JPH08293500A - 金属配線層の形成方法 - Google Patents
金属配線層の形成方法Info
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- JPH08293500A JPH08293500A JP12432695A JP12432695A JPH08293500A JP H08293500 A JPH08293500 A JP H08293500A JP 12432695 A JP12432695 A JP 12432695A JP 12432695 A JP12432695 A JP 12432695A JP H08293500 A JPH08293500 A JP H08293500A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高いマイグレーション耐性をもつＡｌ（１１
１）に強く配向した積層Ａｌ配線層を形成すること。 【構成】（ａ）Ｓｉ基板１上に絶縁膜（例えばＳｉ
Ｏ2 ）を形成した後、高融点金属（例えばＴｉ）３を堆
積する。 （ｂ）プラズマにより高融点金属３の表面をエッチング
する。 （ｃ）これによって高融点金属３の表面がアモルファス
状態５となる。 （ｄ）エッチング後のＴｉ上に、Ａｌ系合金６を堆積
し、金属配線を形成する。
１）に強く配向した積層Ａｌ配線層を形成すること。 【構成】（ａ）Ｓｉ基板１上に絶縁膜（例えばＳｉ
Ｏ2 ）を形成した後、高融点金属（例えばＴｉ）３を堆
積する。 （ｂ）プラズマにより高融点金属３の表面をエッチング
する。 （ｃ）これによって高融点金属３の表面がアモルファス
状態５となる。 （ｄ）エッチング後のＴｉ上に、Ａｌ系合金６を堆積
し、金属配線を形成する。
Description
【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、半導体素子の配線層の形成方法に関するものであ
る。高いマイグレーション耐性を持つＡｌ（１１１）に
強く配向した積層Ａｌ配線層を形成するものである。
係り、半導体素子の配線層の形成方法に関するものであ
る。高いマイグレーション耐性を持つＡｌ（１１１）に
強く配向した積層Ａｌ配線層を形成するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の高速化、高集積化の
要求から、素子及び配線の微細化が進み、高精度、高信
頼の製造技術が必要となってきている。配線技術におい
ては配線の微細化及び多層化に伴う電流密度、ストレス
の増大により、質量輸送現象（エレクトロ＆ストレス・
マイグレーション）等の配線寿命を劣化させる信頼性に
関する本質的な問題が出てきている。この問題に対応す
るため、低抵抗で十分なマイグレーション耐性を持つ材
料が必要であり、Ａｌに微量の他元素（Ｃｕ等）を添加
したＡｌ合金を使用したり、高融点金属でＡｌ膜の上下
をはさむ等各種の検討がされている。また、ＣｕやＡｕ
などの低抵抗の金属についても配線層に適用する検討が
行われているが、パターンの加工性や熱処理の不安定性
等によりＡｌ系合金を使用しているのが一般的である。
従って、今後もＡｌ合金を高融点金属ではさんだ積層構
造の配線層が普及すると思われる。マイグレーション耐
性を向上させる方法として、Ａｌ膜の膜質を改良しＡｌ
（１１１）面にＡｌ膜を配向させる方法がある。Ａｌ
（１１１）面に強く配向したＡｌ膜を形成する方法とし
ては、残留ガスを極力排除した超高真空スパッタやバイ
アススパッタ、下地膜材料に格子定数のミスマッチが小
さい材料を使用しその上に堆積する方法、また下地膜に
Ｔａ−Ａｌ合金のアモルファス膜を使用する方法などが
ある。
要求から、素子及び配線の微細化が進み、高精度、高信
頼の製造技術が必要となってきている。配線技術におい
ては配線の微細化及び多層化に伴う電流密度、ストレス
の増大により、質量輸送現象（エレクトロ＆ストレス・
マイグレーション）等の配線寿命を劣化させる信頼性に
関する本質的な問題が出てきている。この問題に対応す
るため、低抵抗で十分なマイグレーション耐性を持つ材
料が必要であり、Ａｌに微量の他元素（Ｃｕ等）を添加
したＡｌ合金を使用したり、高融点金属でＡｌ膜の上下
をはさむ等各種の検討がされている。また、ＣｕやＡｕ
などの低抵抗の金属についても配線層に適用する検討が
行われているが、パターンの加工性や熱処理の不安定性
等によりＡｌ系合金を使用しているのが一般的である。
従って、今後もＡｌ合金を高融点金属ではさんだ積層構
造の配線層が普及すると思われる。マイグレーション耐
性を向上させる方法として、Ａｌ膜の膜質を改良しＡｌ
（１１１）面にＡｌ膜を配向させる方法がある。Ａｌ
（１１１）面に強く配向したＡｌ膜を形成する方法とし
ては、残留ガスを極力排除した超高真空スパッタやバイ
アススパッタ、下地膜材料に格子定数のミスマッチが小
さい材料を使用しその上に堆積する方法、また下地膜に
Ｔａ−Ａｌ合金のアモルファス膜を使用する方法などが
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの従来法では一
長一短があり、強く（１１１）に配向したＡｌ膜を形成
することができても、高温堆積では積層膜との界面反応
による配線抵抗の増大や、大粒径化によるストレス・マ
イグレーション耐性の劣化、またＴａ−Ａｌ合金を下地
膜とした場合は加工が難しくコンタクト抵抗を増大させ
る等、他の信頼性劣化の要因による影響や他のプロセス
との整合から実用的ではないものが多い。
長一短があり、強く（１１１）に配向したＡｌ膜を形成
することができても、高温堆積では積層膜との界面反応
による配線抵抗の増大や、大粒径化によるストレス・マ
イグレーション耐性の劣化、またＴａ−Ａｌ合金を下地
膜とした場合は加工が難しくコンタクト抵抗を増大させ
る等、他の信頼性劣化の要因による影響や他のプロセス
との整合から実用的ではないものが多い。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、 （１） 第１の融点を有する第１の金属層を形成する工
程と、前記第１の金属層の表面を非晶質化する工程と、
前記第１の金属層上に、前記第１の融点より低い第２の
融点を有する第２の金属層を形成する工程とを含むこと
を特徴とする前記第２の金属層からなる金属配線層の形
成方法を発明の特徴とする。 （２） （１）の方法において、非晶質化する工程が、
プラズマによる前記第１の金属層のエッチング工程であ
ることを特徴とする金属配線層の形成方法を発明の特徴
とする。 （３） （１）又は（２）の方法において、前記第２の
金属層をプラズマを用いた形成法であることを特徴とす
る金属配線層の形成方法を発明の特徴とする。 （４） （１），（２）又は（３）の方法において、前
記第２の金属層が、Ａｌ合金であることを特徴とする金
属配線層の形成方法を発明の特徴とする。 （５） （１），（２），（３）又は（４）の方法にお
いて、前記第１の金属層が、高融点金属であることを特
徴とする金属配線層の形成方法を発明の特徴とする。
程と、前記第１の金属層の表面を非晶質化する工程と、
前記第１の金属層上に、前記第１の融点より低い第２の
融点を有する第２の金属層を形成する工程とを含むこと
を特徴とする前記第２の金属層からなる金属配線層の形
成方法を発明の特徴とする。 （２） （１）の方法において、非晶質化する工程が、
プラズマによる前記第１の金属層のエッチング工程であ
ることを特徴とする金属配線層の形成方法を発明の特徴
とする。 （３） （１）又は（２）の方法において、前記第２の
金属層をプラズマを用いた形成法であることを特徴とす
る金属配線層の形成方法を発明の特徴とする。 （４） （１），（２）又は（３）の方法において、前
記第２の金属層が、Ａｌ合金であることを特徴とする金
属配線層の形成方法を発明の特徴とする。 （５） （１），（２），（３）又は（４）の方法にお
いて、前記第１の金属層が、高融点金属であることを特
徴とする金属配線層の形成方法を発明の特徴とする。
【０００５】さらに詳説すれば、本発明の金属配線層の
形成法は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、
配線層の形成装置では一般的であるスパッタリング装置
のみを使用し、膜形成やエッチングは従来の技術をその
まま利用することが可能である。本発明は、トランジス
タ等の素子を形成した半導体装置上、もしくは絶縁膜が
形成された半導体等の基板上に、高融点金属膜（例えば
Ｔｉ）を堆積する。その膜表面を、プラズマによりエッ
チングしアモルファス状態にする。この時、高融点金属
膜の膜厚とプラズマエッチングのエッチング量は、高融
点金属膜が消滅しない様に考慮する。その後に、真空中
で連続的にＡｌ系合金を堆積する。本発明の特徴である
プラズマエッチングによる高融点金属膜（例えばＴｉ）
表面のアモルファス化により、高融点金属膜上に堆積さ
れたＡｌ系合金膜は、（１１１）面に強く配向する。ま
た、本発明の金属配線層の形成方法は、高融点金属膜の
表面をアモルファス化し、その上にＡｌ系合金を堆積す
るだけで効果が得られるため、ビアコンタクトの形成プ
ロセスや含有不純物の拡散防止から、上下の膜構成をさ
らに発展させることが可能であることは言うまでもな
い。上記の方法を適用することで、高いマイグレーショ
ン耐性を持つ配線層を形成することができ、高い信頼性
を持つ半導体装置を得ることができる。
形成法は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、
配線層の形成装置では一般的であるスパッタリング装置
のみを使用し、膜形成やエッチングは従来の技術をその
まま利用することが可能である。本発明は、トランジス
タ等の素子を形成した半導体装置上、もしくは絶縁膜が
形成された半導体等の基板上に、高融点金属膜（例えば
Ｔｉ）を堆積する。その膜表面を、プラズマによりエッ
チングしアモルファス状態にする。この時、高融点金属
膜の膜厚とプラズマエッチングのエッチング量は、高融
点金属膜が消滅しない様に考慮する。その後に、真空中
で連続的にＡｌ系合金を堆積する。本発明の特徴である
プラズマエッチングによる高融点金属膜（例えばＴｉ）
表面のアモルファス化により、高融点金属膜上に堆積さ
れたＡｌ系合金膜は、（１１１）面に強く配向する。ま
た、本発明の金属配線層の形成方法は、高融点金属膜の
表面をアモルファス化し、その上にＡｌ系合金を堆積す
るだけで効果が得られるため、ビアコンタクトの形成プ
ロセスや含有不純物の拡散防止から、上下の膜構成をさ
らに発展させることが可能であることは言うまでもな
い。上記の方法を適用することで、高いマイグレーショ
ン耐性を持つ配線層を形成することができ、高い信頼性
を持つ半導体装置を得ることができる。
【０００６】
【作用】本発明では、前述の様に従来のスパッタリング
技術、エッチング技術を用いて、従来の積層構造におけ
るＡｌ系合金膜よりも強く（１１１）配向したＡｌ系合
金膜を形成でき、マイグレーション耐性を向上させるこ
とができる。また、他のプロセスとの整合性を考慮した
材料を用い金属配線層の構成を発展させることが可能で
ある。半導体装置の配線層として本発明の金属配線層を
適用することで、マイグレーション耐性の向上が図ら
れ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
技術、エッチング技術を用いて、従来の積層構造におけ
るＡｌ系合金膜よりも強く（１１１）配向したＡｌ系合
金膜を形成でき、マイグレーション耐性を向上させるこ
とができる。また、他のプロセスとの整合性を考慮した
材料を用い金属配線層の構成を発展させることが可能で
ある。半導体装置の配線層として本発明の金属配線層を
適用することで、マイグレーション耐性の向上が図ら
れ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【０００７】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。なお
実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しな
い範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうることは言
うまでもない。図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例
を示す工程断面図である。図１（ａ）は、Ｓｉ基板１上
に絶縁膜（例えばＳｉＯ2 やＳｉＮ等）２を形成した
後、高融点金属膜（例えばＴｉ）３をスパッタリング法
により堆積した状態を示す。この時、Ｔｉの膜厚は次工
程のエッチング処理により消滅しない厚さにする。図１
（ｂ）は、プラズマ（例えば高周波プラズマ等）４によ
り高融点金属（Ｔｉ）３の表面をエッチングした状態を
示す。図１（ｃ）は、プラズマエッチングにより高融点
金属（Ｔｉ）３の膜厚が減少し、Ｔｉ３′になった状態
を示す。この時エッチングにより高融点金属（Ｔｉ）３
の表面がアモルファス状態５になる。図１（ｄ）は、エ
ッチング後のＴｉ３′上にＡｌ系合金（例えばＡｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ等）６を堆積した状態を示す。Ｔｉエッチング
後からＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金の堆積までは真空中で連続
的に行うが、Ｔｉは酸化されやすいため迅速に行う。ち
なみに、Ｔｉ表面が大気に曝され酸化した場合は、本発
明の効果は得られない。本発明では、高融点金属として
Ｔｉを用いて説明したが、その他の高融点金属例えば
Ｗ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｃｏ等を用いても同様の効果が
得られる。本発明の効果を評価するため、本発明の金属
配線層の形成を適用した積層膜と単に積層した積層膜を
Ｘ線回折法（ロッキングカーブ法）でＡｌ（１１１）ピ
ークの強度と半値幅を測定した。測定試料の断面構造と
測定結果を図２に示す。
実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しな
い範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうることは言
うまでもない。図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例
を示す工程断面図である。図１（ａ）は、Ｓｉ基板１上
に絶縁膜（例えばＳｉＯ2 やＳｉＮ等）２を形成した
後、高融点金属膜（例えばＴｉ）３をスパッタリング法
により堆積した状態を示す。この時、Ｔｉの膜厚は次工
程のエッチング処理により消滅しない厚さにする。図１
（ｂ）は、プラズマ（例えば高周波プラズマ等）４によ
り高融点金属（Ｔｉ）３の表面をエッチングした状態を
示す。図１（ｃ）は、プラズマエッチングにより高融点
金属（Ｔｉ）３の膜厚が減少し、Ｔｉ３′になった状態
を示す。この時エッチングにより高融点金属（Ｔｉ）３
の表面がアモルファス状態５になる。図１（ｄ）は、エ
ッチング後のＴｉ３′上にＡｌ系合金（例えばＡｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ等）６を堆積した状態を示す。Ｔｉエッチング
後からＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金の堆積までは真空中で連続
的に行うが、Ｔｉは酸化されやすいため迅速に行う。ち
なみに、Ｔｉ表面が大気に曝され酸化した場合は、本発
明の効果は得られない。本発明では、高融点金属として
Ｔｉを用いて説明したが、その他の高融点金属例えば
Ｗ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｃｏ等を用いても同様の効果が
得られる。本発明の効果を評価するため、本発明の金属
配線層の形成を適用した積層膜と単に積層した積層膜を
Ｘ線回折法（ロッキングカーブ法）でＡｌ（１１１）ピ
ークの強度と半値幅を測定した。測定試料の断面構造と
測定結果を図２に示す。
【０００８】それぞれの試料は、下地膜の構成、Ａｌ系
合金の膜厚は同じ条件で、Ｔｉ膜厚はエッチング後の膜
厚に揃えて作成した。従来法のＡｌ（１１１）ピークの
強度は９３２０ｃｐｓであるのに対し、本発明の金属配
線層は１９８８３ｃｐｓと強度は約２倍に増加してい
る。半値幅についても、２．６８８°に対し１．５５４
°と減少しており、この評価結果より本発明の金属配線
層は、従来法の積層膜に比べＡｌ（１１１）に強く配向
していることがわかる。
合金の膜厚は同じ条件で、Ｔｉ膜厚はエッチング後の膜
厚に揃えて作成した。従来法のＡｌ（１１１）ピークの
強度は９３２０ｃｐｓであるのに対し、本発明の金属配
線層は１９８８３ｃｐｓと強度は約２倍に増加してい
る。半値幅についても、２．６８８°に対し１．５５４
°と減少しており、この評価結果より本発明の金属配線
層は、従来法の積層膜に比べＡｌ（１１１）に強く配向
していることがわかる。
【０００９】
【発明の効果】本発明の金属配線層の形成は、従来のス
パッタリング技術、エッチング技術を用いて、従来の積
層構造におけるＡｌ系合金膜よりも強く（１１１）配向
したＡｌ系合金膜を形成でき、マイグレーション耐性を
向上させることができる。半導体装置の配線層として本
発明の金属配線層を適用することで、マイグレーション
耐性の向上が図られ、半導体装置の高速化、高集積化に
よる微細化に十分対応できる配線層が形成でき、半導体
装置の信頼性を著しく向上させる効果がある。さらに詳
しく説明すると、 第１の融点を有する第１の金属層を形成する工程
と、前記第１の金属層の表面を非晶質化する工程と、前
記第１の金属層上に、前記第１の融点より低い第２の融
点を有する第２の金属層を形成することにより、第２の
金属の融点が低いため、強い配向が得られる。 非晶質化する工程が、プラズマによる前記第１の金
属層のエッチング工程であることによって、非晶質化手
段としてイオン注入などもあるが、プラズマエッチング
工程がもっとも簡易であり、第２の金属層形成を連続的
に行うことができる。 非晶質化手段が前記第２の金属層をプラズマを用い
た形成法であることによって、第１の金属層のエッチン
グ工程と整合性がよく、連続的に行うことができる。 前記第２の金属層が、Ａｌ合金であることによっ
て、容易に配向した金属が得られる。などである。
パッタリング技術、エッチング技術を用いて、従来の積
層構造におけるＡｌ系合金膜よりも強く（１１１）配向
したＡｌ系合金膜を形成でき、マイグレーション耐性を
向上させることができる。半導体装置の配線層として本
発明の金属配線層を適用することで、マイグレーション
耐性の向上が図られ、半導体装置の高速化、高集積化に
よる微細化に十分対応できる配線層が形成でき、半導体
装置の信頼性を著しく向上させる効果がある。さらに詳
しく説明すると、 第１の融点を有する第１の金属層を形成する工程
と、前記第１の金属層の表面を非晶質化する工程と、前
記第１の金属層上に、前記第１の融点より低い第２の融
点を有する第２の金属層を形成することにより、第２の
金属の融点が低いため、強い配向が得られる。 非晶質化する工程が、プラズマによる前記第１の金
属層のエッチング工程であることによって、非晶質化手
段としてイオン注入などもあるが、プラズマエッチング
工程がもっとも簡易であり、第２の金属層形成を連続的
に行うことができる。 非晶質化手段が前記第２の金属層をプラズマを用い
た形成法であることによって、第１の金属層のエッチン
グ工程と整合性がよく、連続的に行うことができる。 前記第２の金属層が、Ａｌ合金であることによっ
て、容易に配向した金属が得られる。などである。
【図１】本発明の実施例を示す工程断面図で、（ａ）〜
（ｄ）は各工程を示す。
（ｄ）は各工程を示す。
【図２】測定試料の断面構造と測定結果を示す。
１ Ｓｉ基板 ２ ＳｉＯ2 ３ Ｔｉ ３′ エッチング後のＴｉ ４ プラズマ ５ アモルファス状態 ６ Ａｌ系合金
Claims (5)
- 【請求項１】 第１の融点を有する第１の金属層を形成
する工程と、 前記第１の金属層の表面を非晶質化する工程と、 前記第１の金属層上に、前記第１の融点より低い第２の
融点を有する第２の金属層を形成する工程とを含むこと
を特徴とする前記第２の金属層からなる金属配線層の形
成方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法において、非晶質化
する工程が、プラズマによる前記第１の金属層のエッチ
ング工程であることを特徴とする金属配線層の形成方
法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の方法において、
前記第２の金属層をプラズマを用いた形成法であること
を特徴とする金属配線層の形成方法。 - 【請求項４】 請求項１，２または３記載の方法におい
て、前記第２の金属層が、Ａｌ合金であることを特徴と
する金属配線層の形成方法。 - 【請求項５】 請求項１，２，３または４記載の方法に
おいて、前記第１の金属層が、高融点金属であることを
特徴とする金属配線層の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12432695A JPH08293500A (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 金属配線層の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12432695A JPH08293500A (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 金属配線層の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08293500A true JPH08293500A (ja) | 1996-11-05 |
Family
ID=14882576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12432695A Pending JPH08293500A (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 金属配線層の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08293500A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017216469A (ja) * | 2017-07-21 | 2017-12-07 | 須賀 唯知 | 金属領域を有する基板の接合方法 |
-
1995
- 1995-04-24 JP JP12432695A patent/JPH08293500A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017216469A (ja) * | 2017-07-21 | 2017-12-07 | 須賀 唯知 | 金属領域を有する基板の接合方法 |
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