JPH04364733A - Wiring formation - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、配線の形成方法に関し
、更に詳しくは、アルミニウム配線のストレスマイグレ
ーション耐性並びにエレクトロマイグレーション耐性を
向上させた配線の形成方法に係わる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming wiring, and more particularly to a method of forming wiring that improves stress migration resistance and electromigration resistance of aluminum wiring.
【０００２】0002
【従来の技術】半導体集積回路の微細化，高集積化によ
る配線の微細化に伴ない、エレクトロマイグレーション
（ＥＭ），ストレスマイグレーション（ＳＭ），Ａｌボ
イドの発生など、アルミニウム配線の信頼性が問題とな
りつつある。このような各マイグレーションの発生は、
アルミニウム配線の粒界構造と密接に関わっており、微
細幅の配線では、幅より平均粒径が大きくなって竹の節
状、所謂バンブー構造を呈する。また、ストレスマイグ
レーションは、配線に加工わる引張応力が幅の微細化に
伴って増大し、クリープ現象を生じるために発生する不
良と考えられている。特に、微細配線がとるバンブー粒
界構造では、配線方向にほぼ垂直に粒界が形成されてい
るため、粒界に加わる応力が大きく、このため、配線の
幅が細くなるほどストレスマイグレーション不良は発生
し易くなる。一方、エレクトロマイグレーションも、配
線電流密度の増加が必然であるため、今後信頼性の低下
が発生し易くなっている。[Background Art] As wiring becomes finer due to the miniaturization and higher integration of semiconductor integrated circuits, reliability of aluminum wiring becomes a problem due to electromigration (EM), stress migration (SM), generation of Al voids, etc. It's coming. The occurrence of each such migration is
It is closely related to the grain boundary structure of aluminum wiring, and in wiring with a fine width, the average grain size becomes larger than the width, resulting in a so-called bamboo structure. Furthermore, stress migration is considered to be a defect that occurs because the tensile stress applied to the wiring increases as the width becomes finer, causing a creep phenomenon. In particular, in the bamboo grain boundary structure of fine interconnects, the grain boundaries are formed almost perpendicular to the interconnect direction, so the stress applied to the grain boundaries is large. Therefore, as the interconnect width becomes narrower, stress migration defects occur. It becomes easier. On the other hand, since electromigration also requires an increase in wiring current density, reliability is likely to deteriorate in the future.
【０００３】このようなアルミニウム配線が有するエレ
クトロマイグレーション，ストレスマイグレーションな
どの問題点に対処した提案として、特開昭６４−６６９
５４号公報記載の方法が知られている。この方法は、ア
ルミニウムと例えば銅とのＡｌ合金配線を形成した後、
熱処理を施し、アルミニウム結晶粒界に銅を析出させ、
さらに他の金属（例えばＭｇ）で被覆するようにしたも
のである。[0003]As a proposal to deal with problems such as electromigration and stress migration that aluminum wiring has, Japanese Patent Laid-Open No. 64-669
The method described in Publication No. 54 is known. In this method, after forming an Al alloy wiring of aluminum and, for example, copper,
Heat treatment is performed to precipitate copper at aluminum grain boundaries,
Furthermore, it is coated with another metal (for example, Mg).
【０００４】また、他の従来技術としては、アルミニウ
ム配線を構成するアルミニウム結晶の大粒径化を図った
ものが知られている。[0004] In addition, as another conventional technique, a technique is known in which the grain size of the aluminum crystal constituting the aluminum wiring is increased.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来方法の前者にあっては、アルミニウムに銅を添加
した合金を用いるため、熱処理後のアルミニウムの粒径
が小さくなり粒界の数が増加する問題点がある。また、
予め銅を含むため、加工する際のドライエッチン等の加
工が困難となる問題点がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the former of the above-mentioned conventional methods, since an alloy containing copper added to aluminum is used, the grain size of aluminum after heat treatment becomes smaller and the number of grain boundaries increases. There is a problem. Also,
Since it contains copper in advance, there is a problem that processing such as dry etching is difficult during processing.
【０００６】後者にあっては、平均的にはアルミニウム
結晶が大粒径になっても、小さい粒径のアルミニウム結
晶も多く存在する問題点がある。[0006] In the latter case, there is a problem that even though aluminum crystals have a large grain size on average, there are many aluminum crystals with a small grain size.
【０００７】本発明は、このような従来の問題点に着目
して創案されたものであって、アルミニウムの粒界拡散
を抑制し、信頼性を向上させる配線の形成方法を得んと
するものである。The present invention was devised in view of these conventional problems, and aims to provide a method for forming wiring that suppresses grain boundary diffusion of aluminum and improves reliability. It is.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】そこで、請求項１の発明
は、アルミニウム配線パターンを形成した後、アルミニ
ウムの粒界を選択的にエッチングし、該粒界部に選択的
に異種金属を形成することを、その解決方法としている
。[Means for Solving the Problems] Accordingly, the invention as claimed in claim 1, after forming an aluminum wiring pattern, selectively etches the grain boundaries of aluminum, and selectively forms a dissimilar metal at the grain boundaries. This is the solution.
【０００９】請求項２の発明は、大粒径の結晶でなるア
ルミニウム配線パターンを形成した後、アルミニウムの
粒界に銅を析出させることを、その解決方法としている
。[0009] The invention of claim 2 is a method for solving this problem, in which copper is precipitated at grain boundaries of aluminum after forming an aluminum wiring pattern made of large-grain crystals.
【００１０】0010
【作用】請求項１の発明においては、アルミニウムの粒
界を選択的にエッチングして、アルミニウム結晶間に間
隔を有する粒界部を形成し、この粒界部に異種金属を選
択的に形成することにより、アルミニウムの粒界及びア
ルミニウム配線の外周には異種金属が形成される。この
ため、アルミニウムの拡散が防止できると共に、ストレ
スマイグレーション，エレクトロマイグレーション等を
防止することが可能となる。[Operation] In the invention as claimed in claim 1, the grain boundaries of aluminum are selectively etched to form grain boundary portions having intervals between aluminum crystals, and dissimilar metals are selectively formed in these grain boundary portions. As a result, different metals are formed at grain boundaries of aluminum and at the outer periphery of aluminum wiring. Therefore, diffusion of aluminum can be prevented, and stress migration, electromigration, etc. can be prevented.
【００１１】請求項２の発明においては、大粒径のアル
ミニウム結晶の粒界に銅を析出させたことにより、アル
ミニウム結晶の粒径を維持させることができる。アルミ
ニウム粒界に銅を析出させる工程を配線パターンの形成
工程の後に行なうため、銅の含有されないアルミニウム
系膜の加工が容易となる。According to the second aspect of the invention, the grain size of the aluminum crystals can be maintained by precipitating copper at the grain boundaries of the large-grain aluminum crystals. Since the step of depositing copper at aluminum grain boundaries is performed after the step of forming a wiring pattern, processing of an aluminum-based film that does not contain copper is facilitated.
【００１２】0012
【実施例】以下、本発明に係る配線の形成方法の詳細を
図面に示す実施例に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the wiring forming method according to the present invention will be explained below based on the embodiments shown in the drawings.
【００１３】（第１実施例）図１〜図４は、請求項１記
載に係る発明の一実施例の各工程を示す断面図である。(First Embodiment) FIGS. 1 to 4 are sectional views showing each step of an embodiment of the invention according to claim 1.
【００１４】本実施例においては、先ず、図１に示すよ
うに、シリコン基板上に形成されたＳｉＯ２膜１上に、
大粒径のアルミニウム結晶で構成されるシリコンを１％
含有するアルミニウム膜２を形成する。この際、アルミ
ニウム結晶の粒径を大きくするために、高温スパッタ法
を用いる。この高温スパッタの条件は、以下の通りであ
る。In this example, first, as shown in FIG. 1, on a SiO2 film 1 formed on a silicon substrate,
1% silicon composed of large grain size aluminum crystals
An aluminum film 2 containing aluminum is formed. At this time, a high temperature sputtering method is used to increase the grain size of the aluminum crystals. The conditions for this high temperature sputtering are as follows.
【００１５】○スパッタガス…アルゴン○雰囲気圧力…
２〜３ｍＴｏｒｒ
○ＤＣ出力…１０ｋＷ
○温度…４５０℃
次に、アルミニウム膜２上にレジストを塗布し、フォト
リソグラフィー技術を用いて所定のレジストパターン３
を形成する（図１）。○Sputtering gas...Argon ○Atmospheric pressure...
2 to 3 mTorr ○DC output...10kW ○Temperature...450°C Next, a resist is applied on the aluminum film 2, and a predetermined resist pattern 3 is formed using photolithography technology.
(Figure 1).
【００１６】そして、レジストパターン３をマスクとし
て、アルミニウム膜２を三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）系の
エッチングガスを用いる通常のドライエッチング法にて
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、配線パターンに加工
する。Then, using the resist pattern 3 as a mask, the aluminum film 2 is etched by a normal dry etching method using a boron trichloride (BCl3) based etching gas, as shown in FIGS. 2(A) and 2(B). Process into a pattern.
【００１７】同図（Ａ），（Ｂ）中２Ａは、大粒径に形
成されたアルミニウム結晶の粒界（グレインバウンダリ
ー）を示している。2A in FIGS. 2A and 2B shows grain boundaries of aluminum crystals formed to have large grain sizes.
【００１８】次に、このアルミニウム膜２の粒界２Ａを
、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）と硝酸（ＨＮＯ３）を用い、温
度４０℃，時間１０〜２０秒間の条件でウェットエッチ
ング処理を施こす。斯るウェットエッチングにより、ア
ルミニウム膜２は、その粒界が選択的に食刻され、図３
（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、間隙を有する粒界部２
Ｂになる。Next, the grain boundaries 2A of this aluminum film 2 are wet-etched using phosphoric acid (H3PO4) and nitric acid (HNO3) at a temperature of 40.degree. C. for 10 to 20 seconds. By such wet etching, the grain boundaries of the aluminum film 2 are selectively etched, as shown in FIG.
As shown in (A) and (B), grain boundary part 2 with gaps
Become B.
【００１９】次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように
、異種金属としてのタングテン４を選択ＣＶＤ法によっ
て粒界部２Ｂに選択成長させる。この選択成長条件は以
下に示す通りである。Next, as shown in FIGS. 4A and 4B, tungsten 4 as a dissimilar metal is selectively grown in the grain boundary portion 2B by selective CVD. The selective growth conditions are as shown below.
【００２０】○ガス及びその流量
六フッ化タングステン（ＷＦ６）…１０ＳＣＣＭシラン
（ＳｉＨ４）…７ＳＣＣＭ
○圧力…０．２Ｔｏｒｒ
○温度…２６０℃
このようにして、タングステン４を選択成長させること
により、アルミニウムの粒界及び配線外周面にタングス
テン４が形成され、アルミニウムの粒界拡散を抑えるこ
とができる。また、アルミニウム膜２の結晶粒径が大き
いため、ストレスマイグレーション及びエレクトロマイ
グレーションに対して有利である。○Gas and its flow rate Tungsten hexafluoride (WF6)...10SCCM Silane (SiH4)...7SCCM ○Pressure...0.2 Torr ○Temperature...260°C In this way, by selectively growing tungsten 4, aluminum Tungsten 4 is formed at the grain boundaries and the outer peripheral surface of the wiring, thereby suppressing grain boundary diffusion of aluminum. Furthermore, since the crystal grain size of the aluminum film 2 is large, it is advantageous against stress migration and electromigration.
【００２１】以上、第１実施例について説明したが、請
求項１記載に係る発明は、この実施例に限定されるもの
ではなく、その構成の要旨に付随する各種の設計変更が
可能である。Although the first embodiment has been described above, the invention according to claim 1 is not limited to this embodiment, and various design changes can be made in accordance with the gist of the configuration.
【００２２】例えば、上記実施例においては、アルミニ
ウム膜２をＳｉＯ２膜１の上に形成したが、他の絶縁膜
上に形成してもよく、また、アルミニウム膜２の下にバ
リアメタル層を形成しても勿論よい。For example, in the above embodiment, the aluminum film 2 is formed on the SiO2 film 1, but it may be formed on another insulating film, or a barrier metal layer may be formed under the aluminum film 2. Of course you can.
【００２３】また、アルミニウム結晶の粒界のエッチン
グは、上記実施例の他に、例えばケラー試薬を用いて行
なってもよい。In addition to the above-mentioned embodiments, the grain boundaries of aluminum crystals may be etched using, for example, Keller's reagent.
【００２４】さらに、上記実施例においては、異種金属
といてタングステンを選択成長させたが、これに限定さ
れるものではない。Further, in the above embodiment, tungsten was selectively grown as the dissimilar metal, but the present invention is not limited to this.
【００２５】（第２実施例）図５及び図６は、請求項２
記載に係る発明の一実施例を示す断面図である。(Second Embodiment) FIG. 5 and FIG.
FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of the described invention.
【００２６】本実施例においては、アルミニウム膜２を
パターン化する工程までは、第１実施例と同様である。In this embodiment, the steps up to the step of patterning the aluminum film 2 are the same as in the first embodiment.
【００２７】次に、図５に示すようにパターン化された
アルミニウム膜２の粒界に、図６に示すように、銅（Ｃ
ｕ）を析出させる。具体的には、蒸気圧の高い硝酸銅Ｃ
ｕ（ＮＯ３）２ガスを用い、ウエハを入れた反応室でＣ
ｕ（ＮＯ３）２プラズマを発生させる。このとき、ウエ
ハを４００℃程度に加熱しておく。すると、図６に示す
ように、解離したＣｕ５がアルミニウム結晶の粒界２Ａ
に析出する。Next, copper (C) is added to the grain boundaries of the aluminum film 2 patterned as shown in FIG.
u) is precipitated. Specifically, copper nitrate C with high vapor pressure
Using u(NO3)2 gas, C was heated in the reaction chamber containing the wafer.
Generate u(NO3)2 plasma. At this time, the wafer is heated to about 400°C. Then, as shown in FIG. 6, the dissociated Cu5 forms a grain boundary 2A of the aluminum crystal.
It precipitates out.
【００２８】本実施例においては、大粒径のアルミニウ
ム結晶の粒界のみならず、小粒径のアルミニウム結晶部
分の粒界にもＣｕが析出してアルミニウムの拡散を防止
できる。In this embodiment, Cu is precipitated not only at the grain boundaries of large-grained aluminum crystals but also at grain boundaries of small-grained aluminum crystal parts, thereby preventing aluminum from diffusing.
【００２９】以上、第２実施例について説明したが、請
求項２記載に係る発明は、これに限定されるものではな
く、例えば、上記実施例では、Ｃｕ（ＮＯ３）２を用い
てプラズマ処理を行なったが、この他の手段として、Ｃ
ｕの電解メッキを施し、アルミニウム結晶の粒界にＣｕ
を析出させる方法や、Ｃｕの選択成長を施し、アルミニ
ウム結晶の粒界にＣｕを析出させる方法等を適用するこ
とも可能である。Although the second embodiment has been described above, the invention according to claim 2 is not limited to this. For example, in the above embodiment, plasma treatment is performed using Cu(NO3)2. However, as another method, C
Electrolytic plating of Cu is applied to the grain boundaries of aluminum crystals.
It is also possible to apply a method in which Cu is precipitated, a method in which selective growth of Cu is performed, and Cu is precipitated at grain boundaries of aluminum crystals.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１及び請求項２の発明においては、アルミニウムの粒界
拡散を抑え、配線の信頼性を向上させる効果がある。ま
た、従来の銅を含有するアルミニウムのように、始めか
ら異種金属を含有させておく方法に比べて、ドライエッ
チング等の加工が容易となる効果がある。As is clear from the above description, the inventions according to claims 1 and 2 have the effect of suppressing grain boundary diffusion of aluminum and improving the reliability of wiring. Furthermore, compared to the conventional method of containing a different metal from the beginning, such as aluminum containing copper, processing such as dry etching becomes easier.
【図１】第１実施例の工程を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing the steps of a first embodiment.
【図２】（Ａ）は第１実施例の工程示す断面図、（Ｂ）
は（Ａ）のＡ−Ａ断面図。[Fig. 2] (A) is a sectional view showing the process of the first embodiment, (B)
is a sectional view taken along line A-A in (A).
【図３】（Ａ）は第１実施例の工程示す断面図、（Ｂ）
は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図。[Fig. 3] (A) is a sectional view showing the process of the first embodiment, (B)
is a BB sectional view of (A).
【図４】（Ａ）は第１実施例の工程示す断面図、（Ｂ）
は（Ａ）のＣ−Ｃ断面図。[Fig. 4] (A) is a sectional view showing the process of the first embodiment, (B)
is a CC sectional view of (A).
【図５】第２実施例の工程を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing the steps of the second embodiment.
【図６】第２実施例の工程を示す断面図。FIG. 6 is a sectional view showing the steps of the second embodiment.
２…アルミニウム膜、２Ａ…粒界、２Ｂ…粒界部、３…
レジストパターン、４…タングステン。2... Aluminum film, 2A... Grain boundary, 2B... Grain boundary part, 3...
Resist pattern, 4...Tungsten.
Claims (2)
後、アルミニウムの粒界を選択的にエッチングし、該粒
界部に選択的に異種金属を形成することを特徴とする配
線の形成方法。1. A method for forming wiring, which comprises forming an aluminum wiring pattern, selectively etching the grain boundaries of the aluminum, and selectively forming a different metal at the grain boundaries.
パターンを形成した後、アルミニウムの粒界に銅を析出
させることを特徴とする配線の形成方法。2. A method for forming wiring, which comprises forming an aluminum wiring pattern made of large-grain crystals and then precipitating copper at grain boundaries of the aluminum.
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| JP13987191A JPH04364733A (en) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | Wiring formation |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04364733A true JPH04364733A (en) | 1992-12-17 |
Family
ID=15255506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13987191A Pending JPH04364733A (en) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | Wiring formation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04364733A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07245307A (en) * | 1994-02-28 | 1995-09-19 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Interconnection wiring structure and its formation |
-
1991
- 1991-06-12 JP JP13987191A patent/JPH04364733A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07245307A (en) * | 1994-02-28 | 1995-09-19 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Interconnection wiring structure and its formation |
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