JPH06267959A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH06267959A
JPH06267959A JP5081323A JP8132393A JPH06267959A JP H06267959 A JPH06267959 A JP H06267959A JP 5081323 A JP5081323 A JP 5081323A JP 8132393 A JP8132393 A JP 8132393A JP H06267959 A JPH06267959 A JP H06267959A
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JP
Japan
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film
aluminum
semiconductor device
wiring
film forming
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Withdrawn
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JP5081323A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomoyuki Uchiyama
朋幸 内山
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58After-treatment
    • C23C14/5806Thermal treatment

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム配線のエレクトロマイグレーシ
ョン耐性及びストレスマイグレーション耐性を共に高め
る。 【構成】 MOSトランジスタの層間絶縁膜7にコンタ
クトホールを形成した後、成膜温度500〜550℃、
成膜ガス圧8mTorr及び成膜パワー10kWの高温
スパッタ法にて膜厚600nmの多結晶アルミニウム膜
8を成膜する。次に、この多結晶アルミニウム膜8の表
層部を非晶質アルミニウム膜9にすべく、ドーズ量が1
×1015cm-2以上、注入エネルギー100keVの条
件にてアルゴンのイオン注入を行う。さらに、パターニ
ング後、シンターを行い、ソース/ドレイン拡散層5及
び6と下層の多結晶アルミニウム膜8′とのオーミック
接触をとる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、例えば、MOSトランジスタにおける微細化した
アルミニウム又はアルミニウム合金膜などの配線層の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の配線材料として、例
えば特開平3−110848号公報に開示されているよ
うに、アルミニウム又はアルミニウム合金が広く用いら
れている。これらの大きな特徴は、下地のシリコン及び
シリコン酸化膜に対して密着性が良いこと、抵抗値が低
いこと、p型又はn型拡散層とオーミックコンタクトが
形成できること、並びに、コストが低いことである。
【0003】一方、半導体集積回路の微細化が進むに連
れて、デバイスの寸法も縮小化してきており、特に横方
向の寸法の縮小化が顕著になっている。この結果、配線
間のビアホール、或いは、配線と拡散層とを接続するコ
ンタクトホールのアスペクト比が増大し、スパッタリン
グ法ではそれらのホールの底部までアルミニウム膜を埋
め込めないという問題も生じてきている。
【0004】この問題を解決するための一手段として、
500乃至550℃の高温下でアルミニウム又はアルミ
ニウム合金を成膜するいわゆる高温スパッタ法が検討さ
れている。この「高温スパッタ法」という名称は、従来
一般にアルミニウム配線を形成する際に適用されてきた
成膜温度が、室温乃至300℃程度であったのに対し、
この方法では500乃至550℃という、さらに高い温
度を用いることに由来する。この高温スパッタ法によ
り、基板上に成膜されたアルミニウム原子の移動度が増
大し、アルミニウム原子のホール内部への埋め込みが促
進されることが報告されている。
【0005】上述の高温スパッタ法について、図3を参
照しながら説明する。
【0006】まず、図3(a)に示すように、p型シリ
コン基板1にドライ熱酸化によりゲート酸化膜2を形成
し、次いでゲート電極用の多結晶シリコン膜3をCVD
法により形成する。
【0007】次に、図3(b)に示すように、ゲート電
極4となる多結晶シリコン膜3及びその下部のゲート酸
化膜2を残して多結晶シリコン膜3及びゲート酸化膜2
をエッチング除去する。
【0008】次に、図3(c)に示すように、このゲー
ト電極4をマスクとしたイオン注入及びその後の熱拡散
によりソース/ドレイン拡散層5、6を形成する。この
ときのイオン種はリン或いは砒素を用いる。次いで、リ
ンシリケートガラス(PSG)等による層間絶縁膜7を
CVD法により形成し、コンタクト部の開孔処理を行
い、しかる後、リフロー処理にて層間絶縁膜7の段差部
を緩やかにする。
【0009】次に、図3(d)に示すように、高温スパ
ッタ法にて、アルミニウム−シリコン−銅合金8を基板
全面に堆積し、フォトエッチング技術により配線パター
ンを形成し、しかる後、シンター工程にて拡散層5、6
とのオーミック接触をとる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】半導体装置の信頼性に
影響を与える不良モードの一つに、配線の断線がある。
この不良は、配線中を流れる電流に起因するエレクトロ
マイグレーションと、配線に加わるストレスに起因する
ストレスマイグレーションとに大別される。これらの不
良はアルミニウムの結晶粒径に大きく依存することが知
られている。すなわち、図2に示すように、配線幅一定
という条件の下では、結晶粒径が増大するとエレクトロ
マイグレーションによる不良は抑制されるが、ストレス
マイグレーションによる不良が顕在化し、一方、結晶粒
が微粒子化するとストレスマイグレーションによる不良
は抑制されるが、エレクトロマイグレーションによる不
良が顕在化するという関係にある。したがって、アルミ
ニウムの結晶粒径の制御は、断線不良率低減化のための
重要な課題となっている。
【0011】しかしながら、前述の高温スパッタ法で
は、ホール内への埋め込み特性は向上するが、成膜温度
が通常より高いために配線を構成するアルミニウムの結
晶粒径が増大し、これによりストレスマイグレーション
による配線の断線が多発する等の問題があった。
【0012】そこで、本発明の目的は、アスペクト比の
大きなホールに対しての成膜性が良好であるという高温
スパッタ法の利点を保持しつつ、アルミニウム配線の信
頼性に影響するエレクトロマイグレーション耐性及びス
トレスマイグレーション耐性を共に高めることのできる
半導体装置の製造方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に
形成された絶縁膜上にアルミニウム又はアルミニウム系
合金からなる配線層を500℃以上の温度でスパッタリ
ング成膜する成膜工程と、前記成膜工程後に前記配線層
の表面へイオン注入するイオン注入工程とを有する。
【0014】また、本発明の実施態様としては、前記半
導体装置が、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極を設けたMIS型半導体装置であってよい。
【0015】また、本発明の実施態様としては、前記イ
オン注入工程において使用するイオン種が、ネオン、ア
ルゴン、キセノン、クリプトン、アルミニウム、シリコ
ン、銅、チタン、スカンジウム、窒素、リン、砒素、ホ
ウ素及びこれらを含んだ化合物からなる群より選ばれた
少なくとも1種であってよい。
【0016】さらに、本発明は、前記イオン注入工程に
おいて、ドーズ量が1×1015cm-2以上であることが
好ましい。
【0017】
【作用】500〜550℃の温度でアルミニウム膜又は
アルミニウム系合金膜をスパッタリング成膜すると、そ
の結晶粒径は1〜10μm程度に成長するが、その後、
膜表面にイオン注入を行うことにより、膜表面の結晶性
が破壊され、非晶質或いは微結晶粒状に変化する。これ
により、配線層下部では多結晶アルミニウム領域、配線
層上部では非晶質或いは微結晶粒アルミニウム領域が形
成されるが、これらの領域の境界は明確でなく、滑らか
に変化しているために、両領域の密着性を損なう問題が
ない。このように結晶構造の異なった構造を有する配線
は、エレクトロマイグレーション及びストレスマイグレ
ーションのそれぞれに対し耐性を有するようになり、そ
れらによる断線が生じにくくなる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の一実施例として、MOSトラ
ンジスタにおける配線の形成方法を図1を参照して説明
する。
【0019】まず、図1(a)に示すように、図3に示
した従来技術と同じ手順で、シリコン基板1に、ゲート
酸化膜2、ゲート電極4、ソース/ドレイン拡散層5及
び6で構成されるMOSトランジスタを形成し、その上
に層間絶縁膜7を堆積する。次いで、ソース/ドレイン
拡散層5及び6上の層間絶縁膜7を開孔し、コンタクト
ホールを形成する。
【0020】次に、図1(b)に示すように、層間絶縁
膜7上に高温スパッタ法にて膜厚600nmの多結晶ア
ルミニウム膜8を成膜する。成膜条件は、成膜温度55
0℃、成膜ガス圧8mTorr及び成膜パワー10kW
である。
【0021】次に、図1(c)に示すように、アルミニ
ウム膜8の表面へ、イオン種がアルゴン、ドーズ量が5
×1015cm-2、注入エネルギー100keVの条件に
てイオン注入を行う。このイオン注入により多結晶アル
ミニウム膜8の表層部が非晶質アルミニウム膜9へと変
化する。
【0022】次に、図1(d)に示すように、多結晶ア
ルミニウム膜8′及び非晶質アルミニウム膜9のパター
ニングを行い、しかる後、水素を数%含んだ窒素雰囲気
下にて400℃のシンターを行い、ソース/ドレイン拡
散層5及び6とのオーミック接触をとる。
【0023】以上の手順により形成されたアルミニウム
配線膜は、その表層部がイオン注入により非晶質アルミ
ニウム膜9に変化しており、下層部が多結晶アルミニウ
ムである。しかも、両者の境界は明確ではなく、滑らか
に変化している。そして、このような複合膜を形成する
ことにより、成膜性が良好でかつ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それぞれに対し
優れた耐性を示す。
【0024】なお、本実施例では、配線材料にアルミニ
ウムを用いたが、配線材料としてアルミニウム系合金膜
を用いてもよい。
【0025】また、本実施例では、多結晶アルミニウム
膜への注入イオン種をアルゴンとしたが、イオン種はネ
オン、キセノン、クリプトン、アルミニウム、シリコ
ン、銅、チタン、スカンジウム、窒素、リン、砒素、ホ
ウ素、又は、これらを含んだ化合物若しくは混合物でも
よい。
【0026】さらに、本実施例では、イオン注入を行っ
た後にシンターを行ったが、イオン注入工程をシンター
工程の後に行ってもよい。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、例えばアルミニウム配
線において従来問題となっていたエレクトロマイグレー
ションとストレスマイグレーションの両方の耐性を共に
向上させることができ、配線の信頼性を高めることがで
きる。従って、半導体装置の信頼性が高まり、歩留りが
向上するので低コストで製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
を示す断面図である。
【図2】アルミニウム結晶粒径と断線による不良率との
関係を示す図である。
【図3】従来の半導体装置の製造方法の一例を示す断面
図である。
【符号の説明】
1 p型シリコン基板 2 ゲート酸化膜 3 多結晶シリコン膜 4 ゲート電極 5、6 ソース/ドレイン拡散層 7 層間絶縁膜 8、8′ 多結晶アルミニウム膜 9 非晶質アルミニウム膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/90 D 7514−4M 21/336 29/784 9054−4M H01L 29/78 301 Y

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された絶縁膜上にア
    ルミニウム又はアルミニウム系合金からなる配線層を5
    00℃以上の温度でスパッタリング成膜する成膜工程
    と、 前記成膜工程後に前記配線層の表面へイオン注入するイ
    オン注入工程とを有することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 前記半導体装置が、半導体基板上にゲー
    ト絶縁膜を介してゲート電極を設けたMIS型半導体装
    置であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 前記イオン注入工程において使用するイ
    オン種が、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン、
    アルミニウム、シリコン、銅、チタン、スカンジウム、
    窒素、リン、砒素、ホウ素及びこれらを含んだ化合物か
    らなる群より選ばれた少なくとも1種であることを特徴
    とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記イオン注入工程において、ドーズ量
    が1×1015cm-2以上であることを特徴とする請求項
    1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
JP5081323A 1993-03-16 1993-03-16 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH06267959A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0897212A (ja) * 1994-09-28 1996-04-12 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JPH08241895A (ja) * 1995-03-03 1996-09-17 Nec Corp 半導体装置及びその製造方法
US5580800A (en) * 1993-03-22 1996-12-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of patterning aluminum containing group IIIb Element
US5830786A (en) * 1993-02-22 1998-11-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Process for fabricating electronic circuits with anodically oxidized scandium doped aluminum wiring
KR100331269B1 (ko) * 1999-07-01 2002-04-06 박종섭 반도체 장치의 배선 형성방법

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