JPH03178131A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH03178131A
JPH03178131A JP31799389A JP31799389A JPH03178131A JP H03178131 A JPH03178131 A JP H03178131A JP 31799389 A JP31799389 A JP 31799389A JP 31799389 A JP31799389 A JP 31799389A JP H03178131 A JPH03178131 A JP H03178131A
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JP
Japan
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film
wiring
effect
tensile strength
alloy
Prior art date
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Pending
Application number
JP31799389A
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English (en)
Inventor
Kimimaro Yoshikawa
公麿 吉川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical 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に関し、特に半導体基板上の金属配
線の構造に関する。
〔従来の技術〕
従来、半導体装置における金属配線は、純Alまたは、
熱処理時において基板中のSiがA、R中に拡散するこ
とによりAlがSi基板中に異常拡散するアロイスパイ
クと呼ばれる不良を防ぐためAlI中に1%程度Stを
予め混合させたスパッタターゲットを用いて、DCマグ
ネトロンスパッタ法によりSi基板表面に配線金属をス
パッタする方法や、Si基板表面にCVD法により多結
晶Si薄膜を成長させ、さらにその上に純粋のAlをス
パッタする方法等により一般に形成される。
更には、アイ・エイムス(r、Ames) 、エフ・エ
ム・ドエール(F、M、d’Heurle)等によりI
BMジャーナル オブ リサーチ アンド デベロプメ
ント(Journal of Re5earch an
d Development)p、461.7月号、1
970年に報告された、配線のエレクトロマイグレーシ
ョンに対する寿命を延ばすため数%のCuを混合させた
ターゲットを用いる方法や、デー・ニス・ガードナー(
D、S。
Gardner ) 、アール・ビー・バイヤーズ(R
,B。
Beyers )等によりアイイーイーイー トランザ
クションズ オン エレクトロン デバイシイズ(IE
EE Transactions on Electr
on Devices ) 。
ED−32(2)、2月号、1985年に報告された、
Affl膜の表面にTi等の高融点金属薄膜を積層させ
た構造のものや、アール・ビー・ゲーテ(R,B、Gh
ate ) 、ジェイ・ビー・ブレア(J、B。
Blair)等によりスイン ソリッド フィルムズ(
Thin 5old Films ) 53.117.
1978年に報告された。バリアメタルとしてTi、W
等の膜をA々膜とシリコン基板との間にはさむ方法も提
案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
近年の半導体集積回路装置の高集積化に伴う配線の微細
化により、配線中の電流密度の増大によるエレクトロマ
イグレーションや、多層構造の絶縁膜にはさまれた配線
の応力によるストレスマイグレーション等配線の信頼性
不良が重要な問題尼なっている。従って、サブミクロン
寸法を有する微細配線には低抵抗性、エレクトロマイグ
レーション耐制、ストレスマイグレーション耐制、加工
性といった特性が要求されている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の半導体装置は、一導電型半導体基板の一主面に
形成されたAfflを主成分とする配線を有する半導体
装置において、前記配線は300℃以下の低温において
Alを硬化させる効果を持つCuを含むAl合金膜と、
300℃以上でAlを硬化させる効果を持つTi膜との
積層膜からなるものである。
〔作用〕
300℃以下の低温においてAlを硬化させる効果を持
つCuを0.2〜4%添加したAl膜と、300℃以上
でAfflを硬化させる効果を持つTi膜との積層膜か
らなる本発明の配線により、300〜400℃の温度範
囲においてAfll!lの引っ張り強度を向上させるT
iの効果と、300℃以下においてAf膜の引っ張り強
度を向上させるCuの効果を重ね合わせることにより、
アロイ工程およびその後の恒温保管における引っ張り応
力によるAffl配線の断線を抑制できる効果がある。
また、必要なら、AJ−Cu合金にさらに半導体基板を
構成する元素、例えばSiを添加することにより、AJ
−Tiの反応による抵抗増大をおさえ、同時にアロイス
パイクを防止することもできる。
〔実施例〕
次に本発明を図面を用いて説明する。
第1図は本発明の第1の実施例であるTi薄膜をA、&
 −Cu膜の下に積層した配線を有する半導体装置の製
造工程を説明するための半導体チップの断面図である。
まず第1図(a)に示すように、p型のシリコン基板1
の表面に5i02等の酸化膜2を形成し、コンタクト部
の酸化膜2をフォトレジストをマスクにCF4とH2の
混合ガスを用いる反応性イオンエツチング法により開口
除去する。
次に第1図(b)に示すように、DCマグネトロンスパ
ッタ法により、Tiターゲットをアルゴンガスでスパッ
タし、厚さ200〜100OAのTi膜3を室温で形成
する。
次に第1図(c)に示すように、同一スパッタ装置内に
おいて、Ti膜3上に連続的に0.5%のCuと1%の
Siを含むAJ−Cu−Si膜4を0.5μmの厚さに
DCマグネトロンスパッタ法で形成する。
以下フォトリソグラフィ技術及びCCf、ガスを用いる
反応性イオンエツチング法によりAgAg−Cu−3i
及びTi膜3をバターニングし配線を形成する(図示せ
ず)、なお、バターニング後、シリコン基板と配線金属
とのコンタクトをとるため、450℃、30分間のシン
タリングを行なう。
第2図は本発明の第2の実施例であるTi薄膜をAJ−
Cu膜の上に積層した配線を有する半導体装置の製造工
程を説明するための半導体チップの断面図である。
まず、第2図(a)に示すように、p型のシリコン基板
1の表面に酸化膜2を形成し、コンタクト部の酸化膜を
フォトレジストをマスクにCF4とH2の混合ガスを用
いる反応性イオンエツチング法により開口除去する。
次に第2図(b)に示すように、DCマグネトロンスパ
ッタ法により、0.5%のCuと1%Siを含むA、!
2ターゲットをアルゴンガスでスパッタし、厚さ0.5
μmのAJ2−Cu−3t膜4を基板加熱200℃で形
成する。
次に第2図(c)に示すように、同一スパッタ装置内に
おいて、A々−Cu−3t膜4上に連続的にTi膜3を
200〜100OAの厚さにDCマグネトロンスパッタ
法で形成する。
以下フォトリングラフィ技術及びCC14ガスを用いる
反応性イオンエツチング法により、Ti膜3とAj’−
Cu−3u膜4をバターニングし配線を形成する(図示
せず)。なお、パターニング後、シリコン基板と配線金
属とのコンタクトをとるため、450℃、30分間のシ
ンタリングを行なう。
尚、上記実施例においては半導体基板としてSiを用い
た場合について説明したが、Geであってもよい、この
場合Al合金膜には5%以内のGeを含ませるのが望ま
しい。
第2の実施例で形成した積層配線構造の膜中応力の温度
依存性を従来の配線と共に第3図にそれぞれ示す、この
図は550℃加熱後の冷却時の腹中引っ張り応力(dδ
/dT)−の温度変化率を各温度についてプロットした
ものである。
dδ/dTが小さいということはそこで応力が緩和され
ている、いいかえると、塑性変形が起こっているという
ことである。これが配線中のボイドの発生につながる。
従って、dδ/dTの大きな値を有する配線構造が望ま
しいが、第3図かられかるように、300℃以下ではC
uが添加されているAJ膜が大きい値を示し、300〜
450℃ではTiを積層した構造の配線が大きい値を示
した。すなわち、Ti/Affl−Cu−3t積層配線
構造を採用することで低温から高温まで塑性変形の起こ
りにくい配線を形成することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、300℃以下の低温にお
いてAI2を硬化させる効果を持つCuを含むAl合金
膜と、300℃以上でAlを硬化させる効果を持つTi
膜の積層膜から配線を構成することにより、低温から高
温まで塑性変形の起こりにくい配線を形成することがで
きる。このため、半導体集積回路装置の高集積化に伴う
配線の微細化により、配線中の電流密度の増大によるエ
レクトロマイグレーションや、多層構造の絶縁膜にはさ
まれた配線の応力によるストレスマイグレーション等配
線の信頼性不良問題を解決した半導体装置が得られると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の第1及び第2の実施例を説
明するための半導体チップの断面図である。第3図は積
層配線構造の膜中応力の温度依存性を示す図である。 1・・・シリコン基板、2・・・酸化膜、3・・・Ti
膜、4−・・Af−Cu−3t膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一導電型半導体基板の一主面に形成されたAlを主
    成分とする配線を有する半導体装置において、前記配線
    は300℃以下の低温においてAlを硬化させる効果を
    持つCuを含むAl合金膜と、300℃以上でAlを硬
    化させる効果を持つTi膜との積層膜からなることを特
    徴とする半導体装置。 2、Al合金膜には半導体基板を構成する元素を含む請
    求項1記載の半導体装置。
JP31799389A 1989-12-06 1989-12-06 半導体装置 Pending JPH03178131A (ja)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5459091A (en) * 1977-10-20 1979-05-12 Toshiba Corp Semiconductor device
JPS56155550A (en) * 1980-05-02 1981-12-01 Hitachi Ltd Multilayer wiring structure and manufacture thereof
JPS6344741A (ja) * 1986-08-12 1988-02-25 Fujitsu Ltd 配線金属層の形成方法
JPS63129662A (ja) * 1986-11-20 1988-06-02 Fujitsu Ltd 半導体装置
JPS645035A (en) * 1987-06-29 1989-01-10 Toshiba Corp Semiconductor device and its manufacture

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