JPH02188922A - エレクトロニクス装置およびその製造方法 - 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、エレクトロニクス装置、特に、Ｓｉ半導体、
Ｇａ−Ａｓ半導体、各種ヤンサ、感熱ヘッド基板、液晶
、及び１発光素子の高信頼配線電極膜に関する。

〔従来の技術〕

従来、集積回路装置の配線でＣｕ添加のＡｌが。

例えば、米国特許第３７２５３０９号に記載のように、
エレクトロマイグレーション、即ち、電気移動に起因す
る配線の断線不良を回避するために用いられてきた。

現在、Ａｌ配線構造が多層になり複雑になっているため
、Ａｌ配線膜を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ョンによる不良も問題にな
っている。このエレクトロマイグレーション、および、
ストレスマイグレーションによる断線を防止するため、
特開昭６３−２９５４８号公報ではＡｌとＴｉＷ乃至Ｔ
ｉＮを積層した配線を考案している。ところがこの構造
ではＡｌ２とＴｉＷ乃至Ｔ　ｉ　Ｎとの密着力が低く、
Ａｌ１１層がエレクトロニクスマイグレーションによっ
て移動して配線抵抗が高くなるため、導通不良となった
り、Ａｌが消失した部分では抵抗の高いＴｉＷ、乃至、
ＴｉＮ０層を電流が流れるため、ジュール発熱による断
線が起こるという欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ＡｌとＴｉＷ、乃至、ＴｉＮを積層さ
せることによって配線膜の耐ストレスマイグレーション
性を改善するものであるが、ＡｌとＴｉＷ乃至ＴｉＮと
の接着性について考慮がなされておらず、耐エレクトロ
ニクスマイグレーション性は必ずしも改善されないとい
う問題があった。

本発明の目的は、配線膜の耐ストレスマイグレーション
性、及び、耐エレクトロマイグレーション性ともに優れ
た配線材料を提供することにある。

（課題を解決するための手段〕 上記目的は、Ａｌ合金膜とＴｉＷ、乃至、ＴｉＮ膜との
接着性を改善することにより、達成される。

そのため、ＴｉＷ乃至ＴｉＮ膜上にＭｇ、又は、Ｂｅ１
Ｉを形成し、その上にＡｌ合金膜を形成する。

Ｍｇ、あるいは、Ｂｅ膜がＴｉＷ乃至Ｔ　ｉ　Ｎ膜の表
面に強固に接着し、その上に形成するＡｌ合金膜とも反
応して下地のＴｉＷ乃至’１”　ｉ　ＮとＡｌ合金膜と
が接合される。

同様の効果を得るため、ＡｌターゲットにあらかじめＭ
ｇ又はＢｅを添加しておき、ＴｉＷ乃至Ｔ　ｉ　ＮとＡ
ｌとの界面の部分を形成する際、スイッチングスパッタ
法によって、原子層レベルの厚さでＭｇ、又は、Ｂｅ入
りＡｌ合金とＴｉＷ、乃至、Ｔ　ｉ　Ｎとを交互に積重
ねる方法があげられる。

また、ＴｉＷ乃至ＴｉＮにＭｇ又はＢｅを添加したター
ゲットを用いてもよい。

〔作用〕

Ａｌ合金とＴｉＷ乃至ＴｉＮとの間に形成したＭｇ又は
Ｂｅと酸素との親和力はＡｌの場合よりも大きい。そこ
で、ＴｉＷ表面に形成される酸化膜とＭｇ、又は、Ｂｅ
が反応して酸化物となり、熱処理によってＡｌ中に拡散
するため強固なＡｌ合金とＴｉＷ乃至ＴｉＮとの金属接
合が得られる。

また、Ｍｇ又はＢｅはＡｆ１以上に酸素と結合しやすい
ので、あらかじめＡｌ、又は、ＴｉＷ乃至ＴｉＮ中に添
加しておいても、界面清浄化作用があり１強力なＡＩ２
合金とＴ　ｉ　Ｗ乃至ＴｉＮとの金属接合が得られる。

−度、金属接合するとＡ、　Ｑ合金とＴ　ｉ　Ｗ乃至Ｔ
ｉＮ膜は一体となり、Ａｌだけがエレクトロマイグレー
ションによって移動することもなく、高電流密度の条件
に耐える高信頼配線が得られる。

〔実施例〕 以下、本発明を実施例によって説明する。第１図は本発
明の実施例の構造を示した断面図である。

１は半導体基板（Ｓｉ、Ｇａ−Ａｓ基板）、２はコンタ
クトホール、３は絶縁物（例えばＳｉＯ２膜）、４はＡ
ｌにＰｄ、Ｐｔ、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｂｅ。

Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｌａ。

Ｃｅを各々５ｗｔ％未満添加したＡｌ合金配線、５はＴ
ｉＷ（Ｔｉを５〜９５重景％を含み）乃至ＴｉＮ膜、６
はＭｇ又はＢｅ層である。

第２図は本発明の詳細な説明するためのグラフである。

従来のＡｌ−５ｉ単層膜（０，４μｍ）、Ａｌ−８ｉ　
（０，４μｍ）／ＴｉＷ　（０，２ｐｍ）、Ａｌ−８ｉ
　　（０，４，ｕｍ）／Ｍｇ″（０，０１μｍ）／Ｔｉ
Ｗ（０，２μｍ）の三種類の配線を用いて高温通電試験
（２００℃、　５　Ｘ　１０６Ａ／ａｍ”）を行い配線
寿命を評価した結果を示している。Ａｌ−８ｉ単層膜に
比べてＡ　Ｑ　−Ｓ　ｉ　／　Ｔ　ｉ　Ｗ積層膜の寿命
は短くなっている。一方、Ａ　Ｑ　−Ｓ　ｉ　／　Ｍ　
ｇ／　Ｔ　ｉ　Ｗの寿命はＡｌ−８ｉの十倍となってお
り。

本発明によって配線の高信頼化が可能となった。

Ａｌ合金／　Ｔ　ｉ　Ｗ積層配線はＡｌ合合金層配線に
比べて高温放置断線による不良がきわめて少ない。

それに比べて通電試験を行うと、却って、Ａｌ合金が動
き易くなり寿命が短くなるのはＴｉＷ上をＡｆ１合金が
スリップして移動するからだと考えられる。一方、絶縁
膜とＡｌ合金は密着性が高いため配線は動かない。そこ
でＡｆｌよりも酸素との親和力の強いＭｇ、又は、Ｂｅ
をＡｌ合金とＴｉＷの間にはさんでＡｌ合金とＴｉＷを
接合させ、ＡΩ合金のスリップを防止する。この方法に
より、Ａｌ単層膜のように多少Ａｌにスリット状の欠陥
が入ってもＴｉＷがつながっているため、Ａｌ単層膜に
比べてＡΩ／　Ｍ　ｇ　／　Ｔ　ｉ　Ｗの寿命は一桁以
上のびる。

第３図はＡｌ０．４μｍ、ＴｉＷｏ、２７ｚｍでＡ　　
Ｑ　／ＴｉＷ、　　Ａｌ−Ｍｇ／Ｔｉｅ、　　ＡＭ／Ｔ
ｉリ−Ｍｇ、Ａｌ単層の四種類の配線の通電による寿命
を示している。Ａ　ｆｉｌ　／　Ｔ　ｉ　Ｗの寿命が最
も低くＡ　Ｑ　−Ｍ　ｇ　／　Ｔ　ｉ　ＷとＡ　Ｑ　／
　Ｔ　ｉ　Ｗ　−Ｍ　ｇ配線はＡｌ単層の五〜十倍の寿
命がある。これはＭｇがＡｌとＴｉＷ界面に拡散してゆ
き、界面にある酸化皮膜を破壊してＡｌとＴｉＷとの接
合を促進するためのものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、耐エレクトロマイグレーション性、耐
ストレスマイグレーション性ともに優れ、従来に比べ同
一温度、電流条件で百倍以上の寿命をもつ配線膜が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構造の断面図、第２図及び
第３図は本発明の効果による耐エレクトロマイグレーシ
ョン性を示した図である。 １・・・半導体基板、２・・・コンタクトホール、３・
・・絶縁物、４・・・Ａｌ合金配線、５・・・ＴｉＷ、
又は、ＴｉＮ膜、６・Ｍｇ、又は、Ｂｅ。 第１図 第 因 試１旅呵間 （／−Ｌ） 第 図 書に□　、ｊ疋将Ｒパ　（ｈン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体あるいは絶縁体基板上に配線膜をもつエレク
   トロニクス装置において、 前記配線膜をＡｌ合金とＴｉＷあるいはＴｉＮとの積層
   膜で構成し、前記Ａｌ合金と前記ＴｉＷあるいは前記Ｔ
   ｉＮとの界面にＭｇあるいはＢｅ膜を設けることを特徴
   とするエレクトロニクス装置。 ２、半導体あるいは絶縁体基板上の配線膜のＡｌ合金は
   、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、
   Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｌａ、Ｃｅを各々５重量％未満含み
   、残部がＡｌよりなることを特徴とするエレクトロニク
   ス装置。 ３、半導体あるいは絶縁体基板上の配線膜のＴｉＷある
   いはＴｉＮは、Ｍｇ、あるいは、Ｂｅを２０重量％未満
   含むことを特徴とするエレクトロニクス装置。 ４、特許請求項第２項または第３項において、Ｍｇある
   いはＢｅをＡｌ合金とＴｉＷ、あるいは、ＴｉＮとのど
   ちらか一方、あるいは両方にあらかじめ添加しておくこ
   とにより、Ａｌ合金とＴｉＷあるいはＴｉＮとを直接積
   層して配線膜とすることを特徴とするエレクトロニクス
   装置。 ５、特許請求項第１項、第２項、第３項または第４項に
   おいて、 ＴｉＷあるいはＴｉＮ膜をスイッチングバイアススパッ
   タ法で形成することを特徴とするエレクトロニクス装置
   の製造方法。 ６、特許請求項第４項において、 Ａｌ合金とＴｉＷあるいはＴｉＮ膜との接合層をスイッ
   チングスパッタ法で形成することを特徴とするエレクト
   ロニクス装置の製造方法。 ７、特許請求項第４項において、 Ａｌ合金とＴｉＷあるいはＴｉＮ膜との接合層をスイッ
   チングバイアススパッタ法で形成することを特徴とする
   エレクトロニクス装置の製造方法。