JPH04199716A

JPH04199716A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH04199716A
Application number: JP2332547A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Abe; 正泰安部; Toshihiko Katsura; 桂　敏彦; Koichi Mase; 間瀬　康一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1992-07-20

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、例えばアルミニウム膜もしくはアルミニウム
合金膜でなる導電膜を用いて形成される配線層を有する
半導体装置及びその製造方法に関する。

（従来の技術）従来、半導体装置においては配線層の導電膜に、例えば
アルミニウム膜が用いられている。このアルミニウム膜
の配線層は、シリコン基板の上にシリコン酸化膜を形成
し、この酸化膜の上にスパッタ法により所定の厚さに被
着させたアルミニウム膜で形成している。しかし半導体
装置の高集積化が進むにつれてアルミニウム膜の配線層
のアルミニウムの結晶粒界拡散により生ずるエレクトロ
・マイグレーションあるいは配線層にそのものに加わる
応力などの問題が生じてきた。

このような状況に対し、アルミニウム配線層の上に酸化
アルミニウムの膜を形成し、これによりアルミニウム膜
の膜厚方向の結晶粒界界面を分断する構造か考えられる
ようになった。このような構造を持つアルミニウム配線
層の例として第５図に要部断面図を示すものかある。図
において、］は基板であり、この基板１はシリコン基板
２と、このシリコン基板２上に形成されたシリコン酸化
膜３とで構成されている。このシリコン酸化膜３」二に
は第］のアルミニウム膜４が被着され、この上表面には
酸化アルミニウム膜５が形成され、さらにこの酸化アル
ミニウム膜５の上表面には第２のアルミニウム膜６が被
着されており、第１．第２のアルミニウム膜４．６と酸
化アルミニウム膜５とでアルミニウム配線層７を構成し
ている。そして酸化アルミニウム膜５は、例えばアルミ
ニウム膜をスパッタリングにより被着した後、大気中に
放置して自然酸化によって形成したり、あるいは純水中
に放置して酸化させて形成したりしていた。

しかしながらこのような従来の技術においては、アルミ
ニウム膜の形成を数回に分けて複層にし、アルミニウム
膜の硬度か高くして機械的な強度を強くするようにしな
から、２つのアルミニウム膜の間に酸化アルミニウム膜
を自然酸化等で形成しても、酸化アルミニウム膜の膜厚
がＯ〜数十オングストロームと場所により差が生してし
まい、第１、第２のアルミニウム膜４，６の結晶粒界界
面か部分的に分断されないところかできてしまい、エレ
クトロ・マイグレーンヨン寿命の点では十分なものでは
ない。あるいはアルミニウム中に不可避的に含まれるシ
リコン、銅、チタン１鉛などによって、金属組織内のミ
クロな部分で電池が形成されて酸化層か厚くなり、電気
抵抗値が３．ｏ〜１４４μΩ−ｅｍと高くかつ大きくば
らついたものとなって、実用できない状況にある。

（発明か解決しようとする課題）上記のような、信頼性や性能のばらつきの点から歩留ま
りが低く、製造コストか増加するという状況に鑑みて本
発明はなされたもので、その目的とするところは配線層
の信頼性が高く、性能のばらつきか少なく、もって製造
コストの増加を来たさない半導体装置及びその製造方法
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）本発明の半導体装置及びその製造方法は、半導体基板の
」二にアルミニウム膜もしくはアルミニウム合金膜でな
る導電膜を複層に被着して形成した配線層を有するもの
において、複層に形成された配線層の少なくとも一部は
、下層側の導電膜の表面部にアルミニウム化合物の導電
性薄膜が形成されており、かつこの導電性薄膜の表面上
に上層側の導電膜が被着して形成されたものであること
を特徴とするものであり、また、半導体基板」二にアルミニウム膜もしくはアルミ
ニウム合金膜でなる導電膜を被着させる導電膜被着１−
程と、被着された導電膜の表面部に導電性を有するアル
ミニウム化合物の薄膜を形成する薄膜形成工程とを備え
、導電膜被着工程及び薄膜形成工程を連続して複数回繰
返し行うことにより所定の厚さの配線層を形成するよう
にしたことを特徴とするものである。

（作用）上記のように形成された半導体装置及びその製造方法は
、アルミニウム膜もしくはアルミニウム合金膜でなる導
電膜を被着させる工程と、被着された導電膜の表面部に
導電性を有するアルミニウム化合物の薄膜を形成する工
程とを連続して複数回繰返し行うことにより所定の厚さ
の配線層を形成するようにし、複層に設けたそれぞれの
導電膜の界面に導電性を有するアルミニウム化合物の薄
膜を設けている。そのため界面に絶縁膜か存在せず、導
電性を有するアルミニウム化合物の薄膜が存在して、導
電股間での電子の移動が自由に行われ、アルミニウム原
子の自己拡散が隣接した導電膜に対しては及ばない。そ
れ故に、エレクトロマイグレーション寿命は向」ニする
。またアルミニウム中に不可避的に含まれる元素によっ
て、金属組織内に電池が形成されて厚い酸化層を形成す
ることもなく、電気抵抗値か高くかつ大きくばらつくこ
とがない。さらに配線層を形成するにあたりて連続して
導電膜とアルミニウム化合物の薄膜を所望の層数、繰返
し形成するので、製造性がよく歩留もよい。

（実施例）以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明を示す要部断面図で、１０は半導体基板
で、これはシリコン基板１１とこのシリコン基板１１の
上に形成されたシリコン酸化膜１２を有して構成されて
いる。そしてシリコン酸化膜１２の上にアルミニウムの
導電膜を４層に配した厚さが０．８μｍの配線層１３が
形成されている。すなわち、配線層１３は第１層目がシ
リコン酸化膜１３の上表面に膜厚が０．２μｍのアルミ
ニウム膜１４ａを被着したものであり、このアルミニウ
ム膜１４ａの表面部には所定の厚さ、例えばアルミニウ
ム原子が自己拡散しても破れない厚さのほう化アルミニ
ウムの薄膜１５ａが形成されている。さらにこのほう化
アルミニウムの薄膜１５ａの上には、第２層目の膜厚が
０．２μｍのアルミニウム膜１４ｂが被着され、またこ
のアルミニウム膜１４ｂの表面部には同様に所定の厚さ
のほう化アルミニウムの薄膜１５ｂが形成されている。

同様にして第３．第４層目のアルミニウム膜１４ｃ　、
　１４ｄと、はう化アルミニウムの薄膜１５ｃ　、　１
５ｄが形成されている。

そして、このように構成される配線層１３について、形
成方法を第２図の工程図、及び第３図に概略を示す模式
図により説明する。

すなわち、第１の工程で、シリコン酸化膜１２が表面に
形成されたシリコンウェハ１６を、スパッタリング装置
１７のチャンバ１８の中に搬入し、カソード電極１９に
取着されたアルミニウムソースターゲット２０に対向さ
せるよう′にウェハステージ２１に載置する。

その後節２の工程で、チャンバ１８内を排気口２２を通
じて真空排気した後、導入口２３を通じてアルゴンガス
を導入し、圧力が０．３パスカルで流入速度が１００８
ＣＣＨに制御されたアルゴンガスの雰囲気にする。

そして第３の工程で、１００　ｋＷのＤＣマグネトロン
によるスパッタリング法により、温度２５０℃、］　μ
ｍ／分の被着速度で、ウェハ１６のシリコン酸化膜１２
上に０．２μｍ厚のアルミニウム膜１４ａを被着する。

被着後、マグネトロンの運転を止める。

続いて第４の工程で１、チャンバ１８内を第３の工程と
同じ雰囲気のままにしておき、チャンバ１８内に設けら
れた窒化はう素（ＢＮ）のブロック２４をヒータ２５で
加熱する。５〜１５秒間、１０００℃で加熱してほう素
を放出させ、このほう素を活性なアルミニウム膜１４ａ
と反応させてアルミニウム膜Ｊ４ａの表面部に所定の厚
さのほう化アルミニウムの薄膜１５ａを形成する。所定
の薄膜を形成した後ヒータの加熱を止める。

なお、窒化はう素のブロック２４をヒータ２５で加熱す
る時間については、第４図に横軸に加熱時間を取り、縦
軸に体積抵抗率の相対比をとって示す曲線（Ａ）及びエ
レクトロマイグレーション寿命の相対比をとって示す曲
線（Ｂ）から、５秒より短い加熱時間ではエレクトロマ
イグレーション寿命が短く、１５秒よりも長い加熱時間
では体積抵抗率が大きくなってしまうため、実用的に上
記の時間を選定している。

そして、さらに第３及び第４の工程を所望する配線層の
導電膜、すなわちアルミニウム膜１４ｂ。

１４ｃ　、　１４ｄの層数が得られるまで繰返し実施す
る。

本実施例では４回の繰返しで厚さ０．８　ｐｒｎの配線
層１３を形成した。

次に、第５の工程で、チャンバ１８内のガス雰囲気を１
気圧の窒素ガスを導入して破壊する。

そして第６の工程で、チャンバ１８内から配線層１３が
形成されたウェハ１６を取り出す。

このような工程を経て所定の厚さの配線層１３を形成し
たウェハ１６を得、さらに配線層１３のバターニング工
程を経て所望の線幅を有する配線が形成される。

本発明は以上のように構成されているので、複層の導電
膜、すなわちアルミニウム膜１４ａ　、　１４ｂ　。

１４ｃ　、　＋４ｄの界面に絶縁膜か存在せず、導電性
を有するほう化アルミニウムの薄膜１５ａ　、　１５ｂ
　。

１５ｃ　、　１５ｄが存在するために、導電膜の機械的
強度を強くすると共に導電股間での電子の移動が自由に
行われ、またアルミニウム原子の自己拡散が隣接した導
電膜に対しては及ばない。それ故に、エレクトロマイグ
レーンヨン寿命は向上し、アルミニウム中に不可避的に
含まれるシリコン、銅。

チタン、鉛なとによって、金属組織内に電池か形成され
て厚い酸化層を形成することもなく、また導電路か各導
電膜に並列に形成され、導電膜間の導通か配線の終端部
でのみ行われるということもなく配線途中でも行われ、
電気抵抗値が高くかつ大きくばらつくことかない。さら
に配線層１３を形成するにあたっても同一のガス雰囲気
中で連続してアルミニウム膜１４ａ　、　１４ｂ　、　
１４ｃ　、　１．４ｄ及びほう化アルミニウムの薄膜］
、５ａ　、　１５ｂ　、　１５ｃ　、　１５ｄを所望の
層数、繰返し形成すればよく、製造性がよい。またスパ
ッタリング装置１７の安定したチャンバ１８のガス雰囲
気中で形成時間を調整して制御性よく６膜を形成するた
め、アルミニウム膜１４ａ１１４））　、　１４ｃ　、
　１４ｄ及びほう化アルミニウムの薄膜１．５ａ　、　
ｉ５ｂ　、　１５ｃ　、　１５ｄの膜厚は均一なものと
なり、性能の向上した配線層１３を高い信頼性のもとに
得ることかでき、歩留が向」ニして製造コストを低減さ
せることかできる。

尚、本発明は上記しかつ図面に示す実施例にのみに限定
されるものではなく、はう化アルミニウム（ＡｌＢ２．
、）に替えて、例えば炭素、ひ素、アンチモン、燐、ゲ
ルマニウム、ニオブ、バナジウムなとの元素の単独ある
いは複数とアルミニウムとの化合物、即ちＡ　１４Ｃ３
、Ａ　ＩＡｓ。

Ａ！Ｓｂ、ＡＬＰ、ＡｌＧｅ、ＡｌＮｂ、ＡＩＶなどの
導電性を有するアルミニウム化合物を用いてもよい等、
要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るもの
である。

［発明の効果コ以上の説明から明らかなように、本発明は、複層に設け
たアルミニウム膜もしくはアルミニウム合金膜を有し、
それらの界面に導電性を有するアルミニウム化合物を形
成して配線層を構成し、この配線層を形成する過程で、
各アルミニウム膜もしくはアルミニウム合金膜の」二面
に導電性を有するアルミニウム化合物の薄膜を連続して
形成するようにした構成としたことにより、次のような
効果が得られる。即ぢ性能の向上した配線層を性能のば
らつきか少なく、信頼性か高い状態で得ることかでき、
歩留も向上して製造コストを低減できる等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
本発明に係わる工程図、第３図は本発明に係わるスパッ
タリング装置の概略を示す模式図、第４図はほう化アル
ミニウムの形成に係わる特性図、第５図は従来例を示す
要部断面図である。１０・・・半導体基板、　　　　１１・・・シリコン基
板、１２・・・シリコン酸化膜、　　１３・・・配線層
、１４、ａ　、　１．４．ｂ　、　１４ｃ　、　］、４
ｄ　−・・アルミニウム膜（導電膜）、１５ａ　、　１５ｂ　、　１５ｃ　、　＋５ｄ　・−・
はう化アルミニウムの薄膜（導電性薄膜）。代理人　　弁理士　　大　胡　典　夫第１図ウニへ徹入屡旦排丸（Ｂ）／Ａ”ｌ＋ノｌＯ１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板の上にアルミニウム膜もしくはアルミ
ニウム合金膜でなる導電膜を複層に被着して形成した配
線層を有するものにおいて、複層に形成された前記配線
層の少なくとも一部は、下層側の導電膜の表面部にアル
ミニウム化合物の導電性薄膜が形成されており、かつこ
の導電性薄膜の表面上に上層側の導電膜が被着して形成
されたものであることを特徴とする半導体装置。
（２）半導体基板上にアルミニウム膜もしくはアルミニ
ウム合金膜でなる導電膜を被着させる導電膜被着工程と
、被着された前記導電膜の表面部に導電性を有するアル
ミニウム化合物の薄膜を形成する薄膜形成工程とを備え
、前記導電膜被着工程及び薄膜形成工程を連続して複数
回繰返し行うことにより所定の厚さの配線層を形成する
ようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。