JPH0468534A - 金属配線構造およびその製造方法 - Google Patents
金属配線構造およびその製造方法Info
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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。
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ＳｉＯ２上の金属配線構造とその製造方法に関
するものである。
するものである。
（従来の技術）
従来、Ｓｉを用いたデバイスにおいて、基板上の素子間
は、絶縁膜ＳｉＯ２上に形成したＡ１線により配線され
ていた。
は、絶縁膜ＳｉＯ２上に形成したＡ１線により配線され
ていた。
このＡＩ配線には、抵抗が低い、加工が容易であルトい
った利点があるものの、ストレスマイグレーションやエ
レクトロマイグレーションといった断線現象が起こり、
配線の信頼性を考える上で大きな問題があった。
った利点があるものの、ストレスマイグレーションやエ
レクトロマイグレーションといった断線現象が起こり、
配線の信頼性を考える上で大きな問題があった。
（発明が解決しようとする課題）
近年のデバイスの集積化においては、配線長が増加し、
さらに配線を流れる電流の電流密度が増大しており、配
線の信頼性を高めることが非常に重要である。特に産業
上利用価値の高いＳｉを用いたデバイスにおいては、配
線の信頼性向上は緊急の課題である。
さらに配線を流れる電流の電流密度が増大しており、配
線の信頼性を高めることが非常に重要である。特に産業
上利用価値の高いＳｉを用いたデバイスにおいては、配
線の信頼性向上は緊急の課題である。
本発明の目的は、ＳｉＯ２上の金属配線構造の信頼性を
向上させることにある。
向上させることにある。
（課題を解決するための手段）
本発明は、ＳｉＯ２上の金属配線構造において、前記金
属とＳｉＯ２との間に、ニア、ノープル、メタル（ｎｅ
ａｒｎｏｂｌｅ ｍｅｔａｌ）とＳｉからなる薄いシリ
サイドあるいは薄いＳｌが存在することを特徴とする。
属とＳｉＯ２との間に、ニア、ノープル、メタル（ｎｅ
ａｒｎｏｂｌｅ ｍｅｔａｌ）とＳｉからなる薄いシリ
サイドあるいは薄いＳｌが存在することを特徴とする。
また本発明はこの金属配線構造を製造する際にベースプ
レッシャー１０ ｔｏｒｒ以下の真空中で行うことを
特徴とする。
レッシャー１０ ｔｏｒｒ以下の真空中で行うことを
特徴とする。
（作用）
まず請求項１，２の発明について説明する。ストレスマ
イグレーションやエレクトロマイグレーションといった
配線の断線現象を抑える為には、配線金属の結晶粒径を
大きくすれば良いことが報告されている［ジャーナル・
オブ・アプライド・フイジクス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ １９７０年、第４１
巻、 ２３８１頁］。そこで、本発明者は、ＳｉＯ２上
に形成する配線金属の結晶粒径を大きくする方法を探索
し、通常のデバイスプロセスで用いられる温度において
堆積金属の粒界の大きさは、界面化学反応に大きく依存
するという報告［ジャーナル・オブ・ヴアキューム・サ
イエンス・アンド・テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆＶａｃｕｕｍ ５ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ）１９８６年、 Ａ４巻３０５９頁〕に注目
した。そして、配線金属／ＳｉＯ２界面に粒径の小さな
金属酸化物が形成される時堆積金属の結晶粒径が小さく
なり、配線金属Ｓｉ○２界面に粒径の大きな金属シリサ
イドが形成される時堆積金属の結晶粒径が大きくなる、
という仮説をたてた。
イグレーションやエレクトロマイグレーションといった
配線の断線現象を抑える為には、配線金属の結晶粒径を
大きくすれば良いことが報告されている［ジャーナル・
オブ・アプライド・フイジクス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ １９７０年、第４１
巻、 ２３８１頁］。そこで、本発明者は、ＳｉＯ２上
に形成する配線金属の結晶粒径を大きくする方法を探索
し、通常のデバイスプロセスで用いられる温度において
堆積金属の粒界の大きさは、界面化学反応に大きく依存
するという報告［ジャーナル・オブ・ヴアキューム・サ
イエンス・アンド・テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆＶａｃｕｕｍ ５ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ）１９８６年、 Ａ４巻３０５９頁〕に注目
した。そして、配線金属／ＳｉＯ２界面に粒径の小さな
金属酸化物が形成される時堆積金属の結晶粒径が小さく
なり、配線金属Ｓｉ○２界面に粒径の大きな金属シリサ
イドが形成される時堆積金属の結晶粒径が大きくなる、
という仮説をたてた。
この仮説を検証する為に、まず様々な金属／ＳｉＯ２界
面の化学反応の様子を調べた結果、以下のことがわかっ
た。ＳｉＯ２上へのＡｌ配線の場合、Ａｌ／ＳｉＯ２界
面では界面化学反応生成物としてＡ１の酸化物が形成さ
れ、Ａ１シリサイドは形成されない［シン・フィルムス
（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ）１９７８年、Ｊｏｈｎ Ｗｉ
ｌｅｙ ａｎｄ ５ｏｎｓ、 Ｉｎｃ。
面の化学反応の様子を調べた結果、以下のことがわかっ
た。ＳｉＯ２上へのＡｌ配線の場合、Ａｌ／ＳｉＯ２界
面では界面化学反応生成物としてＡ１の酸化物が形成さ
れ、Ａ１シリサイドは形成されない［シン・フィルムス
（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ）１９７８年、Ｊｏｈｎ Ｗｉ
ｌｅｙ ａｎｄ ５ｏｎｓ、 Ｉｎｃ。
３８０頁］。また、ＳｉＯ２上へ、高融点金属Ｔｉある
いはＭｏ等を配線する場合、この金属／ＳｉＯ２界面に
は界面化学反応生成物として、金属の酸化物および金属
シリサイドが形成される［同上］。これに対して、Ｓｉ
Ｏ２上へ、Ｐｄあるいはｐｔといったニア・ノープル・
メタルを形成する場合、この金属／ＳｉＯ２界面には界
面化学反応生成物として、金属の酸化物は形成されずに
、金属シリサイドのみ形成される［同上］。
いはＭｏ等を配線する場合、この金属／ＳｉＯ２界面に
は界面化学反応生成物として、金属の酸化物および金属
シリサイドが形成される［同上］。これに対して、Ｓｉ
Ｏ２上へ、Ｐｄあるいはｐｔといったニア・ノープル・
メタルを形成する場合、この金属／ＳｉＯ２界面には界
面化学反応生成物として、金属の酸化物は形成されずに
、金属シリサイドのみ形成される［同上］。
そして、次にこれらの系を１０ Ｔｏｒｒ以下の真空
中で形成し堆積金属膜の結晶粒径を実際に測定したとこ
ろ、界面反応の結果、金属酸化物が形成されるＡ１や高
融点金属を堆積した時の金属膜の粒径と較べて、界面に
金属酸化物が形成されずに、金属シリサイドだけが形成
されるニア・ノープル、メタルを、堆積した時の金属膜
の粒径は、約１０倍も大きくなることを見いだした。
中で形成し堆積金属膜の結晶粒径を実際に測定したとこ
ろ、界面反応の結果、金属酸化物が形成されるＡ１や高
融点金属を堆積した時の金属膜の粒径と較べて、界面に
金属酸化物が形成されずに、金属シリサイドだけが形成
されるニア・ノープル、メタルを、堆積した時の金属膜
の粒径は、約１０倍も大きくなることを見いだした。
次に本発明者は、前述の通りデバイスプロセス上有用な
Ａｌ配線を形成する場合。ＳｉＯ２上に直接堆積するの
でなく、粒径の大きくなったニア・ノープル・メタルの
上に１０ Ｔｏｒｒ以下の真空中で酸化させることな
く堆積すればＡＩ膜の粒径は大きくなるものと考えた。
Ａｌ配線を形成する場合。ＳｉＯ２上に直接堆積するの
でなく、粒径の大きくなったニア・ノープル・メタルの
上に１０ Ｔｏｒｒ以下の真空中で酸化させることな
く堆積すればＡＩ膜の粒径は大きくなるものと考えた。
そこで、１０＝Ｔｏｒｒ以下の真空中でＳｉＯ２上にニ
ア・ノープル・メタルを１００人堆積し、その上にさら
にＡ１を５００ＯＡ堆積させたところ、ＡＩの結晶粒径
は下地ニア・ノープル・メタルが無い時と較べて、１０
倍大きくなることを見い出した。またこの時、断線に至
る時間は、同比較で１０倍長くなり、信頼性が大幅に向
上することを見いだした。
ア・ノープル・メタルを１００人堆積し、その上にさら
にＡ１を５００ＯＡ堆積させたところ、ＡＩの結晶粒径
は下地ニア・ノープル・メタルが無い時と較べて、１０
倍大きくなることを見い出した。またこの時、断線に至
る時間は、同比較で１０倍長くなり、信頼性が大幅に向
上することを見いだした。
次に請求項３，４の発明について述べる。前述の報告Ｊ
、 ｏｆＶａｃ、 Ｓｃｉ、 ａｎｄ Ｔｅｃｈ、に注
目したところまでは同じであるが、今度は配線金属／Ｓ
ｉＯ２界面に粒径のの小さな金属酸化物が形成される時
、堆積金属の結晶粒径が小さくなり、従って界面に金属
酸化物が形成されないように純Ｓｉ層が存在すれば、堆
積金属の結晶粒径が大きくなる、という仮説をたてた。
、 ｏｆＶａｃ、 Ｓｃｉ、 ａｎｄ Ｔｅｃｈ、に注
目したところまでは同じであるが、今度は配線金属／Ｓ
ｉＯ２界面に粒径のの小さな金属酸化物が形成される時
、堆積金属の結晶粒径が小さくなり、従って界面に金属
酸化物が形成されないように純Ｓｉ層が存在すれば、堆
積金属の結晶粒径が大きくなる、という仮説をたてた。
この仮説を検証する為に、本発明はペースプレッシャー
１Ｏ−７Ｔｏｒｒの超高真空チャンバー内でＳｉＯ２表
面に純Ｓｉ膜を１０人堆積し、その上にさらにＡＩを堆
積させたところ、ＡＩの結晶粒径は下地ＳＪが無い時と
較べて１０倍も増大することを見いだした。
１Ｏ−７Ｔｏｒｒの超高真空チャンバー内でＳｉＯ２表
面に純Ｓｉ膜を１０人堆積し、その上にさらにＡＩを堆
積させたところ、ＡＩの結晶粒径は下地ＳＪが無い時と
較べて１０倍も増大することを見いだした。
次に、このＡＩ膜に配線パターンを形成し、断線に至る
時間を測定したところ、同比較で１０倍も長くなり、信
頼性が大幅に向上することを見いだした。
時間を測定したところ、同比較で１０倍も長くなり、信
頼性が大幅に向上することを見いだした。
（実施例）
以下、本発明の詳細な説明する。
（実施例１）
Ｓｉ（００１）基板表面に熱酸化によすＳｉＯ２膜を厚
さ５０００Å形成し、この上に、ベースプレッシャー１
Ｏ−７Ｔｏｒｒの真空中でＰｄ膜を厚さ５０人、続いて
Ａｌ膜を厚さ５０００Ａ、基板温度４００°ＣでＡｒ雰
囲気のバイアススパッタ法により連続して堆積した。基
板加熱をしているのでＰｄは堆積時にＳｉＯ２と反応し
シリサイド化する。そして、このＡ１膜の結晶粒径を、
フォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）による後方散
乱法により測定したところ、Ｐｄの膜を堆積しない時と
較べて１０倍大きくなった。次にこの試料に通常のりソ
グラフィ技術を用いて０．９１１ｍの配線パターンを形
成し、３００°Ｃで断線に至る時間を測定したところ、
Ｐｄ膜を堆積しない時と較べて１０倍長くなり、信頼性
が大幅に向上した。
さ５０００Å形成し、この上に、ベースプレッシャー１
Ｏ−７Ｔｏｒｒの真空中でＰｄ膜を厚さ５０人、続いて
Ａｌ膜を厚さ５０００Ａ、基板温度４００°ＣでＡｒ雰
囲気のバイアススパッタ法により連続して堆積した。基
板加熱をしているのでＰｄは堆積時にＳｉＯ２と反応し
シリサイド化する。そして、このＡ１膜の結晶粒径を、
フォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）による後方散
乱法により測定したところ、Ｐｄの膜を堆積しない時と
較べて１０倍大きくなった。次にこの試料に通常のりソ
グラフィ技術を用いて０．９１１ｍの配線パターンを形
成し、３００°Ｃで断線に至る時間を測定したところ、
Ｐｄ膜を堆積しない時と較べて１０倍長くなり、信頼性
が大幅に向上した。
（実施例２）
Ｓｉ（００１）基板上に、熱酸化によりＳｉＯ２膜を厚
さ５０００人形成し、この上にベースプレッシャー１Ｏ
−９Ｔｏｒｒの真空中でＰｔ膜を厚さ１００人、続いて
Ａｌ−８ｉ（１質量％）膜を厚さ５０００人、基板温度
４００°ＣでＭ雰囲気のバイアス・スパッタ法により連
続して堆積した。基板加熱して・いるのでＰｔは堆積時
にＳｉＯ２と反応してシリサイド化する。そして、この
Ａｌ−８ｉ膜の結晶粒径を、フォーカスト・イオン、ビ
ーム（ＦＩＢ）による後方散乱法により測定したところ
、ｐｔ膜を堆積しない時と較べて８倍大きくなった。次
にこの試料通常のノングラフィ技術を用いて０．９□ｍ
幅の配線パターンを形成し、３００°Ｃで断線に至る時
間を測定したところ、Ｐｔ膜を堆積しない時と較べて８
倍長くなり、信頼性が大幅に向上した。
さ５０００人形成し、この上にベースプレッシャー１Ｏ
−９Ｔｏｒｒの真空中でＰｔ膜を厚さ１００人、続いて
Ａｌ−８ｉ（１質量％）膜を厚さ５０００人、基板温度
４００°ＣでＭ雰囲気のバイアス・スパッタ法により連
続して堆積した。基板加熱して・いるのでＰｔは堆積時
にＳｉＯ２と反応してシリサイド化する。そして、この
Ａｌ−８ｉ膜の結晶粒径を、フォーカスト・イオン、ビ
ーム（ＦＩＢ）による後方散乱法により測定したところ
、ｐｔ膜を堆積しない時と較べて８倍大きくなった。次
にこの試料通常のノングラフィ技術を用いて０．９□ｍ
幅の配線パターンを形成し、３００°Ｃで断線に至る時
間を測定したところ、Ｐｔ膜を堆積しない時と較べて８
倍長くなり、信頼性が大幅に向上した。
（実施例３）
Ｓｉ（００１）基板表面に、熱酸化によりＳｉＯ２膜を
厚さ５０００Ａ形成し、この上に、ベースプレッシャー
１Ｏ−７Ｔｏｒｒの真空中で純Ｓｉ膜を厚さ５０００人
、基板温度４００°ＣでＡｒ雰囲気のバイアススパッタ
法により堆積した。そして、このＡｌの結晶粒径を、フ
ォーカスト、イオン・ビーム（ＦＩＢ）による後方散乱
法により測定したところ、下地Ｓｉ膜を堆積しない時と
較べて１０倍大きくなった。また、この試料に０，９□
ｍ幅の配線パターンを形成し、３００°Ｃで断線に至る
時間を測定したところ、下地はＳｉ膜を堆積しない時と
較べて１０倍長くなり、信頼性が大幅に向上した。
厚さ５０００Ａ形成し、この上に、ベースプレッシャー
１Ｏ−７Ｔｏｒｒの真空中で純Ｓｉ膜を厚さ５０００人
、基板温度４００°ＣでＡｒ雰囲気のバイアススパッタ
法により堆積した。そして、このＡｌの結晶粒径を、フ
ォーカスト、イオン・ビーム（ＦＩＢ）による後方散乱
法により測定したところ、下地Ｓｉ膜を堆積しない時と
較べて１０倍大きくなった。また、この試料に０，９□
ｍ幅の配線パターンを形成し、３００°Ｃで断線に至る
時間を測定したところ、下地はＳｉ膜を堆積しない時と
較べて１０倍長くなり、信頼性が大幅に向上した。
（実施例４）
Ｓｉ（００１）基板表面に、熱酸化によりＳｉＯ２膜を
厚さ５０００人形成し、この上にベースプレッシャー１
Ｏ−７ＴＯｒｒの真空中で純Ｓｉ膜を厚さ３０人、さら
にＡｌ−８ｉ（１質量％）膜を厚さ５０００人、基板温
度４００°ＣでＡｒ雰囲気中のバイアス・スパッタ法に
より堆積した。そして、このＡｌ−８ｉ膜の結晶粒径を
、フォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）による後方
散乱法により測定したところ、下地Ｓｉ膜を堆積しない
時と較べて８倍大きくなった。また、この試料に０．９
μｍ幅の配線パターンを形成し、３００°Ｃで断線に至
る時間を測定したところ、下地Ｓｉ膜を堆積しない時と
較べて８倍長くなり、信頼性が大幅に向上した。
厚さ５０００人形成し、この上にベースプレッシャー１
Ｏ−７ＴＯｒｒの真空中で純Ｓｉ膜を厚さ３０人、さら
にＡｌ−８ｉ（１質量％）膜を厚さ５０００人、基板温
度４００°ＣでＡｒ雰囲気中のバイアス・スパッタ法に
より堆積した。そして、このＡｌ−８ｉ膜の結晶粒径を
、フォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）による後方
散乱法により測定したところ、下地Ｓｉ膜を堆積しない
時と較べて８倍大きくなった。また、この試料に０．９
μｍ幅の配線パターンを形成し、３００°Ｃで断線に至
る時間を測定したところ、下地Ｓｉ膜を堆積しない時と
較べて８倍長くなり、信頼性が大幅に向上した。
本実施例では、配線金属として、Ａ１およびＡｌ−８ｉ
（１質量％）だけを示したが、他の金属、例えばＡｌ−
８ｉ−Ｃｕ、 Ａｌ−８ｉ−Ｐｄ、 Ｍｏ、 Ｗ、等で
も同様の効果が得られる。
（１質量％）だけを示したが、他の金属、例えばＡｌ−
８ｉ−Ｃｕ、 Ａｌ−８ｉ−Ｐｄ、 Ｍｏ、 Ｗ、等で
も同様の効果が得られる。
また、ＳｉＯ２上にＰｄ、 Ｐｔ純Ｓｉ膜を形成する方
法としては、Ｅ−ガン蒸着法等信の蒸着法でも良い。
法としては、Ｅ−ガン蒸着法等信の蒸着法でも良い。
またＰｄやＰｔを厚く形成すると、下地のＳｉＯ２から
離れた部分のＰｄやｐｔがシリサイド化せずに残ること
もありうるが、それでも本発明の目的は達成できる。
離れた部分のＰｄやｐｔがシリサイド化せずに残ること
もありうるが、それでも本発明の目的は達成できる。
（発明の効果）
以上説明したように本発明によれば、ＳｉＯ２上の配線
の信頼性を大幅に向上させることができる。
の信頼性を大幅に向上させることができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）ＳｉＯ＿２上の金属配線構造において、前記配線
金属とＳｉＯ＿２との間にニア・ノーブル・メタルとＳ
ｉからなるシリサイドが存在することを特徴とする金属
配線構造。（２）ベースプレッシャー１０＾−＾７ｔｏ
ｒｒ以下の真空中でＳｉＯ＿２上に薄いエア・ノーブル
・メタルのシリサイドと配線金属をこの順に形成するこ
とを特徴とする金属配線構造の製造方法。 （３）ＳｉＯ＿２上の金属配線構造において、前記配線
金属とＳｉＯ＿２との間にＳｉ膜が存在することを特徴
とする金属配線構造。 （４）ベースプレッシャー１０＾−＾７ｔｏｒｒ以下の
真空中でＳｉＯ＿２上に薄いＳｉ膜と配線金属をこの順
に形成することを特徴とする金属配線構造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18200890A JPH0468534A (ja) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | 金属配線構造およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18200890A JPH0468534A (ja) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | 金属配線構造およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0468534A true JPH0468534A (ja) | 1992-03-04 |
Family
ID=16110714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18200890A Pending JPH0468534A (ja) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | 金属配線構造およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0468534A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08157007A (ja) * | 1994-12-02 | 1996-06-18 | Plantec:Kk | 廃棄物の貯留排出装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5855328A (ja) * | 1981-09-26 | 1983-04-01 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | アモルフアスシリコンの製造方法 |
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1990
- 1990-07-10 JP JP18200890A patent/JPH0468534A/ja active Pending
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