JP2937613B2 - 薄膜配線およびその製造方法 - Google Patents
薄膜配線およびその製造方法Info
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
- H03H9/14538—Formation
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W20/00—Interconnections in chips, wafers or substrates
- H10W20/40—Interconnections external to wafers or substrates, e.g. back-end-of-line [BEOL] metallisations or vias connecting to gate electrodes
- H10W20/41—Interconnections external to wafers or substrates, e.g. back-end-of-line [BEOL] metallisations or vias connecting to gate electrodes characterised by their conductive parts
- H10W20/425—Barrier, adhesion or liner layers
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- Acoustics & Sound (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜配線およびその製
造方法に関するものである。
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスやＬＳＩ
等に用いられる金属配線は、エレクトロマイグレーショ
ンやストレスマイグレーション耐性を高めるために、ア
ルミニウム（Ａｌ）にシリコン（Ｓｉ）や銅（Ｃｕ）を
微量添加したり、特にＬＳＩの配線にあたっては、１０
００Å程度の厚さをもつ窒化チタン（ＴｉＮ）あるいは
タングステン（Ｗ）などの高融点金属を下地層とした２
層構造を用いている。
等に用いられる金属配線は、エレクトロマイグレーショ
ンやストレスマイグレーション耐性を高めるために、ア
ルミニウム（Ａｌ）にシリコン（Ｓｉ）や銅（Ｃｕ）を
微量添加したり、特にＬＳＩの配線にあたっては、１０
００Å程度の厚さをもつ窒化チタン（ＴｉＮ）あるいは
タングステン（Ｗ）などの高融点金属を下地層とした２
層構造を用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】高周波帯域のＳＡＷデ
バイスに用いられる配線の膜厚は、ＬＳＩのそれに比べ
ると非常に薄くする必要があり、例えばＧＨｚ帯では５
００Å以下となっている。水晶などのＳＡＷフィルター
用の基板上に直接ＡｌあるいはＡｌ合金をつけた場合、
その膜厚が減少するにしたがい、膜の抵抗が極端に増大
してしまう。これは膜の成長初期段階では、Ａｌが島状
に成長してしまい、膜厚が薄いときにはこの島を核とし
た結晶粒の成長が不十分であることに由来している。
バイスに用いられる配線の膜厚は、ＬＳＩのそれに比べ
ると非常に薄くする必要があり、例えばＧＨｚ帯では５
００Å以下となっている。水晶などのＳＡＷフィルター
用の基板上に直接ＡｌあるいはＡｌ合金をつけた場合、
その膜厚が減少するにしたがい、膜の抵抗が極端に増大
してしまう。これは膜の成長初期段階では、Ａｌが島状
に成長してしまい、膜厚が薄いときにはこの島を核とし
た結晶粒の成長が不十分であることに由来している。
【０００４】一方、ＬＳＩの配線においては、信頼性を
高めるために、ＡｌにＳｉやＣｕを微量添加したＡｌ系
合金を用いるとともに、下地層として１０００Å程度の
ＴｉＮなどの高融点金属を用いているが、このような積
層構造にしてもエレクトロマイグレーションなどに対す
る信頼性は十分とはいえない（例えば、プロシーディン
グ オブ 第２８回 リライアビリティ フィジックス
シンポジウム ２５頁 １９９０）。
高めるために、ＡｌにＳｉやＣｕを微量添加したＡｌ系
合金を用いるとともに、下地層として１０００Å程度の
ＴｉＮなどの高融点金属を用いているが、このような積
層構造にしてもエレクトロマイグレーションなどに対す
る信頼性は十分とはいえない（例えば、プロシーディン
グ オブ 第２８回 リライアビリティ フィジックス
シンポジウム ２５頁 １９９０）。
【０００５】一方、Ａｌは（１１１）配向性の高い膜ほ
どマイグレーション耐性が高いことがすでに知られてい
る（例えば、シン ソリッド フィルムズ 第７５巻
２５３頁 １９８１）。しかし、従来の技術ではＡｌの
（１１１）高配向化は十分ではない（例えば、アプライ
ド フィジックス レターズ 第５４巻 ２４４３頁１
９８９）。
どマイグレーション耐性が高いことがすでに知られてい
る（例えば、シン ソリッド フィルムズ 第７５巻
２５３頁 １９８１）。しかし、従来の技術ではＡｌの
（１１１）高配向化は十分ではない（例えば、アプライ
ド フィジックス レターズ 第５４巻 ２４４３頁１
９８９）。
【０００６】本発明の目的は、ＳＡＷフィルターのよう
な膜厚が数１００Å程度の超薄膜領域においても比抵抗
が低く、かつＬＳＩのような５０００Å以上の膜厚を有
する配線にあたっては、マイグレーション耐性の高いＡ
ｌ配線およびその製造方法を提供することにある。
な膜厚が数１００Å程度の超薄膜領域においても比抵抗
が低く、かつＬＳＩのような５０００Å以上の膜厚を有
する配線にあたっては、マイグレーション耐性の高いＡ
ｌ配線およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による薄膜配線においては、少なくとも膜厚
１Å〜５００Åの下地層と、前記下地層上に形成された
（１１１）配向のアルミニウム（Ａｌ）あるいは（１１
１）配向のＡｌ合金よりなる薄膜とからなり、前記下地
層は合金化反応によりＡｌと金属間化合物あるいは中間
相を生成しうる金属Ｍもしくは金属Ｍを構成元素とする
合金よりなることを特徴とする。
め、本発明による薄膜配線においては、少なくとも膜厚
１Å〜５００Åの下地層と、前記下地層上に形成された
（１１１）配向のアルミニウム（Ａｌ）あるいは（１１
１）配向のＡｌ合金よりなる薄膜とからなり、前記下地
層は合金化反応によりＡｌと金属間化合物あるいは中間
相を生成しうる金属Ｍもしくは金属Ｍを構成元素とする
合金よりなることを特徴とする。
【０００８】また、本発明による薄膜配線においては、
少なくとも膜厚１Å〜５００Åの下地層と、前記下地層
上に形成された（１１１）配向のアルミニウム（Ａｌ）
あるいは（１１１）配向のＡｌ合金よりなる薄膜とから
なり、前記下地層は、合金化反応によりＡｌと金属間化
合物あるいは中間相を生成しうる金属Ｍもしくは金属Ｍ
を構成元素とする合金と、前記薄膜を形成するＡｌもし
くはＡｌ合金との反応によって形成された金属間化合物
あるいは中間相より構成されていることを特徴とする。
少なくとも膜厚１Å〜５００Åの下地層と、前記下地層
上に形成された（１１１）配向のアルミニウム（Ａｌ）
あるいは（１１１）配向のＡｌ合金よりなる薄膜とから
なり、前記下地層は、合金化反応によりＡｌと金属間化
合物あるいは中間相を生成しうる金属Ｍもしくは金属Ｍ
を構成元素とする合金と、前記薄膜を形成するＡｌもし
くはＡｌ合金との反応によって形成された金属間化合物
あるいは中間相より構成されていることを特徴とする。
【０００９】また、本発明による薄膜配線においては、
少なくとも膜厚１Å〜５００Åの下地層と、前記下地層
上に形成された（１１１）配向のアルミニウム（Ａｌ）
あるいは（１１１）配向のＡｌ合金よりなる薄膜とから
なり、前記下地層は、合金化反応によりＡｌと金属間化
合物あるいは中間相を生成しうる金属Ｍもしくは金属Ｍ
を構成元素とする合金よりなる第１の層と、前記薄膜を
形成するＡｌもしくはＡｌ合金との反応によって形成さ
れた金属間化合物あるいは中間相よりなる第２の層より
構成されていることを特徴とする。
少なくとも膜厚１Å〜５００Åの下地層と、前記下地層
上に形成された（１１１）配向のアルミニウム（Ａｌ）
あるいは（１１１）配向のＡｌ合金よりなる薄膜とから
なり、前記下地層は、合金化反応によりＡｌと金属間化
合物あるいは中間相を生成しうる金属Ｍもしくは金属Ｍ
を構成元素とする合金よりなる第１の層と、前記薄膜を
形成するＡｌもしくはＡｌ合金との反応によって形成さ
れた金属間化合物あるいは中間相よりなる第２の層より
構成されていることを特徴とする。
【００１０】ここで金属Ｍとしては、バナジウム
（Ｖ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎ
ｉ），イットリウム（Ｙ）より選ばれた少なくとも１種
より選ばれる。下地層が金属Ｍもしくは金属Ｍを構成元
素とする合金よりなる場合には、金属Ｍとして銅（Ｃ
ｕ），クロム（Ｃｒ）も選択肢に加えられる。
（Ｖ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎ
ｉ），イットリウム（Ｙ）より選ばれた少なくとも１種
より選ばれる。下地層が金属Ｍもしくは金属Ｍを構成元
素とする合金よりなる場合には、金属Ｍとして銅（Ｃ
ｕ），クロム（Ｃｒ）も選択肢に加えられる。
【００１１】また、本発明による薄膜配線の製造方法に
おいては、基板上に１Å〜５００Åの、合金化反応によ
りＡｌと金属間化合物あるいは中間相を生成しうる金属
Ｍもしくは金属Ｍを構成元素とする合成を堆積させ、そ
の上にＡｌないしＡｌ合金薄膜を堆積し、前記金属Ｍの
少なくとも一部とＡｌとを合金化反応させて前記Ａｌな
いしＡｌ合金薄膜下に金属下地層を形成することを特徴
とする。
おいては、基板上に１Å〜５００Åの、合金化反応によ
りＡｌと金属間化合物あるいは中間相を生成しうる金属
Ｍもしくは金属Ｍを構成元素とする合成を堆積させ、そ
の上にＡｌないしＡｌ合金薄膜を堆積し、前記金属Ｍの
少なくとも一部とＡｌとを合金化反応させて前記Ａｌな
いしＡｌ合金薄膜下に金属下地層を形成することを特徴
とする。
【００１２】また、本発明による薄膜配線の製造方法に
おいては、基板上に合金化反応によりＡｌと金属間化合
物あるいは中間相を生成しうる金属Ｍもしくは金属Ｍを
構成元素とする合金とＡｌあるいはＡｌ合金を同時に堆
積し、その上にＡｌないしＡｌ合金薄膜を堆積し、前記
金属とＡｌとを合金化反応させて前記ＡｌないしＡｌ合
金薄膜下に金属下地層を形成することを特徴とする。
おいては、基板上に合金化反応によりＡｌと金属間化合
物あるいは中間相を生成しうる金属Ｍもしくは金属Ｍを
構成元素とする合金とＡｌあるいはＡｌ合金を同時に堆
積し、その上にＡｌないしＡｌ合金薄膜を堆積し、前記
金属とＡｌとを合金化反応させて前記ＡｌないしＡｌ合
金薄膜下に金属下地層を形成することを特徴とする。
【００１３】また、本発明による薄膜配線の製造方法に
おいては、二層膜を作製後、アニールするものである。
おいては、二層膜を作製後、アニールするものである。
【００１４】
【作用】Ａｌと金属間化合物ないし中間相を生成すると
きの生成熱が正であることを満たす金属を１〜５００Å
の膜厚で下地層として堆積した後、この下地層上にＡｌ
ないしＡｌ合金薄膜を堆積すると、ＡｌないしＡｌ合金
薄膜は（１１１）配向性が極端に強くなる。これはＡｌ
と反応性の高い金属が下地にあると、成長初期にＡｌが
Ａｌ同士で結合して島状成長をするよりも平に成長した
ほうがエネルギーの点で有利になるためである。平に成
長するＡｌはＡｌの表面エネルギーの最も小さくなるＡ
ｌ（１１１）が配向した一軸配向膜となる。この成長様
式は例えＡｌの膜厚が大きくなっても変わらない。
きの生成熱が正であることを満たす金属を１〜５００Å
の膜厚で下地層として堆積した後、この下地層上にＡｌ
ないしＡｌ合金薄膜を堆積すると、ＡｌないしＡｌ合金
薄膜は（１１１）配向性が極端に強くなる。これはＡｌ
と反応性の高い金属が下地にあると、成長初期にＡｌが
Ａｌ同士で結合して島状成長をするよりも平に成長した
ほうがエネルギーの点で有利になるためである。平に成
長するＡｌはＡｌの表面エネルギーの最も小さくなるＡ
ｌ（１１１）が配向した一軸配向膜となる。この成長様
式は例えＡｌの膜厚が大きくなっても変わらない。
【００１５】このとき、下地金属膜と上部のＡｌ層とが
界面で金属間化合物ないし中間相を作る場合もあるが、
作らない場合もある。どちらの場合でもＡｌは（１１
１）配向となる。また、上に述べたようなＡｌの成長
は、まずはじめに、Ａｌと金属間化合物ないし中間相を
生成するときの生成熱が正であることを満たす金属とＡ
ｌとを同時に堆積し、これを下地層とした後に、Ａｌを
堆積した場合でも同様である。
界面で金属間化合物ないし中間相を作る場合もあるが、
作らない場合もある。どちらの場合でもＡｌは（１１
１）配向となる。また、上に述べたようなＡｌの成長
は、まずはじめに、Ａｌと金属間化合物ないし中間相を
生成するときの生成熱が正であることを満たす金属とＡ
ｌとを同時に堆積し、これを下地層とした後に、Ａｌを
堆積した場合でも同様である。
【００１６】Ａｌの膜厚が薄い領域であっても島状成長
が起こらないので、高周波帯用のＳＡＷフィルターに要
求されるような超薄膜の配線においてさえ、配線の抵抗
値が大きくなるということはない。またＡｌ（１１１）
の配向性が極めて強いため、マイグレーション耐性が向
上する。
が起こらないので、高周波帯用のＳＡＷフィルターに要
求されるような超薄膜の配線においてさえ、配線の抵抗
値が大きくなるということはない。またＡｌ（１１１）
の配向性が極めて強いため、マイグレーション耐性が向
上する。
【００１７】下地金属が１Å未満では、下地金属が基板
面を完全に覆うことができないので、Ａｌの島状成長を
引き起こし、（１１１）の配向性が低下してしまう。ま
た、その膜厚が５００Åを越えると下地層の表面に凹凸
が現れてその上のＡｌ（１１１）の配向性は、やはり低
下する。つまり下地層の膜厚が１Å以上５００Å以下で
なければこの効果は現れない。
面を完全に覆うことができないので、Ａｌの島状成長を
引き起こし、（１１１）の配向性が低下してしまう。ま
た、その膜厚が５００Åを越えると下地層の表面に凹凸
が現れてその上のＡｌ（１１１）の配向性は、やはり低
下する。つまり下地層の膜厚が１Å以上５００Å以下で
なければこの効果は現れない。
【００１８】また、上記の生成熱が負の金属あるいは該
金属とＡｌとからなる合金を下地層とした場合には、Ａ
ｌとの反応性が低いためＡｌの島状成長を引き起こし、
上述したような下地層の効果は現れない。
金属とＡｌとからなる合金を下地層とした場合には、Ａ
ｌとの反応性が低いためＡｌの島状成長を引き起こし、
上述したような下地層の効果は現れない。
【００１９】なお、この（１１１）の配向した二層膜を
アニールすることにより、Ａｌ層内の格子欠陥を減少さ
せ、表面の平坦性を増し、配向性をさらに高めることが
できる。その結果、アニール以前よりも抵抗値が低く、
また、マイグレーション耐性をさらに向上させることが
できる。
アニールすることにより、Ａｌ層内の格子欠陥を減少さ
せ、表面の平坦性を増し、配向性をさらに高めることが
できる。その結果、アニール以前よりも抵抗値が低く、
また、マイグレーション耐性をさらに向上させることが
できる。
【００２０】
【実施例】以下に本発明について参考例・実施例により
説明する。
説明する。
【００２１】図１および図２は、本発明による薄膜配線
の断面模式図である。図１では、基板１上にチタン（Ｔ
ｉ），クロム（Ｃｒ），バナジウム（Ｖ），鉄（Ｆ
ｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃ
ｕ），イットリウム（Ｙ）などＡｌと金属間化合物ない
し中間相を形成する際の生成熱が正である金属ないし該
金属を構成要素とする合金が下地層２として堆積され、
この下地層２上に、（１１１）配向を有するＡｌあるい
はシリコン（Ｓｉ），銅（Ｃｕ）などを微量添加したＡ
ｌ合金薄膜３が堆積されている。
の断面模式図である。図１では、基板１上にチタン（Ｔ
ｉ），クロム（Ｃｒ），バナジウム（Ｖ），鉄（Ｆ
ｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃ
ｕ），イットリウム（Ｙ）などＡｌと金属間化合物ない
し中間相を形成する際の生成熱が正である金属ないし該
金属を構成要素とする合金が下地層２として堆積され、
この下地層２上に、（１１１）配向を有するＡｌあるい
はシリコン（Ｓｉ），銅（Ｃｕ）などを微量添加したＡ
ｌ合金薄膜３が堆積されている。
【００２２】図２では、Ａｌと金属Ｍ（Ａｌと金属間化
合物を生成する際の生成熱が正である金属ないし該金属
を構成要素とする合金）からなる合金で、その生成熱が
正である金属間化合物または中間相の下地層２′が堆積
され、この下地層２′上に、（１１１）配向を有するＡ
ｌあるいはＳｉ，Ｃｕなどを微量添加したＡｌ合金薄膜
３が堆積されている。
合物を生成する際の生成熱が正である金属ないし該金属
を構成要素とする合金）からなる合金で、その生成熱が
正である金属間化合物または中間相の下地層２′が堆積
され、この下地層２′上に、（１１１）配向を有するＡ
ｌあるいはＳｉ，Ｃｕなどを微量添加したＡｌ合金薄膜
３が堆積されている。
【００２３】まず、二元イオンビームスパッタ装置を用
いて行った実施例について説明する。イオンビームスパ
ッタ装置は、２つのイオンビームソース，基板，Ａｌあ
るいはＡｌ合金のターゲットならびに下地層に用いる金
属（参考例としてチタン）のターゲット、２つのターゲ
ットから飛び出したスパッタ粒子束の開閉を行うための
シャッター、膜厚をモニターするための水晶振動子膜厚
計、基板上に作製した膜の表面構造評価を行うための反
射高速電子線回折用の電子銃および蛍光スクリーンより
構成されている。
いて行った実施例について説明する。イオンビームスパ
ッタ装置は、２つのイオンビームソース，基板，Ａｌあ
るいはＡｌ合金のターゲットならびに下地層に用いる金
属（参考例としてチタン）のターゲット、２つのターゲ
ットから飛び出したスパッタ粒子束の開閉を行うための
シャッター、膜厚をモニターするための水晶振動子膜厚
計、基板上に作製した膜の表面構造評価を行うための反
射高速電子線回折用の電子銃および蛍光スクリーンより
構成されている。
【００２４】ゲートバルブを通してクライオポンプによ
り真空排気される。スパッタガスとしては、アルゴンガ
スを用いた。１×１０-7Ｔｏｒｒまで排気した後、アル
ゴン圧２×１０-4Ｔｏｒｒとしてスパッタを行った。
り真空排気される。スパッタガスとしては、アルゴンガ
スを用いた。１×１０-7Ｔｏｒｒまで排気した後、アル
ゴン圧２×１０-4Ｔｏｒｒとしてスパッタを行った。
【００２５】膜厚が１０Åのチタン（Ｔｉ）を下地層と
して、この下地上にＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ合金を１
５０Å堆積した場合と、単にＡｌ合金膜を１５０Å直接
堆積させた場合とで、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥ
Ｄ）とＡｌ（１１１）のＸ線回折（ＸＲＤ）を行った。
して、この下地上にＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ合金を１
５０Å堆積した場合と、単にＡｌ合金膜を１５０Å直接
堆積させた場合とで、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥ
Ｄ）とＡｌ（１１１）のＸ線回折（ＸＲＤ）を行った。
【００２６】試料は、室温の水晶基板上に作製した。チ
タン下地層を入れないＡｌ合金膜は多結晶であるのに対
し、チタン下地層を入れた場合には、Ａｌの［１１１］
結晶軸が水晶基板上に垂直にそろった（１１１）配向と
なっていることがＲＨＥＥＤにより確かめられた。
タン下地層を入れないＡｌ合金膜は多結晶であるのに対
し、チタン下地層を入れた場合には、Ａｌの［１１１］
結晶軸が水晶基板上に垂直にそろった（１１１）配向と
なっていることがＲＨＥＥＤにより確かめられた。
【００２７】Ａｌ（１１１）のＸ線回折強度の比較を図
３に示す。図３からわかるようにチタン下地上のＡｌ合
金薄膜の配向度は、チタン下地がない場合に比べ極端に
向上する。オージェ電子分光により膜の組成分析を行っ
たところ、下地層に相当した部分は、ＡｌとＴｉが完全
に反応し、金属間化合物ＡｌＴｉが形成されているこ
と、またこの金属間化合物層上のＡｌ合金膜にはＴｉの
拡散は認められなかったことが確認された。
３に示す。図３からわかるようにチタン下地上のＡｌ合
金薄膜の配向度は、チタン下地がない場合に比べ極端に
向上する。オージェ電子分光により膜の組成分析を行っ
たところ、下地層に相当した部分は、ＡｌとＴｉが完全
に反応し、金属間化合物ＡｌＴｉが形成されているこ
と、またこの金属間化合物層上のＡｌ合金膜にはＴｉの
拡散は認められなかったことが確認された。
【００２８】Ａｌと反応性の高い金属が下地にあると、
成長初期にＡｌがＡｌ同士で結合して島状成長をするよ
りも平に成長したほうがエネルギーの点で有利になるた
め、１５０Åというような超薄膜領域においてさえ島状
成長することはなく、Ａｌの最稠密面である（１１１）
が成長する。このために、Ｔｉ下地層がない場合に比
べ、Ｔｉ下地層を有するＡｌ膜では膜の比抵抗は小さく
なる。例えば、水晶基板上にＴｉ下地層を入れずに作製
した１５０ÅのＡｌ膜では比抵抗が４．５μΩ・ｃｍだ
ったのに対し、１０ÅのＴｉ下地層を入れた同じ膜厚の
Ａｌ膜では比抵抗は３．８μΩ・ｃｍであった。
成長初期にＡｌがＡｌ同士で結合して島状成長をするよ
りも平に成長したほうがエネルギーの点で有利になるた
め、１５０Åというような超薄膜領域においてさえ島状
成長することはなく、Ａｌの最稠密面である（１１１）
が成長する。このために、Ｔｉ下地層がない場合に比
べ、Ｔｉ下地層を有するＡｌ膜では膜の比抵抗は小さく
なる。例えば、水晶基板上にＴｉ下地層を入れずに作製
した１５０ÅのＡｌ膜では比抵抗が４．５μΩ・ｃｍだ
ったのに対し、１０ÅのＴｉ下地層を入れた同じ膜厚の
Ａｌ膜では比抵抗は３．８μΩ・ｃｍであった。
【００２９】次に二層膜のアニールによる効果を調べる
ため、上で作製したＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ（１５０
Å）／Ｔｉ（１０Å）という構造の膜を１×１０-7Ｔｏ
ｒｒの真空中に２００℃で一時間アニールを行った。ア
ニール前後のＡｌ（１１１）のＸ旋回折強度の比較を図
４に示す。この図からわかるようにチタン下地上のＡｌ
合金膜の配向度は、アニールにより明らかに向上する。
また、比抵抗も二層膜のアニール前が３．８μΩ・ｃｍ
であったのに対し、アニール後は３．２μΩ・ｃｍと低
下した。
ため、上で作製したＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ（１５０
Å）／Ｔｉ（１０Å）という構造の膜を１×１０-7Ｔｏ
ｒｒの真空中に２００℃で一時間アニールを行った。ア
ニール前後のＡｌ（１１１）のＸ旋回折強度の比較を図
４に示す。この図からわかるようにチタン下地上のＡｌ
合金膜の配向度は、アニールにより明らかに向上する。
また、比抵抗も二層膜のアニール前が３．８μΩ・ｃｍ
であったのに対し、アニール後は３．２μΩ・ｃｍと低
下した。
【００３０】さらにアニール時間と温度について詳しく
調査した。前述の水晶基板上に作製したＡｌ−０．５ｗ
ｔ．％Ｃｕ（１５０Å）／Ｔｉ（１０Å）について、ま
ずＡｒ雰囲気中でアニール温度２００℃で５分から２時
間までアニール時間を変えて比抵抗の変化を見た。結果
を図５に示す。１０分以上のアニール時間で抵抗値は下
がり、一定値となる。また、次にアニール時間を１時間
とし、アニール温度を５０℃から５００℃まで変えてア
ニール前後の比抵抗を調べた。結果を図６に示す。
調査した。前述の水晶基板上に作製したＡｌ−０．５ｗ
ｔ．％Ｃｕ（１５０Å）／Ｔｉ（１０Å）について、ま
ずＡｒ雰囲気中でアニール温度２００℃で５分から２時
間までアニール時間を変えて比抵抗の変化を見た。結果
を図５に示す。１０分以上のアニール時間で抵抗値は下
がり、一定値となる。また、次にアニール時間を１時間
とし、アニール温度を５０℃から５００℃まで変えてア
ニール前後の比抵抗を調べた。結果を図６に示す。
【００３１】アニール温度１００℃以上で抵抗値が下が
る。次にＴｉの厚さを変えＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ
（１５０Å）／Ｔｉ（１００Å）について、同様の実験
を行った。この結果を図７に示す。この場合は、アニー
ル温度を４５０℃以上とすると下地のＴｉ層が上のＡｌ
合金装置と拡散を起こし、比抵抗が上がってしまうこと
がわかる。
る。次にＴｉの厚さを変えＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ
（１５０Å）／Ｔｉ（１００Å）について、同様の実験
を行った。この結果を図７に示す。この場合は、アニー
ル温度を４５０℃以上とすると下地のＴｉ層が上のＡｌ
合金装置と拡散を起こし、比抵抗が上がってしまうこと
がわかる。
【００３２】次にＴｉ下地層の膜厚を変えた場合の効果
を調べるために、Ｔｉの膜厚を０．５〜１０００Åの範
囲で変え、この下地上に膜厚が３００ÅのＡｌ−０．５
ｗｔ．％Ｃｕ膜を堆積させた場合の膜比抵抗、および、
３００Å，１μｍのＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ膜のＡｌ
（１１１）ピークのロッキングカーブの半値幅（Δθ）
を調べてエレクトロマイグレーション試験を行った。
を調べるために、Ｔｉの膜厚を０．５〜１０００Åの範
囲で変え、この下地上に膜厚が３００ÅのＡｌ−０．５
ｗｔ．％Ｃｕ膜を堆積させた場合の膜比抵抗、および、
３００Å，１μｍのＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ膜のＡｌ
（１１１）ピークのロッキングカーブの半値幅（Δθ）
を調べてエレクトロマイグレーション試験を行った。
【００３３】さらに、Ｔｉ下地層の膜厚を変えた場合の
アニールの効果を調べるために、上記試料のそれぞれに
ついてアニール前後でどのような変化が起こるか実験を
行った。これらの結果をそれぞれ図８，図９，表１に示
す。
アニールの効果を調べるために、上記試料のそれぞれに
ついてアニール前後でどのような変化が起こるか実験を
行った。これらの結果をそれぞれ図８，図９，表１に示
す。
【００３４】基板としては、熱酸化膜をつけたシリコン
（１００）を用い、基板温度は１００℃とした。なお比
較例としてＴｉ下地層をつけない場合についても調べ
た。アニール温度は２５０℃，，アニール時間は２時間
とした。
（１００）を用い、基板温度は１００℃とした。なお比
較例としてＴｉ下地層をつけない場合についても調べ
た。アニール温度は２５０℃，，アニール時間は２時間
とした。
【００３５】またエレクトロマイグレーション試験は、
電流の流れる部分の全長が２ｃｍ，ライン幅が１．０μ
ｍ，ライン間の間隔が２．０μｍであるようなテストパ
ターンを用いて行った。温度２５０℃，電流密度２．０
×１０6Ａ／ｃｍ-2という条件でそれぞれ１００個の試
料で試験を行い、試料の５０％が断線するまでにどれだ
けの時間がかかったかを調べた。
電流の流れる部分の全長が２ｃｍ，ライン幅が１．０μ
ｍ，ライン間の間隔が２．０μｍであるようなテストパ
ターンを用いて行った。温度２５０℃，電流密度２．０
×１０6Ａ／ｃｍ-2という条件でそれぞれ１００個の試
料で試験を行い、試料の５０％が断線するまでにどれだ
けの時間がかかったかを調べた。
【００３６】
【表１】
【００３７】以上の結果から、チタン下地層の膜厚が１
Å〜５００Åの範囲にあるとき、３００Åの膜の比抵抗
が極端に低くなること、また、一般に膜が厚いほどＡｌ
（１１１）の配向性は高くエレクトロマイグレーション
耐性は大きくなるのだが、チタン下地層の膜厚が１Å〜
５００Åの範囲にあるとき、３００Åの場合でも１μｍ
の場合でも下地層がなかったときに比べてＡｌ（１１
１）の配向性が極めて高く、かつ、エレクトロマイグレ
ーション耐性が極端に大きくなることがわかる。
Å〜５００Åの範囲にあるとき、３００Åの膜の比抵抗
が極端に低くなること、また、一般に膜が厚いほどＡｌ
（１１１）の配向性は高くエレクトロマイグレーション
耐性は大きくなるのだが、チタン下地層の膜厚が１Å〜
５００Åの範囲にあるとき、３００Åの場合でも１μｍ
の場合でも下地層がなかったときに比べてＡｌ（１１
１）の配向性が極めて高く、かつ、エレクトロマイグレ
ーション耐性が極端に大きくなることがわかる。
【００３８】また、チタン下地層の膜厚が１Å〜５００
Åの範囲にあるとき、アニールによる低抵抗化ならびに
信頼性の向上が顕著に現れることがわかった。
Åの範囲にあるとき、アニールによる低抵抗化ならびに
信頼性の向上が顕著に現れることがわかった。
【００３９】また、チタン下地層の膜厚が１Å〜５００
Åの範囲にあるとき、Ａｌ合金層が３００Åの場合でも
１μｍの場合でもアニールをしなかったときに比べてＡ
ｌ（１１１）の配向性が極めて高く、エレクトロマイグ
レーション耐性が極端に大きくなることがわかった。
Åの範囲にあるとき、Ａｌ合金層が３００Åの場合でも
１μｍの場合でもアニールをしなかったときに比べてＡ
ｌ（１１１）の配向性が極めて高く、エレクトロマイグ
レーション耐性が極端に大きくなることがわかった。
【００４０】上に述べた参考例では、下地に用いたチタ
ンとＡｌとが反応し、安定なＡｌＴｉの組成比で表され
る金属間化合物ができ、その上に堆積したＡｌあるいは
Ａｌ合金薄膜が平に成長し、その上に配向性が高い膜が
できていることがわかった。そこで、Ａｌと反応を起こ
して金属間化合物または中間相を作る金属およびそれら
を構成要素とする合金を下地とした場合の効果を調べ
た。
ンとＡｌとが反応し、安定なＡｌＴｉの組成比で表され
る金属間化合物ができ、その上に堆積したＡｌあるいは
Ａｌ合金薄膜が平に成長し、その上に配向性が高い膜が
できていることがわかった。そこで、Ａｌと反応を起こ
して金属間化合物または中間相を作る金属およびそれら
を構成要素とする合金を下地とした場合の効果を調べ
た。
【００４１】本実施例では、下地金属をいろいろ変える
必要があるため、少量のインゴットで膜形成が行える真
空蒸着装置を用いた。本実施例に用いた真空蒸着装置
は、Ａｌ（あるいはＡｌ合金）ならびに下地層に用いる
金属を充填した電子ビーム蒸着源、２つの蒸着源からの
分子線束の開閉を行うためのシャッター，膜厚をモニタ
ーするための水晶振動子膜厚計，基板上に作製した膜の
表面構造評価を行うための反射高速電子線回折用の電子
銃および蛍光スクリーンより構成されている。
必要があるため、少量のインゴットで膜形成が行える真
空蒸着装置を用いた。本実施例に用いた真空蒸着装置
は、Ａｌ（あるいはＡｌ合金）ならびに下地層に用いる
金属を充填した電子ビーム蒸着源、２つの蒸着源からの
分子線束の開閉を行うためのシャッター，膜厚をモニタ
ーするための水晶振動子膜厚計，基板上に作製した膜の
表面構造評価を行うための反射高速電子線回折用の電子
銃および蛍光スクリーンより構成されている。
【００４２】ゲートバルブを通してターボ分子ポンプに
より真空排気し、１×１０-7Ｔｏｒｒまで真空排気した
後、蒸着を行った。蒸着時の真空度は１〜８×１０-6Ｔ
ｏｒｒであった。
より真空排気し、１×１０-7Ｔｏｒｒまで真空排気した
後、蒸着を行った。蒸着時の真空度は１〜８×１０-6Ｔ
ｏｒｒであった。
【００４３】バナジウム（Ｖ），鉄（Ｆｅ），コバルト
（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），イットリウ
ム（Ｙ），クロム（Ｃｒ），亜鉛（Ｚｎ）の８種の金属
およびＦｅ20Ｎｉ80（Ｆｅ２０％，Ｎｉ８０％合金），
Ｔｉ50Ｖ50，Ｃｏ90Ｎｉ10の３種の合金を膜厚１０Åで
ＬｉＮｂＯ3基板上に、基板温度室温で蒸着し、この下
地層上にＡｌを３００Å堆積した。
（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），イットリウ
ム（Ｙ），クロム（Ｃｒ），亜鉛（Ｚｎ）の８種の金属
およびＦｅ20Ｎｉ80（Ｆｅ２０％，Ｎｉ８０％合金），
Ｔｉ50Ｖ50，Ｃｏ90Ｎｉ10の３種の合金を膜厚１０Åで
ＬｉＮｂＯ3基板上に、基板温度室温で蒸着し、この下
地層上にＡｌを３００Å堆積した。
【００４４】このときの膜の比抵抗，Ａｌ（１１１）の
ロッキングカーブの半値幅（Δθ）、エレクトロマイグ
レーション耐性（上述した５０％のサンプルが断線に至
るまでの時間）、およびオージェ電子分光により求めた
下地膜の金属間化合物または中間相の組成ならびにその
生成エネルギーの文献値を表２に示す。なお表２には比
較のため、下地金属膜のない場合についても結果を示し
た。
ロッキングカーブの半値幅（Δθ）、エレクトロマイグ
レーション耐性（上述した５０％のサンプルが断線に至
るまでの時間）、およびオージェ電子分光により求めた
下地膜の金属間化合物または中間相の組成ならびにその
生成エネルギーの文献値を表２に示す。なお表２には比
較のため、下地金属膜のない場合についても結果を示し
た。
【００４５】
【表２】
【００４６】表２より明らかなように、バナジウム，
鉄，コバルト，ニッケル，銅，イットリウム，クロムな
いしこれらを構成要素とする合金は、Ａｌとの金属間化
合物または中間相が形成されるときの生成熱が正である
金属であり、これらの金属ないしこれらの金属を構成要
素とする合金を下地とした場合、膜の比抵抗が低く、Ａ
ｌ（１１１）の配向性が極めて良く、かつ、エレクトロ
マイグレーション耐性に優れたＡｌ膜となることがわか
る。
鉄，コバルト，ニッケル，銅，イットリウム，クロムな
いしこれらを構成要素とする合金は、Ａｌとの金属間化
合物または中間相が形成されるときの生成熱が正である
金属であり、これらの金属ないしこれらの金属を構成要
素とする合金を下地とした場合、膜の比抵抗が低く、Ａ
ｌ（１１１）の配向性が極めて良く、かつ、エレクトロ
マイグレーション耐性に優れたＡｌ膜となることがわか
る。
【００４７】また、必ずしも金属間化合物ないし中間相
が下地層とＡｌ層との間にできていなければならないと
いうことはなく、Ｃｕ下地層あるいはＣｒ下地層の場合
には金属間化合物ないし中間相は生成していなかった
が、生成したものと比べて同様の下地層による効果が現
れた。
が下地層とＡｌ層との間にできていなければならないと
いうことはなく、Ｃｕ下地層あるいはＣｒ下地層の場合
には金属間化合物ないし中間相は生成していなかった
が、生成したものと比べて同様の下地層による効果が現
れた。
【００４８】これに対して亜鉛ではＡｌとの金属間化合
物または中間相が形成されるときの生成熱が正ではな
く、そのためにＡｌはＡｌ同士で結合したほうがエネル
ギーの面で有利となり、Ａｌは成長初期に島状成長して
しまう。そのため亜鉛下地の膜厚にかかわらず、チタ
ン，コバルト，イットリウム等で見られたような比抵抗
の減少，Ａｌ（１１１）配向性の向上，エレクトロマイ
グレーション耐性の向上は観察されなかった。
物または中間相が形成されるときの生成熱が正ではな
く、そのためにＡｌはＡｌ同士で結合したほうがエネル
ギーの面で有利となり、Ａｌは成長初期に島状成長して
しまう。そのため亜鉛下地の膜厚にかかわらず、チタ
ン，コバルト，イットリウム等で見られたような比抵抗
の減少，Ａｌ（１１１）配向性の向上，エレクトロマイ
グレーション耐性の向上は観察されなかった。
【００４９】次にこれらの試料についてのアニールの効
果を調べるため、上記試料作製後に窒素雰囲気中３００
℃で一時間アニールを行い、アニール前後の膜の比抵
抗、Ａｌ（１１１）のロッキングカーブの半値幅（Δ
θ）、エレクトロマイグレーション耐性（上述した５０
％のサンプルが断線に至るまでの時間）を調べた。結果
を表３に記す。
果を調べるため、上記試料作製後に窒素雰囲気中３００
℃で一時間アニールを行い、アニール前後の膜の比抵
抗、Ａｌ（１１１）のロッキングカーブの半値幅（Δ
θ）、エレクトロマイグレーション耐性（上述した５０
％のサンプルが断線に至るまでの時間）を調べた。結果
を表３に記す。
【００５０】
【表３】
【００５１】以上の結果から、下地層による効果が現れ
る試料に限り、アニールによる比抵抗の減少，（１１
１）配向性の向上，エレクトロマイグレーション耐性の
向上という効果が現れることがわかった。
る試料に限り、アニールによる比抵抗の減少，（１１
１）配向性の向上，エレクトロマイグレーション耐性の
向上という効果が現れることがわかった。
【００５２】なお、それぞれの金属下地，バナジウム
（Ｖ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎ
ｉ），銅（Ｃｕ），イットリウム（Ｙ），クロム（Ｃ
ｒ），亜鉛（Ｚｎ）の８種の金属及びＦｅ20Ｎｉ80（Ｆ
ｅ２０％，Ｎｉ８０％合金），Ｔｉ50Ｖ50，Ｃｏ90Ｎｉ
10の３種の合金について、下地層の膜厚を０．５Å〜１
０００Åまで変えて下地膜厚依存性を調べる実験を行っ
た。
（Ｖ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎ
ｉ），銅（Ｃｕ），イットリウム（Ｙ），クロム（Ｃ
ｒ），亜鉛（Ｚｎ）の８種の金属及びＦｅ20Ｎｉ80（Ｆ
ｅ２０％，Ｎｉ８０％合金），Ｔｉ50Ｖ50，Ｃｏ90Ｎｉ
10の３種の合金について、下地層の膜厚を０．５Å〜１
０００Åまで変えて下地膜厚依存性を調べる実験を行っ
た。
【００５３】比抵抗の減少，Ａｌ（１１１）配向性の向
上，エレクトロマイグレーション耐性の向上という効
果、あるいはアニールによる効果が見られた下地層の膜
厚の範囲は、下地層にどの金属を用いるかにはほとんど
よらず、１〜５００Åで一定であった。ただし、Ｃｕと
Ｃｒは例外的でＣｕについては１〜３０Å，Ｃｒは１〜
５０Åの範囲で効果が現れた。また、どの膜厚において
もＺｎを下地にした場合には下地層による効果は現れな
かった。
上，エレクトロマイグレーション耐性の向上という効
果、あるいはアニールによる効果が見られた下地層の膜
厚の範囲は、下地層にどの金属を用いるかにはほとんど
よらず、１〜５００Åで一定であった。ただし、Ｃｕと
Ｃｒは例外的でＣｕについては１〜３０Å，Ｃｒは１〜
５０Åの範囲で効果が現れた。また、どの膜厚において
もＺｎを下地にした場合には下地層による効果は現れな
かった。
【００５４】以上の実施例については、下地層として単
体金属Ｍないしこれらの合金を用いたが、この金属Ｍな
いしこれらの合金とＡｌを同時に堆積させて下地層とし
た場合について以下に説明する。成膜方法として二元の
マグネトロンスパッタ装置を用い、下地金属層をアルミ
ニウムとコバルトの組成比が０：１００〜１００：０ま
で変化させた実施例について述べる。
体金属Ｍないしこれらの合金を用いたが、この金属Ｍな
いしこれらの合金とＡｌを同時に堆積させて下地層とし
た場合について以下に説明する。成膜方法として二元の
マグネトロンスパッタ装置を用い、下地金属層をアルミ
ニウムとコバルトの組成比が０：１００〜１００：０ま
で変化させた実施例について述べる。
【００５５】本実施例に用いたマグネトロクスパッタ装
置は、それぞれ磁石上においたＡｌ−２．０ｗｔ．％Ｓ
ｉ合金とＣｏのターゲット，基板，基板とターゲットの
間に設けられたシャッター，膜厚をモニターするための
水晶振動子膜厚計より構成されている。ゲートバルブを
通してクライオポンプにより真空排気する。スパッタガ
スとしては、アルゴンガスを用いた。
置は、それぞれ磁石上においたＡｌ−２．０ｗｔ．％Ｓ
ｉ合金とＣｏのターゲット，基板，基板とターゲットの
間に設けられたシャッター，膜厚をモニターするための
水晶振動子膜厚計より構成されている。ゲートバルブを
通してクライオポンプにより真空排気する。スパッタガ
スとしては、アルゴンガスを用いた。
【００５６】１×１０-7Ｔｏｒｒまで排気した後、３〜
７ｍＴｏｒｒのアルゴン圧でスパッタを行った。コバル
トとアルミニウムとの組成比が原子量％（ａｔ％）で
０：１００〜１００：０となるように、２つのスパッタ
ガンのパワーを調整し、基板温度３００℃でガラス基板
上に０．５〜１０００ÅのＡｌ合金を形成した。その後
に１×１０-4Ｔｏｒｒの真空中で２００℃で３０分間ア
ニールを行った。
７ｍＴｏｒｒのアルゴン圧でスパッタを行った。コバル
トとアルミニウムとの組成比が原子量％（ａｔ％）で
０：１００〜１００：０となるように、２つのスパッタ
ガンのパワーを調整し、基板温度３００℃でガラス基板
上に０．５〜１０００ÅのＡｌ合金を形成した。その後
に１×１０-4Ｔｏｒｒの真空中で２００℃で３０分間ア
ニールを行った。
【００５７】まず、コバルトとアルミニウムの比を１：
１に固定し、このＣｏ−Ａｌ合金下地の厚さを０．５〜
１０００Åと変化させた場合についてのＡｌ−２．０ｗ
ｔ％Ｓｉの膜厚が３００Åの場合の膜比抵抗、および、
３００Å，１μｍの場合のＡｌ（１１１）ピークのアニ
ール前後のロッキングカーブの半値幅（Δθ）とエレク
トロマイグレーション試験の結果をそれぞれ図１０，図
１１，表４に示す。
１に固定し、このＣｏ−Ａｌ合金下地の厚さを０．５〜
１０００Åと変化させた場合についてのＡｌ−２．０ｗ
ｔ％Ｓｉの膜厚が３００Åの場合の膜比抵抗、および、
３００Å，１μｍの場合のＡｌ（１１１）ピークのアニ
ール前後のロッキングカーブの半値幅（Δθ）とエレク
トロマイグレーション試験の結果をそれぞれ図１０，図
１１，表４に示す。
【００５８】なお、比較例としてＡｌＣｏ金属間化合物
下地層をつけない場合についても調べた。またエレクト
ロマイグレーション試験は、電流の流れる部分の全長が
２ｃｍ，ライン幅が１．０μｍ，ライン間の間隔が２．
０μｍであるようなテストパターンを用いて行った。温
度２５０℃，電流密度２．０×１０6Ａ／ｃｍ-2という
条件でそれぞれ１００個の試料で試験を行い、試料の５
０％が断線するまでにどれだけの時間がかかったかを調
べた。
下地層をつけない場合についても調べた。またエレクト
ロマイグレーション試験は、電流の流れる部分の全長が
２ｃｍ，ライン幅が１．０μｍ，ライン間の間隔が２．
０μｍであるようなテストパターンを用いて行った。温
度２５０℃，電流密度２．０×１０6Ａ／ｃｍ-2という
条件でそれぞれ１００個の試料で試験を行い、試料の５
０％が断線するまでにどれだけの時間がかかったかを調
べた。
【００５９】
【表４】
【００６０】以上の結果から、ＣｏＡｌ金属間化合物下
地層の膜厚が１Å〜５００Åの範囲にあるとき、３００
Åの膜の比抵抗が極端に低くなる。また、ＣｏＡｌ金属
間化合物下地膜の膜厚が５Å〜１００Åの範囲にあると
き、３００Åの場合でも１μｍの場合でも下地層がなか
ったときに比べてＡｌ（１１１）の配向性が極めて高
く、かつエレクトロマイグレーション耐性が極端に大き
くなることがわかる。
地層の膜厚が１Å〜５００Åの範囲にあるとき、３００
Åの膜の比抵抗が極端に低くなる。また、ＣｏＡｌ金属
間化合物下地膜の膜厚が５Å〜１００Åの範囲にあると
き、３００Åの場合でも１μｍの場合でも下地層がなか
ったときに比べてＡｌ（１１１）の配向性が極めて高
く、かつエレクトロマイグレーション耐性が極端に大き
くなることがわかる。
【００６１】次に、Ｃｏ−Ａｌ合金下地層の厚さを２０
Åと固定し、コバルトとアルミニウムの比をａｔ％で
０：１００〜１００：０と変化させて同様の実験を行っ
た結果を図１２，図１３，表５に示す。なお、比較例と
してＡｌ−Ｃｏ合金下地層をつけない場合について調べ
た。またエレクトロマイグレーション試験は、電流の流
れる部分の全長が２ｃｍ，ライン幅が１．０μｍ，ライ
ン間の間隔が２．０μｍであるようなテストパターンを
用いて行った。温度２５０℃，電流密度２．０×１０6
Ａ／ｃｍ2という条件でそれぞれ１００個の試料で試験
を行い、試料の５０％が断線するまでにどれだけの時間
がかかったかを調べた。
Åと固定し、コバルトとアルミニウムの比をａｔ％で
０：１００〜１００：０と変化させて同様の実験を行っ
た結果を図１２，図１３，表５に示す。なお、比較例と
してＡｌ−Ｃｏ合金下地層をつけない場合について調べ
た。またエレクトロマイグレーション試験は、電流の流
れる部分の全長が２ｃｍ，ライン幅が１．０μｍ，ライ
ン間の間隔が２．０μｍであるようなテストパターンを
用いて行った。温度２５０℃，電流密度２．０×１０6
Ａ／ｃｍ2という条件でそれぞれ１００個の試料で試験
を行い、試料の５０％が断線するまでにどれだけの時間
がかかったかを調べた。
【００６２】
【表５】
【００６３】以上の結果から、Ｃｏ−Ａｌ合金下地層の
膜厚が１Å〜５００Åの範囲にあるとき、３００Åの膜
の比抵抗がアニールによって低くなる。また、ＣｏＡｌ
下地層の膜厚が１Å〜５００Åの範囲にある時、３００
Åの場合でも１μｍの場合でもアニールをしなかったと
きに比べてＡｌ（１１１）の配向性が極めて高く、か
つ、エレクトロマイグレーション耐性が極端に大きくな
ることがわかる。また、Ｃｏ−Ａｌ合金下地層のＣｏの
含有量はａｔ％で２％以上あれば良い。
膜厚が１Å〜５００Åの範囲にあるとき、３００Åの膜
の比抵抗がアニールによって低くなる。また、ＣｏＡｌ
下地層の膜厚が１Å〜５００Åの範囲にある時、３００
Åの場合でも１μｍの場合でもアニールをしなかったと
きに比べてＡｌ（１１１）の配向性が極めて高く、か
つ、エレクトロマイグレーション耐性が極端に大きくな
ることがわかる。また、Ｃｏ−Ａｌ合金下地層のＣｏの
含有量はａｔ％で２％以上あれば良い。
【００６４】以上の実施例については下地層としてＡｌ
合金とＣｏを同時に堆積させて用いたが、Ｃｏ以外のイ
ットリウム（Ｙ），バナジウム（Ｖ），クロム（Ｃ
ｒ），鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ）ない
しこれらを構成要素とする合金とＡｌないしＡｌ合金を
同時に堆積させて、Ａｌの含有量が９８ａｔ％以下の合
金を下地層とした場合でも、全く同様の効果が見られ
た。
合金とＣｏを同時に堆積させて用いたが、Ｃｏ以外のイ
ットリウム（Ｙ），バナジウム（Ｖ），クロム（Ｃ
ｒ），鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ）ない
しこれらを構成要素とする合金とＡｌないしＡｌ合金を
同時に堆積させて、Ａｌの含有量が９８ａｔ％以下の合
金を下地層とした場合でも、全く同様の効果が見られ
た。
【００６５】しかし、亜鉛とＡｌないしＡｌ合金を同時
にスパッタして下地層とした場合では比抵抗の減少、Ａ
ｌ（１１１）配向性の向上などといった効果は全く見ら
れなかった。また、以上記述した実施例では水晶，熱酸
化シリコン，ＬｉＮｂＯ3、あるいはガラス基板につい
て記したが、ＬｉＴａＯ3，ＺｎＯ，Ｓｉ，ＧａＡｓな
ど他の基板上においても同様の効果が見られた。
にスパッタして下地層とした場合では比抵抗の減少、Ａ
ｌ（１１１）配向性の向上などといった効果は全く見ら
れなかった。また、以上記述した実施例では水晶，熱酸
化シリコン，ＬｉＮｂＯ3、あるいはガラス基板につい
て記したが、ＬｉＴａＯ3，ＺｎＯ，Ｓｉ，ＧａＡｓな
ど他の基板上においても同様の効果が見られた。
【００６６】
【発明の効果】以上実施例にて説明したように本発明に
よれば、ＡｌあるいはＡｌ合金系配線の結晶配向性が著
しく改善され、電気特性およびマイグレーション耐性が
大きく向上するものであり、表面弾性波デバイス、特に
高周波帯域のフィルターにおいては、配線抵抗の低抵抗
化により損失が低減し、製品歩留りが向上する。
よれば、ＡｌあるいはＡｌ合金系配線の結晶配向性が著
しく改善され、電気特性およびマイグレーション耐性が
大きく向上するものであり、表面弾性波デバイス、特に
高周波帯域のフィルターにおいては、配線抵抗の低抵抗
化により損失が低減し、製品歩留りが向上する。
【００６７】また、ＬＳＩ等の配線としては、エレクト
ロマイグレーション等に対する信頼性が向上する。この
効果は金属膜を堆積させた後にＡｌあるいはＡｌ合金薄
膜を堆積させた場合でも両者を同時に堆積させた場合で
も同様に現れる。
ロマイグレーション等に対する信頼性が向上する。この
効果は金属膜を堆積させた後にＡｌあるいはＡｌ合金薄
膜を堆積させた場合でも両者を同時に堆積させた場合で
も同様に現れる。
【図１】本発明による薄膜配線の模式図である。
【図２】本発明による薄膜配線の他の例を示す模式図で
ある。
ある。
【図３】Ｔｉ下地の有無によるＡｌ（１１１）Ｘ線回折
強度の比較を示す図である。
強度の比較を示す図である。
【図４】アニールの有無によるＡｌ（１１１）Ｘ線回折
強度の比較を示す図である。
強度の比較を示す図である。
【図５】膜比抵抗のアニール時間依存性を示す図であ
る。
る。
【図６】膜比抵抗のアニール温度依存性（Ｔｉ下地層１
０Å）を示す図である。
０Å）を示す図である。
【図７】膜比抵抗のアニール温度依存性（Ｔｉ下地層１
００Å）を示す図である。
００Å）を示す図である。
【図８】膜比抵抗のアニール前後のＴｉ下地の膜厚依存
性を示す図である。
性を示す図である。
【図９】ロッキングカーブの半値幅のアニール前後のＴ
ｉ膜厚依存性を示す図である。
ｉ膜厚依存性を示す図である。
【図１０】膜比抵抗のアニール前後のＣｏＡｌ膜厚依存
性（下地はＣｏ：Ａｌ＝１：１）を示す図である。
性（下地はＣｏ：Ａｌ＝１：１）を示す図である。
【図１１】ロッキングカーブの半値幅のアニール前後の
ＣｏＡｌ膜厚依存性（下地はＣｏ：Ａｌ＝１：１）を示
す図である。
ＣｏＡｌ膜厚依存性（下地はＣｏ：Ａｌ＝１：１）を示
す図である。
【図１２】膜比抵抗のアニール前後のＣｏＡｌ下地にお
けるＣｏの割合依存性を示す図である。
けるＣｏの割合依存性を示す図である。
【図１３】ロッキングカーブのアニール前後のＣｏＡｌ
下地におけるＣｏの割合依存性を示す図である。
下地におけるＣｏの割合依存性を示す図である。
１ 基板 ２ チタンなどの純金属あるいは合金の下地層 ２′ チタンなどの純金属あるいは合金とＡｌとの合金
の下地層 ３ ＡｌまたはＡｌ合金薄膜
の下地層 ３ ＡｌまたはＡｌ合金薄膜
フロントページの続き (56)参考文献 1991 Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｖ ＬＳＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄｉｇ ｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐ ａｐｅｒｓ，Ｏｉｓｏ，Ｊａｐａｎ （1991−５−28）ｐ．33−34（第33頁左 欄等参照)
Claims (6)
- 【請求項１】少なくとも膜厚１Å〜５００Åの下地層
と、前記下地層上に形成された（１１１）配向のアルミ
ニウム（Ａｌ）あるいは（１１１）配向のＡｌ合金より
なる薄膜とからなり、前記下地層は合金化反応によりＡ
ｌと金属間化合物あるいは中間相を生成しうる金属Ｍ
（Ｍ＝バナジウム（Ｖ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃ
ｏ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），イットリウム
（Ｙ），クロム（Ｃｒ）より選ばれた少なくとも１種
類）もしくは金属Ｍを構成元素とする合金よりなること
を特徴とする薄膜配線。 - 【請求項２】少なくとも膜厚１Å〜５００Åの下地層
と、前記下地層上に形成された（１１１）配向のアルミ
ニウム（Ａｌ）あるいは（１１１）配向のＡｌ合金より
なる薄膜とからなり、前記下地層は、合金化反応により
Ａｌと金属間化合物あるいは中間相を生成しうる金属Ｍ
（Ｍ＝バナジウム（Ｖ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃ
ｏ），ニッケル（Ｎｉ），イットリウム（Ｙ）より選ば
れた少なくとも１種類）もしくは金属Ｍを構成元素とす
る合金と、前記薄膜を形成するＡｌもしくはＡｌ合金と
の反応によって形成された金属間化合物あるいは中間相
より構成されていることを特徴とする薄膜配線。 - 【請求項３】少なくとも膜厚１Å〜５００Åの下地層
と、前記下地層上に形成された（１１１）配向のアルミ
ニウム（Ａｌ）あるいは（１１１）配向のＡｌ合金より
なる薄膜とからなり、前記下地層は、合金化反応により
Ａｌと金属間化合物あるいは中間相を生成しうる金属Ｍ
（Ｍ＝バナジウム（Ｖ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃ
ｏ），ニッケル（Ｎｉ），イットリウム（Ｙ）より選ば
れた少なくとも１種類）もしくは金属Ｍを構成元素とす
る合金よりなる第１の層と、前記薄膜を形成するＡｌも
しくはＡｌ合金との反応によって形成された金属間化合
物あるいは中間相よりなる第２の層より構成されている
ことを特徴とする薄膜配線。 - 【請求項４】基板上に１Å〜５００Åの、合金化反応に
よりＡｌと金属間化合物あるいは中間相を生成しうる金
属Ｍ（Ｍ＝バナジウム（Ｖ），鉄（Ｆｅ），コバルト
（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），イットリウム（Ｙ）より
選ばれた少なくとも１種類）もしくは金属Ｍを構成元素
とする合金を堆積させ、その上にＡｌないしＡｌ合金薄
膜を堆積し、前記金属Ｍの少なくとも一部とＡｌとを合
金化反応させて前記ＡｌないしＡｌ合金膜下に、Ａｌと
金属Ｍとからなる金属間化合物あるいは中間相の下地膜
を形成することを特徴とする薄膜配線の製造方法。 - 【請求項５】基板上に合金化反応によりＡｌと金属間化
合物あるいは中間相を生成しうる金属Ｍ（Ｍ＝チタン
（Ｔｉ），バナジウム（Ｖ），鉄（Ｆｅ），コバルト
（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），イットリウ
ム（Ｙ），クロム（Ｃｒ）より選ばれた少なくとも１種
類）もしくは金属Ｍを構成元素とする合金とＡｌあるい
はＡｌ合金を同時に堆積し、その上にＡｌないしＡｌ合
金薄膜を堆積し、前記金属ＭとＡｌとを合金化反応させ
て前記ＡｌないしＡｌ合金薄膜下に、Ａｌと金属Ｍとか
らなる金属間化合物あるいは中間相の下地膜を形成する
ことを特徴とする薄膜配線の製造方法。 - 【請求項６】金属下地膜を形成した後に、アニールする
ことを特徴とする請求項４ないし５のいずれか一つに記
載の薄膜配線の製造方法。
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| EP19920306381 EP0524754A3 (en) | 1991-07-16 | 1992-07-10 | A film wiring and a method of its fabrication |
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| JP20129991 | 1991-07-16 | ||
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