JPS6410097B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6410097B2 JPS6410097B2 JP6956181A JP6956181A JPS6410097B2 JP S6410097 B2 JPS6410097 B2 JP S6410097B2 JP 6956181 A JP6956181 A JP 6956181A JP 6956181 A JP6956181 A JP 6956181A JP S6410097 B2 JPS6410097 B2 JP S6410097B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- whiskers
- film
- wiring
- depth
- impurities
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はデバイスを含む半導体ウエハ上に形成
された多層配線を有する半導体装置の製造方法に
関し、特にアルミニウム（Al）またはアルミニ
ウムを母材とする合金よりなる金属配線の加工時
に生じるホイスカ（whisker）の発生による配線
間のシヨートを防止した半導体装置の金属配線の
製造方法に関するものである。
された多層配線を有する半導体装置の製造方法に
関し、特にアルミニウム（Al）またはアルミニ
ウムを母材とする合金よりなる金属配線の加工時
に生じるホイスカ（whisker）の発生による配線
間のシヨートを防止した半導体装置の金属配線の
製造方法に関するものである。
一般にLSIなどの半導体装置においては、高密
度化をはかることが集積度の向上，低消費電力化
等に必要になり、配線間隔の縮小が要求される一
方、多層配線も有効な方法として知られている。
この配線用金属上に従来からAlが主に用いられ
てきたが、これは、酸化シリコンなどの絶縁膜に
対し密着性がよく機械的にも強固な配線が得られ
ること、容易に蒸着や膜厚の制御も可能なこと，
電気的伝導度が高く配線の低抵抗化がはかれるこ
となどによる。このAl蒸着法としては、たとえ
ば抵抗加熱によるAl蒸着法，電子ビームでAlを
溶かして蒸着するＥ−ガン法やArのスパツタリ
ングによるスパツタ蒸着法などがあるが、抵抗加
熱法はたとえばＷ，Ta等からなるフイラメント
にAlの線を乗せ、フイラメントを加熱すること
によりAlを溶かし蒸気として真空中で蒸着する
方法である。この方法ではAlそのものの純度よ
りもＷ，Taフイラメントそのものの方が純度が
悪く、Al蒸着膜中に種々の不純物が混入するの
が常であつた。また、Ｅ−ガン法はルツボ中の
Alを電子ビームで溶かすことによつて真空中で
Al蒸気を溶かすものであるが、ルツボの材質も
一般に高純度のものは少なかつた。このように、
抵抗加熱やＥ−ガン法による蒸着方法ではAl膜
中の不純物の存在が大きいため、ホイスカが発生
することはなかつた。
度化をはかることが集積度の向上，低消費電力化
等に必要になり、配線間隔の縮小が要求される一
方、多層配線も有効な方法として知られている。
この配線用金属上に従来からAlが主に用いられ
てきたが、これは、酸化シリコンなどの絶縁膜に
対し密着性がよく機械的にも強固な配線が得られ
ること、容易に蒸着や膜厚の制御も可能なこと，
電気的伝導度が高く配線の低抵抗化がはかれるこ
となどによる。このAl蒸着法としては、たとえ
ば抵抗加熱によるAl蒸着法，電子ビームでAlを
溶かして蒸着するＥ−ガン法やArのスパツタリ
ングによるスパツタ蒸着法などがあるが、抵抗加
熱法はたとえばＷ，Ta等からなるフイラメント
にAlの線を乗せ、フイラメントを加熱すること
によりAlを溶かし蒸気として真空中で蒸着する
方法である。この方法ではAlそのものの純度よ
りもＷ，Taフイラメントそのものの方が純度が
悪く、Al蒸着膜中に種々の不純物が混入するの
が常であつた。また、Ｅ−ガン法はルツボ中の
Alを電子ビームで溶かすことによつて真空中で
Al蒸気を溶かすものであるが、ルツボの材質も
一般に高純度のものは少なかつた。このように、
抵抗加熱やＥ−ガン法による蒸着方法ではAl膜
中の不純物の存在が大きいため、ホイスカが発生
することはなかつた。
ところで、最近では上述したようにフイラメン
トそのものに含まれる不純物や，ルツボ中に含ま
れる不純物による半導体デバイスへの悪影響を避
けるために、Ar等のスパツタリングによるスパ
ツタ蒸着法により形成された純度の高いAl膜が
配線用として用いられるようになつてきた。この
Al膜では半導体デバイスに与える影響は少なく
なつたが、Al膜が高純度になるに伴つてホイス
カの発生が新たな問題となつてきた。このホイス
カは配線加工ならびにそれ以降のウエハプロセス
時に繰り返される圧縮（compression）と膨張
（tension）のヒートサイクルによつて発生しやす
くなるとともに、Alに限らず金属が高純度にな
るにしたがつてホイスカが発生しやすくなること
はよく知られている。したがつて、LSIなどの半
導体装置のように，集積度が増加して配線間隔が
縮小化されて高密度配線になると、金属配線に生
じるホイスカによつて半導体装置に重大な影響を
与えることになる。たとえばLSIの多層配線に高
純度のAlを用いた場合、加工時に２〜10μｍのホ
イスカが発生したとすると、Al配線間隔が2μｍ
〜3μｍ，一層二層目配線間の絶縁膜が１〜2μｍ
であることからみて、上記ホイスカの発生によつ
てAl層間シヨートが発生し、デバイスの歩留り
を下げるばかりでなく、信頼性も低下させるとい
う問題があつた。
トそのものに含まれる不純物や，ルツボ中に含ま
れる不純物による半導体デバイスへの悪影響を避
けるために、Ar等のスパツタリングによるスパ
ツタ蒸着法により形成された純度の高いAl膜が
配線用として用いられるようになつてきた。この
Al膜では半導体デバイスに与える影響は少なく
なつたが、Al膜が高純度になるに伴つてホイス
カの発生が新たな問題となつてきた。このホイス
カは配線加工ならびにそれ以降のウエハプロセス
時に繰り返される圧縮（compression）と膨張
（tension）のヒートサイクルによつて発生しやす
くなるとともに、Alに限らず金属が高純度にな
るにしたがつてホイスカが発生しやすくなること
はよく知られている。したがつて、LSIなどの半
導体装置のように，集積度が増加して配線間隔が
縮小化されて高密度配線になると、金属配線に生
じるホイスカによつて半導体装置に重大な影響を
与えることになる。たとえばLSIの多層配線に高
純度のAlを用いた場合、加工時に２〜10μｍのホ
イスカが発生したとすると、Al配線間隔が2μｍ
〜3μｍ，一層二層目配線間の絶縁膜が１〜2μｍ
であることからみて、上記ホイスカの発生によつ
てAl層間シヨートが発生し、デバイスの歩留り
を下げるばかりでなく、信頼性も低下させるとい
う問題があつた。
本発明は上記のような従来の欠点を除去するた
めになされたもので、その目的はAlなどの金属
配線の加工時に生じるホイスカの発生による配線
間のシヨートを防止した半導体装置における金属
配線の製造方法を提供することにある。
めになされたもので、その目的はAlなどの金属
配線の加工時に生じるホイスカの発生による配線
間のシヨートを防止した半導体装置における金属
配線の製造方法を提供することにある。
この目的を達成するために、本発明は、デバイ
スを含む半導体ウエハ上に形成されたAlなどの
金属配線にリン（P+），砒素（As+），アルゴン
（Ar+），アンチモン（Sb+）などの不純物つまり
質量にして30以上を持つイオン種を該金属配線の
表面からほぼ800〜2000Åの深さにイオン注入す
ることにより、加工時に金属配線に発生したホイ
スカを除去するようにしたものである。この場
合、不純物のイオン注入に際しては通常の技術で
比較的容易に行なうことができ、この不純物のう
ちP+，As+，Sb+は半導体のPN接合を形成する
ために用いられるイオン種であり、またAr+もゲ
ツタリングに用いられるイオン種である。
スを含む半導体ウエハ上に形成されたAlなどの
金属配線にリン（P+），砒素（As+），アルゴン
（Ar+），アンチモン（Sb+）などの不純物つまり
質量にして30以上を持つイオン種を該金属配線の
表面からほぼ800〜2000Åの深さにイオン注入す
ることにより、加工時に金属配線に発生したホイ
スカを除去するようにしたものである。この場
合、不純物のイオン注入に際しては通常の技術で
比較的容易に行なうことができ、この不純物のう
ちP+，As+，Sb+は半導体のPN接合を形成する
ために用いられるイオン種であり、またAr+もゲ
ツタリングに用いられるイオン種である。
以下、本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す概略説明図で
あり、同図において、１０はPN接合を有するデ
バイスを含むSiウエハ、１１はSiウエハ１０上に
形成されたSiO2膜、１２はこのSiO2膜１１上に
スパツタ蒸着により形成された約7000Åの膜厚を
有する金属配線としての高純度のAl膜であり、
この実施例ではAl膜１２に対しP+，Ar+，As+な
どの不純物をその表面からほぼ800〜2000Åの範
囲にイオン注入することにより、配線加工時に
Al膜１２に発生したホイスカを除去することが
できる。
あり、同図において、１０はPN接合を有するデ
バイスを含むSiウエハ、１１はSiウエハ１０上に
形成されたSiO2膜、１２はこのSiO2膜１１上に
スパツタ蒸着により形成された約7000Åの膜厚を
有する金属配線としての高純度のAl膜であり、
この実施例ではAl膜１２に対しP+，Ar+，As+な
どの不純物をその表面からほぼ800〜2000Åの範
囲にイオン注入することにより、配線加工時に
Al膜１２に発生したホイスカを除去することが
できる。
第２図は上記実施例の効果を確認するための実
験結果の一例を示すもので、本発明は、第１図に
示す構造のサンプルを300℃−25℃間でヒートサ
イクルを繰り返すことによりAl膜にホイスカを
発生させ、このホイスカの発生密度とAl膜中に
イオン注入したAs+，P+などの不純物深さの対応
を調べることにより、極めて有効にホイスカを防
ぐ不純物深さを得たことに基くものである。すな
わち、第２図に示すように、P+，Ar+，As+は共
によく似た関係にあり、第２図の符号イで示すほ
ぼ800〜2000Åの深さにイオン注入するとホイス
カの発生はなくなる。たとえばP+の場合、Al膜
１２の表面から第２図の符号ロで示す0.01μｍ程
度のイオン注入を行つたときにはホイスカが発生
した。また、B+の場合、注入エネルギー
150KeV，注入量４×1015cm-2の条件でイオン注
入を行うと、Al膜１２の膜厚7000Åの表面から
第２図の符号ハで示す4500ÅのところにB+が注
入される。しかしながらこの領域ではホイスカは
発生した。このことから、ホイスカの発生を防止
するにはAl膜１２の表面から第２図の符号イで
示す800〜2000Åのホイスカ発生源に不純物をイ
オン注入することが好ましいといえる。
験結果の一例を示すもので、本発明は、第１図に
示す構造のサンプルを300℃−25℃間でヒートサ
イクルを繰り返すことによりAl膜にホイスカを
発生させ、このホイスカの発生密度とAl膜中に
イオン注入したAs+，P+などの不純物深さの対応
を調べることにより、極めて有効にホイスカを防
ぐ不純物深さを得たことに基くものである。すな
わち、第２図に示すように、P+，Ar+，As+は共
によく似た関係にあり、第２図の符号イで示すほ
ぼ800〜2000Åの深さにイオン注入するとホイス
カの発生はなくなる。たとえばP+の場合、Al膜
１２の表面から第２図の符号ロで示す0.01μｍ程
度のイオン注入を行つたときにはホイスカが発生
した。また、B+の場合、注入エネルギー
150KeV，注入量４×1015cm-2の条件でイオン注
入を行うと、Al膜１２の膜厚7000Åの表面から
第２図の符号ハで示す4500ÅのところにB+が注
入される。しかしながらこの領域ではホイスカは
発生した。このことから、ホイスカの発生を防止
するにはAl膜１２の表面から第２図の符号イで
示す800〜2000Åのホイスカ発生源に不純物をイ
オン注入することが好ましいといえる。
また、As+，P+以外の不純物としてAr+，Sb+
をイオン注入したところ同様の効果が得られるこ
とが分つた。このとき同一条件でイオン注入する
と、H+の場合第２図の符号ニで示すように、Al
膜１２をはるかに通過してしまうが、この符号ニ
の領域ではホイスカは発生した。なお、第２図に
おいて、横軸は不純物イオンを，縦軸は第１図の
サンプルに対するAl膜中に注入されるイオンの
投影飛程（Rp）をそれぞれ示し、また符号Rpお
よびσは各不純物イオンの投影飛程，標準偏差の
数値を示している。
をイオン注入したところ同様の効果が得られるこ
とが分つた。このとき同一条件でイオン注入する
と、H+の場合第２図の符号ニで示すように、Al
膜１２をはるかに通過してしまうが、この符号ニ
の領域ではホイスカは発生した。なお、第２図に
おいて、横軸は不純物イオンを，縦軸は第１図の
サンプルに対するAl膜中に注入されるイオンの
投影飛程（Rp）をそれぞれ示し、また符号Rpお
よびσは各不純物イオンの投影飛程，標準偏差の
数値を示している。
なお、Al膜の抵抗値をほぼそのままにするた
めには0.5％近くの不純物におさえておくことが
好ましい。しかも0.5％以上の不純物を800〜2000
Åの深さにイオン注入することがホイスカ防止の
最もよい条件である。
めには0.5％近くの不純物におさえておくことが
好ましい。しかも0.5％以上の不純物を800〜2000
Åの深さにイオン注入することがホイスカ防止の
最もよい条件である。
これらの不純物をAl膜に導入することにより
ホイスカが発生しにくくなることは簡単に説明し
きれないが、ホイスカ発生源を，Al膜に対し不
純物をその表面からほぼ800〜2000Åの深さに導
入することによつて除去させているということが
できる。
ホイスカが発生しにくくなることは簡単に説明し
きれないが、ホイスカ発生源を，Al膜に対し不
純物をその表面からほぼ800〜2000Åの深さに導
入することによつて除去させているということが
できる。
従来では、スパツタ蒸着によるAl膜に対する
ホイスカの防止手段としてはたとえばAl膜の配
線加工時に低温化プロセスをとるか、あるいはヒ
ートサイクルを少くする等の方法で回避せんとす
るものであつたが、上記実施例によると、一般に
半導体加工に用いられるウエハプロセスの配線工
程以降の温度約180〜500℃のプロセスにおいては
ヒートサイクルが数回起つても問題がないことが
確認された。このことは半導体加工装置の制限を
ゆるめ、装置選択の範囲を広げることを示してい
る。
ホイスカの防止手段としてはたとえばAl膜の配
線加工時に低温化プロセスをとるか、あるいはヒ
ートサイクルを少くする等の方法で回避せんとす
るものであつたが、上記実施例によると、一般に
半導体加工に用いられるウエハプロセスの配線工
程以降の温度約180〜500℃のプロセスにおいては
ヒートサイクルが数回起つても問題がないことが
確認された。このことは半導体加工装置の制限を
ゆるめ、装置選択の範囲を広げることを示してい
る。
なお、上記実施例ではAlの場合について示し
たが、今後，配線材料として有望なMo，Ｗ等が
高純度で用いられるときに発生するであろう同種
のホイスカの発生に対しても有効な手段であろう
ことは容易に推察される。
たが、今後，配線材料として有望なMo，Ｗ等が
高純度で用いられるときに発生するであろう同種
のホイスカの発生に対しても有効な手段であろう
ことは容易に推察される。
また、追記すべきことはH+，B+の注入でホイ
スカの密度はイオン注入前のものにくらべ約半分
程度に減少することが上げられる。しかし、第２
図に示すようにイオン注入が深すぎるとホイスカ
を全く発生させないということはできない。
スカの密度はイオン注入前のものにくらべ約半分
程度に減少することが上げられる。しかし、第２
図に示すようにイオン注入が深すぎるとホイスカ
を全く発生させないということはできない。
以上説明したように、本発明によれば、デバイ
スを含む半導体ウエハ上に形成されたAlなどの
金属配線に、該金属配線に対して0.5％以上の濃
度になるべく質量にして30以上を有するP+，As+
などのイオン種を該金属配線の表面からほぼ800
〜2000Åの深さにイオン注入することにより、加
工時に金属配線に発生したホイスカを除去するこ
とができるので、配線間のシヨートを防止するこ
とができるとともに、配線抵抗を変えることなく
良好な金属配線を得ることができ、したがつて、
半導体装置の歩留り，信頼性の向上をはかること
ができる効果がある。
スを含む半導体ウエハ上に形成されたAlなどの
金属配線に、該金属配線に対して0.5％以上の濃
度になるべく質量にして30以上を有するP+，As+
などのイオン種を該金属配線の表面からほぼ800
〜2000Åの深さにイオン注入することにより、加
工時に金属配線に発生したホイスカを除去するこ
とができるので、配線間のシヨートを防止するこ
とができるとともに、配線抵抗を変えることなく
良好な金属配線を得ることができ、したがつて、
半導体装置の歩留り，信頼性の向上をはかること
ができる効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示す概略説明図、
第２図は上記実施例の実験結果の一例を示すホイ
スカの発生とイオン注入深さとの関係を示す図で
ある。 １０……Siウエハ、１１……SiO2膜、１２…
…Al膜。
第２図は上記実施例の実験結果の一例を示すホイ
スカの発生とイオン注入深さとの関係を示す図で
ある。 １０……Siウエハ、１１……SiO2膜、１２…
…Al膜。
Claims (1)
- １ デバイスを含む半導体ウエハ上に形成された
アルミニウムなどからなる高純度の金属配線を有
する半導体装置の製造方法において、前記金属配
線に対して、アルゴン、リン、砒素などの質量に
して30以上を持つイオン種を該金属配線の表面か
らほぼ800〜2000Åの深さにかつ0.5％以上にイオ
ン注入する工程を具備することを特徴とする半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6956181A JPS57183053A (en) | 1981-05-06 | 1981-05-06 | Semiconductor device |
| DE19823217026 DE3217026A1 (de) | 1981-05-06 | 1982-05-06 | Halbleitervorrichtung |
| US06/717,597 US4899206A (en) | 1981-05-06 | 1985-04-01 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6956181A JPS57183053A (en) | 1981-05-06 | 1981-05-06 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57183053A JPS57183053A (en) | 1982-11-11 |
| JPS6410097B2 true JPS6410097B2 (ja) | 1989-02-21 |
Family
ID=13406285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6956181A Granted JPS57183053A (en) | 1981-05-06 | 1981-05-06 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57183053A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4890151A (en) * | 1983-03-12 | 1989-12-26 | Ricoh Company, Ltd. | Thin-film and its forming method |
| JPH07120655B2 (ja) * | 1988-10-25 | 1995-12-20 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| US7157381B2 (en) * | 2004-06-15 | 2007-01-02 | Infineon Technologies Ag | Method for providing whisker-free aluminum metal lines or aluminum alloy lines in integrated circuits |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55158649A (en) * | 1979-05-30 | 1980-12-10 | Fujitsu Ltd | Manufacture of electrode wiring |
| JPS57124431A (en) * | 1981-01-27 | 1982-08-03 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor device |
-
1981
- 1981-05-06 JP JP6956181A patent/JPS57183053A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57183053A (en) | 1982-11-11 |
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