JPS6288342A - 積層強化型配線層の構造とその形成方法 - 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】 〔概要〕 集積回路においては、アルミニウムあるいはアルミニウ
ム合金よりなる配線層が広く用いられているが、高集積
化に伴ってエレクトロ・マイクレージョン、構造的なス
トレス等による断線問題がクローズアップしてきている
。本発明は配線層を結晶粒径の異なる２層構造とするこ
とによりこれらに対して強化を図った。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、集積回路のアルミニウム配線層の形成方法に
関する。

集積回路の配線層として抵抗値が低いこと、シリコンに
対してオーミック・コンタクトが形成が容易であること
、シリコンの酸化膜、窒化膜と密着性が良いこと、微細
なるパターンニングが可能であること等の理由により広
くアルミニウム、あるいはアルミニウム合金が用いられ
ている。

然し一方、アルミニウム配線層にはエレクトロ・マイグ
レーション、あるいは段差部でのストレス、アルミニウ
ム配線と下地やカバー膜との膨張率の差に起因するスト
レス等による断線問題が集積回路の大きな故障要因とな
っている。

集積回路の信頼性向上のため配線層とその電極コンタク
ト部での断線対策は常に新しい問題として取り上げられ
、その改善が要望されている。

〔従来の技術〕

アルミニウム配線層の断線問題は古くて新しい問題であ
り、従来より多くの対策が行われている。

先ず使用する材料としてＡβの単一の材料でなく、Ｓ　
ｔ、　Ｃｕ、　Ｔｉ、　Ｍｏ＋　Ｚｒ等の金属との合金
として用いる方法がある。

Ｓｔの場合は１〜２％、Ｃｕでは４％以下、ＴＬＭｏ、
Ｚｒ等の場合は１％以下を混入せるＡ７！７層を用い、
エレクトロ・マイグレーションに対する強度を上げる方
法がある。

また、段差部でのカバレージを良くし、ストレスを避け
るためアルミニウムの積層工程で基板温度を２５０〜３
００℃に上げる方法が取られている。

また、この基板温度を上げることにより結晶粒径が大き
くなるので、これは同時にエレクトロ・マイグレーショ
ンに対して有効であることが知られている。

また、配線層の材料あるいはその形成方法のみでなく、
積層すべき基板側の形状その表面状態によっても著しく
影響を受ける。綜合的な評価を行って最も経済的なる方
法で行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記に述べた、従来の技術による方法は、一つの原因に
対する対策が、他の原因に対する解決策とならないこと
が起こり得る。

特に、結晶粒径に関して、エレクトロ・マイグレーショ
ン対策としては結晶粒径を大きくすることが有効である
ことが知られているが、複雑なる形状の表面状態によっ
て発生するストレスに対しては結晶粒径が小さい方が望
ましい。

この矛盾した２要素を同時に満足させることができれば
、有効なる対策となり得る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、本発明の積層強化型配線層の構造及びそ
の形成方法によって解決される。

即ち、その構造は、基板上に大部分の結晶粒径が配線幅
よりも大きいアルミニウムあるいはアルミニウム合金よ
りなる第１の配線層が形成され、第１の配線層の上に、
更に大部分の結晶粒径が配線幅の騒より小さいアルミニ
ウムあるいはアルミニウム合金よりなる第２の配線層が
積層された２層構造の積層強化型配線層の構造で解決さ
れる。

また、その形成方法は、基板温度を２００〜３００℃に
加熱して、アルミニウムあるいはアルミニウム合金より
なる第１の配線層を形成した後、第１の配線層の上に、
該基板温度を１００℃以下に保持して、アルミニウムあ
るいはアルミニウム合金よりなる第２の配線層を積層す
ることによって形成される。

〔作用〕

アルミニウムあるいはアルミニウム合金を積層する時、
基板温度が２００〜３００℃に加熱された状態では結晶
粒径は大きい成長層が得られ、逆に基板温度を１００℃
以下に保持すれば結晶粒径の小さい成長層が得られるこ
とが知られている。

この結果、結晶粒径の大きい第１の配線層では配線層の
方向、換言すれば電流の流れる方向に結晶粒界が発生す
る確率が非常に小さくなる。

これによりエレクトロ・マイグレーション発生の恐れは
著しく減少する。

また、基板温度を１００℃以下に保持して積層した第２
の配線層は、ストレスに対して強度の大なる積層を得る
。

このように結晶粒径の異なる２層を積層することにより
エレクトロ・マイグレーションとストレスの両者に対し
て強化された配線層を得ることが出来る。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面により更に詳しく説明する。ア
ルミニウム配線層の成長は真空蒸着法、あるいはスパッ
タ法により行われるが、微細パターン形成の場合はステ
ップ・カバレージの良いスパック法が多く用いられてい
る。

図において、シリコン基板１上に５ｉｎ２膜あるいはＰ
ＳＧ膜２が積層され、この上にＡＮ配線層を形成する場
合について説明する。

先ず、第１の配線層３を積層するにはＡρと約１％のＳ
ｉ合金材料を用いてスパッタリングにより積層する。Ｓ
ｉを含有せる材料を用いるのはシリコン基板とのコンタ
クトでのスパイク等の不良を軽減するためである。

この第１の配線層の積層に当たっては、基板の温度を２
００〜３００　’Ｃに加熱して行うことにより平均結晶
粒径が数μｍと大きな配線層を得ることが出来る。

最近のＬＳＩの配線層では配線幅は微細化されその配線
幅の寸法は１〜２μｍあるいはザブミクロン寸法が用い
られることが多い。従って第１の配線層では平均結晶粒
径は配線幅よりも大きくなるので、結晶粒界が配線の方
向に発生する確率は非常に低い。

次に、基板を一旦冷却して、基板温度を１００℃以下に
保持した状態で、ＡβにＳｉの１％、更にＴｉ＋Ｚｒ＋
Ｍｏの何れかの金属を１％以下の微量添加された合金を
積層して第２の配線層４を形成する。

第２の配線層は非常に小さい結晶粒径の積層が得られ、
その粒径は数１００人〜１０００人となる。この大きさ
は、配線幅に比して極めて小さい結晶粒径であり、段差
部で発生するスｉ・レス及びＡ１配線と下地やカバー膜
との膨張率の差に起因するストレスに対して充分バッフ
プ機能を果たす。

結晶粒径が配線幅の２以下であれば、ストレスに対する
強度は著しく改善されることが実験的に判明している。

配線層の積層の厚さは第１、第２の配線層を併せて約１
μｍ程度に形成される。

〔発明の効果〕

以上に説明せるごとく、本発明の積層強化型配線層の構
造とその形成方法を適用することによりエレクトロ・マ
イグレーション及びストレスに対して強く、その結果フ
ィールドでの故障発生の少ない配線層を得ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

図は本発明にかかわる積層強化型配線層の構造を示す断
面図を示す。 図面において、 １はシリコン基板、 ２はＳｉＯ□膜またはＰＳＧ膜、 ３は第１の配線層、 ４は第２の配線層、 をそれぞれ示す。 端謹鉾面図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に、大部分の結晶粒径が配線幅よりも大き
   いアルミニウムあるいはアルミニウム合金よりなる第１
   の配線層（３）が形成され、 該第１の配線層の上に、大部分の結晶粒径が配線幅の１
   ／２より小さいアルミニウムあるいはアルミニウム合金
   よりなる第２の配線層（４）が積層されてなることを特
   徴とする積層強化型配線層の構造。
2. （２）基板温度を２００〜３００℃に加熱して、アルミ
   ニウムあるいはアルミニウム合金よりなる第１の配線層
   （３）を形成する工程と、 該第１の配線層の上に、該基板温度を１００℃以下に保
   持して、アルミニウムあるいはアルミニウム合金よりな
   る第２の配線層（４）を積層する工程を含むことを特徴
   とする積層強化型配線層の形成方法。