JPH0284719A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0284719A
JPH0284719A JP23770988A JP23770988A JPH0284719A JP H0284719 A JPH0284719 A JP H0284719A JP 23770988 A JP23770988 A JP 23770988A JP 23770988 A JP23770988 A JP 23770988A JP H0284719 A JPH0284719 A JP H0284719A
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JP
Japan
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film
thin film
crystal grain
alloy
substrate
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JP23770988A
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English (en)
Inventor
Fumisato Tamura
文識 田村
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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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方法に関し、特に電極配線の
ストレスマイグレーション抑制に有効な高信頼性Ai7
合金薄膜の形成方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、この種のAf合金薄膜の形成方法は最大で2wt
%程度の銅と1wt%程度の硅素を含むアルミニウム合
金のターゲットを用いて、基板の段差部の段差被覆性の
向上を目的として・250℃〜380℃程度に基板を加
熱してスパッタ堆積したり、或は堆積薄膜の結晶粒径を
より小さくすることを目的としてスパッタの放電ガスと
してアルゴンに数%の窒素を混入したりしていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の基板温度を250℃〜380℃に加熱し
てスパッタリングを行うAl1 (合金)薄膜の形成方
法は基板に付着したA[等の原子に表面拡散をするのに
十分なエネルギーが与えられる。
このため、段差部でのステップカバレッジは向上するが
、結晶粒径が1μm以上に成長してしまうので1μm程
度の線幅の配線をパターニングした場合A[(合金)の
結晶粒界6は配線を横断してしまうものが発生する〔第
4図(a)〕。この配線上にプラズマCVD法などによ
って圧縮応力を有するシリコン窒化膜などを被覆した場
合、A[(合金)配線に引張り応力が発生し、熱ストレ
スの印加のみでくさび状ボイド8のみならずスリット状
ボイド7が発生することもあり〔第4図(b)〕、配線
が断線状態になってしまうといら欠点がある。
また、All(合金)の結晶粒径を配線幅より小さくす
るためにスパッタガスであるアルゴンに微量の窒素を混
入する方法は窒素がA[(合金)の結晶化を防げるので
、All (合金)薄膜の結晶粒径を小さくするのに有
効であるが、同時にA[(合金)薄膜中に取り込まれる
窒素の量も増え、この窒素を含有したAll(合金)薄
膜は、熱処理を経るとヒロックが多発したり、またエレ
クトロ・マイグレーション耐性に劣るという欠点がある
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、ターゲット材料が銅を3.0〜5、5
 w t%含むアルミニウム合金であり、かつ堆積時の
基板温度が180℃以下であり、さらに堆積速度が0.
8μm / +nin以上であるという成膜条件を有し
ているスパッタリング法を用いて、半導体基板上にA1
1合金薄膜を堆積する半導体装置の製造方法を得る。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を用いて説明する。
第1図は純アルミニウムとAJ7−4wt%Cuの2種
類のターゲットをそれぞれ用いて1.1μm/ min
の堆積速度で1μmの膜厚のAρ(合金)膜をシリコン
酸化膜上に堆積した場合の平均結晶粒径と、堆積時の基
板加熱温度との関係を示すグラフである。銅を〜4wt
%添加したAf1合金薄膜の平均結晶粒径は成膜時の基
板温度に大きく依存し、成膜時の基板温度が180℃以
下であれば、第2図に示すように、1.0±0.3μm
程度の配線幅に比べて十分小さな粒径の結晶粒3を有す
るAJ−Cu合金薄膜を形成できる。また低温でスパッ
タリングを行うので下地基板としての半導体基板の段差
部のステップカバレッジは250℃で堆積したときに比
べ若干(〜10%程度)低下するが、CU濃度が高くエ
レクトロ・マイグレーションに強い膜であるので実用上
何ら問題はない。
第3図(a)および(b)にAA−4wt%Cu合金薄
膜の鏡面反射率(λ=400nm)の堆積速度依存性4
及びAr放電圧依存性5を示す(基板温度は〜250℃
)。鏡面反射率は薄膜中への不純物ガス等の取り込み量
やエレクトロマイグレーション耐性や、ヒロック耐性と
深い相関関係にあるが、成膜時の堆積速度を0.8μm
 / min以上にすれば実用上問題のない程度まで不
純物ガス等の薄膜中への取り込みを抑えることができる
。また鏡面反射率は成膜時のAr放電圧にはあまり依存
しない。
上述した基礎データの一実施例として、真空中で100
℃の基板加熱を行い、表面がシリコン酸化膜からなる下
地半導体基板の表面の吸着水分等を取り除いてから、同
一真空中で基板加熱なせずに1.1μm/mmの速度で
1.0μmの厚さに堆積したA17−4wt%Cu薄膜
を電子顕微鏡で観察したところ、基板温度が250℃以
上のときに、またはCu濃度が2wt%程度以下のとき
に観察された明確な結晶粒界は発生していなかった。
さらに、実際の半導体装置ではAA金合金成膜後、下地
基板の一部である半導体面とオーミック接触を形成する
ために350℃程度以上のジッタリングを行うことが必
要であるが、415℃の温度で15分間熱処理を加えて
も、上述したAβ−4wt%Cuの薄膜においては再結
晶化は進行せず、明確な結晶粒界は発生しなかった。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、An−Cu合金ターゲ
ット中のCu濃度が、従来用いられていた濃度(0,5
〜2. Ow t%)より高い濃度(3,0〜5、5 
w t%)のものを用いて低温(180℃以下)でかつ
高速(0,8μm/−以上)スパッタリングを行ってA
A−Cu合金膜を成膜することにより、実用的な配線幅
に比べて十分小さな結晶粒径を有し、かつ窒素などの不
純物ガスの取り込み量の少ない膜質を形成でき、エレク
トロ・マイグレーション耐性を劣化させずに、ストレス
・マイグレーション耐性を向上させることができる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による平均結晶粒径と成膜時
の基板加熱温度の相関関係を示すグラフであり、第2図
は本発明の一実施例を用いて形成された配線の上面図で
あり、第3図(a)及び(b)は本発明の一実施例によ
るlj7−4wt%Cu膜の鏡面反射率と成膜時の堆積
速度及びAr放電圧との相関関係を示すグラフである。 第4図は従来の成膜方法を用いて形成された配線の上面
図である。 1・・・・・・AA−4wt%Cu膜の成膜時の基板温
度と平均結晶粒径との相関、2・・・・・・純AIl膜
の成膜時の基板温度と平均結晶粒径との相関、3・・・
・・・Al7−Cu合金の結晶粒、4−・・Al1−4
wt%Cu膜の鏡面反射率と成膜時の堆積速度との相関
、5・・・・・・Aβ−4wt%Cu膜の鏡面反射率と
成膜時のAr放電圧との相関、6・・・・・・配線を横
断しているAA (合金)の結晶粒界、7・・・・・・
スリット状ボイド、8・・・・・・くさび状ボイド。 代理人 弁理士  内 原   音 J1旧 ガ3目 (ムルγr) C必ノ (IJ、t←−) (し)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ターゲット材料が銅を3.0〜5.5wt%含むアルミ
    ニウム合金であり、かつ堆積時の基板温度が180℃以
    下であり、さらに堆積速度が0.8μm/mm以上であ
    るスパッタリング法を用いて下地半導体基板上に金属薄
    膜を堆積することを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP23770988A 1988-09-21 1988-09-21 半導体装置の製造方法 Pending JPH0284719A (ja)

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