JPH10223565A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH10223565A JPH10223565A JP2146897A JP2146897A JPH10223565A JP H10223565 A JPH10223565 A JP H10223565A JP 2146897 A JP2146897 A JP 2146897A JP 2146897 A JP2146897 A JP 2146897A JP H10223565 A JPH10223565 A JP H10223565A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エレクトロマイグレーション耐性やストレス
マイグレーション耐性の高い、高信頼性ＡｌまたはＡｌ
合金を備えた半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に形成された高融点金属ま
たはその化合物からなるバリアメタル層の上に、Ａｌま
たはＡｌ合金からなる配線層をマグネトロンスパッタリ
ング法により形成する半導体装置の製造方法において、
ＡｌまたはＡｌ合金堆積時のＡｒ圧力を３ｍＴｏｒｒ以
下とし、かつ堆積速度を５ｎｍ／ｓ以下とすることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
マイグレーション耐性の高い、高信頼性ＡｌまたはＡｌ
合金を備えた半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に形成された高融点金属ま
たはその化合物からなるバリアメタル層の上に、Ａｌま
たはＡｌ合金からなる配線層をマグネトロンスパッタリ
ング法により形成する半導体装置の製造方法において、
ＡｌまたはＡｌ合金堆積時のＡｒ圧力を３ｍＴｏｒｒ以
下とし、かつ堆積速度を５ｎｍ／ｓ以下とすることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に、エレクトロマイグレーション耐性やス
トレスマイグレーション耐性の高い、高信頼性のＡｌま
たはＡｌ合金配線を備えた半導体装置の製造方法に関す
る。
法に関し、特に、エレクトロマイグレーション耐性やス
トレスマイグレーション耐性の高い、高信頼性のＡｌま
たはＡｌ合金配線を備えた半導体装置の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】近年ＬＳ
Ｉの集積度向上につれ、回路を構成する配線幅も微細化
が進んでいる。通常の配線は高融点金属やその化合物の
薄膜と多結晶のＡｌまたはＡｌ合金（以下、Ａｌ系と称
する）薄膜とからなる積層薄膜をリソグラフィ技術によ
りパターニングしたものが用いられる。この様な多結晶
薄膜から微細幅の配線を加工すると、応力に起因するス
トレスマイグレーションや通電に起因するエレクトロマ
イグレーションという現象により、配線中に多数存在す
る粒界が起点となって断線を生じ、半導体装置の信頼性
を著しく低下させる。
Ｉの集積度向上につれ、回路を構成する配線幅も微細化
が進んでいる。通常の配線は高融点金属やその化合物の
薄膜と多結晶のＡｌまたはＡｌ合金（以下、Ａｌ系と称
する）薄膜とからなる積層薄膜をリソグラフィ技術によ
りパターニングしたものが用いられる。この様な多結晶
薄膜から微細幅の配線を加工すると、応力に起因するス
トレスマイグレーションや通電に起因するエレクトロマ
イグレーションという現象により、配線中に多数存在す
る粒界が起点となって断線を生じ、半導体装置の信頼性
を著しく低下させる。
【０００３】これらの現象は、Ａｌ系薄膜において詳細
に検討・解析されている。
に検討・解析されている。
【０００４】エレクトロマイグレーションについては、
Ｓ．Ｖａｉｄｙａらは（１１１）配向性が強く、粒度分
布の揃った、粒径の大きなＡｌ系からなる配線ほど寿命
が長いと報告している(Thin Solid Films Vol. 75 (198
1) pp253−259)。
Ｓ．Ｖａｉｄｙａらは（１１１）配向性が強く、粒度分
布の揃った、粒径の大きなＡｌ系からなる配線ほど寿命
が長いと報告している(Thin Solid Films Vol. 75 (198
1) pp253−259)。
【０００５】ストレスマイグレーションについては、
Ｈ．Ｋａｎｅｋｏらは、以下のことを報告している(27t
h Annual Proc. IRPS(1989), pp194−199)。隣接する結
晶粒の粒界で最稠密面が対向する場合、Ａｌ系の場合は
（１１１）面が対向する場合粒界にスリット状の欠損を
生じ断線に至る。したがって（１１１）配向のＡｌ系薄
膜ではこの様な（１１１）面対向粒界を排除できるため
ストレスマイグレーション耐性が高くなる。
Ｈ．Ｋａｎｅｋｏらは、以下のことを報告している(27t
h Annual Proc. IRPS(1989), pp194−199)。隣接する結
晶粒の粒界で最稠密面が対向する場合、Ａｌ系の場合は
（１１１）面が対向する場合粒界にスリット状の欠損を
生じ断線に至る。したがって（１１１）配向のＡｌ系薄
膜ではこの様な（１１１）面対向粒界を排除できるため
ストレスマイグレーション耐性が高くなる。
【０００６】ＳｉＯ2 やＴｉＮなどの下地上に形成され
たＡｌ系薄膜の場合、スパッタ法により形成されたもの
は、（１１１）面以外に配向した結晶粒が非常に少な
く、ほぼ（１１１）に配向した薄膜である。しかしなが
ら、このＡｌ系薄膜の配向性を評価すると必ずしも十分
なエレクトロマイグレーション耐性とストレスマイグレ
ーション耐性が期待される高い配向度とはなっていな
い。
たＡｌ系薄膜の場合、スパッタ法により形成されたもの
は、（１１１）面以外に配向した結晶粒が非常に少な
く、ほぼ（１１１）に配向した薄膜である。しかしなが
ら、このＡｌ系薄膜の配向性を評価すると必ずしも十分
なエレクトロマイグレーション耐性とストレスマイグレ
ーション耐性が期待される高い配向度とはなっていな
い。
【０００７】例えば、配向度をＸ線回折におけるロッキ
ングカーブの半値幅、すなわち、各結晶粒の（１１１）
面の基板垂直方向からのずれ、で見ると、３〜１０数度
である。Ａｌ系（１１１）面と格子間隔のミスマッチの
少ないＴｉＮ（１１１）配向バリアメタル膜を下地とし
て、Ａｌ系薄膜の配向性を高める工夫や（例えば、特開
平６−５６０４）、また、その際、Ｔｉ（００２）配向
膜をＴｉＮの下地としてＴｉＮを（１１１）配向させる
という工夫や、高い表面エネルギーの下地を利用した工
夫 (H.Toyodaら； 32nd Annual Proc. IRPS(1994), pp1
78−184)、等があるが、配向度がなお不十分であった
り、工程が増える、エッチング特性などＬＳＩ製造プロ
セスとの適合性に欠ける、などの課題がある。さらに信
頼性が高い高配向のＡｌ系配線膜を備えた半導体装置
と、簡便かつ現状のプロセスとの整合性の高い、その製
造方法が望まれているのが現状である。微細化に伴う高
電流密度化と半導体装置への要求故障率の水準の高まり
から、配線の加速評価における平均故障時間は数十倍〜
２桁の延長が望まれている。
ングカーブの半値幅、すなわち、各結晶粒の（１１１）
面の基板垂直方向からのずれ、で見ると、３〜１０数度
である。Ａｌ系（１１１）面と格子間隔のミスマッチの
少ないＴｉＮ（１１１）配向バリアメタル膜を下地とし
て、Ａｌ系薄膜の配向性を高める工夫や（例えば、特開
平６−５６０４）、また、その際、Ｔｉ（００２）配向
膜をＴｉＮの下地としてＴｉＮを（１１１）配向させる
という工夫や、高い表面エネルギーの下地を利用した工
夫 (H.Toyodaら； 32nd Annual Proc. IRPS(1994), pp1
78−184)、等があるが、配向度がなお不十分であった
り、工程が増える、エッチング特性などＬＳＩ製造プロ
セスとの適合性に欠ける、などの課題がある。さらに信
頼性が高い高配向のＡｌ系配線膜を備えた半導体装置
と、簡便かつ現状のプロセスとの整合性の高い、その製
造方法が望まれているのが現状である。微細化に伴う高
電流密度化と半導体装置への要求故障率の水準の高まり
から、配線の加速評価における平均故障時間は数十倍〜
２桁の延長が望まれている。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の実施の形態】
本発明者は、マグネトロンスパッタリング法により形成
されるＡｌ系薄膜の配向性を詳細に調査し、スパッタリ
ング時のプラズマ放電ガスの圧力を３ミリトール（ｍＴ
ｏｒｒ）以下、好ましくは１ｍＴｏｒｒ以下とし、かつ
堆積速度を５ナノメートル毎秒（ｎｍ／ｓ）以下とする
ことで、下地の材質・配向性などの影響を余り受けるこ
となく、配向度を飛躍的に向上できることを見出した。
すなわち、前述の配向度の指標、Ｘ線回折のＡｌ系薄膜
（１１１）ピークのロッキングカーブの半値幅を１．５
度〜０．５度とすることができ、よって配線寿命も大幅
に延長させることが可能となった。また、積層配線にお
いて、従来のように下地をＴｉＮ（１１１）配向膜と限
定することなく、Ａｌ系薄膜の配向度を高めることによ
って配線寿命を延長させることが可能であることを見出
し、本発明に到達した。
本発明者は、マグネトロンスパッタリング法により形成
されるＡｌ系薄膜の配向性を詳細に調査し、スパッタリ
ング時のプラズマ放電ガスの圧力を３ミリトール（ｍＴ
ｏｒｒ）以下、好ましくは１ｍＴｏｒｒ以下とし、かつ
堆積速度を５ナノメートル毎秒（ｎｍ／ｓ）以下とする
ことで、下地の材質・配向性などの影響を余り受けるこ
となく、配向度を飛躍的に向上できることを見出した。
すなわち、前述の配向度の指標、Ｘ線回折のＡｌ系薄膜
（１１１）ピークのロッキングカーブの半値幅を１．５
度〜０．５度とすることができ、よって配線寿命も大幅
に延長させることが可能となった。また、積層配線にお
いて、従来のように下地をＴｉＮ（１１１）配向膜と限
定することなく、Ａｌ系薄膜の配向度を高めることによ
って配線寿命を延長させることが可能であることを見出
し、本発明に到達した。
【０００９】すなわち、本発明は、半導体基板上に形成
された高融点金属またはその化合物からなるバリアメタ
ル層の上に、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層をマグ
ネトロンスパッタリング法により形成する半導体装置の
製造方法において、ＡｌまたはＡｌ合金堆積時のプラズ
マ放電ガスの圧力を３ミリトール（ｍＴｏｒｒ）以下と
し、かつ堆積速度を５ナノメートル毎秒（ｎｍ／ｓ）以
下とすることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供
する。
された高融点金属またはその化合物からなるバリアメタ
ル層の上に、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層をマグ
ネトロンスパッタリング法により形成する半導体装置の
製造方法において、ＡｌまたはＡｌ合金堆積時のプラズ
マ放電ガスの圧力を３ミリトール（ｍＴｏｒｒ）以下と
し、かつ堆積速度を５ナノメートル毎秒（ｎｍ／ｓ）以
下とすることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供
する。
【００１０】また、本発明は、半導体基板上に形成され
た高融点金属またはその化合物からなるバリアメタル層
の上に、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層をマグネト
ロンスパッタリング法により形成する半導体装置の製造
方法において、放電用電源の出力周波数が１０ｋＨｚ以
上であることを特徴とする前記の半導体装置の製造方法
を提供する。
た高融点金属またはその化合物からなるバリアメタル層
の上に、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層をマグネト
ロンスパッタリング法により形成する半導体装置の製造
方法において、放電用電源の出力周波数が１０ｋＨｚ以
上であることを特徴とする前記の半導体装置の製造方法
を提供する。
【００１１】本発明によれば、下地がＴｉＮ（１１１）
でなくとも、例えば、Ｔｉ−Ｗ合金やＷ、等であって
も、Ａｌ系薄膜のＸ線回折による（１１１）面のピーク
のロッキングカーブの半値幅が１．５度以下であれば、
さらに好ましくは半値幅が１．０度以下であれば、配線
は十分なエレクトロマイグレーション耐性・ストレスマ
イグレーション耐性を示す。但し、ここでいう半値幅
は、平行光学系のＸ線回折装置を用いたＡｌまたはＡｌ
合金からなる配線層の厚さが５００ｎｍのものに対する
評価結果であり、通常、半値幅は厚さの対数にほぼ比例
して減少する。また、この場合、バリアメタル層と呼ば
れる下地はＡｌ系の配線層が断線などを生じたときに電
流路を確保する導電保障層としての役割さえ持てばよ
い。これにより、配線の平均故障時間は数十倍〜２桁の
延長が可能である。
でなくとも、例えば、Ｔｉ−Ｗ合金やＷ、等であって
も、Ａｌ系薄膜のＸ線回折による（１１１）面のピーク
のロッキングカーブの半値幅が１．５度以下であれば、
さらに好ましくは半値幅が１．０度以下であれば、配線
は十分なエレクトロマイグレーション耐性・ストレスマ
イグレーション耐性を示す。但し、ここでいう半値幅
は、平行光学系のＸ線回折装置を用いたＡｌまたはＡｌ
合金からなる配線層の厚さが５００ｎｍのものに対する
評価結果であり、通常、半値幅は厚さの対数にほぼ比例
して減少する。また、この場合、バリアメタル層と呼ば
れる下地はＡｌ系の配線層が断線などを生じたときに電
流路を確保する導電保障層としての役割さえ持てばよ
い。これにより、配線の平均故障時間は数十倍〜２桁の
延長が可能である。
【００１２】スパッタリング法によるＡｌ系薄膜の配向
性、粒径などは、下地、基板温度、放電ガス圧、放電電
力に依存する。このうち、粒径の制御は主に基板温度で
行われており、配向性は主に下地の材質・配向性により
制御されてきた。しかし、マグネトロンスパッタリング
法によりＡｌまたはＡｌ合金を堆積する時、放電ガス圧
を３ｍＴｏｒｒ以下、好ましくは１ｍＴｏｒｒ以下と
し、かつ、Ａｌの堆積速度を５ｎｍ／ｓ以下とすること
で、下地のバリアメタル層の影響を余り受けずにＡｌ
（１１１）を高配向させることが、すなわち高信頼性の
Ａｌ系積層配線の形成が可能である。また、バリアメタ
ル層がなく、直接ＳｉＯ2 の上にも高配向のＡｌ系配線
の形成が可能である。
性、粒径などは、下地、基板温度、放電ガス圧、放電電
力に依存する。このうち、粒径の制御は主に基板温度で
行われており、配向性は主に下地の材質・配向性により
制御されてきた。しかし、マグネトロンスパッタリング
法によりＡｌまたはＡｌ合金を堆積する時、放電ガス圧
を３ｍＴｏｒｒ以下、好ましくは１ｍＴｏｒｒ以下と
し、かつ、Ａｌの堆積速度を５ｎｍ／ｓ以下とすること
で、下地のバリアメタル層の影響を余り受けずにＡｌ
（１１１）を高配向させることが、すなわち高信頼性の
Ａｌ系積層配線の形成が可能である。また、バリアメタ
ル層がなく、直接ＳｉＯ2 の上にも高配向のＡｌ系配線
の形成が可能である。
【００１３】Ａｌ（１１１）面配向膜の成長は、擬２次
元的な成長様式であり、擬２次元的なテラスの側面ある
いは、数原子層のステップが表面を移動して薄膜成長が
起きる場合が殆どである。この様な成長様式の場合、よ
り平衡状態に近い、過飽和度の低い状態の方が、低表面
エネルギーの面、Ａｌ（１１１）面に配向しやすくなる
と考えられる。すなわち、一般的なＡｌまたはＡｌ合金
の堆積条件、放電用Ａｒガス圧：〜８ｍＴｏｒｒ，堆積
速度：１μｍ／分，基板温度：１００〜３００℃、より
も、堆積速度を遅くする、基板温度を高める、などの方
策が有効と考えれる。
元的な成長様式であり、擬２次元的なテラスの側面ある
いは、数原子層のステップが表面を移動して薄膜成長が
起きる場合が殆どである。この様な成長様式の場合、よ
り平衡状態に近い、過飽和度の低い状態の方が、低表面
エネルギーの面、Ａｌ（１１１）面に配向しやすくなる
と考えられる。すなわち、一般的なＡｌまたはＡｌ合金
の堆積条件、放電用Ａｒガス圧：〜８ｍＴｏｒｒ，堆積
速度：１μｍ／分，基板温度：１００〜３００℃、より
も、堆積速度を遅くする、基板温度を高める、などの方
策が有効と考えれる。
【００１４】しかしながら、現状用いられているプラズ
マ放電用のＡｒガスの純度やスパッタリング装置の到達
真空度では、ＡｌまたはＡｌ合金堆積中の残留ガスがテ
ラス側面に吸着し、成長様式ひいては配向性に影響を及
ぼし、単に堆積速度を遅くするだけでは高配向化は可能
でなく、このような吸着の影響を防止するためＡｌまた
はＡｌ合金のスパッタリング時のプラズマ放電ガスの圧
力を３ｍＴｏｒｒ以下、好ましくは１ｍＴｏｒｒ以下と
することが必要となる。また、これら低圧での放電は、
一般にＡｌ系薄膜のスパッタリングに用いられる直流放
電よりも１０ｋＨｚ以上の交流放電や、１３．５６ＭＨ
ｚなどでの高周波放電の方が安定であり、その結果安定
した特性をもつＡｌ系薄膜の堆積が容易である。また、
加えて、到達真空度を１０-8Ｔｏｒｒ台以下とするこ
と、残留ガス中の水分子の分圧を下げるために液体窒素
トラップなどを用いること、また、電子サイクロトロン
共鳴プラズマや誘導結合型プラズマなどの高密度プラズ
マによる低ダメージの下地エッチング洗浄処理、など、
高配向のＡｌ系配線の形成に有効である。
マ放電用のＡｒガスの純度やスパッタリング装置の到達
真空度では、ＡｌまたはＡｌ合金堆積中の残留ガスがテ
ラス側面に吸着し、成長様式ひいては配向性に影響を及
ぼし、単に堆積速度を遅くするだけでは高配向化は可能
でなく、このような吸着の影響を防止するためＡｌまた
はＡｌ合金のスパッタリング時のプラズマ放電ガスの圧
力を３ｍＴｏｒｒ以下、好ましくは１ｍＴｏｒｒ以下と
することが必要となる。また、これら低圧での放電は、
一般にＡｌ系薄膜のスパッタリングに用いられる直流放
電よりも１０ｋＨｚ以上の交流放電や、１３．５６ＭＨ
ｚなどでの高周波放電の方が安定であり、その結果安定
した特性をもつＡｌ系薄膜の堆積が容易である。また、
加えて、到達真空度を１０-8Ｔｏｒｒ台以下とするこ
と、残留ガス中の水分子の分圧を下げるために液体窒素
トラップなどを用いること、また、電子サイクロトロン
共鳴プラズマや誘導結合型プラズマなどの高密度プラズ
マによる低ダメージの下地エッチング洗浄処理、など、
高配向のＡｌ系配線の形成に有効である。
【００１５】積層方法としては、バリアメタル、Ａｌ系
薄膜、バリアメタル、Ａｌ系薄膜、キャップメタルの順
のようにＡｌ系薄膜の間に複数層バリアメタルを挟んだ
構造でも良い。
薄膜、バリアメタル、Ａｌ系薄膜、キャップメタルの順
のようにＡｌ系薄膜の間に複数層バリアメタルを挟んだ
構造でも良い。
【００１６】配線として成膜する物質は、純Ａｌ、Ａｌ
合金であり、Ａｌ合金としては、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ
−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金及びこれらに、Ｔ
ｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｙ等を
添加した物でも良い。バリアメタルとしては、Ｔｉ、Ｔ
ｉＮ、Ｗ、Ｔｉ−Ｗ合金、ＷＳｉ2 、ＭｏＳｉ2 などい
ずれでも良い。
合金であり、Ａｌ合金としては、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ
−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金及びこれらに、Ｔ
ｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｙ等を
添加した物でも良い。バリアメタルとしては、Ｔｉ、Ｔ
ｉＮ、Ｗ、Ｔｉ−Ｗ合金、ＷＳｉ2 、ＭｏＳｉ2 などい
ずれでも良い。
【００１７】このうち、スパッタリング法によるＴｉ、
ＴｉＮよりもコンタクトホールやビアホールの埋め込み
性の高い、ＣＶＤ法によるＷや、スパッタリング法によ
るＴｉ−Ｗ合金、ＷＳｉ2 をバリアメタルとして形成し
ても高配向のＡｌ系配線の形成が可能である。
ＴｉＮよりもコンタクトホールやビアホールの埋め込み
性の高い、ＣＶＤ法によるＷや、スパッタリング法によ
るＴｉ−Ｗ合金、ＷＳｉ2 をバリアメタルとして形成し
ても高配向のＡｌ系配線の形成が可能である。
【００１８】
【実施例】Ｓｉ基板表面に６００ｎｍのシリコン酸化膜
を形成した後、洗浄処理を施し、続いてスパッタリング
により、バリアメタル６０ｎｍ、Ａｌ−１ｗｔ％Ｓｉ−
０．５ｗｔ％Ｃｕ膜６００ｎｍ、キャップメタル Ｔｉ
Ｎ／Ｔｉ［２０ｎｍ／１０ｎｍ］を形成した。バリアメ
タルはＴｉ、ＴｉＮ／Ｔｉ［４０ｎｍ／２０ｎｍ］、Ｔ
ｉ−Ｗ合金、Ｗの４種類とした。いずれの場合も、到達
真空度は５×１０-8Ｔｏｒｒ以下とした。配向性の評価
は、Ｘ線回折装置を用いて、Ａｌ（１１１）ピークのロ
ッキングカーブをとり、（１１１）面配向度を半値幅で
表現した。エレクトロマイグレーションおよびストレス
マイグレーションに対する信頼性評価は、周知のリソグ
ラフィ技術を用いて形成された幅０．８μｍ、長さ１ｍ
ｍ配線に対して、５００ｎｍ厚さＳｉＯ2 膜と５００ｎ
ｍ厚さＳｉ3 Ｎ4 膜でパッシベートした後に行った。ス
トレスマイグレーションの場合は、キャップメタルを有
しない構造とした。
を形成した後、洗浄処理を施し、続いてスパッタリング
により、バリアメタル６０ｎｍ、Ａｌ−１ｗｔ％Ｓｉ−
０．５ｗｔ％Ｃｕ膜６００ｎｍ、キャップメタル Ｔｉ
Ｎ／Ｔｉ［２０ｎｍ／１０ｎｍ］を形成した。バリアメ
タルはＴｉ、ＴｉＮ／Ｔｉ［４０ｎｍ／２０ｎｍ］、Ｔ
ｉ−Ｗ合金、Ｗの４種類とした。いずれの場合も、到達
真空度は５×１０-8Ｔｏｒｒ以下とした。配向性の評価
は、Ｘ線回折装置を用いて、Ａｌ（１１１）ピークのロ
ッキングカーブをとり、（１１１）面配向度を半値幅で
表現した。エレクトロマイグレーションおよびストレス
マイグレーションに対する信頼性評価は、周知のリソグ
ラフィ技術を用いて形成された幅０．８μｍ、長さ１ｍ
ｍ配線に対して、５００ｎｍ厚さＳｉＯ2 膜と５００ｎ
ｍ厚さＳｉ3 Ｎ4 膜でパッシベートした後に行った。ス
トレスマイグレーションの場合は、キャップメタルを有
しない構造とした。
【００１９】以下に、 Ａｌ−１ｗｔ％Ｓｉ−０．５ｗ
ｔ％Ｃｕ膜のスパッタリング条件を示す。
ｔ％Ｃｕ膜のスパッタリング条件を示す。
【００２０】スパッタ方式：ＤＣ、ＲＦ 基板温度 ：室温〜３５０℃ 放電ガス圧 ：０．４ｍＴｏｒｒ〜３ｍＴｏｒｒ（比較
例として３〜１０ｍＴｏｒｒ） 堆積速度 ：１〜１７ｎｍ／ｓ（５ｎｍ／ｓ以上は比
較例） 配線寿命（エレクトロマイグレーション：ＥＭ）は、配
線温度２００℃、電流密度３ＭＡ／ｃｍ2 の条件での平
均故障時間を、ＡｌＳｉＣｕ膜の（１１１）面配向度
５．５度の試料の値を基準に相対値で示した。表１にバ
リアメタル、放電ガス圧及びＡｌＳｉＣｕ膜の堆積速度
による（１１１）面配向度及び配線寿命（ＥＭ）の変化
を示す。配線寿命（ストレスマイグレーション：ＳＭ）
は２００℃、２０００時間の熱処理を行ったが、実施例
で故障が観察されなかったため比較が行えなかった。
例として３〜１０ｍＴｏｒｒ） 堆積速度 ：１〜１７ｎｍ／ｓ（５ｎｍ／ｓ以上は比
較例） 配線寿命（エレクトロマイグレーション：ＥＭ）は、配
線温度２００℃、電流密度３ＭＡ／ｃｍ2 の条件での平
均故障時間を、ＡｌＳｉＣｕ膜の（１１１）面配向度
５．５度の試料の値を基準に相対値で示した。表１にバ
リアメタル、放電ガス圧及びＡｌＳｉＣｕ膜の堆積速度
による（１１１）面配向度及び配線寿命（ＥＭ）の変化
を示す。配線寿命（ストレスマイグレーション：ＳＭ）
は２００℃、２０００時間の熱処理を行ったが、実施例
で故障が観察されなかったため比較が行えなかった。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１より明らかな通り、半値幅が１．５度
以下、さらに好ましくは１．０度以下である場合、従来
法よりも高い信頼性が得られることが分かる。同様にス
パッタ圧力が３．０ｍＴｏｒｒ以下、さらに好ましくは
１．０ｍＴｏｒｒ以下であり、かつ、堆積速度が５ｎｍ
／ｓ以下であると高い信頼性が得られることが分かる。
また、以上の様な（１１１）面配向度は、直流放電方式
のスパッタリングよりも交流あるいは高周波（ＲＦ）方
式のスパッタリングで安定して得られた。以下にその安
定度を、配向度１．５度以下が得られる歩留まり（％）
で表示した。ここでの歩留まりは以下のようにして求め
たものである。熱酸化膜２０００Åつきの６インチ径シ
リコンウェハーに本発明の成膜条件でＡｌＳｉＣｕ薄膜
５００ｎｍを成膜し、それを１０ｍｍ角の小片に切断し
た。１ロット２５枚中３枚について、ウェハー１枚当た
り、中心と、最周辺４枚の計５枚を評価し、これを各周
波数で行った。より周波数が高いほど安定して高配向Ａ
ｌ系配線が形成された。
以下、さらに好ましくは１．０度以下である場合、従来
法よりも高い信頼性が得られることが分かる。同様にス
パッタ圧力が３．０ｍＴｏｒｒ以下、さらに好ましくは
１．０ｍＴｏｒｒ以下であり、かつ、堆積速度が５ｎｍ
／ｓ以下であると高い信頼性が得られることが分かる。
また、以上の様な（１１１）面配向度は、直流放電方式
のスパッタリングよりも交流あるいは高周波（ＲＦ）方
式のスパッタリングで安定して得られた。以下にその安
定度を、配向度１．５度以下が得られる歩留まり（％）
で表示した。ここでの歩留まりは以下のようにして求め
たものである。熱酸化膜２０００Åつきの６インチ径シ
リコンウェハーに本発明の成膜条件でＡｌＳｉＣｕ薄膜
５００ｎｍを成膜し、それを１０ｍｍ角の小片に切断し
た。１ロット２５枚中３枚について、ウェハー１枚当た
り、中心と、最周辺４枚の計５枚を評価し、これを各周
波数で行った。より周波数が高いほど安定して高配向Ａ
ｌ系配線が形成された。
【００２３】 直流 ： ４５％ 交流（１０ｋＨｚ） ： ５７％ 交流（２００ｋＨｚ） ： ７７％ 高周波（１３．５６ＭＨｚ）： ９８％ 以上の実施例において、本発明は、比較のための本発明
の範囲外のＡｌ系薄膜配線に比べて、信頼性が優れてお
り、本発明の効果が現れていた。
の範囲外のＡｌ系薄膜配線に比べて、信頼性が優れてお
り、本発明の効果が現れていた。
【００２４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
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
ンに対する耐性の高い、結晶配向性が良好なＡｌまたは
Ａｌ合金からなる配線を備えた、高信頼性の半導体装置
の製造方法が提供される。
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
ンに対する耐性の高い、結晶配向性が良好なＡｌまたは
Ａｌ合金からなる配線を備えた、高信頼性の半導体装置
の製造方法が提供される。
フロントページの続き (72)発明者 今福 宗行 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者 竹林 重人 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成された高融点金属ま
たはその化合物からなるバリアメタル層の上に、Ａｌま
たはＡｌ合金からなる配線層をマグネトロンスパッタリ
ング法により形成する半導体装置の製造方法において、
ＡｌまたはＡｌ合金堆積時のプラズマ放電ガスの圧力を
３ミリトール（ｍＴｏｒｒ）以下とし、かつ堆積速度を
５ナノメートル毎秒（ｎｍ／ｓ）以下とすることを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 マグネトロンスパッタリングのプラズマ
放電用電源の出力周波数が１０ｋＨｚ以上であることを
特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2146897A JPH10223565A (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2146897A JPH10223565A (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10223565A true JPH10223565A (ja) | 1998-08-21 |
Family
ID=12055823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2146897A Withdrawn JPH10223565A (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10223565A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016122721A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 豊田合成株式会社 | 半導体装置の製造方法、半導体装置 |
-
1997
- 1997-02-04 JP JP2146897A patent/JPH10223565A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016122721A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 豊田合成株式会社 | 半導体装置の製造方法、半導体装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040406 |