JP3463961B2

JP3463961B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP3463961B2
Application number: JP06101495A
Authority: JP
Inventors: ホッブスアンソニー
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 2003-11-05
Anticipated expiration: 2018-11-05
Also published as: JPH08264647A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特
に配線層内に熱的に誘起された応力（ストレス）を緩和
する手段を備えた半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置において、相互接続
配線は極めて重要な役割を果たしている。現在、半導体
集積回路装置の相互接続配線の主材料としては、主にア
ルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられている。
将来は、現在のアルミニウム相互接続配線技術または銅
系の相互接続配線を用いた技術が利用されると期待され
ている。

【０００３】半導体集積回路装置における集積度向上の
要求と共に、限られた面積内により多くの半導体素子を
集積化しようとすると、相互接続配線構造はより複雑化
し、配線密度は増加し、配線層の数は増加する傾向を有
し、配線幅は狭くなる傾向を有する。

【０００４】このように、半導体集積回路装置、特に加
工寸法を減少した高集積度半導体集積回路装置において
は、製造工程において相互接続配線に誘起される応力が
配線構造の極めて深刻な劣化を招くおそれが多い。相互
接続配線構造は、通常ＳｉＯ ₂やＳｉ₃Ｎ₄のような絶
縁体材料中に埋め込まれている。この構造は、半導体装
置の製造を容易にし、相互接続配線相互間を絶縁し、金
属表面が露出した時に生じる種々の望ましくない金属表
面の影響を低減する。

【０００５】しかしながら、この絶縁体の熱膨張係数
と、相互接続配線に用いられる金属の熱膨張係数とは通
常大きく異なる。たとえば、Ａｌの熱膨張係数は２３×
１０^-6／℃であるのに対し、プラズマＴＥＯＳのＳｉＯ
₂膜の膨張係数は０．５５×１０^-6／℃である。

【０００６】半導体装置の製造プロセスにおいては、常
温と高温間の温度サイクルが繰り返し行なわれる。この
ような温度サイクルにおいて、熱膨張係数の差に基づく
大きな応力が生じてしまう。たとえば、配線層を高温で
形成し、常温に降温させると熱膨張係数の差に基づく応
力が発生する。このような降温過程における応力の発生
は、配線層の堆積時のみでなく、パッシベーション膜な
どの絶縁膜の形成時等にも発生する。

【０００７】相互接続配線と絶縁領域との間に生じる応
力は、相互接続金属配線におけるストレスマイグレーシ
ョンやボイド形成、異なる配線層の配線間を接続するた
めの導電性プラグ下部におけるボイド形成、半導体装置
使用時における応力で促進されたエレクトロマイグレー
ション等の原因となる。また、絶縁領域中の応力は、予
知不可能なクラックの原因ともなる。絶縁領域中のクラ
ックは、相互接続配線を横断する可能性も有する。

【０００８】相互接続配線におけるストレスマイグレー
ションは、大きなバンブー型グレイン構造を形成するこ
とによって低減することができる。また、アルミニウム
を用いた配線構造においては、たとえばＴｉＮ／Ａｌ／
ＴｉＮの積層構造が一般的に用いられる。アルミニウム
をＴｉＮの層でサンドイッチすると、応力によってＡｌ
配線中にボイドが誘起された時にも、Ａｌ層の上下のＴ
ｉＮ層によって導電路が確保される。また、ＴｉＮ層
は、アルミニウム配線と絶縁領域との間の接着力が増大
する。

【０００９】また、配線層形成時における絶縁層表面平
坦化のために、コンタクト孔（ビア孔）中にＷプラグを
形成することが行なわれる。しかしながら、ＷはＳｉＯ
₂等の絶縁膜に対し、極めて弱い接着力しか有さない。
ここで、Ｗプラグの表面にＴｉＮ層を形成すると、Ｗプ
ラグの接着力を大幅に増加することができる。ＴｉＮ層
は、Ｗ層とＡｌ層との間の接着力増強にも役立つ。Ａｌ
層とＷプラグとの間にＴｉＮ層を介在させると、ＴｉＮ
層が存在しない場合と較べ、Ａｌ層とＷプラグとの間の
接着力は増大する。

【００１０】また、絶縁層の厚さを薄く最適化すること
により、絶縁領域内の応力を低減化することもできる。
Ａｌ中にＣｕを微量混合すると、Ａｌ配線層中における
Ａｌ原子の拡散を低減することができ、応力によって誘
起されるボイド発生も低減することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した技術は、
相互接続配線における応力の影響を低減することができ
るが、未だ十分ではない。銅を混合したＡｌ合金の配線
層において、大きなグレインを形成しても、応力が大き
いとストレスマイグレーションによってボイドが発生す
ることがある。相互接続配線構造が複雑化し、多層配線
層を含み、熱サイクルが複雑化すると、より大きな応力
が生じる可能性がある。

【００１２】Ａｌ配線上下にグルー金属層としてＴｉＮ
層を設け、Ａｌ導電路の両側に付加的導電路を設けても
総ての問題が解決するわけではない。なぜなら、主配線
層であるＡｌ配線にボイドが発生すれば、配線の電気抵
抗は増大してしまう。

【００１３】また、応力が強いと、ビアホールの導電性
プラグ下にボイドが発生することもある。このようなボ
イドは、コンタクト抵抗の上昇の原因となる。絶縁層の
厚さを最適化（最小の厚さとする）して、応力を減少し
ても、多層配線構造においては実用的でなくなることも
ある。また、これらの対策を講じても、絶縁層中のクラ
ックの解決とはならない。絶縁層中にクラックが発生す
ると、そのクラックは相互接続配線をも切断することが
ある。

【００１４】図６（Ａ）は、多層配線構造の一例を示
す。絶縁層５４の上面に、ＴｉＮ層５７、Ａｌ（Ａｌ合
金）層５８、ＴｉＮ層５９の下層配線層が形成され、層
間絶縁膜６４で覆われている。この層間絶縁膜６４にビ
アホールが形成され、ビアホールを埋め込むＷプラグ６
６が形成される。

【００１５】層間絶縁膜６４の表面上に、ＴｉＮ層６
７、Ａｌ層６８、ＴｉＮ層６９が積層され、上層配線層
を形成している。両側の上層配線は、Ｗプラグ６６を介
して下層配線に電気的に接続されている。上層配線層表
面は、上層層間絶縁膜７４によって覆われている。

【００１６】このような多層配線構造において、熱的に
誘起される応力が大きくなると、多層配線中の強度の弱
い所に応力が集中し、相互接続配線中にボイドが発生し
たり、絶縁領域中にクラックが発生する。

【００１７】図６（Ｂ）は、このようなボイドやクラッ
クの例を示す。下層配線と上層配線を接続する左側のＷ
プラグの底面に、ボイド８０ａが発生する。また、下層
配線のＡｌ層５８中にスリット型のボイド８０ｂが発生
する。また、層間絶縁膜６４中にクラック８２が発生す
る。

【００１８】図７は、実際のサンプルに発生したボイド
やクラックを示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真であ
る。この多層配線構造は、Ｗの下層配線上にＷ／ＴｉＮ
／Ａｌ／ＴｉＮ型多レベル構造を用いている。絶縁領域
はＳｉＯ₂で形成されている。Ａｌ配線層におけるグレ
インサイズは十分大きく、Ａｌ配線層にはＣｕが添加さ
れている。写真中に２層のＡｌ配線層が示されており、
下層Ａｌ配線層の右側配線中にスリット型ボイドが発生
し、その右側のＷプラグの下面にボイドが２か所発生し
ている。また、左端の層間絶縁膜中にクラックが発生し
ている。

【００１９】本発明の目的は、配線と配線を埋め込む絶
縁領域との間の熱膨張係数の差に基づく応力の影響を低
減した半導体装置を提供することである。本発明の他の
目的は、発生する応力を緩和できる構造を有する半導体
装置を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体素子を形成した半導体基板と、前記半導体基板上
方に形成され、上面にグルー金属層を備え、回路の相互
接続配線に用いられる第１相互接続配線領域と、上面に
グルー金属層を備えず、回路の構成要素として用いられ
ない第１ダミー領域とを含む第１配線層と、前記第１配
線層を覆う第１絶縁層とを有する。

【００２１】前記第１相互接続配線領域と第１ダミー領
域とは前記半導体基板の表面から同一レベルに存在する
ことが好ましい。前記第１ダミー領域と第１相互接続配
線領域とは互いに同一材料によって構成されることが好
ましい。さらに、前記第１配線層上方に形成され、上面
にグルー金属層を備え、回路の相互接続配線に用いられ
る第２相互接続配線領域と、上面にグルー金属層を備え
ず、回路の構成要素として用いられない第２ダミー領域
とを含む第２配線層と、前記第２配線層を覆う第２絶縁
層とを有してもよい。

【００２２】さらに、前記第１配線層の第１相互接続配
線領域と前記第２配線層の第２相互接続配線領域との間
に配置され、両者を電気的に接続する導電性プラグを設
けてもよい。

【００２３】上述の構成において、前記グルー金属層は
ＴｉＮで形成され、前記相互接続配線領域はＡｌ、Ａｌ
合金、ＣｕまたはＣｕ合金で形成され、前記ダミー領域
はＡｌ、Ａｌ合金、Ｗ、ＣｕまたはＣｕ合金で形成され
ることができる。

【００２４】上記構造において、前記ダミー領域は同一
配線層内の前記相互接続配線領域から３Ｄ以内の距離に
配置され、ここでＤ＝（Ｈ＋Ｗ）／２、Ｈは相互接続配
線領域の高さ、Ｗは相互接続配線領域の幅であるように
してもよい。

【００２５】第２配線層を有する場合、前記第２配線層
の第２相互接続配線領域は、下面にもグルー金属層を備
えるようにしてもよい。上述の構造において、前記第１
配線層の第１相互接続配線領域は、下面にもグルー金属
層を備えてもよい。

【００２６】

【作用】回路の相互接続配線に用いられる第１相互接続
配線領域にはグルー金属層を設け、回路の構成要素とし
て用いられない第１ダミー領域にはグルー金属層を備え
ないことにより、構造上強度の弱い部分を選択的に形成
する。配線構造に応力が蓄積した時には強度の弱いダミ
ー領域界面において優先的に応力が解放される。ダミー
領域の近傍にボイドやクラックが発生しても、ダミー領
域は回路の構成要素として用いられていないため、悪影
響を与えない。

【００２７】第１相互接続配線領域と第１ダミー領域と
を半導体基板の表面から同一レベルに存在するようにす
れば、これらの領域を同一プロセスで形成するのに好適
である。製造プロセスを追加することなく、このような
構造を作成することができる。

【００２８】第１配線層の上に、第２配線層を形成する
場合も、第２配線層内に第２相互接続配線領域と第２ダ
ミー領域とを設けることにより、構造上強度の弱い部分
を選択的に形成することができる。応力は、強度の弱い
ダミー領域界面において優先的に解放される。

【００２９】第１相互接続配線領域と第２相互接続配線
領域とを導電性プラグで接続すれば、平坦性に優れた半
導体装置を得ることができる。グルー金属層をＴｉＮで
形成すると、良好な接着力が得られる。相互接続配線領
域をＡｌ、Ａｌ合金、ＣｕまたはＣｕ合金で形成する
と、良好な導電性が得られる。ダミー領域をＡｌ、Ａｌ
合金、Ｗ、ＣｕまたはＣｕ合金で形成すると、絶縁層に
対し、接着力の弱いダミー領域が得られる。

【００３０】ダミー領域と近接する相互接続配線領域と
の間の距離を３Ｄ以内に設定すると、応力解放に有効と
なる。第２相互接続配線領域の下面にもグルー金属層を
備えることにより、第２相互接続配線領域下面の接着力
を増加することができる。

【００３１】同様、第１相互接続配線領域の下面にもグ
ルー金属層を備えることにより、第１相互接続配線領域
下面の接着力を増大することができる。

【００３２】

【実施例】図１は、本発明の実施例による半導体装置の
断面構造を概略的に示す。Ｓｉ基板１の表面上に下層絶
縁層２が形成されている。下層絶縁層２の表面上に、グ
ルー金属層３ａ、主配線層４ａ、グルー金属層５ａの積
層構造からなる第１配線層が形成されている。

【００３３】第１配線層は、図中３つの配線領域Ｗ１
ａ、Ｗ１ｂ、Ｗ１ｃを含み、隣接する配線領域間には上
側のグルー金属層５ａを除去したダミー配線領域Ｄ１
ａ、Ｄ１ｂ、Ｄ１ｃ、Ｄ１ｄが配置されている。ダミー
配線領域Ｄ１は、主配線層４ａとグルー金属層３ａで構
成され、回路の構成要素となる配線領域Ｗ１から３Ｄの
距離内に配置されている。ここで、Ｄ＝（Ｈ＋Ｗ）／２
であり、Ｈは相互接続配線Ｗ１の高さ、Ｗは相互接続配
線Ｗ１の幅である。

【００３４】ダミー領域Ｄ１は、配線領域Ｗ１の近傍に
配置されればその効果を有し、必ずしも距離３Ｄ内に配
置されなくてもよい。ただし、３Ｄ内の距離に配置され
た時その効果が高い。ダミー領域の形状は特に問わない
が、多数の立方体構造で形成することが好ましい。ダミ
ー領域の接着力の弱い表面を広くするのに有効である。
ただし、ダミー領域を他の形状とすることもできる。ま
た、これらのダミー領域がその後形成する層間絶縁膜の
表面平坦化に役立つように配置することもできる。

【００３５】下層配線層は、第１層間絶縁膜８ａによっ
て覆われている。第１層間絶縁膜８ａには、ビアホール
が設けられ、ビアホール内にはＷのプラグ１２が形成さ
れている。Ｗプラグ１２の表面は、下層配線層８ａの表
面とほぼ面一にされている。

【００３６】第１層間絶縁膜８ａの表面上に、グルー金
属層３ｂ、主配線層４ｂ、グルー金属層５ｂの積層構造
からなる第２配線層が形成され、その表面はさらに層間
絶縁膜８ｂによって覆われている。第２配線層は、図中
４つの配線領域Ｗ２ａ、Ｗ２ｂ、Ｗ２ｃ、Ｗ２ｄを含
み、隣接する各配線領域の間に第１配線層と同様のダミ
ー領域Ｄ２ａ、…Ｄ２ｆが形成されている。ダミー領域
においては、上面のグルー金属層５ｂが除去されてい
る。

【００３７】以上の構成において、グルー金属層は、た
とえばＴｉＮで形成され、主配線層４はたとえばＡｌ、
Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金等で形成される。ＡｌやＣｕ
を主成分とする主配線層は、層間絶縁膜に用いられるＳ
ｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ₄との接着力が弱い。

【００３８】相互接続配線として用いられる主配線層の
下面および上面にはＴｉＮのグルー金属層が設けられて
いるため、主配線層と絶縁領域との間の接着力は増進さ
れている。これに対して、グルー領域においては上面の
グルー金属層が除去されているため、絶縁領域との接着
力が弱く、強度の弱い部分を選択的に形成して絶縁領域
８とダミー領域Ｄとの界面に容易にボイドを発生させ
る。

【００３９】本発明者らは、ボイドやクラックが発生す
ると、その近傍においては、他のボイドやクラックが極
めて発生しにくいことを実験的に確認した。ダミー領域
においてボイドが発生すると、その近傍において、主配
線層はボイドを発生しないこととなろう。ダミー領域と
配線領域との間の距離を３Ｄ以内とすれば、このボイド
防止効果が高い。

【００４０】図１の構成においては、応力緩和のための
ダミー領域を配線領域と同一材料で形成している。この
ため、ダミー領域形成のための工程数増加が少ない。主
配線層の下面には、グルー金属層が存在するが、上面の
グルー金属層が除去されているため、積極的に強度を弱
めた個所を選択的に形成できる。

【００４１】図２（Ａ）〜（Ｅ）は、図１に示すような
配線領域とダミー領域とを有する配線構造の製造工程を
示す。図２（Ａ）において、Ｓｉ基板１の表面上に下層
絶縁層２が形成されており、その上にＴｉＮ層３、Ａｌ
層４、ＴｉＮ層５の積層構造を堆積する。これらの堆積
工程は、たとえばスパッタリング（反応性スパッタリン
グを含む）により行なうことができる。なお、以下の図
においては、Ｓｉ基板１の図示を省略する。

【００４２】図２（Ｂ）に示すように、配線層３、４、
５形成後、その表面上にホトレジスト層６を塗布し、ダ
ミー領域を形成すべき場所に開口を形成する。この工程
は、通常のホトリソグラフィ工程により行なうことがで
きる。このようにして形成したレジストパターン６をエ
ッチングマスクとし、上側のＴｉＮ層５をエッチングす
る。このエッチングは、ドライプロセスまたはウェット
プロセスにより行なうことができる。上側のＴｉＮ層５
のパターニング後、レジストパターン６はアッシング等
により除去する。その後、新たなレジスト膜を塗布す
る。

【００４３】図２（Ｃ）に示すように、新たなレジスト
膜を露光現像し、配線層およびダミー領域をパターニン
グするためのレジストパターン７を形成する。図２
（Ｄ）に示すように、レジストパターン７をエッチング
マスクとし、その下のＴｉＮ層５、Ａｌ層４、ＴｉＮ層
３をエッチングする。このエッチングは、ドライプロセ
スにより行なうことが好ましい。ただし、ウェットプロ
セスを用いてもよい。ＴｉＮ層５、Ａｌ層４、ＴｉＮ層
３をエッチングした後、レジストパターン７は除去す
る。

【００４４】図２（Ｅ）に示すように、このようにして
形成したダミー領域と配線領域とを含む配線層をＳｉＯ
₂等の絶縁層８で覆う。絶縁層８の形成は、ＣＶＤ、プ
ラズマ促進ＣＶＤ、ＳＯＧスピン塗布等の方法によって
行なうことができる。

【００４５】図２に示すような工程により、図１に示す
ダミー領域と配線領域とを有する第１配線層、第２配線
層を作成することができる。なお、Ｗプラグは、ＷＦ₆
を原料ガスとし、還元反応を用いたＣＶＤ等によりブラ
ンケットＷ層を堆積し、その後エッチバック等を行なう
ことによって形成することができる。Ｗの選択成長を用
いてもよい。

【００４６】図１に示すような構成が配線構造における
有害なボイド発生の防止にどのように役立つかを以下に
説明する。図３（Ａ）は、図１の多層配線構造の中央部
を抽出した図である。第１配線層の配線領域Ｗ１ｂの両
側に近接してダミー領域Ｄ１ｂ、Ｄ１ｃが形成されてお
り、第２配線層の配線領域Ｗ２ｂ、Ｗ２ｃの間の領域
に、ダミー領域Ｄ２ｃ、Ｄ２ｄが形成されている。ダミ
ー領域Ｄ１ａ、Ｄ１ｂ、Ｄ２ｃ、２ｄの上面には、Ｔｉ
Ｎ層５ａ、５ｂが形成されていない。

【００４７】このような構造に熱サイクルを印加する
と、絶縁領域２、８と、配線層との間に大きな応力が発
生する。図３（Ｂ）は、蓄積された応力が大きくなり、
多層配線構造にボイドが発生した状態を示す。絶縁領域
と配線層との間に生じた応力がある程度以上大きくなる
と、ボイドＶが発生しやすくなる。

【００４８】この時、配線層Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂ、Ｗ２ｃの
上面には、ＴｉＮ層５ａ、５ｂが形成されているため、
接着力が強くボイドが比較的発生しにくい。これに対
し、ダミー領域Ｄ１ｂ、Ｄ１ｃ、Ｄ２ｃ、Ｄ２ｄの上面
にはＴｉＮ層がないので、接着力は弱い。

【００４９】応力が高なると、接着力の弱い界面付近に
ボイドＶが優先的に発生する。ダミー領域Ｄ１ｂ、Ｄ１
ｃ、Ｄ２ｃ、Ｄ２ｄにボイドＶが発生すれば、その周囲
における絶縁領域と配線層との間の応力はボイドによっ
て解放され、これ以上のボイドは発生しにくくなる。応
力が解放されると、応力によって誘起される前述の種々
の有害な現象は防止されるであろう。

【００５０】このように、半導体集積回路装置の回路要
素と無関係の場所に優先的にボイドやクラックを発生さ
せることにより、多層配線構造自体を有害なボイドやク
ラックから防止し、多層配線構造の信頼性を高めること
ができる。

【００５１】図１においては、半導体集積回路装置にお
ける２層配線構造を例示したが、配線構造は２層配線に
限らない。図４は、本発明の実施例を適用できる他の半
導体集積回路装置の構成を概略的に示す。Ｓｉ基板１の
表面上には、選択的にフィールド酸化膜１４が形成され
ている。フィールド酸化膜１４で画定された活性領域内
にトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が形成されている。

【００５２】各トランジスタＴｒは、ゲート酸化膜１
５、多結晶Ｓｉ（またはポリサイド）ゲート電極１６で
形成された絶縁ゲート電極を有する。ゲート電極の側壁
上には、サイドウォールオキサイド領域１７が形成さ
れ、ゲート電極両側にＬＤＤ構造のソース／ドレイン領
域１８が形成されている。また、これらのソース／ドレ
イン領域表面上には、シリサイド電極１９が形成されて
いる。

【００５３】これらのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の表
面は、ＳｉＯ₂等の絶縁層２１によって覆われている。
絶縁層２１にはコンタクトホールが形成され、バリア金
属層２２、主配線層２３の積層構造で形成された第１配
線層が形成され、ソース／ドレイン電極１９と電気的に
接続している。

【００５４】バリア金属層２２は、たとえばＴｉ／Ｔｉ
Ｎ積層構造で形成される。配線層２３は、たとえばＡ
ｌ、Ｗ、シリサイド等で形成される。第１配線層の表面
を覆ってＳｉＯ₂等の第１層間絶縁膜２４が形成され、
コンタクトホール（ビアホール）が第１層間絶縁膜２４
を貫通して設けられる。コンタクトホールにはグルー金
属層２５、Ｗ層２６からなる導電性プラグが形成され
る。グルー金属層はたとえばＴｉＮ層である。

【００５５】第１層間絶縁膜２４の表面上に第２配線層
が形成される。第２配線層は、第１配線層と同様、下側
グルー金属層２７、主配線層２８、上側グルー金属層２
９で形成される。なお、この第２配線層の近傍に上述の
ダミー領域を任意に配置する。第２配線層の表面は、Ｓ
ｉＯ₂等の第２層間絶縁膜３４によって覆われる。

【００５６】第２層間絶縁膜３４にコンタクトホールが
形成され、グルー金属層３５、Ｗ領域３６で形成された
導電性プラグがコンタクトホールを埋める。第２層間絶
縁膜３４の表面上に、下側グルー金属層、主配線層３
８、上側グルー金属層３９で形成される第３配線層が形
成される。この第３配線層の周囲にも、任意に上述のダ
ミー領域を形成する。

【００５７】第３配線層の表面は、第３層間絶縁膜４４
によって覆われる。この第３層間絶縁膜にコンタクトホ
ールを形成し、グルー金属層４５、Ｗ領域４６からなる
導電性プラグを形成する。

【００５８】このように、任意の多層配線構造を形成
し、所望の配線層において配線に近接してダミー領域を
設ける。以上、配線層の一部の材料を共通に利用し、配
線領域に近接してダミー領域を設ける場合を説明した。
ダミー領域の応力緩和効果をさらに高めるには、ダミー
領域は接着力の強いグルー金属層を有しないことが望ま
れる。

【００５９】図５は、本発明の他の実施例による配線層
の製造工程を概略的に示す。図５（Ａ）は、図２
（Ａ）、（Ｂ）の工程により、レジストパターン６に従
って上側グルー金属層５をパターニングした後、さらに
主配線層４、下側グルー金属層３もパターニングした状
態を示す。下側グルー金属層３、主配線層４、上側グル
ー金属層５のパターニング後、レジストパターン６は除
去する。

【００６０】図５（Ｂ）に示すように、このように形成
した配線層パターンの上面に、たとえばブランケットＷ
層をＣＶＤにより堆積し、ダミー金属層９を形成する。
ダミー金属層９は、配線層に形成した孔を完全に埋め戻
すことが望ましい。

【００６１】図５（Ｃ）に示すように、ダミー金属層９
上面からエッチバックを行なうことにより、配線層表面
上に堆積したダミー金属層９を除去する。このようにし
て、孔部を埋め込むダミー金属層のプラグ領域９を形成
する。

【００６２】図５（Ｄ）に示すように、平坦化した表面
上にレジストパターン１０を形成し、レジストパターン
１０の開口部に露出した領域をエッチングによって除去
する。ダミー金属領域９周辺のグルー金属層３、５、主
配線層４がこのようにして除去される。このパターニン
グ工程の後、レジストパターン１０は除去する。なお、
ダミー領域９の形状、配置に関しては、前述の実施例と
同様である。

【００６３】図５（Ｅ）に示すように、パターニングし
た配線層表面上に層間絶縁膜８をＣＶＤ、プラズマＣＶ
Ｄ、スピン塗布等によって形成する。層間絶縁膜との接
着力が著しく低いダミー領域９は、全くグルー金属層を
備えず、直接絶縁領域と接触する。ダミー領域９を絶縁
物との間の接着力が弱いＷ等により形成することによ
り、強度の弱い個所が積極的に形成される。

【００６４】このようなダミー領域を任意に図１や図４
に示すような半導体装置に適用することができる。絶縁
層８と配線層との間に発生する応力が高くなると、優先
的にダミー領域９と絶縁領域８、２の界面にボイド等が
発生し、応力が緩和される。

【００６５】なお、アルミニウム配線層の場合を説明し
たが、ＣｕまたはＣｕを主成分とする配線層の場合にも
同様の構造、方法を用いることができる。配線層の近傍
に接着力の弱いダミー領域を積極的に配置することによ
り、ボイドを優先的に発生させ、配線層におけるボイド
を防止することができる。

【００６６】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ダミー領域に優先的にボイド等を発生させることによ
り、配線構造における有害なボイドを防止することがで
きる。

【００６８】ダミー領域において、応力緩和を行なうこ
とにより、半導体集積回路装置の信頼性を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による半導体装置の断面構造を
概略的に示す断面図である。

【図２】図１に示す配線構造の主要製造プロセスを示す
断面図である。

【図３】図１の構造におけるボイド低減効果を説明する
ための概略断面図である。

【図４】半導体集積回路装置の他の構成例を示す概略断
面図である。

【図５】本発明の他の実施例による配線構造の製造プロ
セスを概略的に示す断面図である。

【図６】従来技術による多層配線構造に発生するボイド
やクラックを説明するための概略断面図である。

【図７】従来技術により作成した半導体集積回路装置の
薄膜の断面を示す電子顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１半導体基板２絶縁層３、５グルー金属層４主配線層６、７レジスト層（レジストパターン）８層間絶縁膜９Ｗダミー領域１２ＷプラグＷ１、Ｗ２配線層Ｄ１、Ｄ２ダミー領域

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子を形成した半導体基板と、前記半導体基板上方に形成され、上面にグルー金属層を
備え、回路の相互接続配線に用いられる第１相互接続配
線領域と、上面にグルー金属層を備えず、回路の構成要
素として用いられない第１ダミー領域とを含む第１配線
層と、前記第１配線層を覆う第１絶縁層とを有する半導体装
置。
【請求項２】前記第１相互接続配線領域と第１ダミー
領域とは前記半導体基板の表面から同一レベルに存在す
る請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】前記第１ダミー領域と第１相互接続配線
領域とは互いに同一材料によって構成されることを特徴
とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】さらに、前記第１配線層上方に形成さ
れ、上面にグルー金属層を備え、回路の相互接続配線に
用いられる第２相互接続配線領域と、上面にグルー金属
層を備えず、回路の構成要素として用いられない第２ダ
ミー領域とを含む第２配線層と、前記第２配線層を覆う第２絶縁層とを有する請求項１〜
３のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項５】さらに、前記第１配線層の第１相互接続
配線領域と前記第２配線層の第２相互接続配線領域との
間に配置され、両者を電気的に接続する導電性プラグを
有する請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】前記グルー金属層はＴｉＮで形成され、
前記相互接続配線領域はＡｌ、Ａｌ合金、ＣｕまたはＣ
ｕ合金で形成され、前記ダミー領域はＡｌ、Ａｌ合金、
Ｗ、ＣｕまたはＣｕ合金で形成されている請求項１〜５
のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】前記ダミー領域は同一配線層内の前記相
互接続配線領域から３Ｄ以内の距離に配置され、ここで
Ｄ＝（Ｈ＋Ｗ）／２、Ｈは相互接続配線領域の高さ、Ｗ
は相互接続配線領域の幅である請求項１〜６のいずれか
１項に記載の半導体装置。
【請求項８】前記第２配線層の第２相互接続配線領域
は、下面にもグルー金属層を備える請求項４または５記
載の半導体装置。
【請求項９】前記第１配線層の第１相互接続配線領域
は、下面にもグルー金属層を備える請求項１〜８のいず
れか１項に記載の半導体装置。