JPH09312292A - Ａｌ−Ｔｌ系金属配線およびこれを用いた半導体装置 - Google Patents
Ａｌ−Ｔｌ系金属配線およびこれを用いた半導体装置Info
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- JPH09312292A JPH09312292A JP12862796A JP12862796A JPH09312292A JP H09312292 A JPH09312292 A JP H09312292A JP 12862796 A JP12862796 A JP 12862796A JP 12862796 A JP12862796 A JP 12862796A JP H09312292 A JPH09312292 A JP H09312292A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低抵抗かつエレクトロマイグレーション耐性
に優れたＡｌ系金属配線、およびこれを用いた高信頼性
の半導体装置を提供する。 【解決手段】 主導電材料層として、Ａｌ−Ｔｌ（タリ
ウム）系金属層５を採用する。 【効果】 Ａｌ−Ｔｌ２元系金属は合金化反応を起こさ
ない。したがって、シンタリングにより純Ａｌの結晶が
大粒径し、この大粒径Ａｌの結晶粒界にＴｌが選択的に
析出した構造が得られる。したがって、低抵抗とエレク
トロマイグレーション耐性を両立したＡｌ系金属配線お
よびこれを用いた半導体装置を製造することが可能であ
る。
に優れたＡｌ系金属配線、およびこれを用いた高信頼性
の半導体装置を提供する。 【解決手段】 主導電材料層として、Ａｌ−Ｔｌ（タリ
ウム）系金属層５を採用する。 【効果】 Ａｌ−Ｔｌ２元系金属は合金化反応を起こさ
ない。したがって、シンタリングにより純Ａｌの結晶が
大粒径し、この大粒径Ａｌの結晶粒界にＴｌが選択的に
析出した構造が得られる。したがって、低抵抗とエレク
トロマイグレーション耐性を両立したＡｌ系金属配線お
よびこれを用いた半導体装置を製造することが可能であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はエレクトロマイグレ
ーション耐性に優れた低抵抗のＡｌ（アルミニウム）−
Ｔｌ（タリウム）系金属配線、およびこれを配線に用い
た高信頼性の半導体装置に関する。
ーション耐性に優れた低抵抗のＡｌ（アルミニウム）−
Ｔｌ（タリウム）系金属配線、およびこれを配線に用い
た高信頼性の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積度化、高
性能化が進展するに伴い、そのデザインルールはハーフ
ミクロンからサブクォータミクロンへと縮小しつつあ
る。かかる高集積度の半導体装置においては、微細幅の
内部配線やコンタクト電極材料に用いる導電材料層に
も、従来に増して高い信頼性が要求される。
性能化が進展するに伴い、そのデザインルールはハーフ
ミクロンからサブクォータミクロンへと縮小しつつあ
る。かかる高集積度の半導体装置においては、微細幅の
内部配線やコンタクト電極材料に用いる導電材料層に
も、従来に増して高い信頼性が要求される。
【０００３】従来より汎用されているＡｌ系導電材料に
おいても、エレクトロマイグレーション耐性を向上する
目的のため、ＣｕやＴｉを少量、例えば数重量％以下添
加したＡｌ−Ｃｕ系合金やＡｌ−Ｔｉ系合金が採用され
ている。例えばＡｌ−Ｃｕ系合金においては、ＡｌとＣ
ｕの反応物Ａｌ2 ＣｕがＡｌの結晶粒界に析出し、この
析出物によりＡｌの粒界拡散が抑制されるため、エレク
トロマイグレーション耐性が向上する。Ａｌ−Ｔｉ系合
金においても、反応物Ａｌ3 Ｔｉの析出により、Ａｌの
粒界拡散を防止し、エレクトロマイグレーション耐性が
改善されるとされている。
おいても、エレクトロマイグレーション耐性を向上する
目的のため、ＣｕやＴｉを少量、例えば数重量％以下添
加したＡｌ−Ｃｕ系合金やＡｌ−Ｔｉ系合金が採用され
ている。例えばＡｌ−Ｃｕ系合金においては、ＡｌとＣ
ｕの反応物Ａｌ2 ＣｕがＡｌの結晶粒界に析出し、この
析出物によりＡｌの粒界拡散が抑制されるため、エレク
トロマイグレーション耐性が向上する。Ａｌ−Ｔｉ系合
金においても、反応物Ａｌ3 Ｔｉの析出により、Ａｌの
粒界拡散を防止し、エレクトロマイグレーション耐性が
改善されるとされている。
【０００４】これら粒界析出型のＡｌ系合金において
は、元々の合金組成により、あるいは電極・配線形成後
の熱履歴（シンタリングや絶縁膜のＣＶＤ温度条件、あ
るいはその後の冷却速度条件）によっても、Ａｌマトリ
クス中に固溶している添加金属濃度が変動する。Ａｌマ
トリクス中に添加金属が過飽和に固溶していると、格子
散乱により電子流が散乱され、配線抵抗が上昇する。反
対に、添加金属が少ないと不純物析出による粒界拡散防
止効果が期待できず、エレクトロマイグレーション耐性
が低下する。
は、元々の合金組成により、あるいは電極・配線形成後
の熱履歴（シンタリングや絶縁膜のＣＶＤ温度条件、あ
るいはその後の冷却速度条件）によっても、Ａｌマトリ
クス中に固溶している添加金属濃度が変動する。Ａｌマ
トリクス中に添加金属が過飽和に固溶していると、格子
散乱により電子流が散乱され、配線抵抗が上昇する。反
対に、添加金属が少ないと不純物析出による粒界拡散防
止効果が期待できず、エレクトロマイグレーション耐性
が低下する。
【０００５】このように粒界析出型のＡｌ系合金の場合
には、添加金属量と、その後の熱履歴の制御条件、いわ
ゆるプロセスウィンドウ幅が狭いという問題点をかかえ
ている。またプロセス条件を最適化しても、固溶限度以
下の添加金属はＡｌマトリクス中に存在するので、Ａｌ
マトリクス自体の抵抗上昇は避けられない。例えば、一
般的なＡｌ−０．５％Ｃｕ合金の比抵抗は、純Ａｌに比
較して実に３０％上昇する。
には、添加金属量と、その後の熱履歴の制御条件、いわ
ゆるプロセスウィンドウ幅が狭いという問題点をかかえ
ている。またプロセス条件を最適化しても、固溶限度以
下の添加金属はＡｌマトリクス中に存在するので、Ａｌ
マトリクス自体の抵抗上昇は避けられない。例えば、一
般的なＡｌ−０．５％Ｃｕ合金の比抵抗は、純Ａｌに比
較して実に３０％上昇する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような背景から、
本発明の課題は、可能な限り比抵抗が小さくかつエレク
トロマイグレーション耐性に優れたＡｌ系金属配線、お
よびこれを用いた高信頼性の半導体装置を提供すること
である。
本発明の課題は、可能な限り比抵抗が小さくかつエレク
トロマイグレーション耐性に優れたＡｌ系金属配線、お
よびこれを用いた高信頼性の半導体装置を提供すること
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のＡｌ系金属配線
は、上述した課題を達成するために提案するものであ
り、主導電材料層として、Ａｌ−Ｔｌ系金属を用いたこ
とを特徴とする。本発明の好ましい一態様としては、Ａ
ｌ−Ｔｌ系金属からなる主導電材料層の下層に、バリア
メタル層を有する積層配線構造であってもよい。また本
発明の別の好ましい一態様としては、Ａｌ−Ｔｌ系金属
からなる主導電材料層の上層に、反射防止層を有してい
てもよい。
は、上述した課題を達成するために提案するものであ
り、主導電材料層として、Ａｌ−Ｔｌ系金属を用いたこ
とを特徴とする。本発明の好ましい一態様としては、Ａ
ｌ−Ｔｌ系金属からなる主導電材料層の下層に、バリア
メタル層を有する積層配線構造であってもよい。また本
発明の別の好ましい一態様としては、Ａｌ−Ｔｌ系金属
からなる主導電材料層の上層に、反射防止層を有してい
てもよい。
【０００８】本発明の半導体装置は、かかるＡｌ−Ｔｌ
系金属配線を配線として用いたことを特徴とするもので
ある。本明細書における配線とは、半導体素子間等を電
気的に接続する内部配線、および半導体基板の不純物拡
散層と内部配線間を接続するコンタクトプラグ、異なる
レベル間の内部配線を接続するヴァイアプラグ等の電極
等を総称するものである。
系金属配線を配線として用いたことを特徴とするもので
ある。本明細書における配線とは、半導体素子間等を電
気的に接続する内部配線、および半導体基板の不純物拡
散層と内部配線間を接続するコンタクトプラグ、異なる
レベル間の内部配線を接続するヴァイアプラグ等の電極
等を総称するものである。
【０００９】つぎに作用の説明に移る。Ｔｌは常温では
ＨＣＰ（六方最密充填）構造、２３０℃以上ではＢＣＣ
（体心立方格子）構造をとり、融点３０３．５℃、沸点
１４５７±１０℃の金属である。図３に示すＡｌ−Ｔａ
２元系の状態図(Max Hansen & Kurt Anderko," Constit
ution of Binary Alloys", Genium Publishing Corpora
tion) から明らかなように、ＡｌとＴａとはいかなる組
成範囲においても合金相を形成しないことが判る。この
性質を利用し、純Ａｌの結晶粒界にＴａを選択的に析出
させることが可能である。
ＨＣＰ（六方最密充填）構造、２３０℃以上ではＢＣＣ
（体心立方格子）構造をとり、融点３０３．５℃、沸点
１４５７±１０℃の金属である。図３に示すＡｌ−Ｔａ
２元系の状態図(Max Hansen & Kurt Anderko," Constit
ution of Binary Alloys", Genium Publishing Corpora
tion) から明らかなように、ＡｌとＴａとはいかなる組
成範囲においても合金相を形成しないことが判る。この
性質を利用し、純Ａｌの結晶粒界にＴａを選択的に析出
させることが可能である。
【００１０】すなわち、例えばスパッタリング法等でＡ
ｌ−Ｔｌ系金属膜を形成し、配線形状にパターニングし
た後あるいは前に４００℃程度の熱処理を施せば、添加
されたＴｌはＡｌとは合金化反応を起こさないので、純
Ａｌの結晶粒界に析出する。一方、マトリクス相のＡｌ
は合金相を形成しないので、純Ａｌのままで結晶グレイ
ンの成長が促進され、大粒径化が可能となる。
ｌ−Ｔｌ系金属膜を形成し、配線形状にパターニングし
た後あるいは前に４００℃程度の熱処理を施せば、添加
されたＴｌはＡｌとは合金化反応を起こさないので、純
Ａｌの結晶粒界に析出する。一方、マトリクス相のＡｌ
は合金相を形成しないので、純Ａｌのままで結晶グレイ
ンの成長が促進され、大粒径化が可能となる。
【００１１】このようにして、大粒径の純Ａｌの結晶粒
界にＴｌが選択的に析出した構造のＡｌ系金属配線が得
られる。したがって、大粒径化による粒界の減少による
Ａｌ空隙（Ａｌ−Ｖａｃａｎｃｙ）の移動経路の減少、
ならびにＴｌによるＡｌの粒界拡散の抑制の両方の効果
により、エレクトロマイグレーション耐性が向上する。
電気抵抗の面からは、Ａｌ−Ｔｌ系金属は合金化しない
ので、Ａｌ−Ｃｕ合金やＡｌ−Ｔｉ合金の場合に発生す
る電子の格子散乱や粒界散乱は原理的に少なく、低抵抗
の配線を提供することができる。
界にＴｌが選択的に析出した構造のＡｌ系金属配線が得
られる。したがって、大粒径化による粒界の減少による
Ａｌ空隙（Ａｌ−Ｖａｃａｎｃｙ）の移動経路の減少、
ならびにＴｌによるＡｌの粒界拡散の抑制の両方の効果
により、エレクトロマイグレーション耐性が向上する。
電気抵抗の面からは、Ａｌ−Ｔｌ系金属は合金化しない
ので、Ａｌ−Ｃｕ合金やＡｌ−Ｔｉ合金の場合に発生す
る電子の格子散乱や粒界散乱は原理的に少なく、低抵抗
の配線を提供することができる。
【００１２】
【実施例】以下本発明の好ましい実施例につき、図面を
参照しつつ説明する。
参照しつつ説明する。
【００１３】実施例１ 本実施例はマグネトロンスパッタリング法によりＡｌ−
Ｔｌ系金属膜を形成し、このＡｌ−Ｔｌ系金属膜の下層
に接してバリアメタル層を形成したＡｌ−Ｔｌ系金属配
線およびこれを用いた半導体装置につき、図１を参照し
て説明する。
Ｔｌ系金属膜を形成し、このＡｌ−Ｔｌ系金属膜の下層
に接してバリアメタル層を形成したＡｌ−Ｔｌ系金属配
線およびこれを用いた半導体装置につき、図１を参照し
て説明する。
【００１４】本実施例のＡｌ−Ｔｌ系金属配線を形成す
るため、まず図１（ａ）に示すように、例えばシリコン
等の半導体基板１上にＳｉＯ2 等からなる層間絶縁膜２
を形成し、ここにＴｉ金属層３、ＴｉＮバリアメタル層
４、およびＡｌ−Ｔｌ系金属層５を、下記マグネトロン
スパッタリング条件により順次形成した。各層の厚さ
は、例えばＴｉ金属層３が５０ｎｍ、ＴｉＮバリアメタ
ル層４が２０ｎｍ、そしてＡｌ−Ｔｌ系金属層５を５０
０ｎｍとした。なお層間絶縁膜２に不図示の接続孔が開
口され、半導体基板１のこれも不図示の不純物拡散層と
Ａｌ−Ｔｌ系金属配線とのオーミックコンタクトを形成
する半導体装置構造であってもよい。また層間絶縁膜２
は多結晶シリコン等の下層配線上に形成された構造であ
ってもよい。Ｔｉ金属層３スパッタリング条件 ターゲット Ｔｉ金属 Ａｒ ９０ ｓｃｃｍ 圧力 ０．６ Ｐａ ＤＣパワー ４ ｋＷ 被処理基板温度 ２００ ℃ＴｉＮバリアメタル層４スパッタリング条件 ターゲット Ｔｉ金属 Ａｒ ３０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ９０ ｓｃｃｍ 圧力 ０．６５ Ｐａ ＤＣパワー ８ ｋＷ 被処理基板温度 ２００ ℃Ａｌ−Ｔｌ系金属層５スパッタリング条件 ターゲット Ａｌ−２％Ｔｌ Ａｒ ９０ ｓｃｃｍ 圧力 ０．６ Ｐａ ＤＣパワー １０ ｋＷ 被処理基板温度 ２００ ℃
るため、まず図１（ａ）に示すように、例えばシリコン
等の半導体基板１上にＳｉＯ2 等からなる層間絶縁膜２
を形成し、ここにＴｉ金属層３、ＴｉＮバリアメタル層
４、およびＡｌ−Ｔｌ系金属層５を、下記マグネトロン
スパッタリング条件により順次形成した。各層の厚さ
は、例えばＴｉ金属層３が５０ｎｍ、ＴｉＮバリアメタ
ル層４が２０ｎｍ、そしてＡｌ−Ｔｌ系金属層５を５０
０ｎｍとした。なお層間絶縁膜２に不図示の接続孔が開
口され、半導体基板１のこれも不図示の不純物拡散層と
Ａｌ−Ｔｌ系金属配線とのオーミックコンタクトを形成
する半導体装置構造であってもよい。また層間絶縁膜２
は多結晶シリコン等の下層配線上に形成された構造であ
ってもよい。Ｔｉ金属層３スパッタリング条件 ターゲット Ｔｉ金属 Ａｒ ９０ ｓｃｃｍ 圧力 ０．６ Ｐａ ＤＣパワー ４ ｋＷ 被処理基板温度 ２００ ℃ＴｉＮバリアメタル層４スパッタリング条件 ターゲット Ｔｉ金属 Ａｒ ３０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ９０ ｓｃｃｍ 圧力 ０．６５ Ｐａ ＤＣパワー ８ ｋＷ 被処理基板温度 ２００ ℃Ａｌ−Ｔｌ系金属層５スパッタリング条件 ターゲット Ａｌ−２％Ｔｌ Ａｒ ９０ ｓｃｃｍ 圧力 ０．６ Ｐａ ＤＣパワー １０ ｋＷ 被処理基板温度 ２００ ℃
【００１５】次に常法のリソグラフィによりレジストマ
スク（図示せず）をＡｌ−Ｔｌ系金属層５上に形成し、
これをエッチングマスクとしてＡｌ−Ｔｌ系金属層５、
ＴｉＮバリアメタル層４およびＴｉ金属層３を順次パタ
ーニングして図１（ｂ）の状態とした。このパターニン
グは、例えばＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 混合ガスを用いたＲＩＥ
により連続的に施すことが可能である。
スク（図示せず）をＡｌ−Ｔｌ系金属層５上に形成し、
これをエッチングマスクとしてＡｌ−Ｔｌ系金属層５、
ＴｉＮバリアメタル層４およびＴｉ金属層３を順次パタ
ーニングして図１（ｂ）の状態とした。このパターニン
グは、例えばＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 混合ガスを用いたＲＩＥ
により連続的に施すことが可能である。
【００１６】この後、例えばフォーミングガスによる還
元性雰囲気中で４００℃３０分の熱処理を施す。この熱
処理により、パターニングされたＡｌ−Ｔｌ系金属層５
中のＡｌ結晶粒の大粒径化と、ＴｌのＡｌ粒界への析出
が生じ、Ａｌ−Ｔｌ系金属配線が完成する。次に図１
（ｃ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤによりＳｉ
3 Ｎ4 からなる下層層間絶縁膜６、およびＳｉＯ2 等か
らなる上層層間絶縁膜７を形成する。あるいはＡｌ−Ｔ
ｌ系金属配線が最上層の配線層の場合には、最終パシベ
ーション膜を形成する。
元性雰囲気中で４００℃３０分の熱処理を施す。この熱
処理により、パターニングされたＡｌ−Ｔｌ系金属層５
中のＡｌ結晶粒の大粒径化と、ＴｌのＡｌ粒界への析出
が生じ、Ａｌ−Ｔｌ系金属配線が完成する。次に図１
（ｃ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤによりＳｉ
3 Ｎ4 からなる下層層間絶縁膜６、およびＳｉＯ2 等か
らなる上層層間絶縁膜７を形成する。あるいはＡｌ−Ｔ
ｌ系金属配線が最上層の配線層の場合には、最終パシベ
ーション膜を形成する。
【００１７】本実施例によれば、比抵抗が小さくエレク
トロマイグレーション耐性に優れる効果に加え、下地の
シリコン等の半導体基板とのオーミックコンタクト性や
バリア性に優れたＡｌ−Ｔｌ系金属配線を得ることがで
きる。またＡｌ−Ｔｌ系金属配線はＳｉ3 Ｎ4 層やＴｉ
Ｎ層に包囲されているので、耐酸化性や耐腐食性に優れ
た配線構造を有する半導体装置が形成できる。
トロマイグレーション耐性に優れる効果に加え、下地の
シリコン等の半導体基板とのオーミックコンタクト性や
バリア性に優れたＡｌ−Ｔｌ系金属配線を得ることがで
きる。またＡｌ−Ｔｌ系金属配線はＳｉ3 Ｎ4 層やＴｉ
Ｎ層に包囲されているので、耐酸化性や耐腐食性に優れ
た配線構造を有する半導体装置が形成できる。
【００１８】実施例２ 本実施例は電子ビーム蒸着法によりＡｌ−Ｔｌ系金属膜
を形成し、このＡｌ−Ｔｌ系金属膜の下層に接してバリ
アメタル層を、さらにＡｌ−Ｔｌ系金属膜の上層に接し
て反射防止層をそれぞれ形成したＡｌ−Ｔｌ系金属配線
およびこれを用いた半導体装置につき、図２を参照して
説明する。なおＡｌ−Ｔｌ系金属膜以外は通常のマグネ
トロンスパッタリング法により形成した。
を形成し、このＡｌ−Ｔｌ系金属膜の下層に接してバリ
アメタル層を、さらにＡｌ−Ｔｌ系金属膜の上層に接し
て反射防止層をそれぞれ形成したＡｌ−Ｔｌ系金属配線
およびこれを用いた半導体装置につき、図２を参照して
説明する。なおＡｌ−Ｔｌ系金属膜以外は通常のマグネ
トロンスパッタリング法により形成した。
【００１９】本実施例のＡｌ−Ｔｌ系金属配線を形成す
るため、まず図２（ａ）に示すように、例えばシリコン
等の半導体基板１上にＳｉＯ2 等からなる層間絶縁膜２
を形成し、ここにＴｉ金属層３、ＴａＮバリアメタル層
８、Ａｌ−Ｔｌ系金属層５およびＴｉＮ反射防止層９
を、下記スパッタリング条件により順次形成した。各層
の厚さは、例えばＴｉ金属層３が５０ｎｍ、ＴａＮバリ
アメタル層８が２０ｎｍ、Ａｌ−Ｔｌ系金属層５が５０
０ｎｍ、そしてＴｉＮ反射防止層９を７０ｎｍとした。
なお層間絶縁膜２に不図示の接続孔が開口され、半導体
基板１のこれも不図示の不純物拡散層とＡｌ−Ｔｌ系金
属配線とのオーミックコンタクトを形成する半導体装置
構造であってもよい。また層間絶縁膜２は多結晶シリコ
ンや高融点金属ポリサイド等の下層配線上に形成された
構造であってもよい。Ｔｉ金属層３スパッタリング条件 ターゲット Ｔｉ金属 Ａｒ ９０ ｓｃｃｍ 圧力 ０．６ Ｐａ ＤＣパワー ４ ｋＷ 被処理基板温度 ２００ ℃ＴａＮバリアメタル層４スパッタリング条件 ターゲット Ｔａ（タンタル）金属 Ａｒ ３０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ９０ ｓｃｃｍ 圧力 ０．６５ Ｐａ ＤＣパワー ８ ｋＷ 被処理基板温度 ２００ ℃Ａｌ−Ｔｌ系金属層５電子ビーム蒸着条件 蒸着源 ＡｌおよびＴｌ 圧力 １．３×１０-4Ｐａ 被処理基板温度 ２００ ℃ＴｉＮ反射防止層９スパッタリング条件 ターゲット Ｔｉ金属 Ａｒ ３０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ９０ ｓｃｃｍ 圧力 ０．６５ Ｐａ ＤＣパワー ８ ｋＷ 被処理基板温度 ２００ ℃
るため、まず図２（ａ）に示すように、例えばシリコン
等の半導体基板１上にＳｉＯ2 等からなる層間絶縁膜２
を形成し、ここにＴｉ金属層３、ＴａＮバリアメタル層
８、Ａｌ−Ｔｌ系金属層５およびＴｉＮ反射防止層９
を、下記スパッタリング条件により順次形成した。各層
の厚さは、例えばＴｉ金属層３が５０ｎｍ、ＴａＮバリ
アメタル層８が２０ｎｍ、Ａｌ−Ｔｌ系金属層５が５０
０ｎｍ、そしてＴｉＮ反射防止層９を７０ｎｍとした。
なお層間絶縁膜２に不図示の接続孔が開口され、半導体
基板１のこれも不図示の不純物拡散層とＡｌ−Ｔｌ系金
属配線とのオーミックコンタクトを形成する半導体装置
構造であってもよい。また層間絶縁膜２は多結晶シリコ
ンや高融点金属ポリサイド等の下層配線上に形成された
構造であってもよい。Ｔｉ金属層３スパッタリング条件 ターゲット Ｔｉ金属 Ａｒ ９０ ｓｃｃｍ 圧力 ０．６ Ｐａ ＤＣパワー ４ ｋＷ 被処理基板温度 ２００ ℃ＴａＮバリアメタル層４スパッタリング条件 ターゲット Ｔａ（タンタル）金属 Ａｒ ３０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ９０ ｓｃｃｍ 圧力 ０．６５ Ｐａ ＤＣパワー ８ ｋＷ 被処理基板温度 ２００ ℃Ａｌ−Ｔｌ系金属層５電子ビーム蒸着条件 蒸着源 ＡｌおよびＴｌ 圧力 １．３×１０-4Ｐａ 被処理基板温度 ２００ ℃ＴｉＮ反射防止層９スパッタリング条件 ターゲット Ｔｉ金属 Ａｒ ３０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ９０ ｓｃｃｍ 圧力 ０．６５ Ｐａ ＤＣパワー ８ ｋＷ 被処理基板温度 ２００ ℃
【００２０】Ａｌ−Ｔｌ系金属層５の電子ビーム蒸着
は、２つのＴｉＢ2 系セラミックス等からなるルツボ中
にそれぞれＡｌおよびＴｉを収容し、個別に電子ビーム
を照射する２元蒸着法によった。個々の電子ビームパワ
ーは、Ａｌ−Ｔｌ系金属層５の組成がＡｌ−２％Ｔｌと
なるように制御した。本実施例の成膜方法によれば、電
子ビームパワーをｉｎ−ｓｉｔｕで制御することによ
り、Ａｌ−Ｔｌ系金属層の組成を傾斜組成とすることも
可能である。
は、２つのＴｉＢ2 系セラミックス等からなるルツボ中
にそれぞれＡｌおよびＴｉを収容し、個別に電子ビーム
を照射する２元蒸着法によった。個々の電子ビームパワ
ーは、Ａｌ−Ｔｌ系金属層５の組成がＡｌ−２％Ｔｌと
なるように制御した。本実施例の成膜方法によれば、電
子ビームパワーをｉｎ−ｓｉｔｕで制御することによ
り、Ａｌ−Ｔｌ系金属層の組成を傾斜組成とすることも
可能である。
【００２１】次に常法のリソグラフィによりレジストマ
スク（図示せず）をＴｉＮ反射防止層９上に形成し、こ
れをエッチングマスクとしてＴｉＮ反射防止層９、Ａｌ
−Ｔｌ系金属層５、ＴａＮバリアメタル層８およびＴｉ
金属層３を順次パターニングして図２（ｂ）の状態とし
た。このパターニングも、例えばＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 混合
ガスを用いたＲＩＥやＥＣＲプラズマエッチングにより
連続的に施すことが可能である。
スク（図示せず）をＴｉＮ反射防止層９上に形成し、こ
れをエッチングマスクとしてＴｉＮ反射防止層９、Ａｌ
−Ｔｌ系金属層５、ＴａＮバリアメタル層８およびＴｉ
金属層３を順次パターニングして図２（ｂ）の状態とし
た。このパターニングも、例えばＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 混合
ガスを用いたＲＩＥやＥＣＲプラズマエッチングにより
連続的に施すことが可能である。
【００２２】この後、例えばフォーミングガスによる還
元性雰囲気中で４００℃３０分の熱処理を施す。この熱
処理により、パターニングされたＡｌ−Ｔｌ系金属層５
中のＡｌ結晶粒の大粒径化と、ＴｌのＡｌ粒界への析出
が生じ、Ａｌ−Ｔｌ系金属配線が完成する。次に図２
（ｃ）に示すように、プラズマＣＶＤ等によりＳｉ3 Ｎ
4 からなる下層層間絶縁膜６およびＳｉＯ2 等からなる
上層層間絶縁膜７を形成する。あるいはＡｌ−Ｔｌ系金
属配線が最上層の配線層の場合には、最終パシベーショ
ン膜を形成する。
元性雰囲気中で４００℃３０分の熱処理を施す。この熱
処理により、パターニングされたＡｌ−Ｔｌ系金属層５
中のＡｌ結晶粒の大粒径化と、ＴｌのＡｌ粒界への析出
が生じ、Ａｌ−Ｔｌ系金属配線が完成する。次に図２
（ｃ）に示すように、プラズマＣＶＤ等によりＳｉ3 Ｎ
4 からなる下層層間絶縁膜６およびＳｉＯ2 等からなる
上層層間絶縁膜７を形成する。あるいはＡｌ−Ｔｌ系金
属配線が最上層の配線層の場合には、最終パシベーショ
ン膜を形成する。
【００２３】本実施例によれば、実施例１の効果に加
え、ＴｉＮ反射防止層９の効果によりリソグラフィ時の
Ａｌ−Ｔｌ系金属層５からの露光光の反射が防止され、
特に段差下地上の配線も制御性よくパターニングするこ
とが可能である。
え、ＴｉＮ反射防止層９の効果によりリソグラフィ時の
Ａｌ−Ｔｌ系金属層５からの露光光の反射が防止され、
特に段差下地上の配線も制御性よくパターニングするこ
とが可能である。
【００２４】以上、本発明のＡｌ−Ｔｌ系金属配線およ
びこれを用いた半導体装置につき、２例の実施例により
説明したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるも
のではない。
びこれを用いた半導体装置につき、２例の実施例により
説明したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるも
のではない。
【００２５】例えばＡｌ−Ｔｌ系金属配線の組成とし
て、Ａｌ−２％Ｔｌを例示したが、Ｔｌ含有量は例えば
０．５重量％から１０重量％程度の範囲で低抵抗および
エレクトロマイグレーション耐性の効果を得ることがで
きる。配線の厚さ方向に組成変化を持たせた傾斜材料と
してもよい。またＡｌ−Ｔｌ系金属中に、例えばＳｉ等
の第３元素を添加することも任意である。Ａｌ−Ｔｌ系
金属層の形成方法としてＤＣマグネトロンスパッタリン
グと電子ビーム蒸着を例示したが、高周波スパッタリン
グ、イオンビームスパッタリング、あるいはクラスタイ
オンビーム蒸着等の各種堆積方法が適用可能である。ま
たバリアメタル層としてＴｉ／ＴｉＮやＴｉ／ＴａＮの
積層膜線を例示したが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａあ
るいはＨｆ等各種高融点金属およびその窒化物、炭化
物、酸窒化物や硼化物等を任意に用いてよい。反射防止
層の材料や層構成も適宜変更可能である。
て、Ａｌ−２％Ｔｌを例示したが、Ｔｌ含有量は例えば
０．５重量％から１０重量％程度の範囲で低抵抗および
エレクトロマイグレーション耐性の効果を得ることがで
きる。配線の厚さ方向に組成変化を持たせた傾斜材料と
してもよい。またＡｌ−Ｔｌ系金属中に、例えばＳｉ等
の第３元素を添加することも任意である。Ａｌ−Ｔｌ系
金属層の形成方法としてＤＣマグネトロンスパッタリン
グと電子ビーム蒸着を例示したが、高周波スパッタリン
グ、イオンビームスパッタリング、あるいはクラスタイ
オンビーム蒸着等の各種堆積方法が適用可能である。ま
たバリアメタル層としてＴｉ／ＴｉＮやＴｉ／ＴａＮの
積層膜線を例示したが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａあ
るいはＨｆ等各種高融点金属およびその窒化物、炭化
物、酸窒化物や硼化物等を任意に用いてよい。反射防止
層の材料や層構成も適宜変更可能である。
【００２６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のＡｌ−Ｔｌ系金属配線およびこれを用いた半導体装置
によれば、Ａｌ結晶の大粒径化による粒界密度の減少、
およびＴｌの粒界析出による粒界拡散抑制効果により、
エレクトロマイグレーション耐性が向上する。またＡｌ
−Ｔｌ２元系は合金化しないので、格子散乱や粒界散乱
等による電子の散乱効果が少なく、比抵抗の小さい配線
が得られる。これにより、半導体装置の高速動作化が可
能となる。これらの効果により、例えば次世代の０．２
５μｍのデザインルール対応の微細配線を有する半導体
装置に本発明を適用することにより、信頼性と高速性に
優れた半導体装置を製造することができる。
のＡｌ−Ｔｌ系金属配線およびこれを用いた半導体装置
によれば、Ａｌ結晶の大粒径化による粒界密度の減少、
およびＴｌの粒界析出による粒界拡散抑制効果により、
エレクトロマイグレーション耐性が向上する。またＡｌ
−Ｔｌ２元系は合金化しないので、格子散乱や粒界散乱
等による電子の散乱効果が少なく、比抵抗の小さい配線
が得られる。これにより、半導体装置の高速動作化が可
能となる。これらの効果により、例えば次世代の０．２
５μｍのデザインルール対応の微細配線を有する半導体
装置に本発明を適用することにより、信頼性と高速性に
優れた半導体装置を製造することができる。
【図１】実施例１のＡｌ−Ｔｌ系金属配線およびその形
成方法を示す概略断面図である。
成方法を示す概略断面図である。
【図２】実施例２のＡｌ−Ｔｌ系金属配線およびその形
成方法を示す概略断面図である。
成方法を示す概略断面図である。
【図３】Ａｌ−Ｔｌ２元系金属の状態図である。
１…半導体基板、２…層間絶縁膜、３…Ｔｉ金属層、４
…ＴｉＮバリアメタル層、５…Ａｌ−Ｔｌ系金属層、６
…下層層間絶縁膜、７…上層層間絶縁膜、８…ＴａＮバ
リアメタル層、９…ＴｉＮ反射防止層
…ＴｉＮバリアメタル層、５…Ａｌ−Ｔｌ系金属層、６
…下層層間絶縁膜、７…上層層間絶縁膜、８…ＴａＮバ
リアメタル層、９…ＴｉＮ反射防止層
Claims (4)
- 【請求項１】 主導電材料層として、Ａｌ−Ｔｌ系金属
を用いたことを特徴とするＡｌ−Ｔｌ系金属配線。 - 【請求項２】 主導電材料層の下層に、バリアメタル層
を有することを特徴とする請求項１記載のＡｌ−Ｔｌ系
金属配線。 - 【請求項３】 主導電材料層の上層に、反射防止層を有
することを特徴とする請求項１記載のＡｌ−Ｔｌ系金属
配線。 - 【請求項４】 請求項１ないし３記載のＡｌ−Ｔｌ系金
属配線を配線として用いたことを特徴とする半導体装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12862796A JPH09312292A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | Ａｌ−Ｔｌ系金属配線およびこれを用いた半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12862796A JPH09312292A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | Ａｌ−Ｔｌ系金属配線およびこれを用いた半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09312292A true JPH09312292A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=14989486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12862796A Pending JPH09312292A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | Ａｌ−Ｔｌ系金属配線およびこれを用いた半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09312292A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7009749B2 (en) | 2002-03-11 | 2006-03-07 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Optical element and manufacturing method therefor |
| US7150669B2 (en) | 2002-03-05 | 2006-12-19 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Electroluminescent panel and a manufacturing method therefor |
-
1996
- 1996-05-23 JP JP12862796A patent/JPH09312292A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7150669B2 (en) | 2002-03-05 | 2006-12-19 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Electroluminescent panel and a manufacturing method therefor |
| US7009749B2 (en) | 2002-03-11 | 2006-03-07 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Optical element and manufacturing method therefor |
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