JPH02267940A - 半導体集積回路装置の配線とその製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体集積回路装置の内部配線、例えばアルミ
ニウムやアルミニウム合金の配線と、その製造方法に関
するものである。

（従来の技術） 半導体集積回路装置の内部配線としては、主としてＡＱ
又はシリコンを１〜２％含んだＡＱ−３ｉが用いられて
いる。配線膜の厚さは５０００〜１５０００人程度であ
る。ＡＱ皮下ＡＱ合金のグレインサイズは０．２〜５μ
ｍ程度であるので、素子が微細化されるにつれて配線幅
も例えば１μｍというように細くなってくると、第３図
及び第４図に示すようなバンブー構造の部分Ｂができて
くる。第３図は配線部分の断面図、第４図はその平面図
であり、１はシリコン基板、２はＳｉｎ。

膜、３はＡＱ又はＡｌ２−３ｉによる配線である。

バンブー構造では、結晶粒４が膜厚方向及び配線幅方向
に延びて、膜厚方向にも配線幅方向にも結晶粒界５が存
在しない状態となる。金属配線幅が狭くなってくると、
従来見られなかったストレス・マイグレーションによっ
て配線が切断される問題が顕著になってきている。特に
、バンブー構造において配線が切断されやすい。

金属配線のストレス・マイグレーションを抑えるために
以下に示す（ａ）〜（ｄ）のような方法が検討されてい
る。

（ａ）最も一般的に使用されている技術であり、ＡＱや
ＡΩ−５ｉに０．５〜１％程度のＣｕを導入する。

（ｂ）金属配線に与えるストレスを低く抑えるパッシベ
ーション膜を形成する。

（ｃ）高融点金属膜とアルミニウム膜の二層構造とし、
アルミニウム膜がストレス・マイグレーションにより切
断されても高融点金属膜で最低の結線だけは確保する。

（ｄ）金属膜のグレインサイズを小さくしてバンブー構
造にならないようにする。

（発明が解決しようとする課題） （ａ）のようにＡＱやＡＱ−８ｉにＣｕを導入すると、
耐マイグレーシヨン特性は向上するが。

金属膜をパターン化する際のエツチング条件が複雑にな
り、コロ−ジョン（腐食）が起こりやすくなる。

（ｂ）のように低ストレスのパッシベーション膜を形成
しようとしても、完全にストレスを与えないパッシベー
ション膜は実現できない。もし、パッシベーション膜か
らのストレスを小さくしても、パッケージによるストレ
スなど他のストレスが加わればストレス・マイグレーシ
ョンが発生する。

（ｃ、）のように高融点金属膜とＡＱ膜の二層構造とす
れば、パターン化のエツチング条件が複雑化する。また
、もしＡｌ１膜が切断された場合、配線の抵抗値が高く
なり、その配線が必ずしも正常に動作しているとは言え
なくなる。さらに高融点金属膜とＡｆｌ膜の堆積条件は
全く異なり、堆積条件も複雑化する。

（ｄ）のように金属膜のグレインサイズを小さくしても
、配線パターンが微細化されるに従ってバンブー構造が
発生することは避けられない。

本発明はバンブー構造にならず、したがって信頼性の高
い金属配線とその製造方法を提供することを目的とする
ものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の金属配線は、同一材料の複数層からなり、層間
には不連続層が存在している。

その金属配線を形成するために、配線用の金属膜堆積工
程を中断し、不連続層を生成する条件下に曝した後、同
一金属膜の堆積工程を再開する過程を少なくとも１回含
んで金属膜を堆積し、その後パターン化を施す。

金属膜堆積工程を中断して不連続層を生成する条件とは
、例えばＡｒ、Ａｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、ＢＦ２などをイオン
注入したり、大気や水に曝したり成膜装置に酸素や窒素
を導入するなどである。

（作用） 不連続層を挾んで複数層に積み重ねた金属配線では、グ
レインサイズが配線幅より大きくなって各金属配線膜に
ついてみると配線幅方向には結晶粒界が存在しない領域
ができたとしても、膜厚方向には不連続層が設けられて
いるので、バンブー構造にはならない。

（実施例） 第１図は一実施例を表わす断面図、第２図は同実施例の
配線の平面図である。

１１はシリコン基板、１２はＳｉｎ、膜であり、その上
に金属配線１３が形成されている。金属配線１３は下層
配線１３ａと上層配線１３ｂとからなり、両層の間に不
連続層１４が存在している。

下層配線１３ａ及び上層配線１３ｂはともに厚さが４０
００人程度０ＡＱ−８ｉ　（Ｓｉは１〜２％）膜であり
、不連続Ｍ１４は下層金属膜１３ａにＡｒをイオン注入
することにより損傷を与えて不連続層としたものである
。下層金属膜１３ａと下層金属膜１３ｂは不連続層１４
が存在しても電気的には単一の金属膜と同じ作用をし、
また、不連続Ｍ１４はこの金属膜１３をパターン化する
際のエツチングに対して影響を与えない。

つぎに１本実施例の製造方法について説明する。

Ｓｉｎ、膜１２上にスパッタリング法によりＡα−８ｉ
膜１３ａを約４０００人の厚さに堆積する。その後、Ａ
ｒイオンを５０ＫｅＶの加速エネルギーで５　Ｘ　１０
’／　ｃ　ｍ”注入してＡＱ−３ｉ膜１３ａの表面に損
傷を与える。

引き続き、Ａ　Ｑ　−Ｓ　ｉ膜１３ａと同じ組成のＡＱ
−８ｉ膜１３ｂをスパッタリング法により約４０００人
の厚さに堆積する。これで中間に損傷した面１４が存在
する約５ｏｏｏ人のＡＱ−５ｉ膜が形成される。

写真製版とエツチングによってパターン化を施して配線
１３とする。

後工程の熱サイクルでＡＱ−Ｓｉ膜１３ａ、１３ｂの結
晶粒は成長していくが、損傷した面１４があるために上
下のＡＱ−５ｉ膜で結晶粒界がつながることはなく１個
々に結晶粒の成長が起こる。

１５は下層ＡＱ−８ｉ膜の結晶粒界、１６は上層Ａｎ−
５ｉ膜の結晶粒界である。

平面的にみると各ＡＱ−８ｉ膜１３ａ、１３ｂにはバン
ブー構造が存在するが、膜厚方向に見ると損傷を受けた
面１４によってバンブー構造になることが避けられる。

損傷を受けたＮ１４は１００〜１０００人の厚さであり
、下ＭＡＱ−８ｉ膜１３ａと上層ＡＱ−８ｉ膜１３ｂで
材料が同一であるので、通常のエツチングで微細パター
ンを形成することができ。

コロ−ジョンなどの恐れがない。

実施例は三層構造の配線を示しているが、三層構造とし
、各層間に同様の不連続層を設けてもよい。

不連続層１４を形成するために、実施例ではＡｒイオン
を注入しているが、Ａｓやリンなど他の不純物を導入し
てもよい。また、薄い酸化膜や窒化膜を形成するなど、
他の手段により不連続層を形成するようにしてもよい。

（発明の効果） 本発明では膜厚方向に不連続層をもつ金属膜で配線を形
成しているので、膜厚方向に対するバンブー構造を回避
しており、ストレス・マイグレーションに対する特性が
向上する。

本発明の配線は膜厚方向に不連続層をもっているが、そ
の不連続層を挾む上下の金属膜は同一材料であるので、
微細パターンを形成する際の妨げにはならない。

膜厚方向に不連続層を形成するためには、金属膜の堆積
工程を中断して異なる条件下に曝せばよく、製造は容易
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例を示す断面図、第２図は同実施例の平
面図、第３図は従来の配線を示す断面図、第４図はその
平面図である。 １１・・・・・・シリコン基板、１２・・・・・・Ｓｉ
Ｏ□膜。 １３・・・・・・金属配線、Ｌ３ａ・・・・・・下層金
属膜、１３ｂ・・・・・・上層金属膜、１４・・・・・
・不連続層、１５，１６・・・・・・結晶粒界。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体集積回路装置の内部で使用される金属配線
   において、同一材料の複数層からなり、層間には不連続
   層が存在していることを特徴とする配線。
2. （２）配線用の金属膜堆積工程を中断し、不連続層を生
   成する条件下に曝した後、同一金属膜の堆積工程を再開
   する過程を少なくとも１回含んで金属膜を堆積し、その
   後パターン化を施す配線の製造方法。