JPS6344741A - 配線金属層の形成方法 - Google Patents
配線金属層の形成方法Info
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- JPS6344741A JPS6344741A JP18910686A JP18910686A JPS6344741A JP S6344741 A JPS6344741 A JP S6344741A JP 18910686 A JP18910686 A JP 18910686A JP 18910686 A JP18910686 A JP 18910686A JP S6344741 A JPS6344741 A JP S6344741A
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Landscapes
- 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。
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〕
例えばｋｌ−３ｔ（１％）合金と、これに０．６％のＺ
ｒを添加した合金とを積層し、パターニングして配線体
を形成する。以後の工程で受ける熱処理によって両層に
結晶粒成長（ｇｒａｉｎ ｇｒｏｗｔｈ）が進行するが
、Ｚｒを添加した層では結晶粒成長が抑制され、結晶粒
径は比較的小さいままに止まる。
ｒを添加した合金とを積層し、パターニングして配線体
を形成する。以後の工程で受ける熱処理によって両層に
結晶粒成長（ｇｒａｉｎ ｇｒｏｗｔｈ）が進行するが
、Ｚｒを添加した層では結晶粒成長が抑制され、結晶粒
径は比較的小さいままに止まる。
集積回路装置に於いて金属配線体は、機械的応力による
破断に対しては結晶粒が小である層が高い耐力を示し、
電流による破断に対しては結晶粒が大である層が高い耐
ノコを示すので、前記積層体は総合的に高い破断耐力を
有することになる。
破断に対しては結晶粒が小である層が高い耐力を示し、
電流による破断に対しては結晶粒が大である層が高い耐
ノコを示すので、前記積層体は総合的に高い破断耐力を
有することになる。
（産業上の利用分野〕
本発明は半導体集積回路Ａｊ２置の金属配線に関わり、
特に破断耐力の優れた配線金属層の形成方法に関わるも
のである。なお本明細Ｓでは、単体金属或いは合金のい
づれでもよい場合は単に金属と表記する。
特に破断耐力の優れた配線金属層の形成方法に関わるも
のである。なお本明細Ｓでは、単体金属或いは合金のい
づれでもよい場合は単に金属と表記する。
集積回路装置では多層配線構造を採用することが常套的
になっているが、絶縁体や導電体の積層構造では、各層
の内部応力や熱応力などのため相互に変形力が働くこと
が多い。それが配Ｌ’ＸＩＥＩＯ機械的強度を越えると
断線するに至る。
になっているが、絶縁体や導電体の積層構造では、各層
の内部応力や熱応力などのため相互に変形力が働くこと
が多い。それが配Ｌ’ＸＩＥＩＯ機械的強度を越えると
断線するに至る。
このような応力による破断に対しては、周知のように結
晶粒の粗大化は合服材料の強靭さを失わせるので、配線
金属層の結晶粒が小である方が耐力は大である。
晶粒の粗大化は合服材料の強靭さを失わせるので、配線
金属層の結晶粒が小である方が耐力は大である。
また、電流によるエレクトロマイグレーションでも結晶
粒界が侵食されて破断に至ることがあり、これは電源配
線のように大電流の部分に生し易い。
粒界が侵食されて破断に至ることがあり、これは電源配
線のように大電流の部分に生し易い。
この障害に対しては、侵食される結晶粒界の面積が小で
あるほど、即ち結晶粒が大きいほど耐力は増すと考えら
れ、経験的にも、第２図に示すように、破断に至る迄の
平均所要時間（ＭＴＦ）は粒径が大であるほど長くなる
ことが明らかになっている。
あるほど、即ち結晶粒が大きいほど耐力は増すと考えら
れ、経験的にも、第２図に示すように、破断に至る迄の
平均所要時間（ＭＴＦ）は粒径が大であるほど長くなる
ことが明らかになっている。
第２図には配線層の平均結晶粒径に対するＭＴＦが示さ
れており、これは通常の方法で形成したＡＩ配線の結晶
粒径を調整し、線幅２．０μｍ、長さ８００．ｕｍのテ
ストパターンを作成して、電流密度１０’Ａ／ｃｍ”
、２００℃の条件で測定した結果である。ＭＴＦ及び平
均結晶粒径はいづれも規準化した値で、粒径が１０倍程
度に増加すると、ＭＴＦも数倍になることがわかる。
れており、これは通常の方法で形成したＡＩ配線の結晶
粒径を調整し、線幅２．０μｍ、長さ８００．ｕｍのテ
ストパターンを作成して、電流密度１０’Ａ／ｃｍ”
、２００℃の条件で測定した結果である。ＭＴＦ及び平
均結晶粒径はいづれも規準化した値で、粒径が１０倍程
度に増加すると、ＭＴＦも数倍になることがわかる。
従って、応力による機械的破断を考えると結晶粒は小で
あることが望ましく、電流による破断を考えると結晶粒
は大であることが望ましいことになる。
あることが望ましく、電流による破断を考えると結晶粒
は大であることが望ましいことになる。
このような要求が相互に背反するものであるため、従来
は結晶粒径には格別の注意を払うことをしないか、或い
は結晶粒径を中間値に選定し、上記いづれの破断に対し
ても若干の耐力を示すものが得られるようにしている。
は結晶粒径には格別の注意を払うことをしないか、或い
は結晶粒径を中間値に選定し、上記いづれの破断に対し
ても若干の耐力を示すものが得られるようにしている。
この従来方式では経験則に従って結晶粒径を設定するこ
とになるが、常に最適の結晶粒径が見出されるとは限ら
ず、また工程の都合によっては結晶粒成長が進み過ぎ、
最適値に調整し得ないことも起こる。
とになるが、常に最適の結晶粒径が見出されるとは限ら
ず、また工程の都合によっては結晶粒成長が進み過ぎ、
最適値に調整し得ないことも起こる。
本発明の目的はクリティカルな結晶粒調整を必要とせず
、応力による破断、電流による破断のいづれに対しても
十分な耐力を示す金属配線体を形成する方法を提供する
ことである。
、応力による破断、電流による破断のいづれに対しても
十分な耐力を示す金属配線体を形成する方法を提供する
ことである。
上記目的を達成するため本発明では、金属配線を形成す
る通常の組成の金属層と、該金属材料にその結晶粒成長
を抑制又は促進する不純物を添加した金属層とを積層し
、該積層体で配線体を形成する。積層体を構成する両層
は、その後の工程で受ける熱処理によって異なる結晶粒
成長の進行を示し、最終的に結晶粒径が比較的小である
層と比較的大である層によって配線体が形成される。
る通常の組成の金属層と、該金属材料にその結晶粒成長
を抑制又は促進する不純物を添加した金属層とを積層し
、該積層体で配線体を形成する。積層体を構成する両層
は、その後の工程で受ける熱処理によって異なる結晶粒
成長の進行を示し、最終的に結晶粒径が比較的小である
層と比較的大である層によって配線体が形成される。
その結果、応力による破断に対しては結晶粒径の小さい
層が高い耐力を示し、電流による破断に対しては結晶粒
径の大きい層が高い耐力を示すので、総合的に応力によ
る破断と電流による破断のいづれに対しても十分な耐力
を有する金属配線体が形成される。
層が高い耐力を示し、電流による破断に対しては結晶粒
径の大きい層が高い耐力を示すので、総合的に応力によ
る破断と電流による破断のいづれに対しても十分な耐力
を有する金属配線体が形成される。
第１図は本発明の実施例に従って形成された金属配線体
の断面構造を模式的に示す図である。図で、１０はＳｉ
、５仮、１１はＳ ｉ Ｏｚ テアル絶縁層、１２はＡ
ｌ−３ｉ（１％）Ｌ １３はＡｌ−３ｉ（１％）−Ｚ
ｒ （０，６％）層である。該構成体は次のように形成
される。
の断面構造を模式的に示す図である。図で、１０はＳｉ
、５仮、１１はＳ ｉ Ｏｚ テアル絶縁層、１２はＡ
ｌ−３ｉ（１％）Ｌ １３はＡｌ−３ｉ（１％）−Ｚ
ｒ （０，６％）層である。該構成体は次のように形成
される。
Ｓ ｉ ０２ Ｎ １ ］ （７）上に先ずＡｌ−３ｉ
（１％）層１２がスパッタリングで被着される。この工
程では該合金組成のターゲットを使用することにより、
容易に目的とする組成の合金層を形成することが出来る
。
（１％）層１２がスパッタリングで被着される。この工
程では該合金組成のターゲットを使用することにより、
容易に目的とする組成の合金層を形成することが出来る
。
Ａｌ −３ｉ（１％）Ｎ１２が所定の厚さに堆積される
と、ターゲットを取替えて、Ａｆ−３ｉ（１％）−Ｚ
ｒ （０，６％）［１３をスパッタリングで堆積する。
と、ターゲットを取替えて、Ａｆ−３ｉ（１％）−Ｚ
ｒ （０，６％）［１３をスパッタリングで堆積する。
これ等のスパッタリングではｓｉ恭仮の温度は３７５℃
に保持される。
に保持される。
第２のスパッタリング層に含まれるＺｒは、後の工程で
受ける熱処理に於いて、結晶粒成長を抑制する作用を示
す。例えば上記の方法で積層体を形成した後、４５０℃
、水素雰囲気、３０分の熱処理によって結晶粒成長を進
行させた場合、Ｚｒを含む層の平均結晶粒径はＺｒを含
まない層の平均結晶粒径の１／３〜１／１０に止まって
いる。
受ける熱処理に於いて、結晶粒成長を抑制する作用を示
す。例えば上記の方法で積層体を形成した後、４５０℃
、水素雰囲気、３０分の熱処理によって結晶粒成長を進
行させた場合、Ｚｒを含む層の平均結晶粒径はＺｒを含
まない層の平均結晶粒径の１／３〜１／１０に止まって
いる。
両層の厚さは各破断力の大きさを勘案して設定するのが
妥当であるが、全体の厚さを設計上要求される面抵抗の
実現に必要な最小値に抑えたい場合には、各破断力の大
小に応じてその厚さを配分することになる。両層の上下
関係は重要な因子ではなく、また、２層以上の複層とし
てもよい。
妥当であるが、全体の厚さを設計上要求される面抵抗の
実現に必要な最小値に抑えたい場合には、各破断力の大
小に応じてその厚さを配分することになる。両層の上下
関係は重要な因子ではなく、また、２層以上の複層とし
てもよい。
、ｌ系の合金に対し結晶粒成長を抑制する作用を示す不
純物としてＺｒの他にＴｉが挙げられ、Ｃｕも類似の効
果を持つ。添加量はいづれも０．０１〜０．１％程度で
ある。また、金属層の結晶粒成長の速度は内在する応力
によっても左右されるので、結晶粒成長を抑えたい層は
、残留応力の少ない方法によって形成することが望まし
い。
純物としてＺｒの他にＴｉが挙げられ、Ｃｕも類似の効
果を持つ。添加量はいづれも０．０１〜０．１％程度で
ある。また、金属層の結晶粒成長の速度は内在する応力
によっても左右されるので、結晶粒成長を抑えたい層は
、残留応力の少ない方法によって形成することが望まし
い。
本発明は結晶粒径の異なる金属層を積層することによっ
て所期の目的を達成するものであるから、一方の層の結
晶粒成長を促進することによっても同様の目的が達成さ
れる。
て所期の目的を達成するものであるから、一方の層の結
晶粒成長を促進することによっても同様の目的が達成さ
れる。
本発明の方法に依って形成された積層金属層は各層の結
晶粒径が異なっており、小粒径の層は機械的応力による
破断の耐力が大であり、大粒径の層は電流による破断の
耐力が大であることがら、総合された破断耐力は単層の
ものに比べ大幅に増加している。
晶粒径が異なっており、小粒径の層は機械的応力による
破断の耐力が大であり、大粒径の層は電流による破断の
耐力が大であることがら、総合された破断耐力は単層の
ものに比べ大幅に増加している。
第１図は本発明の実施例に従って形成された金属配線体
の模式断面図、 第２図は結晶粒径と電流による破断との関係を示す図で
ある。 図に於いて、 １０はＳｉ基板、 １１は５４０２層、 １２はＡｆ−３ｉ（１％）層、 １３はＡｌ−３ｉ（１％） −Ｚ ｒ （０，６％）Ｎ
である。
の模式断面図、 第２図は結晶粒径と電流による破断との関係を示す図で
ある。 図に於いて、 １０はＳｉ基板、 １１は５４０２層、 １２はＡｆ−３ｉ（１％）層、 １３はＡｌ−３ｉ（１％） −Ｚ ｒ （０，６％）Ｎ
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 金属或いは合金で成る配線層を具える半導体装置の製造
に於いて、 金属或いは合金層（１２）と、 該金属或いは合金にその結晶粒成長を抑制又は促進する
不純物を添加した材料から成る層（１３）を積層して形
成する工程及び、 該積層構造体の少なくも一方の層で結晶粒成長が進行す
る熱処理を伴う工程 を包含することを特徴とする配線金属層の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18910686A JPS6344741A (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 配線金属層の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18910686A JPS6344741A (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 配線金属層の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6344741A true JPS6344741A (ja) | 1988-02-25 |
Family
ID=16235464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18910686A Pending JPS6344741A (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 配線金属層の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6344741A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03178131A (ja) * | 1989-12-06 | 1991-08-02 | Nec Corp | 半導体装置 |
| WO2002089194A1 (fr) * | 2001-04-23 | 2002-11-07 | Sony Corporation | Procede de formation de film metallique et procede de fabrication de dispositif a semi-conducteur |
-
1986
- 1986-08-12 JP JP18910686A patent/JPS6344741A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03178131A (ja) * | 1989-12-06 | 1991-08-02 | Nec Corp | 半導体装置 |
| WO2002089194A1 (fr) * | 2001-04-23 | 2002-11-07 | Sony Corporation | Procede de formation de film metallique et procede de fabrication de dispositif a semi-conducteur |
| US6767822B2 (en) | 2001-04-23 | 2004-07-27 | Sony Corporation | Method of forming metallic film and method of producing semiconductor system |
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