JP2992524B2 - 半導体素子の配線形成方法 - Google Patents
半導体素子の配線形成方法Info
- Publication number
- JP2992524B2 JP2992524B2 JP10305003A JP30500398A JP2992524B2 JP 2992524 B2 JP2992524 B2 JP 2992524B2 JP 10305003 A JP10305003 A JP 10305003A JP 30500398 A JP30500398 A JP 30500398A JP 2992524 B2 JP2992524 B2 JP 2992524B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aluminum
- copper
- film
- forming
- alloy film
- 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 - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 28
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 75
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 74
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 71
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 64
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 34
- WPPDFTBPZNZZRP-UHFFFAOYSA-N aluminum copper Chemical compound [Al].[Cu] WPPDFTBPZNZZRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 65
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 10
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 229910018182 Al—Cu Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 241001676573 Minium Species 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VRAIHTAYLFXSJJ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3].[AlH3] VRAIHTAYLFXSJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/32051—Deposition of metallic or metal-silicide layers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の製造方
法に関し、特に配線のエレクトロマイグレーション(ele
ctromigration)抵抗性を向上させるに適した半導体素子
の配線形成方法に関する。
法に関し、特に配線のエレクトロマイグレーション(ele
ctromigration)抵抗性を向上させるに適した半導体素子
の配線形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体回路の製造工程時に多用
される金属材料はアルミニウムとアルミニウム合金であ
る。その理由は、電気伝導性がよく、絶縁膜との接着力
に優れ、更に成形し易いからである。
される金属材料はアルミニウムとアルミニウム合金であ
る。その理由は、電気伝導性がよく、絶縁膜との接着力
に優れ、更に成形し易いからである。
【０００３】一方、この種のアルミニウムやアルミニウ
ム合金の蒸着に広く使用される物理蒸着法では、アルミ
ニウムと銅の合金ターゲットを用いた物理蒸着によりア
ルミニウムと銅が共に薄膜に含有される。従って、合金
ターゲットの組成を調節することで銅の濃度を容易に調
節可能である。しかしながら、超高集積回路の場合に高
縦横比のコンタクト及びビア(contact/via) 層等の垂直
配線を形成しなければならないが、物理蒸着法では階段
塗布性の良くないので高縦横比のコンタクト／ビア層を
アルミニウムやアルミニウム合金で充填することが難し
かった。
ム合金の蒸着に広く使用される物理蒸着法では、アルミ
ニウムと銅の合金ターゲットを用いた物理蒸着によりア
ルミニウムと銅が共に薄膜に含有される。従って、合金
ターゲットの組成を調節することで銅の濃度を容易に調
節可能である。しかしながら、超高集積回路の場合に高
縦横比のコンタクト及びビア(contact/via) 層等の垂直
配線を形成しなければならないが、物理蒸着法では階段
塗布性の良くないので高縦横比のコンタクト／ビア層を
アルミニウムやアルミニウム合金で充填することが難し
かった。
【０００４】上記のような物理蒸着法の短所を補完する
べく化学蒸着法を用いるが、化学蒸着法は、表面化学反
応によって基板の表面で蒸着源が分解されて所望の物質
が形成されるため、階段塗布性に優れる。従って、高集
積回路のコンタクト及びビア層等での充填に好適であ
る。しかし、かかる化学蒸着法の場合には、単一物質の
蒸着は容易であるが、異種物質の同時蒸着は困難であ
る。従って、アルミニウムの場合、エレクトロマイグレ
ーション(electromigration)抵抗性の向上のために後工
程での銅の添加が必要となる。
べく化学蒸着法を用いるが、化学蒸着法は、表面化学反
応によって基板の表面で蒸着源が分解されて所望の物質
が形成されるため、階段塗布性に優れる。従って、高集
積回路のコンタクト及びビア層等での充填に好適であ
る。しかし、かかる化学蒸着法の場合には、単一物質の
蒸着は容易であるが、異種物質の同時蒸着は困難であ
る。従って、アルミニウムの場合、エレクトロマイグレ
ーション(electromigration)抵抗性の向上のために後工
程での銅の添加が必要となる。
【０００５】ここで、エレクトロマイグレーションと
は、配線金属用のアルミニウムに電流が流れたとき、シ
リコンとの接触領域や階段領域等の高電流密度領域でア
ルミニウム原子の拡散が起きる現象である。このよう
に、高電流密度領域でのアルミニウム原子の拡散によっ
てボイド(void)が発生して金属線が薄くなり、ついには
短絡される。
は、配線金属用のアルミニウムに電流が流れたとき、シ
リコンとの接触領域や階段領域等の高電流密度領域でア
ルミニウム原子の拡散が起きる現象である。このよう
に、高電流密度領域でのアルミニウム原子の拡散によっ
てボイド(void)が発生して金属線が薄くなり、ついには
短絡される。
【０００６】従って、従来よりアルミニウムと銅の同時
化学蒸着法が研究されている。
化学蒸着法が研究されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のアルミ
ニウムと銅の同時化学蒸着法による半導体素子の配線形
成方法では以下のような問題点があった。
ニウムと銅の同時化学蒸着法による半導体素子の配線形
成方法では以下のような問題点があった。
【０００８】（１）アルミニウムと銅の蒸着ソースが相
違して互いに反応せず、蒸着温度が略同じであるような
蒸着源の選択が難しく、かつ銅の添加量の調節が難し
い。 （２）銅未添加の化学蒸着アルミニウムに銅を添加する
ために純粋の銅を拡散源として用いる場合、アルミニウ
ムと銅との間に金属間化合物が形成され、全体薄膜の比
抵抗が高くなり、銅の拡散速度が遅くなる。このため、
効果的な銅の拡散が得られない。
違して互いに反応せず、蒸着温度が略同じであるような
蒸着源の選択が難しく、かつ銅の添加量の調節が難し
い。 （２）銅未添加の化学蒸着アルミニウムに銅を添加する
ために純粋の銅を拡散源として用いる場合、アルミニウ
ムと銅との間に金属間化合物が形成され、全体薄膜の比
抵抗が高くなり、銅の拡散速度が遅くなる。このため、
効果的な銅の拡散が得られない。
【０００９】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的は、化学蒸着法によ
って蒸着されたアルミニウムへの銅の添加を効率よく制
御して、配線のエレクトロマイグレーション抵抗性を向
上させるようにした半導体素子の配線形成方法を提供す
ることにある。
めになされたものであり、その目的は、化学蒸着法によ
って蒸着されたアルミニウムへの銅の添加を効率よく制
御して、配線のエレクトロマイグレーション抵抗性を向
上させるようにした半導体素子の配線形成方法を提供す
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法の発明
は、半導体基板上にバリヤ層を形成する工程と、前記バ
リヤ層上にアルミニウム膜を形成する工程と、前記アル
ミニウム膜上に５〜５２重量％の銅と４８〜９５重量％
のアルミニウムからなるアルミニウム−銅の合金膜を形
成する工程と、前記アルミニウム−銅の合金膜の銅を前
記アルミニウム膜に拡散させる工程とを備えることを要
旨とする。
め、請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法の発明
は、半導体基板上にバリヤ層を形成する工程と、前記バ
リヤ層上にアルミニウム膜を形成する工程と、前記アル
ミニウム膜上に５〜５２重量％の銅と４８〜９５重量％
のアルミニウムからなるアルミニウム−銅の合金膜を形
成する工程と、前記アルミニウム−銅の合金膜の銅を前
記アルミニウム膜に拡散させる工程とを備えることを要
旨とする。
【００１１】請求項２に記載の発明は、半導体基板上に
バリヤ層を形成する工程と、前記バリヤ層上に第１のア
ルミニウム膜を形成する工程と、前記第１のアルミニウ
ム膜上に５〜５２重量％の銅と４８〜９５重量％のアル
ミニウムからなるアルミニウム−銅の合金膜を形成する
工程と、前記アルミニウム−銅の合金膜上に第２のアル
ミニウム膜を形成する工程と、前記アルミニウム−銅の
合金膜の銅を前記第１及び第２のアルミニウム膜に拡散
させる工程とを備えることを要旨とする。
バリヤ層を形成する工程と、前記バリヤ層上に第１のア
ルミニウム膜を形成する工程と、前記第１のアルミニウ
ム膜上に５〜５２重量％の銅と４８〜９５重量％のアル
ミニウムからなるアルミニウム−銅の合金膜を形成する
工程と、前記アルミニウム−銅の合金膜上に第２のアル
ミニウム膜を形成する工程と、前記アルミニウム−銅の
合金膜の銅を前記第１及び第２のアルミニウム膜に拡散
させる工程とを備えることを要旨とする。
【００１２】請求項３に記載の発明は、半導体基板上に
バリヤ層を形成する工程と、前記バリヤ層上に５〜５２
重量％の銅と４８〜９５重量％のアルミニウムからなる
アルミニウム−銅の合金膜を形成する工程と、前記アル
ミニウム−銅の合金膜上にアルミニウム膜を形成する工
程と、前記アルミニウム−銅の合金膜の銅を前記アルミ
ニウム膜に拡散させる工程とを備えることを要旨とす
る。
バリヤ層を形成する工程と、前記バリヤ層上に５〜５２
重量％の銅と４８〜９５重量％のアルミニウムからなる
アルミニウム−銅の合金膜を形成する工程と、前記アル
ミニウム−銅の合金膜上にアルミニウム膜を形成する工
程と、前記アルミニウム−銅の合金膜の銅を前記アルミ
ニウム膜に拡散させる工程とを備えることを要旨とす
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】一般にアルミニウムと銅からなる
薄膜では銅の組成の比率が高いので、アルミニウムと銅
との界面に金属間化合物が形成される。このアルミニウ
ムと銅との間の金属間化合物は比抵抗が高いため、銅の
拡散速度が非常に遅く、このため効果的な銅の拡散を期
待できない。また、アルミニウムと銅との間の金属間化
合物は融解点が高いため、その金属間化合物の溶融点よ
り極めて高い温度で熱処理を行う場合にのみ銅の添加効
果を期待できる。
薄膜では銅の組成の比率が高いので、アルミニウムと銅
との界面に金属間化合物が形成される。このアルミニウ
ムと銅との間の金属間化合物は比抵抗が高いため、銅の
拡散速度が非常に遅く、このため効果的な銅の拡散を期
待できない。また、アルミニウムと銅との間の金属間化
合物は融解点が高いため、その金属間化合物の溶融点よ
り極めて高い温度で熱処理を行う場合にのみ銅の添加効
果を期待できる。
【００１４】本発明の半導体素子の配線形成方法では、
配線のエレクトロマイグレーション抵抗性を向上させる
ようなアルミニウム−銅（Ａｌ3 Ｃｕ）の形成を可能に
するため、アルミニウムと銅との間に金属間化合物が形
成されないような組成のアルミニウム−銅の合金源を用
いて効率よく銅をアルミニウムに添加するようにしてい
る。すなわち、一定の組成（例えば、Ａｌ−３３重量％
のＣｕ）を有するアルミニウム−銅の合金源を用いる。
アルミニウム−銅の合金源の融解点は５４８．２℃であ
り、アルミニウムと銅との金属間化合物の融解点に比べ
て低いため、低い熱処理温度でも効果的な銅の拡散を期
待することができる。更に、アルミニウムとアルミニウ
ム−銅の合金源との界面で金属間化合物が形成されない
ため、必要な量の銅を添加してエレクトロマイグレーシ
ョン抵抗性を向上させることができる。
配線のエレクトロマイグレーション抵抗性を向上させる
ようなアルミニウム−銅（Ａｌ3 Ｃｕ）の形成を可能に
するため、アルミニウムと銅との間に金属間化合物が形
成されないような組成のアルミニウム−銅の合金源を用
いて効率よく銅をアルミニウムに添加するようにしてい
る。すなわち、一定の組成（例えば、Ａｌ−３３重量％
のＣｕ）を有するアルミニウム−銅の合金源を用いる。
アルミニウム−銅の合金源の融解点は５４８．２℃であ
り、アルミニウムと銅との金属間化合物の融解点に比べ
て低いため、低い熱処理温度でも効果的な銅の拡散を期
待することができる。更に、アルミニウムとアルミニウ
ム−銅の合金源との界面で金属間化合物が形成されない
ため、必要な量の銅を添加してエレクトロマイグレーシ
ョン抵抗性を向上させることができる。
【００１５】以下、添付図面を参照して本発明の半導体
素子の配線形成方法を詳細に説明する。図１ａ〜図１ｃ
は本発明の第１実施形態による半導体素子の配線形成方
法を示す工程断面図である。
素子の配線形成方法を詳細に説明する。図１ａ〜図１ｃ
は本発明の第１実施形態による半導体素子の配線形成方
法を示す工程断面図である。
【００１６】図１ａに示すように、半導体基板２１上に
バリヤ層２２を形成し、バリヤ層２２上に熱分解化学蒸
着又はプラズマ化学蒸着により５０００Åの厚さを有す
る純粋のアルミニウム膜２３を蒸着する。ここで、バリ
ヤ層２２はチタン（Ｔｉ）又は窒化チタン（ＴｉＮ）等
を使用可能である。
バリヤ層２２を形成し、バリヤ層２２上に熱分解化学蒸
着又はプラズマ化学蒸着により５０００Åの厚さを有す
る純粋のアルミニウム膜２３を蒸着する。ここで、バリ
ヤ層２２はチタン（Ｔｉ）又は窒化チタン（ＴｉＮ）等
を使用可能である。
【００１７】図１ｂに示すように、アルミニウム膜２３
上にスパッタリング方法によりアルミニウム−銅の合金
膜２４を形成する。ここで、アルミニウム−銅の合金膜
２４におけるアルミニウム及び銅の組成は、１００％の
重量比を基準として銅は５〜５２重量％、アルミニウム
は４８〜９５重量％に設定される。
上にスパッタリング方法によりアルミニウム−銅の合金
膜２４を形成する。ここで、アルミニウム−銅の合金膜
２４におけるアルミニウム及び銅の組成は、１００％の
重量比を基準として銅は５〜５２重量％、アルミニウム
は４８〜９５重量％に設定される。
【００１８】図１ｃに示すように、アルミニウム−銅の
合金膜２４の蒸着された半導体基板２１に、熱処理を通
してアルミニウム−銅の合金膜２４に含有された銅をア
ルミニウム膜２３内へ拡散させて薄膜２５を形成する。
合金膜２４の蒸着された半導体基板２１に、熱処理を通
してアルミニウム−銅の合金膜２４に含有された銅をア
ルミニウム膜２３内へ拡散させて薄膜２５を形成する。
【００１９】図２はＡｌ−Ｃｕの相平衡図(Al-Cu Phase
Diagram) である。同図において、ｘ軸はＡｌに包含さ
れているＣｕの重量比(weight percent)、ｙ軸は温度を
示す。そして、Ｌ(Liquid)は液相、Ｌ＋Ｓ(Liquid + So
lid)は液相と固相の混在状態、Ｓ１（Solid)は固相、Ｓ
２は固溶状態(Solid Solution)である。
Diagram) である。同図において、ｘ軸はＡｌに包含さ
れているＣｕの重量比(weight percent)、ｙ軸は温度を
示す。そして、Ｌ(Liquid)は液相、Ｌ＋Ｓ(Liquid + So
lid)は液相と固相の混在状態、Ｓ１（Solid)は固相、Ｓ
２は固溶状態(Solid Solution)である。
【００２０】本発明では、熱処理を介してアルミニウム
−銅の合金膜２４の銅をアルミニウム膜２３内に拡散さ
せるための熱処理温度は約４００〜５００℃が好まし
い。図２のＡｌ−Ｃｕの相平衡図に示すような組成範囲
（アルミニウムに５〜５２重量％のＣｕを含む）におい
て、液相が現れる温度が５４８．２℃であるため、５４
８．２℃以下で熱処理すべきである。そして、銅の拡散
可能温度が約４００℃であるため、熱処理可能温度は約
４００〜５４８．２℃である。しかし、５４８．２℃の
近くではアルミニウム膜が溶融状態に変わるため、配線
の形態が変わる可能性が高いため、熱処理温度には適し
ない。実際に好ましい熱処理温度は４００〜５００℃で
ある。更に、熱処理時間は３０ｍｉｎ〜２ｈｒが好適で
あり、好ましくは１ｈｒの近くである。
−銅の合金膜２４の銅をアルミニウム膜２３内に拡散さ
せるための熱処理温度は約４００〜５００℃が好まし
い。図２のＡｌ−Ｃｕの相平衡図に示すような組成範囲
（アルミニウムに５〜５２重量％のＣｕを含む）におい
て、液相が現れる温度が５４８．２℃であるため、５４
８．２℃以下で熱処理すべきである。そして、銅の拡散
可能温度が約４００℃であるため、熱処理可能温度は約
４００〜５４８．２℃である。しかし、５４８．２℃の
近くではアルミニウム膜が溶融状態に変わるため、配線
の形態が変わる可能性が高いため、熱処理温度には適し
ない。実際に好ましい熱処理温度は４００〜５００℃で
ある。更に、熱処理時間は３０ｍｉｎ〜２ｈｒが好適で
あり、好ましくは１ｈｒの近くである。
【００２１】一方、アルミニウムに５〜５２重量％の銅
を含有させると、銅はＡｌ2 Ｃｕ状態となる。Ａｌ2 Ｃ
ｕは約４００℃以上の温度で分解され、この温度から拡
散可能である。ここでの拡散は、純粋のアルミニウム膜
２３とアルミニウム−銅の合金膜２４との間の銅の濃度
が平衡状態に維持されるまで、銅が純粋のアルミニウム
膜２３に拡散される。そして、純粋のアルミニウム膜２
３を約５０００Åの厚さに蒸着した際、アルミニウムに
含有された銅を０．５重量％と維持するためのアルミニ
ウム−銅の合金膜の組成及び厚さは以下の表１の通りで
ある。
を含有させると、銅はＡｌ2 Ｃｕ状態となる。Ａｌ2 Ｃ
ｕは約４００℃以上の温度で分解され、この温度から拡
散可能である。ここでの拡散は、純粋のアルミニウム膜
２３とアルミニウム−銅の合金膜２４との間の銅の濃度
が平衡状態に維持されるまで、銅が純粋のアルミニウム
膜２３に拡散される。そして、純粋のアルミニウム膜２
３を約５０００Åの厚さに蒸着した際、アルミニウムに
含有された銅を０．５重量％と維持するためのアルミニ
ウム−銅の合金膜の組成及び厚さは以下の表１の通りで
ある。
【００２２】
【表１】 上記の組成は、アルミニウムの総組成（化学蒸着＋拡散
源）において銅の含量が０．５重量％のＣｕになるよう
に調節した結果であり、この際、Ａｌ−Ｃｕの合金膜の
厚さが低くなると（特に、１００Å以下）、工程調節が
困難であるという欠点がある（スパッタ時間が非常に短
いため）。従って、Ａｌ−Ｃｕの合金膜の厚さは少なく
とも１００Åであることが好ましい。一方、総組成を
０．５重量％のＣｕの以外の総組成の薄膜２５を得る場
合は、その総組成にあわせてＡｌ−Ｃｕの合金膜の厚さ
を調節すればよい。
源）において銅の含量が０．５重量％のＣｕになるよう
に調節した結果であり、この際、Ａｌ−Ｃｕの合金膜の
厚さが低くなると（特に、１００Å以下）、工程調節が
困難であるという欠点がある（スパッタ時間が非常に短
いため）。従って、Ａｌ−Ｃｕの合金膜の厚さは少なく
とも１００Åであることが好ましい。一方、総組成を
０．５重量％のＣｕの以外の総組成の薄膜２５を得る場
合は、その総組成にあわせてＡｌ−Ｃｕの合金膜の厚さ
を調節すればよい。
【００２３】図３は本発明の第２実施形態による半導体
素子の配線形成方法を示す断面図である。すなわち、図
１ｂでは純粋のアルミニウム膜２３を形成した後にアル
ミニウム−銅の合金膜２４を形成した。第２実施形態で
は、図３に示すように、半導体基板２１上のバリヤ層２
２上にアルミニウム−銅の合金膜２４を先に形成し、ア
ルミニウム−銅の合金膜２４上に純粋のアルミニウム膜
２３を形成した後、熱処理が行われる。これにより、合
金膜２４の銅がアルミニウム膜２３に拡散される。
素子の配線形成方法を示す断面図である。すなわち、図
１ｂでは純粋のアルミニウム膜２３を形成した後にアル
ミニウム−銅の合金膜２４を形成した。第２実施形態で
は、図３に示すように、半導体基板２１上のバリヤ層２
２上にアルミニウム−銅の合金膜２４を先に形成し、ア
ルミニウム−銅の合金膜２４上に純粋のアルミニウム膜
２３を形成した後、熱処理が行われる。これにより、合
金膜２４の銅がアルミニウム膜２３に拡散される。
【００２４】図４は本発明の第３実施形態による半導体
素子の配線形成方法を示す断面図である。図４に示すよ
うに半導体基板２１上のバリヤ層２２上に純粋のアルミ
ニウム膜２３を好ましくは２５００Åの厚さで形成し、
純粋のアルミニウム２３上にアルミニウム−銅の合金膜
２４を形成し、アルミニウム−銅の合金膜２４上に純粋
のアルミニウム膜２６を形成した後、熱処理が行われ
る。これにより、合金膜２４の銅が両アルミニウム膜２
３、２６に拡散される。
素子の配線形成方法を示す断面図である。図４に示すよ
うに半導体基板２１上のバリヤ層２２上に純粋のアルミ
ニウム膜２３を好ましくは２５００Åの厚さで形成し、
純粋のアルミニウム２３上にアルミニウム−銅の合金膜
２４を形成し、アルミニウム−銅の合金膜２４上に純粋
のアルミニウム膜２６を形成した後、熱処理が行われ
る。これにより、合金膜２４の銅が両アルミニウム膜２
３、２６に拡散される。
【００２５】第１〜第３実施形態の半導体素子の配線形
成方法においては以下の効果がある。 （１）アルミニウムと銅の同時化学蒸着によって銅を添
加して配線を形成する従来技術に比べて、銅の添加をア
ルミニウム−銅の合金膜２４の厚さによって調節するこ
とができるため、配線形成工程を容易に行うことができ
る。
成方法においては以下の効果がある。 （１）アルミニウムと銅の同時化学蒸着によって銅を添
加して配線を形成する従来技術に比べて、銅の添加をア
ルミニウム−銅の合金膜２４の厚さによって調節するこ
とができるため、配線形成工程を容易に行うことができ
る。
【００２６】（２）アルミニウム−銅の合金膜を用いる
ことで銅の効果的な拡散が得られ、配線のエレクトロマ
イグレーション抵抗性を向上させることができる。 この明細書中に記載された事項から特許請求の範囲に記
載された請求項以外に把握される技術的思想を記載す
る。
ことで銅の効果的な拡散が得られ、配線のエレクトロマ
イグレーション抵抗性を向上させることができる。 この明細書中に記載された事項から特許請求の範囲に記
載された請求項以外に把握される技術的思想を記載す
る。
【００２７】
【００２８】
【００２９】（ａ） 請求項１に記載の方法において、
４００〜５００℃の温度で熱処理を行うことにより合金
膜の銅をアルミニウム膜に拡散させることを特徴とする
半導体素子の配線形成方法。
４００〜５００℃の温度で熱処理を行うことにより合金
膜の銅をアルミニウム膜に拡散させることを特徴とする
半導体素子の配線形成方法。
【００３０】（ｂ） 上記（ａ）に記載の方法におい
て、アルミニウム膜は５０００Åの厚さを有し、合金膜
は少なくとも１００Åの厚さを有することを特徴とする
半導体素子の配線形成方法。
て、アルミニウム膜は５０００Åの厚さを有し、合金膜
は少なくとも１００Åの厚さを有することを特徴とする
半導体素子の配線形成方法。
【００３１】（ｃ） 上記（ｂ）に記載の方法におい
て、銅をアルミニウム膜に拡散させることにより形成さ
れた新たな合金膜は０．５重量％の銅の組成を有するこ
とを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
て、銅をアルミニウム膜に拡散させることにより形成さ
れた新たな合金膜は０．５重量％の銅の組成を有するこ
とを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【００３２】
【発明の効果】請求項１〜３に記載の発明によれば、ア
ルミニウム−銅の合金膜に拡散される銅の調節が容易と
なるとともに、アルミニウム膜のエレクトロマイグレー
ション抵抗性を向上させることができる。
ルミニウム−銅の合金膜に拡散される銅の調節が容易と
なるとともに、アルミニウム膜のエレクトロマイグレー
ション抵抗性を向上させることができる。
【図１】ａ〜ｃは本発明の第１実施形態の半導体素子の
配線形成方法を示す工程断面図。
配線形成方法を示す工程断面図。
【図２】Ａｌ−Ｃｕの相平衡図。
【図３】本発明の第２実施形態の半導体素子の配線形成
方法を示す断面図。
方法を示す断面図。
【図４】本発明の第３実施形態の半導体素子の配線形成
方法を示す断面図。
方法を示す断面図。
２１…半導体基板 ２２…バリヤ層 ２３…アルミニウム膜（第１金属膜及び第１金属の第１
膜） ２４…アルミニウム−銅の合金膜（第１及び第２金属の
合金膜） ２６…アルミニウム膜（第１金属の第２膜）
膜） ２４…アルミニウム−銅の合金膜（第１及び第２金属の
合金膜） ２６…アルミニウム膜（第１金属の第２膜）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−192332（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−243227（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−23622（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−219940（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−267956（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板上にバリヤ層を形成する工程
と、 前記バリヤ層上にアルミニウム膜を形成する工程と、 前記アルミニウム膜上に５〜５２重量％の銅と４８〜９
５重量％のアルミニウムからなるアルミニウム−銅の合
金膜を形成する工程と、 前記アルミニウム−銅の合金膜の銅を前記アルミニウム
膜に拡散させる工程とを備えることを特徴とする半導体
素子の配線形成方法。 - 【請求項２】 半導体基板上にバリヤ層を形成する工程
と、 前記バリヤ層上に第１のアルミニウム膜を形成する工程
と、 前記第１のアルミニウム膜上に５〜５２重量％の銅と４
８〜９５重量％のアルミニウムからなるアルミニウム−
銅の合金膜を形成する工程と、 前記アルミニウム−銅の合金膜上に第２のアルミニウム
膜を形成する工程と、 前記アルミニウム−銅の合金膜の銅を前記第１及び第２
のアルミニウム膜に拡散させる工程とを備えることを特
徴とする半導体素子の配線形成方法。 - 【請求項３】 半導体基板上にバリヤ層を形成する工程
と、 前記バリヤ層上に５〜５２重量％の銅と４８〜９５重量
％のアルミニウムからなるアルミニウム−銅の合金膜を
形成する工程と、 前記アルミニウム−銅の合金膜上にアルミニウム膜を形
成する工程と、 前記アルミニウム−銅の合金膜の銅を前記アルミニウム
膜に拡散させる工程とを備えることを特徴とする半導体
素子の配線形成方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR19970059501 | 1997-11-12 | ||
| KR59501/1997 | 1998-09-02 | ||
| KR1019980036141A KR100317312B1 (ko) | 1997-11-12 | 1998-09-02 | 반도체소자의배선형성방법 |
| KR36141/1998 | 1998-09-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11195652A JPH11195652A (ja) | 1999-07-21 |
| JP2992524B2 true JP2992524B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=26633171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10305003A Expired - Fee Related JP2992524B2 (ja) | 1997-11-12 | 1998-10-27 | 半導体素子の配線形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6228764B1 (ja) |
| JP (1) | JP2992524B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5093448B2 (ja) * | 2005-01-19 | 2012-12-12 | Ｊｓｒ株式会社 | トレンチ埋め込み方法 |
| KR100792358B1 (ko) * | 2006-09-29 | 2008-01-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속배선 및 그 형성방법 |
| KR101947033B1 (ko) | 2011-07-21 | 2019-02-12 | 제이에스알 가부시끼가이샤 | 금속체를 구비하는 기체의 제조 방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2776826B2 (ja) * | 1988-04-15 | 1998-07-16 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置およびその製造方法 |
| KR970001883B1 (ko) * | 1992-12-30 | 1997-02-18 | 삼성전자 주식회사 | 반도체장치 및 그 제조방법 |
-
1998
- 1998-10-21 US US09/176,156 patent/US6228764B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-10-27 JP JP10305003A patent/JP2992524B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6228764B1 (en) | 2001-05-08 |
| JPH11195652A (ja) | 1999-07-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100339179B1 (ko) | 상호 접속 구조 및 그 형성 방법 | |
| US4985750A (en) | Semiconductor device using copper metallization | |
| US5266521A (en) | Method for forming a planarized composite metal layer in a semiconductor device | |
| US6607982B1 (en) | High magnesium content copper magnesium alloys as diffusion barriers | |
| US5691571A (en) | Semiconductor device having fine contact hole with high aspect ratio | |
| JPH0760852B2 (ja) | 銅合金導電プラグ形成方法及び装置 | |
| Wang et al. | Formation of aluminum oxynitride diffusion barriers for Ag metallization | |
| JPH11204524A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| Koike et al. | Cu alloy metallization for self-forming barrier process | |
| JP2992524B2 (ja) | 半導体素子の配線形成方法 | |
| JP3540699B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP3029395B2 (ja) | 半導体素子の配線形成方法 | |
| JPH09186103A (ja) | 金属配線の構造及びその形成方法 | |
| JPH06248426A (ja) | 低抵抗化合物 | |
| JP2534434B2 (ja) | 耐酸化性化合物およびその製造方法 | |
| Learn | Aluminum alloy film deposition and characterization | |
| JP3488586B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| KR100317312B1 (ko) | 반도체소자의배선형성방법 | |
| JP2782600B2 (ja) | ２層構造の銅拡散防止膜の形成方法 | |
| CN1068681A (zh) | 制造半导体器件的方法 | |
| JPS61183433A (ja) | アルミニウム合金薄膜とその製造方法 | |
| JP2559829B2 (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
| TW200411737A (en) | Method of manufacturing an electronic device and electronic device | |
| JPH11312655A (ja) | Ｃｕ合金膜の形成方法および半導体装置の製造方法 | |
| JPS60251663A (ja) | 半導体装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071015 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081015 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091015 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091015 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101015 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111015 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111015 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121015 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121015 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131015 Year of fee payment: 14 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |