JPS6239824B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はアルミニウム配線の耐蝕性を改善した
半導体装置およびその製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device with improved corrosion resistance of aluminum wiring and a method for manufacturing the same.
アルミニウム配線（純アルミニウムの外アルミ
ニウム合金によるものを含む）を用いた半導体装
置では配線の腐蝕とこれによる断線が生じ易いこ
とが指摘されている。特に樹脂封止型の半導体装
置ではその故障の大半がアルミニウム配線の腐蝕
によるものであり、この問題は半導体装置の信頼
性における重要な問題となつている。アルミニウ
ム配線はアルミニウム物質（純アルミニウムの外
アルミニウム合金をも含む）からなるサブミクロ
的構成粒子の集合体からなり、アルミニウム配線
の腐蝕はこれら構成粒子の界面で生じる所謂粒界
腐蝕であることが知られている。例えば純アルミ
ニウム配線における粒界腐蝕のメカニズムは次の
通りである。 It has been pointed out that semiconductor devices using aluminum wiring (including those made of aluminum alloys other than pure aluminum) are susceptible to corrosion of the wiring and breakage due to this corrosion. In particular, most failures in resin-sealed semiconductor devices are due to corrosion of aluminum wiring, and this problem has become an important problem in the reliability of semiconductor devices. Aluminum wiring consists of an aggregate of submicroscopic constituent particles made of aluminum material (including pure aluminum and aluminum alloys), and it is known that corrosion of aluminum wiring is so-called intergranular corrosion that occurs at the interfaces of these constituent particles. ing. For example, the mechanism of grain boundary corrosion in pure aluminum wiring is as follows.
アルミニウムは空気中で容易に酸化されるた
め、アルミニウム配線の表面は50〜60nÅの極く
薄い酸化膜（Al（OH）3膜）からなる保護膜で覆
われている。従つて、アルミニウム配線は通常の
条件下では比較的安定であるが、充分な水分と適
当な温度条件下では下記(i)〜(iv)のメカニズムによ
り粒界腐蝕が進行する。 Since aluminum is easily oxidized in the air, the surface of aluminum wiring is covered with a protective film consisting of an extremely thin oxide film (Al(OH) 3 film) with a thickness of 50 to 60 nm. Therefore, aluminum wiring is relatively stable under normal conditions, but under conditions of sufficient moisture and appropriate temperature, intergranular corrosion progresses through the following mechanisms (i) to (iv).
(i) 第１図に示すように、無数のAl粒子で構成
されたアルミニウム配線にストレスが加わる
と、ストレスの集中し易いAl粒子の界面近傍
が極部アノードとなつてOH-イオンの攻撃を
受ける。このOH-イオンの攻撃によつて保護
膜１を構成するAl（OH）3は下記反応式(A)によ
りAlO2 -として溶出し、保護膜１が破壊され
る。(i) As shown in Figure 1, when stress is applied to an aluminum wiring made up of countless Al particles, the vicinity of the interface of the Al particles, where stress is likely to concentrate, becomes an extreme anode and is attacked by OH - ions. receive. Due to the attack of this OH - ion, Al(OH) 3 constituting the protective film 1 is eluted as AlO 2 - according to the following reaction formula (A), and the protective film 1 is destroyed.
Al（OH）3＋OH-→AlO2 -＋2H2O ……(A)
(ii) 次に、第２図に示すように、上記Al（OH）3
保護膜１の破壊により露出したAl面がH+イオ
ンによつて攻撃され、その結果Alは下記反応
式(B)に従いAl3+イオンとして溶出される。 Al(OH) 3 +OH - →AlO 2 - +2H 2 O ……(A) (ii) Next, as shown in Figure 2, the above Al(OH) 3
The Al surface exposed by the destruction of the protective film 1 is attacked by H + ions, and as a result, Al is eluted as Al 3+ ions according to reaction formula (B) below.
2Al＋6H+→2Al3+＋3H2↑ ……(B)
(iii) 上記(ii)において生成したAl3+イオンは下記反
応式(C)に従つて直ちに周囲の水と反応し、Al
（OH）3を生成すると共にH+イオンを生じる。 2Al+6H + →2Al 3+ +3H 2 ↑ ...(B) (iii) The Al 3+ ions generated in (ii) above immediately react with surrounding water according to the reaction formula (C) below, and Al
Generates (OH) 3 and H + ions.
2Al3+＋3H2O→2Al（OH）3＋6H+ ……(C)
こうして生成したAl（OH）3は露出されたAl微
粒子の表面に沈着して第３図に示すようにAl
（OH）3層２を形成する。2Al 3+ +3H 2 O→2Al(OH) 3 +6H + ...(C) The Al(OH) 3 thus generated is deposited on the surface of the exposed Al fine particles and becomes Al as shown in Figure 3.
(OH) Form 3 layers 2.
(iv) 上記(iii)で形成されたAl（OH）3層２はAl
（OH）3保護膜１とは相違して多孔質でシール性
がないためH+イオンを容易に透過させる。従
つて上記反応式(C)により生成したH+イオンが
Al（OH）3層２を通過して新たなAl面を攻撃
し、上記反応式(B)および(C)による連鎖反応が生
じる。この結果、第４図に示すように粒界に沿
つた腐蝕が急激に進行し、遂にはAl配線の断
線に至る。(iv) Al(OH) 3 layer 2 formed in (iii) above is Al
(OH) 3 Unlike the protective film 1, it is porous and has no sealing properties, so H + ions can easily pass through it. Therefore, the H + ion generated by the above reaction formula (C) is
The Al(OH) 3 passes through the layer 2 and attacks a new Al surface, causing a chain reaction according to reaction formulas (B) and (C) above. As a result, as shown in FIG. 4, corrosion along grain boundaries rapidly progresses, eventually leading to disconnection of the Al wiring.
上記(i)〜(iv)の腐蝕メカニズムはAl配線に電界
が印加されていない場合のものであり、アノード
配線とカソード配線とで相違するところはない。
しかし、半導体装置が実際に使用されていて配線
に電界が印加されている場合の腐蝕メカニズムは
上記(i)〜(iv)のメカニズムとは若干相違し、しかも
アノード配線とカソード配線とではその様子が異
なる。以下、電界が印加されている場合のアノー
ド配線およびカソード配線の夫夫につきその腐蝕
メカニズムを説明する。 The corrosion mechanisms (i) to (iv) above occur when no electric field is applied to the Al wiring, and there is no difference between the anode wiring and the cathode wiring.
However, when a semiconductor device is actually used and an electric field is applied to the wiring, the corrosion mechanism is slightly different from the mechanisms (i) to (iv) above, and the corrosion mechanism differs between anode wiring and cathode wiring. are different. The corrosion mechanism of the anode wiring and cathode wiring when an electric field is applied will be explained below.
〔〕 アノード配線の腐蝕
アノード配線の近傍は電界の影響により
OH-イオンに富んだ環境にある。従つて、前
記反応式(A)に従い、このOH-イオンはアノー
ド配線表面のAl（OH）3保護膜を溶解する。し
かし、同時に次式(D)に示される陽極酸化反応が
進行し、これにより新たなAl（OH）3保護膜が
形成される。[] Corrosion of anode wiring The area near the anode wiring is affected by the electric field.
Located in an environment rich in OH - ions. Therefore, according to the reaction formula (A), these OH - ions dissolve the Al(OH) 3 protective film on the surface of the anode wiring. However, at the same time, the anodic oxidation reaction shown in the following formula (D) progresses, thereby forming a new Al(OH) 3 protective film.
Al＋3OH-→Al（OH）3＋3e ……(D)
従つてアノード側のAl配線は腐蝕に対して
比較的強い。ただし、Cl-のような陰イオン
（半導体装置で問題になるのはCl-イオンのみ
である）が存在すると、次式(E)〜(G)の連鎖反応
によつてAlの溶解が生じ、断線に至ることが
ある。しかし、これもCl-イオンが少量の場合
には上記(D)式による酸化反応が同時に進行する
から問題にはならない。 Al+3OH - →Al(OH) 3 +3e ...(D) Therefore, the Al wiring on the anode side is relatively resistant to corrosion. However, in the presence of anions such as Cl - (only Cl - ions are a problem in semiconductor devices), dissolution of Al occurs due to the chain reaction of the following equations (E) to (G). This may lead to disconnection. However, this is not a problem if the Cl - ions are small because the oxidation reaction according to the above formula (D) proceeds simultaneously.
Al（OH）3＋Cl-→Al（OH）2Cl＋OH- ……(E)
Al＋4Cl-→AlCl4 -＋3e ……(F)
AlCl4 -＋3H2O→Al（OH）3＋3H+
＋4Cl- ……(G)
〔〕 カソード配線の腐蝕
カソード配線の近傍では次式(H)または(I)によ
り局部的にOH-イオンに富む環境が形成され
る。なお、(H)は溶存酸素が存在する場合の反応
式であり、(I)は溶存酸素が存在しない場合の反
応式である。 Al(OH) 3 +Cl - →Al(OH) 2 Cl+OH - ...(E) Al+4Cl - →AlCl 4 - +3e ...(F) AlCl 4 - +3H 2 O→Al(OH) 3 +3H + +4Cl - ... (G) [] Corrosion of cathode wiring In the vicinity of the cathode wiring, an environment rich in OH - ions is formed locally due to the following formula (H) or (I). Note that (H) is a reaction formula in the presence of dissolved oxygen, and (I) is a reaction formula in the absence of dissolved oxygen.
O2＋2H2O＋4e→4OH- ……(H)
H2O＋ｅ→OH-＋１／２H2 ……(I)
こうして生成されたOH-イオンの攻撃により
前記(A)式に従うAl（OH）3保護膜の破壊が生じ
る。一方、カソード配線の近傍では電界の影響
により元来H+イオンに富んだ環境が形成され
ているから、前記(B)式によるAl3+イオンの生成
も容易に起こり、(B)式および(C)式の連鎖反応に
より腐蝕が進行する。つまり、カソード配線で
は電界が印加されていない場合に比較して、前
述した(i)〜(iv)のメカニズムによる腐蝕が進行し
易い環境にあり、従つてAl配線の腐蝕はより
速く進むことになる。 O 2 +2H 2 O+4e→4OH - ...(H) H 2 O+e→OH - +1/2H 2 ...(I) Al(OH) 3 protection according to the above formula (A) due to the attack of the OH - ions thus generated Destruction of the membrane occurs. On the other hand, since an environment rich in H + ions is originally formed near the cathode wiring due to the influence of the electric field, the generation of Al 3+ ions according to the above equation (B) also occurs easily, and the formation of Al 3+ ions according to the equation (B) and ( C) Corrosion progresses due to the chain reaction of equation. In other words, the cathode wiring is in an environment where corrosion due to the mechanisms (i) to (iv) described above is more likely to progress than when no electric field is applied, and therefore the corrosion of the Al wiring will progress more quickly. Become.
このような純アルミニウム配線を有する半導
体装置ではAl配線の腐蝕、特に使用状態にお
けるカソード配線の腐蝕により装置の信頼性が
著しく低下されることになる。 In a semiconductor device having such pure aluminum wiring, the reliability of the device is significantly reduced due to corrosion of the Al wiring, especially corrosion of the cathode wiring during use.
そこで、最近では純アルミニウムよりも耐蝕
性に優れたAl合金、例えばAl―Cu合金、Au―
Si―Cu合金等が配線として用いられるように
なつた。しかし、この場合にも粒界腐蝕を完全
に防止することはできず、アルミ配線の腐蝕に
よる装置の信頼性低下の問題は依然として残さ
れている。 Therefore, recently Al alloys with better corrosion resistance than pure aluminum have been developed, such as Al--Cu alloy, Au--
Si--Cu alloys and other materials have come to be used for wiring. However, even in this case, grain boundary corrosion cannot be completely prevented, and the problem of reduced reliability of the device due to corrosion of the aluminum wiring still remains.
本発明は上述の事情に鑑みてなされたもので、
アルミニウム配線の腐蝕とこれによる断線を防止
した信頼性の高い半導体装置およびその製造方法
を提供するものである。 The present invention was made in view of the above circumstances, and
It is an object of the present invention to provide a highly reliable semiconductor device that prevents corrosion of aluminum wiring and disconnection caused by the corrosion, and a method for manufacturing the same.
即ち、本発明の第１は、素子が形成された半導
体基体上に層間絶縁膜を介して素子間または配線
間を接続するアルミニウム配線がパターンニング
形成された半導体装置において、前記アルミニウ
ム配線を、そのアルミニウム粒界に該アルミニウ
ム物質よりも電位の貴な金属層が介在された構成
としたことを特徴とする半導体装置である。 That is, the first aspect of the present invention is a semiconductor device in which aluminum wiring is patterned to connect elements or wirings via an interlayer insulating film on a semiconductor substrate on which elements are formed. This semiconductor device is characterized in that a metal layer having a nobler potential than the aluminum material is interposed at aluminum grain boundaries.
また本発明の第２は、素子が形成された半導体
基体上に層間絶縁膜を形成する工程と、該層間絶
縁膜にコンタクトホールを開孔した後、全面にア
ルミニウムよりも電位の貴な金属元素を含むアル
ミニウム合金層を蒸着する工程と、該アルミニウ
ム合金層をコンタクトホールを介してその下の導
体層とオーミツクコンタクトさせるための熱処理
工程と、前記アルミニウム合金層から前記アルミ
ニウムよりも電位の貴な金属元素とアルミニウム
との金属間化合物層が析出する温度で熱処理する
工程と、前記アルミニウム合金層の蒸着後あるい
は前記オーミツクコンタクトのための熱処理工程
後もしくは前記金属間化合物層を析出させる熱処
理工程後にアルミニウム合金層をパターンニング
してアルミニウム配線を形成する工程とを具備し
たことを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。 The second aspect of the present invention is a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate on which an element is formed, and after forming a contact hole in the interlayer insulating film, the entire surface is covered with a metal element having a nobler potential than aluminum. a heat treatment step for bringing the aluminum alloy layer into ohmic contact with the underlying conductor layer via a contact hole; A step of heat treatment at a temperature at which an intermetallic compound layer of a metal element and aluminum is precipitated, and after the vapor deposition of the aluminum alloy layer, or after the heat treatment step for the ohmic contact, or after the heat treatment step to precipitate the intermetallic compound layer. This method of manufacturing a semiconductor device is characterized by comprising a step of patterning an aluminum alloy layer to form an aluminum wiring.
本発明における半導体基体としてはSi、Ge、
GaAs等の半導体物質からなる半導体基板、ある
いはサフアイア、スピネル、ガーネツト等の絶縁
基板上に前記半導体物質層を形成した基体を用い
ることができる。この半導体基体にはバイポーラ
ートランジスタ、MOSトランジスタ、ダイオー
ド、抵抗等の素子が形成される。 Semiconductor substrates in the present invention include Si, Ge,
A base body in which the semiconductor material layer is formed on a semiconductor substrate made of a semiconductor material such as GaAs, or an insulating substrate such as sapphire, spinel, or garnet can be used. Elements such as bipolar transistors, MOS transistors, diodes, and resistors are formed on this semiconductor substrate.
本発明における層間絶縁膜としてはシリコン酸
化膜、シリコン窒化膜、燐珪酸ガラス膜等を用い
ることができる。 As the interlayer insulating film in the present invention, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a phosphosilicate glass film, etc. can be used.
本発明方法におけるアルミニウムよりも電位の
貴な金層元素としてはCu、Ag、Pt等を用いるこ
とができるが、経済性の観点からはCuが最も好
ましい。配線材料層として蒸着されるAl合金層
中のこれら添加金属の含量は個々の添加金属によ
つて異なるが、最終的に形成される配線の耐蝕
性、電気電導度およびボンデイング性の３要件を
勘案して適宜選択する。 As the gold layer element having a nobler potential than aluminum in the method of the present invention, Cu, Ag, Pt, etc. can be used, but Cu is most preferable from the economic point of view. The content of these additive metals in the Al alloy layer deposited as the wiring material layer varies depending on the individual additive metal, but it takes into consideration the three requirements of corrosion resistance, electrical conductivity, and bonding properties of the final wiring. and select appropriately.
本発明方法においては、前記Al合金からなる
配線材料層を蒸着した後、層間絶縁膜に開孔した
コンタクトホールを介してその下の導電層とオー
ミツクコンタクトを形成するために通常行なわれ
る熱処理の外、更に配線層の粒界に前記Alより
も電位の貴な金属とAlとの金属間化合物を析出
するための熱処理を行なう。後者の熱処理はAl
合金中における前記添加元素量よりも固溶限界値
の低い温度で行なう。この熱処理によつて、通常
はAlと前記添加金属との固溶体粒子の粒界にAl
と前記添加金属との金属間化合物層が析出する。
この析出層の電位は固溶体粒子の電位よりも常に
貴となる。 In the method of the present invention, after the wiring material layer made of the Al alloy is vapor-deposited, a heat treatment which is usually performed to form an ohmic contact with the conductive layer below through the contact hole opened in the interlayer insulating film is carried out. In addition, a heat treatment is performed to precipitate an intermetallic compound of Al and a metal with a nobler potential than Al at the grain boundaries of the wiring layer. The latter heat treatment
This is carried out at a temperature lower than the solid solubility limit value than the amount of the added element in the alloy. This heat treatment usually causes Al to form at the grain boundaries of the solid solution particles of Al and the additive metal.
An intermetallic compound layer of the metal and the added metal is precipitated.
The potential of this deposited layer is always nobler than the potential of the solid solution particles.
本発明方法におけるAl配線のパターンニング
工程はAl合金層を蒸着した後、オーミツクコン
タクトを形成した後または析出工程を終了した後
の何れの段階で行なつてもよい。 The step of patterning the Al wiring in the method of the present invention may be carried out at any stage after depositing the Al alloy layer, after forming the ohmic contact, or after completing the deposition step.
本発明の半導体装置におけるアルミニウム配線
の微細構造を第５図に示す。同図において、AL
で示されるのはアルミニウム配線を構成するアル
ミ物質の粒子である。これらAL粒子の粒界には
AL粒子を構成するアルミ物質よりも電位の貴な
金属層１１が介在している。またAL粒子の表面
にはAl（OH）3保護膜１２が形成されている。こ
のような構造からなるアルミ配線は以下に説明す
るように粒界腐蝕に対して強い抵抗性を示す。 FIG. 5 shows the fine structure of aluminum wiring in the semiconductor device of the present invention. In the same figure, AL
What is shown in the figure are particles of aluminum material constituting the aluminum wiring. At the grain boundaries of these AL particles,
A metal layer 11 having a nobler potential than the aluminum material constituting the AL particles is interposed. Furthermore, an Al(OH) 3 protective film 12 is formed on the surface of the AL particles. Aluminum wiring having such a structure exhibits strong resistance to grain boundary corrosion, as will be explained below.
即ち、このような構造のAL配線が腐蝕条件に
露されると、電位の貴な金属層１１が局部カソー
ドとなり、AL粒子が局部アノードとなる。従つ
て、純Al配線において粒界を攻撃したOH-イオ
ンはこの場合AL粒子表面を薄く酸化してAl
（OH）3保護膜１２を形成するように反応し、AL
粒子内部を保護する作用を果す。一方、H+イオ
ンは局部カソードである電位の貴な金属層１１の
表面で放電し、H2ガスとして系外に放出され
る。この結果、アルミニウム配線を用いた従来の
半導体装置で問題となつていた配線の粒界腐蝕が
生じることはなく、AL粒子表面の保護膜が強化
されることによつて耐蝕性は飛躍的に改善され
る。また、電界が印加された状態においても、カ
ソード配線近傍では過剰なH+イオンが電位の貴
な金属層１１の表面で連続的に放電し、かつAL
粒子表面はOH-イオンにより薄く酸化されて内
部が保護されるから、カソード配線の腐蝕はほと
んど生じない。一方、アノード配線では過剰の
OH-イオンによりAL粒子表面のAl（OH）3保護膜
１２が純アルミニウム配線の場合と同様にAlO2 -
として溶出され、所謂孔蝕型の腐蝕を生じる傾向
にある。しかし、露出したAl粒子表面は直ちに
OH-イオンにより酸化されて新たな保護膜が形
成される。従つて、アノード配線での腐蝕反応は
非常に遅く、実際上問題にならない。ただし、
Cl-イオンが多量に存在すると、純アルミ配線に
ついて既述したと同様、反応式(E)〜(G)の連鎖反応
によりAL粒子表面からのAlの溶出が連鎖的に生
じて断線に至ることがある。従つて、Cl-イオン
の汚染には充分な注意を払う必要がある。 That is, when the AL wiring having such a structure is exposed to corrosive conditions, the high-potential metal layer 11 becomes a local cathode, and the AL particles become a local anode. Therefore, in this case, the OH - ions that attack the grain boundaries in pure Al interconnects thinly oxidize the surface of the AL particles and form Al
(OH) 3 reacts to form a protective film 12, and AL
It acts to protect the inside of the particle. On the other hand, H + ions are discharged on the surface of the noble metal layer 11, which is a local cathode, and are released outside the system as H 2 gas. As a result, grain boundary corrosion of the wiring, which was a problem with conventional semiconductor devices using aluminum wiring, does not occur, and corrosion resistance is dramatically improved by strengthening the protective film on the surface of the AL particles. be done. Furthermore, even when an electric field is applied, excessive H + ions are continuously discharged on the surface of the noble metal layer 11 near the cathode wiring, and the AL
Since the particle surface is thinly oxidized by OH - ions and the inside is protected, corrosion of the cathode wiring hardly occurs. On the other hand, excessive
Due to OH - ions, the Al(OH) 3 protective film 12 on the surface of the AL particles becomes AlO 2 - as in the case of pure aluminum wiring.
This tends to lead to so-called pitting type corrosion. However, the exposed Al particle surface immediately
It is oxidized by OH - ions and a new protective film is formed. Therefore, the corrosion reaction in the anode wiring is very slow and poses no problem in practice. however,
If a large amount of Cl - ions are present, the chain reaction of reaction formulas (E) to (G) will cause a chain reaction of Al to elute from the surface of the AL particles, leading to wire breakage, as described above for pure aluminum wiring. There is. Therefore, it is necessary to pay sufficient attention to Cl - ion contamination.
以下第６図(A)〜(D)を参照し、本発明の１実施例
になる半導体装置をその製造方法を併記して説明
する。 Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6(A) to 6(D), together with a manufacturing method thereof.
(i) まず、常法に従つてｐ型シリコン基板１１に
n+型の埋込層１４１を有するｎ型コレクタ領
域１４を形成し、続いてｐ型ベース領域１５を
形成した後、n+型エミツタ領域１６およびコ
レクタ領域１４におけるn+型コンタクト領域
１４２を形成して素子分離されたnpnバイポー
ラトランジスタ素子を形成する（第６図Ａ図
示。）
(ii) 次に、層間絶縁膜として全面にCVD―SiO2
膜１７を堆積した後、エミツタ領域１６、ベー
ス領域１５、コレクタ領域のコンタクト領域１
４２上にコンタクトホール１８１，１８２，１
８３を開孔する（同図Ｂ図示）。(i) First, apply a p-type silicon substrate 11 according to a conventional method.
After forming an n type collector region 14 having an n + type buried layer 14 1 and subsequently forming a p type base region 15 , an n + type emitter region 16 and an n + type contact region 14 2 in the collector region 14 are formed. (See Figure 6A.) (ii) Next, CVD--SiO 2 is deposited on the entire surface as an interlayer insulating film.
After depositing the film 17, the emitter region 16, the base region 15 and the contact region 1 of the collector region are formed.
Contact holes 18 1 , 18 2 , 1 on 4 2
8. Drill a hole 3 (as shown in B in the same figure).
(iii) 次に、真空蒸着法、スパツタ法等によりCu
含有率0.5％〜5.7％、厚さ0.5μｍ〜3.5μｍの
Al―Cu合金層を堆積した後、これを写真蝕刻
法等の常法によりパターンニングしてAu―Cu
合金からなる配線層１９１，１９２，１９３を
形成する（同図Ｃ図示）。(iii) Next, Cu is deposited by vacuum evaporation method, sputtering method, etc.
Content 0.5% to 5.7%, thickness 0.5μm to 3.5μm
After depositing the Al--Cu alloy layer, this is patterned using conventional methods such as photolithography to form a Au--Cu alloy layer.
Wiring layers 19 1 , 19 2 , 19 3 made of an alloy are formed (as shown in C in the figure).
(iv) 次に、400℃〜550℃の温度で熱処理を行な
い、各配線層１９１，１９２，１９３を夫々対
応するコンタクトホール１８１，１８２，１８
３下の不純物領域とオーミツクコンタクトさせ
る。(iv) Next, heat treatment is performed at a temperature of 400°C to 550°C to form contact holes 18 1 , 18 2 , 18 in each wiring layer 19 1 , 19 2 , 19 3 , respectively.
Make ohmic contact with the impurity region below 3 .
(v) 続いて、更に150゜〜300℃の温度で１時間〜
24時間熱処理を行ない、配線の構成粒子間に
AlとCuの金属間化合物CuAl2を析出させて耐
蝕性に優れた配線を具備したバイポーラートラ
ンジスタを得る。一方、高集積化、ペレツトサ
イズの縮少等のために配線の多層化が行なわれ
る事がしばしばあるが、この場合にも本発明が
適用される事は言うまでもない。この場合には
前述の(iv)の熱処理に続いて以下の工程を行な
う。(vi)１層目の配線層１９１，１９２，１９３
を含む前記基板上の全面に層間絶縁膜２０を塗
布或いは堆積させ、所望の位置に２層目の配線
との導通をとる為の開孔部２１１，２１２を設
け、前述した(iii)の方法で２層目の配線層２２
１，２２２を形成する（同図Ｄ図示）。(v) Subsequently, at a temperature of 150° to 300°C for 1 hour
Heat treatment is performed for 24 hours to create a bond between the constituent particles of the wiring.
A bipolar transistor with wiring having excellent corrosion resistance is obtained by depositing CuAl 2 , an intermetallic compound of Al and Cu. On the other hand, wiring is often multi-layered in order to increase integration, reduce pellet size, etc., and it goes without saying that the present invention is also applicable to this case. In this case, the following steps are performed following the heat treatment in (iv) above. (vi) First wiring layer 19 1 , 19 2 , 19 3
An interlayer insulating film 20 is coated or deposited on the entire surface of the substrate including the interlayer insulating film 20, and openings 21 1 and 21 2 are provided at desired positions for establishing conduction with the second layer wiring, and as described in (iii) above. The second wiring layer 22 is
1 and 22 2 (as shown in D in the figure).
(vi) 次に、前述した(iv)の方法と同じく、400℃〜
550℃の温度で熱処理を行ない、１層目の各配
線層１９２，１９３と２層目の各配線層２２
１，２２２を層間絶縁膜２０に設けた開孔部２
１２，２１２を通じてオーミツクコンタクトさ
せる。(vi) Next, as in the method (iv) above,
Heat treatment is performed at a temperature of 550°C, and each wiring layer 19 2 , 19 3 of the first layer and each wiring layer 22 of the second layer
1 , 22 2 are provided in the interlayer insulating film 20 .
Ohmic contact is made through 1 2 and 21 2 .
(vii) 続いて、前述した(v)の方法と同じく、150℃
〜300℃の温度で１時間〜24時間熱処理を行な
い、配線の構成粒子間にAlとCuの金属間化合
物CuAl2を析出させて、耐蝕性に優れた２層配
線を具備した半導体装置を得る。(vii) Then, as in the method (v) above, heat at 150°C.
Heat treatment is performed at a temperature of ~300°C for 1 to 24 hours to precipitate CuAl 2 , an intermetallic compound of Al and Cu, between the constituent particles of the wiring, thereby obtaining a semiconductor device with a two-layer wiring with excellent corrosion resistance. .
こうして製造された半導体装置の配線層は、第
５図において配線層の構成粒子ALがAlとCuのα
固溶体であり、これらα固溶体粒子間に析出され
た金属間化合物CuAl2からなる電位の貴な金属層
１１が介在した構造を有する。従つて、この配線
層は粒界腐蝕に対して強い抵抗性を有する。構成
粒子がα―固溶体粒子になるのは、Cu―Al合金
がCu含有率5.7％以下では総てα固溶体になるか
らである。 In the wiring layer of the semiconductor device manufactured in this way, as shown in FIG. 5, the constituent particles AL of the wiring layer are α of Al and Cu.
It is a solid solution, and has a structure in which a high-potential metal layer 11 made of an intermetallic compound CuAl 2 precipitated between these α solid solution particles is interposed. Therefore, this wiring layer has strong resistance to grain boundary corrosion. The reason why the constituent particles become α-solid solution particles is because the Cu-Al alloy becomes an α-solid solution when the Cu content is 5.7% or less.
上記実施例において、配線材料層として蒸着し
たAl―Cu合金のCu含有率を0.5％〜5.7％とした
のは次の理由によるものである。即ち、工程(v)に
おける熱処理によつてCuAl2を析出させるために
は最低0.5％のCuの存在だからである。一方、Cu
の添加量を増す程CuAl2の析出量が増すが、それ
に伴つて配線の電気伝導度が低下し、また硬度が
増大してボンデイング性が低下してしまう。従つ
て、配線の電気伝導度およびボンデイング性を考
慮してCu添加量は5.7％以下とするのが望ましい
からである。因みにこの上限値はAl―Cu合金の
α固溶体とCuAl2の共晶温度（548℃）における
Cuの固溶度である。 In the above example, the Cu content of the Al--Cu alloy deposited as the wiring material layer was set to 0.5% to 5.7% for the following reason. That is, in order to precipitate CuAl 2 by the heat treatment in step (v), the presence of at least 0.5% Cu is required. On the other hand, Cu
As the amount of CuAl 2 added increases, the amount of CuAl 2 precipitated increases, but the electrical conductivity of the wiring decreases and the hardness increases, resulting in a decrease in bonding properties. Therefore, it is desirable that the amount of Cu added be 5.7% or less in consideration of the electrical conductivity and bonding properties of the wiring. Incidentally, this upper limit value is determined at the eutectic temperature (548℃) of the α solid solution of Al-Cu alloy and CuAl2 .
This is the solid solubility of Cu.
以上詳述したように、本発明によればアルミ配
線の粒界腐蝕を防止した信頼性の高い半導体装置
およびその製造方法を提供できるものである。 As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device in which intergranular corrosion of aluminum wiring is prevented, and a method for manufacturing the same.
第１図〜第４図は半導体装置の純アルミニウム
配線における粒界腐蝕のメカニズムを示す断面
図、第５図は本発明の半導体装置におけるアルミ
配線の構造および粒界腐蝕に対する抵抗性を示す
断面図、第６図Ａ〜Ｄは本発明の１実施例になる
半導体装置の製造工程を示す断面図である。
１１…電位の貴な金属層、１２…保護膜、１３
…ｐ型シリコン基板、１４…ｎ型コレクタ領域、
１４１…n+型埋込層、１４２…n+型コンタクト
領域、１５…ｐ型ベース領域、１６…n+型エミ
ツタ領域、１７…CVD―SiO2膜、１８１〜１８
３…コンタクトホール、１９１〜１９３…アルミ
配線、２０…層間絶縁膜、２１１，２１２…スル
ーホール、２２１，２２２…アルミ配線。
1 to 4 are cross-sectional views showing the mechanism of grain boundary corrosion in pure aluminum wiring of a semiconductor device, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of aluminum wiring and resistance to grain boundary corrosion in the semiconductor device of the present invention. , and FIGS. 6A to 6D are cross-sectional views showing the manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 11... Noble potential metal layer, 12... Protective film, 13
...p-type silicon substrate, 14...n-type collector region,
14 1 ... n + type buried layer, 14 2 ... n + type contact region, 15... p type base region, 16... n + type emitter region, 17... CVD-SiO 2 film, 18 1 to 18
3 ...Contact hole, 191 to 193 ...Aluminum wiring, 20...Interlayer insulating film, 211 , 212 ...Through hole, 221 , 222 ...Aluminum wiring.
Claims (1)
を形成する工程と、該層間絶縁膜にコンタクトホ
ールを開孔した後、全面にアルミニウムよりも電
位の貴な金属元素を含むアルミニウム合金層を蒸
着する工程と、該アルミニウム合金層をコンタク
トホールを介してその下の導体層とオーミツクコ
ンタクトさせるための熱処理工程と、前記アルミ
ニウム合金層から前記アルミニウムよりも電位の
貴な金属元素とアルミニウムとの金属間化合物層
が析出し得る程度の低温で熱処理する工程と、前
記アルミニウム合金層の蒸着後あるいは前記オー
ミツクコンタクトのための熱処理工程後もしくは
前記金属間化合物層を析出させる熱処理工程後に
アルミニウム合金層をパターンニングしてアルミ
ニウム配線を形成する工程とを具備したことを特
徴とする半導体装置の製造方法。 ２ アルミニウム合金層として0.5〜5.7％の銅を
含むアルミニウム合金層を蒸着し、オーミツクコ
ンタクトのための熱処理を400〜550℃の温度で行
ない、アルミニウムと銅との金属間化合物層を析
出するための熱処理を150〜300℃の温度で行なう
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
導体装置の製造方法。[Claims] 1. A step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate on which an element is formed, and after forming a contact hole in the interlayer insulating film, a metal element having a nobler potential than aluminum is applied to the entire surface. a heat treatment step for bringing the aluminum alloy layer into ohmic contact with the underlying conductor layer via a contact hole, and a metal having a nobler potential than the aluminum from the aluminum alloy layer. A step of heat treatment at a low temperature that can precipitate an intermetallic compound layer between the element and aluminum, and a heat treatment after vapor deposition of the aluminum alloy layer or after the heat treatment step for the ohmic contact or a heat treatment to precipitate the intermetallic compound layer. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of patterning an aluminum alloy layer to form aluminum wiring after the step. 2. An aluminum alloy layer containing 0.5 to 5.7% copper is deposited as an aluminum alloy layer, and heat treatment is performed at a temperature of 400 to 550°C for ohmic contact to precipitate an intermetallic compound layer of aluminum and copper. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 150 to 300°C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP85481A JPS57114253A (en) | 1981-01-07 | 1981-01-07 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP85481A JPS57114253A (en) | 1981-01-07 | 1981-01-07 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS57114253A JPS57114253A (en) | 1982-07-16 |
| JPS6239824B2 true JPS6239824B2 (en) | 1987-08-25 |
Family
ID=11485225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP85481A Granted JPS57114253A (en) | 1981-01-07 | 1981-01-07 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57114253A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4951871A (en) * | 1972-06-01 | 1974-05-20 |
-
1981
- 1981-01-07 JP JP85481A patent/JPS57114253A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4951871A (en) * | 1972-06-01 | 1974-05-20 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57114253A (en) | 1982-07-16 |
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