JPH0239536A - 配線構造体及びその製造方法 - 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ＬＳＩ等の微細配線に係り、特に耐マイクレー
ジョン性及び耐腐食性に優れた信頼性の高い配線構造体
とその製法に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩの配線金属には比較的比抵抗が小さく、加工性が
優れている等の理由から主にＡＱが用いられている。し
かし、Ａｆｉは耐マイグレーション性が悪い、このため
、主配線金属のＡｌ１にＣｕを僅かに添加した配線材料
Ａ　Ｑ　−Ｃｕ　−Ｓ　ｉが提案されている。しかし、
添加物のＣｕにはハロゲ化合物の蒸気圧が高いため、反
応性イオンエツチング（ＲＩＥ）装置でエツチングでき
ず、残金を生じる他、腐食し易い欠点があった。ＡＱ配
線で大きな問題になっているマイグレーションにはエレ
クトロマイグレーションとストレスマイグレーションが
ある。エレクトロマイグレーションは高密度の電流が流
れたとき、ＡＱ原子が電子の流れる方向に移動してボイ
ドが発生し、ＡΩ配線が断線する現象である。ストレス
マイグレーションは配線幅が微細になるため、パッシベ
ーション膜から受ける応力によってＡＱ配腺が粒界で断
線してしまう現象である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は耐マイグレーション性と、耐腐食性及び
微細加工性の点について充分配慮されておらず、ＬＳＩ
の高集化に伴って配線が微細化されサブミクロン配線に
なるとさらに条件がきびしくなり、断線や腐食が生じる
ため配線の信頼性が著しく悪くなる問題があった。

本発明の目的は耐マイグレーション性と耐腐食性及び微
細加工性を改善した、信頼性の高い微細配線を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は主配線金属の表面を添加物金属で覆い、この
積層構造の配線を高温で瞬間的な熱処理を加えることに
より、添加物金属を主配線金属の粒界を通っての拡散及
び粒子への拡散によって、添加物金属の濃度の高い金属
間化合物を形成し、主配線金属の表面を金属間化合物と
未反応の添加物金属を連続的に積層して覆うことにより
達成される。

〔作用〕

金属間化合物は主配線金属と添加物金属の一方が溶融す
る高い温度で瞬間的に加熱して形成されるので、添加物
金属が主配線金属の粒界及び粒子に拡散し、かつ、高濃
度に含まれることになる。

主配線金属の粒界に拡散、析出した金属間化合物は粒界
を通る主配線金属原子が電子の流れる方向に移動するの
を防ぐ効果がある。また、添加物金属が粒子に拡散した
金属間化合物は主配線金属の移動をおさえる効果がある
。また、添加物金属を粒界や粒子に拡散させた金属間化
合物は主配線金属ＡＱに比べ、パッシベーション膜から
の応力に対して強い。また、主配線金属の表面を腐食し
難い金属で形成した金属間化合物は腐食性主配線金属の
保護膜として働くので主配線金属が腐食されることがな
い。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図（ａ）のように半導体基板１にＳｉ○２絶縁膜２を被
着した後、その上にＭｏＳｉ２から成る添加物金属３を
Ｃｏスパッタで１０〜１１００ｎの厚さに被着する。次
に第１図（ｂ）に示すように添加物金属膜３上にバイア
ススパッタ等でＡＱから成る主配線金属膜４を約８００
ｎｍの厚さに被着する。反射率の大きい主配線金属膜４
のレーザ照射時の光の吸収効率を良くする目的でａ−３
ｉから成る反射防止膜５を約１５ｎｍの厚さに被着する
。その後、第１図（ｃ）に示すように添加物金属膜３と
主配線金属膜４を積層した半導体基板１にＡＱの融点６
６０℃以上にエキシマレーザ等を用いてラビットアニー
ルによって加熱すると主配線金属４のＡＱ、の一部と添
加物金属３のＭｏ５１２の一部が瞬時に反応し、金属間
化合物膜６が形成される。金属間化合物膜６はＭＯＡＱ
Ｌ２やＭｏＡＱａである。本実施例ではＭｏ５ｉｚから
成る添加物金属３に未反応部がある場合について述べた
が完全に反応させても同じ効果が得られる。

次に、第１図（ｄ）に示すようにホトリソ技術を用いて
配線パターンを形成し、ＣＣＱ　４ガスを用いた反応性
ドライエツチングで表面から主配線金属膜４と金属間化
合物膜６及び添加物金属膜３をエツチングして配線構造
体を得ることができる。

本実施例では加熱後に主配線金属膜４と金か間化合物膜
６及び添加物金属膜３が分離して形成されているが主配
線金属膜４中で添加物金属が連続的な濃度分布を持って
拡散されていても良い。また配線の抵抗が増加するが主
配線金属膜４中に添加物金属が均一に拡散されていても
良い。一般に、金属間化合物が生じる共晶温度が比較的
低い場合は粒子を通っての拡散が主であり、粒界を通っ
ての拡散は少なくない。共晶温度が高い場合は逆に粒界
を通っての拡散が主である。しかし、本実施例のように
金属の溶融温度以上に瞬的に加熱すると、粒界を通って
の拡散の他、粒子を通っての拡散が同時に生じる。この
ため、Ａ１１ｌ原子が粒界を通って移動したり、膜中で
空孔が移動するのを阻止することができる。このため、
耐エレクトロマイグレーション性が改善できるため高密
度の電流を連続的に流すことができ、配線の寿命を長く
することができる。また、配線の表面付近にクリープ試
験に強い金属間化合物が層状に形成されているため、パ
ッシベーション膜からの応力によって配線が粒界で断線
するのを防ぐことができる。

表１は本実施例によって作製した各種配線材料の耐マイ
グレーション性を評価した結果である。

表１　耐マイグレーシヨン評価結果 配線幅＝１．０μｍ。

試験電流密度：　５　ｘ　１０−ＢＡ／ｃｄ４５０℃、
６０分間のＨａアニール有り。

温度：１５０℃ 耐マイグレーション性は一般に広く用いられているＡＱ
−３ｉやＡＱ−Ｃｕ−３ｉ系に比べ、ＡＱ膜の下にＭｏ
５ｉｚ等を敷いて、レーザ照射したものは大幅に改善さ
れている。但し、ＡＱ−８ｉにレーザ照射したものはほ
とんど効果が見られない。

本実施例では添加物金属を主配線金属膜の下に敷いた場
合について説明したが、添加物金属膜を設ける位置はこ
れに限られるものではない。

本発明の他の実施例（２）を第２図に示す。主配線金属
膜４の下面と上面を添加物金属膜３で覆った配線構造体
である。ＡＱから成る主配線金属膜４を被着する工程ま
では実施例１と同じであり省略する。ＡＱから成る主配
線金属膜４上にＧ。

スパッタでＭｏ５ｉｚから成る添加物金属膜３′を５０
〜１１００ｎの厚さに被着する。次に、添加物金属膜３
′の表面からエキシマレーザを照射して瞬時に加熱して
主配線金属膜４と添加物金属膜３．３′とを同時に反応
させ金属間化合物膜６゜６′を形成する。その後、実施
例１と同様にパタニングし、ＲＩＥでエツチングしてサ
ントイツタ構造の配線構造体を得ることができる。実施
例２の配線構造では特にパッシベーション膜からの応力
を低減できる。

本発明の他の実施例（３）を第３図を用いて説明する。

ＡＱから成る主配線金属膜４を被着する工程までは実施
例１と同じである。主配線金属膜４をパターニングし、
ＲＩＥでエツチングして配線を形成する。次に、ｃｏス
パッタでＭｏ５ｉｚから成る添加物金属膜３′を被着す
る。その後、エキシマレーザを照射して加熱し、ＡＱか
ら成る主配線金属膜４とＭｏ５ｉｚから成る添加物金属
膜３′とを反応させ、金属間化合物６′を形成する。

５ｉＯｚから成る絶縁膜２上の添加物金属膜３′はエツ
チングして除去する。このようにして、主配線金属膜４
の表面を金属間化合物６′と添加物金属膜３′で覆った
配線構造体を得ることができる。本実施例では設けてい
ないが主配線金属膜４の下側に添加物金属膜３を形成し
ても良い。このように、本実施例によれば主配線金属膜
の表面が全て金属間化合物で覆われるのでパッシベーシ
ョン膜の応力や、腐食に対する阻止効果がある。

実施例１，２．３では単層の主配線金属膜について説明
したが積層した膜についても適用することができる。

本発明の他の実施例（４）を第４図によって説明する。

本実施例は主配線金属膜４と添加物金属ｆｉ３を複数回
繰り返えし重ね合せてものである。

本実施例の主配線金属膜６，６′と添加物金属膜３．３
’　、３“の膜厚は全体の厚さを８００ｎｍにするため
、それぞれ所定の厚さで形成される。

本発明では配線の抵抗を増加されるが、耐マイグレーシ
ョン性に限れば、最も効果がある。

本発明の実施例では主配線金属膜としてＡＱ配線につい
て述べたが、これに限られるものではなく、ＡＱ系合金
膜、Ｃｕ及びＣｕ系合金等の耐マイグレーション性の改
善や腐食し易い金属膜の防食方法としても適用できる。

また、本実施例では添加物金属膜としてＭｏＳｉ２につ
いて述べたが、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｔ
ａ、Ｔｉ。

Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｉとその元素を１種以上含む化合物であ
っても同様な効果が得られる。

また、本実施例では加熱方法にレーザを使用したが、ハ
ロゲンランプや電子ビーム等瞬間的に加熱できる装置で
あれば適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば配線の膜質を改良できるため、耐マイグ
レーション性と耐腐食性及び微細加工性を改善できるの
で、微細された配線の抵抗増大や断線による不良がなく
なり、配線の信頼性が向」二できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、第２図、第３図、第
４図は本発明の他の実施例を示す図である。 １・・・半導体基板、２・・・絶縁膜、３・・・添加物
金属膜、４・・主配線金属膜、５・・・反射防止膜、６
・・・金属間化合物膜。 ｊ し−サ゛照身↑

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主配線金属を形成する工程と、添加物金属を形成す
   る工程と、前記金属の積層配線を瞬間的に加熱して主配
   線金属の少なくとも幾分かと、添加物金属の少なくとも
   幾分かとを反応させ金属間化合物を形成する工程を備え
   たことを特徴とする配線構造体の製造方法。 ２、主配線金属から成る配線の少なくとも表面の一部が
   主配線金属と添加物金属との金属間化合物で覆われてい
   ることを特徴とする配線構造体。 ３、主配線金属中に分布する添加物金属が濃度勾配を有
   していることを特徴とする配線構造体。 ４、添加物金属が主配線金属と金属間化合物を作る金属
   元素とこれらの元素を少なくとも１つ以上含む化合物で
   あることを特徴とする配線構造体。