JPS594058A - 配線用金属膜の安定化方法 - Google Patents

配線用金属膜の安定化方法

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JPS594058A
JPS594058A JP11310282A JP11310282A JPS594058A JP S594058 A JPS594058 A JP S594058A JP 11310282 A JP11310282 A JP 11310282A JP 11310282 A JP11310282 A JP 11310282A JP S594058 A JPS594058 A JP S594058A
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JP
Japan
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wiring
metal film
film
implanted
ion
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Pending
Application number
JP11310282A
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English (en)
Inventor
Yuji Furumura
雄二 古村
Mamoru Maeda
守 前田
Mikio Takagi
幹夫 高木
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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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】 (1)発明の技術分野 本発明は配線用金属膜の安定化方法にかかり、特に半導
体装置の配線用金属薄膜の安定化方法に関する。
(2)技術の背景 半導体装置の配線材としては特にアルミニウム(A文)
を母材としたものが多く利用されている。
このような配線材を多層化して用いる多層集積回路等で
は配線用金属膜を薄膜として集積度を」二げるようにな
されている。
このように配線用金属膜を薄くシていくと第2図に示す
ようなエレクトロマイグレーション等を発生する問題が
あった。
第1図はLSI化のために半導体装置を3層配線構造と
した概略断面図を示すもので、シリコン基板1上に二酸
化シリコン膜2を形成し、該二酸化シリコン膜2の窓器
は部2aに第1層目の配線用金属膜3をパターニングし
た後に第1層目のP2O3層を形成後にスルーポール4
aを形成し第2層目の配線用金属膜5をスパツクし、さ
らに第2層目のPSG膜6をCVD法等で成長させ同じ
くスルーホール6aを開孔後に第3層目の配線用金属膜
7をパターン形成し最後に第3層目の配線用金属膜7上
にバンシベーション膜8を形成してディバイス等が完成
される。このような多層金属配線では配線用金属膜とし
てA又−Cu、A又−3i、A文−〇r等が用いられて
いるが、配線の段切れやPSGllijの絶縁不良等が
発生し、配線用金属膜を薄くしていくと共に該配線用金
属膜に2X10’A/−を越す電流を流すと電子と共に
A又の原子が引っ張られて移動し第2図に示すようなエ
レクトロマイグレーシロンの作用で配線用金属膜3の弱
い部分9aが電流の流れと共に移動して盛り上って突起
部9bを配線用金属膜2の表面に生ずる。
このような現象により雑音、ドリフト等を発生しさらに
は断線の原因となっていた。
(3)従来技術と問題点 上述したエレクトロマイグレーションを防止するための
一つの解決方法としてAPT (^luminaPas
sivated devtce Technology
)構造の配線用金属膜の処理方法が知られている。
この処理方法は化成処理によって第3図に示すように配
線用金属膜3の周辺は多孔性へ又20310となし、上
面は緻密なA又203 11を形成することでエレクト
ロマイグレーションの発生を防止しているが次のような
問題点があった。
+a)化成処理の再現性が悪く制御性に乏しい。
fbl化成処理速度がパターン形状に依存し、大面積の
パターンと小面積のパターンでは処理速度が異なって均
一な化成処理ができない。
等の弊害があった。
(4)発明の目的 本発明は上記従来の欠点に鑑み、エレクトロマイグレー
ションの発生しない配線用金属膜を得る・方法を提供す
ることを目的とするものである。
(5)発明の構成 この目的は本発明によれば配線用金属膜表面または裏面
の全部或いは一部に酸素または/及び窒素をイオン注入
させてなることを特徴とする配線用金属膜の安定化方法
を提供することで達成される。
(6)発明の実施例 以下、本発明の実施例を図面によって説明する。
第4図は本発明の配線用金属膜の安定化方法を示し0.
2μm厚配線用金属膜3を二酸化シリコン膜2上にバタ
ーニングした後に該配線用金属膜3表面に酸素02をイ
オン注入する。このときのイオン注入電圧はVa=20
KeVで表面換算ドーズ量は5×10cm−’とすると
該配線用金属膜3のA文表面12はA又(0工)となり
、従来例で説明した化成処理と同様に表面は硬化しエレ
クトロマイグレーションを防止し得る。
第5図は本発明の他の実施例を示すもので02の代りに
N2をイオン注入するようにしたものでA文の表面12
だけでなく二酸化シリコン膜2の表面13にもN2をイ
オン注入して表面の安定化を図るようにしたむ−のであ
る。イオン注入するN2+は例えば注入電圧10K e
V、  ドーズ量は1×1076cm ”であり、N2
の代りに02のみをイオン注入しても、或いは02+と
N2+を混合したものであってもよい。かくすれば配線
用金属膜3または二酸化シリコン膜2の表面にはA又(
N工)。
A又(O,x)またはs i <oxN、)がi等られ
る。
上述したA文士に例えば02をイオン注入して行くと表
面はA文(0χ)となり絶縁膜化させるために表面に十
の電荷がチャージされイオン注入できなくなる問題が発
生する。そこで本発明にお    ゛いては、第6図に
示すように配線用金属膜3の周辺にフィラメントFを配
設し、フィラメント電源FSよりマイナスの電子を供給
し配線用金属膜3のプラスの電子を中和させるようにし
てイオン注入を行うようになされる。
他の方法としては酸素を切って電子を打ち込む等を行う
ようになせばよい。
第7図は本発明の他の実施例を示すもので配線用金属膜
3の表面I2だけでなく側面にもN2+または02+の
イオン注入を行って側面にA文(0ア)またはA又(N
2)硬化層14を形成したものである。このような側面
イオン注入を行うためにはXYステージ上に載置した試
料をすりばち型の動きをするように動かせばよい。
第8図は本発明のさらに他の実施例を示すもので配線用
金属膜3の表面12ば第4図の実施例と同様に02+の
イオン注入電圧V a = 20K eVでドーズ量5
 X IQ16cm−’とし、A文の配線用金属膜3の
厚みがO12μmであるとすればイオン注入電圧を20
0K eVとなしドーズ量を2.5X 10’ cm−
’とすれば配線用金属膜3の下面(裏面)15部分まで
第9図に示すように所定の深さ方向に酸素をイオン注入
することが可能となり、第7図の実施例を併用すればA
文の配線用金属膜3のすべての方向をアルミナ等で囲続
することができる。
第10図は配線用金属膜3の側壁に配線用金属膜のA文
を用いて絶縁化する方法を示すものであり第10図(a
lの如く基板1上の二酸化シリコン腰2の全面に0.2
μm厚のA又の薄膜をスパツクし、配線部となる部分に
レジスト16をパターニングし、次に第1O図(blに
示すように02をイオン注入する。レジスト部分は厚さ
が5000人〜1μmの厚さを有するために、レジスト
16下の配線用金属膜3部分には酸素は注入されないが
レジストの塗布されていない部分3aは表面からアルミ
ナ化(A又O工)がすすむ。0.2μm厚の配線用金属
膜3のすべての厚みに渡って絶縁化を進めるためには第
11図に示すようにイオン注入電圧を時間と共に200
.100.50.10 KeVと変化させていけば第1
2図のプロフィルに示すように下側(裏面)から順次A
又(0工)化されてレジスト16の塗布されていない配
線用金属膜部分3aがアルミナ化して絶縁物となる。こ
のときの合計のドーズ量は〜10 ′8am −’ 程
度である。この際、イオン注入により厚みit O,2
μmのものが約2倍程度にふくらみ0.4μm厚となる
次に第10図(C1に示すようにレジスト16を除去し
た後にさらに02+のイオン注入を行うとレジストが塗
布された部分の配線用金属膜の表面3bがA文(0え)
化される。このときのイオン注入電圧はIOK eVで
ドーズ量は〜IQ  cm−’程度である。この結果、
表面3b部分がふくらんで表面を平坦化させることも可
能となる。
第13図に示すものは本発明のさらに他の実施例を示す
ものであり、二酸化シリコン膜2上に全スパッタされた
配線用金属膜3の一部を第13図(a)に示すようにエ
ツチングにより配線領域以外の膜厚を減少させる工程で
は電界エツチングを行うためにエツチングを止める工程
がある。この工程で取り出した半導体装置を第13図+
b+に示すように02+を20K eVのイオン注入(
ドーズ量〜10′7■−′)すると配線用金属膜の肉薄
部18はA又(0工)化され、肉薄部17の表面と側面
にもA’1(01)膜が形成され、肉薄部18を後で化
学的にエツチングして完全に除去しなくてもよく配線と
なる肉薄部17と絶縁領域となる肉薄部18の表面安定
硬化処理と絶縁化を同時に行うことが可能となる。
第14図(a)、 (b)、 (clは本発明の配線用
金属膜の安定化本発明をMO3構成の半導体装置に適用
した場合の製造工程を示すものであり、P型のシリコン
基板1上に二酸化シリコン膜2とゲート酸化膜21を有
し、窓開は部にドレイン19とソース20のN+層を有
しゲート酸化膜21上にはポリシリコン層22が形成さ
れ層間絶縁材としてのPSG膜2膜外3−ス、ドレイン
の窓Mり部を除いて形成されている。
次に第14図fb)に示すようにソース; ドレインの
窓卵は部に配線用金属膜24のA文をバターニングして
02+をイオン注入すると第14図(C)に示すように
配線用金属膜24の表面は02+イオンによってA又 
(O工)となされ、絶縁化され且つ硬化される。このと
きPSG膜2膜外3面も酸素の多い層26が形成される
がこの部分は眉間絶縁に影響を与えるものではない。
(7)発明の効果 本発明は叙上の如く配線用金属膜の表面、側面または裏
面に酸素または/及び窒素を注入することで各面が絶縁
化され、且つ硬化されるので各面を平坦化し、エレクト
ロマイグレーションの発生等を完全に防止することが可
能で薄膜化し得る特徴を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体装置を3層配線構造とした概略断
面図、第2図は配線用金属膜がエレクトロマイグレーシ
ョンを起した場合の配線部分の側断面図、第3図はエレ
クトロマイグレーションの発生を防止するための従来の
配線用金属膜の処理方法を説明するための配線部分の側
断面図、第4図は本発明の配線用金属膜の安定化方法を
示す配線部分の側断面図、第5図は本発明の配線用金属
膜と二酸化シリコン膜とを同時に安定化する方法を示す
配線部分の側断面図、第6図は本発明のイオン注入によ
って生ずる配線用金属膜がプラスにチャージされるのを
中和させるための方法を説明するための線図、第7図は
本発明の配線用金属膜の側面を安定化する方法を示す配
線部分の側断面図、第8図は本発明の配線用金属膜の底
面を安定化する方法を示す配線部分の側断面図、第9図
は第8図のイオン注入深さと注入濃度の関係を示す線図
、第10図(81,(bl、 (c+は本発明の他の実
施例を示すもので配線部分の側面を絶縁化するための工
程を示す側断面図、第11図は第10図の配線部分の側
面を絶縁化するためのイオン注入電圧の加え方を説明す
る線図、第12図は第10図に示す配線部分の側面がイ
オン注入される状態を示すプロフィル図、第13図(a
l、 (blは本発明のさらに他の実施例を示す配線部
分の側断面図、第14図(a)、 (bl、 (C1は
本発明を半導体装置に適用した場合の工程図である。 ■・・・基板、 2・・・二酸化シリコン膜、3・・・
配線用金属膜、 1.2,14,15゜17.25・・
・六叉(0χ)層。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)配線用金属膜表面または裏面の全部或いは一部に
    酸素または/及び窒素をイオン注入させてなることを特
    徴とする配線用金属膜の安定化方法。
  2. (2)配線用金属膜の側面に酸素または/及び窒素をイ
    オン注入させてなることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の配線用金属膜の安定化方法。
  3. (3)配線用金属膜の厚みに応じたイオン注入電圧を選
    択して該配線用金属膜の裏面を安定化してなることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の配線用金属膜の安
    定化方法。
  4. (4)配線用金属膜の厚みに応じたイオン注入電圧を厚
    み方向に変化させて該配線用金属膜の厚み方向を絶縁化
    してなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    配線用金属膜の安定化方法。
  5. (5)イオン注入によって被照射物にチャージされる電
    荷を中和させる手段を配してなる特許請求の範囲第1項
    記載の配線用金属膜の安定化方法。
JP11310282A 1982-06-30 1982-06-30 配線用金属膜の安定化方法 Pending JPS594058A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4942138A (en) * 1987-12-26 1990-07-17 Sharp Kabushiki Kaisha Ion-implantation of wiring electrodes of a semiconductor device for hillock reduction
US5236866A (en) * 1988-10-25 1993-08-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Metal interconnection layer having reduced hillock formation in semi-conductor device and manufacturing method therefor
US5300462A (en) * 1989-02-20 1994-04-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for forming a sputtered metal film

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US5236866A (en) * 1988-10-25 1993-08-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Metal interconnection layer having reduced hillock formation in semi-conductor device and manufacturing method therefor
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