JP2961840B2 - Ａｌ配線構造の製造方法 - Google Patents
Ａｌ配線構造の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。
産業上の利用分野 発明の概要 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 発明の目的 問題点を解決するための手段 作 用 実施例 実施例−１ 実施例−２ 実施例−３ 実施例−４ 実施例−５ 実施例−６ 発明の効果 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Al配線構造の製造方法に関する。本発明
は、例えば、各種電子部品（半導体装置など）における
Al配線構造の形成の際に利用することができる。
は、例えば、各種電子部品（半導体装置など）における
Al配線構造の形成の際に利用することができる。
本発明のAl配線構造の形成方法は、Al配線層を、Alと
その他の金属との合金により固溶相を形成する高温、例
えば400℃を超える高温下で形成し、その後強度相を形
成する低温、例えば400℃以下の低温下で処理すること
によって、Al配線層に欠陥が生じることを抑制し、信頼
性の高いAl配線構造を得られるようにしたものである。
その他の金属との合金により固溶相を形成する高温、例
えば400℃を超える高温下で形成し、その後強度相を形
成する低温、例えば400℃以下の低温下で処理すること
によって、Al配線層に欠陥が生じることを抑制し、信頼
性の高いAl配線構造を得られるようにしたものである。
従来より電子部品、例えば、半導体集積回路等の半導
体装置には、Al配線、特にAl多層配線が用いられてい
る。Alは抵抗率が低く、成膜、加工が容易で、外部取り
出しの際のAu線ボンディングも可能であって、有利であ
る。
体装置には、Al配線、特にAl多層配線が用いられてい
る。Alは抵抗率が低く、成膜、加工が容易で、外部取り
出しの際のAu線ボンディングも可能であって、有利であ
る。
しかし、Al配線を構成するAl系材料は融点が低く、変
形しやすいことから、エレクトロマイグレーションやス
トレスマイグレーションなどの不良が発生しやすいとい
う問題点がある。これは、半導体装置等の微細化に伴っ
て、ますます大きな問題となって来ている。
形しやすいことから、エレクトロマイグレーションやス
トレスマイグレーションなどの不良が発生しやすいとい
う問題点がある。これは、半導体装置等の微細化に伴っ
て、ますます大きな問題となって来ている。
特に、ストレスマイグレーションは、Al配線の周囲の
絶縁膜の真性応力、及びAl配線と周囲の絶縁膜の熱膨張
係数差により、Al配線にくさび状あるいはスリット状の
欠けが生じる現象であり、かかるストレスマイグレーシ
ョンはAl配線の信頼性を低下させるので、その発生はで
きる限り防止することが望まれる。
絶縁膜の真性応力、及びAl配線と周囲の絶縁膜の熱膨張
係数差により、Al配線にくさび状あるいはスリット状の
欠けが生じる現象であり、かかるストレスマイグレーシ
ョンはAl配線の信頼性を低下させるので、その発生はで
きる限り防止することが望まれる。
ストレスマイグレーションが生じる原因は、Alの上層
に形成する絶縁膜の変形及び上層膜とAlの熱膨張係数差
による収縮によりAl配線中に引張応力が発生し、これを
緩和しようとしてAlの移動が起こることによるものと考
えられる。
に形成する絶縁膜の変形及び上層膜とAlの熱膨張係数差
による収縮によりAl配線中に引張応力が発生し、これを
緩和しようとしてAlの移動が起こることによるものと考
えられる。
即ち、本発明者の検討によると、ストレスマイグレー
ションの発生原因は、Al配線と周囲の膜との間に容積差
が生じる点にあり、かかる容積差により、第10図に略示
するように、Al配線層４にくさび状のボイドａや、スリ
ット状のボイドｂが生じることになる。これらのボイド
（Alの消失による生ずる中空）は、Al配線の信頼性を劣
化させる。
ションの発生原因は、Al配線と周囲の膜との間に容積差
が生じる点にあり、かかる容積差により、第10図に略示
するように、Al配線層４にくさび状のボイドａや、スリ
ット状のボイドｂが生じることになる。これらのボイド
（Alの消失による生ずる中空）は、Al配線の信頼性を劣
化させる。
この容積差は、第11図に示す３つのモードで生じると
考えることができる。Al配線層４上に、絶縁膜５として
圧縮応力を持つＰ−SiN（プラズマシリコンナイトライ
ド）膜を形成した場合について説明する。第11図（ａ）
に示すのは、Al配線層４の側壁部の絶縁膜５（Ｐ−Si
N）の上方への伸び変形に起因する場合である。この場
合、該側壁部に密着している絶縁膜５の上方が図の上方
に伸びることにより、応力緩和が生じ、Al配線層４の上
面の図にハッチングを付した部分が容積差による伸び方
向の力を受け、変形の原因となる。第11図（ｂ）に示す
のは、Al配線層４上部の絶縁膜５（Ｐ−SiN）のふくら
み変形に起因する場合である。ふくらみは、弾性変形の
範囲内でも起こると考えられ、弾性的な変形と塑性的な
変形の双方が生じ得ると考えられる。このふくらみによ
り応力緩和し、同じく図のハッチングの部分でAl配線層
４はストレスを受ける。第11図（ｃ）に示すのは、よく
知られた熱膨張係数差によるAlの収縮である。AlはＰ−
SiN等の絶縁層５よりも熱膨張係数が大きいので、高温
状態から冷却されると、AlはＰ−SiN等より収縮の度合
いが大きくなり、よって図の如くAl配線層４は矢印方向
に収縮して容積を小さくしようとする力を生じ、これが
変形をもたらす。
考えることができる。Al配線層４上に、絶縁膜５として
圧縮応力を持つＰ−SiN（プラズマシリコンナイトライ
ド）膜を形成した場合について説明する。第11図（ａ）
に示すのは、Al配線層４の側壁部の絶縁膜５（Ｐ−Si
N）の上方への伸び変形に起因する場合である。この場
合、該側壁部に密着している絶縁膜５の上方が図の上方
に伸びることにより、応力緩和が生じ、Al配線層４の上
面の図にハッチングを付した部分が容積差による伸び方
向の力を受け、変形の原因となる。第11図（ｂ）に示す
のは、Al配線層４上部の絶縁膜５（Ｐ−SiN）のふくら
み変形に起因する場合である。ふくらみは、弾性変形の
範囲内でも起こると考えられ、弾性的な変形と塑性的な
変形の双方が生じ得ると考えられる。このふくらみによ
り応力緩和し、同じく図のハッチングの部分でAl配線層
４はストレスを受ける。第11図（ｃ）に示すのは、よく
知られた熱膨張係数差によるAlの収縮である。AlはＰ−
SiN等の絶縁層５よりも熱膨張係数が大きいので、高温
状態から冷却されると、AlはＰ−SiN等より収縮の度合
いが大きくなり、よって図の如くAl配線層４は矢印方向
に収縮して容積を小さくしようとする力を生じ、これが
変形をもたらす。
上述したAl配線のストレスマイグレーションを防止す
るための方法の１つは、Al上層絶縁膜の形成法を改善す
ることであり、もう１つは、Al自体の変形に対する強度
を増すことである。上層絶縁膜の形成手段を任意にして
自由度を確保しておきたい場合など、前者の上層絶縁膜
の形成法の改善手段は採用しにくい。その場合は後者の
Al系材料自体の強度を十分に増すことができる手段が切
望される。このような方法として従来試みられていたの
は、AlにCu、Ti、Pd等の金属を添加することである。
（このような技術については、IEEE“Ｖ−MIC Conf."Ju
ne13−14,1988,76−84頁参照）。これらの金属は粒界に
析出し粒界拡散を低減することにより、ストレスマイグ
レーションやエレクトロマイグレーションを抑止する作
用を示すと考えられる。
るための方法の１つは、Al上層絶縁膜の形成法を改善す
ることであり、もう１つは、Al自体の変形に対する強度
を増すことである。上層絶縁膜の形成手段を任意にして
自由度を確保しておきたい場合など、前者の上層絶縁膜
の形成法の改善手段は採用しにくい。その場合は後者の
Al系材料自体の強度を十分に増すことができる手段が切
望される。このような方法として従来試みられていたの
は、AlにCu、Ti、Pd等の金属を添加することである。
（このような技術については、IEEE“Ｖ−MIC Conf."Ju
ne13−14,1988,76−84頁参照）。これらの金属は粒界に
析出し粒界拡散を低減することにより、ストレスマイグ
レーションやエレクトロマイグレーションを抑止する作
用を示すと考えられる。
しかし実際には、上記技術は必ずしもストレスマイグ
レーションに対する抑止効果を十分に示すものではな
い。製造プロセスが変わるとその効果が異なることもあ
る。これはある熱工程において添加元素が有効な析出状
態をとっていても、再度熱処理が加わると再固溶し、そ
の析出形態を変えてしまうことに原因がある。
レーションに対する抑止効果を十分に示すものではな
い。製造プロセスが変わるとその効果が異なることもあ
る。これはある熱工程において添加元素が有効な析出状
態をとっていても、再度熱処理が加わると再固溶し、そ
の析出形態を変えてしまうことに原因がある。
例えば第１図に示すのは、Al−Cu合金の断面の顕微鏡
写真からその金属組織を図に起こしたものであるが、Al
中にCuが結晶面に沿ってきれいに配列しており、十分な
強度をもっている。これはAl−Cu合金のθ相と呼ばれて
いる。（第１図において、Al−Cu層の図の下方は、Al−
Cu層から近い順にTaSi層、SiO2層が積層されている）。
写真からその金属組織を図に起こしたものであるが、Al
中にCuが結晶面に沿ってきれいに配列しており、十分な
強度をもっている。これはAl−Cu合金のθ相と呼ばれて
いる。（第１図において、Al−Cu層の図の下方は、Al−
Cu層から近い順にTaSi層、SiO2層が積層されている）。
ところがこのθ相は、例えばCuの含有率が1.5wt％程
度であると、400℃以上に加熱されるとAl中にCuが固溶
状態で存在する固溶相（α相）になって、θ相には戻ら
なくなる。第２図に示すのはAl−Cu状態図であり、これ
に示すように、Cuが1.5wt％の場合、400℃以下であると
θ相の状態であるが、400℃を超えるとα相になる。固
溶相であるα相は、モデル的にAl中にCuがランダムに溶
けている状態であるので、θ相に比して強度は小さい。
よって、従来の技術において上記Cu等の金属を添加して
も、その後の加工状態によっては、所期の効果は得られ
ないのである。このことは、本発明者の検討により得ら
れた知見である。
度であると、400℃以上に加熱されるとAl中にCuが固溶
状態で存在する固溶相（α相）になって、θ相には戻ら
なくなる。第２図に示すのはAl−Cu状態図であり、これ
に示すように、Cuが1.5wt％の場合、400℃以下であると
θ相の状態であるが、400℃を超えるとα相になる。固
溶相であるα相は、モデル的にAl中にCuがランダムに溶
けている状態であるので、θ相に比して強度は小さい。
よって、従来の技術において上記Cu等の金属を添加して
も、その後の加工状態によっては、所期の効果は得られ
ないのである。このことは、本発明者の検討により得ら
れた知見である。
なおAlの変形は、転位クリープによるものと考えられ
ている。転位クリープにより、変形が生じ、ボイド（中
空）が生じたり、断線に至ることがあると考えられる。
即ち、Al中を転位（dislocation）がすべる運動が、短
距離のAl格子拡散により律速される熱活性化過程となっ
ていると推定される。
ている。転位クリープにより、変形が生じ、ボイド（中
空）が生じたり、断線に至ることがあると考えられる。
即ち、Al中を転位（dislocation）がすべる運動が、短
距離のAl格子拡散により律速される熱活性化過程となっ
ていると推定される。
〔発明の目的〕 本発明は上記問題点を解決して、十分に強度が高く、
ストレスマイグレーション等に対する耐性の大きいAl配
線構造の製造方法を提供せんとするものである。
ストレスマイグレーション等に対する耐性の大きいAl配
線構造の製造方法を提供せんとするものである。
本発明のAl配線構造の製造方法は、Al配線層を、Alと
その他の金属との合金により固溶相を形成する高温下で
形成し、その後強度相を形成する低温下で処理すること
を特徴とするものである。
その他の金属との合金により固溶相を形成する高温下で
形成し、その後強度相を形成する低温下で処理すること
を特徴とするものである。
本発明において、Alとその他の金属との合金とは、Al
とその他の例えばCu、Ti、Pd等の金属とから成るものを
言う。Alとその他の金属との結合状態は任意であり、金
属間化合物をとり得るものであってもよい。
とその他の例えばCu、Ti、Pd等の金属とから成るものを
言う。Alとその他の金属との結合状態は任意であり、金
属間化合物をとり得るものであってもよい。
本発明において、固溶相とは、第２図を用いて前記説
明したように、Al中を他の金属が固溶状態で存在するた
め、強度が弱くなっている状態の相を言う。また強度相
とは、上記固溶相に対して強度の大きい状態の相を言
い、Al−Cu合金で言えば、第１図、第２図を用いて説明
したθ相に該当する。
明したように、Al中を他の金属が固溶状態で存在するた
め、強度が弱くなっている状態の相を言う。また強度相
とは、上記固溶相に対して強度の大きい状態の相を言
い、Al−Cu合金で言えば、第１図、第２図を用いて説明
したθ相に該当する。
かかる固溶相、強度相については、他のAl合金につい
ても状態図から知ることができ、例えば第３図に示すの
はAl−Ti二元合金の状態図である。
ても状態図から知ることができ、例えば第３図に示すの
はAl−Ti二元合金の状態図である。
また、「固溶相を形成する高温下」及び「強度相を形
成する低温下」とは、上記した固溶相と強度相とを形成
するための臨界的な各温度を言い、Al−Cu合金で言え
ば、400℃である。即ちAl−Cu合金については、該合金
により400℃を超える高温でAl配線層を形成し、その後4
00℃以下の温度で処理することにより、本発明を実施で
きる。第２図の状態図によると、400℃を境にするのはC
uが約1.5wt％の場合であるが、本発明者の実験によれ
ば、Al−Cu合金については、実用的にはCuの含有率に特
に依存せずに400℃を境にして処理すれば、所望の効果
が得られることがわかった。但し好ましくは、Cuの含有
率に応じ、状態図により定められる臨界点を境にした高
温状態、及び低温状態で処理することである。
成する低温下」とは、上記した固溶相と強度相とを形成
するための臨界的な各温度を言い、Al−Cu合金で言え
ば、400℃である。即ちAl−Cu合金については、該合金
により400℃を超える高温でAl配線層を形成し、その後4
00℃以下の温度で処理することにより、本発明を実施で
きる。第２図の状態図によると、400℃を境にするのはC
uが約1.5wt％の場合であるが、本発明者の実験によれ
ば、Al−Cu合金については、実用的にはCuの含有率に特
に依存せずに400℃を境にして処理すれば、所望の効果
が得られることがわかった。但し好ましくは、Cuの含有
率に応じ、状態図により定められる臨界点を境にした高
温状態、及び低温状態で処理することである。
本発明によれば、Al合金により固溶相を形成する高温
下でAl配線層を形成するので、この工程ではAl中に他の
金属が全体的に均一に固溶し、かつその温度における固
溶度（Al中への他の金属の溶解度）は定まっているの
で、成膜した層中に一定かつ均一に他の金属が含有され
ることになる。
下でAl配線層を形成するので、この工程ではAl中に他の
金属が全体的に均一に固溶し、かつその温度における固
溶度（Al中への他の金属の溶解度）は定まっているの
で、成膜した層中に一定かつ均一に他の金属が含有され
ることになる。
次いで、低温下での処理により、固溶相は強度相に変
わり、十分な強度を有するようになって、ストレスマイ
グレーション耐性が十分になる。例えばAl−Cu合金で言
えば、400℃以下での処理により、θ相が形成されて、
強度に富む配線層になる。
わり、十分な強度を有するようになって、ストレスマイ
グレーション耐性が十分になる。例えばAl−Cu合金で言
えば、400℃以下での処理により、θ相が形成されて、
強度に富む配線層になる。
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。但し当然のことではあるが、本発明は以下の実施例
により限定されるものではない。
る。但し当然のことではあるが、本発明は以下の実施例
により限定されるものではない。
実施例−１ この実施例は、本発明を、半導体装置例えば微細化・
集積化したSRAMの如き半導体装置の製造に際して、多層
Al配線構造を形成する場合に具体化したものである。特
に本実施例は、最終熱処理工程を最適化することによ
り、ストレスマイグレーション耐性の高いAl合金配線を
得るようにしたものである。ここでは、Al合金として
は、Al−Cu合金を用いて実施した。
集積化したSRAMの如き半導体装置の製造に際して、多層
Al配線構造を形成する場合に具体化したものである。特
に本実施例は、最終熱処理工程を最適化することによ
り、ストレスマイグレーション耐性の高いAl合金配線を
得るようにしたものである。ここでは、Al合金として
は、Al−Cu合金を用いて実施した。
この実施例では、まず次のようにして、固溶状態のAl
合金（固溶相Al合金）により、膜を形成する。
合金（固溶相Al合金）により、膜を形成する。
即ち、Si基板上にトランジスタ等の素子を形成した
後、層間絶縁膜（SiO2膜やSiN膜等）にコンタクトホー
ルを開口する。ここでスパッタ法によりCu含有率約２重
量％のAl−Cu合金膜を、基板を450℃に加熱しながら成
膜する。従来の一般的な手法ではこの成膜時の温度は15
0〜200℃であるが、ここでは固溶相を形成するため、40
0℃を超える温度とし、具体的には450℃としたものであ
る。450℃という高温下での成膜であるので、カバレッ
ジ（被覆性）も有利である。450℃におけるCuのAl中の
固溶度はほぼ２重量％であるため、成膜中はCuはほぼ固
溶した状態となる。スパッタ装置内で成膜終了後、次の
真空室で冷却することにより、固溶状態のままとり出
す。真空室で冷却するのは、徐冷であるとCuが界面に析
出する傾向があるので、急冷により均一な固溶状態とす
るのが有利だからである。
後、層間絶縁膜（SiO2膜やSiN膜等）にコンタクトホー
ルを開口する。ここでスパッタ法によりCu含有率約２重
量％のAl−Cu合金膜を、基板を450℃に加熱しながら成
膜する。従来の一般的な手法ではこの成膜時の温度は15
0〜200℃であるが、ここでは固溶相を形成するため、40
0℃を超える温度とし、具体的には450℃としたものであ
る。450℃という高温下での成膜であるので、カバレッ
ジ（被覆性）も有利である。450℃におけるCuのAl中の
固溶度はほぼ２重量％であるため、成膜中はCuはほぼ固
溶した状態となる。スパッタ装置内で成膜終了後、次の
真空室で冷却することにより、固溶状態のままとり出
す。真空室で冷却するのは、徐冷であるとCuが界面に析
出する傾向があるので、急冷により均一な固溶状態とす
るのが有利だからである。
以上が、本実施例における固溶相形成工程である。
次、強度相形成工程を行うが、本実施例では具体的に
は、シンター工程を改良して、この強度相形成工程とし
た。つまり、通常の工程ではAl配線相形成の最終工程に
おいて、400〜450℃のシンター工程と称される熱処理工
程が入る。かかるシンター工程は、下地Si基板とのオー
ミックコンタクトをとるために自然酸化膜であるSiO2を
Si化するためや、工程中のプラズマダメージ等によりVt
hが不安定になったのを、安定化するためになされるも
のである。このシンター工程は、一般に、400℃を超え
る高温で行うので、この前に強度相を形成してもこのシ
ンター工程により再び強度相（この実施例ではθ相）中
のCuが再固溶し、固溶相となって、冷却の過程で下地と
の界面に析出してしまい、期待された効果がなくなって
しまうが、本実施例ではこのシター工程自体を改良する
ことにより、所望の効果を得るようにした。
は、シンター工程を改良して、この強度相形成工程とし
た。つまり、通常の工程ではAl配線相形成の最終工程に
おいて、400〜450℃のシンター工程と称される熱処理工
程が入る。かかるシンター工程は、下地Si基板とのオー
ミックコンタクトをとるために自然酸化膜であるSiO2を
Si化するためや、工程中のプラズマダメージ等によりVt
hが不安定になったのを、安定化するためになされるも
のである。このシンター工程は、一般に、400℃を超え
る高温で行うので、この前に強度相を形成してもこのシ
ンター工程により再び強度相（この実施例ではθ相）中
のCuが再固溶し、固溶相となって、冷却の過程で下地と
の界面に析出してしまい、期待された効果がなくなって
しまうが、本実施例ではこのシター工程自体を改良する
ことにより、所望の効果を得るようにした。
即ち本実施例では、シンター工程そのものを最適化す
る。ここでは、シンターは、ランプ加熱を用いた短時間
アニールを利用する。450℃で30秒加熱した後、冷却
し、その後、通常のアニール炉で350℃30分の熱処理を
加える。これにより半分以上のCuを、θ相（Al2Cu）と
して知られている合金相の析出物に変えることができ
る。この析出物は、膜中にほぼ均一に析出する。かつこ
の析出物は、Al中の転位が運動する際、ひっかかること
により、Al材料を硬化させる作用を示すことができる。
よってθ相は、強度相に該当するものである。以上が強
度相形成工程である。
る。ここでは、シンターは、ランプ加熱を用いた短時間
アニールを利用する。450℃で30秒加熱した後、冷却
し、その後、通常のアニール炉で350℃30分の熱処理を
加える。これにより半分以上のCuを、θ相（Al2Cu）と
して知られている合金相の析出物に変えることができ
る。この析出物は、膜中にほぼ均一に析出する。かつこ
の析出物は、Al中の転位が運動する際、ひっかかること
により、Al材料を硬化させる作用を示すことができる。
よってθ相は、強度相に該当するものである。以上が強
度相形成工程である。
このように強度相であるθ相を形成した結果、ストレ
スマイグレーションに対して強いAl配線が形成できる。
スマイグレーションに対して強いAl配線が形成できる。
実施例−２ この実施例は、実施例−１と同様なAl配線構造を形成
するものであるが、シンター工程は不要な場合に適用し
た場合である。
するものであるが、シンター工程は不要な場合に適用し
た場合である。
本実施例ではSi基板上に、まず実施例−１の固溶相形
成工程と同様にして固溶状態のAl−Cu合金膜を形成す
る。
成工程と同様にして固溶状態のAl−Cu合金膜を形成す
る。
次いで、350℃で30分の熱処理を加え、これにより実
施例−１の強度相形成工程におけると同様にして、θ相
を形成する。その後は350℃以上の熱処理は加えないよ
うにする。
施例−１の強度相形成工程におけると同様にして、θ相
を形成する。その後は350℃以上の熱処理は加えないよ
うにする。
実施例−３ 本実施例は、接続孔（コンタクトホール）にAl合金を
埋め込んで、Al配線層を形成したものである。
埋め込んで、Al配線層を形成したものである。
本実施例では、第４図（ａ）に示すように半導体基板
１に溝２が形成されて成る構造について、枚葉式のマグ
ネトロンスパッタ装置を用いて成膜を行った。この装置
は２つ以上のチャンバーから成り、各チャンバーでTi層
３及びAl合金配線層４を形成する。各チャンバーでは、
スパッタ中基板にRFバイアスを加えることができる。ま
た、基板裏面側には基板に接近したヒーターブロックが
設置され、基板とヒーターブロック間にAr等のガスを導
入することにより、制御性、均一性良く基板の加熱がで
きるようにしてある。
１に溝２が形成されて成る構造について、枚葉式のマグ
ネトロンスパッタ装置を用いて成膜を行った。この装置
は２つ以上のチャンバーから成り、各チャンバーでTi層
３及びAl合金配線層４を形成する。各チャンバーでは、
スパッタ中基板にRFバイアスを加えることができる。ま
た、基板裏面側には基板に接近したヒーターブロックが
設置され、基板とヒーターブロック間にAr等のガスを導
入することにより、制御性、均一性良く基板の加熱がで
きるようにしてある。
本実施例の接続孔をなす溝２は、その径が0.5μｍか
あるいはこれよりやや小さい程度、アスペクト比は１で
ある。即ち、図のl1＝0.5μｍ（以下）、l2＝0.5μｍ
（以下）である。
あるいはこれよりやや小さい程度、アスペクト比は１で
ある。即ち、図のl1＝0.5μｍ（以下）、l2＝0.5μｍ
（以下）である。
本実施例では、まず第１チャバーにてTiを500Å程度
成膜してTi層３を形成する。次に実施例−１と同様のAl
−Cu合金を8000Å程度成膜する。このとき、425〜450℃
程度の基板加熱、及び0V（ノンバイアス）〜300V程度の
RFバイアス印加を行う。このときの加熱により、実施例
−１で述べたのと同様な固溶相を形成する。次いで、35
0℃、30分程度の熱処理を加えて、強度相から成るAl配
線層４を形成する。得られた構造を第４図（ｂ）に示
す。
成膜してTi層３を形成する。次に実施例−１と同様のAl
−Cu合金を8000Å程度成膜する。このとき、425〜450℃
程度の基板加熱、及び0V（ノンバイアス）〜300V程度の
RFバイアス印加を行う。このときの加熱により、実施例
−１で述べたのと同様な固溶相を形成する。次いで、35
0℃、30分程度の熱処理を加えて、強度相から成るAl配
線層４を形成する。得られた構造を第４図（ｂ）に示
す。
第６図に対比例を示すが、同様な開口径及びアスペク
ト比の溝（接続孔）２について、従来425℃で、RFバイ
アス0V（ノンバイアス）とした場合、Al合金が十分に接
続孔２に埋め込まれず、ボイド（空間）５が出来ていた
のが、本実施例では、第４図に示すように良好に埋め込
まれることがわかる。
ト比の溝（接続孔）２について、従来425℃で、RFバイ
アス0V（ノンバイアス）とした場合、Al合金が十分に接
続孔２に埋め込まれず、ボイド（空間）５が出来ていた
のが、本実施例では、第４図に示すように良好に埋め込
まれることがわかる。
上述のように本実施例は、径0.55μｍ以下の接続孔
（コンタクトホール）上に、425〜450℃の加熱を行いな
がら（RFバイアスも印加してよい）、Al合金膜を形成
し、ホールのAl埋め込みを達成するものであるの、成膜
の低温化が可能であり、この結果Al膜の表面荒れ、バリ
アメタルのAlつきぬけ等の問題が解決できる。
（コンタクトホール）上に、425〜450℃の加熱を行いな
がら（RFバイアスも印加してよい）、Al合金膜を形成
し、ホールのAl埋め込みを達成するものであるの、成膜
の低温化が可能であり、この結果Al膜の表面荒れ、バリ
アメタルのAlつきぬけ等の問題が解決できる。
またバイアス印加を必ずしも行わなくてよく、または
低バイアスで埋め込みが達成できることから、これに起
因して生じていた膜質劣化を避けることができる。
低バイアスで埋め込みが達成できることから、これに起
因して生じていた膜質劣化を避けることができる。
本実施例は、必ずしもAl−Cu合金を用いて高温処理及
び低温処理を行わなくても、Al−Si（例えば１重量％の
Siを含有するAl）合金でも上記効果はあるが、本発明を
用いることによって、強固なAl配線層とすることができ
た。
び低温処理を行わなくても、Al−Si（例えば１重量％の
Siを含有するAl）合金でも上記効果はあるが、本発明を
用いることによって、強固なAl配線層とすることができ
た。
実施例−４ 本実施例では、実施例−３と同様な形状の溝（接続
孔）２について、該溝２の上部約0.1μｍをテーパー化
してこれに埋め込みを行ったものである。溝（接続孔）
２のテーパ部を符号20で示す。この場合、425℃の加
熱、及びバイアス0Vつまりノンバイアスで、十分埋め込
み、平坦化がなされた。即ち、上部の若干のテーパー化
により、より低温化が可能である。
孔）２について、該溝２の上部約0.1μｍをテーパー化
してこれに埋め込みを行ったものである。溝（接続孔）
２のテーパ部を符号20で示す。この場合、425℃の加
熱、及びバイアス0Vつまりノンバイアスで、十分埋め込
み、平坦化がなされた。即ち、上部の若干のテーパー化
により、より低温化が可能である。
上述のように、本実施例は、実施例−３の効果に加
え、更に低温化できるという利点がある。また、実施例
−３と同じく、必ずしもAl−Cu合金を用いて高温処理及
び低温処理を行わなくても、Al−Si（例えば１重量％の
Siを含有するAl）合金でも上記効果はあるが、本発明を
用いることによって、強固なAl配線層とすることができ
たものである。
え、更に低温化できるという利点がある。また、実施例
−３と同じく、必ずしもAl−Cu合金を用いて高温処理及
び低温処理を行わなくても、Al−Si（例えば１重量％の
Siを含有するAl）合金でも上記効果はあるが、本発明を
用いることによって、強固なAl配線層とすることができ
たものである。
実施例−５ 本実施例では、Al配線層の高温下での形成と、その後
の低温下での処理を、マルチチャンバー装置を用いて実
施した。
の低温下での処理を、マルチチャンバー装置を用いて実
施した。
本実施例では、第７図に示すように、被処理材料であ
るAl配線構造を形成すべき基板10（半導体ウェハ）をウ
ェハケース10′から搬送し、ロードロック室60内のウェ
ハホルダー７に載置し、順次回転させて、プロセスチャ
ンバー6a〜6dを経由させる。製造工程に応じ、この内の
適宜の２つのチャンバーで、高温、及び低温での操作を
行う。即ち、まずいずれかのチャンバーで高温でAl配線
層を形成し、その後のチャンバーで、低温での処理を行
い、強度層から成るAl配線層を形成する。
るAl配線構造を形成すべき基板10（半導体ウェハ）をウ
ェハケース10′から搬送し、ロードロック室60内のウェ
ハホルダー７に載置し、順次回転させて、プロセスチャ
ンバー6a〜6dを経由させる。製造工程に応じ、この内の
適宜の２つのチャンバーで、高温、及び低温での操作を
行う。即ち、まずいずれかのチャンバーで高温でAl配線
層を形成し、その後のチャンバーで、低温での処理を行
い、強度層から成るAl配線層を形成する。
第８図には、ウェハホルダー７及びこれに載置された
基板10（ウェハ）を示す。
基板10（ウェハ）を示す。
Al配線の形成、及び強度相の形成の該条件は、形成す
べき構造に応じ、先きの各例のいずれかの条件を採用す
ることができる。
べき構造に応じ、先きの各例のいずれかの条件を採用す
ることができる。
実施例−６ 本実施例では、Al配線層をスパッタで形成する場合
に、第７図及び第８図で説明したマルチチャンバーを用
い、このようにして得られるAl配線構造につして、本発
明を適用するようにしたものである。
に、第７図及び第８図で説明したマルチチャンバーを用
い、このようにして得られるAl配線構造につして、本発
明を適用するようにしたものである。
従来よりVLSI等の配線層として一般に用いられるスパ
ッタAl膜については、最近では例えばTiN/Al/TiNという
多層配線構造が用いられており、これらの膜を連続的に
かつそれぞれ独立して形成するため、枚葉式のマルチチ
ャンバータイプのスパッタ装置が主に使用されている。
ッタAl膜については、最近では例えばTiN/Al/TiNという
多層配線構造が用いられており、これらの膜を連続的に
かつそれぞれ独立して形成するため、枚葉式のマルチチ
ャンバータイプのスパッタ装置が主に使用されている。
この１つのタイプの内、ウェハカセットにセッティン
グされたウェハ（被処理基板）がアームによる真空チャ
ッキングにより１枚ずつ取り出されて大気中の搬送によ
りロードロック室へ搬送され、ロードロック室に運ばれ
たウェハはウェハホルダーにより保持され、ここで初め
て真空引きされる、枚葉式ロードロック装置がある。こ
の後、ウェハはウェハホルダーに保持されたまま、第７
図にも示す如くホルダー全体が回転することにより真空
中を搬送され、各プロセスチャンバーにて順次処理され
る。
グされたウェハ（被処理基板）がアームによる真空チャ
ッキングにより１枚ずつ取り出されて大気中の搬送によ
りロードロック室へ搬送され、ロードロック室に運ばれ
たウェハはウェハホルダーにより保持され、ここで初め
て真空引きされる、枚葉式ロードロック装置がある。こ
の後、ウェハはウェハホルダーに保持されたまま、第７
図にも示す如くホルダー全体が回転することにより真空
中を搬送され、各プロセスチャンバーにて順次処理され
る。
この装置は、非常にシンプルな搬送機構となってお
り、搬送の信頼性が高い、パーティクル発生が少な
い（ベルト搬送なし）、搬送が迅速であり高スループ
ットである、等の利点がある。
り、搬送の信頼性が高い、パーティクル発生が少な
い（ベルト搬送なし）、搬送が迅速であり高スループ
ットである、等の利点がある。
しかし、この機構では、ウェハホルダーによるウェハ
保持動作は、大気中で行われる。即ち、ウェハホルダー
は各ウェハ保持毎に必ず大気中にさらされることにな
り、この時ウェハホルダーの材料表面での大気中ガスの
吸着（水分の吸着も含む）は避けられない。よって、次
にこのウェハホルダーがプロセスチャンバーへ運ばれる
と、ウェハホルダー表面から先に吸着したガスの脱ガス
が起こり、スパッタ成膜された膜の膜質に影響を及ぼす
ことがあり、特に450℃程度の高温でのウェハ加熱中に
成膜されたAl膜の鏡面反射率の低下の問題が著しい。
保持動作は、大気中で行われる。即ち、ウェハホルダー
は各ウェハ保持毎に必ず大気中にさらされることにな
り、この時ウェハホルダーの材料表面での大気中ガスの
吸着（水分の吸着も含む）は避けられない。よって、次
にこのウェハホルダーがプロセスチャンバーへ運ばれる
と、ウェハホルダー表面から先に吸着したガスの脱ガス
が起こり、スパッタ成膜された膜の膜質に影響を及ぼす
ことがあり、特に450℃程度の高温でのウェハ加熱中に
成膜されたAl膜の鏡面反射率の低下の問題が著しい。
本実施例では、上記のような問題が解決される。
以下に本実施例におけるAl配線膜の形成方法を示す。
プロセスチャンバーの構成としては、Al膜スパッタチ
ャンバーより手前にスパッタエッチチャンバーを配置し
たものを用いる。本例では、プロセスチャンバー6aをス
パッタエッチチャンバーとし、チャンバー6b〜6dをスパ
ッタチャンバーとした。
ャンバーより手前にスパッタエッチチャンバーを配置し
たものを用いる。本例では、プロセスチャンバー6aをス
パッタエッチチャンバーとし、チャンバー6b〜6dをスパ
ッタチャンバーとした。
ウェハケース10′から被処理基板１であるウェハを大
気搬送（図のＡ）し、回転（図のＢ）してロードロック
室60に搬送後、まず、Al膜を形成する前に、エッチチャ
ンバー6aにおいてウェハ全面へのスパッタエッチングを
行う。ここでプロセスガスとしては例えばArガスを用
い、またエッチング量としては、熱酸化膜200Åエッチ
ングに相当する量にて行う。
気搬送（図のＡ）し、回転（図のＢ）してロードロック
室60に搬送後、まず、Al膜を形成する前に、エッチチャ
ンバー6aにおいてウェハ全面へのスパッタエッチングを
行う。ここでプロセスガスとしては例えばArガスを用
い、またエッチング量としては、熱酸化膜200Åエッチ
ングに相当する量にて行う。
このスパッタエッチングの際、エッチングを行うArイ
オンは、ウェハ面内のみならずウェハ周囲のウェハホル
ダー部にも衝突する。即ち第８図に示すように、基板１
（ウェハ）を支持するウェハホルダー７の、基板１周囲
に相当する部分（特に斜線を付して符号７′で示した）
にも、Arイオンが衝突する。これによりウェハホルダー
７は容易に加熱される。この加熱により、ロードロック
室においてウェハホルダー７表面に吸着したガスは、脱
ガスされる。
オンは、ウェハ面内のみならずウェハ周囲のウェハホル
ダー部にも衝突する。即ち第８図に示すように、基板１
（ウェハ）を支持するウェハホルダー７の、基板１周囲
に相当する部分（特に斜線を付して符号７′で示した）
にも、Arイオンが衝突する。これによりウェハホルダー
７は容易に加熱される。この加熱により、ロードロック
室においてウェハホルダー７表面に吸着したガスは、脱
ガスされる。
この後Alスパッタチャンバー6b〜6dにてAlを成膜した
場合、ウェハホルダーはエッチングチャンバーにてあら
かじめ脱ガスを行っているので、この脱ガスの影響をほ
とんど受けることなくAl膜の成長を行える。
場合、ウェハホルダーはエッチングチャンバーにてあら
かじめ脱ガスを行っているので、この脱ガスの影響をほ
とんど受けることなくAl膜の成長を行える。
このチャンバー6b〜6dを適宜実施例−５と同様にして
用いて、本発明を具体化できる。
用いて、本発明を具体化できる。
第７図の装置及び搬送系は、Ti/TiN/Ti層とAl層例え
ばAl−１％Si層を有するAl配線構造の形成にも好ましく
用いることができる。即ち、第９図に、スパッタエッチ
後Ti/TiN/Ti＋Al−１％Si（〜6500Å）を形成したサン
プルと、スパッタエッチなしで同じ膜形成を行ったサン
プルの反射率を示す。この時、Al成膜時のウェハ加熱温
度は450℃であり、スパッタエッチ有、無のそれぞれに
おいて、Al成膜時にRFバイアスを300V、または450V印加
した場合について示した。符号II aがバイアス300V、エ
ッチング有であり、II bが450V、エッチング有であり、
III aが300V、エッチング無であり、III bが450V、エッ
チング無である。成膜側はTi/TiN/Ti/Al−Siの順であ
り、450℃で30秒で成膜した。
ばAl−１％Si層を有するAl配線構造の形成にも好ましく
用いることができる。即ち、第９図に、スパッタエッチ
後Ti/TiN/Ti＋Al−１％Si（〜6500Å）を形成したサン
プルと、スパッタエッチなしで同じ膜形成を行ったサン
プルの反射率を示す。この時、Al成膜時のウェハ加熱温
度は450℃であり、スパッタエッチ有、無のそれぞれに
おいて、Al成膜時にRFバイアスを300V、または450V印加
した場合について示した。符号II aがバイアス300V、エ
ッチング有であり、II bが450V、エッチング有であり、
III aが300V、エッチング無であり、III bが450V、エッ
チング無である。成膜側はTi/TiN/Ti/Al−Siの順であ
り、450℃で30秒で成膜した。
第９図から明らかなように、スパッタエッチ後に成膜
したものは、スパッタエッチ無しのものに比べ、より高
い反射率となっていることがわかる。
したものは、スパッタエッチ無しのものに比べ、より高
い反射率となっていることがわかる。
上述の如く本発明によれば、強固なAl配線層が得ら
れ、ストレスマイグレーションの発生などを防止するこ
とができる。
れ、ストレスマイグレーションの発生などを防止するこ
とができる。
第１図は、強度相（θ相）を示す拡大断面図である。第
２図はAl−Cu二元合金状態図、第３図はAl−Ti二元合金
状態図である。第４図（ａ）（ｂ）は実施例−３の工程
を示す断面図、第５図は実施例−４を示す断面図、第６
図は対比例の断面図である。第７図は実施例−５で用い
た装置及び搬送系の概念図であり、第８図は、実施例−
５のホルダーの説明図である。第９図は実施例−６の作
用を説明するための、波長と反射率の関係を示すグラフ
である。第10図及び第11図は、問題点を示す図である。 ４……Al配線層、α……固溶相（α相）、θ……強度相
（θ相）。
２図はAl−Cu二元合金状態図、第３図はAl−Ti二元合金
状態図である。第４図（ａ）（ｂ）は実施例−３の工程
を示す断面図、第５図は実施例−４を示す断面図、第６
図は対比例の断面図である。第７図は実施例−５で用い
た装置及び搬送系の概念図であり、第８図は、実施例−
５のホルダーの説明図である。第９図は実施例−６の作
用を説明するための、波長と反射率の関係を示すグラフ
である。第10図及び第11図は、問題点を示す図である。 ４……Al配線層、α……固溶相（α相）、θ……強度相
（θ相）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−150942（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−308914（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−74739（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−39535（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−166741（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3205 H01L 21/768
Claims (1)
- 【請求項１】Al配線層を、Alとその他の金属との合金に
より固溶相を形成する高温下で形成し、その後強度相を
形成する低温下で処理することを特徴とするAl配線構造
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22918190A JP2961840B2 (ja) | 1990-08-30 | 1990-08-30 | Ａｌ配線構造の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22918190A JP2961840B2 (ja) | 1990-08-30 | 1990-08-30 | Ａｌ配線構造の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04111317A JPH04111317A (ja) | 1992-04-13 |
| JP2961840B2 true JP2961840B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=16888070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22918190A Expired - Fee Related JP2961840B2 (ja) | 1990-08-30 | 1990-08-30 | Ａｌ配線構造の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2961840B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5565707A (en) * | 1994-10-31 | 1996-10-15 | International Business Machines Corporation | Interconnect structure using a Al2 Cu for an integrated circuit chip |
-
1990
- 1990-08-30 JP JP22918190A patent/JP2961840B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04111317A (ja) | 1992-04-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |