JPH06208998A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】水を使用した洗浄工程の際に、Ａｌ−Ｃｕ合金
からなる配線に穴開きが発生することを防止すると共
に、配線のＥＭ耐性を向上した半導体装置の製造方法を
提供する。 【構成】Ａｌ−Ｃｕ合金からなる配線４を当該合金の固
溶限以上の温度で成膜した後、必要な全工程を終了さ
せ、その後、前記配線４の固溶限以下の温度で熱処理を
行い、Ａｌの粒界にＣｕを析出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、特に、配線のエレクトロマイグレーション耐性
（以下、『ＥＭ耐性』という）を向上すると共に、洗浄
工程中に前記配線に穴が開くことを防止する半導体装置
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体装置の微細化及び高集
積化に伴って、素子の微細化が行われてきている。この
ため、配線の電流密度が大きくなり、局所的な断線や抵
抗の増加が生じ易くなってきており、配線のＥＭ耐性を
向上することが益々要求されてきている。

【０００３】そこで、配線のＥＭ耐性を向上する方法の
一つとして、Ａｌに所望量のＣｕを添加したＡｌ合金
（以下、『Ａｌ−Ｃｕ合金』という）を配線材料として
使用する方法が紹介されている。このＡｌ−Ｃｕ合金か
らなる配線は、所望の熱処理を行うことで、前記Ａｌ合
金膜の粒界等に、Ａｌ−Ｃｕ系合金を析出させ、この結
果、ＥＭ耐性を向上することができることが報告されて
いる。

【０００４】しかしながら、前記Ａｌ−Ｃｕ合金膜の粒
界等にＡｌ−Ｃｕ系合金を析出させた構造を備えた配線
は、水を使用した洗浄工程の際に、当該水が付着する
と、いわゆる電池効果（イオン化傾向）により、Ａｌ
が、 Ａｌ→Ａｌ^{3 +} ＋３ｅ^- のように分解し、前記ｅ^- がＣｕに移動する。このた
め、Ａｌ^{3 +} が水中に遊離し、前記配線に穴が開くとい
う問題があった。

【０００５】そこで、この問題を解決するため、前記洗
浄工程の際に水を使用せず、有機溶剤を使用する等、洗
浄工程に工夫をこらしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記有
機溶剤を使用する洗浄工程では、環境問題から将来的に
アルカリ系の有機溶剤しか使用することができなくなる
ことが知られている。このため、常に最適な洗浄を行う
ことが困難となるという問題があった。従って、前記の
ような、配線の穴開きの問題を抱えているにもかかわら
ず、洗浄工程に水を使用することが要求されている。

【０００７】本発明は、このような問題を解決すること
を課題とするものであり、水を使用した洗浄工程の際
に、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる配線に穴開きが発生するこ
とを防止すると共に、配線のＥＭ耐性を向上した半導体
装置の製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、半導体基板上の所望位置に、Ａｌ−Ｃｕ
合金からなる配線を当該合金の固溶限以上の温度で成膜
する工程と、全工程終了後、前記合金の固溶限以下の温
度で熱処理を行い、Ａｌの粒界にＣｕを析出させる工程
と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を提
供するものである。

【０００９】そしてまた、半導体基板上の所望位置に、
Ａｌ−Ｃｕ合金からなる配線を形成した後、当該合金の
固溶限以上の温度で前記配線に熱処理の行う工程と、全
工程終了後、前記合金の固溶限以下の温度で熱処理を行
い、Ａｌの粒界にＣｕを析出させる工程と、を含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものであ
る。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明によれば、Ａｌ−Ｃｕ合金
からなる配線を当該合金の固溶限以上の温度で成膜する
ため、当該配線膜中にＣｕが析出することを防止するこ
とができる。従って、後に行う水洗工程等の際に、前記
配線に水が付着しても、当該配線からＡｌ^{3 +} が水中に
遊離することを抑制することができる。このため、配線
に穴が開くことを防止することができる。また、全工程
終了後、前記合金の固溶限以下の温度で熱処理を行い、
Ｃｕを析出させるため、当該Ｃｕが析出した後に水が付
着することがない。従って、配線のＥＭ耐性を向上する
ことができると共に、当該配線に穴が開くことを防止す
ることができる。

【００１１】また、請求項２記載の発明によれば、Ａｌ
−Ｃｕ合金からなる配線を形成した後、当該合金の固溶
限以上の温度で前記配線に熱処理を行うことで、当該配
線膜中にＣｕが析出することを防止することができる。
従って、後に行う水洗工程等の際に、前記配線に水が付
着しても、当該配線からＡｌ^{3 +} が水中に遊離すること
を抑制することができる。このため、配線に穴が開くこ
とを防止することができる。また、全工程終了後、前記
合金の固溶限以下の温度で熱処理を行い、Ｃｕを析出さ
せるため、配線のＥＭ耐性を向上することができる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明に係る実施例について、図面を
参照して説明する。 （実施例１）図１及び図２は、本発明の実施例１に係る
半導体装置の製造工程の一部を示す部分断面図である。

【００１３】図１に示す工程では、半導体基板１上に、
シリコン酸化膜２を形成した後、この上に、０．５重量
％のＣｕを含むＡｌ合金膜を、スパッタ法により３００
℃程度の温度で蒸着し、膜厚が１００００Å程度の配線
膜３を形成する。なお、０．５重量％のＣｕを含むＡｌ
合金膜の固溶限は、２８０℃である。このため、配線膜
３にＣｕが析出することが抑制された。

【００１４】次いで、図２に示す工程では、図２に示す
工程で得た配線膜３をパターニングし、配線４を形成す
る。次に、前記配線４上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor D
eposition ）法によりパッシベーション膜５を形成す
る。なお、前記工程中には、水を使用した洗浄工程が含
まれ、配線４に水が付着することがあったが、当該配線
４中の粒界等にＣｕの析出がないため、電池効果が起こ
らなかった。このため、配線４中のＡｌ^{3 +} が水中に遊
離することがなく、当該配線に穴が開くことがなかっ
た。

【００１５】その後、得られたウエハを分割（スクライ
ビング）し、これをパッケージングする。次に、前記パ
ッケージングが終了した半導体装置を２００〜２５０℃
程度の温度で１０時間程度熱処理を行い、配線４中の粒
界等にＣｕを析出させる。このようにすることで、配線
４のＥＭ耐性を向上することができる。次に、比較とし
て、前記配線４に、Ｃｕを析出させるための熱処理を行
わない半導体装置（従来品）を製造した。

【００１６】次に、本実施例に係る半導体装置（発明
品）と従来品について、ＥＭ耐性向上試験を行った。試
験は、発明品と従来品に同量の電流を流し、配線が断線
するまでの時間を以てＥＭ耐性とした。この結果、発明
品は、従来品に比べ、ＥＭ耐性が１０倍程度向上したこ
とが確認された。次に、０．５重量％のＣｕを含むＡｌ
合金膜（配線膜）を、スパッタ法により蒸着する際の成
膜温度と、水洗後、当該配線膜に開口した穴の個数との
関係を以下の方法により調査した。

【００１７】各成膜温度（２５℃、１００℃、１５０
℃、３００℃、３５０℃、４００℃）で成膜した配線膜
に、『ＭＳ２００１（商品名）』と水を使用した水洗
を、１０分間行った後、得られた配線膜に開口した穴の
個数を調査した。なお、穴のカウントは、３０００倍の
顕微鏡を使用した目視により行った。この結果を図３に
示す。

【００１８】図３から、Ａｌ−Ｃｕ合金膜の成膜温度が
３００℃以上になると、穴の開口数が減少することが確
認できる。これは、本実施例で使用したＡｌ−Ｃｕ合金
膜の固溶限が２８０℃であり、これ以上の温度で前記合
金膜を成膜した場合、当該合金膜中の粒界等にＣｕが析
出することを抑制することができる結果、電池効果が起
こり難くなり、合金膜中のＡｌ^{3 +} が水中に遊離するこ
とが防止されるためである。

【００１９】なお、本実施例では、配線膜３を３００℃
程度の温度で成膜したが、これに限らず、前記配線膜３
は、使用する合金膜の固溶限以上の温度で成膜すれば、
穴開きを防止する効果を得ることができる。また、本実
施例では、配線膜３として、０．５重量％のＣｕを含む
Ａｌ合金膜を使用したが、これに限らず、Ｃｕの含有率
は、所望により決定してよい。

【００２０】そして、本実施例では、パッケージングが
終了した半導体装置を２００〜２５０℃程度の温度で１
０時間程度熱処理を行い、配線４中の粒界等にＣｕを析
出させたが、これに限らず、当該熱処理の条件（温度、
時間、方法等）は、配線４の固溶限以下の温度であれ
ば、所望により決定してよい。さらに、本実施例は、一
例であり、素子の膜厚や成膜方法等は、所望により決定
してよい。 （実施例２）次に、本発明に係る実施例２について説明
する。

【００２１】半導体基板１上に形成したシリコン酸化膜
上に、０．５重量％のＣｕを含むＡｌ合金膜を、スパッ
タ法により１５０℃程度の温度で蒸着し、膜厚が１００
００Å程度の配線膜を形成する。次に、前記配線膜が形
成されたウエハに、４００℃で１分間アロイを行う。な
お、前記０．５重量％のＣｕを含むＡｌ合金膜の固溶限
は、２８０℃であることから、前記配線膜は、固溶限以
上の温度でアロイされた。次いで、前記配線膜をパター
ニングし、配線を形成した後、ＣＶＤ法によりパッシベ
ーション膜を形成する。

【００２２】なお、前記工程中には、水を使用した洗浄
工程が含まれ、前記配線に水が付着することがあった
が、当該配線中の粒界等にＣｕの析出がないため、電池
効果が起こらなかった。このため、配線中のＡｌ^{3 +} が
水中に遊離することがなく、当該配線に穴が開くことが
なかった。その後、得られたウエハを分割（スクライビ
ング）し、これをパッケージングする。次に、前記パッ
ケージングが終了した半導体装置を２００〜２５０℃程
度の温度で１０時間程度熱処理を行い、前記配線中の粒
界等にＣｕを析出させる。このようにすることで、配線
のＥＭ耐性を向上することができる。

【００２３】次に、前記配線膜形成後に行う４００℃の
熱処理時間と、水洗後、当該配線膜に開口した穴の個数
との関係を以下の方法により調査した。以下に示す各条
件による熱処理時間で熱処理した配線膜に、『ＭＳ２０
０１（商品名）』と水を使用した水洗を、１０分間行っ
た後、得られた配線膜に開口した穴の個数を調査した。
なお、穴のカウントは、３０００倍の顕微鏡を使用した
目視により行った。 （熱処理条件） ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing ）にて１分間 ＳＥＰ（Separate Chamber Annealing）にて１分３０秒
間 アロイにて１時間 この結果を図４に示す。

【００２４】図４から、熱処理をを施さなかった配線膜
には、８０個程度の穴が開いていたが、前記熱処理を施
した配線膜は、穴の開口数が減少したことが確認でき
る。そして、特に、アロイを行った配線膜は、穴の開口
数が激減していた。これは、本実施例で使用したＡｌ−
Ｃｕ合金膜の固溶限が２８０℃であり、これ以上の温度
で前記合金膜を熱処理したため、当該合金膜中の粒界等
にＣｕが析出することを抑制することができたからであ
る。この結果、電池効果が起こり難くなり、合金膜中の
Ａｌ^{3 +} が水中に遊離することが防止されるた。

【００２５】なお、本実施例では、配線膜を１５０℃で
成膜したが、これに限らず、当該配線膜は、任意の温度
で成膜してよい。また、本実施例では、前記配線膜に４
００℃で１分間のアロイを行ったが、これに限らず、当
該配線膜に行う熱処理は、当該配線膜の固溶限以上の温
度であれば、特に限定されるものではない。

【００２６】そして、本実施例では、配線膜３として、
０．５重量％のＣｕを含むＡｌ合金膜を使用したが、こ
れに限らず、Ｃｕの含有率は、所望により決定してよ
い。そしてまた、本実施例では、パッケージングが終了
した半導体装置を２００〜２５０℃程度の温度で１０時
間程度熱処理を行い、配線４中の粒界等にＣｕを析出さ
せたが、これに限らず、当該熱処理の条件（温度、時
間、方法等）は、配線４の固溶限以下の温度であれば、
所望により決定してよい。

【００２７】さらに、本実施例は、一例であり、素子の
膜厚や成膜方法等は、所望により決定してよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の半
導体装置の製造方法は、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる配線を
当該合金の固溶限以上の温度で成膜するため、当該配線
膜中にＣｕが析出することを防止することができる。従
って、後に行う水洗工程等の際に、前記配線に水が付着
しても、当該配線からＡｌ^{3 +} が水中に遊離することを
防止することができる。この結果、前記配線に穴が開く
ことを抑制することができる。また、全工程終了後、前
記合金の固溶限以下の温度で熱処理を行うことでＣｕを
析出させるため、当該Ｃｕが析出した後に水が付着する
ことがない。従って、配線のＥＭ耐性を向上することが
できると共に、当該配線に穴が開くことを防止すること
ができる。この結果、信頼性の高い半導体装置を提供す
ることができる。

【００２９】また、請求項２記載の半導体装置の製造方
法は、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる配線を形成した後、当該
合金の固溶限以上の温度で前記配線に熱処理を行うこと
で、当該配線膜中にＣｕが析出することを防止すること
ができる。従って、後に行う水洗工程等の際に、前記配
線に水が付着しても、当該配線からＡｌ^{3 +} が水中に遊
離することを防止することができる。この結果、前記配
線に穴が開くことを抑制することができる。また、全工
程終了後、前記合金の固溶限以下の温度で熱処理を行う
ことで、Ｃｕを析出させるため、配線のＥＭ耐性を向上
することができる結果、信頼性の高い半導体装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。

【図２】本発明の実施例１にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。

【図３】Ａｌ−Ｃｕ合金膜の成膜温度と、水洗後、当該
配線膜に開口した穴の個数との関係を示す図である。

【図４】Ａｌ−Ｃｕ合金膜形成後に行う４００℃の熱処
理時間と、水洗後、当該配線膜に開口した穴の個数との
関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ シリコン酸化膜 ３ 配線膜 ４ 配線 ５ パッシベーション膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上の所望位置に、Ａｌ−Ｃｕ
   合金からなる配線を当該合金の固溶限以上の温度で成膜
   する工程と、全工程終了後、前記合金の固溶限以下の温
   度で熱処理を行い、Ｃｕを析出させる工程と、を含むこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 半導体基板上の所望位置に、Ａｌ−Ｃｕ
   合金からなる配線を形成した後、当該合金の固溶限以上
   の温度で前記配線に熱処理を行う工程と、全工程終了
   後、前記合金の固溶限以下の温度で熱処理を行い、Ｃｕ
   を析出させる工程と、を含むことを特徴とする半導体装
   置の製造方法。