JPH04134829A - Ａｌ系金属配線層の作製方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、Ａｌ系金属配線層の作製方法に関する。さ
らに詳しくは、半導体集積回路のＡｔ系金属配線層の断
線の改良に関する。

（ロ）従来の技術 半導体集積回路においては、従来アルミニウムまたはア
ルミニウム合金配線層が使用されている。

その理由は、抵抗値か低く、シリコンに対してオーミッ
クコンタクトの形成か容易であり、シリコン酸化膜及び
窒化膜との密着性に優れ、微細な加工に対する加工性に
優れることが挙げられる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかし、アルミニウム配線層は、エレクトロマイグレー
ション、ストレスマイグレーションによる断線か生じや
すく、信頼性を損なう問題が最近クローズアップされ、
その改善が要望されている。

エレクトロマイグレーションに対する対策として、配線
材料にＡＩ単一でなく、Ｓｉ、Ｃｕ、ＴｉＭｏ、Ｐｄ等
の金属との合金を使用する方法があるが、まだ不十分て
この問題を解決するまでに至らない。現在では、Ａｌ−
５ｉ−Ｃｕ、Ａｌ−５ｉ−Ｐｄ　　Ａｌ−５ｉ　−Ｍｏ
等の三種金属の合金が用いられエレクトロマイグレーシ
ョンに対する耐性は向上しているが、加工面で問題が生
じている。また、アルミニウム配線層を被覆するパツシ
ベーシヨン膜の熱処理による応力変化で発生するストレ
スマイグレーンヨンに対する対策として、パツシベーシ
ヨン膜の低応力化、熱処理温度の低温化等がとり入れら
れているか、十分に効果を得るに至っていない。

アルミニウムの組成についても、結晶粒径の大きくなる
組成のものはエレクトロマイグレーションに対する耐性
に優れており、小さくなる組成のものはストレスマイグ
レーションに対する耐性に優れている傾向があり、両方
を同時に解決する手法はまだ見出されていない。

この発明は、上記問題を解決するためになされものであ
って、エレクトロマイグレーション及びストレスマイグ
レーションかなく微細なＡｌ系金属配線層を作製するこ
とのできるＡｌ系金属配線層の作製方法を提供しようと
するものである。

（ニ）課題を解決するための手段 この発明によれば、シリコン基板上に絶縁膜を介してＡ
ｌ系金属膜を積層し所定のバターニングを行ってＡｌ系
金属膜パターンを形成し、この基板を水蒸気又は窒素ガ
ス含有水蒸気雰囲気中で酸化処理することによりＡｌ系
金属膜の表面がＡｌ酸化膜で被覆されたＡｌ系金属膜パ
ターンを形成し、次いでこの基板をアニール処理に付す
ことによって上記Ａｌ系金属膜に、Ａ１酸化膜との界面
付近で小さく内部で大きいＡｌ金属結晶を形成させてＡ
ｌ系金属配線層を作製することを特徴とするＡｌ系金属
配線層の作製方法が提供される。

この発明においては、シリコン基板上に絶縁膜を介して
アルミニウム系金属膜を積層し所定のパターニングを行
ってＡｌ系金属膜パターンを形成する。

上記絶縁膜は、シリコン基板とＡｌ系金属配線層を絶縁
するためのものであって、例えば５ｔ３Ｎ４等のシリコ
ン窒化膜、５ｉＯｚ薄膜等を、例えばＬＰ−ＣＶＤ法等
によって形成することができる。

上記Ａｌ系金属膜は、Ａｌ系金属配線層を形成するため
のものであって、上記絶縁膜の上に、例えばスパッタ法
等によってＡＩ又はＡ１合金の膜を堆積して形成するこ
とができる。この膜厚は、通常０８〜１，４μｍである
。Ａ１合金としては、例えばＡｌ−５ｉ、ＡＩ　−９１
−Ｃｕ、　Ａｌ−９ｉＴｌ、Ａ　Ｉ　−Ｓ　ｉ　−Ｍ　
ｏ、Ａｌ−５ｉ−Ｐｄ等を挙げることができる。

この発明においては、この基板を水蒸気又は窒素ガス含
有水蒸気雰囲気中で酸化処理することによりＡｔ系金属
膜の表面がＡｌ酸化膜で被覆されたＡｌ系金属膜パター
ンを形成する。

上記雰囲気は、通常２２０〜７３５　ｘｚｌｇの水蒸気
圧で２５〜５０℃の温度とするのか好ましい。

この発明においては、次いでこの基板をアニル処理に付
すことによって上記Ａｔ系金属膜に、Ａｌ酸化膜との界
面付近で小さく内部で大きいＡｌ金属結晶を形成させる
。このアニール処理は、通常４００〜４２０℃で行うの
が適している。アニール処理により、上記Ａｌ系金属膜
にＡｔ酸化膜との界面付近で酸素が混入しているためＡ
Ｉの結晶成長が妨げられ１〜３μｍの小さい粒径のＡｌ
金属結晶が形成され、内部では特に結晶成長の妨げがな
いため４〜６μｍの比較的大きい粒径のＡｌ金属結晶が
形成されＡｌ系金属配線層となる。

得られたＡｌ系金属配線層の上に、パツシベーシヨン膜
としてプラズマＣＶＤ法等による窒化膜の積層とそのア
ニール処理とを行い半導体集積回路を製造することがで
きる。

（ホ）作用 Ａｌ酸化膜が、Ａｌ系金属配線層にかかる応力を緩和し
、Ａｔ酸化膜との界面付近の小さい粒径のＡｌ金属結晶
からなる表層部がストレスマイグレーンヨンを防ぎ、大
きい粒径のＡｌ金属結晶からなる内部がエレクトロマイ
グレーションを防ぐ。

（へ）実施例 この発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図に示すように、シリコン基板ｌの上にＬＰ−ＣＶ
Ｄ法によってシリコン窒化膜（ＳｉｓＮ４）２を堆積す
る。この膜厚は５００人である。

次に、この上に１重量％のＳｉを含有するＡ１合金膜を
基板の加熱なしにスパッタ法によって堆積し、ホトツノ
グラフィ法によって所定のＡ１合金パターン３を形成す
る。この膜厚は１．１μｍである。

次に、この基板をウェット窒素ガス雰囲気中（水蒸気圧
３７０　ｚｚＨｇ）に配置し、３０°Ｃに加熱すること
によりＡ１合金パターン３の表面にＡ１酸化膜４を形成
する。次に、この基板を４００°Ｃ１３５分間のアニー
ル処理に付すことにより、ＡＩ合合金（ターン３のＡＩ
酸化膜の界面付近で酸素を混入している為ＡＩの結晶成
長は妨げられ内部で界面付近よりも大きい結晶粒径のＡ
１系合金配線層となる。結晶粒径は表層部か２μｍ、内
部か６μｍである。

その後パッン／＼−ンヨン膜としてプラズマＣＶＤ法に
よってシリコン窒化膜５の堆積を行い再度アニール処理
を行う。

この際、パッシベーション膜の応力がＡ１合金配線層３
にかかるが、表面のＡｌ酸化膜４により緩和される。

（ト）発明の効果 この発明によれば、エレクトロマイクレーノヨン及びス
トレスマイグレーンヨンがなく微ａすＡｌ系金属配線層
を作製することのできるＡｌ系金属配線層の作製方法を
提供することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例で作製しｆこＡ１合金配線層
の説明図である。 ｌ・・・・・ノリコン基板、 ２−　・・シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）３−・・・Ａ
１合金配線層、４　　・ＡＩ酸化膜、５・・・・ノリコ
ン窒化膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シリコン基板上に絶縁膜を介してＡｌ系金属膜を積
   層し所定のパターニングを行ってＡｌ系金属膜パターン
   を形成し、この基板を水蒸気又は窒素ガス含有水蒸気雰
   囲気中で酸化処理することによりＡｌ系金属膜の表面が
   Ａｌ酸化膜で被覆されたＡｌ系金属膜パターンを形成し
   、次いでこの基板をアニール処理に付すことによって上
   記Ａｌ系金属膜に、Ａｌ酸化膜との界面付近で小さく内
   部で大きいＡｌ金属結晶を形成させてＡｌ系金属配線層
   を作製することを特徴とするＡｌ系金属配線層の作製方
   法。