JPH01298744A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体
装置の金属配線における耐ストレスマイグレーンヨン特
性の向上に適用して有効な技術に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、半導体基板上に形成される実情回路の配線材
料としては、電気抵抗率が低い、シリコン酸化膜との密
着性が良好である、加工が容易であるなどの理由から、
アルミニウム（Ａｌ）、Ａｊ！−３膜合金あるいはＡ、
ｉ！−３１−Ｃｕ合金などのΔβ系金属が使用されてい
る。

ＡＩｌ系金属からなる配線を形成するには、例えば、株
式会社サイエンスフォーラム、昭和５８年１１月２８日
発行、「超ＬＳＩデバイスハンドブックＪＰ１２３〜Ｐ
１３０に記載があるように、半導体基板の表面にスパッ
タ法などを用いて、へ！系金属の薄膜を被着した後、レ
ジストマスクを用いてこの薄膜をエツチングする方法や
、配線を形成する箇所以外の絶縁膜表面をあらかじ約ホ
トレジストで被覆しておき、その表面にスパッタ法など
を用いて、ｌ系金属薄膜を被着した後、ホトレジストと
その表面の余分なＡｌ系金属４膜とを同時にリフトオフ
する方法などが用いられている。

また、このようにして所定の形状にパターン形成された
金属配線は、通常、約４００℃程度のアニール処理が施
され、蒸着時に生じた結晶欠陥の回復を図っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

半導体集積回路の集積度向上に伴って配線が微細化され
ようになると、いわゆる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カ顕著になり、結晶粒界界面
でスリット断線が生じたり、局部的に原子が集中してヒ
ロック（ｈｉｌｌｏｃｋ）が形成されるなど、配線寿命
の低下が著しくなることから、その対策が重要な課題と
なっている。

本発明者は、Ａββ系金肥線のストレスマイグレーショ
ンについて検討を行い、アニール処理を行った際に配線
の内部に残留する引張り応力が配線寿命の低下を引き起
こす原因になることを見出した。

本発明の目的は、ストレスマイグレーションに起因する
半導体装置の金属配線の信頼性低下を有効に防止するこ
とのできる技術を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明
細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、金属配線形成後の半導体基板を上記金属配線
の塑性変形温度以下の低温まで冷却した後、室温に戻す
方法である。

〔作用〕

金属配線の内部には、アニール処理の際に生じた引張り
応力が残留しており、これがスリット断線などのストレ
スマイグレーション不良を引き起こす原因となる。

そこで、金属配線形成後に半導体基板を冷却すると、温
度の低下に伴って熱膨張係数の大きい金属配線が周囲の
絶縁膜や基板よりも大きく収縮するために金属配線の内
部に引張り応力が作用し、冷却がさらに進行すると、こ
の引張り応力の増大によって金属配線の内部′＝塑性変
形が引き起こされる。

次いで、半導体基板を加温して室温に戻すと、温度の上
昇に伴って金属配線が周囲の絶縁膜や基板よりも大きく
膨張するために金属配線の内部に圧縮応力が作用する。

その結果、冷却開始以前に金、嘱配線の内部に残留して
いた引張り応力が上記圧縮応力と相殺されて解消される
ため、残留引張り応力に起因する配線のストレスマイグ
レーション不良が有効に防止される。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例である半導体装置の製造方
法を示す半導体基板の要部断面図、第２図は、この半導
体基板の冷却温度と配線内部の応力変化との関係を示す
グラフ図である。

まず、常法に従って、半導体基板（以下、基板という）
１の活性素子領域に、例えば、第１図に示すバイポーラ
形半導体集積回路素子を形成する。

すなわち、ｐ形シリコン単結晶からなる基板１の表面に
打ち込んだｎ形不純物イオンを拡散してコレクタ埋込み
層２を形成し、その表面にｎ形シリコン層３をエピタキ
シャル成長させた後、コレクタ埋込み層２の両側にチャ
ネルストッパ４を形成する。

次に、基板１を熱酸化して素子分離用酸化膜５を形成し
た後、レジストマスクを用いた不純物イオンの打ち込み
と拡散とを行い、ベース領域６およびエミッタ領域７を
それぞれ形成する。

次に、スパッタ法などを用いて基板１の表面に被着した
Ａｌ２−３ｉ合金などのＡｆ系金金属薄膜エツチング加
工してベース領域６、エミッタ領域７右よびコレクタの
コンタクト取出し領域８の各々に第一のＡ１ｉ！配線９
を接続し、このＡβ配線９のアニール処理を行った後、
基板１の表面をリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などの層間
絶縁膜１０で被覆する。

最後に、層間絶縁膜１０の表面に形成した第二のＡｌ配
線１２と前記第一のＡｌ２配線９とをコンタクトホール
１１を介して接続し、第二のＡｌ配線１２のアニール処
理を行った後、基板１の表面にＰＳＧあるいはｓ　１ｓ
Ｎ４などからなるバクシベーンヨン膜１３を被着する。

次に、上記のような集積回路素子が形成された基板１を
例えば液体窒素などを用いた冷却槽に搬入し、第２図に
示すような冷却モードに従って冷却処理する。

すると、基板ｌの温度が低下するにつれ、熱膨張係数の
大きいＡｌ配線９，１２が周囲の基板１、層間絶縁膜１
０およびパッシベーション膜１３よりも大きく収縮する
ため、Ａｌ配線９，１２に引張り応力が作用し始める。

この引張り応力は、基板１の温度が低下するに従って増
大し、所定の温度になると降伏点に達する結果、Ａｆ配
線９．１２の内部に塑性変形が引き起こされる。

次に、基板１をさらに超低温まで冷却した後、今度は徐
々に加温すると、Ａｌ配線９．１２が周囲の基板１、層
間絶縁膜ｌＯおよびパッシベーション膜１３よりも大き
く膨張するため、ＡＩ！、配線９．１２に圧縮応力が作
用し始める。

その結果、冷却開始以ｍ】のアニール処理の際にＡ１配
線９．１２の内部に残留した引張り応力および基板１を
冷却する過程でΔｌ配線９，１２の内部に生じた引張り
応力が上記圧縮応力と相殺されることから、基板１の温
度が室温に戻ったときには、ＡＩ！配線９．１２の内部
には応力が存在しないか、または、僅かな圧縮応力が残
留する。

以上のように、基板１をＡｌ配線９，１２の塑性変形温
度以下の温度となるまで冷却した後、室温に戻すことに
よって、Ａｉ！配線９．１２の内部の引張り応力が解消
されるため、残留引張り応力に起因するスリット断線な
どのストレスマイグレーション不良が有効に防止され、
信頼性の高い半導体装置が得られる。

また、耐ストレスマイグレーション特性が向上する結果
、Ａｌ配線９，１２の微細化、ひいては、半導体装置の
高集積化が促進される。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。

例えば、実施例では、基板表面にパッシベーション膜を
被着した段階で冷却処理を行ったが、基板をペレットに
分割して樹脂パッケージに封止し　ノた後に冷却処理を
行ってもよい。

いずれの場合でも、ＡＰ配線の内部に引張り応力を残留
させないためには、高温のアニール処理工程がすべて完
了した後に冷却処理を行うのがよい。

また、実施例ではＡＰ系金嘱配線を用いた半導体装置に
適用した場合について説明したが、例えば、銅（Ｃｕ　
）などの金属配線を用いた半導体装置に適用することも
できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、金属配線を形成した後の半導体基板をこの金
、＠配線の塑性変形温度以下の低温となるまで冷却した
後、室温に戻すことにより、ストレスマイグレーション
不良の原因となる金属配線内部の残留引張り応力が解消
されるため、信頼性の高い金属配線が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である半導体装置の製造方法
を示す半導体基板の要部断面図、第２図はこの半導体基
板の冷却温度と配線内部の応力変化との関係を示すグラ
フ図である。 １・・・半導体基板、２・・・コレクタ埋込み層、３・
・・ｎ形シリコン層、４・・・チャネルストッパ、５・
・・素子分離用酸化膜、６・・・ベース領域、７・・・
エミッタ領域、８・・・コンタクト取出し領域、９．１
２・・・Ａ１配線、１０・・・層間絶縁膜、１１・・・
コンタクトホール、１３・・・パッシベーション膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の集積回路素子が形成された半導体基板の表面
   に金属膜を被着し、前記金属膜をエッチング加工および
   アニール処理して配線を形成した後、前記半導体基板を
   前記配線の塑性変形温度以下の低温となるまで冷却した
   後、室温に戻す工程を有することを特徴とする半導体装
   置の製造方法。 ２、最終のアニール処理工程の後に半導体基板を冷却す
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
   法。