JPH1060645A - アルミニウム層の製造方法 - Google Patents
アルミニウム層の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子の移動及び／又は応力の移動に極めて安
定な極めて幅の狭い多結晶アルミニウム導体路を形成す
ることのできる、基板上にアルミニウム層を形成する方
法を提供する。 【解決手段】 多結晶アルミニウム層を有する基板を炉
内で目標温度から最終温度に制御下に冷却し、この制御
下の冷却中に瞬時温度が所定の温度分布をたどり、その
際アルミニウム層内の個々のアルミニウム粒子間に直接
エネルギー学上安定名Ａｌ2Ｃｕ−θ相が形成される。
定な極めて幅の狭い多結晶アルミニウム導体路を形成す
ることのできる、基板上にアルミニウム層を形成する方
法を提供する。 【解決手段】 多結晶アルミニウム層を有する基板を炉
内で目標温度から最終温度に制御下に冷却し、この制御
下の冷却中に瞬時温度が所定の温度分布をたどり、その
際アルミニウム層内の個々のアルミニウム粒子間に直接
エネルギー学上安定名Ａｌ2Ｃｕ−θ相が形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上にアルミニ
ウム層を形成する方法に関する。
ウム層を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウムは、導体路に課せられた要
件を極めて良好に満たすことができるため、今日まで半
導体技術分野で導体路としてほぼ専用的に使用されてい
る金属である。
件を極めて良好に満たすことができるため、今日まで半
導体技術分野で導体路としてほぼ専用的に使用されてい
る金属である。
【０００３】もちろんアルミニウムにもまだ完全には除
去することのできない多くの欠点となる特性を有する。
去することのできない多くの欠点となる特性を有する。
【０００４】特に欠点となる特性の１つはアルミニウム
導体路内の著しい電子の移動がある。電子の移動とは電
流の影響下に導体路内で物質が移動することを意味す
る。その際移動する電子が正に帯電したアルミニウムの
結晶構造の芯と衝突することにより電子の流れ方向に物
質の空乏化が起こる。この物質の空乏化は局部的に導体
路を完全に中断することになり、そのため集積回路の全
損を招く恐れがある。
導体路内の著しい電子の移動がある。電子の移動とは電
流の影響下に導体路内で物質が移動することを意味す
る。その際移動する電子が正に帯電したアルミニウムの
結晶構造の芯と衝突することにより電子の流れ方向に物
質の空乏化が起こる。この物質の空乏化は局部的に導体
路を完全に中断することになり、そのため集積回路の全
損を招く恐れがある。
【０００５】更にアルミニウム導体路の場合いわゆる応
力の移動を来す。応力の移動とはアルミニウム原子が高
められた温度で内部の機械的応力の影響下に移動するこ
とを意味する。この応力の移動も結局は導体路を中断す
ることになり、それにより集積回路が全損する恐れがあ
る。応力の移動及び電子の移動に対する対応措置として
アルミニウムに０．５〜５重量％の銅の添加が有効であ
る。
力の移動を来す。応力の移動とはアルミニウム原子が高
められた温度で内部の機械的応力の影響下に移動するこ
とを意味する。この応力の移動も結局は導体路を中断す
ることになり、それにより集積回路が全損する恐れがあ
る。応力の移動及び電子の移動に対する対応措置として
アルミニウムに０．５〜５重量％の銅の添加が有効であ
る。
【０００６】しかし最大限に集積された回路内にある極
めて幅の狭いアルミニウム導体路（幅≦１μｍ）の場
合、前述の銅の添加にも拘らず僅かな温度（１２５℃）
による受動的な熱の滞留で電流の負荷がなくても益々導
体路の亀裂及び中断を頻発することになる。
めて幅の狭いアルミニウム導体路（幅≦１μｍ）の場
合、前述の銅の添加にも拘らず僅かな温度（１２５℃）
による受動的な熱の滞留で電流の負荷がなくても益々導
体路の亀裂及び中断を頻発することになる。
【０００７】上方の金属面内の基台及びＳｉＯ2／Ｓｉ
ＮXカバー層としてＳｉＯ2誘電体を有する多層金属化物
は特に阻害される。その理由はそこに生じる極めて強力
な外因性の引張り応力にある。その原因としては、熱処
理又はポリイミドの網状化の際に冷却相中のアルミニウ
ム導体路に後に形成される亀裂の裂け目にあることが判
明している。プロセス上そこに生じた冷却特性は、冷却
中に面状の銅析出物が時効硬化し、いわゆるギニエ・プ
レストン相を成長したアルミニウム粒子内に来す。従来
の一般的な冷却相の場合銅原子はアルミニウム粒子の内
部から安定なＡｌ2Ｃｕ−θ−相に変わるために粒界に
移動する。その際銅原子は空格子面又は転位により強く
乱された格子面を残し、これらの格子面はアルミニウム
原子によって完全に回復されることはできない。
ＮXカバー層としてＳｉＯ2誘電体を有する多層金属化物
は特に阻害される。その理由はそこに生じる極めて強力
な外因性の引張り応力にある。その原因としては、熱処
理又はポリイミドの網状化の際に冷却相中のアルミニウ
ム導体路に後に形成される亀裂の裂け目にあることが判
明している。プロセス上そこに生じた冷却特性は、冷却
中に面状の銅析出物が時効硬化し、いわゆるギニエ・プ
レストン相を成長したアルミニウム粒子内に来す。従来
の一般的な冷却相の場合銅原子はアルミニウム粒子の内
部から安定なＡｌ2Ｃｕ−θ−相に変わるために粒界に
移動する。その際銅原子は空格子面又は転位により強く
乱された格子面を残し、これらの格子面はアルミニウム
原子によって完全に回復されることはできない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、これらの空格子及び転位により強く乱された格子面
をアルミニウム粒子内に形成することを回避したアルミ
ニウム層の製造方法を提供することにある。
は、これらの空格子及び転位により強く乱された格子面
をアルミニウム粒子内に形成することを回避したアルミ
ニウム層の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、基板上にアルミニウム層を以下に記載する工程で製
造することにより解決される。即ち ａ）基板上に０．５〜５重量％の銅を含んでいる多結晶
のアルミニウム層を析出し、 ｂ）基板を多結晶アルミニウム層と共に炉内に入れ、そ
こで目標温度に加熱し、 ｃ）その後基板を多結晶のアルミニウムと共に炉内で目
標温度から最終温度に制御しながら冷却し、制御下の冷
却中に瞬時温度が所定の温度分布をたどるようにし、そ
の際アルミニウム層中の個々のアルミニウム粒子間に直
接エネルギー学上安定なＡｌ2Ｃｕ−θ−相を形成す
る。
り、基板上にアルミニウム層を以下に記載する工程で製
造することにより解決される。即ち ａ）基板上に０．５〜５重量％の銅を含んでいる多結晶
のアルミニウム層を析出し、 ｂ）基板を多結晶アルミニウム層と共に炉内に入れ、そ
こで目標温度に加熱し、 ｃ）その後基板を多結晶のアルミニウムと共に炉内で目
標温度から最終温度に制御しながら冷却し、制御下の冷
却中に瞬時温度が所定の温度分布をたどるようにし、そ
の際アルミニウム層中の個々のアルミニウム粒子間に直
接エネルギー学上安定なＡｌ2Ｃｕ−θ−相を形成す
る。
【００１０】その際本発明は、温度熟成によりエネルギ
ー学的に安定なＡｌ2Ｃｕ−θ−相を混合相からギニエ
・プレストン相の中間段階を経ずに直接アルミニウム粒
子間の粒界に形成することができるとの認識に基づく。
それによりアルミニウム粒子の内部からの不安定で大表
面の銅の析出物の拡散が消失し、温度熟成プロセスによ
り亀裂状の空格子面又は転位面は形成されない。
ー学的に安定なＡｌ2Ｃｕ−θ−相を混合相からギニエ
・プレストン相の中間段階を経ずに直接アルミニウム粒
子間の粒界に形成することができるとの認識に基づく。
それによりアルミニウム粒子の内部からの不安定で大表
面の銅の析出物の拡散が消失し、温度熟成プロセスによ
り亀裂状の空格子面又は転位面は形成されない。
【００１１】本発明の製造方法の一実施態様において
は、多結晶アルミニウム層は約４５０℃の目標温度で熱
処理される。
は、多結晶アルミニウム層は約４５０℃の目標温度で熱
処理される。
【００１２】本発明による製造方法の別の実施態様で
は、アルミニウム層に施されたイミド層は約３６０℃の
目標温度で重合化される。
は、アルミニウム層に施されたイミド層は約３６０℃の
目標温度で重合化される。
【００１３】熱処理又は重合化の終了後制御下に冷却を
行い、その際瞬時温度は３２０℃〜２００℃の温度イン
ターバルで所定の温度経過をたどる。その際６℃／ｈ以
下の温度の時間的な変化が行われる。
行い、その際瞬時温度は３２０℃〜２００℃の温度イン
ターバルで所定の温度経過をたどる。その際６℃／ｈ以
下の温度の時間的な変化が行われる。
【００１４】多結晶アルミニウム層の一製造方法として
は、例えば２００℃〜４００℃の温度でスパッタリング
により基板上にアルミニウム層を析出させることが挙げ
られる。
は、例えば２００℃〜４００℃の温度でスパッタリング
により基板上にアルミニウム層を析出させることが挙げ
られる。
【００１５】別の多結晶アルミニウム層の製造方法で
は、熱的又は誘導的に又は電子ビーム蒸発法により基板
上にアルミニウム層が析出させられる。
は、熱的又は誘導的に又は電子ビーム蒸発法により基板
上にアルミニウム層が析出させられる。
【００１６】更に多結晶アルミニウム層をいわゆるＣＶ
Ｄ法により例えば出発物質としてトリイソブチルアルミ
ニウムと共に基板上に析出させる方法がある。
Ｄ法により例えば出発物質としてトリイソブチルアルミ
ニウムと共に基板上に析出させる方法がある。
【００１７】
【実施例】本発明を一実施例に基づき以下に詳述する。
【００１８】上記の方法のいずれの場合にも、例えば二
酸化シリコンから成る基板上に０．５〜５重量％の銅を
含んでいる多結晶アルミニウム層を析出することを出発
点とする。これは例えばスパッタリングにより行われ
る。
酸化シリコンから成る基板上に０．５〜５重量％の銅を
含んでいる多結晶アルミニウム層を析出することを出発
点とする。これは例えばスパッタリングにより行われ
る。
【００１９】０．５〜５重量％の銅の添加の他に、更に
金属又は非金属の別の添加物、特にシリコンをアルミニ
ウムに混和してもよい。約１重量％のシリコンの添加
は、同様に電子の移動及び応力の移動を積極的に改善す
るものであることが判明している。更にこのシリコンの
添加は、シリコンが基板からアルミニウムに拡散する
（これは特に接触孔の場合望ましくない）のを阻止する
のに普通行われている。
金属又は非金属の別の添加物、特にシリコンをアルミニ
ウムに混和してもよい。約１重量％のシリコンの添加
は、同様に電子の移動及び応力の移動を積極的に改善す
るものであることが判明している。更にこのシリコンの
添加は、シリコンが基板からアルミニウムに拡散する
（これは特に接触孔の場合望ましくない）のを阻止する
のに普通行われている。
【００２０】スパッタリングは１００℃以下の温度で行
ってもよく、これは５０〜１００ｎｍの粒径を有する極
めて微細なアルミニウムの構造を形成させる。しかし２
００〜４００℃の基板温度でアルミニウム層をスパッタ
リングすると、アルミニウム粒子は熱処理後数μｍの大
きさを得ることができる。この結果生じるアルミニウム
導体路はいわゆる“竹の構造”を有する。それというの
もアルミニウム粒子の大きさはアルミニウム導体路自体
の幅の寸法範囲にあるからである。
ってもよく、これは５０〜１００ｎｍの粒径を有する極
めて微細なアルミニウムの構造を形成させる。しかし２
００〜４００℃の基板温度でアルミニウム層をスパッタ
リングすると、アルミニウム粒子は熱処理後数μｍの大
きさを得ることができる。この結果生じるアルミニウム
導体路はいわゆる“竹の構造”を有する。それというの
もアルミニウム粒子の大きさはアルミニウム導体路自体
の幅の寸法範囲にあるからである。
【００２１】従来技術によりこの基板をスパッタリング
及び熱処理された多結晶アルミニウム層と共に冷却す
る。
及び熱処理された多結晶アルミニウム層と共に冷却す
る。
【００２２】従来の非制御下に経過した冷却ではその後
いわゆるギニエ・プレストン帯が形成され、冷却中に面
状の銅析出物が時効硬化してギニエ・プレストン相と成
る。その後銅原子はアルミニウム粒子の内部の面から粒
界に移動する。ギニエ・プレストン相は不安定なので、
この相は更に安定なＡｌ2Ｃｕ−θ−相に変わる。その
際アルミニウム粒子中に析出された銅原子は空格子面又
は転位により著しく乱された格子面を残し、この格子面
はアルミニウム原子によって回復不可能である。
いわゆるギニエ・プレストン帯が形成され、冷却中に面
状の銅析出物が時効硬化してギニエ・プレストン相と成
る。その後銅原子はアルミニウム粒子の内部の面から粒
界に移動する。ギニエ・プレストン相は不安定なので、
この相は更に安定なＡｌ2Ｃｕ−θ−相に変わる。その
際アルミニウム粒子中に析出された銅原子は空格子面又
は転位により著しく乱された格子面を残し、この格子面
はアルミニウム原子によって回復不可能である。
【００２３】集積回路の使用開始時に生じる外因性の強
い引張り応力により最終的に亀裂状の裂け目（いわゆる
スリット欠陥）が個々のアルミニウム粒子内に生じ、ア
ルミニウム導体路全体を亀裂させることがある。
い引張り応力により最終的に亀裂状の裂け目（いわゆる
スリット欠陥）が個々のアルミニウム粒子内に生じ、ア
ルミニウム導体路全体を亀裂させることがある。
【００２４】本発明により熱処理の終了後一定の“合金
熟成プロセス”を経て不安定なギニエ・プレストン相の
形成が回避されると、直接安定なＡｌ2Ｃｕ−θ−相が
形成されることになる。これは瞬時温度が３２０℃〜２
００℃の温度インターバルの所定の温度分布を経過する
制御された冷却により行われる。その際この温度インタ
ーバルでの６℃／ｈ以下の温度の時間的変化が行われ
る。
熟成プロセス”を経て不安定なギニエ・プレストン相の
形成が回避されると、直接安定なＡｌ2Ｃｕ−θ−相が
形成されることになる。これは瞬時温度が３２０℃〜２
００℃の温度インターバルの所定の温度分布を経過する
制御された冷却により行われる。その際この温度インタ
ーバルでの６℃／ｈ以下の温度の時間的変化が行われ
る。
【００２５】完全な合金熟成後最小値を取る特定の導体
路の抵抗を測定することにより合金の熟成度は検出可能
である。本発明方法により寿命は電子の移動及び応力の
移動に対して少なくとも１／３高められる。
路の抵抗を測定することにより合金の熟成度は検出可能
である。本発明方法により寿命は電子の移動及び応力の
移動に対して少なくとも１／３高められる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シユテフアン デイートリツヒ ドイツ連邦共和国 82299 チユルケンフ エルト アンマーゼーシユトラーセ ４ (72)発明者 アレクサンダー ヒルシユ ドイツ連邦共和国 85521 オツトーブル ン ラートハウスシユトラーセ １
Claims (10)
- 【請求項１】 アルミニウム層を基板上に形成する方法
において、 ａ）基板上に０．５〜５重量％の銅を含んでいる多結晶
アルミニウム層を析出し、 ｂ）基板を多結晶アルミニウム層と共に炉内に入れ、そ
こで目標温度に加熱し、 ｃ）その後基板を多結晶アルミニウム層と共に炉内で目
標温度から最終温度に制御しながら冷却し、制御下の冷
却中に瞬時温度が所定の温度分布をたどるようにし、そ
の際アルミニウム層中の個々のアルミニウム粒子間に直
接エネルギー学上安定なＡｌ2Ｃｕ−θ−相を形成する
ことを特徴とするアルミニウム層の製造方法。 - 【請求項２】 多結晶アルミニウム層を有する基板を目
標温度で熱処理することを特徴とする請求項１記載の製
造方法。 - 【請求項３】 アルミニウム層上に施されたイミド層を
目標温度で重合化することを特徴とする請求項１又は２
記載の製造方法。 - 【請求項４】 目標温度が３５０℃〜４５０℃であるこ
とを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の製造方
法。 - 【請求項５】 制御下の冷却中に３００℃〜２００℃の
温度インターバルで瞬時温度が所定の温度分布をたどる
ようにすることを特徴とする請求項４記載の製造方法。 - 【請求項６】 冷却が３２０℃〜２００℃の温度インタ
ーバルで６℃／ｈ以下の温度の時間的変化で行われるこ
とを特徴とする請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 多結晶アルミニウム層をスパッタリング
により２００〜４００℃の基板温度で析出することを特
徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。 - 【請求項８】 多結晶アルミニウム層を熱的又は誘導的
に又は電子ビーム蒸発により析出することを特徴とする
請求項１乃至６の１つに記載の方法。 - 【請求項９】 多結晶アルミニウム層をＣＶＤ法により
析出することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載
の方法。 - 【請求項１０】 請求項１乃至９の１つに記載の方法を
使用して幅≦１μｍのアルミニウム導体路を集積回路内
に形成することを特徴とするアルミニウム層の製造方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19621400.9 | 1996-05-28 | ||
| DE19621400A DE19621400C2 (de) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | Herstellverfahren für eine Aluminiumschicht oder Aluminiumleiterbahnen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1060645A true JPH1060645A (ja) | 1998-03-03 |
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