JPH01255250A - 多層配線形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 多層配線形成方法、特にシリコン（Ｓｉ）を含むアルミ
ニウム（ＡＩ）合金よりなる上層及び下層の配線を用い
て多層配線を形成する方法の改良に関し、 八Ｉのエレクトロマイグレーション及びストレスマイグ
レーション耐性を大幅に向上して断線の発生を防止する
Ａｌ−Ｓｉ合金による多層配線の形成方法の提供を目的
とし、 下層及び上層の配線にＳｉを含むへ１合金配線を用いて
多層配線を形成するに際して、チタン（Ｔｉ）若しくは
Ｔｉ化合物よりなるキャップ層を上面に有する下層Ａ１
合金配線を形成した後、該キャップ層を上面に有する下
層ＡＩ合金配線形成面上に層間絶縁膜を形成し、該層間
絶縁膜に該下層＾１合金配線上のキャップ層を表出する
コンタクト窓形成し、該コンタクト窓内に表出するキャ
ップ層を除去して該コンタクト窓内に下層へ１合金配線
を直に表出させ、しかる後、該層間絶縁膜上に該コンタ
クト窓部において該下層Ａ１合金配線に直に接する上層
へ１合金配線を形成する工程を含んで構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は多層配線形成方法、特にＳｉを含むＡＩ合金よ
りなる上層及び下層の配線を用いて多層配線を形成する
方法の改良に関する。

ＬＳＩ等高集積化される半導体ＩＣにおいては、集積度
の向上及び高速化の目的によりＭＯ３Ｉ−ランジスタの
ショートチャネル化が進んでおり、これに伴ってショー
トチャネル効果によるソース−ドレイン間耐圧の劣化を
防止するためにソース及びドレイン領域が極度に浅く形
成されるようになってきている。

一方該半導体ＩＣの配線には、抵抗が低く安価で且つ形
成が容易な純ＡＩが主として用いられていたが、このＡ
Ｉに対するＳｉの固溶度が比較的大きいために、該ＡＩ
配線が接する部分のＳｉ基匣がへ１配線に食われ、旧と
Ｓｉの界面が基板の深部側に移動するという問題があり
、前記のように半導体ｒｃの高集積化が進んでソース・
ドレイン領域の接合が浅く形成されるようになると、上
記ＡＩ　−５ｉ界面の固溶反応によって接合が破壊され
素子特性が損なわれるという問題を生ずる。

そこでＡＩ配線とＳｉ基板との接触部に生ずる固溶反応
を抑止するために、予めＡＩ中にＳｉを１〜２％程度含
有させたＡＩ　−５ｉ　（１〜２％）合金が、上記純旧
に替わって、高集積度半導体ＩＣの配線材料として多く
用いられるようになってきており、特にＩＣの規模が拡
大して多層配線が形成される半導体ＩＣにおいては、Ｓ
ｉ面に直に接する下層の配線のみに限らず上層の配線も
共にＡｌ−５ｉ合金によって形成して、全配線中のＳｉ
の含有比率を所要の値に確保し、これによって前記固溶
反応による接合破壊の防止がなされる。

しかし上記のようにＳｉを含んだＡ１合金配線において
は、熱履歴や機械的応力によって固溶しているＳｉの析
出を生ずるという性質があり、高集積化と共に配線の微
細化が一層進んだ際には、上記Ｓｉの析出による該ＡＩ
配線の実効断面積の縮小によって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による断線が発生し
易くなるという問題があり、改善が要望されている。

〔従来の技術〕

従来の上記半導体ｒｃ等におけるＡｌ−５ｉ合金配線に
よる多層配線は、以下に第合図（ａｌ〜（Ｃ）を参照即
ち、不純物拡散領域２が形成された半導体基板１上に形
成した下層絶縁膜３に前記不純物拡散領域２面を表出す
るコンタクト窓４を形成した後、該下層絶縁膜３上に前
記コンタクト窓４部において前記不純物拡散領域３に接
する下層Ａｌ−５ｉ（１〜２％）合金配線５を形成する
。

第合図（ｂｌ参照 次いで気相成長手段により上記下層へ１−５ｉ合金配線
５の形成面上に層間絶縁膜６を形成し、次いで該層間絶
縁膜６に下層Ａｌ−５ｉ合金配線５の上面を選択的に表
出するスルーホール７を形成する。

第合図（Ｃ）参照 そして次ぎに核層間絶縁膜６上にスパッタ法等により上
層の配線材料であるＡｌ−３ｉ（１〜５％）合金膜を形
成し、通常のりソグラフィ技術により該Ａｌ−５ｉ合金
膜をパターニングして核層間絶縁膜ｌｌ上に、スルーホ
ール７を介して下層ＡＩ　−５ｉ合金配’！１Ａ　５上
に接続する上層Ａｌ−３ｉ合金配線８を形成する方法で
あった。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上記従来方法によるＡｌ−５ｉ合金よりなる多層
配線構造においては、該配線形成後に受ける熱履歴や機
械的応力の履歴によって該ＡＩ　−５ｉ合金配線中に固
溶しているＳｉの結晶状析出を生じ、該配線における電
導及び耐応力に寄与するＡＩ　−５ｉ合金の実効断面積
が減少し、電流密度の増大によって生ずるＡＩ原子のエ
レクトロマイグレーション現象や、反復してかかる応力
によって生ずる旧原子のストレスマイグレーション現象
等によって該多層配線が断線を生じ易くなるという問題
が生じていた。

そのため従来、Ａ１のマイグレーション（移動）を抑え
る効果のある銅（Ｃｕ）を０．１〜１％程度上記Ａｌ−
５ｉ合金に添加したＡＩ　−５ｉ−Ｃｕ合金も多層配線
の材料として試みられたが、上記マイグレーションによ
る断線を防止する効果が充分であるとはいえなかった。

そこで本発明は、ＡＩのエレクトロマイグレーション及
びストレスマイグレーション耐性を大幅に向上して断線
の発生を防止するＡＩ　−３ｉ合金による多層配線の形
成方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、下層及び上層の配線にＳｉを含む１１合金
配線を用いて多層配線を形成するに際して、Ｔｉ若しく
はＴｉ化合物よりなるキャンプ層を上面に有する下層Ａ
１合金配線を形成した後、該キャップ層を上面に有する
下層へ１合金配線形成面上に層間絶縁膜を形成し、該層
間絶縁膜に該下層Ａｔ合金配線上のキャップ層を表出す
るコンタクト窓形成し、該コンタクト窓内に表出するキ
ャップ層を除去して該コンタクト窓内に下層Ａ１合金配
線を直に表出させ、しかる後、該層間絶縁膜上に該コン
タクト窓部において該下層前合金配線に直に接する上層
Ａ１合金配線を形成する工程を含む本発明による多層配
線形成方法によって解決される。

〔作　用〕

即ち本発明の多層配線形成方法においては、特に微細化
が図られる下層のＡｌ−５ｉ合金配線の上面にＴｉ若し
くはＴｉ化合物よりなるキャップ層を被着して該Ａｌ−
５ｉ配線中をエレクトロマイグレーション或いはストレ
スマイグレーションによってＡＩ原子が移動するのを押
さえ込み、該配線のマイグレーション耐性を向上して断
線を防止する。

そして更に上層の配線とのコンタクト部の上記キャップ
層を選択的に除去することによって、該キャップ層配設
に伴う配線層間のコンタクト抵抗の増大を防止する。

かくてマイグレーション耐性が大きくて断線しに＜＜、
且つ従来のＡｌ−３ｉ合金多層配線と同等の低い配線層
間コンタクト抵抗を有するＡＩ　−Ｓｉ合金多層配線が
形成される。

〔実施例〕

以下本発明を一実施例について、第１図（ａｌ〜（ｅｌ
に示す工程断面図を参照して具体的に説明する。

第１図（ａｌ参照 本発明の方法によりＡｌ−３ｉ合金による多層配線を形
成するに際しては、例えば不純物拡散領域２が形成され
ている半導体基板１上に、従来通り熱酸化或いは気相成
長手段により単層若しくは複数層よりなる厚さ０．５〜
１μｍ程度の下層絶縁膜３を形成し、次いで従来のフォ
トリソグラフィ技術により該下層絶縁膜３に上記不純物
拡散領域２を表出するコンタクト窓４を形成し、次いで
該基板上に従来通りスパッタリング法等により厚さ０．
５〜１μｍ程度の下層の例えばＡｌ−５ｉ（１〜２％）
合金膜１０５を形成し、次いで該Ａｌ−５ｉ（１〜２％
）合金膜１０５上にスパッタリング法により例えば厚さ
１００〜１０００人程度の窒化チタン（ＴｉＮ）キャッ
プ層９を形成する。

第１図（ｂ）参照 次いで通常のフォトプロセスにより該ＴｉＮキャフプＮ
１０９上に下層配線に対応するレジストパターン（図示
せず）を形成し、該レジストパターンをマスクにし例え
ば塩素系のガスによるリアクティブイオンエツチング（
ＲＩＥ）処理によりＴｉＮキャップ層９と下層Ａｌ−５
ｉ（１〜２％）合金膜１０５をパターニングして、下層
絶縁膜３上に前記コンタクト窓４部において不純物拡散
領域２に接し且つ上面にＴｉＮキャップ層９を有する下
層ＡＩ　−３ｉ（１〜２％）合金配線５を形成する。

第１図（Ｃ）参照 次いで該基板−りに従来通り気相成長により燐珪酸ガラ
ス（ＰＳＧ）等からなる厚さ０．５〜１μｍ程度の層間
絶縁膜６を形成し、次いでエツチング手段に３弗化メタ
ン（ＣＩＩＦｌ）によるＲ１１’ｉ処理を用いる従来の
フォトリソグラフィ技術により上記層間絶縁膜６に下層
配線５上のＴｉＮキャップ層９を表出するスルーポール
７を形成する。

第１図（ｄ）参照 そして引続き上記Ｃ旺、によるＲＩＣＥ処理によるオー
バエツチングを行って上記スルーホール７内に表出する
ＴｆＮキャップＮ９を除去し、該スルーポール７内に下
層Ａｌ−５ｉ（１〜２％）合金配線５の上面を直に表出
させる。

第１図（ｎｌ参照 次いで従来通り上記層間絶縁Ｈり６を有する基板上にス
パッタリング法等により厚さ１μｍ程度の上層のＡｌ−
５ｉ（１〜２％）合金膜を形成し、エツチング手段に塩
素系のガスによるＲＩＩＥ処理を用いる通常のフォトリ
ソグラフィにより該上層のＡｌ−３ｉ（１〜２％）合金
膜をパターニングし、該層間絶縁膜６上に前記スルーポ
ール７部において下層Ａｌ−３ｉ（１〜２％）合金配線
５面に直に接する上ｑＡＩ　　Ｓｔ　（Ｌ　〜２　％）
　合金膜ｖＡ８を形成し、本発明に係るＡｌ−３ｉ合金
多層配線が完成する。

上記実施例に示したように本発明に係るＡｔ−３ｉ合金
多層配線においては特に微細化され、ＡＩのマイグレー
ションが発生し易い下層のＡＩ　−５ｉ合金配線５の上
面には例えばＴｉ化合物であるＴｉＮよりなるキャップ
層９が被着されへ１原子の移動を抑止して八１のマイグ
レーションによる断線が防止され、且つスルーホール７
内の上層Ａｔ−５ｉ合金配線８とのコンタクト部のキャ
ップ層９は選択的に除去されて下層のへ１−５ｉ合金配
線５と上層のＡＩ　−３ｉ合金配線８とが直に接続せし
められて低いコンタクト抵抗が維持される。

なお、上層のＡｌ−５ｉ合金配線にもＡＩマイグレーシ
ョン発生のおそれがある場合は、上層Ａｌ　−３ｉ合金
配線上にも勿論Ｔｉ若しくはＴｉ化合物よりなる上記実
施例同様のキャップ層が形成される。

〔発明の効果〕

以上説明のように本発明によれば、ＡＩ　−３ｉ合金よ
りなる多層配線のＡＩのマイグレーションによる断線が
防止され、且つ配線層間のコンタクト抵抗を低い値に維
持することができる。

従って本発明はＡｌ−５ｉ合金による多層配線を用いる
半導体ｒｃ等の性能及び信顛性の向上に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜（８１は本発明の一実施例の工程断面図
、第２図（８）〜（Ｃ＋は従来方法の工程断面図である
。 図において、 ｌは半導体基板、 ２は不純物拡散領域、 ３は下層絶縁膜、 ４はコンタクト窓、 ５は下層Ａｌ−３ｉ（１〜２％）合金配線、６は層間絶
縁膜、 ７はスルーホール、 ８は上層旧−５ｉ（１〜２％）合金配線、９はＴｉＮキ
ャンプ層、 １０５は下層のＡＩ　−５ｉ　（１〜２％）合金膜を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　下層及び上層の配線にシリコンを含むアルミニウム合
   金配線を用いて多層配線を形成するに際して、 チタン若しくはチタン化合物よりなるキャップ層を上面
   に有する下層アルミニウム合金配線を形成した後、 該キャップ層を上面に有する下層アルミニウム合金配線
   形成面上に層間絶縁膜を形成し、 該層間絶縁膜に該下層アルミニウム合金配線上のキャッ
   プ層を表出するコンタクト窓形成し、該コンタクト窓内
   に表出するキャップ層を除去して該コンタクト窓内に下
   層アルミニウム合金配線を直に表出させ、 しかる後、該層間絶縁膜上に該コンタクト窓部において
   該下層アルミニウム合金配線に直に接する上層アルミニ
   ウム合金配線を形成する工程を含むことを特徴とする多
   層配線形成方法。