JPH03270135A - 半導体集積回路装置用電極配線の製造方法 - 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、半導体集積回路装置用電極配線の製造方法に
係り、特に超ＬＳＩにおける電極配線の製造方法に関す
るものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、例えば以下に示
すようなものがあった。

第３図はかかる従来の半導体集積回路装置用電極配線の
製造工程断面図である。

第３図（ａ）に示すように、シリコン基板ｌ上にトラン
ジスタやキャパシタ等の素子（図示なし）を形成した後
、絶縁膜２の所定の領域にコンタクト３を開孔する。次
いで、スパック装置により、Ｍｏ５ｉｘＪＩ９４を２０
００Å、更に、Ａｌ　　Ｓｉ　　Ｃｕ膜５を１．０　μ
ｍ堆禎させる。

次いで、第３図（ｂ）に示すように、通常のフォトリソ
グラフィー及びＲＩＥ法により、配線層４′及び５′よ
り収る配線パターンを形成する。更に、その上にパンシ
ヘーション膜としてＰＳＧ賎６及びＳｉＮ膜７を各々Ｃ
ＶＤ法、プラズマＣＶＤ法で堆積さ−１，前処理工程が
完了する。ここで、上記積層配線は信頼性を向上させる
もので、Ａ１５ｉ−Ｃｕ層５′がエレクトロマイグレー
ションにより断線しても、高融点材料であるＭｏＳｉｘ
　＠は断線しないので、通電が継続される結果、Ａｌ−
配線の温度が下がり、再び、配線としてつながるスイッ
チ現体のため、寿命が伸びる効果がある。また、ストレ
スマイグレーション耐性については、■絶縁膜２とＡｌ
−！−５５−Ｃｕ層５の熱膨張係数の差に起因する熱応
力をバッファ層として緩和する効果、■エレクトロマイ
グレーションの場合と同様にＡｆ　−５ｉＣｕ層５が断
線した時、バイパス通電により断線防止効果があり、寿
命は改善される。

（発明が解決しようとする！！！！ｊｌ）しかしながら
、上記従来の配線では設計ルール１μｍ以上の比較的集
積度の低い、デバイスもしくは一部Ａ２配線デバイスに
は有効であるが、サブミクロンの高速、高集積デバイス
への適用は困難である。何故ならば、微細化、平坦化が
進み、０．５μｍデバイスでは、配線膜厚が０．５μｍ
以下、幅もサブミクロンが要求される。高速化のために
はＡｎを最大限厚くしたいが、下敷のＭｏＳｉｘは抵抗
が高いため、薄くしすぎるとＡｌ断線時のバイパス１ｉ
流により、ジュール熱が発生し、瞬時溶断を起こしてし
まうので、最低１０００入必要である。

従って、Ａｌ　　５ｉ−Ｃｕ膜５の膜厚が０．４μｍと
なるが、第４図に示すように、パッシベーション膜（Ｓ
ｉＮ／ＰＳＧ）の応力により、前処理完了時点で、既に
一部の配線が断線してしまい、ＭｏＳ　ｉに層のみに電
流が初期から流れるので、瞬時溶断はしなくても速度が
低下し、スイッチ現象がないので寿命も短くなり、問題
となる。なお、第４図において、配線幅は１．０μｍ、
配線材料は、Ａｌ−１％Ｓ１０．５％Ｃｕである。

本発明は、以上述べた初期的なパッシベーション応力に
よるＡ１配線の断線を防くために、Ａｌ膜の強化を図る
と共に、下敷のＭｏ５ｔｘの抵抗が大きいことによる過
大なジュール熱の発生と、配線のトータル抵抗の増大を
除去するために、より低抵抗の材料を用いた半導体集積
回路装置用電極配線の製造方法を提供することを目的と
する。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために、半導体集積回路
装置用電極配線の製造方法において、シリコン基板上の
拡散層へのコンタクト及び絶縁膜上にハフニウムシリサ
イド層を形成する工程と、その上にＡｆ　−５ｉ　−Ｃ
ｕ−Ｈｆ−Ｂの５元素Ａｌ合金層を形成する工程とを施
すようにしたものである。

（作用） 本発明によれば、上記のように、Ａｌ−！、合金層とし
て、Ａｌ−３ｉ　−Ｃｕ−ＨＥ−８の５元素合金を用い
るようにしたので、耐ヒロック性、耐マイグレーション
性等において、従来材料と比べて大幅に改善することが
できる。

また、比較的低抵抗のＨｆＳｉｘを下敷に用いることに
より、配線抵抗の減少やＡｌ断線時のジュール熱の抑制
を行うことができると共に、ＨｆＳｉｘ　ｌｉよりＡ１
層への拡散効果も加わって、−ＪｉＦ強度の大きなＡ１
合金層に改質することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は本発明の実施例を示す半導体集積回路装置用電
極配線の製造工程断面図である。

従来のシリコンプロセスと同様の方法で、素子の形成及
びコンタクト開孔を行い、第１図（ａ）に示すように、
シリコン基板１上の拡散層へのコンタクト３及び絶縁膜
２上にｔｌｆｓｌｇ、ｖを＆ｌＩ威とするターゲットを
用いて、スパッタ法でＩｔ　ｆ　Ｓ　ｉ　ｘ　ＩＩＩ　
１０を１０００人堆積する。次いで、Ａ１−１％Ｓｉ　
−０，５％Ｃｕ　−０，０２％Ｈｆ−０，０４％Ｂから
なるターゲットを用いてスパッタ法によりＡｆ合金ＭＩ
ｌを０．４μｍ堆積する。

以後の工程は従来法と同様に、第１図（ｂ）に示すよう
に、フォトリソ後、塩素系ガスを用いた反応性イオンエ
ンチング（ＲＩＢ）により、＾１合金膜１１及び１１ｆ
Ｓｉｘ膜１０をエツチングして配線パターン１０’　、
　ＩＩ’を形成する。その後、４５０”Ｃ，３０分のシ
ンターを行った後、パッシベーション膜＋２及び１３を
堆積する。

このように構成することにより、Ａｊ！　−３ｉ　−Ｃ
ｕＩＩ　ｒ　−８合金膜１１の膜厚を０．４μｍと薄く
してしも粒界析出物（ＩＩ　ｆ　Ｂ　！と推定される）
の効果により、機械的性質は著しく向上させることがで
きる。

第２図は各種のＡｌ配線のパッシベーション膜応力に対
する配線断線率の一例を示す図である。

ここではＡｌ−！合金材料による差が明確になるように
＾ｅ合金配線の膜厚を０．３μｍとして、配線断線率の
配線幅依存性を見たものである。また、バ・ノシヘーシ
ョン膜としてはＳｉＮ／ＰＳＧ構造を有している。

この図から明らかなように、従来のＡｎ　−３ｉＡｌ　
−５ｉ−Ｃｕ配線では、１．０９ｍ幅になると、全ての
配線が断線してしまうが、本発明のＡｆ　−５ｉＣｕ−
Ｈｆ−Ｂ配線では、断線率が低い。

更に、Ａ　ｌ　−５ｉ　−Ｃｕ−Ｈｆ−Ｂ配線同志の比
較では、１ｌｆｆｉ度が高い方が断線率が低い。但し、
１１ｆＢのＡｌへの固溶限は非常に小さい。例えば、Ｈ
ｆは０．　Ｉｗｔ％程度が限界である。

一方、ＨｆＳｉｘ層は比抵抗が従来のＭｏＳｉｘ　（１
００μΩ−Ｃ曹）と比べて約半分（４５〜５０μΩ−Ｃ
重）と低いので、配線トータル抵抗も低（することがで
きるし、バイパス電流によるジュール熱発生も低く抑え
ることができる。

更に、ＨｆＳｉｘ中のＨｆは、その後の熱処理工程、例
えばシンター処理によりＡ１合金膜中へ拡散することが
、他のシリサイド（ＭｏＳｉｘ、　ＷＳｉｘ）の結果か
ら判断して十分予想できるので、前処理完了時点でのＡ
ｅ合金中の１１　ｆ　ｆ７４度はクーゲラ１−Ａｌ１戒
より大きくなる。従って、より強度の大きいＡ１合金層
に改質できるので、配線のより薄膜化、線幅のより微細
化に対応することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するもので“はない （発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、Ａ１合
金層として、Ａｊ！　−５ｉ−Ｃｕ−Ｈｒ−８の５元素
合金を用いたので、耐ヒロック性、耐マイグレション性
等において、従来材料と比べて大幅に改善することがで
きる。

また、比較的低抵抗の１１ｆｓｉｘを下敷に用いること
により、配線抵抗の減少やＡｎ断線時のジュール熱の抑
制を行うことができると共に、旧Ｓｉｘ層よりＡ１層へ
の拡散効果も加わって、−層強度の大きなＡ１合金層に
改質できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す半導体集積回路装置用電
極配線の製造工程断面図、第２図は各種のＡＮ配線のパ
ッシヘーション膜応力に対する配線断線率の一例を示す
図、第３図は従来の半導体集積回路装置用電極配線の製
造工程断面図、第４図は従来の＾ｉ配線の断線率の配線
膜厚依存性を示す図である。 １・・・シリコン基板、２・・・絶縁膜、３・・・コン
タクト、１０・・・１１　ｆ　Ｓ　ｉ　ｘ膜、１１・・
・Ａ１合金ＩＩＩ　（＾ｅ　　５ｉＣｕ−Ｈｆ　　Ｂ　
）　、１２．１３−パッシヘーション膜。 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）シリコン基板上の拡散層へのコンタクト及び絶縁
   膜上にハフニウムシリサイド層を形成する工程と、 （ｂ）その上にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｈｆ−Ｂの５元素Ａ
   ｌ合金層を形成する工程とを有することを特徴とする半
   導体集積回路装置用電極配線の製造方法。