JPS59194467A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS59194467A
JPS59194467A JP6837083A JP6837083A JPS59194467A JP S59194467 A JPS59194467 A JP S59194467A JP 6837083 A JP6837083 A JP 6837083A JP 6837083 A JP6837083 A JP 6837083A JP S59194467 A JPS59194467 A JP S59194467A
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JP
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alloy
wiring
semiconductor device
phenomenon
disappearance
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JP6837083A
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Jiro Oshima
次郎 大島
Masayasu Abe
正泰 安部
Yutaka Etsuno
越野 裕
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は新規な配線材料を使用した半導体装置に関し、
さらに詳しくは、配置1A+A料がパッシベーション膜
との関係で生ずるストレスにより自己拡散現象およびク
リープ現象を呈することのないような配線材料を使用し
た半導体装置に関する。
[発明の技術的背景] 半導体装置で一般的に用いられている配線材料はA1或
いはA1と3iとの合金である。 そしてA1合金(A
Iを含む、以下同じ)で形成された配線上は、素子を保
護するだめのパッシベーション膜が被覆されている。 
最近では、プラズマCVDIにより形成した窒化ケイ素
膜(3i −N>が、外部汚染阻止能があり低温形成が
できるため、膜信頼性、加工性、ステップカバレージ等
の良好なことに着目され、配線上のパシベーション躾と
して多用されている。
ところが、プラズマCVD法C形成された窒化ケイ素膜
を用いたときに顕著に現れる不都合な現象として、A1
合金配線の消失現象と叶ばれているものが起こる。 こ
の消失現象とは、第1図の素子断面図にみるように、素
子を形成した基板1上の配線2に交差する上層配線3が
あり、−F層線線3がプラズマCVD法による窒化ケイ
素膜4で被覆されているような場合、第2図の素子配線
平面図にみるように、熱処理が行われたとき、特に上麟
配ll13の配線2との交差部分に、あたかも配線材料
が消失したかのごとくに、くびれ5が生ずることである
。 このA1合金配線の消失力所はシンタ一工程のよう
な500℃10分間程度の熱処理で大幅に増加する。 
そのため半導体装置の製造に熱処理工程を用いる場合、
熱処理条件に大きな制約が課せられている。
[背景技術の問題点I A1合金配線の消失現象を抑制暖る方法とし゛C1A1
合金配線の表面層(窒化ケイ素膜側の表面層)にシリコ
ン原子(Si)をイオン注入りることが既に提案されて
いる。 この方法によると、普通の一層の配線に500
℃、1時間程度の熱処理■稈を加えた場合でも、A1合
金配線の消失現象を、8μmのパターン幅でパターン長
1mm当り 1ケ以下程亀の消失力所に抑制できる。
しかしながら、この熱処理時間を4時間まで延長すると
消失力所はパターン長1mm当り4ヶ程度にまで増加し
′Cゆく傾向がみられる。 この消失力所の増加傾向は
、半導体装置の長時間の経時変化を考えるとき、素子特
性の信頼性のうえで無視することができないという問題
がある。
また、3iのイオン注入にJ、る方法が消失現象を抑制
できるといっても、8μmの広幅のパターンでのことで
あって、2μm以下の微細パターンにおいては余り効果
が現れず、ぞの゛ため最近の超LSI技術にあいCは、
一層確実な情夫現象防止策が強く求められている。
従来とられている消失現象の抑制方法として、A1合金
配線とプラズマCVD窒化ケイ素躾との間にプラズマC
VD窒化ケイ素よりも消失現象を起こさせることが少な
い酸化ケ°イ素膜を介在させる方法がある。 しかしな
がら、この方法は工程が繁雑になるとともに膜信頼性、
加工性、膜ステップカバレージ等の点でプラズマCVD
窒化膜単独膜に比して劣っているという問題がある。
[発明の目的] 本発明の目的は、半導体素子のA1合金の配線が、製造
工程中のシンターなどの熱処理や製造後の熱履歴によっ
て消失現象とよばれる現象の起こるのを防止できる新規
な配線材料によって形成された半導体装置を提供するこ
とであり、特に消失現象が顕著に現れるプラズマCVD
法による窒化ケイ素膜を配線層上に被覆した場合でも、
消失現象を起こさない配線層を形成した半導体装置を提
供することである。
[発明の°概要] 本発明者らは、いわゆるA1合金配線の消失現象と呼ば
れていることが、プラズマCVD法による窒化ケイ素膜
によって生ずる特に大きなストレスに起因するという見
地から、配線材料の組成とス]−レスを受ける部位につ
いて検討を加えた結果、SiとBを含むA1合金が少な
くとも配線層の表面にあれば微細パターンでも消失現象
が起こらないという知見を得て本発明をなすに至った。
ずなわら、本発明の半導体装置は、半導体素子に設けた
配線層の少なくとも表面の材料が、CIJ。
SiおよびBを含むA1合金であることを特徴としてい
る。
配線全体をAI −Cu −8i −8合金で形成する
には、例えばその四元合金をソースにしてスパッタする
ことによって得られ、また配線部表面層をAt−Cu 
−8i−8合金に改質するには、例えばAI −Qu−
3i合金の表面層にBもしくはBとSiをイオン注入す
ることによって得られる。
本発明におけるAI −CLI −sr −8合金の各
組成含有量について・は、まず、3i゛とBとの合計量
が、配線材料の抵抗値の点から、10%以下であること
が好ましい。 次にBとSiとの含有比(B/Si )
が、消失現象防止の点がら1/1o〜1/2の範囲、特
に2/9〜4/9 (っまり、1i3前後)の範囲にあ
ることが好ましい。 B/S1が上記範囲にあると、主
としてBはAIBzを生成し、また3iはA1とSi 
との共晶を生成し、それらが相乗することによって四元
合金の自己拡散及びクリ」プ現象がなくなり、その結果
半導体装置製造などの熱処理条件が加わっても微細パタ
ーンの消失現象が起こらなくなる。 また、CLIはエ
レクトロマイグレーションやコロ−ジョン防止に効果が
あり、その好ましい含有量は0.3%以−しである。
[発明の実施例] 配線全体をAl −Cu −8i−B合金で形成するた
めの第一実施例を次に説明づる。
所定の素子および絶縁膜ならびに二]ンタク1−ボール
を形成した基板上に、Cu2,0%、 Si 1.5%
、 30.5%、AI残量の四元合金をソースとしてス
パッタ法により、1.0μm厚の四元合金層を形成した
後、5i1m幅の配線パターンを形成した。
次いでこの配線パターン上に 1.0μmWのプラズマ
CV D法による窒化ケイ素膜を積層した。 この四元
合金の配線を設けた基板(A)を、窒素雰囲気中500
℃でシンターを行い、パターン長640μm当りの消失
力所のシンタ一時間存在性を求めたところ、第3図の折
れ線Δを得た。
比較例としで、AI −Cu  (2,0%)−3i(
2,0%)合金を用いて同じ配線パターンを形成し、同
じプラズマCVD窒化ケイ素膜を積層しIζ場合(13
)と、AI −Cu  (2,0%)−3i(2,0%
〉合金層に3iを加速電圧50kV、注入量lx 10
16/am’  の条件で表面から1000〜20(1
0X深さまでの範囲にイオン注入した後、同じ配線パタ
ーンを形成し、同じプラズマCV I)窒4ヒクイ索躾
を積層した場合(C)の結果を求め、それぞれ第3図の
折れ線B及びCを111こ。
第1図から明らかなように、配線部全イ本りく四元合金
からなる配線月利の実施例(1斤、れ線△)(こa3い
ては、1時間以内の500℃シンター11# I!iで
G、t ’d’4失現象がなく、4旧間という長115
 l?lであっても)14失カ所は1り程度しか発生し
な(1)0 こfしに34して比較例(B、C>では1
0分と(AうE u¥1■ぐ早くも消失力所が多数現れ
、4時間で(Jそれぞれ28ケ。
8ケにまで達−りる。
以上の配線消失試験に43いて、直線l\ターンのパタ
ーン長6′40μm当りの消失Jj所h< Qであるこ
とは、半導体装直に現れる消失現象の実用0′、I¥1
1定基準とみなJことができる。 そし′で、窒素界1
■気中500℃で1時間のシンタ一時間て試ll發をt
lえば、十分な加速試験であり、この試験条件て84失
力所が0であれば半導体装置として良品であるというこ
とができる。
第3図の結果は、パターン幅5μmにおIする消失カ所
を調べたものであるが、そらにパターン幅を2〜137
7mに変1]させて−り記の良品判定基t1ζにより半
導体装置の良品率を調べたところ、第4図の結果を得た
第4図から明らかなように、比較例の前記A1−Cu−
3i合金を用いたもの(B)の結果(折れ線B’  )
は勿論、前記AI −C0−8i含金にSiをイオン注
入したもの(C)の結果(折れ線C′)を見れば、2μ
m幅の微細パターンでは良品率が激減するのに対して、
本実施例の△1−Cu −8i−B含金を用いたもの(
A>の結果(折れ線A’ )では2μmパターン幅でも
極めて高い良品率が保たれている。 このことから、本
発明が超LSIの配線技術として極めて有用であること
がわかる。
次に配線の表面層にAI −CI −8i−B合金を形
成する別の実施例について説明する。
まf、所定の素子および絶縁膜並びにコンタクトホール
を形成した基板上に、AI −Cu  (2,0%)〜
Si  (1,5%)合金をスパッタ法により1.0μ
m厚の合金層を形成する。 次に、この合金層の表面に
B+を加速電圧4o1< V 、 if入Φ5×10”
/Cm2の条件で、次いでSl“を加速電圧50kV、
注入ω5×10′5/Cll12の条件で表面から10
00〜2000久の深さの範囲にイオン注入し、しかる
後配線パターンを形成し、その上にプラズマCVD窒化
ケイ素膜を積層した。 この表面層だけにAI −cu
 −sr −8合金を形成したものについて先の実施例
の場合と同様の熱処理を行ったところ、全体をAI −
Cu −8i −B合金で形成したものと同様に消失現
象防止の効果のあることが確認できた。 イオン注入に
より配線表面層に四元合金を形成する方法に比べて、ス
パッタ法により配線全体を四元合金で形成づ゛る方法は
、イオン注入工程を必要とせずスパッタ工程だけですむ
から。、本発明半導体装置の製造工程が短かく恒産的で
あるという長所がある。
[発明の効果1 本発明の半導体装置は、その配線部全体又は表面層が3
iとBとを含有するAl −Cu −3i −8合金か
らなっているために、配線材料が熱処理を受けても自己
拡散やクリープ現象を起こしにくい。その結果、配線部
に大きなストレスを生じさせるプラズマCVD窒化シリ
コン膜などを被覆した2μ川幅程度の微細パターンにも
配線のいわゆる消失現象が起こらず、超LSIなどにお
いて工程の短縮、特性の向上、信頼性の向上など多くの
改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明が問題点解決の対象とする消
失現象の説明図、第1図は素子断面図、第2図は素子平
面図、そして第3図及び第4図は実施例の効果を説明す
るグラフである。 1・・・基板、 2,3・・・配線部、 4・・・プラ
ズマCVD窒化ケイ素膜、 5・・・配線の消失現象に
よるくびれ。 特許出願人 東京芝浦電気株式会社 第1図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体素子に設けた配線層の少なくとも表面の材料
    が、Cu、3iおよびBを含むA1合金であることを特
    徴とする半導体装置。 2  Cu、3iおよびBを含むA1合金のBと3iと
    の含有比(B/Si )が1/10〜1/2の範囲にあ
    る、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
JP6837083A 1982-12-21 1983-04-20 半導体装置 Granted JPS59194467A (ja)

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JP6837083A JPS59194467A (ja) 1983-04-20 1983-04-20 半導体装置
US06/562,212 US4502207A (en) 1982-12-21 1983-12-16 Wiring material for semiconductor device and method for forming wiring pattern therewith
DE19833346239 DE3346239A1 (de) 1982-12-21 1983-12-21 Beschaltungsmaterial fuer eine halbleitervorrichtung und verfahren zur bildung eines beschaltungsmusters

Applications Claiming Priority (1)

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JP6837083A JPS59194467A (ja) 1983-04-20 1983-04-20 半導体装置

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JPH0216590B2 JPH0216590B2 (ja) 1990-04-17

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5420681A (en) * 1977-07-18 1979-02-16 Toshiba Corp Semiconductor device
JPS574155A (en) * 1980-06-10 1982-01-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JPS574155A (en) * 1980-06-10 1982-01-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor device

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