JPH0242729A - アルミニウム系薄膜配線 - 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〕 本発明は集積回路等に用いるアルミニウム系薄膜配線に
関する。

〔従来の技術〕

アルミニウム系薄膜配線は、集積回路等の電子素子の配
線として用いられている（例えば、昭和５９年電子通信
学会編、オーム社発行のＬＳＩハンドブック２７５〜２
８１頁）。従来のアルミニウム系配線では、第３図（ａ
）に示したようにシリコン基板１に付された酸化シリコ
ン膜等の絶縁層２上に多結晶アルミニウムパターン６を
直接形成するか、第３１〜− 図（ｂ）に示したように酸化シリコン膜等の絶縁層２上
に先ず多結晶又は非晶質シリコン薄膜パターン３ａを形
成してからその上に多結晶アルミニウム系薄膜パターン
６を形成した構造が用いられていた。

このような従来のアルミニウム系配線薄膜では、アルミ
ニウム系薄膜は非晶質又は一般的な多結晶膜に堆積され
るので、一般的な多結晶膜であるが、堆積条件を選択す
ると（１１１）配向（膜の＜１１１＞方向が下地表面の
法線方向に優先的に配向）した膜が形成できる場合もあ
るが、やはり多結晶膜である（（１１１）配向以外の結
晶粒も存在するし、また（１１１）配向の結晶粒の膜面
内方向では優先配向していない。さらに（１１１）配向
の結晶粒においても〈１１１〉方向はかなり幅広い分布
を持っている。また、結晶粒径も数戸程度でかつ分布し
ている。）。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようないわゆる多結晶アルミニウム系薄膜を用いた
配線では、アルミニウムの粒界を通しての自己拡散等に
起因するエレクトロマイグレーションやストレスマイグ
レーションが生じ、配線の信頼性が低いという問題があ
る。また、アルミニウム系薄膜とシリコン（例えば第３
図（ｂ）に示したアルミニウムの下地の多結晶シリコン
やアルミニウム系配線をシリコン集積回路に用いた場合
におけるコンタクト部の単結晶あるいは多結晶シリコン
）と容易に合金化反応を生じ、配線の信頼性の低下やコ
ンタクト特性の低下を引起こすという間顕がある。

本発明の目的は従来のアルミニウム系薄膜配線における
問題点を解決した新規なアルミニウム系薄膜配線を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明のアルミニウム系薄膜
配線においては、（１１１）配向を有するシリコン薄膜
と、該シリコン薄膜上にエピタキシャル的に成長しかつ
（１０）配向を有するアルミニウム系薄膜との２層構造
を含むものである。

〔作用〕

シリコンの（１１１）面上にエピタキシャル成長した単
結晶アルミニウム系薄膜は、５００″Ｃ程度に加熱して
もシリコンとの合金化反応を生ぜず、高い熱安定性を有
し、かつ単結晶であるので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に対しても耐性が優れてい
る。本発明のアルミニウム系薄膜は大部分においてその
ようなエピタキシャル的に成長した膜から構成されてい
るので。

耐熱性及び信頼性を著しく向上できる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図（ａ）に断面図を示したように、先ずシリコン基
板１上に非晶質酸化シリコン膜２を公知のＣＶＤ法によ
って堆積する０次に該酸化シリコン膜２上に多結晶シリ
コン薄膜３を（１１１）配向の単結晶状もしくは大粒径
のシリコン薄膜３′に再結晶化する（第１図（ｂ））。

この再結晶化法としては、例えば該構造に電子ビーム又
はレーザービームを高速（数十ｃｍ／秒）で走査し、該
多結晶又は非晶質シリコン薄膜を溶融・固化させるいわ
ゆるビームアニル法を用いることができる。次に該単結
晶状（１１１）シリコン薄膜３′上に第１図（ｃ）に示
したように（１１１）配向のアルミニウム薄膜４をエピ
タキシャル成長する。アルミニウム膜のエピタキシャル
成長には。

たとえばイオン化蒸着法（電子ビーム加熱により蒸発し
たアルミニウム原子の一部を電子衝撃等によりイオン化
し、電界によって加速して基板に堆積する方法）を用い
ることができる。ちなみにアルミニウムとシリコンとは
格子定数の不一致が極めて大きいので、狭義の意味での
エピタキシャル成長という表現が適切であるかどうか分
からないが、イオン化蒸着等により（１１１）シリコン
上に（１１１）アルミニウムを単結晶成長することがで
きる。

次に第１図（ｄ）に示したように、標準的なホトエツチ
ング法により該アルミニウム薄膜パターン４ａと、単結
晶状又は大粒径（１１１）シリコン薄膜パターン３’ａ
とを形成した後、酸化シリコン等のカバー膜５を堆積す
ることにより、基本的な配線構造が得られる。

次に第２の実施例について説明する。第２の実施例にお
いては、第１の実施例における多結晶シリコン薄膜をビ
ームアニール法等により単結晶状シリコン薄膜に再結晶
化する第１図（ｂ）の工程後。

ホトエツチング法により第２図（ａ）に示したように該
単結晶状又は大粒径（１１１）シリコン薄膜の配線パタ
ーン３’ｂにパターン化する。次に第２図（ｂ）に示し
たようにトリイソブチルアルミニウム等を反応ガスとし
て用いたＣＶＤ法により、該単結晶状シリコン薄膜パタ
ーン３’ｂ上にのみアルミニウム薄膜パターン４ｂをエ
ピタキシャル的にかつ選択的に堆積する。次にカバー膜
５を堆積することにより基本的な配線構造が得られる。

上記実施例においては、（１１１）配向した大粒径もし
くは単結晶状シリコン薄膜の形成法としてビームアニー
ル法を挙げたが、イオン化蒸着あるいはＭｎＥ法等他等
地法を用いることもできる。

さらに、アルミニウムに銅やタングステン等地の不純物
を含ませたアルミニウム合金を用いると、それらの微量
添加不純物の有する効果（例えば銅添加による耐エレク
トロマイグレーション性）の発揮が期待される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の構造によれば耐熱性及び
信頼性に優れたアルミニウム系薄膜配線を実現できる効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例における配線構
造を形成する工程での試料断面略図、第２図（ａ）。 （ｂ）は他の実施例を示す主要工程の試料の断面略図。 第３図（ａ）、（ｂ）は従来の配線構造の断面略図であ
る。 １・・・シリコン基板　　　　２・・・酸化シリコン膜
３・・・多結晶シリコン膜　　３ａ・・・多結晶シリコ
ンパターン３′・・・単結晶状又は大粒径（Ｕｔ）シリ
コン膜３’ａ、３’ｂ・・・単結晶状又は大粒径（１１
１）シリコン薄膜パターン４・・・エピタキシャル（１
１１）アルミニウム膜４ａ　、　４ｂ・・・エピタキシ
ャル（１１１）アルミニウム薄膜パターン５・・・カバ
ー膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）（１１１）配向を有するシリコン薄膜と、該シリ
   コン薄膜上にエピタキシャル的に成長しかつ（１１１）
   配向を有するアルミニウム系薄膜との２層構造を含むこ
   とを特徴とするアルミニウム系薄膜配線。