをあけてAl配
線層２４1を堆積後、Tiなどの金属層２５を設
け、さらにAl配線層２４2を形成したものであ
る。
い配線の形成方法として第２図に示す様な、Al
配線層２４の中間にTi，Cr，Ｖ，Mo，などの金
属層２５をを設ける方法がある。これは、シリコ
ン基板２１中に拡散領域２２を設けた後、絶縁膜
２３を形成し、コンタクトホールをあけてAl配
線層２４1を堆積後、Tiなどの金属層２５を設
け、さらにAl配線層２４2を形成したものであ
る。
上記の様に配線層を積層構造にした後、熱処理
を施こすことにより、中間のTiとAlが反応し、
Alとの合金層が形成される。この合金属は、エ
レクトロマイグレーシヨンによるAl原子の流れ
を均一にする効果、Alヒロツクの成長を抑止す
る効果があり、結果としてAl配線の耐エレクト
ロマイグレーシヨン特性を強化する。
を施こすことにより、中間のTiとAlが反応し、
Alとの合金層が形成される。この合金属は、エ
レクトロマイグレーシヨンによるAl原子の流れ
を均一にする効果、Alヒロツクの成長を抑止す
る効果があり、結果としてAl配線の耐エレクト
ロマイグレーシヨン特性を強化する。
しかしながら、この方法では、熱処理によつて
AlとTiが反応するだけでなく、それに加えてSi
との反応も起こす。すなわちAl−Si−Tiの３元
合金が形成される。このSiは、Al配線２４とシ
リコン基板２１との接触部であるコンタクトホー
ル部下の拡散層２２から供給される為に、図示の
ようなスパイク２６が形成され、これが接合破壊
を生じる原因となる。
AlとTiが反応するだけでなく、それに加えてSi
との反応も起こす。すなわちAl−Si−Tiの３元
合金が形成される。このSiは、Al配線２４とシ
リコン基板２１との接触部であるコンタクトホー
ル部下の拡散層２２から供給される為に、図示の
ようなスパイク２６が形成され、これが接合破壊
を生じる原因となる。
本発明は以上の点を鑑みてなされたもので、ヒ
ロツクの発生を抑制し耐エレクトロマイグレーシ
ヨン特性を向上すると共に、コンタクトホール部
で接合破壊の生じない高い信頼性を有するAl配
線を実現する半導体装置の製造方法を提供するも
のである。
ロツクの発生を抑制し耐エレクトロマイグレーシ
ヨン特性を向上すると共に、コンタクトホール部
で接合破壊の生じない高い信頼性を有するAl配
線を実現する半導体装置の製造方法を提供するも
のである。
本発明はAl配線層の内部または表面の少なく
とも一方に、Al，Siと他の一種の金属の三元素
が混合された金属膜を形成し、熱処理を施こすこ
とにより、前記三元素からなる合金膜または金属
間化合物膜を形成せしめることを特徴とする。
とも一方に、Al，Siと他の一種の金属の三元素
が混合された金属膜を形成し、熱処理を施こすこ
とにより、前記三元素からなる合金膜または金属
間化合物膜を形成せしめることを特徴とする。
ここで、Al，Siと共に加える他の金属として
は、TiやCr，Ｖ，Moなど、Al，Siと共に三元合
金を形成するものであればよい。また本発明の
Al配線層は純粋なAl膜だけでなく、Si，Cu等を
含むAlを主成分とする合金膜であつてもよい。
は、TiやCr，Ｖ，Moなど、Al，Siと共に三元合
金を形成するものであればよい。また本発明の
Al配線層は純粋なAl膜だけでなく、Si，Cu等を
含むAlを主成分とする合金膜であつてもよい。
本発明により、Al配線層の内部または表面に
形成された合金層膜は、Al配線のヒロツク発生
を抑制し、耐エレクトロマイグレーシヨン特性を
大幅に向上させる効果を有する。しかも、これら
の合金膜または金属間化合物膜は予めSiを含ませ
てあるから熱処理工程で基板からのSiの供給がな
くなり、従つてコンタクトホール部での接合破壊
が防止される。以上により本発明によれば高信頼
性のAl配線を形成できる。
形成された合金層膜は、Al配線のヒロツク発生
を抑制し、耐エレクトロマイグレーシヨン特性を
大幅に向上させる効果を有する。しかも、これら
の合金膜または金属間化合物膜は予めSiを含ませ
てあるから熱処理工程で基板からのSiの供給がな
くなり、従つてコンタクトホール部での接合破壊
が防止される。以上により本発明によれば高信頼
性のAl配線を形成できる。
以下に図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。第３図ａ〜ｄは本発明の一実施例の製造工程
を説明する為の工程断面図である。先ず第３図ａ
に示す様に、Ｐ型シリコン基板３１に拡散層３２
を形成した後、絶縁膜３３でおおつてコンタクト
ホールをあけ、Al膜またはAlを主成分とするCu
あるいはSiとのAl合金膜３４を0.5〜1.0μの厚さ
で形成する。次いでAl膜３４上にAl−Ti−Siの
三元素からなる金属膜３５を100〜1000Åの厚み
で形成する（第３図ｂ）。このAl−Ti−Siの三元
素からなる金属膜３５の形成方法は例えばAx，
Ti，Si，を異なるソースから同時に蒸着する方
法、Ti，Al，Siを所定の量だけ含んでいるター
ゲツトからのスパツタによる形成方法などがあ
る。又Al−Ti−Siの組成比はAlが全体の１〜
5wt％で、残りの99〜50％はTiとSiの組成比が
TiSi2となる様な量が良い。このようにしてAl膜
３４とAl−Ti−Si三元素からなる金属膜３５の
積層膜を形成後、300〜500℃で熱処理をすると第
３図ｃに示す様に、上記２層が合金化する結果、
表面部にAl−Ti−Si合金膜（あるいはTi7Si12Al5
金属間化合物膜）３５′が形成される。この合金
膜３５′はAl膜３４を上部から機械的におおつて
ヒロツクを抑制する効果を有する為に、ほぼ完全
にヒロツクを無くすことができる。次いで第１の
配線層をパターニングした後第３図ｄに示す様
に、第１の配線層上に層間絶縁膜３６を形成後、
Al膜３７を被着して第２の配線層を形成する。
る。第３図ａ〜ｄは本発明の一実施例の製造工程
を説明する為の工程断面図である。先ず第３図ａ
に示す様に、Ｐ型シリコン基板３１に拡散層３２
を形成した後、絶縁膜３３でおおつてコンタクト
ホールをあけ、Al膜またはAlを主成分とするCu
あるいはSiとのAl合金膜３４を0.5〜1.0μの厚さ
で形成する。次いでAl膜３４上にAl−Ti−Siの
三元素からなる金属膜３５を100〜1000Åの厚み
で形成する（第３図ｂ）。このAl−Ti−Siの三元
素からなる金属膜３５の形成方法は例えばAx，
Ti，Si，を異なるソースから同時に蒸着する方
法、Ti，Al，Siを所定の量だけ含んでいるター
ゲツトからのスパツタによる形成方法などがあ
る。又Al−Ti−Siの組成比はAlが全体の１〜
5wt％で、残りの99〜50％はTiとSiの組成比が
TiSi2となる様な量が良い。このようにしてAl膜
３４とAl−Ti−Si三元素からなる金属膜３５の
積層膜を形成後、300〜500℃で熱処理をすると第
３図ｃに示す様に、上記２層が合金化する結果、
表面部にAl−Ti−Si合金膜（あるいはTi7Si12Al5
金属間化合物膜）３５′が形成される。この合金
膜３５′はAl膜３４を上部から機械的におおつて
ヒロツクを抑制する効果を有する為に、ほぼ完全
にヒロツクを無くすことができる。次いで第１の
配線層をパターニングした後第３図ｄに示す様
に、第１の配線層上に層間絶縁膜３６を形成後、
Al膜３７を被着して第２の配線層を形成する。
この様にして得られた２層配線構造は、第１層
目の配線層上にヒロツクが全く見られない為に、
配線層間の短絡は全く無くなる。又、ヒロツクに
よる絶縁膜の破壊も無くなる為に、配線の腐食等
も生じなくなつた。更にはヒロツク成長が抑制さ
れる為に、エレクトロマイグレーシヨンにより生
じる不良も起きにくくなつて、配線寿命が長くな
る為に、より多くの電流を流すことができるよう
になつた。また合金膜３５′の形成工程で基板３
１からのSiの供給がないため、コンタクトホール
部で拡散層３２の接合破壊を生じることもなくな
る。
目の配線層上にヒロツクが全く見られない為に、
配線層間の短絡は全く無くなる。又、ヒロツクに
よる絶縁膜の破壊も無くなる為に、配線の腐食等
も生じなくなつた。更にはヒロツク成長が抑制さ
れる為に、エレクトロマイグレーシヨンにより生
じる不良も起きにくくなつて、配線寿命が長くな
る為に、より多くの電流を流すことができるよう
になつた。また合金膜３５′の形成工程で基板３
１からのSiの供給がないため、コンタクトホール
部で拡散層３２の接合破壊を生じることもなくな
る。
次に本発明の別の実施例を説明する。第４図
ａ，ｂはその実施例の工程断面図である。シリコ
ン基板４１中に拡散層４２を設けた後、拡散層４
２以外の部分に絶縁膜４３を形成する。しかる後
にAl膜４４1を例えば0.4μの厚さで堆積させる。
次いで、Al−Ti−Si三元素からなる金属膜４５
を500〜1000Åの厚さで形成する。このAl−Ti−
Siの三元素からなる金属膜４５の形成方法および
条件は先の実施例と同様とする。この後再度Al
膜４４2を形成する（第４図ａ）。
ａ，ｂはその実施例の工程断面図である。シリコ
ン基板４１中に拡散層４２を設けた後、拡散層４
２以外の部分に絶縁膜４３を形成する。しかる後
にAl膜４４1を例えば0.4μの厚さで堆積させる。
次いで、Al−Ti−Si三元素からなる金属膜４５
を500〜1000Åの厚さで形成する。このAl−Ti−
Siの三元素からなる金属膜４５の形成方法および
条件は先の実施例と同様とする。この後再度Al
膜４４2を形成する（第４図ａ）。
上記の様なAl４４1／Al−Ti−Si４５／Al４４
２積層膜を形成後、300〜500℃で熱処理を施こす
と、合金化して内部にAl−Ti−Si合金膜４５′が
形成されたAl配線層が得られる（第４図ｂ）。
２積層膜を形成後、300〜500℃で熱処理を施こす
と、合金化して内部にAl−Ti−Si合金膜４５′が
形成されたAl配線層が得られる（第４図ｂ）。
この実施例によつても、合金膜４５′はエレク
トロマイグレーシヨンによるAl原子の流れを均
一にする一方、Alヒロツクの成長を抑止する効
果があり、結果としてAl配線の耐エレクトロマ
イグレーシヨン特性を強化する。又、Siがあらか
じめ含まれている為に拡散接合部の破壊も生じな
い効果を有する。
トロマイグレーシヨンによるAl原子の流れを均
一にする一方、Alヒロツクの成長を抑止する効
果があり、結果としてAl配線の耐エレクトロマ
イグレーシヨン特性を強化する。又、Siがあらか
じめ含まれている為に拡散接合部の破壊も生じな
い効果を有する。
他の実施例を第５図および第６図により説明す
る。第５図の例は、拡散層５２が形成されたシリ
コン基板５１に絶縁膜５３を形成した後、上記実
施例と同様の工程を繰返してAl−Ti−Si合金膜
５５1，５５2を内部と表面部に形成したAl膜５４
により配線層を形成したものである。これによ
り、Al膜５４のヒロツク発生防止と耐エレクト
ロマイグレーシヨン特性の向上がより効果的に達
成される。第６図の例は、拡散層６２が形成され
たシリコン基板６１に絶縁膜６３を形成した後、
内部に２層のAl−Ti−Si合金膜６５1，６５2を形
成したAl膜６４を形成したものである。このよ
うに、Al配線中に多層にわたつてAl−Ti−Si合
金膜を形成することで耐エレクトロマイグレーシ
ヨン特性は更に向上する。
る。第５図の例は、拡散層５２が形成されたシリ
コン基板５１に絶縁膜５３を形成した後、上記実
施例と同様の工程を繰返してAl−Ti−Si合金膜
５５1，５５2を内部と表面部に形成したAl膜５４
により配線層を形成したものである。これによ
り、Al膜５４のヒロツク発生防止と耐エレクト
ロマイグレーシヨン特性の向上がより効果的に達
成される。第６図の例は、拡散層６２が形成され
たシリコン基板６１に絶縁膜６３を形成した後、
内部に２層のAl−Ti−Si合金膜６５1，６５2を形
成したAl膜６４を形成したものである。このよ
うに、Al配線中に多層にわたつてAl−Ti−Si合
金膜を形成することで耐エレクトロマイグレーシ
ヨン特性は更に向上する。
第１図および第２図は従来の製造方法による素
子の断面図、第３図ａ〜ｄは本発明の一実施例の
工程を示す素子断面図、第４図ａ，ｂは本発明の
他の実施例の工程を示す素子断面図、第５図およ
び第６図は更に他の実施例による素子断面図であ
る。 ３１，４１，５１，６１……シリコン基板、３
２，４２，５２，６２……拡散層、３３，４３，
５３，６３……絶縁膜、３４，４４，５４，６４
……Al膜、３５，４５……Al，Ti，Siからなる
金属膜、３５′，４５′，５５1，５５2，６５1，
６５2……Al−Ti−Si合金膜。
子の断面図、第３図ａ〜ｄは本発明の一実施例の
工程を示す素子断面図、第４図ａ，ｂは本発明の
他の実施例の工程を示す素子断面図、第５図およ
び第６図は更に他の実施例による素子断面図であ
る。 ３１，４１，５１，６１……シリコン基板、３
２，４２，５２，６２……拡散層、３３，４３，
５３，６３……絶縁膜、３４，４４，５４，６４
……Al膜、３５，４５……Al，Ti，Siからなる
金属膜、３５′，４５′，５５1，５５2，６５1，
６５2……Al−Ti−Si合金膜。
Claims (1)
- １ 半導体基板に絶縁膜を介してAl膜またはAl
を主成分とする合金膜からなる配線層を形成する
工程を含む半導体装置の製造方法において、前記
配線層の内部または表面層の少くとも一方にAl，
Siおよび他の金属の三元素が混合された金属膜を
形成し、熱処理を施して前記三元素からなる合金
膜または金属間化合物膜を形成する工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9523183A JPS59219940A (ja) | 1983-05-30 | 1983-05-30 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9523183A JPS59219940A (ja) | 1983-05-30 | 1983-05-30 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59219940A JPS59219940A (ja) | 1984-12-11 |
| JPH0220142B2 true JPH0220142B2 (ja) | 1990-05-08 |
Family
ID=14131983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9523183A Granted JPS59219940A (ja) | 1983-05-30 | 1983-05-30 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59219940A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4200809C2 (de) * | 1991-03-20 | 1996-12-12 | Samsung Electronics Co Ltd | Verfahren zur Bildung einer metallischen Verdrahtungsschicht in einem Halbleiterbauelement |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5380184A (en) * | 1976-12-24 | 1978-07-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
1983
- 1983-05-30 JP JP9523183A patent/JPS59219940A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59219940A (ja) | 1984-12-11 |
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