JP3412832B2

JP3412832B2 - 金属配線の形成方法

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Publication number: JP3412832B2
Application number: JP29900291A
Authority: JP
Inventors: 正樹堀田; 恭一須黒; 昇平嶋; 晴雄岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 2003-06-03
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: JPH05136126A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属配線の形成方法に
係り、特にＡｌ配線の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体装置の配線にはＡｌ又
はＡｌ合金が広く用いられている。これは、低抵抗性、
基板半導体とのコンタクト形成の容易さ、絶縁膜との密
着性等の理由による。

【０００３】集積回路の高集積化にともない、Ａｌ配線
に起因する信頼性の低下が顕在化してきている。高集積
化が進行すると、配線幅が狭小化し、電流密度が増大す
る。それにともない、配線金属中の電子の流れに起因す
るエレクトロマイグレーション（ＥＭ）不良や、配線の
発熱による熱応力に起因するストレスマイグレーション
（ＳＭ）が発生して断線短絡等の不良が発生する。図１
６は従来のＥＭ耐性の改善を図った半導体装置の断面図
である。

【０００４】シリコン基板８１には所望の素子が形成さ
れ、その表面はシリコン酸化膜等の絶縁膜８３で被膜さ
れている。この絶縁膜８３には配線と素子とを電気的に
結合するためのコンタクト孔が設けられている（不図
示）。そして絶縁膜８３上にはＣｕが含まれたＡｌ配線
８５が形成されている。

【０００５】Ａｌ配線８５の形成は、まずスパッタ法に
よってＣｕを含むＡｌ薄膜を絶縁膜８３上に形成した
後、このＡｌ薄膜をフォトリソグラフィー法によってパ
ターニングする。パターニングは、通常、ＲＩＥ（反応
性イオンエッチング）によって行なわれる。最後に、フ
ォーミングガス雰囲気中で４５０℃で１５分間熱処理
し、Ａｌ配線８５中のＡｌの結晶粒径を大きくする。

【０００６】以上のようにして得られたＡｌ配線８５で
は、配線の粒界にＡｌＣｕ合金が析出して点在し、これ
がＡｌ原子の移動に対してバリアとして機能し、この結
果、Ａｌの拡散が抑制され、ＥＭ耐性の向上が期待でき
る。更に、熱処理によりＡｌ結晶の粒径が大きくなるた
め、結晶粒界が配線を横断する構造、いわゆるバンブー
構造が形成され、ＥＭ耐性が向上される。

【０００７】しかしながら、Ｃｕ等の不純物を添加する
と、その後に熱処理を行なっても、粒径が不純物を添加
しないときほど大きくならず、ＥＭ耐性が十分に改善さ
れないという問題があった。また、ＡｌＣｕ合金はエッ
チングが困難であるため、加工不良が生じ、信頼性が低
下するという問題もあった。

【０００８】そこで、Ｃｕを含まないＡｌ配線を形成し
た後に、蒸着法等を用いてＣｕ薄膜をシリコン基板上に
堆積して、Ａｌ配線の表面をＣｕ薄膜で被着し、しかる
後に熱処理を行なって前記Ａｌ配線とＣｕ薄膜との接触
面にＡｌＣｕ合金配線を形成する方法（特開昭５４−１
５２９８４号公報参照）が提案された。しかしながら、
この方法では、粒径成長が阻害され、バンブー構造が形
成され難いという問題があった。

【０００９】例えば、粒径が３００ｎｍ〜１μｍ程度の
Ａｌ薄膜を加工し、Ａｌ配線を形成した後、厚さ２００
ｎｍ程度のＣｕ薄膜を被着した後、４００℃〜４５０℃
程度の熱処理を行ない、ＣｕをＡｌ配線中に拡散させる
と、図１７に示すように、絶縁膜８３上のＡｌ配線８７
の粒界にＡｌ₂Ｃｕ（θ相）８８が析出し、粒界を配線
方向に横断してしまう。このθ相は、その後のＡｌの粒
成長速度を抑制し、Ａｌの平均結晶粒径は高々２〜３μ
ｍ程度にしか大きくならない。結晶粒径には同一の膜中
でもバラツキがあるので、この場合、１μｍ以下の結晶
粒も多数存在し、バンブー構造の実現が阻害され、大き
な結晶粒径が得られなくなる。

【００１０】また、この方法では、Ａｌ配線が存在しな
い部分では、Ｃｕ薄膜が下地の絶縁膜に直接接触するた
め、熱処理の際に、Ｃｕが絶縁膜，シリコン基板中に拡
散してしまう。シリコン基板中のＣｕは、ライフタイム
キラーとして働くため、シリコン基板に形成された素子
に接合リークが生じるという問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く従来の半導
体装置では、一般に、Ａｌ配線が用いられていたが、装
置の高集積化，素子の微細化に伴いＥＭやＳＭによるＡ
ｌ配線の信頼性低下が表面化してきた。このようなＡｌ
配線の信頼性低下の対策としてＣｕを含んだＡｌ配線の
使用が提案されていたが、十分なＥＭ耐性が得られず、
また加工性も低下するという問題があった。

【００１２】そこで、Ｃｕを含まないＡｌ配線を形成し
た後、Ｃｕ薄膜を堆積し、しかる後に熱処理して前記Ａ
ｌ配線とＣｕ薄膜との接触面にＡｌＣｕ合金配線を形成
する方法が提案されたが、この方法では大きな結晶粒界
の成長が阻害されたり、熱処理の際にＣｕ薄膜中のＣｕ
が基板に拡散し、接合リーク等が生じるという問題があ
った。

【００１３】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、半導体装置が高集積
化、微細化しても信頼性が十分に得られる金属配線の形
成方法を提供することにある。

【００１４】

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の金属配線の形成
方法は、基板上に、配線に添加する金属の基板への拡散
を防止する拡散障壁層を形成する工程と、前記拡散障壁
層上に、前記配線に添加する金属の拡散源となる第１の
金属薄膜を形成する工程と、この第１の金属薄膜上に、
前記配線を構成する金属薄膜としての第２の金属薄膜を
形成する工程と、この第２の金属薄膜を配線パターンの
形状にパターニングする工程と、前記第１の金属薄膜と
パターニングした第２の金属薄膜に対して熱処理を行な
うことによって、前記パターニングした第２の金属薄膜
の下部と前記第１の金属薄膜とを合金化する工程と、合
金化された第２の金属薄膜の下部に前記拡散障壁層を残
して、不要な前記第１の金属薄膜および前記拡散障壁層
を除去する工程とを有することを特徴とする。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【作用】本発明の金属配線の形成方法によれば、基板と
第１の金属薄膜との間に拡散障壁層が設けられているた
め、合金化の際に、第１の金属薄膜の金属が基板中に拡
散するのを防止できる。

【００１９】更に、第１の金属薄膜と第２の金属薄膜と
は材料が異なるので、エッチング選択比を十分大きくと
ることができ、基板にダメージを与えずに、第２の金属
薄膜をパターニングできる。したがって、金属配線の加
工条件の自由度を損なうこと無く、良好な状態で微細な
加工を行なうことができ、もって加工不良による信頼性
の低下を防止できる。しかも、第２の金属薄膜はその下
部が熱処理により合金化されるのでＥＭ耐性も向上す
る。したがって、接合リーク等による信頼性の低下を防
止できる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照しながら参考例および実施
例を説明する。図１は第１の参考例に係る金属配線の形
成工程断面図である。

【００２１】先ず、図１（ａ）に示すように、所望の素
子が形成されたシリコン基板の表面をシリコン酸化膜等
の絶縁膜３で被覆した後、この絶縁膜３に配線と素子と
を電気的に結合するためのコンタクト孔（不図示）を形
成する。次いで絶縁膜３上に拡散障壁層としてのＴｉＮ
膜４を堆積する。この後、スパッタ法を用いて厚さ約４
００ｎｍのＡｌ薄膜５をＴｉＮ膜４上に厚さ５０ｎｍで
堆積する。

【００２２】次に図１（ｂ）に示すように、Ａｌ薄膜５
をフォトリソグラフィー法により所定の形状にパターニ
ングしてＡｌ配線７を形成する。そしてフォーミングガ
ス雰囲気中で４５０℃で１５分間熱処理することにより
Ａｌ結晶の粒径を成長させる。次いでスパッタ法を用い
て全面に厚さ１０ｎｍのＣｕ薄膜９を形成した後、これ
をＡｒ雰囲気中で４５０℃で３分間熱処理してＣｕ薄膜
９中のＣｕ原子をＡｌ配線７中に拡散させる。

【００２３】最後に図１（ｃ）に示すように、シリコン
基板１を硝酸に浸漬し、基板表面に残った未反応のＣｕ
薄膜９を除去した後、未反応のＣｕ薄膜９の下のＴｉＮ
膜４を除去して完成する。

【００２４】以上のようにして得れたＡｌ配線７では、
Ｃｕ原子によりＡｌ薄膜５中のＡｌ原子の拡散が防止さ
れるのは勿論のこと、バンブー構造が確実にしかも多数
形成され、これにより従来のＡｌ配線よりＥＭ耐性が向
上する。

【００２５】更に、絶縁膜３とＣｕ薄膜９との間にはＴ
ｉＮ膜４が設けられているため、Ｃｕ原子をＡｌ配線７
中に拡散させる工程において、Ｃｕ薄膜９中のＣｕ原子
が絶縁膜３，シリコン基板１に拡散するのを防止でき
る。したがって、シリコン基板１に形成された素子に接
合リークが生じるという問題は起こらない。

【００２６】図２，図３は第２の参考例に係る金属配線
の形成工程断面図である。この参考例の金属配線の形成
方法が第１の参考例のそれと異なる点は、Ａｌ結晶を粒
径成長させた後に、Ａｌ薄膜のパターニングを行なった
ことにある。

【００２７】まず、図２（ａ）に示すように、所望の素
子が形成されたシリコン基板１１上に絶縁膜１３を形成
した後、この絶縁膜１３に配線と素子とを電気的に結合
するためのコンタクト孔（不図示）を形成する。次いで
絶縁膜１３上に厚さ５０ｎｍのＴｉＮ膜１４を堆積した
後、スパッタ法を用いてＴｉＮ膜１４上に厚さ約４００
ｎｍのＡｌ薄膜１５を堆積する。次いでランプ加熱装置
を用いて、Ａｌ薄膜１５に６００℃，１０秒間の熱処理
を施してＡｌの結晶粒径を成長させる。次に図２（ｂ）
に示すように、フォトリソグラフィーを用いてＡｌ薄膜
１５を配線パターンの形状にパターニングしてＡｌ配線
１７を形成する。

【００２８】次に図３（ａ）に示すように、無電解メッ
キ法を用いてシリコン基板１１上に厚さ３ｎｍのＣｕ薄
膜１９を形成する。次いでこれを３００℃で３０分間熱
処理してＣｕ薄膜１９のＣｕ原子をＡｌ配線１７中に拡
散させる。

【００２９】最後に図３（ｂ）に示すように、シリコン
基板１１を硝酸に浸漬し、基板表面に残った未反応のＣ
ｕ薄膜１９を除去し、引き続き、不要なＴｉＮ膜１４を
除去する。

【００３０】以上のようにして得られたＡｌ配線１７で
も、ＴｉＮ膜１４を設けると共に、Ａｌ結晶の粒径を成
長させた後にＣｕの拡散を行なっているので、接合リー
クを防止でき、且つ従来のＡｌ配線よりＥＭ耐性が向上
する。図４，図５は第３の参考例に係る金属配線の形成
工程断面図である。

【００３１】先ず、図４（ａ）に示すように、シリコン
基板２１の（１００）面上に、例えば、ＳｉＯ₂膜，Ｂ
ＰＳＧ膜等の絶縁膜２３を形成する。次いでスパッタガ
スとしてＡｒとＮ₂とを用いたＤＣマグネトロンスパッ
タ法で、絶縁膜２３上に拡散障壁膜としての厚さ５０ｎ
ｍのＴｉＮ膜２５を形成し、引き続き、厚さ４００ｎｍ
のＡｌ薄膜２７をスパッタ堆積する。

【００３２】次に図４（ｂ）に示すように、Ｃｌ系ガス
を用いてＡｌ薄膜２７をパターニングして幅０．２〜
０．５μｍのＡｌ配線２９を形成する。この後、このＡ
ｌ配線２９に６００℃，１〜１０秒程度のアニールを施
し、粒径成長させる。

【００３３】次に図４（ｃ）に示すように、スパッタ法
で厚さ０．５ｎｍのＣｕ薄膜３１を形成した後、２５０
℃で１分の真空アニールを行ない、Ａｌ配線３１にＣｕ
原子を含有させる。次に図５（ａ）に示すように、硝酸
中でＣｕ薄膜３１を除去する。この後、４５０℃のＨ₂
／Ｎ₂雰囲気中で１５分間シンターを行なう。最後に、
図５（ｂ）に示すように、不要なＴｉＮ膜２５を除去す
る。

【００３４】以上のようにして得られたＡｌ配線２９を
測定したところ、Ｃｕ濃度は０．１〜０．３％程度であ
った。そして、Ｃｕ濃度は、図６に示すように、配線幅
が広くなるほど低かった。

【００３５】また、ＴｉＮ膜２５を設けた場合のシリコ
ン基板２１中のＣｕ量と、ＴｉＮ膜２５を設けていない
場合のそれとを比較してみた。その結果、厚さ５０ｎｍ
のＴｉＮ膜２５を設けた場合、図７に示すように、４０
０℃までシリコン基板２１中のＣｕ濃度は、検出限界以
下であった。この結果、ＴｉＮ膜２５を設けたことによ
り、Ａｌ配線３１にＣｕ原子を含有させる際のアニール
工程で、Ｃｕがシリコン基板２１に拡散するのを確実に
防止でき、接合リーク等による信頼性の低下を招くこと
無くＥＭ耐性を改善できる。図８，図９は本発明の第４
の参考例に係る金属配線の形成工程断面図である。

【００３６】まず、図８（ａ）に示すように、所望の素
子が形成されたシリコン基板３３上にシリコン酸化膜等
の絶縁膜３５を形成した後、この絶縁膜３５に配線と素
子とを電気的に結合するためのコンタクト孔（不図示）
を形成する。次いで絶縁膜３５上に厚さ５０ｎｍのＴｉ
Ｎ膜３７を形成した後、このＴｉＮ膜３７上に厚さ５ｎ
ｍのＣｕ薄膜３９，厚さ８００ｎｍのＡｌ薄膜４１をス
パッタ法を用いて順次形成する。

【００３７】次に図８（ｂ）に示すように、フォトリソ
グラフィー法によってＡｌ薄膜４１をパターニングして
Ａｌ配線４３を形成する。この後、Ｈ₂／Ｎ₂ガス雰囲
気中で４５０℃で３０分間熱処理し、Ａｌ配線４３の下
部を合金化させる。

【００３８】次に図８（ｃ）に示すように、スパッタ法
を用いてシリコン基板３３上に厚さ１５ｎｍのＣｕ薄膜
４５を形成した後、２５０℃で３分間の熱処理を行なっ
てＡｌ配線４３の表面を合金化させる。次に図９（ａ）
に示すように、シリコン基板３３を硝酸に浸漬し、Ａｌ
配線４３と合金化しなかったＣｕ薄膜４５を除去する。
最後に、図９（ｂ）に示すように、Ａｌ配線４３をマス
クとして用いて絶縁膜３５上の不要なＴｉＮ膜３７を除
去する。

【００３９】図１０は以上の方法で得られたＡｌ配線６
３のＸ線回析の結果である。この図からθ−Ａｌ２Ｃ
ｕ，γ２−Ａｌ４Ｃｕ９が検出されていることが分か
る。即ち、ＡｌとＣｕとの反応により、Ａｌ配線４３の
表面に、Ａｌ／Ｃｕの金属間化合物が形成されているの
を確認できた。また、これはシリコン基板を硝酸に浸漬
することで、Ａｌ配線にほとんど影響を与えずに、未反
応のＣｕを完全に除去できることを意味している。

【００４０】図１１は本参考例のＡｌ配線４３の信頼性
を評価した結果である。また、比較例としてＣｕを含ま
ないＡｌ配線の場合のそれも載せてある。評価方法とし
ては、ＢＥＭ（ＢｒｅａｋｄｏｗｎＥｎｅｒｇｙｆｏ
ｒＭｅｔａｌ）法を用いた。図中、縦軸はＭＥＦ（Ｍ
ｅａｄｉａｎＥｎｅｒｇｙｔｏＦａｌｌｕｒｅ）
で、配線が断線に至るまでに、配線中を流れた電荷の総
量から配線に加わったエネルギの総量を算出したもの
で、信頼性の指標となる。なお、配線長，配線幅はそれ
ぞれ５００μｍ，２μｍとした。この図から、本参考例
のＡｌ配線４３のＭＥＦは、比較例のそれより約６倍大
きく、信頼性が顕著に改善されていることが分かる。

【００４１】かくして本参考例の配線の形成方法によれ
ば、Ａｌ薄膜４１のパターニングをＣｕを含まない状態
で加工するので微細加工が容易になる。また、Ｃｕ薄膜
３９がエッチングストッパーとして働き、選択比を大き
くとることができ、パターニングに起因する信頼性の低
下を防止することができる。更に、Ｃｕ薄膜３９の下部
には拡散障壁膜としてのＴｉＮ膜３７が設けてあるの
で、合金化の際にＣｕ原子が絶縁膜３５中に拡散して基
板に到達するのを防止できる。また、Ａｌ配線４３は、
Ａｌ表面及び下部にＡｌＣｕ合金が形成された構成をし
ているので、Ａｌの表面拡散を抑制することができ、こ
れによりボイドやヒロックの発生を防止できるので信頼
性が向上する。図１２は第５の参考例に係る金属配線の
形成工程断面図である。

【００４２】まず、図１２（ａ）に示すように、所望の
素子が形成されたシリコン基板４７の表面をシリコン酸
化膜等の絶縁膜４９で被覆した後、この絶縁膜４９に配
線と素子とを電気的に結合するためのコンタクト孔を形
成する（不図示）。次いで絶縁膜４９上に厚さ５０ｎｍ
のＴｉＮ膜５１を形成する。

【００４３】次に図１２（ｂ）に示すように、スパッタ
法によりＴｉＮ膜５１上に厚さ２．５ｎｍのＣｕ薄膜５
３，厚さ４００ｎｍのＡｌ薄膜を順次形成した後、フォ
トリソグラフィー法を用いてこのＡｌ薄膜をパターニン
グし、Ａｌ配線５５を形成する。

【００４４】次に図１２（ｃ）に示すように、シリコン
基板４７をＨ₂／Ｎ₂ガス雰囲気中で４５０℃で１５分
間熱処理し、Ａｌ配線５５の下部を合金化した後、スパ
ッタ法を用いてシリコン基板４７上に厚さ１０ｎｍのＣ
ｕ薄膜５７を形成する。次いで２００℃で１０分間の熱
処理を行ない、Ａｌ配線５５の表面を合金化する。

【００４５】最後に、図１２（ｄ）に示すように、シリ
コン基板４７を硝酸に浸漬し、未反応のＣｕ薄膜５３，
５７を除去した後、Ａｌ配線５５をマスクに用いて絶縁
膜４９上の不要なＴｉＮ膜５１を除去する。このような
方法でも、加工性の低下を招くこと無く、ＥＭ耐性に優
れたＡｌ配線５７を形成できるので、微細化に伴う配線
の信頼性の低下を防止できる。図１３は第６の参考例に
係る金属配線の形成工程断面図である。

【００４６】先ず、図１３（ａ）に示すように、所望の
素子が形成されたシリコン基板６１の表面をシリコン酸
化膜等の絶縁膜６３で被覆した後、この絶縁膜６３に配
線と素子とを電気的に結合するためのコンタクト孔（不
図示）を形成する。次いで絶縁膜６３上に厚さ２５ｎｍ
のＴｉＮ膜６５を形成した後、スパッタ法を用いてこの
ＴｉＮ膜６５上に厚さ２．５ｎｍのＣｕ薄膜６７，厚さ
４００ｎｍのＡｌ薄膜６９を順次形成する。次に図１３
（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法を用いて
Ａｌ薄膜６９をパターニングしてＡｌ配線７１を形成す
る。

【００４７】次に図１３（ｃ）に示すように、電気メッ
キ法を用いてシリコン基板６１上に厚さ１０ｎｍのＣｕ
薄膜７３を形成した後、シリコン基板６１をＨ₂／Ｎ₂
ガス雰囲気中で４５０℃で１５分間熱処理し、Ａｌ配線
７１の下部及び表面を合金化する。

【００４８】最後に、図１３（ｄ）に示すように、シリ
コン基板６１を硝酸に浸漬し、Ａｌ配線７１以外の部分
に残留する不要なＴｉＮ膜６５，Ｃｕ薄膜６７，７３を
除去する。このような方法でも、加工性やＥＭ耐性が向
上し、先の参考例と同様な効果が得られる。図１４，図
１５は本発明の一実施例に係る金属配線の形成工程断面
図である。

【００４９】最初、図１４（ａ）に示すように、所望の
素子が形成されたシリコン基板７５の表面をシリコン酸
化膜等の絶縁膜７７で被覆した後、この絶縁膜７７に配
線と素子とを電気的に結合するためのコンタクト孔を形
成する（不図示）。次いで絶縁膜７７上に厚さ２５ｎｍ
のＴｉＮ膜７９を形成した後、スパッタ法を用いてＴｉ
Ｎ膜７９上に厚さ２．５ｎｍのＣｕ薄膜８１，厚さ４０
０ｎｍのＡｌ薄膜８３を順次形成する。次に図１４
（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法によって
Ａｌ薄膜８３をパターニングしてＡｌ配線８５を形成す
る。次に図１４（ｃ）に示すように、シリコン基板７５
に２５０℃，３分間の熱処理を施し、Ａｌ配線８５の下
部と下地のＣｕ薄膜８１とを合金化させる。

【００５０】次に図１５（ａ）に示すように、シリコン
基板７５を硝酸に浸漬し、不要なＣｕ薄膜８１を除去す
る。しかる後、選択ＣＶＤ法を用いてＡｌ配線８５の表
面に厚さ５ｎｍのＷ薄膜８７を被着させる。次に図１５
（ｂ）に示すように、シリコン基板７５をＨ₂／Ｎ₂ガ
ス雰囲気中で４５０℃で３０分間熱処理し、Ａｌ配線８
５中にＷを拡散させる。最後に、Ａｌ配線８５をマスク
にして不要なＴｉＮ膜７９を除去する。以上述べた方法
で得られたＡｌ配線８５でも、ＥＭ耐性等が向上するた
め、装置の高集積化に伴う配線の信頼性低下を防止でき
る。

【００５１】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施では、配線を構成す
る金属薄膜としてスパッタで形成したＡｌ薄膜を用いた
が、ＣＶＤ法やクライスターイオンビーム法によって形
成されたＡｌ，Ｗ，Ｃｕ薄膜や、スパッタ法によって形
成されたＡｌ合金，Ｗ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ａｕ，Ａｇ薄膜等
が使用可能である。

【００５２】また、Ｃｕ薄膜を用いた場合について説明
したが、Ｃｕ薄膜の代わりに、Ｔｉ，Ｔａ，Ｖ，Ｎｂ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｕ，Ａｇ等の薄膜に対しても、ＴｉＮ膜
は拡散障壁膜として働くのを確認した。更に、配線の結
晶粒径を大きくする方法としては、拡散炉中の加熱及び
ランプ加熱以外にレーザアニール，電子ビームアニール
を用いても良い。更にまた、配線に添加する不純物とし
ては、Ｃｕ以外にＣｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｂ等が使用
可能である。そしてまた、不純物の拡散源となる薄膜の
形成方法としては、スパッタ法以外にＣＶＤ法やクライ
スターイオンビーム法，ＭＢＥ法等が使用可能である。

【００５３】なお、上記第１〜第３の参考例では、Ａｌ
の粒径成長後に、Ｃｕ薄膜を形成し、ＡｌとＣｕとの合
金化を行なったが、その逆に、Ａｌ配線，Ｃｕ薄膜を形
成した後に、Ａｌの粒径成長を行なっても良い。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
板に形成される素子に対して悪影響を与えること無な
く、ＥＭ耐性に優れた金属配線を形成でき、もって半導
体装置が高集積化、微細化しても、信頼性が高い金属配
線を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の参考例に係る金属配線の形成工
程断面図。

【図２】本発明の第２の参考例に係る金属配線の前半の
形成工程断面図。

【図３】本発明の第２の参考例に係る金属配線の後半の
形成工程断面図。

【図４】本発明の第３の参考例に係る金属配線の前半の
形成工程断面図。

【図５】本発明の第３の参考例に係る金属配線の後半の
形成工程断面図。

【図６】図５のＡｌ配線中のＣｕ濃度と配線幅との関係
を示す特性図。

【図７】ＴｉＮ膜を設けた場合のシリコン基板中のＣｕ
量とＴｉＮ膜を設けていない場合のそれとを比較して示
す図。

【図８】本発明の第４の参考例に係る金属配線の前半の
形成工程断面図。

【図９】本発明の第４の参考例に係る金属配線の後半の
形成工程断面図。

【図１０】図９のＡｌ配線のＸ線回折の評価結果。

【図１１】図９のＡｌ配線のＭＥＦを従来のそれと比較
して示す図。

【図１２】本発明の第５の参考例に係る金属配線の形成
工程断面図。

【図１３】本発明の第６の参考例に係る金属配線の形成
工程断面図。

【図１４】本発明の一実施例に係る金属配線の前半の形
成工程断面図。

【図１５】本発明の一実施例に係る金属配線の後半の形
成工程断面図。

【図１６】従来のＥＭ耐性の改善を図った半導体装置の
断面図である。

【図１７】粒径成長させた場合の問題点を説明するため
の図。

【符号の説明】

１，１１，２１，３３，４７，６１，７５…シリコン基
板、３，１３，２３，３５，４９，６３，７７，８３…
絶縁膜、７，１７，２９，４３，５５，７１，８５…Ａ
ｌ配線、９，１９，３１，３９，４５，５３，５７，６
７，７３，８１，…Ｃｕ薄膜、８８…Ａｌ₂Ｃｕ、１
５，２７，４１，６９…Ａｌ薄膜、４，１４，２５，３
７，５１，６５，７９…ＴｉＮ膜、８７…Ｗ薄膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡野晴雄神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献特開平２−143429（ＪＰ，Ａ) 特開平１−232746（ＪＰ，Ａ) 特開平３−18029（ＪＰ，Ａ) 特開平２−116124（ＪＰ，Ａ) 特開平４−192332（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、配線に添加する金属の基板への
拡散を防止する拡散障壁層を形成する工程と、前記拡散障壁層上に、前記配線に添加する金属の拡散源
となる第１の金属薄膜を形成する工程と、この第１の金属薄膜上に、前記配線を構成する金属薄膜
としての第２の金属薄膜を形成する工程と、この第２の金属薄膜を配線パターンの形状にパターニン
グする工程と、前記第１の金属薄膜とパターニングした第２の金属薄膜
に対して熱処理を行なうことによって、前記パターニン
グした第２の金属薄膜の下部と前記第１の金属薄膜とを
合金化する工程と、合金化された第２の金属薄膜の下部に前記拡散障壁層を
残して、不要な前記第１の金属薄膜および前記拡散障壁
層を除去する工程とを有することを特徴とする金属配線
の形成方法。
【請求項２】前記第１の金属薄膜はＣｕ薄膜、前記第２
の金属薄膜はＡｌ薄膜、前記拡散防止層はＴｉＮ膜であ
ることを特徴とする請求項１に記載の金属配線の形成方
法。