JPH0334548A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH0334548A JPH0334548A JP16954389A JP16954389A JPH0334548A JP H0334548 A JPH0334548 A JP H0334548A JP 16954389 A JP16954389 A JP 16954389A JP 16954389 A JP16954389 A JP 16954389A JP H0334548 A JPH0334548 A JP H0334548A
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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
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、合金を用いて配線層を形成する技術に係わり
、特に配線層として粒子分散型合金を用いた半導体装置
及びその製造方法に関する。 （従来の技術） 近年、半導体装置の高集積化に伴い、配線幅及び配線膜
厚の縮小化、さらに多層配線化が進められてきている。 配線材料としては２．７５μΩｃｍという低い比抵抗を
有し、且つ不動態被膜で防蝕されるアルミニウムを主成
分とするアルミニウム合金が用いられてきた。 しかし、配線断面積の縮小化に対し、信号電流は低減化
されないため、電流密度が増加しエレクトロマイグレー
ションによる断線が益々問題となってくる。また、多層
配線化に伴い、配線は複雑な熱履歴を受けるため、配線
に加わる熱ストレスによるストレスマイグレーションで
の断線も問題となってきた。 これらの問題の主要因は、アルミニウムの融点が６００
℃と低いため、比較的低い温度でもアルミニウム原子の
拡散、特に結晶粒界を経路とする拡散が起こり易く、さ
らに熱ストレスによる引張り応力が配線に加わった場合
にはこの原子拡散が加速されるためである。そこで、ア
ルミニウムと同等以上の低い比抵抗を有し、且つアルミ
ニウムよりも融点の高い銅による配線が検討され始めて
いる。 しかしながら、銅を用いても純銅では、アルミニウムー
シリコン−銅（Ａｌ−８ｌ−Ｃｕ）合金に対してエレク
トロマイグレーション断線不良寿命が数倍〜数ｌＯ倍程
度しか向上しないと報告されている。この寿命は、銅原
子の粒界拡散の活性化エネルギーから予想される寿命と
略一致しており、また半導体装置の配線としては不十分
な値である。通常のスパッタ成膜法によるＡｌ−８ｌ−
Ｃｕ合金薄膜では、平均結晶粒径が約３μｍであり、エ
レクトロマイグレーションに強い所謂バンブー構造とな
る配線幅が約１．２μｍ以下であることを考慮すると、
平均結晶粒径が約１μｍである銅薄膜では配線幅が０．
５μｍ以上ではバンブー構造とならず、結晶粒界を経路
とする原子拡散で断線不良が起こるといえる。 また、スパッタ雰囲気中の残留酸素の銅薄膜への混入は
、成膜後の還元性雰囲気下でのシンター工程で酸化銅が
還元されることによる銅薄膜の脆化及び凝集を引き起こ
す。このため、表面凹凸が激しくなりフォトリソグラフ
ィ工程での反射率を低下させたり、薄膜自体が不連続に
なったりする。 （発明が解決しようとする課題） このように従来、アルミニウム合金に比べて融点が高く
且つ比抵抗も低い銅は、エレクトロマイグレーション断
線不良寿命が長く配線抵抗も低くなる。しかし、結晶粒
径がアルミニウム合金の約３分の１と小さいため、配線
幅が０．５μｍ以上ではバンブー構造となり難く、十分
なエレクトロマイグレーション断線不良寿命の向上をは
かることはできない。また、スパッタ雰囲気中の残留酸
素の銅薄膜への混入は、数１０ｐｐｍ程度であっても、
成膜後の還元性雰囲気下でのシンター工程で酸化銅が還
元されることによる銅薄膜の脆化及び凝集を引起こす。 このため、表面凹凸が激しくなりフォトリソグラフィ工
程での反射率を低下させたり、薄膜自体が不連続になる
問題がある。 また、上記問題は配線材料として銅を用いた場合のみな
らず、金や銀等を用いた場合も同様にいえることである
。 本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、金、銀、銅等の比抵抗の低い全厚を
用いて配線を形成することができ、配線抵抗の低減と共
に、エレクトロマイグレーション断線不良寿命の向上を
はかり得、且つ成膜後の脆化や凝集の防止をはかり得る
半導体装置を提供することにある。 また、本発明の他の目的は、上記半導体装置を簡易に製
造するための半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。 ［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、配線層を酸化物粒子分散型合金とする
ことにより、配線層の主成分である金属の粒界拡散を抑
制することにあり、また成膜時における酸素の混入を抑
制して上記金属の酸化を防止することにある。 即ち本発明は、金、銀、銅等のＩｂ族元素からなる第１
の金属を主成分とする配線層を備えた半導体装置におい
て、前記配線層内に、第１の金属よりも酸化され易い（
酸化物形成時の自由エネルギー低下が大きい）第２の金
属の酸化物を分散析出させるようにしたものである。 また本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前
記第１の金属と該金属よりも酸化され易い第２の金属と
の合金薄膜を、第１の金属は酸化されずに第２の金属が
選択的に酸化される酸化性ガス雰囲気中で成膜すること
により、第２の金属の酸化物を第１の金属の結晶粒及び
結晶粒界に分散析出させるようにした方法である。 （作用） 本発明によれば、第１及び第２の金属の合金薄膜を、制
御された酸化性ガス雰囲気下（例えば、第１の金属が銅
の場合、成膜装置内の残留酸素、残留水分、成膜用ガス
中の混入酸素及び混入水分等による酸化性雰囲気分圧の
１Ｏ−４倍以上１０”以下の水素ガスを含む雰囲気下）
で成膜（例えばスパッタ）することにより、主成分であ
る第１の金属は酸化されず第２の金属が選択的に酸化さ
れ、第２の金属の酸化物のみを第１の金属の結晶粒中及
び結晶粒界に分散析出させた合金薄膜を形成することが
できる。 そしてこの場合、結晶粒界に拡散バリアとなる第２の金
属の酸化物粒子が分散析出するため、第１の金属の粒界
拡散を抑制することができ、これによりエレクトロマイ
グレーション断線不良寿命が長い高信頼性の合金配線が
形成できる。 さらに、第１の金属は酸化されていないため、成膜後の
還元性雰囲気下でのシンター工程でも薄膜の脆化及び凝
集は発生せず、反射率が低下したり薄膜自体が不連続に
なることはない。 （実施例〉 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。 第１図は本発明の一実施例に係わる半導体装置の製造工
程、特に配線層の形成工程を示す断面図である。 まず、第１図（ａ）に示す如く、Ｓｔ等の半導体基板１
１上に５ｉｎ２等の層間絶縁膜１２を形成する。次いで
きこの試料を周知のスパッタリング装置にセットし、第
１図（ｂ）に示す如く層間絶縁膜１２上に窒化チタン（
Ｔ ｉ Ｎ）層１３を５００λの膜厚に堆積した。 ここで、本実施例に用いたスパッタリング装置は、第３
図に示す如く、チャンバ３０内に電極３１．３２を対向
配置させ、下部電極３１に試料３３を、上部電極３２に
ターゲット３４を設置したものである。また、試料３３
を載置した電極３１は、モータ３５の駆動により回転可
能な構成となっている。さらに、図には示さないが、電
極３１又は３２の裏面側に磁石が配置され、この磁石に
よる磁界と電界との作用によリマグネトロン放電を生起
し、スパッタ効率を高める構成となっている。 この装置を用いて上記Ｔｉ８層１３を形成するには、ま
ずチャンバ３０内を２ Ｘ １０−’Ｐａ以下の真空に
排気した後、チャンバ３０内に窒素。 アルゴンの混合ガスを導入する。そして、ターゲット３
４としてチタン（Ｔｉ）を用い、試料３３を回転させな
からＴｉターゲットをスパッタリングすることにより、
試料３３上にＴｉ８層１３を所望膜厚だけ堆積する。 次いで、前記スパッタリング装置のチャンバ３０内に４
０ｃｍ’ ７ｍ１ｎの流量のアルゴンガスと１ｃ１／■
ｉｎの流量の水素ガスを導入して、チャンバ内圧力が８
．７Ｘ １０−’Ｐａに保たれるようにしておく。そし
て、ターゲット３４として銅（Ｃｕ）９９．５ｖｔ％、
リチウム（Ｌ ｉ ） ０．５ｖｔ％の合金層い、試
料３３（基板１１）をその主平面内で回転させながら、
３２０Ｖの印加電圧で発生させた水素、アルゴンプラズ
マ雰囲気中でターゲット電流２ＡによりＣｕ−Ｌｉター
ゲットをスパッタリングする。これにより、第１図（Ｃ
）に示す如く、ＴｉＮ層１層上３上−酸化リチウム（Ｃ
ｕ−Ｌｉ２０）合金層１４を、例えば４０００Åの膜厚
に堆積する。この合金薄膜は、３０００λから８０００
Åの膜厚が望ましい。 なお、この成膜時は、チャンバ３０内の残留酸素、残留
水分、成膜用ガス中の混入酸素及び混入水分等による酸
素の量は、全体に比して極めて少ないものであり、主成
分であるＣｕは酸化されずＬｉのみが選択的に酸化され
ることになる。つまり、Ｃｕの酸化膜の形成が防止され
ることになり、後続する還元性雰囲気下でのシンター工
程で酸化銅が還元される等の不都合がなくなる。 次いで、フォトリソグラフィ法と、反応性イオンエツチ
ング法或いはイオンスパッタ法を用いて、第１図（ｄ）
に示す如く合金配線パターン１５を形成する。この段階
で、上記Ｔｉ８層１３及び合金層１４はいずれもアモル
ファス或いは微結晶状態であり、配線抵抗は５５ｍ＋Ω
／口であった。 次に、このように合金配線パターン１５を形成した基板
を赤外線イメージ炉内にセットした後、該炉内を１．３
Ｘ １０−’Ｐａに排気する。その後、該炉内に水素１
０ｖｏ１％、窒素９０ｖｏ１％からなる混合ガスを１気
圧、 ３０００ｃ■３７＋＋ｉｎの流量で導入する。続
いて、炉内の温度を５０℃／ｉｌｎの昇温速度で一例と
して８００℃まで上昇させる。そして、６００℃の温度
を３０分間維持した後、５０℃／ｓｉｎの降温速度で冷
却する。 この熱処理により、第２図に示す如く合金配線１５′が
形成され、ＴｉＮ層１３′の結晶粒径は３０Ｇ入となり
、Ｃｕ−Ｌｉ２Ｏ合金層１４’の結晶粒径は約０．９μ
ｍとなった。さらに、第２図に示す合金配線１５′の結
晶粒界１６には酸化リチウム（ＬｉｚＯ）なる析出物１
７が析出し、配線抵抗は上記熱処理前の５５ｍΩ／口か
ら４８−Ω／口へ低下した。換言すれば、上記熱処理に
より、Ｃｕ−Ｌｉ２Ｏ合金層の比抵抗を堆積された直後
の２．２μΩｅｌから、１．９μΩｃｍまで低減するこ
とができた。 かくして本実施例では、アルミニウムよりも比抵抗が低
く融点の高い銅を用いて配線を形成することができ、配
線抵抗の低減と共に、エレクトロマイグレーションに対
する耐性を向上させることができる。 即ち、従来技術によるアルミニウム系合金或いは銅を用
いた配線においては、結晶粒界を経路とする原子拡散を
主要因とするエレクトロマイグレーション及びストレス
マイグレーションのため断線不良寿命が低下し、さらに
還元性雰囲気熱処理により配線表面形状が劣化していた
。 これに対し本実施例では、配線材料として銅を主成分と
する銅−酸化物合金を用い、結晶粒界に拡散バリアとな
るリチウムの酸化物粒子を分散析出させているので、銅
の結晶粒界拡散を抑制することができる。さらに、成膜
時に銅を酸。 化させることもないので、還元性雰囲気下でのシンター
工程でも、銅合金の脆化及び凝集の発生を招くことはな
く、反射率が低下したり薄膜自体が不連続になることは
ない。 従って本実施例によれば、還元性雰囲気熱処理後も配線
表面形状が平坦で反射率低下のない、エレクトロマイグ
レーション及びストレスマイグレーションの断線不良寿
命が著しく延長された、半導体装置の配線を実現するこ
とができる。 また、アルミニウム系合金よりも低く純銅に近い低抵抗
配線が得られるため、先の効果と合わせて、許容電流密
度が高く信号遅延の小さい高信頼性の微細配線が実現さ
れる。 なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、第１の金属は銅に限るものではなく、金や
銀等の他のＩｂ族元素であってもよい。さらに、第２の
金属はリチウムに限るものではなく、第１の金属よりも
酸化物形成時の自由エネルギー低下が大きいもの、即ち
ｊｌｌの金属よりも酸化され易いものであればよい。具
体的には、第１の金属として銅を用いた場合、第２の金
属としてア）レミニウム（ＡＩ）。 シリコン（Ｓｔ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム
（Ｃａ）、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）
、及びハフニウム（Ｈｆ）の少なくとも１種を用いるこ
とができる。また、半導体装置の配線構造においても、
先の実施例のように銅合金を主たる配線層とする多層積
層配線構造に限定されるものではなく、銅合金単層にし
てもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々変形して実施することができる。
、特に配線層として粒子分散型合金を用いた半導体装置
及びその製造方法に関する。 （従来の技術） 近年、半導体装置の高集積化に伴い、配線幅及び配線膜
厚の縮小化、さらに多層配線化が進められてきている。 配線材料としては２．７５μΩｃｍという低い比抵抗を
有し、且つ不動態被膜で防蝕されるアルミニウムを主成
分とするアルミニウム合金が用いられてきた。 しかし、配線断面積の縮小化に対し、信号電流は低減化
されないため、電流密度が増加しエレクトロマイグレー
ションによる断線が益々問題となってくる。また、多層
配線化に伴い、配線は複雑な熱履歴を受けるため、配線
に加わる熱ストレスによるストレスマイグレーションで
の断線も問題となってきた。 これらの問題の主要因は、アルミニウムの融点が６００
℃と低いため、比較的低い温度でもアルミニウム原子の
拡散、特に結晶粒界を経路とする拡散が起こり易く、さ
らに熱ストレスによる引張り応力が配線に加わった場合
にはこの原子拡散が加速されるためである。そこで、ア
ルミニウムと同等以上の低い比抵抗を有し、且つアルミ
ニウムよりも融点の高い銅による配線が検討され始めて
いる。 しかしながら、銅を用いても純銅では、アルミニウムー
シリコン−銅（Ａｌ−８ｌ−Ｃｕ）合金に対してエレク
トロマイグレーション断線不良寿命が数倍〜数ｌＯ倍程
度しか向上しないと報告されている。この寿命は、銅原
子の粒界拡散の活性化エネルギーから予想される寿命と
略一致しており、また半導体装置の配線としては不十分
な値である。通常のスパッタ成膜法によるＡｌ−８ｌ−
Ｃｕ合金薄膜では、平均結晶粒径が約３μｍであり、エ
レクトロマイグレーションに強い所謂バンブー構造とな
る配線幅が約１．２μｍ以下であることを考慮すると、
平均結晶粒径が約１μｍである銅薄膜では配線幅が０．
５μｍ以上ではバンブー構造とならず、結晶粒界を経路
とする原子拡散で断線不良が起こるといえる。 また、スパッタ雰囲気中の残留酸素の銅薄膜への混入は
、成膜後の還元性雰囲気下でのシンター工程で酸化銅が
還元されることによる銅薄膜の脆化及び凝集を引き起こ
す。このため、表面凹凸が激しくなりフォトリソグラフ
ィ工程での反射率を低下させたり、薄膜自体が不連続に
なったりする。 （発明が解決しようとする課題） このように従来、アルミニウム合金に比べて融点が高く
且つ比抵抗も低い銅は、エレクトロマイグレーション断
線不良寿命が長く配線抵抗も低くなる。しかし、結晶粒
径がアルミニウム合金の約３分の１と小さいため、配線
幅が０．５μｍ以上ではバンブー構造となり難く、十分
なエレクトロマイグレーション断線不良寿命の向上をは
かることはできない。また、スパッタ雰囲気中の残留酸
素の銅薄膜への混入は、数１０ｐｐｍ程度であっても、
成膜後の還元性雰囲気下でのシンター工程で酸化銅が還
元されることによる銅薄膜の脆化及び凝集を引起こす。 このため、表面凹凸が激しくなりフォトリソグラフィ工
程での反射率を低下させたり、薄膜自体が不連続になる
問題がある。 また、上記問題は配線材料として銅を用いた場合のみな
らず、金や銀等を用いた場合も同様にいえることである
。 本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、金、銀、銅等の比抵抗の低い全厚を
用いて配線を形成することができ、配線抵抗の低減と共
に、エレクトロマイグレーション断線不良寿命の向上を
はかり得、且つ成膜後の脆化や凝集の防止をはかり得る
半導体装置を提供することにある。 また、本発明の他の目的は、上記半導体装置を簡易に製
造するための半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。 ［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、配線層を酸化物粒子分散型合金とする
ことにより、配線層の主成分である金属の粒界拡散を抑
制することにあり、また成膜時における酸素の混入を抑
制して上記金属の酸化を防止することにある。 即ち本発明は、金、銀、銅等のＩｂ族元素からなる第１
の金属を主成分とする配線層を備えた半導体装置におい
て、前記配線層内に、第１の金属よりも酸化され易い（
酸化物形成時の自由エネルギー低下が大きい）第２の金
属の酸化物を分散析出させるようにしたものである。 また本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前
記第１の金属と該金属よりも酸化され易い第２の金属と
の合金薄膜を、第１の金属は酸化されずに第２の金属が
選択的に酸化される酸化性ガス雰囲気中で成膜すること
により、第２の金属の酸化物を第１の金属の結晶粒及び
結晶粒界に分散析出させるようにした方法である。 （作用） 本発明によれば、第１及び第２の金属の合金薄膜を、制
御された酸化性ガス雰囲気下（例えば、第１の金属が銅
の場合、成膜装置内の残留酸素、残留水分、成膜用ガス
中の混入酸素及び混入水分等による酸化性雰囲気分圧の
１Ｏ−４倍以上１０”以下の水素ガスを含む雰囲気下）
で成膜（例えばスパッタ）することにより、主成分であ
る第１の金属は酸化されず第２の金属が選択的に酸化さ
れ、第２の金属の酸化物のみを第１の金属の結晶粒中及
び結晶粒界に分散析出させた合金薄膜を形成することが
できる。 そしてこの場合、結晶粒界に拡散バリアとなる第２の金
属の酸化物粒子が分散析出するため、第１の金属の粒界
拡散を抑制することができ、これによりエレクトロマイ
グレーション断線不良寿命が長い高信頼性の合金配線が
形成できる。 さらに、第１の金属は酸化されていないため、成膜後の
還元性雰囲気下でのシンター工程でも薄膜の脆化及び凝
集は発生せず、反射率が低下したり薄膜自体が不連続に
なることはない。 （実施例〉 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。 第１図は本発明の一実施例に係わる半導体装置の製造工
程、特に配線層の形成工程を示す断面図である。 まず、第１図（ａ）に示す如く、Ｓｔ等の半導体基板１
１上に５ｉｎ２等の層間絶縁膜１２を形成する。次いで
きこの試料を周知のスパッタリング装置にセットし、第
１図（ｂ）に示す如く層間絶縁膜１２上に窒化チタン（
Ｔ ｉ Ｎ）層１３を５００λの膜厚に堆積した。 ここで、本実施例に用いたスパッタリング装置は、第３
図に示す如く、チャンバ３０内に電極３１．３２を対向
配置させ、下部電極３１に試料３３を、上部電極３２に
ターゲット３４を設置したものである。また、試料３３
を載置した電極３１は、モータ３５の駆動により回転可
能な構成となっている。さらに、図には示さないが、電
極３１又は３２の裏面側に磁石が配置され、この磁石に
よる磁界と電界との作用によリマグネトロン放電を生起
し、スパッタ効率を高める構成となっている。 この装置を用いて上記Ｔｉ８層１３を形成するには、ま
ずチャンバ３０内を２ Ｘ １０−’Ｐａ以下の真空に
排気した後、チャンバ３０内に窒素。 アルゴンの混合ガスを導入する。そして、ターゲット３
４としてチタン（Ｔｉ）を用い、試料３３を回転させな
からＴｉターゲットをスパッタリングすることにより、
試料３３上にＴｉ８層１３を所望膜厚だけ堆積する。 次いで、前記スパッタリング装置のチャンバ３０内に４
０ｃｍ’ ７ｍ１ｎの流量のアルゴンガスと１ｃ１／■
ｉｎの流量の水素ガスを導入して、チャンバ内圧力が８
．７Ｘ １０−’Ｐａに保たれるようにしておく。そし
て、ターゲット３４として銅（Ｃｕ）９９．５ｖｔ％、
リチウム（Ｌ ｉ ） ０．５ｖｔ％の合金層い、試
料３３（基板１１）をその主平面内で回転させながら、
３２０Ｖの印加電圧で発生させた水素、アルゴンプラズ
マ雰囲気中でターゲット電流２ＡによりＣｕ−Ｌｉター
ゲットをスパッタリングする。これにより、第１図（Ｃ
）に示す如く、ＴｉＮ層１層上３上−酸化リチウム（Ｃ
ｕ−Ｌｉ２０）合金層１４を、例えば４０００Åの膜厚
に堆積する。この合金薄膜は、３０００λから８０００
Åの膜厚が望ましい。 なお、この成膜時は、チャンバ３０内の残留酸素、残留
水分、成膜用ガス中の混入酸素及び混入水分等による酸
素の量は、全体に比して極めて少ないものであり、主成
分であるＣｕは酸化されずＬｉのみが選択的に酸化され
ることになる。つまり、Ｃｕの酸化膜の形成が防止され
ることになり、後続する還元性雰囲気下でのシンター工
程で酸化銅が還元される等の不都合がなくなる。 次いで、フォトリソグラフィ法と、反応性イオンエツチ
ング法或いはイオンスパッタ法を用いて、第１図（ｄ）
に示す如く合金配線パターン１５を形成する。この段階
で、上記Ｔｉ８層１３及び合金層１４はいずれもアモル
ファス或いは微結晶状態であり、配線抵抗は５５ｍ＋Ω
／口であった。 次に、このように合金配線パターン１５を形成した基板
を赤外線イメージ炉内にセットした後、該炉内を１．３
Ｘ １０−’Ｐａに排気する。その後、該炉内に水素１
０ｖｏ１％、窒素９０ｖｏ１％からなる混合ガスを１気
圧、 ３０００ｃ■３７＋＋ｉｎの流量で導入する。続
いて、炉内の温度を５０℃／ｉｌｎの昇温速度で一例と
して８００℃まで上昇させる。そして、６００℃の温度
を３０分間維持した後、５０℃／ｓｉｎの降温速度で冷
却する。 この熱処理により、第２図に示す如く合金配線１５′が
形成され、ＴｉＮ層１３′の結晶粒径は３０Ｇ入となり
、Ｃｕ−Ｌｉ２Ｏ合金層１４’の結晶粒径は約０．９μ
ｍとなった。さらに、第２図に示す合金配線１５′の結
晶粒界１６には酸化リチウム（ＬｉｚＯ）なる析出物１
７が析出し、配線抵抗は上記熱処理前の５５ｍΩ／口か
ら４８−Ω／口へ低下した。換言すれば、上記熱処理に
より、Ｃｕ−Ｌｉ２Ｏ合金層の比抵抗を堆積された直後
の２．２μΩｅｌから、１．９μΩｃｍまで低減するこ
とができた。 かくして本実施例では、アルミニウムよりも比抵抗が低
く融点の高い銅を用いて配線を形成することができ、配
線抵抗の低減と共に、エレクトロマイグレーションに対
する耐性を向上させることができる。 即ち、従来技術によるアルミニウム系合金或いは銅を用
いた配線においては、結晶粒界を経路とする原子拡散を
主要因とするエレクトロマイグレーション及びストレス
マイグレーションのため断線不良寿命が低下し、さらに
還元性雰囲気熱処理により配線表面形状が劣化していた
。 これに対し本実施例では、配線材料として銅を主成分と
する銅−酸化物合金を用い、結晶粒界に拡散バリアとな
るリチウムの酸化物粒子を分散析出させているので、銅
の結晶粒界拡散を抑制することができる。さらに、成膜
時に銅を酸。 化させることもないので、還元性雰囲気下でのシンター
工程でも、銅合金の脆化及び凝集の発生を招くことはな
く、反射率が低下したり薄膜自体が不連続になることは
ない。 従って本実施例によれば、還元性雰囲気熱処理後も配線
表面形状が平坦で反射率低下のない、エレクトロマイグ
レーション及びストレスマイグレーションの断線不良寿
命が著しく延長された、半導体装置の配線を実現するこ
とができる。 また、アルミニウム系合金よりも低く純銅に近い低抵抗
配線が得られるため、先の効果と合わせて、許容電流密
度が高く信号遅延の小さい高信頼性の微細配線が実現さ
れる。 なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、第１の金属は銅に限るものではなく、金や
銀等の他のＩｂ族元素であってもよい。さらに、第２の
金属はリチウムに限るものではなく、第１の金属よりも
酸化物形成時の自由エネルギー低下が大きいもの、即ち
ｊｌｌの金属よりも酸化され易いものであればよい。具
体的には、第１の金属として銅を用いた場合、第２の金
属としてア）レミニウム（ＡＩ）。 シリコン（Ｓｔ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム
（Ｃａ）、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）
、及びハフニウム（Ｈｆ）の少なくとも１種を用いるこ
とができる。また、半導体装置の配線構造においても、
先の実施例のように銅合金を主たる配線層とする多層積
層配線構造に限定されるものではなく、銅合金単層にし
てもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々変形して実施することができる。
以上詳述したように本発明によれば、配線層内に第１の
金属よりも酸化され易い第２の金属の酸化物を分散析出
させ、配線層を酸化物粒子分散型合金としているので、
エレクトロマイグレーションに対する耐性を上げ、また
酸化物の還元に起因する脆化及び凝集を防止することが
できる。従って、金、銀、銅等の比抵抗の低い金属を用
いて配線を形成することができ、配線抵抗の低減と共に
、エレクトロマイグレーション断線不良寿命の向上をは
かり得、且つ脆化や凝集の防止をはかり得る半導体装置
を実現することが可能となる。
金属よりも酸化され易い第２の金属の酸化物を分散析出
させ、配線層を酸化物粒子分散型合金としているので、
エレクトロマイグレーションに対する耐性を上げ、また
酸化物の還元に起因する脆化及び凝集を防止することが
できる。従って、金、銀、銅等の比抵抗の低い金属を用
いて配線を形成することができ、配線抵抗の低減と共に
、エレクトロマイグレーション断線不良寿命の向上をは
かり得、且つ脆化や凝集の防止をはかり得る半導体装置
を実現することが可能となる。
第１図及び第２図は本発明の一実施例に係わる半導体装
置の製造工程を説明するためのもので、第１図は断面図
、第２図は斜視図、第３図は上記実施例に用いたスパッ
タリング装置の一例を示す模式図である。 １１・・・半導体基板、 １２・・・層間絶縁膜、 １３・・・窒化チタン（Ｔ ｉ Ｎ）層、１４・・・銅
−酸化リチウム合金層、 １５・・・銅合金配線パターン、 １６・・・結晶粒界、 １７・・・析出物。 ３０・・・チャンバ、 ３１．３２・・・電極、 ３・・・試料、 ３４・・・ターゲラ ト。
置の製造工程を説明するためのもので、第１図は断面図
、第２図は斜視図、第３図は上記実施例に用いたスパッ
タリング装置の一例を示す模式図である。 １１・・・半導体基板、 １２・・・層間絶縁膜、 １３・・・窒化チタン（Ｔ ｉ Ｎ）層、１４・・・銅
−酸化リチウム合金層、 １５・・・銅合金配線パターン、 １６・・・結晶粒界、 １７・・・析出物。 ３０・・・チャンバ、 ３１．３２・・・電極、 ３・・・試料、 ３４・・・ターゲラ ト。
Claims (2)
- （１） I ｂ族元素からなる第１の金属を主成分とする
配線層を備えた半導体装置において、前記配線層内に、
前記第１の金属よりも酸化され易い第２の金属の酸化物
を分散析出させてなることを特徴とする半導体装置。 - （２） I ｂ族元素からなる第１の金属を主成分とする
配線層を備えた半導体装置の製造方法において、前記配
線層の形成に際し、前記第１の金属と該金属よりも酸化
され易い第２の金属との合金薄膜を、第１の金属は酸化
されずに第２の金属が選択的に酸化される酸化性ガス雰
囲気中で成膜することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16954389A JPH0334548A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16954389A JPH0334548A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0334548A true JPH0334548A (ja) | 1991-02-14 |
Family
ID=15888433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16954389A Pending JPH0334548A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0334548A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5791696A (en) * | 1993-06-14 | 1998-08-11 | Tokai Rubber Industries, Ltd. | Hose with a protector |
| US5866671A (en) * | 1994-08-01 | 1999-02-02 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Molded parts used for photographic sensitive materials and resin compositions used to make thereof |
| JP2007235024A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Tdk Corp | 酸化物誘電体膜の形成方法 |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP16954389A patent/JPH0334548A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5791696A (en) * | 1993-06-14 | 1998-08-11 | Tokai Rubber Industries, Ltd. | Hose with a protector |
| US5871240A (en) * | 1993-06-14 | 1999-02-16 | Tokai Rubber Industries, Ltd. | Hose with a protector |
| US5866671A (en) * | 1994-08-01 | 1999-02-02 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Molded parts used for photographic sensitive materials and resin compositions used to make thereof |
| JP2007235024A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Tdk Corp | 酸化物誘電体膜の形成方法 |
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