JPH05226337A - Thin film wiring and its manufacture - Google Patents

Thin film wiring and its manufacture

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JPH05226337A
JPH05226337A JP5754992A JP5754992A JPH05226337A JP H05226337 A JPH05226337 A JP H05226337A JP 5754992 A JP5754992 A JP 5754992A JP 5754992 A JP5754992 A JP 5754992A JP H05226337 A JPH05226337 A JP H05226337A
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wiring
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勉 三塚
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敦 上條
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Abstract

PURPOSE:To provide an Al wiring which can reduce the resistivity of wiring in a very thin film region like an SAW filter, improve migration resistance in a wiring having a film thickness larger than or equal to a specified value like an LSI, and a manufacturing method of the wiring. CONSTITUTION:Al or an Al alloy of amorphous state or fine grain texture is deposited on a substrate 1 and turned into a lower base layer 2. A two- layered film is formed by depositing an Al or Al alloy thin film 3 on the base layer 2. Thereby the orientation of the Al or Al alloy wiring is remarkably improved as compared with the case that Al or Al alloy is directly deposited, and the Al or Al alloy thin film wiring having low resistivity and high migration resistance can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜配線およびその製
造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film wiring and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】表面弾性波(SAW)デバイスやLSI
等に用いられる金属配線は、エレクトロマイグレーショ
ンやストレスマイグレーション耐性を高めるために、ア
ルミニウム(Al)に、シリコン(Si)や銅(Cu)
を微量添加したり、特にLSIの配線にあたっては、1
000Å程度の厚さを持つ窒化チタン(TiN)あるい
はタングステン(W)などの高融点金属を下地層とした
2層構造を用いている。
2. Description of the Related Art Surface acoustic wave (SAW) devices and LSIs
The metal wiring used for, for example, aluminum (Al), silicon (Si) and copper (Cu) in order to improve resistance to electromigration and stress migration.
When adding a trace amount, especially for LSI wiring,
A two-layer structure using a refractory metal such as titanium nitride (TiN) or tungsten (W) having a thickness of about 000Å as an underlayer is used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】高周波帯域のSAWデ
バイスに用いられる配線の膜厚は、LSIのそれに較べ
ると非常に薄くする必要があり、例えば、GHz帯では
500Å以下となっている。水晶などのSAWフィルタ
ー用の基板上に直接AlあるいはAl合金をつけた場
合、その膜厚が減少するにしたがい、膜の抵抗が極端に
増大してしまう。これは、膜の成長初期段階では、Al
が島状に成長してしまい、膜厚が薄いときには、この島
を核とした結晶粒の成長が不十分であることに由来して
いる。
The film thickness of the wiring used for the SAW device in the high frequency band needs to be extremely thin as compared with that of the LSI, and is, for example, 500 Å or less in the GHz band. When Al or Al alloy is directly applied on a substrate for a SAW filter such as crystal, the resistance of the film increases extremely as the film thickness decreases. This is because in the initial stage of film growth, Al
Is grown in an island shape, and when the film thickness is thin, this is because the growth of crystal grains centering on the island is insufficient.

【0004】一方、LSIの配線においては、信頼性を
高めるために、AlにSiやCuを微量添加したAl系
合金を用いるとともに、下地層として1000Å程度の
TiNなどの高融点金属を用いているが、このような積
層構造にしても、エレクトロマイグレーションなどに対
する信頼性は十分とはいえない(例えば、プロシーディ
ング オブ 第28回 リライアビリティ フィジック
ス シンポジウム 25頁 1990)。
On the other hand, in the wiring of the LSI, in order to improve the reliability, an Al-based alloy in which Si or Cu is added in a trace amount to Al is used, and a refractory metal such as TiN of about 1000Å is used as an underlayer. However, even with such a laminated structure, it cannot be said that the reliability against electromigration is sufficient (eg, Proceeding of the 28th Reliability Physics Symposium, page 25, 1990).

【0005】Alは(111)配向性の高い膜ほどマイ
グレーション耐性が高いことが知られている(例えば、
シン ソリッド フィルムズ 第75巻 253頁 1
981)。しかし、基板上に直接(111)配向のAl
を堆積させることは容易ではない。
It is known that a film having higher (111) orientation of Al has higher migration resistance (for example,
Shin Solid Films Vol. 75, p. 253 1
981). However, Al of (111) orientation is directly formed on the substrate.
Is not easy to deposit.

【0006】本発明の目的は、SAWフィルターのよう
な膜厚が数100Å程度の超薄膜領域においても比抵抗
が低く、かつLSIのような5000Å以上の膜厚を有
する配線にあっては、マイグレーション耐性の高いAl
配線およびその製造方法を提供することにある。
The object of the present invention is to reduce migration in a wiring having a low specific resistance even in an ultra-thin film region such as a SAW filter having a film thickness of about several hundred Å and having a film thickness of 5000 Å or more such as an LSI. Highly resistant Al
It is to provide a wiring and a manufacturing method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による薄膜配線においては、下地層と薄膜と
を有する薄膜配線であって、下地層は、アモルファス状
あるいは微細粒組織のアルミニウム(Al)ないしAl
合金薄膜であり、薄膜は、該下地層上に形成された(1
11)配向のAlないしAl合金薄膜である。
In order to achieve the above object, the thin film wiring according to the present invention is a thin film wiring having an underlayer and a thin film, and the underlayer is made of aluminum having an amorphous or fine grain structure ( Al) to Al
An alloy thin film, the thin film being formed on the underlayer (1
11) An oriented Al or Al alloy thin film.

【0008】また、本発明による薄膜配線の製造方法に
おいては、下地層形成工程と、薄膜形成工程とを有する
薄膜配線の製造方法であって、下地層形成工程は、液体
窒素を用いて冷却した基板上に、AlないしAl合金を
堆積させてアモルファス状あるいは微細粒組織のAlな
いしAl合金薄膜下地層を形成する工程であり、薄膜形
成工程は、該下地層上に室温以上の基板温度で(11
1)配向のAlないしAl合金薄膜を形成する工程であ
る。
Further, the method of manufacturing a thin film wiring according to the present invention is a method of manufacturing a thin film wiring, which includes a base layer forming step and a thin film forming step, wherein the base layer forming step is cooled using liquid nitrogen. A step of depositing an Al or Al alloy on a substrate to form an Al or Al alloy thin film underlayer having an amorphous or fine grain structure. The thin film forming step is performed on the underlayer at a substrate temperature of room temperature or higher ( 11
1) A step of forming an oriented Al or Al alloy thin film.

【0009】また、下地層形成工程と、薄膜形成工程と
を有する薄膜配線の製造方法であって、下地層形成工程
は、AlないしAl合金薄膜中にイオン打ち込みを行
い、アモルファス状あるいは微細粒組織のAlないしA
l合金薄膜下地層を形成する工程であり、薄膜形成工程
は、該下地層上に(111)配向のAlないしAl合金
薄膜を形成する工程である。
A method of manufacturing a thin film wiring having an underlayer forming step and a thin film forming step, wherein the underlayer forming step performs ion implantation into an Al or Al alloy thin film to form an amorphous or fine grain structure. Al or A
This is a step of forming an l alloy thin film underlayer, and the thin film forming step is a step of forming an Al or Al alloy thin film of (111) orientation on the underlayer.

【0010】また、下地層形成工程と、薄膜形成工程と
を有する薄膜配線の製造方法であって、下地層形成工程
は、圧電基板上にAlないしAl合金薄膜を堆積し、そ
の堆積中に圧電基板を振動させることによってアモルフ
ァス状あるいは微細粒組織のAlないしAl合金薄膜下
地層を形成する工程であり、薄膜形成工程は、圧電基板
の振動を止め、該下地層上に(111)配向のAlない
しAl合金薄膜を形成する工程である。
A method of manufacturing a thin film wiring having an underlayer forming step and a thin film forming step, wherein the underlayer forming step deposits an Al or Al alloy thin film on a piezoelectric substrate, and a piezoelectric film is formed during the deposition. This is a step of forming an Al or Al alloy thin film underlayer having an amorphous or fine grain structure by vibrating the substrate. In the thin film forming step, vibration of the piezoelectric substrate is stopped, and Al of (111) orientation is formed on the underlayer. Or a step of forming an Al alloy thin film.

【0011】[0011]

【作用】基板上に直接堆積したAlは、基板とAlとの
間の界面エネルギーが大きく、そのためにAl表面の面
積が小さい方がエネルギーの上で有利になり、Alは、
成長初期過程で粒状成長をする。成長初期過程で粒状成
長をしたAlは、その際の結晶面がランダムな方向を向
いているから多結晶となり、Alがその後に何Å堆積し
ようとも(111)配向性は向上しない。
With Al deposited directly on the substrate, the interfacial energy between the substrate and Al is large, and therefore the smaller the surface area of the Al, the more advantageous in terms of energy.
Grain growth occurs in the initial stage of growth. The grain growth of Al in the initial stage of growth becomes polycrystalline because the crystal planes at that time are oriented randomly, and the (111) orientation does not improve no matter how much Al is deposited thereafter.

【0012】ところが、アモルファス状あるいは微細粒
組織のアルミニウム(Al)ないしAl合金薄膜下地層
上に堆積したAlは、下地層との間の界面エネルギーが
小さいため、成長初期過程で粒状とはならず、平らに成
長する。また、下地がアモルファス状あるいは微細粒組
織であるために、下地の面方位に影響されることなく、
Alの表面エネルギーの最も小さくなるAl(111)
が配向した一軸配向膜となる。
However, Al deposited on an amorphous or fine-grained aluminum (Al) or Al alloy thin film underlayer has a small interfacial energy with the underlayer, and therefore does not become granular in the initial stage of growth. , Grows flat. Further, since the base has an amorphous or fine grain structure, it is not affected by the plane orientation of the base,
Al (111) having the smallest surface energy of Al
Will be a uniaxially oriented film.

【0013】この成長様式は、たとえAlの膜厚が大き
くなっても変わらない。この結果、高周波用のSAWフ
ィルターに要求されるような超薄膜の配線においてさ
え、薄膜の抵抗値が大きくなるということはない。ま
た、Al(111)配向性が極めて強いため、マイグレ
ーション耐性が向上する。
This growth mode does not change even if the Al film thickness increases. As a result, the resistance value of the thin film does not increase even in the ultra-thin film wiring required for the high-frequency SAW filter. Further, since the Al (111) orientation is extremely strong, migration resistance is improved.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明について実施例により説明す
る。図1は、本発明による薄膜配線の断面模式図であ
る。図において、基板1上にアモルファス状あるいは微
細粒組織のAlないしAl合金2が下地層として堆積さ
れ、この下地層2上に(111)配向を有するAlある
いはSi,Cuなどを微量添加したAl合金膜3が堆積
されている。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples. FIG. 1 is a schematic sectional view of a thin film wiring according to the present invention. In the figure, an Al or Al alloy 2 having an amorphous or fine grain structure is deposited as a base layer on a substrate 1, and Al having a (111) orientation or an Al alloy containing a small amount of Si, Cu or the like is added to the base layer 2. The film 3 has been deposited.

【0015】次に本発明の薄膜配線を製造する方法とし
て、イオンビームスパッタ装置を用い、液体窒素で冷却
した基板上にAl合金を堆積させることでアモルファス
状あるいは微細粒組織のAl合金下地層を形成する実施
例について説明する。
Next, as a method for producing the thin film wiring of the present invention, an Al alloy underlayer having an amorphous or fine grain structure is formed by depositing an Al alloy on a substrate cooled with liquid nitrogen using an ion beam sputtering apparatus. An example of forming will be described.

【0016】イオンビームスパッタ装置は、イオンビー
ムソース,基板,AlあるいはAl合金のターゲット,
ターゲットから飛び出したスパッタ粒子束の開閉を行う
ためのシャッター,膜厚をモニターするための水晶振動
子膜厚計、基板上に作製した膜の表面構造評価を行うた
めの反射高速電子線回折用の電子銃および蛍光スクリー
ンより構成され、装置内は、ゲートバルブを通してクラ
イオポンプにより真空排気される。スパッタガスとして
は、アルゴンガスを用いた。まず、装置内を1×10-7
Torrまで排気した後、アルゴン圧2×10-4Tor
rとしてスパッタを行った。基板ホルダーに配管を通
し、液体窒素を導入して真空を破らずに基板を液体窒素
温度に冷却できるようにした。
The ion beam sputtering apparatus includes an ion beam source, a substrate, an Al or Al alloy target,
A shutter for opening and closing the sputtered particle flux protruding from the target, a crystal oscillator film thickness meter for monitoring the film thickness, and a reflection high-energy electron diffraction film for evaluating the surface structure of the film formed on the substrate. It is composed of an electron gun and a fluorescent screen, and the inside of the device is evacuated by a cryopump through a gate valve. Argon gas was used as the sputtering gas. First, the inside of the device is 1 × 10 -7
After exhausting to Torr, argon pressure is 2 × 10 −4 Tor
Sputtering was performed as r. A pipe was passed through the substrate holder to introduce liquid nitrogen so that the substrate could be cooled to the liquid nitrogen temperature without breaking the vacuum.

【0017】基板温度をまず液体窒素温度(77K)と
してAl−0.5wt.%Cu合金を10Å堆積し、R
HEEDがハローパターンとなり、Alがアモルファス
状あるいは微細粒組織となっていることを確認してか
ら、基板温度を室温にしてAl−0.5wt.%Cu合
金を200Å堆積し、これを単に室温基板上に堆積した
Al−0.5wt.%Cu合金200Åと反射高速電子
線回折(RHEED)とAl(111)のX線回折で比
較した。基板には水晶基板を用いた。
First, the substrate temperature is set to liquid nitrogen temperature (77 K) and Al-0.5 wt. Deposit 10% of Cu alloy, R
After confirming that HEED has a halo pattern and Al has an amorphous or fine grain structure, the substrate temperature is set to room temperature and Al-0.5 wt. % Cu alloy was deposited at 200Å, and this was simply deposited on a room temperature substrate by Al-0.5 wt. % Cu alloy 200Å, reflection high-energy electron diffraction (RHEED) and Al (111) were compared by X-ray diffraction. A quartz substrate was used as the substrate.

【0018】室温基板上に単に堆積しただけのAl合金
膜は、多結晶であったのに対し、アモルファス状あるい
は微細粒組織のAl合金上に堆積した場合には、Alの
[111]結晶軸が水晶基板上に垂直にそろった(11
1)配向となっていることがRHEEDにより確かめら
れた。Al(111)のX線回折強度の比較を図2に示
す。図2からわかるように、アモルファス状あるいは微
細粒組織のAl合金上のAl合金薄膜の配向度は、単に
室温基板上に堆積した場合に比べ極端に向上した。ま
た、このアモルファス状あるいは微細粒組織のAl上の
(111)高配向Alは、200Åというような超薄膜
領域においてさえ島状成長することはなく、Alの最稠
密面である(111)が成長する。
The Al alloy film simply deposited on the room temperature substrate was polycrystalline, whereas when it was deposited on the Al alloy having an amorphous or fine grain structure, the [111] crystal axis of Al was formed. Were vertically aligned on the quartz substrate (11
1) The orientation was confirmed by RHEED. A comparison of the X-ray diffraction intensities of Al (111) is shown in FIG. As can be seen from FIG. 2, the orientation degree of the Al alloy thin film on the Al alloy having an amorphous or fine grain structure was extremely improved as compared with the case where it was simply deposited on the room temperature substrate. Further, this (111) highly oriented Al on Al having an amorphous or fine grain structure does not grow like islands even in an ultra-thin film region such as 200Å, and (111) which is the densest surface of Al grows. To do.

【0019】このために、基板上に直接室温でAlを成
長させた場合に比べ、膜の比抵抗は小さくなる。例え
ば、水晶基板上に直接堆積した500ÅのAl膜では、
比抵抗が4.5μΩ・cmであったのに対し、10Åの
アモルファス状あるいは微細粒組織のAl上の同じ膜厚
のAl膜では、比抵抗は3.0μΩ・cmであった。
Therefore, the specific resistance of the film becomes smaller than that in the case where Al is directly grown on the substrate at room temperature. For example, with a 500Å Al film deposited directly on a quartz substrate,
While the specific resistance was 4.5 μΩ · cm, the specific resistance was 3.0 μΩ · cm in the Al film having the same thickness on the 10 Å amorphous or fine grain structure Al.

【0020】次にアモルファス状あるいは微細粒組織の
Al合金層の層厚を変えた場合の効果を調べるために、
アモルファス状あるいは微細粒組織のAl合金の層厚を
2〜1000Åの範囲で変え、この下地上に膜厚が30
0ÅのAl−0.5wt.%Cu膜を堆積させた場合の
膜比抵抗、および、300Å,1μmのAl−0.5w
t.%Cu膜のAl(111)ピークのロッキングカー
ブの半値幅(Δθ)とエレクトロマイグレーション試験
の結果をそれぞれ図3,図4,表1に示す。なお基板と
しては、熱酸化膜をつけたシリコン(100)を用い、
アモルファス状あるいは微細粒組織のAl合金上にAl
合金を堆積させるときに基板温度を100℃とした。
Next, in order to investigate the effect when the layer thickness of the Al alloy layer having an amorphous or fine grain structure is changed,
The thickness of the amorphous or fine grained Al alloy layer is varied within the range of 2 to 1000Å, and the film thickness is 30
0Å Al-0.5 wt. % Resistivity of Cu film deposited, and 300 Å, 1 μm Al-0.5w
t. The full width at half maximum (Δθ) of the rocking curve of the Al (111) peak of the% Cu film and the results of the electromigration test are shown in FIGS. 3, 4 and 1, respectively. As the substrate, silicon (100) with a thermal oxide film was used,
Al on an Al alloy with an amorphous or fine grain structure
The substrate temperature was 100 ° C. when depositing the alloy.

【0021】なお比較例として、直接基板上に基板温度
100℃でAl合金を成長させた場合についても調べ
た。またエレクトロマイグレーション試験は、電流の流
れる部分の全長が2cm,ライン幅が1.0μm,ライ
ン間の間隔が2.0μmであるようなテストパターンを
用いて行った。温度250℃,電流密度2.0×106
A/cm2という条件でそれぞれ100個の試料で試験
を行い、試料の50%が断線するまでにどれだけの時間
がかかったかを調べた。
As a comparative example, a case where an Al alloy was directly grown on a substrate at a substrate temperature of 100 ° C. was also examined. The electromigration test was performed using a test pattern in which the total length of the current flowing portion was 2 cm, the line width was 1.0 μm, and the distance between the lines was 2.0 μm. Temperature 250 ℃, current density 2.0 × 10 6
A test was performed on 100 samples each under the condition of A / cm 2 , and it was examined how long it took for 50% of the samples to break.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】以上の結果から、アモルファス状あるいは
微細粒組織のAl層の厚さにかかわらず、300Åの膜
の比抵抗は、基板上にAl合金を直接堆積させた時と比
べて極端に低くなり、また、一般に膜が厚いほどAl
(111)の配向性は高く、エレクトロマイグレーショ
ン耐性は大きくなるが、300Åの場合でも1μmの場
合でもアモルファス状あるいは微細粒組織のAl層がな
かったときに比べてAl(111)の配向性が極めて高
く、エレクトロマイグレーション耐性が極端に大きくな
ることがわかる。
From the above results, regardless of the thickness of the Al layer having an amorphous or fine grain structure, the resistivity of the 300 Å film is extremely lower than that when the Al alloy is directly deposited on the substrate. In general, the thicker the film, the more Al
Although the orientation of (111) is high and the electromigration resistance is high, the orientation of Al (111) is extremely high in both cases of 300 Å and 1 μm as compared with the case where there is no Al layer having an amorphous or fine grain structure. It is high, and it can be seen that the electromigration resistance becomes extremely large.

【0024】次にアモルファス状あるいは微細粒組織の
Al層の作成方法を変え、イオン打ち込みによってアモ
ルファス状あるいは微細粒組織のAlを形成する場合に
ついて同様の実験を行った。本実施例では真空蒸着装置
を用いた。
Next, the same experiment was carried out in the case of changing the method for forming the amorphous or fine-grained Al layer and forming the amorphous or fine-grained Al by ion implantation. In this example, a vacuum vapor deposition apparatus was used.

【0025】本実施例に用いた真空蒸着装置は、純Al
を充填した電子ビーム蒸着源、蒸着源からの分子線束の
開閉を行うためのシャッター,膜厚をモニターするため
の水晶振動子膜厚計,基板上に作製した膜の表面構造評
価を行うための反射高速電子線回折用の電子銃および蛍
光スクリーンより構成されている。基板にはガラス基板
を用いた。
The vacuum vapor deposition apparatus used in this embodiment is pure Al.
Electron beam evaporation source filled with, a shutter for opening and closing the molecular beam flux from the evaporation source, a crystal oscillator film thickness meter for monitoring the film thickness, for evaluating the surface structure of the film formed on the substrate It consists of an electron gun for reflection high-energy electron diffraction and a fluorescent screen. A glass substrate was used as the substrate.

【0026】装置内は、ゲートバルブを通してターボ分
子ポンプにより真空排気される。まず装置内を1×10
-7Torrまで真空排気した後、Alの蒸着を行った。
蒸着時の真空度は1〜8×10-6Torrであった。
The inside of the apparatus is evacuated by a turbo molecular pump through a gate valve. First, the inside of the device is 1 × 10
After evacuation to -7 Torr, Al was vapor-deposited.
The degree of vacuum during vapor deposition was 1 to 8 × 10 -6 Torr.

【0027】Alを100Å蒸着後にArイオンを加速
電圧10kVで打ち込んだところ、蒸着直後は、多結晶
だったAl薄膜がアモルファス状あるいは微細粒組織に
変化したことをRHEEDで確認した。
When Ar ions were implanted at an accelerating voltage of 10 kV after 100 Å vapor deposition of Al, it was confirmed by RHEED that the polycrystal Al thin film changed to an amorphous state or a fine grain structure immediately after vapor deposition.

【0028】その後再び、Alを300Å蒸着した。ア
モルファス状あるいは微細粒組織のAl上に堆積した場
合には、Alの[111]結晶軸が水晶基板上に垂直に
そろった(111)配向となっていることがRHEED
により確かめられた。
After that, Al was vapor-deposited again at 300 Å. When deposited on Al having an amorphous or fine grain structure, RHEED indicates that the [111] crystal axes of Al are vertically aligned on the quartz substrate.
Was confirmed by.

【0029】単に基板上にAlを300Å堆積させた場
合とのAl(111)のX線回折強度の比較を図5に示
す。この製法によってもアモルファス状あるいは微細粒
組織のAl上のAl薄膜は、Al(111)配向が極端
に高くなっていることがわかる。
FIG. 5 shows a comparison of the X-ray diffraction intensities of Al (111) obtained by simply depositing 300 Å Al on the substrate. Also by this manufacturing method, it is found that the Al (111) orientation is extremely high in the Al thin film on the amorphous or fine grained Al.

【0030】次に、今度は、圧電基板上にAlを堆積さ
せ、振動する基板上にAl合金を堆積させることでアモ
ルファス状あるいは微細粒組織のAlを作製し、同様の
実験を行った。成膜方法としては、マグネトロンスパッ
タ装置を用いた。本実施例に用いたマグネトロンスパッ
タ装置は、それぞれ磁石上においたAl−2.0wt.
%Si合金,LiNbO3基板,基板とターゲットの間
に設けられたシャッター,膜厚をモニターするための水
晶振動子膜厚計より構成されている。ゲートバルブを通
してクライオポンプにより真空排気される。スパッタガ
スとしては、アルゴンガスを用いた。
Next, by depositing Al on the piezoelectric substrate and then depositing the Al alloy on the vibrating substrate, Al having an amorphous or fine grain structure was produced, and the same experiment was conducted. A magnetron sputtering apparatus was used as the film forming method. The magnetron sputtering apparatus used in the present example was made of Al-2.0 wt.
% Si alloy, LiNbO 3 substrate, a shutter provided between the substrate and the target, and a quartz oscillator film thickness meter for monitoring the film thickness. It is evacuated by a cryopump through the gate valve. Argon gas was used as the sputtering gas.

【0031】まず装置内を1×10-7Torrまで排気
した後、3〜7mTorrのアルゴン圧でスパッタを行
った。周波数800MHzで基板を振動させながらAl
合金を堆積させ、このAl合金薄膜がX線回折でまった
く回折ピークのないことを確かめた。
First, the inside of the apparatus was evacuated to 1 × 10 -7 Torr and then sputtered at an argon pressure of 3 to 7 mTorr. While vibrating the substrate at a frequency of 800 MHz, Al
An alloy was deposited and it was confirmed by X-ray diffraction that this Al alloy thin film had no diffraction peak.

【0032】そこで、周波数800MHzで基板を振動
させながら、アモルファス状あるいは微細粒組織のAl
合金10Åを堆積させ、その後に基板の振動を止めてA
l合金を5000Å堆積させた。単にAlを5000Å
堆積させた場合とのAl(111)X線回折強度の比較
を図6に示す。この製法によってもアモルファス状ある
いは微細粒組織のAl上のAl薄膜は、Al(111)
配向が極端に高くなっていることがわかる。
Therefore, while vibrating the substrate at a frequency of 800 MHz, Al of amorphous or fine grain structure is used.
Deposit alloy 10Å, then stop the vibration of the substrate
1 Å alloy was deposited. Simply Al 5000 Å
FIG. 6 shows a comparison of the Al (111) X-ray diffraction intensity with that of the deposited case. Even by this manufacturing method, the Al thin film on Al having an amorphous or fine grain structure is Al (111)
It can be seen that the orientation is extremely high.

【0033】イオン打ち込み、あるいは基板の振動によ
ってアモルファス状あるいは微細粒組織のAl合金を生
成したときに膜比抵抗及びマイグレーション耐性がどう
なるかを調べた。それぞれ上述した方法でアモルファス
状あるいは微細粒組織のAl−0.5wt.%Cu合金
を10Å堆積させた後、膜厚が300ÅのAl−0.5
wt.%Cu膜を堆積させた場合の膜比抵抗、および、
300Å,1μmのAl−0.5wt.%Cu膜のAl
(111)ピークのロッキングカーブの半値幅(Δθ)
とエレクトロマイグレーション試験の結果を表2に示
す。
It was examined what happens to the film resistivity and migration resistance when an amorphous or fine grained Al alloy is produced by ion implantation or substrate vibration. According to the method described above, each of Al-0.5 wt. After depositing 10Å% Cu alloy, Al-0.5 with a film thickness of 300Å
wt. % Film resistivity when a Cu film is deposited, and
300 Å, 1 μm Al-0.5 wt. % Cu film Al
Full width at half maximum (Δθ) of rocking curve of (111) peak
Table 2 shows the results of the electromigration test.

【0034】なお基板としては、熱酸化膜をつけたシリ
コン(100)を用い、アモルファス状あるいは微細粒
組織のAl合金上にAl合金を堆積させるとき基板温度
は、100℃とした。なお比較例として直接基板上に基
板温度100℃でAl合金を成長させた場合についても
調べた。またエレクトロマイグレーション試験は、電流
の流れる部分の全長が2cm,ライン幅が1.0μm,
ライン間の間隔が2.0μmであるようなテストパター
ンを用いて行った。温度250℃,電流密度2.0×1
6A/cm2という条件でそれぞれ100個の試料で試
験を行い、試料の50%が断線するまでにどれだけの時
間がかかったかを調べた。
Silicon (100) with a thermal oxide film was used as the substrate, and the substrate temperature was 100 ° C. when the Al alloy was deposited on the Al alloy having an amorphous or fine grain structure. As a comparative example, a case where an Al alloy was directly grown on the substrate at a substrate temperature of 100 ° C. was also examined. In the electromigration test, the total length of the current flowing part is 2 cm, the line width is 1.0 μm,
The test pattern was performed such that the distance between the lines was 2.0 μm. Temperature 250 ℃, current density 2.0 × 1
A test was conducted on 100 samples under the condition of 0 6 A / cm 2 and it was examined how long it took for 50% of the samples to break.

【0035】[0035]

【表2】 [Table 2]

【0036】以上の結果から、アモルファス状あるいは
微細粒組織のAl合金を液体窒素温度基板に堆積させて
生成した場合と同様に300Åの膜の比抵抗は、基板上
にAl合金を直接堆積させた時と比べて極端に低くな
り、また、一般に膜が厚いほどAl(111)の配向性
は高く、エレクトロマイグレーション耐性は大きくなる
が、300Åの場合でも1μmの場合でもアモルファス
状あるいは微細粒組織のAl層がなかったときに比べて
Al(111)の配向性が極めて高く、かつ、エレクト
ロマイグレーション耐性が極端に大きくなることがわか
る。
From the above results, the resistivity of the film of 300 Å was obtained by directly depositing the Al alloy on the substrate, as in the case where the amorphous or fine grained Al alloy was deposited on the liquid nitrogen temperature substrate. It becomes extremely lower than that of time, and generally, the thicker the film, the higher the orientation of Al (111) and the higher the electromigration resistance. However, even in the case of 300 Å or 1 μm, the amorphous or fine grain structure of Al It can be seen that the orientation of Al (111) is extremely high and the electromigration resistance is extremely high as compared with the case without the layer.

【0037】以上の実施例では水晶,熱酸化シリコン,
LiNbO3あるいはガラス基板について記したが、L
iTaO3,ZnO,Si,GaAsなど他の基板上に
おいても同様の効果が見られた。
In the above embodiments, quartz, thermally oxidized silicon,
I mentioned LiNbO 3 or glass substrate, but L
Similar effects were observed on other substrates such as iTaO 3 , ZnO, Si and GaAs.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上実施例にて説明したように本発明に
よれば、AlあるいはAl合金系配線の結晶配向性が著
しく改善され、電気特性およびマイグレーション耐性が
大きく向上するものであり、表面弾性波デバイス、特に
高周波帯域のフィルターにおいては、配線抵抗の低抵抗
化により損失が低減し、製品歩留りが向上する。また、
LSI等の配線としては、エレクトロマイグレーション
等に対する信頼性が向上する。この効果は、金属膜を堆
積させた後にAlあるいはAl合金薄膜を堆積させた場
合でも両者を同時に堆積させた場合でも同様に現れる。
As described in the above embodiments, according to the present invention, the crystal orientation of Al or Al alloy-based wiring is remarkably improved, and the electrical characteristics and migration resistance are greatly improved. In a wave device, particularly in a high frequency band filter, loss is reduced by lowering wiring resistance, and product yield is improved. Also,
As wiring for LSI and the like, reliability against electromigration and the like is improved. This effect is similarly exhibited when the Al or Al alloy thin film is deposited after depositing the metal film or when both are simultaneously deposited.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による薄膜配線の模式図である。FIG. 1 is a schematic view of a thin film wiring according to the present invention.

【図2】液体窒素温度基板上に堆積したアモルファス状
あるいは微細粒組織の下地の有無によるAl(111)
X線回折強度の比較を示すグラフ図である。
FIG. 2 Al (111) deposited on a liquid nitrogen temperature substrate with or without an amorphous or fine-grained underlayer.
It is a graph which shows the comparison of X-ray diffraction intensity.

【図3】膜比抵抗のアモルファス状あるいは微細粒組織
のAl合金層厚依存性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an Al alloy layer thickness dependence of an amorphous or fine grain structure of a film resistivity.

【図4】Al(111)のロッキングカーブ半値幅のア
モルファス状あるいは微細粒組織のAl合金層厚依存性
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the Al alloy layer thickness dependence of the amorphous or fine grain structure of the rocking curve full width at half maximum of Al (111).

【図5】イオン打ち込みにより生成したアモルファス状
あるいは微細粒組織のAl下地の有無によるAl(11
1)X線回折強度の比較を示す図である。
FIG. 5: Al (11) with or without an Al underlayer having an amorphous or fine grain structure generated by ion implantation
1) A diagram showing a comparison of X-ray diffraction intensities.

【図6】振動基板上に堆積したアモルファス状あるいは
微細粒組織のAl合金下地の有無によるAl(111)
X線回折強度の比較を示す図である。
FIG. 6 Al (111) depending on the presence or absence of an Al alloy underlayer having an amorphous or fine grain structure deposited on a vibrating substrate.
It is a figure which shows the comparison of X-ray diffraction intensity.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 アモルファス状あるいは微細粒組織のAlないしA
l合金下地層 3 AlまたはAl合金膜
1 substrate 2 Al or A having an amorphous or fine grain structure
l Alloy underlayer 3 Al or Al alloy film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03H 9/145 Z 7259−5J ─────────────────────────────────────────────────── ───Continued from the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H03H 9/145 Z 7259-5J

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下地層と薄膜とを有する薄膜配線であっ
て、 下地層は、アモルファス状あるいは微細粒組織のアルミ
ニウム(Al)ないしAl合金薄膜であり、 薄膜は、該下地層上に形成された(111)配向のAl
ないしAl合金薄膜であることを特徴とする薄膜配線。
1. A thin film wiring having an underlayer and a thin film, wherein the underlayer is an aluminum (Al) or Al alloy thin film having an amorphous or fine grain structure, and the thin film is formed on the underlayer. Al with (111) orientation
Or a thin film wiring comprising an Al alloy thin film.
【請求項2】 下地層形成工程と、薄膜形成工程とを有
する薄膜配線の製造方法であって、 下地層形成工程は、液体窒素を用いて冷却した基板上
に、AlないしAl合金を堆積させてアモルファス状あ
るいは微細粒組織のAlないしAl合金薄膜下地層を形
成する工程であり、 薄膜形成工程は、該下地層上に室温以上の基板温度で
(111)配向のAlないしAl合金薄膜を形成する工
程であることを特徴とする薄膜配線の製造方法。
2. A method of manufacturing a thin film wiring comprising an underlayer forming step and a thin film forming step, wherein the underlayer forming step comprises depositing Al or Al alloy on a substrate cooled with liquid nitrogen. Is a step of forming an Al or Al alloy thin film underlayer having an amorphous or fine grain structure. In the thin film forming step, an Al or Al alloy thin film of (111) orientation is formed on the underlayer at a substrate temperature of room temperature or higher. A method of manufacturing a thin film wiring, which is characterized by the following steps.
【請求項3】 下地層形成工程と、薄膜形成工程とを有
する薄膜配線の製造方法であって、 下地層形成工程は、AlないしAl合金薄膜中にイオン
打ち込みを行い、アモルファス状あるいは微細粒組織の
AlないしAl合金薄膜下地層を形成する工程であり、 薄膜形成工程は、該下地層上に(111)配向のAlな
いしAl合金薄膜を形成する工程であることを特徴とす
る薄膜配線の製造方法。
3. A method of manufacturing a thin film wiring comprising an underlayer forming step and a thin film forming step, wherein the underlayer forming step carries out ion implantation into an Al or Al alloy thin film to form an amorphous or fine grain structure. Is a step of forming an Al or Al alloy thin film underlayer, wherein the thin film forming step is a step of forming an Al or Al alloy thin film of (111) orientation on the underlayer. Method.
【請求項4】 下地層形成工程と、薄膜形成工程とを有
する薄膜配線の製造方法であって、 下地層形成工程は、圧電基板上にAlないしAl合金薄
膜を堆積し、その堆積中に圧電基板を振動させることに
よってアモルファス状あるいは微細粒組織のAlないし
Al合金薄膜下地層を形成する工程であり、 薄膜形成工程は、圧電基板の振動を止め、該下地層上に
(111)配向のAlないしAl合金薄膜を形成する工
程であることを特徴とする薄膜配線の製造方法。
4. A method of manufacturing a thin film wiring comprising an underlayer forming step and a thin film forming step, wherein the underlayer forming step deposits an Al or Al alloy thin film on a piezoelectric substrate, and a piezoelectric film is formed during the deposition. This is a process of forming an Al or Al alloy thin film underlayer having an amorphous or fine grain structure by vibrating the substrate. In the thin film forming process, vibration of the piezoelectric substrate is stopped, and (111) -oriented Al is formed on the underlayer. Or a step of forming an Al alloy thin film, a method of manufacturing a thin film wiring.
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