JP3033331B2 - Manufacturing method of thin film wiring - Google Patents
Manufacturing method of thin film wiringInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜配線の製造方法に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film wiring.
【０００２】[0002]
【従来の技術】表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスやＬＳＩ
等に用いられる金属配線は、エレクトロマイグレーショ
ンやストレスマイグレーション耐性を高めるために、ア
ルミニウム（Ａｌ）に、シリコン（Ｓｉ）や銅（Ｃｕ）
を微量添加したり、特にＬＳＩの配線にあたっては、１
０００Å程度の厚さを持つ窒化チタン（ＴｉＮ）あるい
はタングステン（Ｗ）などの高融点金属を下地層とした
２層構造を用いている。2. Description of the Related Art Surface acoustic wave (SAW) devices and LSIs
The metal wiring used for such as aluminum (Al), silicon (Si) or copper (Cu) in order to increase electromigration and stress migration resistance.
Or a small amount of
It has a two-layer structure in which a high melting point metal such as titanium nitride (TiN) or tungsten (W) having a thickness of about 000 mm is used as an underlayer.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】高周波帯域のＳＡＷデ
バイスに用いられる配線の膜厚は、ＬＳＩのそれに較べ
ると非常に薄くする必要があり、例えば、ＧＨｚ帯では
５００Å以下となっている。水晶などのＳＡＷフィルタ
ー用の基板上に直接ＡｌあるいはＡｌ合金をつけた場
合、その膜厚が減少するにしたがい、膜の抵抗が極端に
増大してしまう。これは、膜の成長初期段階では、Ａｌ
が島状に成長してしまい、膜厚が薄いときには、この島
を核とした結晶粒の成長が不十分であることに由来して
いる。The thickness of a wiring used in a SAW device in a high frequency band needs to be extremely thin as compared with that of an LSI, and is, for example, 500 ° or less in a GHz band. When Al or an Al alloy is directly applied on a substrate for a SAW filter such as quartz, the resistance of the film increases extremely as the film thickness decreases. This is because in the initial stage of film growth, Al
Grows in an island shape, and when the film thickness is small, this is due to insufficient growth of crystal grains with the island as a nucleus.
【０００４】一方、ＬＳＩの配線においては、信頼性を
高めるために、ＡｌにＳｉやＣｕを微量添加したＡｌ系
合金を用いるとともに、下地層として１０００Å程度の
ＴｉＮなどの高融点金属を用いているが、このような積
層構造にしても、エレクトロマイグレーションなどに対
する信頼性は十分とはいえない（例えば、プロシーディ
ング オブ 第２８回 リライアビリティ フィジック
ス シンポジウム ２５頁 １９９０）。On the other hand, in order to improve the reliability of LSI wiring, an Al-based alloy in which a small amount of Si or Cu is added to Al is used, and a high melting point metal such as TiN of about 1000 ° is used as a base layer. However, even with such a laminated structure, the reliability against electromigration or the like is not sufficient (for example, Proceedings of the 28th Reliability Physics Symposium, p. 25, 1990).
【０００５】Ａｌは（１１１）配向性の高い膜ほどマイ
グレーション耐性が高いことが知られている（例えば、
シン ソリッド フィルムズ 第７５巻 ２５３頁 １
９８１）。しかし、基板上に直接（１１１）配向のＡｌ
を堆積させることは容易ではない。It is known that Al has higher migration resistance as the film has higher (111) orientation (for example,
Shin Solid Films Vol. 75, page 253
981). However, the (111) -oriented Al
Is not easy to deposit.
【０００６】本発明の目的は、ＳＡＷフィルターのよう
な膜厚が数１００Å程度の超薄膜領域においても比抵抗
が低く、かつＬＳＩのような５０００Å以上の膜厚を有
する配線にあっては、マイグレーション耐性の高いＡｌ
配線の製造方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a wiring having a low specific resistance even in an ultra-thin film region having a film thickness of about several hundreds of degrees such as a SAW filter and a wiring having a film thickness of 5000 degrees or more such as an LSI. Al with high resistance
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a wiring .
【０００７】[0007]
【０００８】また本発明に係る薄膜配線の製造方法は、
下地層形成工程と、薄膜形成工程とを有する薄膜配線の
製造方法であって、前記下地層形成工程は、液体窒素を
用いて冷却した基板上に、ＡｌないしＡｌ合金を堆積さ
せてアモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌないしＡ
ｌ合金薄膜下地層を形成する工程であり、前記薄膜形成
工程は、前記下地層上に室温以上の基板温度で（１１
１）配向のＡｌないしＡｌ合金薄膜を形成する工程であ
る。Further , the method of manufacturing a thin film wiring according to the present invention
An underlayer forming step and a method of manufacturing a thin film wiring including a thin film forming step, wherein the underlayer forming step comprises depositing Al or an Al alloy on a substrate cooled using liquid nitrogen to form an amorphous or Al or A with fine grain structure
forming a base layer of an alloy thin film, wherein the step of forming a thin film comprises:
1) This is a step of forming an oriented Al or Al alloy thin film.
【０００９】[0009]
【００１０】また本発明に係る薄膜配線の製造方法は、
下地層形成工程と、薄膜形成工程とを有する薄膜配線の
製造方法であって、前記下地層形成工程は、圧電基板上
にＡｌないしＡｌ合金薄膜を堆積し、その堆積中に圧電
基板を振動させることによってアモルファス状あるいは
微細粒組織のＡｌないしＡｌ合金薄膜下地層を形成する
工程であり、前記薄膜形成工程は、圧電基板の振動を止
め、前記下地層上に（１１１）配向のＡｌないしＡｌ合
金薄膜を形成する工程である。[0010] The method for manufacturing a thin film wiring according to the present invention comprises:
What is claimed is: 1. A method for manufacturing a thin film wiring comprising an underlayer forming step and a thin film forming step, wherein the underlayer forming step deposits an Al or Al alloy thin film on a piezoelectric substrate and vibrates the piezoelectric substrate during the deposition. it no Al of amorphous or fine grained structure by a step of forming an Al alloy thin film underlayer, the film formation step, stopping the vibration of the piezoelectric substrate, wherein on the base layer (111) to Al orientation to Al alloy This is a step of forming a thin film.
【００１１】[0011]
【作用】基板上に直接堆積したＡｌは、基板とＡｌとの
間の界面エネルギーが大きく、そのためにＡｌ表面の面
積が小さい方がエネルギーの上で有利になり、Ａｌは、
成長初期過程で粒状成長をする。成長初期過程で粒状成
長をしたＡｌは、その際の結晶面がランダムな方向を向
いているから多結晶となり、Ａｌがその後に何Å堆積し
ようとも（１１１）配向性は向上しない。The effect of Al deposited directly on a substrate is that the interface energy between the substrate and Al is large, so that a smaller area of the Al surface is more advantageous in terms of energy.
It grows granularly in the initial stage of growth. Al that has grown granularly in the initial stage of growth becomes polycrystalline because the crystal plane at that time is oriented in a random direction, and the (111) orientation does not improve regardless of how much Al is subsequently deposited.
【００１２】ところが、アモルファス状あるいは微細粒
組織のアルミニウム（Ａｌ）ないしＡｌ合金薄膜下地層
上に堆積したＡｌは、下地層との間の界面エネルギーが
小さいため、成長初期過程で粒状とはならず、平らに成
長する。また、下地がアモルファス状あるいは微細粒組
織であるために、下地の面方位に影響されることなく、
Ａｌの表面エネルギーの最も小さくなるＡｌ（１１１）
が配向した一軸配向膜となる。However, aluminum deposited on an amorphous or fine-grained aluminum (Al) or Al alloy thin film base layer has a low interface energy with the base layer, and therefore does not become granular in the initial growth process. Grow flat. In addition, since the base has an amorphous or fine grain structure, it is not affected by the plane orientation of the base,
Al (111) having the smallest surface energy of Al
Is a uniaxially oriented film.
【００１３】この成長様式は、たとえＡｌの膜厚が大き
くなっても変わらない。この結果、高周波用のＳＡＷフ
ィルターに要求されるような超薄膜の配線においてさ
え、薄膜の抵抗値が大きくなるということはない。ま
た、Ａｌ（１１１）配向性が極めて強いため、マイグレ
ーション耐性が向上する。This growth mode does not change even if the film thickness of Al increases. As a result, the resistance value of the thin film does not increase even in an ultra-thin wiring required for a high-frequency SAW filter. Also, since the Al (111) orientation is extremely strong, migration resistance is improved.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明について実施例により説明す
る。図１は、本発明による薄膜配線の断面模式図であ
る。図において、基板１上にアモルファス状あるいは微
細粒組織のＡｌないしＡｌ合金２が下地層として堆積さ
れ、この下地層２上に（１１１）配向を有するＡｌある
いはＳｉ，Ｃｕなどを微量添加したＡｌ合金膜３が堆積
されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments. FIG. 1 is a schematic sectional view of a thin film wiring according to the present invention. In the figure, an Al or Al alloy 2 having an amorphous or fine grain structure is deposited as a base layer on a substrate 1, and an Al alloy having a (111) orientation or a small amount of Si, Cu or the like is added on the base layer 2. The film 3 has been deposited.
【００１５】（実施例１）次に本発明の薄膜配線を製造
する方法として、イオンビームスパッタ装置を用い、液
体窒素で冷却した基板上にＡｌ合金を堆積させることで
アモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌ合金下地層を
形成する実施例について説明する。 (Example 1) Next, as a method of manufacturing a thin film wiring of the present invention, an amorphous or fine grain structure is formed by depositing an Al alloy on a substrate cooled with liquid nitrogen using an ion beam sputtering apparatus. An example in which an Al alloy base layer is formed will be described.
【００１６】イオンビームスパッタ装置は、イオンビー
ムソース，基板，ＡｌあるいはＡｌ合金のターゲット，
ターゲットから飛び出したスパッタ粒子束の開閉を行う
ためのシャッター，膜厚をモニターするための水晶振動
子膜厚計、基板上に作製した膜の表面構造評価を行うた
めの反射高速電子線回折用の電子銃および蛍光スクリー
ンより構成され、装置内は、ゲートバルブを通してクラ
イオポンプにより真空排気される。スパッタガスとして
は、アルゴンガスを用いた。まず、装置内を１×１０-7
Ｔｏｒｒまで排気した後、アルゴン圧２×１０-4Ｔｏｒ
ｒとしてスパッタを行った。基板ホルダーに配管を通
し、液体窒素を導入して真空を破らずに基板を液体窒素
温度に冷却できるようにした。The ion beam sputtering apparatus includes an ion beam source, a substrate, a target of Al or an Al alloy,
A shutter for opening and closing the sputtered particle bundle jumping out of the target, a quartz crystal film thickness meter for monitoring the film thickness, and a reflection high-speed electron beam diffraction for evaluating the surface structure of the film formed on the substrate It is composed of an electron gun and a fluorescent screen, and the inside of the apparatus is evacuated by a cryopump through a gate valve. Argon gas was used as a sputtering gas. First, 1 × 10 -7
After exhausting to Torr, the argon pressure was 2 × 10 −4 Torr
Sputtering was performed as r. Liquid nitrogen was introduced through a pipe through the substrate holder so that the substrate could be cooled to liquid nitrogen temperature without breaking vacuum.
【００１７】基板温度をまず液体窒素温度（７７Ｋ）と
してＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ合金を１０Å堆積し、Ｒ
ＨＥＥＤがハローパターンとなり、Ａｌがアモルファス
状あるいは微細粒組織となっていることを確認してか
ら、基板温度を室温にしてＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ合
金を２００Å堆積し、これを単に室温基板上に堆積した
Ａｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ合金２００Åと反射高速電子
線回折（ＲＨＥＥＤ）とＡｌ（１１１）のＸ線回折で比
較した。基板には水晶基板を用いた。The substrate temperature is first set to liquid nitrogen temperature (77K) and Al-0.5 wt. % Cu alloy is deposited at 10 °
After confirming that HEED has a halo pattern and Al has an amorphous or fine grain structure, the substrate temperature is set to room temperature and Al-0.5 wt. % Cu alloy was deposited at 200 [deg.], And this was simply deposited on a room temperature substrate by Al-0.5 wt. % Cu alloy 200%, reflection high-energy electron diffraction (RHEED) and X-ray diffraction of Al (111). A quartz substrate was used as the substrate.
【００１８】室温基板上に単に堆積しただけのＡｌ合金
膜は、多結晶であったのに対し、アモルファス状あるい
は微細粒組織のＡｌ合金上に堆積した場合には、Ａｌの
［１１１］結晶軸が水晶基板上に垂直にそろった（１１
１）配向となっていることがＲＨＥＥＤにより確かめら
れた。Ａｌ（１１１）のＸ線回折強度の比較を図２に示
す。図２からわかるように、アモルファス状あるいは微
細粒組織のＡｌ合金上のＡｌ合金薄膜の配向度は、単に
室温基板上に堆積した場合に比べ極端に向上した。ま
た、このアモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌ上の
（１１１）高配向Ａｌは、２００Åというような超薄膜
領域においてさえ島状成長することはなく、Ａｌの最稠
密面である（１１１）が成長する。The Al alloy film simply deposited on the room temperature substrate was polycrystalline, whereas when deposited on an amorphous or fine grained Al alloy, the [111] crystal axis of Al Vertically aligned on the quartz substrate (11
1) The orientation was confirmed by RHEED. FIG. 2 shows a comparison of the X-ray diffraction intensity of Al (111). As can be seen from FIG. 2, the degree of orientation of the Al alloy thin film on the amorphous or fine-grained Al alloy was extremely improved as compared with the case where the Al alloy thin film was simply deposited on a substrate at room temperature. The (111) highly-oriented Al on the amorphous or fine-grained Al does not grow in an island shape even in an ultra-thin film region such as 200 °, and the (111) which is the closest dense surface of Al grows. I do.
【００１９】このために、基板上に直接室温でＡｌを成
長させた場合に比べ、膜の比抵抗は小さくなる。例え
ば、水晶基板上に直接堆積した５００ÅのＡｌ膜では、
比抵抗が４．５μΩ・ｃｍであったのに対し、１０Åの
アモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌ上の同じ膜厚
のＡｌ膜では、比抵抗は３．０μΩ・ｃｍであった。For this reason, the specific resistance of the film is smaller than when Al is grown directly on the substrate at room temperature. For example, for a 500 ° Al film deposited directly on a quartz substrate,
While the specific resistance was 4.5 μΩ · cm, the specific resistance was 3.0 μΩ · cm for an Al film having the same thickness on 10 ° amorphous or fine-grained Al.
【００２０】次にアモルファス状あるいは微細粒組織の
Ａｌ合金層の層厚を変えた場合の効果を調べるために、
アモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌ合金の層厚を
２〜１０００Åの範囲で変え、この下地上に膜厚が３０
０ÅのＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ膜を堆積させた場合の
膜比抵抗、および、３００Å，１μｍのＡｌ−０．５ｗ
ｔ．％Ｃｕ膜のＡｌ（１１１）ピークのロッキングカー
ブの半値幅（Δθ）とエレクトロマイグレーション試験
の結果をそれぞれ図３，図４，表１に示す。なお基板と
しては、熱酸化膜をつけたシリコン（１００）を用い、
アモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌ合金上にＡｌ
合金を堆積させるときに基板温度を１００℃とした。Next, in order to investigate the effect of changing the thickness of the Al alloy layer having an amorphous or fine grain structure,
The layer thickness of the Al alloy having an amorphous or fine grain structure is changed in the range of 2 to 1000 °, and the thickness of the film is 30
0% Al-0.5 wt. % Cu film deposited, and film thickness of 300 ° C., 1 μm Al-0.5 w
t. The half width (Δθ) of the rocking curve of the Al (111) peak of the% Cu film and the results of the electromigration test are shown in FIGS. 3, 4, and 1, respectively. As the substrate, silicon (100) with a thermal oxide film was used.
Al on an amorphous or fine grain Al alloy
The substrate temperature was 100 ° C. when depositing the alloy.
【００２１】なお比較例として、直接基板上に基板温度
１００℃でＡｌ合金を成長させた場合についても調べ
た。またエレクトロマイグレーション試験は、電流の流
れる部分の全長が２ｃｍ，ライン幅が１．０μｍ，ライ
ン間の間隔が２．０μｍであるようなテストパターンを
用いて行った。温度２５０℃，電流密度２．０×１０6
Ａ／ｃｍ2という条件でそれぞれ１００個の試料で試験
を行い、試料の５０％が断線するまでにどれだけの時間
がかかったかを調べた。As a comparative example, a case where an Al alloy was directly grown on a substrate at a substrate temperature of 100 ° C. was examined. In addition, the electromigration test was performed using a test pattern in which the entire length of a portion through which current flows was 2 cm, the line width was 1.0 μm, and the interval between lines was 2.0 μm. Temperature 250 ° C, current density 2.0 × 10 6
The test was performed on 100 samples under the condition of A / cm 2 , and it was examined how long it took until 50% of the samples were disconnected.
【００２２】[0022]
【表１】 [Table 1]
【００２３】以上の結果から、アモルファス状あるいは
微細粒組織のＡｌ層の厚さにかかわらず、３００Åの膜
の比抵抗は、基板上にＡｌ合金を直接堆積させた時と比
べて極端に低くなり、また、一般に膜が厚いほどＡｌ
（１１１）の配向性は高く、エレクトロマイグレーショ
ン耐性は大きくなるが、３００Åの場合でも１μｍの場
合でもアモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌ層がな
かったときに比べてＡｌ（１１１）の配向性が極めて高
く、エレクトロマイグレーション耐性が極端に大きくな
ることがわかる。From the above results, regardless of the thickness of the amorphous or fine-grained Al layer, the specific resistance of the 300 ° film is extremely lower than that when the Al alloy is directly deposited on the substrate. In general, the thicker the film, the more Al
Although the orientation of (111) is high and the electromigration resistance is high, the orientation of Al (111) is extremely large even at 300 ° or 1 μm as compared with the case where there is no Al layer having an amorphous or fine grain structure. This indicates that the electromigration resistance is extremely high.
【００２４】（参考例）次にアモルファス状あるいは微
細粒組織のＡｌ層の作成方法を変え、イオン打ち込みに
よってアモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌを形成
する場合について同様の実験を行った。本参考例では真
空蒸着装置を用いた。 (Reference Example) Next, the same experiment was performed in the case where the method of forming an Al layer having an amorphous or fine grain structure was changed and Al was formed having an amorphous or fine grain structure by ion implantation. In this reference example, a vacuum evaporation apparatus was used.
【００２５】本実施例に用いた真空蒸着装置は、純Ａｌ
を充填した電子ビーム蒸着源、蒸着源からの分子線束の
開閉を行うためのシャッター，膜厚をモニターするため
の水晶振動子膜厚計，基板上に作製した膜の表面構造評
価を行うための反射高速電子線回折用の電子銃および蛍
光スクリーンより構成されている。基板にはガラス基板
を用いた。The vacuum deposition apparatus used in this embodiment is pure Al.
Electron beam evaporation source, a shutter for opening and closing the molecular beam from the evaporation source, a quartz crystal film thickness meter for monitoring the film thickness, and a surface structure evaluation for the film formed on the substrate It consists of an electron gun for reflection high-speed electron beam diffraction and a fluorescent screen. A glass substrate was used as the substrate.
【００２６】装置内は、ゲートバルブを通してターボ分
子ポンプにより真空排気される。まず装置内を１×１０
-7Ｔｏｒｒまで真空排気した後、Ａｌの蒸着を行った。
蒸着時の真空度は１〜８×１０-6Ｔｏｒｒであった。The inside of the apparatus is evacuated by a turbo molecular pump through a gate valve. First, 1 × 10
After evacuating to -7 Torr, Al was deposited.
The degree of vacuum at the time of vapor deposition was 1 to 8 × 10 −6 Torr.
【００２７】Ａｌを１００Å蒸着後にＡｒイオンを加速
電圧１０ｋＶで打ち込んだところ、蒸着直後は、多結晶
だったＡｌ薄膜がアモルファス状あるいは微細粒組織に
変化したことをＲＨＥＥＤで確認した。When Al ions were implanted at an accelerating voltage of 10 kV after Al deposition at 100 °, it was confirmed by RHEED that the polycrystalline Al thin film was changed to an amorphous or fine grain structure immediately after the deposition.
【００２８】その後再び、Ａｌを３００Å蒸着した。ア
モルファス状あるいは微細粒組織のＡｌ上に堆積した場
合には、Ａｌの［１１１］結晶軸が水晶基板上に垂直に
そろった（１１１）配向となっていることがＲＨＥＥＤ
により確かめられた。Thereafter, Al was again evaporated at 300 °. When deposited on amorphous or fine-grained Al, it is RHEED that the [111] crystal axis of Al is aligned (111) perpendicular to the quartz substrate.
Was confirmed by
【００２９】単に基板上にＡｌを３００Å堆積させた場
合とのＡｌ（１１１）のＸ線回折強度の比較を図５に示
す。この製法によってもアモルファス状あるいは微細粒
組織のＡｌ上のＡｌ薄膜は、Ａｌ（１１１）配向が極端
に高くなっていることがわかる。FIG. 5 shows a comparison of the X-ray diffraction intensity of Al (111) with the case where Al is simply deposited on the substrate at 300 °. According to this manufacturing method also, it can be seen that the Al thin film on the amorphous or fine-grained Al has an extremely high Al (111) orientation.
【００３０】（実施例２）次に、圧電基板上にＡｌを堆
積させ、振動する基板上にＡｌ合金を堆積させることで
アモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌを作製する実
験を行った。成膜方法としては、マグネトロンスパッタ
装置を用いた。本実施例に用いたマグネトロンスパッタ
装置は、それぞれ磁石上においたＡｌ−２．０ｗｔ．％
Ｓｉ合金，ＬｉＮｂＯ3基板，基板とターゲットの間に
設けられたシャッター，膜厚をモニターするための水晶
振動子膜厚計より構成されている。ゲートバルブを通し
てクライオポンプにより真空排気される。スパッタガス
としては、アルゴンガスを用いた。[0030] (Embodiment 2) Next, by depositing Al on the pressure conductive substrate, the real <br/> experiment of making Al of amorphous or fine grained structure by depositing an Al alloy on a substrate to vibrate Was done. As a film forming method, a magnetron sputtering device was used. The magnetron sputtering apparatus used in the present example was prepared by using Al-2.0 wt. %
It comprises a Si alloy, a LiNbO 3 substrate, a shutter provided between the substrate and the target, and a quartz oscillator film thickness meter for monitoring the film thickness. It is evacuated by a cryopump through a gate valve. Argon gas was used as a sputtering gas.
【００３１】まず装置内を１×１０-7Ｔｏｒｒまで排気
した後、３〜７ｍＴｏｒｒのアルゴン圧でスパッタを行
った。周波数８００ＭＨｚで基板を振動させながらＡｌ
合金を堆積させ、このＡｌ合金薄膜がＸ線回折でまった
く回折ピークのないことを確かめた。First, the inside of the apparatus was evacuated to 1 × 10 −7 Torr, and then sputtering was performed at an argon pressure of 3 to 7 mTorr. Al while vibrating the substrate at a frequency of 800 MHz
The alloy was deposited and it was confirmed that this Al alloy thin film had no diffraction peak in X-ray diffraction.
【００３２】そこで、周波数８００ＭＨｚで基板を振動
させながら、アモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌ
合金１０Åを堆積させ、その後に基板の振動を止めてＡ
ｌ合金を５０００Å堆積させた。単にＡｌを５０００Å
堆積させた場合とのＡｌ（１１１）Ｘ線回折強度の比較
を図６に示す。この製法によってもアモルファス状ある
いは微細粒組織のＡｌ上のＡｌ薄膜は、Ａｌ（１１１）
配向が極端に高くなっていることがわかる。Therefore, while oscillating the substrate at a frequency of 800 MHz, the amorphous or fine-grained Al
Alloy 10 ° is deposited, and then the vibration of the substrate is stopped and A
5000 alloy was deposited. Simply 5000 Al
FIG. 6 shows a comparison of the Al (111) X-ray diffraction intensity with the case of the deposition. Even with this manufacturing method, the Al thin film on Al having an amorphous or fine grain structure can be made of Al (111)
It can be seen that the orientation is extremely high.
【００３３】イオン打ち込み、あるいは基板の振動によ
ってアモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌ合金を生
成したときに膜比抵抗及びマイグレーション耐性がどう
なるかを調べた。それぞれ上述した方法でアモルファス
状あるいは微細粒組織のＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ合金
を１０Å堆積させた後、膜厚が３００ÅのＡｌ−０．５
ｗｔ．％Ｃｕ膜を堆積させた場合の膜比抵抗、および、
３００Å，１μｍのＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕ膜のＡｌ
（１１１）ピークのロッキングカーブの半値幅（Δθ）
とエレクトロマイグレーション試験の結果を表２に示
す。When an Al alloy having an amorphous or fine grain structure was formed by ion implantation or vibration of the substrate, the film resistivity and migration resistance were examined. The amorphous or fine grain Al-0.5 wt. % Cu alloy is deposited 10 °, and then the thickness of Al-0.5
wt. % Cu film is deposited, and
300 °, 1 μm Al-0.5 wt. % Cu film Al
(111) Half-width (Δθ) of peak rocking curve
Table 2 shows the results of the electromigration test.
【００３４】なお基板としては、熱酸化膜をつけたシリ
コン（１００）を用い、アモルファス状あるいは微細粒
組織のＡｌ合金上にＡｌ合金を堆積させるとき基板温度
は、１００℃とした。なお比較例として直接基板上に基
板温度１００℃でＡｌ合金を成長させた場合についても
調べた。またエレクトロマイグレーション試験は、電流
の流れる部分の全長が２ｃｍ，ライン幅が１．０μｍ，
ライン間の間隔が２．０μｍであるようなテストパター
ンを用いて行った。温度２５０℃，電流密度２．０×１
０6Ａ／ｃｍ2という条件でそれぞれ１００個の試料で試
験を行い、試料の５０％が断線するまでにどれだけの時
間がかかったかを調べた。The substrate used was silicon (100) provided with a thermal oxide film, and the substrate temperature was 100 ° C. when an Al alloy was deposited on an amorphous or fine-grained Al alloy. As a comparative example, a case where an Al alloy was directly grown on a substrate at a substrate temperature of 100 ° C. was examined. In the electromigration test, the total length of the current flowing portion was 2 cm, the line width was 1.0 μm,
The test was performed using a test pattern in which the interval between lines was 2.0 μm. Temperature 250 ° C, current density 2.0 × 1
0 6 A / cm 2 were tested in 100 samples, respectively, with the proviso that, examined whether 50% of the samples took how much time to break.
【００３５】[0035]
【表２】 [Table 2]
【００３６】以上の結果から、アモルファス状あるいは
微細粒組織のＡｌ合金を液体窒素温度基板に堆積させて
生成した場合と同様に３００Åの膜の比抵抗は、基板上
にＡｌ合金を直接堆積させた時と比べて極端に低くな
り、また、一般に膜が厚いほどＡｌ（１１１）の配向性
は高く、エレクトロマイグレーション耐性は大きくなる
が、３００Åの場合でも１μｍの場合でもアモルファス
状あるいは微細粒組織のＡｌ層がなかったときに比べて
Ａｌ（１１１）の配向性が極めて高く、かつ、エレクト
ロマイグレーション耐性が極端に大きくなることがわか
る。From the above results, the specific resistance of the film of 300.degree. Was obtained by depositing the Al alloy directly on the substrate, as in the case where the Al alloy having the amorphous or fine grain structure was deposited on the liquid nitrogen temperature substrate. In general, the thicker the film, the higher the orientation of Al (111) and the higher the electromigration resistance. However, the amorphous or fine-grained Al It can be seen that the orientation of Al (111) is extremely high and the electromigration resistance is extremely high as compared with the case where there is no layer.
【００３７】以上の実施例では水晶，熱酸化シリコン，
ＬｉＮｂＯ3あるいはガラス基板について記したが、Ｌ
ｉＴａＯ3，ＺｎＯ，Ｓｉ，ＧａＡｓなど他の基板上に
おいても同様の効果が見られた。In the above embodiment, quartz, thermally oxidized silicon,
As described for LiNbO 3 or glass substrate, L
Similar effects were observed on other substrates such as iTaO 3 , ZnO, Si, and GaAs.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上実施例にて説明したように本発明に
よれば、ＡｌあるいはＡｌ合金系配線の結晶配向性が著
しく改善され、電気特性およびマイグレーション耐性が
大きく向上するものであり、表面弾性波デバイス、特に
高周波帯域のフィルターにおいては、配線抵抗の低抵抗
化により損失が低減し、製品歩留りが向上する。また、
ＬＳＩ等の配線としては、エレクトロマイグレーション
等に対する信頼性が向上する。この効果は、金属膜を堆
積させた後にＡｌあるいはＡｌ合金薄膜を堆積させた場
合でも両者を同時に堆積させた場合でも同様に現れる。According to the present invention, as described in the above embodiments, the crystal orientation of Al or Al alloy-based wiring is significantly improved, and the electrical characteristics and migration resistance are greatly improved. In a wave device, particularly a filter in a high frequency band, the loss is reduced by lowering the wiring resistance, and the product yield is improved. Also,
For wiring such as LSI, the reliability against electromigration and the like is improved. This effect is similarly exhibited when the Al or Al alloy thin film is deposited after depositing the metal film or when both are deposited simultaneously.
【図１】 本発明の薄膜配線の製造方法により作製した
薄膜配線の模式図である。 FIG. 1 is manufactured by a method of manufacturing a thin film wiring according to the present invention .
It is a schematic diagram of a thin film wiring.
【図２】液体窒素温度基板上に堆積したアモルファス状
あるいは微細粒組織の下地の有無によるＡｌ（１１１）
Ｘ線回折強度の比較を示すグラフ図である。FIG. 2 shows the presence or absence of an amorphous or fine-grained structure deposited on a liquid nitrogen temperature substrate, with or without Al (111).
It is a graph which shows the comparison of X-ray diffraction intensity.
【図３】膜比抵抗のアモルファス状あるいは微細粒組織
のＡｌ合金層厚依存性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the dependence of the film specific resistance on the thickness of an Al alloy layer in an amorphous or fine grain structure.
【図４】Ａｌ（１１１）のロッキングカーブ半値幅のア
モルファス状あるいは微細粒組織のＡｌ合金層厚依存性
を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the rocking curve half-width of Al (111) on the thickness of an Al alloy layer in an amorphous or fine grain structure.
【図５】イオン打ち込みにより生成したアモルファス状
あるいは微細粒組織のＡｌ下地の有無によるＡｌ（１１
１）Ｘ線回折強度の比較を示す図である。FIG. 5 shows the presence of Al (11) depending on the presence or absence of an Al underlayer of an amorphous or fine grain structure generated by ion implantation.
1) It is a figure which shows comparison of X-ray diffraction intensity.
【図６】振動基板上に堆積したアモルファス状あるいは
微細粒組織のＡｌ合金下地の有無によるＡｌ（１１１）
Ｘ線回折強度の比較を示す図である。FIG. 6 shows the presence or absence of an Al alloy base having an amorphous or fine grain structure deposited on a vibrating substrate, and the presence of Al (111).
It is a figure which shows the comparison of X-ray diffraction intensity.
１ 基板 ２ アモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌないしＡ
ｌ合金下地層 ３ ＡｌまたはＡｌ合金膜1 Substrate 2 Amorphous or fine grain Al or A
1 alloy base layer 3 Al or Al alloy film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768
Claims (2)
する薄膜配線の製造方法であって、 前記下地層形成工程は、液体窒素を用いて冷却した基板
上に、ＡｌないしＡｌ合金を堆積させてアモルファス状
あるいは微細粒組織のＡｌないしＡｌ合金薄膜下地層を
形成する工程であり、 前記薄膜形成工程は、前記下地層上に室温以上の基板温
度で（１１１）配向のＡｌないしＡｌ合金薄膜を形成す
る工程であることを特徴とする薄膜配線の製造方法。1. A method for manufacturing a thin film wiring comprising an underlayer forming step and a thin film forming step, wherein the underlayer forming step comprises depositing Al or an Al alloy on a substrate cooled using liquid nitrogen. Forming an Al or Al alloy thin film underlayer having an amorphous state or a fine grain structure. The thin film forming step comprises: forming a (111) oriented Al or Al alloy thin film on the underlayer at a substrate temperature of room temperature or higher. Forming a thin film wiring.
する薄膜配線の製造方法であって、 前記下地層形成工程は、圧電基板上にＡｌないしＡｌ合
金薄膜を堆積し、その堆積中に圧電基板を振動させるこ
とによってアモルファス状あるいは微細粒組織のＡｌな
いしＡｌ合金薄膜下地層を形成する工程であり、 前記薄膜形成工程は、圧電基板の振動を止め、前記下地
層上に（１１１）配向のＡｌないしＡｌ合金薄膜を形成
する工程であることを特徴とする薄膜配線の製造方法。2. A method of manufacturing a thin film wiring comprising an underlayer forming step and a thin film forming step, wherein the underlayer forming step deposits an Al or Al alloy thin film on a piezoelectric substrate, Vibrating the piezoelectric substrate to form an Al or Al alloy thin film underlayer having an amorphous or fine grain structure, wherein the thin film forming step stops the vibration of the piezoelectric substrate and causes a (111) orientation on the underlayer. Forming a thin film of Al or an Al alloy.
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