JP3014887B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置およびそ
の製造方法に関するものである。
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の配線を形成する金属材料と
して、一般にアルミニウム合金が用いられている。この
アルミニウム合金は電気抵抗が低いこと、加工しやすい
こと、シリコン基板へのオーミック性が良いことなどの
長所がある。ところが、アルミニウム合金配線に大きな
電流を長時間流した場合、Ａｌ原子は自己拡散しやすい
ために、Ａｌ合金配線が断線するという問題（エレクト
ロマイグレーション不良）がある。特に、配線の微細化
が進むと配線に流れる電流の密度が増加するため、この
信頼性の問題が顕著になる。
して、一般にアルミニウム合金が用いられている。この
アルミニウム合金は電気抵抗が低いこと、加工しやすい
こと、シリコン基板へのオーミック性が良いことなどの
長所がある。ところが、アルミニウム合金配線に大きな
電流を長時間流した場合、Ａｌ原子は自己拡散しやすい
ために、Ａｌ合金配線が断線するという問題（エレクト
ロマイグレーション不良）がある。特に、配線の微細化
が進むと配線に流れる電流の密度が増加するため、この
信頼性の問題が顕著になる。
【０００３】一方、製造工程中の熱処理時にアルミニウ
ム合金配線のＡｌとシリコン基板のＳｉが相互拡散する
のを防止するために、アルミニウム合金には固溶限以上
の濃度のＳｉが含まれている。一般には、１重量％前後
の濃度のＳｉが含まれたアルミニウム合金が使用され
る。この場合、アルミニウム中に溶けきれないＳｉは析
出することになるが、コンタクト部分にＳｉ析出が生じ
るとコンタクト抵抗が増大するという問題が発生する。
このＳｉ析出によるコンタクト抵抗が増大する問題を防
止するために、最近ではバリアメタルをアルミニウム合
金の下に設ける方法が一般に採用されている。
ム合金配線のＡｌとシリコン基板のＳｉが相互拡散する
のを防止するために、アルミニウム合金には固溶限以上
の濃度のＳｉが含まれている。一般には、１重量％前後
の濃度のＳｉが含まれたアルミニウム合金が使用され
る。この場合、アルミニウム中に溶けきれないＳｉは析
出することになるが、コンタクト部分にＳｉ析出が生じ
るとコンタクト抵抗が増大するという問題が発生する。
このＳｉ析出によるコンタクト抵抗が増大する問題を防
止するために、最近ではバリアメタルをアルミニウム合
金の下に設ける方法が一般に採用されている。
【０００４】このバリアメタルを設けた従来技術の一例
を図３に示す。図は簡明化のため、配線ー半導体基板す
なわちここでは導電層とシリコン基板のコンタクト部分
を示し、半導体基板上のトランジスター領域等の各構造
は従来と変わらないものとする。図３に示すように、ｐ
型シリコン基板１上にｎ型拡散層２が設けられ、ｐ型シ
リコン基板１上の回路素子（図示せず）を覆うように酸
化珪素膜３からなる層間絶縁膜が形成され、ｎ型拡散層
２の上の酸化珪素膜３にコンタクト窓７が設けられ、酸
化珪素膜３上にバリアメタル４およびアルミニウム合金
５の積層膜からなる導電層が設けられている。そして、
この導電層はコンタクト窓７においてｎ型拡散層２と接
触した構造となっている。なお、バリアメタルは上層が
窒化チタニウム、下層がチタニウムの積層膜となってい
る。
を図３に示す。図は簡明化のため、配線ー半導体基板す
なわちここでは導電層とシリコン基板のコンタクト部分
を示し、半導体基板上のトランジスター領域等の各構造
は従来と変わらないものとする。図３に示すように、ｐ
型シリコン基板１上にｎ型拡散層２が設けられ、ｐ型シ
リコン基板１上の回路素子（図示せず）を覆うように酸
化珪素膜３からなる層間絶縁膜が形成され、ｎ型拡散層
２の上の酸化珪素膜３にコンタクト窓７が設けられ、酸
化珪素膜３上にバリアメタル４およびアルミニウム合金
５の積層膜からなる導電層が設けられている。そして、
この導電層はコンタクト窓７においてｎ型拡散層２と接
触した構造となっている。なお、バリアメタルは上層が
窒化チタニウム、下層がチタニウムの積層膜となってい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この半
導体装置は、導電層に電流を流しつづけると、エレクト
ロマイグレーション不良が発生するという問題があっ
た。例えば、幅１．２μｍ、長さ７２０μｍ、アルミニ
ウム合金５の膜厚０．６μｍの導電層に、温度１００℃
のもとで電流密度が２×１０7 Ａ／ｃｍ2 の電流を流し
た場合、５％の抵抗上昇を不良と判定すると、導電層の
平均寿命は２×１０4 秒であった。電流密度を増加する
につれて、当然のことながら、寿命は短くなり、半導体
デバイスの信頼性面において重大な問題があった。
導体装置は、導電層に電流を流しつづけると、エレクト
ロマイグレーション不良が発生するという問題があっ
た。例えば、幅１．２μｍ、長さ７２０μｍ、アルミニ
ウム合金５の膜厚０．６μｍの導電層に、温度１００℃
のもとで電流密度が２×１０7 Ａ／ｃｍ2 の電流を流し
た場合、５％の抵抗上昇を不良と判定すると、導電層の
平均寿命は２×１０4 秒であった。電流密度を増加する
につれて、当然のことながら、寿命は短くなり、半導体
デバイスの信頼性面において重大な問題があった。
【０００６】したがって、この発明の目的は、大きい電
流を長時間流しても配線（導電層）の抵抗が上昇しない
半導体装置およびその製造方法を提供することである。
流を長時間流しても配線（導電層）の抵抗が上昇しない
半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置
は、半導体基板上に形成した第１の導電層及び第１の導
電層の全域に接して設けた低融点金属の第２の導電層か
らなる配線を備え、配線への通電により、第２の導電層
に局所的な溶融流動を生じさせて、配線の電気抵抗増大
を抑制し得るものである。この発明の半導体装置の製造
方法は、半導体基板上に第１の導電層を堆積する工程
と、第１の導電層の全域に接して低融点金属でなる第２
の導電層を堆積する工程と、配線形成マスクパターンを
用いて，第２の導電層及び第１の導電層を順次選択エッ
チングして，第２の導電層及び第１の導電層の積層によ
る配線を形成する工程とを備え、第２の導電層は、配線
への通電により局所的な溶融流動を生じ配線の電気抵抗
増大を抑制し得るものであることを特徴とする。
は、半導体基板上に形成した第１の導電層及び第１の導
電層の全域に接して設けた低融点金属の第２の導電層か
らなる配線を備え、配線への通電により、第２の導電層
に局所的な溶融流動を生じさせて、配線の電気抵抗増大
を抑制し得るものである。この発明の半導体装置の製造
方法は、半導体基板上に第１の導電層を堆積する工程
と、第１の導電層の全域に接して低融点金属でなる第２
の導電層を堆積する工程と、配線形成マスクパターンを
用いて，第２の導電層及び第１の導電層を順次選択エッ
チングして，第２の導電層及び第１の導電層の積層によ
る配線を形成する工程とを備え、第２の導電層は、配線
への通電により局所的な溶融流動を生じ配線の電気抵抗
増大を抑制し得るものであることを特徴とする。
【０００８】
【作用】この発明によれば、配線に長時間、大きい電流
を流し、第１の導電層にボイドが発生した場合、そのボ
イド部分では電流は低融点金属の第２の導電層だけに流
れるため、この部分の温度が急激に上昇する。その結
果、低融点金属が溶融し前記ボイドに流れ込み、第１の
導電層の断線が修復され、配線の電気抵抗が上昇すると
いう問題を防止することができる。
を流し、第１の導電層にボイドが発生した場合、そのボ
イド部分では電流は低融点金属の第２の導電層だけに流
れるため、この部分の温度が急激に上昇する。その結
果、低融点金属が溶融し前記ボイドに流れ込み、第１の
導電層の断線が修復され、配線の電気抵抗が上昇すると
いう問題を防止することができる。
【０００９】
【実施例】この発明の一実施例を図１に基づいて説明す
る。図は簡明化のため、配線ー半導体基板すなわちここ
では導電層とシリコン基板のコンタクト部分を示し、半
導体基板上のトランジスター領域等の各構造は従来と変
わらないものとする。図１に示すように、ｐ型シリコン
基板１上にｎ型拡散層２が設けられ、ｐ型シリコン基板
１上の回路素子（図示せず）を覆うように酸化珪素膜３
からなる層間絶縁膜が形成され、ｎ型拡散層２の上の酸
化珪素膜３にコンタクト窓７が設けられ、酸化珪素膜３
上にバリアメタル４およびアルミニウム合金５の積層膜
からなる導電層が設けられており、アルミニウム合金５
上に低融点金属６が設けられている。そして、この導電
層はコンタクト窓７においてｎ型拡散層２と接触した構
造となっている。なお、バリアメタルは上層が膜厚１０
０ｎｍの窒化チタニウム（ＴｉＮ）、下層が膜厚２０ｎ
ｍのチタニウム（Ｔｉ）の積層膜となっている。アルミ
ニウム合金の膜厚は０．６μｍである。低融点金属とし
て、膜厚０．２μｍのＰｂーＳｎ合金（ハンダ）が用い
られている。
る。図は簡明化のため、配線ー半導体基板すなわちここ
では導電層とシリコン基板のコンタクト部分を示し、半
導体基板上のトランジスター領域等の各構造は従来と変
わらないものとする。図１に示すように、ｐ型シリコン
基板１上にｎ型拡散層２が設けられ、ｐ型シリコン基板
１上の回路素子（図示せず）を覆うように酸化珪素膜３
からなる層間絶縁膜が形成され、ｎ型拡散層２の上の酸
化珪素膜３にコンタクト窓７が設けられ、酸化珪素膜３
上にバリアメタル４およびアルミニウム合金５の積層膜
からなる導電層が設けられており、アルミニウム合金５
上に低融点金属６が設けられている。そして、この導電
層はコンタクト窓７においてｎ型拡散層２と接触した構
造となっている。なお、バリアメタルは上層が膜厚１０
０ｎｍの窒化チタニウム（ＴｉＮ）、下層が膜厚２０ｎ
ｍのチタニウム（Ｔｉ）の積層膜となっている。アルミ
ニウム合金の膜厚は０．６μｍである。低融点金属とし
て、膜厚０．２μｍのＰｂーＳｎ合金（ハンダ）が用い
られている。
【００１０】次に、図１に示した半導体装置の製造方法
を、図２の製造工程図により詳しく説明する。なお、簡
明化のため、導電層の形成工程のみを示し、トランジス
ターなどの回路素子の製造工程は従来と変わらないもの
とする。図２（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基板１
上にトランジスターなどの回路素子（図示せず）を設け
た後、これら回路素子を覆うように酸化珪素膜３を化学
気相成長法により被着する。この後、図２（ｂ）に示す
ように、ｎ型拡散層２の上の酸化珪素膜３にホトレジス
トをマスクにして、ＣＨＦ3 ，ＣＦ4 混合ガスを用い
て、酸化珪素膜３を反応性イオンエッチングし、コンタ
クト窓７を形成する。次に、第２図（ｃ）に示すよう
に、バリアメタル４を形成する膜厚２０ｎｍのＴｉなら
びに膜厚１００ｎｍのＴｉＮ、アルミニウム合金５を形
成する膜厚０．６μｍのＡｌ−１％Ｓｉ、さらに低融点
金属６を形成する膜厚０．２μｍのＰｂ−４０％Ｓｎを
アルゴンスパッター法を用いて順次堆積する。この後、
ホトレジストをマスクにして、低融点金属６ならびに前
記積層導電膜をＢＣｌ3 ，Ｃｌ2，ＣＨＣｌ3 混合ガス
を用いて反応性イオンエッチングし、配線を形成して完
成する（図１）。
を、図２の製造工程図により詳しく説明する。なお、簡
明化のため、導電層の形成工程のみを示し、トランジス
ターなどの回路素子の製造工程は従来と変わらないもの
とする。図２（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基板１
上にトランジスターなどの回路素子（図示せず）を設け
た後、これら回路素子を覆うように酸化珪素膜３を化学
気相成長法により被着する。この後、図２（ｂ）に示す
ように、ｎ型拡散層２の上の酸化珪素膜３にホトレジス
トをマスクにして、ＣＨＦ3 ，ＣＦ4 混合ガスを用い
て、酸化珪素膜３を反応性イオンエッチングし、コンタ
クト窓７を形成する。次に、第２図（ｃ）に示すよう
に、バリアメタル４を形成する膜厚２０ｎｍのＴｉなら
びに膜厚１００ｎｍのＴｉＮ、アルミニウム合金５を形
成する膜厚０．６μｍのＡｌ−１％Ｓｉ、さらに低融点
金属６を形成する膜厚０．２μｍのＰｂ−４０％Ｓｎを
アルゴンスパッター法を用いて順次堆積する。この後、
ホトレジストをマスクにして、低融点金属６ならびに前
記積層導電膜をＢＣｌ3 ，Ｃｌ2，ＣＨＣｌ3 混合ガス
を用いて反応性イオンエッチングし、配線を形成して完
成する（図１）。
【００１１】このように構成された半導体装置およびそ
の製造方法によれば、アルミニウム合金５に接して上部
に低融点のハンダ６が設けられており、導電層に大きい
電流が流れ、アルミニウム合金５にボイドが発生した場
合、そのボイド部分では電流はバリアメタル４およびハ
ンダ６だけに流れるため、この部分の温度が急激に上昇
する。その結果、ハンダ６が溶融してアルミニウム合金
５に発生したボイドに流れ込み、アルミニウム合金５の
断線が修復され、導電層の電気抵抗が上昇するという問
題を防止することができる。
の製造方法によれば、アルミニウム合金５に接して上部
に低融点のハンダ６が設けられており、導電層に大きい
電流が流れ、アルミニウム合金５にボイドが発生した場
合、そのボイド部分では電流はバリアメタル４およびハ
ンダ６だけに流れるため、この部分の温度が急激に上昇
する。その結果、ハンダ６が溶融してアルミニウム合金
５に発生したボイドに流れ込み、アルミニウム合金５の
断線が修復され、導電層の電気抵抗が上昇するという問
題を防止することができる。
【００１２】前記実施例により作製した試料において、
幅１．２μｍ、長さ７２０μｍ、アルミニウム合金５の
膜厚０．６μｍの導電層に、温度１００℃のもとで電流
密度が２×１０7 Ａ／ｃｍ2 の電流を流した場合、５％
の抵抗上昇を不良と判定すると、導電層の平均寿命は５
×１０8 秒であった。従来例の場合に比べて、導電層の
平均寿命が大幅に改善できていることが明らかである。
幅１．２μｍ、長さ７２０μｍ、アルミニウム合金５の
膜厚０．６μｍの導電層に、温度１００℃のもとで電流
密度が２×１０7 Ａ／ｃｍ2 の電流を流した場合、５％
の抵抗上昇を不良と判定すると、導電層の平均寿命は５
×１０8 秒であった。従来例の場合に比べて、導電層の
平均寿命が大幅に改善できていることが明らかである。
【００１３】なお、前記実施例では、低融点金属６とし
てハンダを用いたが、その他の低融点の金属を用いても
同様の効果が期待できることは明らかである。また、前
記実施例では、低融点金属６をアルミニウム合金５の上
に形成したが、アルミニウム合金５の側壁あるいは低部
に接して形成しても同様の効果が期待できることは明ら
かである。さらに、前記実施例では、導電層がアルミニ
ウム合金５を主体として構成されていたが、その他の材
料、例えば、タングステン（Ｗ）などを主体とした場合
も、それに接してハンダ層が構成されている場合も同様
の効果が期待できることは明らかである。さらに、バリ
アメタル４として、ＴｉＮ／Ｔｉ構造を用いて説明した
が、その他のバリアメタル、例えばＴｉ−Ｗ合金を用い
ても同様の効果が期待できることは明らかである。
てハンダを用いたが、その他の低融点の金属を用いても
同様の効果が期待できることは明らかである。また、前
記実施例では、低融点金属６をアルミニウム合金５の上
に形成したが、アルミニウム合金５の側壁あるいは低部
に接して形成しても同様の効果が期待できることは明ら
かである。さらに、前記実施例では、導電層がアルミニ
ウム合金５を主体として構成されていたが、その他の材
料、例えば、タングステン（Ｗ）などを主体とした場合
も、それに接してハンダ層が構成されている場合も同様
の効果が期待できることは明らかである。さらに、バリ
アメタル４として、ＴｉＮ／Ｔｉ構造を用いて説明した
が、その他のバリアメタル、例えばＴｉ−Ｗ合金を用い
ても同様の効果が期待できることは明らかである。
【００１４】
【発明の効果】この発明によれば、第１の導電層の全域
に接して低融点金属の第２の導電層が設けられているた
め、第１の導電層に大きい電流が流れて第１の導電層に
ボイドが発生しても、そのボイド部分での電流密度増加
に伴う温度上昇によって低融点金属が溶融してボイドに
流れ込むため、配線の抵抗が上昇せず、配線の平均寿命
は大幅に改善される。すなわち、信頼性面で優れた半導
体装置を提供できる。
に接して低融点金属の第２の導電層が設けられているた
め、第１の導電層に大きい電流が流れて第１の導電層に
ボイドが発生しても、そのボイド部分での電流密度増加
に伴う温度上昇によって低融点金属が溶融してボイドに
流れ込むため、配線の抵抗が上昇せず、配線の平均寿命
は大幅に改善される。すなわち、信頼性面で優れた半導
体装置を提供できる。
【図１】この発明の一実施例の半導体装置の要部断面図
である。
である。
【図２】この発明の一実施例に係る半導体装置の製造工
程断面図である。
程断面図である。
【図３】従来の半導体装置の要部断面図である。
１ 半導体基板 ４ バリアメタル ５ アルミニウム合金 ６ 低融点金属
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成した第１の導電層及
び前記第１の導電層の全域に接して設けた低融点金属の
第２の導電層からなる配線を備え、前記配線への通電に
より、前記第２の導電層に局所的な溶融流動を生じさせ
て、前記配線の電気抵抗増大を抑制し得る半導体装置。 - 【請求項２】 半導体基板上に第１の導電層を堆積する
工程と、前記第１の導電層の全域に接して低融点金属で
なる第２の導電層を堆積する工程と、配線形成マスクパ
ターンを用いて，前記第２の導電層及び前記第１の導電
層を順次選択エッチングして，前記第２の導電層及び前
記第１の導電層の積層による配線を形成する工程とを備
え、前記第２の導電層は、前記配線への通電により局所
的な溶融流動を生じ前記配線の電気抵抗増大を抑制し得
るものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5034986A JP3014887B2 (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5034986A JP3014887B2 (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06252147A JPH06252147A (ja) | 1994-09-09 |
| JP3014887B2 true JP3014887B2 (ja) | 2000-02-28 |
Family
ID=12429473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5034986A Expired - Fee Related JP3014887B2 (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3014887B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2943805B1 (ja) | 1998-09-17 | 1999-08-30 | 日本電気株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| WO2015046144A1 (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | 日本軽金属株式会社 | 半導体素子、スパッタリングターゲット材及び半導体装置 |
-
1993
- 1993-02-24 JP JP5034986A patent/JP3014887B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06252147A (ja) | 1994-09-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |