JPS63155743A

JPS63155743A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS63155743A
Application number: JP61301650A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Arii; 有井　勝之
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 1988-06-28

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】〔概　要〕集積回路のアルミニウム配線の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を防止するために
、配線をアルミニウム層と１〜２０ｎｍ厚の他の金属層
との交互積層膜にしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体装置、より詳しく
は、半導体装置のアルミニウム配線に関するものである
。

高集積化、高性能化に対応してアルミニウム（Ａり配線
についても微細化がなされており、そのためにマイグレ
ーションによる不良の発生が問題となって、マイグレー
ションに強いアルミニウム配線が求められている。

〔従来の技術〕

アルミニウムの微細配線では使用時の電流密度が増加す
るために、エレクトロマイグレーションによる断線が、
そして高温放置（１２５℃以上）でこの配線に加わる引
っ張り応力に起因するストレスマイグレーションによる
断線が配線の信頼性確保の妨げとなっていた。そこで、
アルミニウム配線中の結晶粒界に析出してアルミニウム
原子の粒界拡散を抑制するＣｕを添加したＡβ・Ｃｕ（
２〜４％）合金又はＡβ・Ｃｕ−３ｉ合金が使われるよ
うになっている。また、チタン（Ｔｉ）をＣｕ０代りに
含有するＡｊ３−　Ｔｉ　−Ｓｉ合金も提案されている
。それでも、配線幅がザブミクロン程度となると、Ａ、
Ｎ配線幅がアルミニウムのブレ１′ンザイズよりも小さ
くなることがあり、耐マイグレーション性が十分でない
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

配線の材質（成分・組成）によるのでなく配線の構造か
ら微細なアルミニウム配線の耐マイグレーション性を高
めることが求められている。

また、アルミニウム配線としての耐熱性を向上させるこ
とも信頼性を高めるために求められている。

〔問題点を解決するだめの手段〕

そこで、本発明の要旨とするところは、集積回路の配線
膜がアルミニウム層と１〜２０ｎｍ厚の他の金属層とを
交互に積層形成した多層膜であるごとにある。

〔作　用〕

アルミニウム層をスパッタリング法、真空蒸着などで形
成しているときにはそのグレインが大きくなることが多
いが、アルミニウム以外の金属層（薄膜）をアルミニウ
ム層がはさんでいるようにしてアルミニウム層厚さを限
定し、かつそのアルミニウム層の厚さが２００ｎｍ以下
とするのが好ましい。このような構造的にアルミニウム
配線のそれぞれを規定しているので、大きなＡ／グレイ
ンの成長が阻止できる。配線膜として通常の電流許容度
を有するためには一般的に１１０００ｎ程度の厚みを必
要とするので、アルミニウム層を少なくとも５層形成し
、これらアルミニウム層の間に他の金属層を少なくとも
４層形成することになる。

他の金属層はＣ１１，Ｔ　ｔ　＋　Ｓ　ｉ＋　Ｃ２Ｍｏ
、　Ｗ　、Ｃｒ’ＩＰｔ、ＡｕおよびＡｇの少なくとも
一種からなり、一層当り厚さは１〜２０ｎｍ、好ましく
は２〜１０ｎｍ、である。２０ｎｍよりも厚いと、この
金属層とアルミニウム層との熱膨張係数の差による熱ス
トレスが発生することになり、ストレスマイグレーショ
ン発生の要因となる。一方、Ｉｎｍよりも薄い金属層を
スパッタリング法、真空蒸着法で精度良く形成すること
はむずかしい。また、実際にアルミニウム層と金属層を
積層形成すると、その界面では相互拡散が室温〜１００
°Ｃでも５ｎｍ程度の深さで自然となされている。

要するに、微細配線を相対的に大電流が流れる時の発熱
によってアルミニウム原子が移動して結晶粒界面での切
断を招（という状況を、（１）粒径（グレインザイズ）
を非常に小さくおさえて移動による影響を少なくし、そ
して（２）移動性の低い「他の金属」によってアルミ原
子の移動そのものをブロックすることで改善する。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施態様例によって
本発明を説明する。

第１図は、本発明に係る積層構造の配線膜を有する半導
体装置の概略断面図である。この場合の配線膜１はアル
ミニウム層２八〜２Ｅと金属（チタン）層３八〜３Ｄと
を積層したものであって、通常、半導体基板（シリコン
基板）４上絶縁膜（ＳｉＯ□膜）５の上に形成されてい
る。そして、図示していない箇所にて配線膜１は半導体
基板４と接触している。

第２図に２種のターゲットを有する２極ＤＣプレーナマ
グネトロンスパンタリング装置を概略的に示す。このス
パッタリング装置は多層膜を形成するものとして知られ
ており、本発明に係る配線膜を形成するのに好ましいも
のである。

このスパンクリング装置は、基本的に、真空チャンバー
１１、アルミニウムターゲット１２、他の金属（例えば
、チタン）ターゲット１３、それぞれのターゲットに接
続された可変電源１４および１５、および半導体（シリ
コン）ウェハ１６を塔載した回転ドラム（ホルダー）１
７からなる。

真空チャンバー１はその内部を高真空にする真空ポンプ
（図示せず）に連通しており、かつアルゴン（Ａｒ）ガ
スが導入されるようになっている。

本発明に係る半導体装置の配線膜が次のようにして形成
される。

まず、シリコンウェハ１６を塔載した回転ドラム１７を
真空チャンバー１内にセソＩ〜し、高真空（Ｉ　Ｘ　１
０−’〜Ｉ　Ｘ　１Ｏ−６Ｔｏｒｒ）にしてからアルゴ
ンガスを２０〜４０５ＣＣＭ導入し、内部真空度をｌＸ
ｌ０−２〜Ｉ　Ｘ　１０−　”Ｔｏｒｒの範囲で維持す
る。回転ドラム１７を回転速度Ｖで回転させ、アルミニ
ウムターゲット１２に電源１４の電力を、そして金属タ
ーゲット１３に電ｒｉ、１５の電力を交互にかけて、ア
ルミニウムのスパッタリングによるアルミニウム層と他
の金属（チタン）のスパッタリングによる金属層とを交
互に積層する。回転速度Ｖ、スパッタリング時間、電源
電力を制御することによって適切な積層膜を形成するこ
とができる。特に、電力はスパックリングを行なわない
ときに、ゼロにするのでなくスパッタリングが行なわれ
ない程度に低下させるのが望ましい。

例えば、アルミニウム層から半導体ウェハ上へスパック
リングで形成するとして、厚さ５〜４０ｎｍのアルミニ
ウム層と厚さ１〜６ｎｍの金属（チタン）層とを繰り返
し積層することによって合計厚さが１０００±５０ｎｍ
の配線膜を形成した。この配線膜は耐マイグレーション
性が従来のアルミニウム合金（Ａｒ−Ｃｏ）配線よりも
優れていた。

積層の際に、他の金属層から先に形成してもよく、また
、配線のバターニングのためにリフトオフ法を採用する
のが望ましいが、ドライエツチング法を採用することが
できる。さらに、アルミニウム層の材料としてアルミニ
ウムのみならず、その合金であるＡｒ・Ｃｏ、Ａｒ・Ｃ
ｕ−３ｉであってもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、集積回路の配線膜をアルミニラム層と
他の金属層との積層構造にして耐マイグレーション性を
高めることができるので、配線の信頼性が向上しく配線
の寿命が伸び）、集積回路の信頼性も向上する。

１・・・配線膜、２Ａ〜２Ｅ・・・アルミニウム層、３Ａ〜３Ｄ・・・金属層、　４・・・半導体基板、５・
・・絶縁膜、　　　　　　１１・・・真空チャンバー、
１２・・・アルミニウムターゲット、１３・・・金属ターゲット、１６・・・半導体ウェハ、　　１７・・・回転ドラム。

本発明の配線膜を有する半導体装置の部分断面図第１図１１・・・１２・・・１３・・・１Ｇ・・・１７・・・真空チャンバーアルミニウムターケゞット金属ターケゞット半導体ウェハ回転ドラム

Claims

【特許請求の範囲】１、集積回路の配線膜が、アルミニウム層と１〜２０ｎ
ｍ厚の他の金属層とを交互に積層形成した多層膜である
ことを特徴とする半導体装置。２、前記他の金属層の厚さが２〜１０ｎｍであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。３、前記他の金属層がＣｕ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃ、Ｍｏ、Ｗ
、Ｃｒ、Ｐｔ、ＡｕおよびＡｇの少なくとも一種からな
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
装置。４、前記アルミニウム層と前記他の金属層とで少なくと
も９層あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の半導体装置。