JPH0687464B2 - アルミニウム合金配線装置およびその製造方法 - Google Patents
アルミニウム合金配線装置およびその製造方法Info
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- JPH0687464B2 JPH0687464B2 JP61300725A JP30072586A JPH0687464B2 JP H0687464 B2 JPH0687464 B2 JP H0687464B2 JP 61300725 A JP61300725 A JP 61300725A JP 30072586 A JP30072586 A JP 30072586A JP H0687464 B2 JPH0687464 B2 JP H0687464B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、LSI等に形成されるアルミニウム合金配線に
係り、引っ張り応力の大きい保護膜を用いた素子におい
て微細化する際に配線内に生じる欠落（以下「Alボイ
ド」という）を低減可能にするアルミニウム合金配線装
置およびその製造方法に関する。
係り、引っ張り応力の大きい保護膜を用いた素子におい
て微細化する際に配線内に生じる欠落（以下「Alボイ
ド」という）を低減可能にするアルミニウム合金配線装
置およびその製造方法に関する。
近年、素子の高集積化に伴い、微細化や多層化が必須の
技術となってきており、微細化するにつれてアルミニウ
ム合金配線の線幅も細く設計され、その線幅が２〜３μ
ｍ以下になってくるとアルミニウム合金配線内にアルミ
ニウム（Al）ボイドが発生する。又、多層化によっても
種々の薄膜を重ねるために素子の内部構造にストレスが
加えられ、前述したAlボイドが発生する。このAlボイド
は、一般的に言われているエレクトロマイグレーション
により発生するものではなく、ストレスマイグレーショ
ンと言われる新規な現象により発生するものである。ス
トレスマイグレーションとは、引っ張り応力の大きい保
護膜を形成したアルミニウム合金配線にのみ起こる現象
である。引っ張り応力が大きい程、又アルミニウム合金
配線の線幅が細くなる程、顕著に見られる現象である。
技術となってきており、微細化するにつれてアルミニウ
ム合金配線の線幅も細く設計され、その線幅が２〜３μ
ｍ以下になってくるとアルミニウム合金配線内にアルミ
ニウム（Al）ボイドが発生する。又、多層化によっても
種々の薄膜を重ねるために素子の内部構造にストレスが
加えられ、前述したAlボイドが発生する。このAlボイド
は、一般的に言われているエレクトロマイグレーション
により発生するものではなく、ストレスマイグレーショ
ンと言われる新規な現象により発生するものである。ス
トレスマイグレーションとは、引っ張り応力の大きい保
護膜を形成したアルミニウム合金配線にのみ起こる現象
である。引っ張り応力が大きい程、又アルミニウム合金
配線の線幅が細くなる程、顕著に見られる現象である。
そして、このストレスマイグレーションによって生じた
Alボイドが大きくなると、信頼性上非常に大きな問題と
なってくる。例えば、素子動作（通電）をしなくてもア
ルミニウム合金配線の断線、アルミニウム合金配線の断
面積の減少による配線抵抗の増大、発熱による素子破
壊、動作スピードの遅延等がおき、更に、素子を動作さ
せ大電流を通電した時にエレクトロマイグレーションに
より加速度的に故障が生じ易くなる。
Alボイドが大きくなると、信頼性上非常に大きな問題と
なってくる。例えば、素子動作（通電）をしなくてもア
ルミニウム合金配線の断線、アルミニウム合金配線の断
面積の減少による配線抵抗の増大、発熱による素子破
壊、動作スピードの遅延等がおき、更に、素子を動作さ
せ大電流を通電した時にエレクトロマイグレーションに
より加速度的に故障が生じ易くなる。
このAlボイドは、内部応力の大きいパッシベーション膜
等からの引っ張り応力がアルミニウム合金配線に加わり
結晶粒界にその応力が集中し、応力を緩和しようとして
Alの原子が粒界から移動し始める為に結晶粒界から割れ
目が広がってゆく事により発生すると考えられている。
等からの引っ張り応力がアルミニウム合金配線に加わり
結晶粒界にその応力が集中し、応力を緩和しようとして
Alの原子が粒界から移動し始める為に結晶粒界から割れ
目が広がってゆく事により発生すると考えられている。
これに対し、粒界でのAl原子の移動を低減する為に、粒
界に析出し易いCuを、AlとSiの合金配線（以下、「Al−
Si配線」という）に混ぜる事によりAl−Si−Cu配線を形
成し、CuをAl原子に対する障害物として作用させAl原子
の移動を抑制し、Alボイドの発生を抑制できるという報
告例がある。これは、ストレスマイグレーションが、保
護膜から受けるストレスにより、Al原子が結晶粒内か
ら粒界へ移動、粒界拡散によりマイグレーションを起
こすと考えられ、上記Cuの添加はの拡散を抑制を狙っ
たものと思われる。
界に析出し易いCuを、AlとSiの合金配線（以下、「Al−
Si配線」という）に混ぜる事によりAl−Si−Cu配線を形
成し、CuをAl原子に対する障害物として作用させAl原子
の移動を抑制し、Alボイドの発生を抑制できるという報
告例がある。これは、ストレスマイグレーションが、保
護膜から受けるストレスにより、Al原子が結晶粒内か
ら粒界へ移動、粒界拡散によりマイグレーションを起
こすと考えられ、上記Cuの添加はの拡散を抑制を狙っ
たものと思われる。
しかしながら、上記のAl−Si−Cu配線によると、Alボイ
ドの発生をある程度は抑制できるものの、ボイド率lvに
して30〜40％のAlボイドの発生は依然まぬがれる事がで
きず、よりAlボイドの発生を低減できるアルミニウム配
線が望まれている。
ドの発生をある程度は抑制できるものの、ボイド率lvに
して30〜40％のAlボイドの発生は依然まぬがれる事がで
きず、よりAlボイドの発生を低減できるアルミニウム配
線が望まれている。
尚、ここでいうボイド率lvとは第11図の斜視図に示すよ
うにアルミニウム合金配線の線幅をＷ、最大ボイド幅を
ｄとした場合、lv＝d/Wで表される値であり、言うまで
もなくこのボイド値lvが小さい程、Alボイドの発生は抑
制されている事になる。
うにアルミニウム合金配線の線幅をＷ、最大ボイド幅を
ｄとした場合、lv＝d/Wで表される値であり、言うまで
もなくこのボイド値lvが小さい程、Alボイドの発生は抑
制されている事になる。
そこで本発明は、引っ張り応力の大きい保護膜を形成し
た素子において、アルミニウム合金配線の膜質を制御す
る事により、ストレスマイグレーションを抑えてAlボイ
ドの発生をより低減する事を目的としている。
た素子において、アルミニウム合金配線の膜質を制御す
る事により、ストレスマイグレーションを抑えてAlボイ
ドの発生をより低減する事を目的としている。
上記目的を達成するための、本願の第１発明において
は、 半導体基板と、この半導体基板上に電気的接続手段とし
て形成され、その主な成分がアルミニウムであるアルミ
ニウム合金配線とを備えたアルミニウム合金配線装置に
おいて、 前記アルミニウム合金配線の上に、少なくとも前記アル
ミニウム合金配線を保護する保護膜が形成され、 この保護膜からの引っ張り応力が前記アルミニウム合金
配線に作用するものであって、 前記アルミニウム合金配線は、結晶粒を有し、その結晶
面が主に（111）面に配向され、さらにその粒径をｌ、
配線幅をＷとした場合、 （W/14）＜ｌ＜Ｗ を満足するように前記結晶粒の粒径が調整されている ことを特徴とするアルミニウム合金配線装置を提供す
る。
は、 半導体基板と、この半導体基板上に電気的接続手段とし
て形成され、その主な成分がアルミニウムであるアルミ
ニウム合金配線とを備えたアルミニウム合金配線装置に
おいて、 前記アルミニウム合金配線の上に、少なくとも前記アル
ミニウム合金配線を保護する保護膜が形成され、 この保護膜からの引っ張り応力が前記アルミニウム合金
配線に作用するものであって、 前記アルミニウム合金配線は、結晶粒を有し、その結晶
面が主に（111）面に配向され、さらにその粒径をｌ、
配線幅をＷとした場合、 （W/14）＜ｌ＜Ｗ を満足するように前記結晶粒の粒径が調整されている ことを特徴とするアルミニウム合金配線装置を提供す
る。
本願の第２発明においては、上記アルミニウム合金配線
装置を製造するため、 半導体基板上に酸化膜を形成する第１の工程と、主な成
分がアルミニウムであるアルミニウム合金配線を前記酸
化膜を下地としてその上に形成する工程であって、前記
アルミニウム合金配線は、その結晶粒の結晶面が主に
（111）面に配向され、さらにその粒径をｌ、配線幅を
Ｗとした場合、 （W/4）＜ｌ＜Ｗ を満足して前記粒径が調整されるように、形成される第
２の工程と、 前記合金配線層の上に、引っ張り応力が前記アルミニウ
ム合金配線に作用する保護膜を形成する第３の工程と を備えたことを特徴とするアルミニウム合金配線装置の
製造方法を提供する。
装置を製造するため、 半導体基板上に酸化膜を形成する第１の工程と、主な成
分がアルミニウムであるアルミニウム合金配線を前記酸
化膜を下地としてその上に形成する工程であって、前記
アルミニウム合金配線は、その結晶粒の結晶面が主に
（111）面に配向され、さらにその粒径をｌ、配線幅を
Ｗとした場合、 （W/4）＜ｌ＜Ｗ を満足して前記粒径が調整されるように、形成される第
２の工程と、 前記合金配線層の上に、引っ張り応力が前記アルミニウ
ム合金配線に作用する保護膜を形成する第３の工程と を備えたことを特徴とするアルミニウム合金配線装置の
製造方法を提供する。
なお、上記第１、第２の発明において、アルミニウム合
金配線層の上に保護膜を形成するとは、直接的に又は他
の層を介在させて間接的に、保護膜をアルミニウム合金
配線層の上に形成することを意味する。
金配線層の上に保護膜を形成するとは、直接的に又は他
の層を介在させて間接的に、保護膜をアルミニウム合金
配線層の上に形成することを意味する。
そこで、本願の第１発明によると、結晶面を主に（11
1）面に配向したことにより、（111）面はAl原子が最密
面の膜となるため、保護膜からの引っ張り応力が加わっ
ても、Al粒子中のAl原子が結晶粒内から粒界へ移動しに
くくなり、またW/14＜ｌ＜Ｗを満足するように結晶粒の
粒径を調整するようにすることによって保護膜からの引
っ張り応力が加わっても、スリット状のボイドが発生せ
ず、従ってストレスマイグレーションを抑えてAlボイド
の発生を低減することができるという効果を奏する。
1）面に配向したことにより、（111）面はAl原子が最密
面の膜となるため、保護膜からの引っ張り応力が加わっ
ても、Al粒子中のAl原子が結晶粒内から粒界へ移動しに
くくなり、またW/14＜ｌ＜Ｗを満足するように結晶粒の
粒径を調整するようにすることによって保護膜からの引
っ張り応力が加わっても、スリット状のボイドが発生せ
ず、従ってストレスマイグレーションを抑えてAlボイド
の発生を低減することができるという効果を奏する。
また、本願の第２発明によると、上記ストレスマイグレ
ーションを抑えたアルミニウム合金装置を製造すること
ができるとともに、酸化膜を下地としてアルミニウム合
金配線をその上に形成するようにしているから、アルミ
ニウム合金配線の結晶面を主に（111）面に配向し易く
なるという効果を奏する。
ーションを抑えたアルミニウム合金装置を製造すること
ができるとともに、酸化膜を下地としてアルミニウム合
金配線をその上に形成するようにしているから、アルミ
ニウム合金配線の結晶面を主に（111）面に配向し易く
なるという効果を奏する。
以下、本発明を図面に示す実施例を用いて詳細に説明す
る。第１図は本発明の第１実施例を説明する為の半導体
装置の断面図であり、図において100はシリコン基板、1
01はシリコン基板100上に部分的にシリコン窒化膜（Si3
N4）を形成し、そのシリコン窒化膜をマスクとして熱酸
化する事により形成されるフィールド絶縁膜としてのLO
COSである。そしてシリコン窒化膜を除去した後、蒸着
あるいはCVD（Chemical Vapor Deposition）法により絶
縁膜としての例えば第１のPSG（リンガラス）膜102を形
成し、引続き、例えばスパッタリング法により第１のAl
−Si配線103をその一部がシリコン基板100と電気接続す
るように形成する。
る。第１図は本発明の第１実施例を説明する為の半導体
装置の断面図であり、図において100はシリコン基板、1
01はシリコン基板100上に部分的にシリコン窒化膜（Si3
N4）を形成し、そのシリコン窒化膜をマスクとして熱酸
化する事により形成されるフィールド絶縁膜としてのLO
COSである。そしてシリコン窒化膜を除去した後、蒸着
あるいはCVD（Chemical Vapor Deposition）法により絶
縁膜としての例えば第１のPSG（リンガラス）膜102を形
成し、引続き、例えばスパッタリング法により第１のAl
−Si配線103をその一部がシリコン基板100と電気接続す
るように形成する。
ここで、本実施例の要部である第１のAl−Si配線103
は、まずスパッタリング法によりAl−Si合金の膜を第１
のPSG膜102あるいはシリコン基板100上に形成する。そ
の際、Al−Si合金の結晶面は、スパッタリング時の基板
加熱温度、Arガス圧、Al−Si合金の堆積速度、残留ガス
の種類、量等を制御する事によりほとんどの結晶粒が
（111）面に配向している。そして、そのAl−Si合金を
ホトエッチングする事により例えば線幅が２μｍで、Al
結晶粒の粒径がその線幅の約1/3である0.7μｍの所定の
パターンにし、その後、所定時間の熱処理を行う事によ
り形成される。
は、まずスパッタリング法によりAl−Si合金の膜を第１
のPSG膜102あるいはシリコン基板100上に形成する。そ
の際、Al−Si合金の結晶面は、スパッタリング時の基板
加熱温度、Arガス圧、Al−Si合金の堆積速度、残留ガス
の種類、量等を制御する事によりほとんどの結晶粒が
（111）面に配向している。そして、そのAl−Si合金を
ホトエッチングする事により例えば線幅が２μｍで、Al
結晶粒の粒径がその線幅の約1/3である0.7μｍの所定の
パターンにし、その後、所定時間の熱処理を行う事によ
り形成される。
尚、結晶面を（111）面に配向するために制御するもの
として例えば基板加熱に注目すると、第５図（ａ）及び
（ｂ）のグラフに示すように、基板を加熱した場合（同
図（ａ））には様々な結晶方位をもつのに対し、基板を
加熱しない場合（同図（ｂ））には主に（111）面に配
向する。しかしながら基板を加熱しないとアルミニウム
合金配線のステップカバレッジが悪化し、又、Al結晶粒
の粒径が非常に小さくなるのでSiが折出してしまい問題
となってくる。従って、適当な基板温度にてスパッタリ
ングする必要がある。
として例えば基板加熱に注目すると、第５図（ａ）及び
（ｂ）のグラフに示すように、基板を加熱した場合（同
図（ａ））には様々な結晶方位をもつのに対し、基板を
加熱しない場合（同図（ｂ））には主に（111）面に配
向する。しかしながら基板を加熱しないとアルミニウム
合金配線のステップカバレッジが悪化し、又、Al結晶粒
の粒径が非常に小さくなるのでSiが折出してしまい問題
となってくる。従って、適当な基板温度にてスパッタリ
ングする必要がある。
そして、この第１のAl−Si配線103上を覆うようにして
蒸着あるいはCVD法により第２のPSG膜104を形成し、第
１のAl−Si配線103との電気接続をとる為のコンタクト
部にあたる部分を部分的にエッチング除去する。次に、
コンタクト部にて第１のAl−Si配線103と電気接続する
ようにして第２のAl−Si配線105を第１のAl−Si配線103
と同様に形成し、最後に表面を安定化する為にプラズマ
CVD法等により例えばシリコン窒化膜等から成る表面保
護膜106を形成する。尚、107は多結晶シリコンから成る
配線層である。
蒸着あるいはCVD法により第２のPSG膜104を形成し、第
１のAl−Si配線103との電気接続をとる為のコンタクト
部にあたる部分を部分的にエッチング除去する。次に、
コンタクト部にて第１のAl−Si配線103と電気接続する
ようにして第２のAl−Si配線105を第１のAl−Si配線103
と同様に形成し、最後に表面を安定化する為にプラズマ
CVD法等により例えばシリコン窒化膜等から成る表面保
護膜106を形成する。尚、107は多結晶シリコンから成る
配線層である。
そこで本実施例によると、Al−Si合金の堆積時における
結晶面がほとんど（111）面に配向しており、前述した
ように（111）面が最密面である事らAl原子は他のAl原
子によりその移動を抑制され、それによりアルミニウム
合金配線の内部応力の緩和の為のAl原子の粒界までの移
動が抑制されAlボイドの発生をほとんどなくす事ができ
るという効果がある。次に、以上の事を本発明者の実験
結果に基づいて説明する。第４図は横軸に角度位置２
θ、縦軸に回折強度をとり、結晶面の配向性による回折
強度の大きさとその時のボイド率lvの値をあらわすグラ
フであり、第４図の上段が上記第１実施例の値である。
尚、回折強度の大きさは例えば第10図の模式的上面図に
示すようなディフラクトメーターにより計測した。この
ディフラクトメーターを簡単に説明すると、平板状試料
10（本例の場合表面にはAl−Si合金が形成されている）
が紙面に垂直な軸Ｏのまわりを回転する台11に取りつけ
られており、Ｘ線源としてのＸ線管12のターゲット13上
の線状焦点14から出る発散Ｘ線をスリット15を介して平
板状試料10によって回折した後、スリット16に焦点を結
び、計算管17に入れるように構成しており、角度位置２
θを一定角速度で増大する方向に移動させて走査する事
により、その時に計算管17に入るＸ線の回折強度を計測
するものである。尚、角度位置２θは目盛板18にて読み
取る。
結晶面がほとんど（111）面に配向しており、前述した
ように（111）面が最密面である事らAl原子は他のAl原
子によりその移動を抑制され、それによりアルミニウム
合金配線の内部応力の緩和の為のAl原子の粒界までの移
動が抑制されAlボイドの発生をほとんどなくす事ができ
るという効果がある。次に、以上の事を本発明者の実験
結果に基づいて説明する。第４図は横軸に角度位置２
θ、縦軸に回折強度をとり、結晶面の配向性による回折
強度の大きさとその時のボイド率lvの値をあらわすグラ
フであり、第４図の上段が上記第１実施例の値である。
尚、回折強度の大きさは例えば第10図の模式的上面図に
示すようなディフラクトメーターにより計測した。この
ディフラクトメーターを簡単に説明すると、平板状試料
10（本例の場合表面にはAl−Si合金が形成されている）
が紙面に垂直な軸Ｏのまわりを回転する台11に取りつけ
られており、Ｘ線源としてのＸ線管12のターゲット13上
の線状焦点14から出る発散Ｘ線をスリット15を介して平
板状試料10によって回折した後、スリット16に焦点を結
び、計算管17に入れるように構成しており、角度位置２
θを一定角速度で増大する方向に移動させて走査する事
により、その時に計算管17に入るＸ線の回折強度を計測
するものである。尚、角度位置２θは目盛板18にて読み
取る。
かかる装置を用いて本実施例の回折強度を測定した結
果、第４図の上段のグラフに示すように、結晶面が（11
1）面にて回折強度が最も大きくなっており、他の結晶
面での回折強度は（200）面でわずかな値が測定された
だけであり、（111）面の回折強度をI111、他の結晶面
で最も大きい回折強度（この場合（200）面の回折強
度）をIabcとした場合、I111／Iabc＝510となり、その
時のボイド率lvはlv＝０％という画期的な値であり、Al
−Si合金をその結晶面をほとんど（111）面にする事でA
lボイドの発生を略なくす事ができるという優れた効果
を有することになる。
果、第４図の上段のグラフに示すように、結晶面が（11
1）面にて回折強度が最も大きくなっており、他の結晶
面での回折強度は（200）面でわずかな値が測定された
だけであり、（111）面の回折強度をI111、他の結晶面
で最も大きい回折強度（この場合（200）面の回折強
度）をIabcとした場合、I111／Iabc＝510となり、その
時のボイド率lvはlv＝０％という画期的な値であり、Al
−Si合金をその結晶面をほとんど（111）面にする事でA
lボイドの発生を略なくす事ができるという優れた効果
を有することになる。
第４図の中段はAl−Si合金をその結晶面が主に（111）
面になるように配向した例であり、I111／Iabc＝2.1で
ある。この例においてもボイド率lv＝10％でありAlボイ
ドの発生を従来と比較してかなり低減できるという効果
がある。
面になるように配向した例であり、I111／Iabc＝2.1で
ある。この例においてもボイド率lv＝10％でありAlボイ
ドの発生を従来と比較してかなり低減できるという効果
がある。
第４図の下段は参考として従来のAl−Si合金の値を示し
ており、様々な結晶方位をもっておりその回折強度は
（220）面で最も大きく、I111／Iabc＝0.7、lv＝43％で
ある。
ており、様々な結晶方位をもっておりその回折強度は
（220）面で最も大きく、I111／Iabc＝0.7、lv＝43％で
ある。
第８図にI111／Iabcとボイド率lvの関係をあらわすグラ
フを示す。グラフからわかるようにI111／Iabc≧１であ
ればボイド率lvは略30％以下となるのである程度の効果
が得られ、I111／Iabc≧２であればボイド率lvは略10％
以下となりかなりの効果が得られる。
フを示す。グラフからわかるようにI111／Iabc≧１であ
ればボイド率lvは略30％以下となるのである程度の効果
が得られ、I111／Iabc≧２であればボイド率lvは略10％
以下となりかなりの効果が得られる。
尚、以上の発明における回折強度あるいは結晶面は、Al
−Si配線の形成過程においてAl−Si合金の堆積時におけ
る値であるが、Al−Si配線形成後の回折強度あるいは結
晶面を用いてもよい。第５図（ｂ）及び（ｃ）はそれぞ
れスパッタリング時に基板を加熱せずにSiを３％含むAl
−Si合金を堆積した時における回折強度の値（同図
（ｂ））と、そのAl−Si合金にホトエッチング工程、熱
処理工程を経た後における回折強度の値（同図（ｃ））
を示すグラフにあり、熱処理後には（111）面における
回折強度が若干小さくなっているものの、結晶面は依然
主に（111）面に配向されておりこの時のボイド率lvも
堆積時におけるボイド率lvと略同じである。
−Si配線の形成過程においてAl−Si合金の堆積時におけ
る値であるが、Al−Si配線形成後の回折強度あるいは結
晶面を用いてもよい。第５図（ｂ）及び（ｃ）はそれぞ
れスパッタリング時に基板を加熱せずにSiを３％含むAl
−Si合金を堆積した時における回折強度の値（同図
（ｂ））と、そのAl−Si合金にホトエッチング工程、熱
処理工程を経た後における回折強度の値（同図（ｃ））
を示すグラフにあり、熱処理後には（111）面における
回折強度が若干小さくなっているものの、結晶面は依然
主に（111）面に配向されておりこの時のボイド率lvも
堆積時におけるボイド率lvと略同じである。
又、上記第１実施例によると、Al結晶粒の粒径（以下
「Al粒径」という）がAl−Si配線の線幅の約1/3である
ので、Al−Si配線内の粒界を少なくする事ができ、その
分、Al原子の移動を抑制できる。
「Al粒径」という）がAl−Si配線の線幅の約1/3である
ので、Al−Si配線内の粒界を少なくする事ができ、その
分、Al原子の移動を抑制できる。
第９図は本発明者の実験結果であり、Al粒径に対するボ
イド率lvの値を示すグラフである。グラフからわかるよ
うにAl粒径がボイド率lvに対して大きな影響を与えてお
りAl粒径が大きい程、ボイド率lvは小さくなる。例えば
本実験において下地材料はCVD法によるシリコン窒化
膜、Al−Si配線の線幅は3.6μｍであり、Al粒径が0.8μ
ｍつまり線幅の約1/4以上になるとボイド率lv＝０％に
なっている。又、Al粒径が0.25μｍつまり線幅の約1/14
以上になるとボイド率lvは30％以下となるのである程度
の効果が得られる。ここで、Al粒径が大きすぎると結晶
粒の粒界が配線を横切る可能性が生じ、逆にスリット状
のAlボイドが発生してしまう。従って、Al粒径の上限は
線幅と同程度であり、ある程度Alボイドの発生を抑える
事のできるAl粒径の範囲はAl粒径をｌ、線幅をＷとした
場合、 であり、Alボイドの発生をほとんど抑える事のできるAl
粒径の範囲は となる。
イド率lvの値を示すグラフである。グラフからわかるよ
うにAl粒径がボイド率lvに対して大きな影響を与えてお
りAl粒径が大きい程、ボイド率lvは小さくなる。例えば
本実験において下地材料はCVD法によるシリコン窒化
膜、Al−Si配線の線幅は3.6μｍであり、Al粒径が0.8μ
ｍつまり線幅の約1/4以上になるとボイド率lv＝０％に
なっている。又、Al粒径が0.25μｍつまり線幅の約1/14
以上になるとボイド率lvは30％以下となるのである程度
の効果が得られる。ここで、Al粒径が大きすぎると結晶
粒の粒界が配線を横切る可能性が生じ、逆にスリット状
のAlボイドが発生してしまう。従って、Al粒径の上限は
線幅と同程度であり、ある程度Alボイドの発生を抑える
事のできるAl粒径の範囲はAl粒径をｌ、線幅をＷとした
場合、 であり、Alボイドの発生をほとんど抑える事のできるAl
粒径の範囲は となる。
さらに、上記第１実施例によると第１のAl−Si配線10
3、第２のAl−Si配線105の下地材料としてそれぞれ第１
のPSG膜102、第２のPSG膜104が形成されており、両者は
酸化膜である事から第６図及び第７図に示すようにその
上に形成するAl−Si合金の結晶面を主に（111）面に配
向し易くなり、又、酸化膜は窒化膜と比較してその結合
エネルギーが小さい為に容易にその結合を切断しAl原子
と結合する事ができ、Al原子の有するエネルギーの消費
が小さいのでその結晶粒径を大きくし易くなる。さら
に、酸化膜は窒化膜と比較して内部応力が小さいのでAl
−Si配線に与える応力も小さくなりAlボイドの発生をよ
り低減できるという効果がある。第６図及び第７図は下
地材料上に堆積したAl−Si配線の結晶面の違いによる回
折強度の値を示すグラフであり、下地材料として第６図
（ａ）ではプラズマCVD法により形成される窒化膜Ｐ−S
iN、第６図（ｂ）はCVD法により形成されるシリコン窒
化膜Si3N4、第７図（ａ）はCVD法により形成されるPSG
膜、第７図（ｂ）はCVD法により形成されるBPSG膜であ
る。第６図（ａ），（ｂ）に示す窒化膜ではI111／Iabc
の値がそれぞれ0.6、0.58であるのに対し、第７図
（ａ），（ｂ）に示す酸化膜では比較的大きくそれぞれ
2.1、1.2であり、下地材料が酸化膜であれば（111）面
に配向し易い事がわかる。尚、酸化膜としては限定され
る事なくCVD法によるSiO2膜、プラズマCVD法により形成
される酸化膜等であってもよい。
3、第２のAl−Si配線105の下地材料としてそれぞれ第１
のPSG膜102、第２のPSG膜104が形成されており、両者は
酸化膜である事から第６図及び第７図に示すようにその
上に形成するAl−Si合金の結晶面を主に（111）面に配
向し易くなり、又、酸化膜は窒化膜と比較してその結合
エネルギーが小さい為に容易にその結合を切断しAl原子
と結合する事ができ、Al原子の有するエネルギーの消費
が小さいのでその結晶粒径を大きくし易くなる。さら
に、酸化膜は窒化膜と比較して内部応力が小さいのでAl
−Si配線に与える応力も小さくなりAlボイドの発生をよ
り低減できるという効果がある。第６図及び第７図は下
地材料上に堆積したAl−Si配線の結晶面の違いによる回
折強度の値を示すグラフであり、下地材料として第６図
（ａ）ではプラズマCVD法により形成される窒化膜Ｐ−S
iN、第６図（ｂ）はCVD法により形成されるシリコン窒
化膜Si3N4、第７図（ａ）はCVD法により形成されるPSG
膜、第７図（ｂ）はCVD法により形成されるBPSG膜であ
る。第６図（ａ），（ｂ）に示す窒化膜ではI111／Iabc
の値がそれぞれ0.6、0.58であるのに対し、第７図
（ａ），（ｂ）に示す酸化膜では比較的大きくそれぞれ
2.1、1.2であり、下地材料が酸化膜であれば（111）面
に配向し易い事がわかる。尚、酸化膜としては限定され
る事なくCVD法によるSiO2膜、プラズマCVD法により形成
される酸化膜等であってもよい。
次に、本発明の第２の実施例を第２図の半導体装置の断
面図を用いて説明るう。尚、第１図の構成要素と同一の
製造方法にて形成可能な構成要素には同一符号を付して
その詳細な説明は省略する。本実施例においても第１の
Al−Si配線103は上述したように結晶面が主に（111）面
に配向するように、そして、その粒径が線幅の1/4乃至1
/1.5の範囲内になるように形成されている。
面図を用いて説明るう。尚、第１図の構成要素と同一の
製造方法にて形成可能な構成要素には同一符号を付して
その詳細な説明は省略する。本実施例においても第１の
Al−Si配線103は上述したように結晶面が主に（111）面
に配向するように、そして、その粒径が線幅の1/4乃至1
/1.5の範囲内になるように形成されている。
本実施例はアスペクト比の大きいものに採用すると有効
なものであり、第１のAl−Si配線103、及び第１のPSC膜
102上にプラズマCVD法によりＰ−SiN膜1041を形成し、
レジストを塗布した表面を平坦化した後に全面をドライ
エッチングするといういわゆるエッチバックを行ってお
り、さらにそのＰ−SiN膜1041上に例えばCVD法によりPS
G膜1042を形成した後コンタクト部を部分的に除去し
て、上記第１実施例と同様に第２のAl−Si配線105を形
成している。
なものであり、第１のAl−Si配線103、及び第１のPSC膜
102上にプラズマCVD法によりＰ−SiN膜1041を形成し、
レジストを塗布した表面を平坦化した後に全面をドライ
エッチングするといういわゆるエッチバックを行ってお
り、さらにそのＰ−SiN膜1041上に例えばCVD法によりPS
G膜1042を形成した後コンタクト部を部分的に除去し
て、上記第１実施例と同様に第２のAl−Si配線105を形
成している。
そこで本実施例においても結晶面を主に（111）面に配
向し又、その粒径を制御しているので上記第１実施例と
同様の効果が得られるわけであるが、通常、エッチバッ
クを行う場合、レジストとのエッチング速度を等しくす
る為にレジスト下の材料は窒化膜であり、この窒化膜を
下地材料として第２のAl−Si配線が形成されるが、本実
施例のおいてはその窒化膜としてのＰ−SiN膜1041上にP
SG膜1042を形成しており、そのPSG膜1042を下地材料と
して第２のAl−Si配線105を形成しているので上述した
ようにAl−Si配線105を形成しているので上述したよう
にAl−Si合金の結晶面を主に（111）面に配向し易くな
る等といった効果がある。
向し又、その粒径を制御しているので上記第１実施例と
同様の効果が得られるわけであるが、通常、エッチバッ
クを行う場合、レジストとのエッチング速度を等しくす
る為にレジスト下の材料は窒化膜であり、この窒化膜を
下地材料として第２のAl−Si配線が形成されるが、本実
施例のおいてはその窒化膜としてのＰ−SiN膜1041上にP
SG膜1042を形成しており、そのPSG膜1042を下地材料と
して第２のAl−Si配線105を形成しているので上述した
ようにAl−Si配線105を形成しているので上述したよう
にAl−Si合金の結晶面を主に（111）面に配向し易くな
る等といった効果がある。
次に、本発明の第３実施例を第３図の半導体装置の断面
図を用いて説明する。本実施例においては、第１のAl−
Si配線103、及び第１のPSG膜102上に薄膜のシリコン窒
化膜（Si3N4）1043を形成し、この時存在する凹部材
に、エタノール及びSiO2を主成分とするスピンオングラ
ス（SOG）1044を塗布し、その後熱硬化する。そして、
その上にPSG膜1045を形成し、コンタクト部を部分的に
除去し、第２のAl−Si配線105を形成する。そこで本実
施例のような構造においてもAl−Si合金の結晶面を主に
（111）面に配向し、その粒径を1/4乃至1/1.5にする事
により、又、第１、第２のAl−Si配線103,105の下地材
料が酸化膜であるので第１実施例と同様の効果が得られ
る。
図を用いて説明する。本実施例においては、第１のAl−
Si配線103、及び第１のPSG膜102上に薄膜のシリコン窒
化膜（Si3N4）1043を形成し、この時存在する凹部材
に、エタノール及びSiO2を主成分とするスピンオングラ
ス（SOG）1044を塗布し、その後熱硬化する。そして、
その上にPSG膜1045を形成し、コンタクト部を部分的に
除去し、第２のAl−Si配線105を形成する。そこで本実
施例のような構造においてもAl−Si合金の結晶面を主に
（111）面に配向し、その粒径を1/4乃至1/1.5にする事
により、又、第１、第２のAl−Si配線103,105の下地材
料が酸化膜であるので第１実施例と同様の効果が得られ
る。
尚、本発明は上記第１乃至第３実施例に限定される事な
くその主旨を逸脱しない限り種々変形可能であり、例え
ば、本発明のいうアルミニウム合金配線の成分は、その
主成分がAlであればよく、従ってＥ−gun法により蒸着
されるアルミニウム配線、あるいはAl−Cu配線、Al−Si
−Cu配線、Al−Si−Ti配線等であってもよい。又、上記
実施例ではアルミニウム合金配線は２層配線であるが１
層あるいは３層以上の配線構造でもよい。
くその主旨を逸脱しない限り種々変形可能であり、例え
ば、本発明のいうアルミニウム合金配線の成分は、その
主成分がAlであればよく、従ってＥ−gun法により蒸着
されるアルミニウム配線、あるいはAl−Cu配線、Al−Si
−Cu配線、Al−Si−Ti配線等であってもよい。又、上記
実施例ではアルミニウム合金配線は２層配線であるが１
層あるいは３層以上の配線構造でもよい。
以上述べた様に、本発明によると、その結晶面を主に
（111）面に配向しているので、内部応力の緩和の為のA
l原子の移動を抑制し、Alボイドの発生を低減できる。
（111）面に配向しているので、内部応力の緩和の為のA
l原子の移動を抑制し、Alボイドの発生を低減できる。
又、その粒径を調整する事により、よりAlボイドの発生
を低減できるので、微細化した際にも良好なアルミニウ
ム合金配線を提供できるという優れた効果がある。
を低減できるので、微細化した際にも良好なアルミニウ
ム合金配線を提供できるという優れた効果がある。
第１図は本発明の第１実施例を説明する為の半導体装置
の断面図、第２図は本発明の第２実施例を説明する為の
半導体装置の断面図、第３図は本発明の第３実施例を説
明する為の半導体装置の断面図、第４図は結晶面の配向
性による回折強度の大きさとその時のボイド率lvの値を
あらわすグラフ、第５図（ａ）乃至（ｃ）、第６図
（ａ）及び（ｂ）、第７図（ａ）及び（ｂ）は結晶面の
配向性による回折強度の大きさをあらわすグラフ、第８
図はI111／Iabcとボイド率1vの関係をあらわすグラフ、
第９図はAl粒径とボイド率lvの関係をあらわすグラフ、
第10図はディフラクトメーターの模式的上面図、第11図
はボイド率を説明する為の斜視図である。 100…シリコン基板,101…LOCOS,102…第１のPSG膜,103
…第１のAl−Si配線,104…第２のPSG膜,105…第２のAl
−Si配線,106…表面保護膜,1041…Ｐ−SiN膜,1042…PSG
膜,1043…シリコン窒化膜,1044…SOG,1045…PSG膜。
の断面図、第２図は本発明の第２実施例を説明する為の
半導体装置の断面図、第３図は本発明の第３実施例を説
明する為の半導体装置の断面図、第４図は結晶面の配向
性による回折強度の大きさとその時のボイド率lvの値を
あらわすグラフ、第５図（ａ）乃至（ｃ）、第６図
（ａ）及び（ｂ）、第７図（ａ）及び（ｂ）は結晶面の
配向性による回折強度の大きさをあらわすグラフ、第８
図はI111／Iabcとボイド率1vの関係をあらわすグラフ、
第９図はAl粒径とボイド率lvの関係をあらわすグラフ、
第10図はディフラクトメーターの模式的上面図、第11図
はボイド率を説明する為の斜視図である。 100…シリコン基板,101…LOCOS,102…第１のPSG膜,103
…第１のAl−Si配線,104…第２のPSG膜,105…第２のAl
−Si配線,106…表面保護膜,1041…Ｐ−SiN膜,1042…PSG
膜,1043…シリコン窒化膜,1044…SOG,1045…PSG膜。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−47741（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−16546（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−56645（ＪＰ，Ａ)
Claims (14)
- 【請求項１】半導体基板と、この半導体基板上に電気的
接続手段として形成され、その主な成分がアルミニウム
であるアルミニウム合金配線とを備えたアルミニウム合
金配線装置において、 前記アルミニウム合金配線の上に、少なくとも前記アル
ミニウム合金配線を保護する保護膜が形成され、 この保護膜からの引っ張り応力が前記アルミニウム合金
配線に作用するものであって、 前記アルミニウム合金配線は、結晶粒を有し、その結晶
面が主に（111）面に配向され、さらにその粒径をｌ、
配線幅をＷとした場合、 （W/14）＜ｌ＜Ｗ を満足するように前記結晶粒の粒径が調整されている ことを特徴とするアルミニウム合金配線装置。 - 【請求項２】前記半導体基板と前記アルミニウム合金配
線の間に、絶縁膜が形成されていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載のアルミニウム合金配線装
置。 - 【請求項３】前記絶縁膜は、酸化膜である特許請求の範
囲第２項に記載のアルミニウム合金配線装置。 - 【請求項４】前記酸化膜は、PSG膜であることを特徴と
する特許請求の範囲第３項に記載のアルミニウム合金配
線装置。 - 【請求項５】前記酸化膜は、BPSG膜であることを特徴と
する特許請求の範囲第３項に記載のアルミニウム合金配
線装置。 - 【請求項６】前記保護膜は、プラズマCVD法により形成
された膜であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
乃至第５項のいずれかに記載のアルミニウム合金配線装
置。 - 【請求項７】前記粒径は、 （W/4）＜ｌ＜（W/1.5） を満足するように調整されたものである特許請求の範囲
第１項乃至第６項のいずれかに記載のアルミニウム合金
配線装置。 - 【請求項８】前記アルミ合金配線はアルミニウムとシリ
コンからなる特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれ
かに記載のアルミニウム合金配線装置。 - 【請求項９】前記結晶面は、Ｘ線回折による（111）面
における回折強度をI111、他の面の回折強度のうちで最
も大きいものをIabcとした場合、 I111／Iabc≧２ を満足するように配向している特許請求の範囲第１項乃
至第８項のいずれかに記載のアルミニウム合金配線装
置。 - 【請求項１０】前記保護膜は、表面保護膜である特許請
求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載のアルミニ
ウム合金配線装置。 - 【請求項１１】前記保護膜は、窒化シリコン膜である特
許請求の範囲第１項乃至第10項のいずれかに記載のアル
ミニウム合金配線装置。 - 【請求項１２】半導体基板上に酸化膜を形成する第１の
工程と、 主な成分がアルミニウムであるアルミニウム合金配線を
前記酸化膜を下地としてその上に形成する工程であっ
て、前記アルミニウム合金配線は、その結晶粒の結晶面
が主に（111）面に配向され、さらにその粒径をｌ、配
線幅をＷとした場合、 （W/14）＜ｌ＜Ｗ を満足して前記粒径が調整されるように、形成される第
２の工程と、 前記合金配線層の上に、引っ張り応力が前記アルミニウ
ム合金配線に作用する保護膜を形成する第３の工程と を備えたことを特徴とするアルミニウム合金配線装置の
製造方法。 - 【請求項１３】前記第３の工程は、プラズマCVD法によ
り前記保護膜を形成する工程であることを特徴とする特
許請求の範囲第12項に記載のアルミニウム合金配線装置
の製造方法。 - 【請求項１４】前記第２の工程は、スパッタリング法に
より前記アルミニウム合金配線を形成する工程であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第12項または第13項に記
載のアルミニウム合金配線装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61300725A JPH0687464B2 (ja) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | アルミニウム合金配線装置およびその製造方法 |
| US07/376,144 US4989064A (en) | 1986-12-17 | 1989-07-05 | Aluminum alloy line resistive to stress migration formed in semiconductor integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61300725A JPH0687464B2 (ja) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | アルミニウム合金配線装置およびその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7280807A Division JP2815831B2 (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 多層配線装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63152147A JPS63152147A (ja) | 1988-06-24 |
| JPH0687464B2 true JPH0687464B2 (ja) | 1994-11-02 |
Family
ID=17888351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61300725A Expired - Lifetime JPH0687464B2 (ja) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | アルミニウム合金配線装置およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4989064A (ja) |
| JP (1) | JPH0687464B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07101736B2 (ja) * | 1990-06-28 | 1995-11-01 | 日本電装株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| US5264070A (en) * | 1990-10-09 | 1993-11-23 | Motorola, Inc. | Method of growth-orientation of a crystal on a device using an oriented seed layer |
| JP3099406B2 (ja) * | 1991-04-05 | 2000-10-16 | ヤマハ株式会社 | 集積回路の多層配線構造 |
| JPH05275540A (ja) * | 1992-03-28 | 1993-10-22 | Yamaha Corp | 集積回路装置 |
| JP2547935B2 (ja) * | 1992-04-30 | 1996-10-30 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | 半導体集積回路の相互接続構造の形成方法 |
| US5448113A (en) * | 1993-03-08 | 1995-09-05 | Ricoh Company, Ltd. | Micro metal-wiring structure having stress induced migration resistance |
| JP3422055B2 (ja) * | 1993-11-08 | 2003-06-30 | 株式会社デンソー | 半導体装置の電極配線 |
| DE19515564B4 (de) * | 1994-04-28 | 2008-07-03 | Denso Corp., Kariya | Elektrode für ein Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung derselben |
| JPH09115829A (ja) * | 1995-10-17 | 1997-05-02 | Nissan Motor Co Ltd | アルミニウム配線部を有する半導体装置およびその製造方法 |
| JP4083921B2 (ja) * | 1998-05-29 | 2008-04-30 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2001060590A (ja) | 1999-08-20 | 2001-03-06 | Denso Corp | 半導体装置の電気配線及びその製造方法 |
| CN100353508C (zh) * | 2004-12-08 | 2007-12-05 | 上海华虹Nec电子有限公司 | 一种精确控制铝线宽的方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4219369A (en) * | 1977-09-30 | 1980-08-26 | Hitachi, Ltd. | Method of making semiconductor integrated circuit device |
| JPS5556645A (en) * | 1978-10-20 | 1980-04-25 | Nec Corp | Electronic device conductive film |
| US4433004A (en) * | 1979-07-11 | 1984-02-21 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and a method for manufacturing the same |
| US4438450A (en) * | 1979-11-30 | 1984-03-20 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Solid state device with conductors having chain-shaped grain structure |
| JPS5816546A (ja) * | 1981-07-22 | 1983-01-31 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPS5850755A (ja) * | 1981-09-21 | 1983-03-25 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体装置 |
| JPS58137231A (ja) * | 1982-02-09 | 1983-08-15 | Nec Corp | 集積回路装置 |
| US4532695A (en) * | 1982-07-02 | 1985-08-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Method of making self-aligned IGFET |
| JPS5947741A (ja) * | 1982-09-13 | 1984-03-17 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US4566177A (en) * | 1984-05-11 | 1986-01-28 | Signetics Corporation | Formation of electromigration resistant aluminum alloy conductors |
| JPS61263244A (ja) * | 1985-05-17 | 1986-11-21 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JP2582776B2 (ja) * | 1987-05-12 | 1997-02-19 | 株式会社東芝 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US4949162A (en) * | 1987-06-05 | 1990-08-14 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor integrated circuit with dummy pedestals |
| JP2776826B2 (ja) * | 1988-04-15 | 1998-07-16 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1986
- 1986-12-17 JP JP61300725A patent/JPH0687464B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-07-05 US US07/376,144 patent/US4989064A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4989064A (en) | 1991-01-29 |
| JPS63152147A (ja) | 1988-06-24 |
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