【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明はデバイスを含む半導体ウエハ上に形成
された多層配線を有する半導体装置の製造方法に
関し、特にアルミニウム（Al）またはアルミニ
ウムを母材とする合金よりなる金属配線に生じる
ヒロツク（hillock）やホイスカ（whisker）の発
生による配線間のシヨートを防止する半導体装置
の金属配線の製造方法に関するものである。
LSIなどの半導体装置においてその実装密度を
高めるためには多層配線技術が不可欠である。し
かも多層配線を行う上で特に下地の配線のヒロツ
クやホイスカが極めて小さく、その大きさにして
ほぼ0.1〜0.5μm程度でないと良好な層間絶縁を行
うことができない。しかしながら、従来では、下
地配線にたとえばAlまたはAl−Cu合金を用いた
場合、配線加工時に熱履歴による大きなヒロツク
（１〜2μm），ホイスカ（1.5〜5μm）が生じ、こ
れを絶縁膜がカバーしたとしても層間膜のスルー
ホール形成時のレジストが充分これらの小さな丘
をカバーしきれなくなるため、ピンホールを生じ
て層間のシヨートが発生しやすくなるという欠点
があつた。
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、
Alまたはそれを母材とする合金よりなる金属配
線にAlをイオン注入することにより、層間シヨ
ートの原因となるヒロツク，ホイスカの発生を防
止するとともに、電気伝導度を変えることなく良
好な金属配線を得ることを目的とするものであ
る。
以下、本発明の実施例を図面につき説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す説明図であ
り、同図において、１０はPN接合を有するデバ
イスを含むSiウエハ、１１はSiウエハ１０上に形
成されたSiO2膜、１２はこのSiO2膜１１上にス
パツタ装着により形成された約7000Åの膜厚を有
する金属配線としての高純度のAl膜であり、こ
の実施例では、Al膜１２に対してたとえば注入
エネルギー150KeV，注入量４×1015cm-2以上の
条件でAl+をイオン注入することにより、配線加
工時にAl膜１２に発生したホイスカを除去する
ことができた。これはホイスカ発生源であるAl
母体内の結晶欠陥の直下にある連続する軸方向を
もつ単結晶源をアモルフアスに変換することで達
成できるものと考えられる。この場合、Alをイ
オン注入不純物として選ぶのは特に電気抵抗の上
昇を防ぐためである。
第２図は上記実施例の効果を確認するための実
験結果の一例を示すもので、同図は第１図に示す
構造のAl膜１２に対しその表面からH+，B+，
P+，Ar+，As+，Al+の不純物を注入エネルギー
150KeV，注入量４×1015cm-2の条件でイオン注
入したときのホイスカの発生の有無を示すもので
ある。この第２図から明らかなように、イオン注
入がP+，Ar+，As+である場合、Al膜１２の表面
から第２図の符号イで示すほぼ800〜2000Åの深
さにイオン注入したときホイスカの発生が生じな
くなる。これらのイオン種をイオン注入すること
は極めて容易であるが、Al膜１２の電気抵抗を
全く変えないホイスカの発生を防止するためには
Al+をイオン注入する方がさらにすぐれている。
ここで取り上げたイオン種の質量を比較すると、
下記の第１表のとおりである。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having multilayer interconnections formed on a semiconductor wafer including devices, and in particular, hillocks and whiskers that occur in metal interconnections made of aluminum (Al) or an aluminum-based alloy. The present invention relates to a method of manufacturing metal interconnects for semiconductor devices that prevents shorts between interconnects due to the occurrence of whiskers. Multilayer wiring technology is essential for increasing the packaging density of semiconductor devices such as LSI. In addition, when performing multilayer wiring, it is difficult to achieve good interlayer insulation unless the hills and whiskers in the underlying wiring are extremely small, approximately 0.1 to 0.5 μm in size. However, in the past, when Al or Al-Cu alloy was used for the underlying wiring, large hills (1 to 2 μm) and whiskers (1.5 to 5 μm) were generated due to thermal history during wiring processing, and these were covered by the insulating film. However, when forming through-holes in the interlayer film, the resist cannot sufficiently cover these small hills, resulting in pinholes and interlayer shoots. The present invention was made in view of these points,
By ion-implanting Al into metal wiring made of Al or an alloy based on Al, it is possible to prevent the formation of hills and whiskers that cause interlayer shorts, and to create good metal wiring without changing electrical conductivity. The purpose is to obtain. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing one embodiment of the present invention. In the figure, 10 is a Si wafer including a device having a PN junction, 11 is an SiO 2 film formed on the Si wafer 10, and 12 is an SiO 2 film formed on the Si wafer 10. This is a high-purity Al film as a metal wiring having a film thickness of about 7000 Å formed on the SiO 2 film 11 by sputtering. By ion-implanting Al + under conditions of ×10 15 cm -2 or more, it was possible to remove whiskers generated in the Al film 12 during wiring processing. This is Al, which is the source of whiskers.
It is thought that this can be achieved by converting a single-crystal source with a continuous axis directly below a crystal defect in the matrix into an amorphous amorphous material. In this case, Al is selected as the ion-implanted impurity especially to prevent an increase in electrical resistance. FIG. 2 shows an example of the experimental results for confirming the effect of the above embodiment. The figure shows an example of the results of an experiment to confirm the effect of the above embodiment.
P + , Ar + , As + , Al + impurity implantation energy
This shows whether whiskers are generated when ions are implanted under the conditions of 150 KeV and an implantation amount of 4×10 15 cm -2 . As is clear from FIG. 2, when the ion implantation is P + , Ar + , As + ion implantation, the ions are implanted from the surface of the Al film 12 to a depth of approximately 800 to 2000 Å as indicated by the symbol A in FIG. 2. Whiskers no longer occur. It is extremely easy to implant these ion species, but in order to prevent the generation of whiskers that do not change the electrical resistance of the Al film 12 at all, it is necessary to
Ion implantation of Al + is even better.
Comparing the masses of the ion species discussed here,
It is as shown in Table 1 below.
【表】
しかして、Al+はP+に近い質量であるため、
150KeV，４×1015cm-2の条件でイオン注入した
とき第２図に示すように、その投影飛程RPは
0.1954μmであり、分布の標準偏差σは0.0610μm
である。そのため、上記Al+はP+の打ち込みによ
りホイスカの発生を防止するのと同様に極めて近
い深さに打ち込むことができる。もちろんAl+の
注入エネルギーを130KeVとすればP+の150KeV
相当の0.1683μmの深さにAl+をイオン注入するこ
とができ、ホイスカの発生を防止することが可能
になる。なお、P+の場合Al膜１２の表面から第
２図の符号ロで示す0.01μm程度のイオン注入を
行つたときにはホイスカが発生した。また、B+
の場合、注入エネルギー150KeV，注入量４×
1015cm-2の条件でイオン注入を行うと、Al膜１２
の膜厚7000Åの表面から第２図の符号ハで示す
4500ÅのところにB+が注入され、この領域でも
ホイスカは発生した。さらに、H+をイオン注入
した場合H+は第２図の符号ニで示すようにAl膜
１２を通過し、この符号ニの領域でもホイスカは
発生した。なお、第２図において、横軸は不純物
イオンを、縦軸は第１図のサンプルに対するAl
膜中に注入されるイオンの投影飛程RPをそれぞ
れ示し、また符号RPおよびσは各不純物イオン
の投影飛程，標準偏差の数値を示している。
上記実施例ではAlの場合について示したが、
本発明はホイスカの発生しやすいAl―Cu合金に
おいてもAlをイオン注入することにより、前述
と同様の効果を得ることができる。
さらには、Al―Si合金を配線に用いる場合、
Al―Si合金中のSi残渣が多層配線間のシヨート
になる位に大きなSi粒となることがあり、また電
気抵抗もAlの１〜２割程度大きくなるという問
題がある。しかし、マイグレーシヨン
（migration）の防止やホイスカが発生しない点
では問題がなくAl―Si合金の方が有利である。
ところが、ヒロツクの点についてはAlとAl―Si
合金を比較すれば熱ストレス試験で特に後者の方
が大きくなり（１〜2μm程度）、良好な多層配線
を達成するための金属とはいえない。このような
Al―Si合金にもAl+をイオン注入することによ
り、ヒロツクの形状を小さくすることができ、こ
れによつて、前述のピンホールの発生を容易に防
止することもできる。
以上説明したように、本発明によれば、Alま
たはそれを母材とする合金よりなる金属配線に
Alをイオン注入することにより、層間シヨート
の原因となるホイスカ，ヒロツクの発生を防止す
ることができるとともに、電気伝導度を変えるこ
となく良好な金属配線を得ることができ、したが
つて、半導体装置の歩留り、信頼性の向上をはか
ることができる効果がある。[Table] However, since Al + has a mass close to P + ,
When ions are implanted under the conditions of 150KeV and 4×10 15 cm -2 , the projected range R P is as shown in Figure 2.
0.1954μm, and the standard deviation σ of the distribution is 0.0610μm
It is. Therefore, Al + can be implanted to a very similar depth in the same way as P + can be implanted to prevent the generation of whiskers. Of course, if the implantation energy of Al + is 130KeV, then P + is 150KeV.
Al + can be ion-implanted to a depth of equivalent to 0.1683 μm, making it possible to prevent the generation of whiskers. In the case of P + , whiskers were generated when ions were implanted to a depth of about 0.01 μm from the surface of the Al film 12 as indicated by the symbol B in FIG. Also, B +
In the case of , implantation energy is 150KeV, implantation amount is 4×
When ion implantation is performed under the condition of 10 15 cm -2 , the Al film 12
From the surface with a film thickness of 7000 Å, it is shown by the symbol C in Figure 2.
B + was injected at 4500 Å, and whiskers were also generated in this region. Further, when H + ions were implanted, the H + passed through the Al film 12 as shown by the symbol D in FIG. 2, and whiskers were also generated in the region indicated by the symbol D. In Figure 2, the horizontal axis represents impurity ions, and the vertical axis represents Al for the sample in Figure 1.
The projected range R P of ions implanted into the film is shown, and the symbols R P and σ represent the projected range and standard deviation of each impurity ion. In the above example, the case of Al was shown, but
According to the present invention, the same effect as described above can be obtained by ion-implanting Al even in an Al--Cu alloy where whiskers are likely to occur. Furthermore, when using Al-Si alloy for wiring,
There is a problem that the Si residue in the Al--Si alloy can become large enough to form Si grains that become shoots between multilayer interconnections, and the electrical resistance is also about 10 to 20% higher than that of Al. However, the Al--Si alloy is more advantageous since it has no problems in terms of preventing migration and not generating whiskers.
However, regarding the Hirotsuk point, Al and Al-Si
Comparing the alloys, the latter is particularly large in thermal stress tests (approximately 1 to 2 μm) and cannot be said to be a metal for achieving good multilayer wiring. like this
By ion-implanting Al + into the Al--Si alloy, the shape of the hillock can be made smaller, and thereby the generation of the pinholes mentioned above can be easily prevented. As explained above, according to the present invention, metal wiring made of Al or an alloy having Al as a base material
By implanting Al ions, it is possible to prevent the generation of whiskers and hills that cause interlayer shorts, and it is also possible to obtain good metal wiring without changing the electrical conductivity. This has the effect of improving yield and reliability.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は本発明の一実施例を示す概略説明図、
第２図は上記実施例の実験結果の一例を示すホイ
スカの発生とイオン注入深さとの関係を示す図で
ある。
１０…Siウエハ、１１…SiO2膜、１２…Al膜。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between whisker generation and ion implantation depth, showing an example of the experimental results of the above embodiment. 10...Si wafer, 11...SiO 2 film, 12...Al film.