JPH0291970A - 配線用アルミニウム薄膜導体 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、微細半導体装置の製造の為に必須なフンタク
ト部において、高い信頼性を有する配線用アル１ニウム
薄膜導体に関する。

（従来の技術） 半導体素子の分野においては、近年、ますます高集権化
に対する要望が高まっている。これに対して、素子の寸
法の微細化が進んでおり、対応して様々な微細加工技術
が開発されている。

一方、素子の寸法が微細化されるに従って、従来は問題
とならなかった点で、新しい問題が発生してきた。例え
ば配線金属と半導体基板との接続孔についていえば、従
来は溶液によるエツチングによって接続孔。側壁には７
−パが形成され配線金属の被覆は問題とならなかった。

しかしながら、近年の乾式エツチング法による微細加工
技術によれば、形成された微細接続孔はその側壁は垂直
だなりている。

この様な接続孔に対しての配線金属の被覆状態を第２図
に示す。第２図は、半導体基板２１中に、不純物拡散領
域２２が設けられた後、全面上に絶縁２３を形成して、
さらに絶縁膜２３の所望の領域に微細コンタクト孔２４
を設けた後、配線金属２５を設けた状態である。配線金
属の形成は、通常、スパッタ、蒸着等の方法で実施され
るが、これらの方法で形成された配線金属の被覆状態は
第２図に示すように接続孔周辺下部において極端に膜厚
が薄い状態になる。特に孔が微細化されるに従ってこの
傾向は強くなり、例えば接続孔の大きさ〜１μ、高さ〜
１μの場合には、この接続孔周透下部膜厚は平面部のそ
れの２０％以下にもなる。

配線金属の膜厚が１μの場合、０．２μ以下になる。

このような接続孔における配線金属の被覆状態は配線の
信頼性を著しく低下させる。特に、多用されているＡＩ
配線の場合には、膜厚の薄い部分能性がある。よってエ
レクトロマイグレーシ１ンによりｋｌ配線の断線が非常
に発生し易くなり、コンタクト部の信頼性の大巾な低下
を招く。

従って、微細フンタクトを有する信頼性の高い配線を形
成するにはコンタクト部において配線の被覆状態を良好
にして、配線の膜厚が薄くなることを防止する必要があ
る。

Ａ７！配線金属膜のフンタクト部における被覆状態の散
状対策として実用に近いものとして、以下に示す２種の
方法が提案されている。１つは、基板にバイアスをかけ
なからＡｌ膜をスパッタ形成する方法でバイアススパッ
タ法と呼ばれている。

基板上に形成されたＡｌ膜を基板バイアスにより加速さ
れたＡｒイオンで再スパツタしながら堆積させる方法で
ある。第３図（ａ）はこのような方法で形成した配線Ａ
ｌ膜３５のフンタクト部３４における被覆状態を示した
図である。フンタクト段差においてほぼ４５’のテーパ
状のＡｌ膜が形成されて、コンタクト内部に充分のＡ／
膜が存在している。しかしながら、我々の実験によれば
（ａ）図のような被覆状態が得られる条件は、コンタク
トの直径がほぼ１．５μｍ以上の場合であって、１゜５
μｍより小さなコンタクトの場合には第３図（ｂ）　Ｋ
示すようにコンタクト部においてＡＩ膜３５から基板３
１および拡散層部３２にわたって空洞３６が形成されて
しまう。この原因は、フンタクト径が小さくなって、ア
スペクト比（深さ／直径）が大きくなると、充分なＡｌ
膜がコンタクト部に供給されなくなり、コンタクト底部
ではエツチング効果の方が優勢になるためである。第３
図Φ）の状態では、外観上はＡｌ膜の被覆状態は良好で
あるが、コンタクト接合破壊が空洞のために生じており
使いものにならない。

２つ目のコンタクト部被覆状態の改善方法は、５００°
Ｃ以上の基板温度での高温スパッタ法である。ＡＩは融
点が６６０°Ｃと比較的低いためＫ。

基板温度を高温にすると基板表面でのＡｌ原子の移動度
が大きくなることを利用する方法である。

第４図は、基板温度を５５０°Ｃの高温にしてＡｌ膜を
形成した後のコンタクト部の被覆状態を示した図である
。高温でのＡｌ膜はＡｌ原子の移動が活発になるため、
あたかも液体のようなふるまいをしてコンタクト内部に
Ａｌ膜が供給されてフンタクト部が平坦になる。しかし
ながら、高温であるために基板ＳｉとＡｌ膜との間に相
互拡散が生じ、基板４１および拡散層部４２にＡＩｔス
パイク不良が生じる。Ａｌ中に８ｉを混入させたＡｌ−
８・ｉ合金にすることで、かなり防止できるが、通常用
いる１〜２％Ｓｉ入りＡｌ膜では充分では無い。Ｓｉ量
を増加させると、今度は高温にしないとＡｌ膜が流動し
なくなり、さらに室温に戻った時にＳｉがコンタクト部
に析出してコンタクト抵抗大不良を引き起こす。対策と
して、Ａ／腹膜下バリアメタル層を設ける方法が一般的
に実用化されているが、プロセスが複雑になる、信頼度
の高いバリアメタルの形成が困難などの欠点を有する。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、微細コンタクトを有する半導体装置に
おいてコンタクト部の配線膜厚を厚く、なだらかに形成
できるＡＩ配線を実現することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） すなわち本発明は、前述した従来の方法を改良したもの
で４５０’Ｃ以下の低温による熱処理でもコンタクト部
での被覆状態が良好になるｋ１合金を用いることを特徴
としたもので、具体的にはＡｌ中にカルシウムを含むこ
とを特徴とするものである。

（作用） 本発明によればコンタクト部の被覆状態の優れた信頼性
の高い微細Ａｌ配線が得られる。

（実施例） 第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例を工程順に図
示したものである。以下工程順に説明する。

第１図（ａ）は、半導体基板１１中に不純物拡散領域１
２を形成した後、半導体基板全面上に絶縁膜１３を設け
、次いで絶縁膜１３の所望の領域に、その側面が垂直に
近い〜１μｍ以下の径を持つ微細コンタクト１４を形成
した後、Ｃａを含むＡ１１合金膜１５を形成した状態で
ある。しかる後Ｋ。

基板を４５０’Ｃ以下の温度で熱処理を施こすと、Ｃａ
を含むＡ１合金膜１５が流動化して、第１図（ｂ）に示
すごとくコンタクト部ＫＣａを含むＡ１合金膜１５が流
れ込んでコンタクト部のｋｌ膜厚が厚くなり平坦になる
。ＡＩ中に添加するＣａの作用は文献前田新平：軽金属
、Ｍｏｌ　１１（１９６１）Ｐ２３１によれは再結晶温
度を低下させる元素で、バルク中ＡＩに５００ｐｐｍ（
０，０５％）のＣａを添加すると再結晶温度が室温まで
低下することが報告されている。Ｃａを含むＡｌターゲ
ットからスパッタ形成したＡノーＣａ合金膜にも同様な
効果が認められ、Ｃａが無いＡＩ膜の場合、５５００Ｃ
以上の熱処理によってしかＡＩの流動化が認められない
が、Ｃａを含むＡｌ膜の場合、４５０’Ｃ以下の熱処理
によっても充分Ａｌ膜の流動化が認められた。４５０’
Ｃでの熱処理は通常ＡＩと基板Ｓｉとのコンタクトをと
るためのシンター処理温度であり、コンタクト破壊等の
不良を生じることのないプロセス温度である。従って、
４５０’Ｃ以下の熱処理でＡ！膜膜流動炉生じるＡｌ−
Ｃａ合金は充分実用化に耐え得る。ＣａのＡｌ中への添
加量は０．０１幅〜２％の範囲であればＡＩ膜の抵抗増
分は５％以下であり、配線抵抗増加の悪影響もなく、４
５０°Ｃ以下の熱処理で平坦なフンタクトが得られる。

さらに、Ａ１合金膜として人１−８ｉ。

Ａｌ−Ｃｕ％ｋｌ−８１−Ｃｕ５ｋｌ−８１−Ｔｉ等に
％Ｃａを添加しても同様な効果が得られる。

尚、本実施例ではｋｌ膜形成後に熱処理をして流動化し
たが、基板加熱をしながらＡｌ−Ｃａ合金を形成しても
同様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フンタクト部においてＡｌ配線膜厚が
厚くなり、しかもなだらかく平坦化されるために１信頼
性の高い人！配線を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＡ／配線の形成方法を示す断面図
、第２図〜第４図は従来のｋｌ配線の形成方法を示す工
程断面図である。 １１・・・半導体基板、 １２・・・不純物拡散領域、 １３・・・絶縁層、 １４・・・微細コンタクト、 １５・・・ＡＩ配線層。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　松　　山　　光　　２ 第４図 第　　３　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量比で０．０１％よりも多く２％よりも少ない量のカ
   ルシウムを混入したことを特徴とする半導体装置のため
   の配線用アルミニウム薄膜導体。