JPH0287555A - 半導体装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体技術さらには半導体集積回路の形成に適
用して有効な技術に関するものであり、さらに詳しくは
、多層配線および積層配線を有する半導体装置の製造に
利用して有効な技術に関するものである。

［従来の技術］ 半導体集積回路の高密度化・高集積化に伴って個別の回
路素子を相互に接続するための配線の数が増え、配線引
き回しのための設計上の制約が顕在化し、最近では、そ
れを解決するための技術として絶縁膜を介して配線を立
体的に配置する多層配線技術が考えられている。また一
方、半導体集積回路における信頼性を確保するため、配
線自体を２種以上の導電材料を積層することによって植
成する積層配線技術が考えられている。

第２図には上記の両技術つまり立体配線技術および積層
配線技術を組合せてなる従来の半導体装置の一部が示さ
れている。その概要を説明すれば下記のとおりである。

即ち、Ｐ型半導体基板１内には回路素子を構成するＮ型
半導体領域（例えばＭＯＳＦＥＴのソース／ドレイン）
２が形成されている。また、上記Ｐ型半導体基板１上に
は上記半導体領域２に接続される積層配線３がＭ縁膜４
を介して配されており、さらに、積層配線３上には該積
層配１ＩＩＡ３に接続される配線５（上側の配線）が絶
蒜膜６を介して配されている。

上記において、配線５はアルミニウム合金によって構成
されている。一方、積層配線３は、アルミニウム合金の
金属膜３ａ上に薄いシリサイド膜３ｂを積層した構成に
なっている。その理由は次のとおりである。

即ち、導通の主体となるアルミニウム合金の金属膜３ａ
は抵抗率が低く電気的特性は優れているが強度的には弱
く、エレクトロマイグレーションまたはス１へレスマイ
グレーションなどで上記金属膜３ａが切断される場合が
ある。かかる問題が生じた場合であっても回路が適正に
動作するように、金属膜３ａ上にシリサイド膜３ｂをｆ
ｌｉ５することとしたものである。

なお、上記に関する技術については、例えば、ブイ−エ
ム・アイ・シー・コンファレンス・プロシーデインゲス
（１９８５年）第１０２頁〜第１１３頁（Ｖ−ＭＩＣＣ
ｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、（１９８
５）ｐｐ１０２〜１１３）に記載されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記技術では、上側の配線５を積層配線３に
接続するにあたって、絶縁膜６中に接続用の穴７を設け
てシリサイド膜３ｂの表面の一部を露出させ、上側の配
線５をシリサイド膜３ｂＬこコンタクトさせていた。つ
まり、配線５と積層配線３との接続は抵抗の異なる導体
間で行われていた。

このような構造の半導体装置にあっては、積層配線３と
上側の配線５との接続は異種材料を接続し足、導通の主
体となるアルミニウム合金の膜３ａ、５の途中に比抵抗
が高い物質（シリサイド）を挾んだ状態となっているた
め、下記のような問題点が惹き起こされることになる。

即ち、異種材料であるアルミニウム合金と、シリサイド
３ｂとを接続することは、アルミニウム合金同士を接続
するのと異なって、接続面が不均一になる。その結果、
接触抵抗がばらつき、動作に悪影響を及ぼすことになり
、しかも品質管理上、不良品の発生が多くなる。また、
接続面では、異種材料が接するので、接触抵抗が生じて
再配線３゜５間に流れる電気の抵抗が増加して動作速度
が遅くなる。

さらに、導通の主体となるアルミニウム合金の膜３ａ、
５の途中に比抵抗が高い物質（シリサイド）を挾むので
、抵抗が高くなって、動作速度が遅くなり、回路の機能
を低下させる。

この発明の目的は、立体配線構造・積層配線３上の採用
にあたり、配線同士の接続部分での接触抵抗の軽減およ
びそこに生じる抵抗値のばらつきを抑制し、ひいては半
導体装置の信頼性を図ることにある。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、水門＃ｌ書の記述および添附図面から明らか
になるであろう。

［課題を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。

本発明に係る多層配線構造を有する半導体装置は、２種
以上の導電膜を積層してなる積層配線」二にそれと接続
される他の配線が絶縁膜を介して配置され、上記積層配
線の少なくとも最上層が上記他の配線とは異なる導電材
料で構成され、かつそれより下側の層に上記他の配線と
同一の導電材料からなる層が存在するようになされた半
導体装置において、上記他の配線が上記積層配線におけ
る同一の導電材料からなる層へ直接に接続した構造とな
っている。

［作用］ 上記した半導体装置によれば、上側の配線と下側に位置
する積層配線とが同じ導電材料により接続されているの
で、その接続部において異種導電材料同士の反応生成物
に起因する抵抗値のばらつきの問題は生じず、さらに異
種導電材料同士の接続界面に発生する抵抗増大の問題も
生じない。したがって、配線同士の接続部分での接触抵
抗の軽減およびそこに生じる抵抗値のばらつきが抑制さ
れ、ひいては半導体装置の信頼性向上が図れることにな
る。

［実施例コ 以下、本発明を実施例に従って説明する。

第１図は、本発明の実施例による半導体装置の一部を示
す断面図である。この実施例の半導体装置では、回路素
子の一部を構成するＮ型半導体領域（例えばＭＯＳＦＥ
Ｔのソース／ドレイン）１０を形成したＰ型半導体基板
１１の表面（主面）上にシリコン酸化膜（絶縁膜）１２
を介して積層配線１４が配されると共に、さらにその上
に、積層配線１４と部分的に接続した上側の配置（他の
配線）１５がシリコン酸化膜（絶縁膜）１３を介して配
されている。

ここで、下側に配される積層配線１４はアルミニウム合
金の例えばタングステン等の金属膜１４ａ上にその金属
膜よりも薄い膜厚の高融点金属膜１４ｂを積層すること
によって構成されており、シリコン酸化膜１２に設けた
電極取出し穴１６を通じて上記半導体領域１０に接続さ
れている。

方、上側の配線１５はアルミニウム合金によって構成さ
れている。そして、この配線１５はシリコン酸化膜１３
中に設けた穴１７を通じて上記１１１！層配線１４の金
属膜１４ａに接続されている。つまり、この実施例の半
導体装置においては配ｌ１１１５と積層配線１４との接
続はアルミニウム合金同士で行われている。

次に、第１図の半導体装置における配線方法および配線
間接続方法を以下に説明する。

先ず、積層配線１４の形成方法を説明する。

半導体基板１１上に形成されたシリコン酸化膜１２の史
導体領域１０に対応する位置に写真食刻法およびドライ
エツチングによって電極取出し穴１６を形成する。その
後、シリコン酸化膜１２上全面にアルミニウム合金をス
パッタリング法により被着し、さらにその上にタングス
テン等をスパッタリング法により被着する。次いで、感
光性樹脂を用いた写真食刻法およびドライエツチングに
よりパターンニングすることによって金属膜１４ａと高
融点金属膜１４ｂからなる積層配線１４が形成される。

一方、上側の配線１５の形成および接続は次のようにし
て行なわれる。

積層配線１４上に存在するシリコン酸化膜１３に写真食
刻法およびドライエツチングにより接続穴１７を形成し
、さらに残りのシリコン酸化膜１３をマスクにして接続
穴１７内に露出する高融点金属膜１４ｂをフッ素を含む
ガスを用いたドライエツチングにより除去する。つまり
、下側の配線のアルミニウム合金の金属膜１４ａの表面
を露出させる。その後、接続穴１７内を含むシリコン酸
化膜１３上全面にアルミニウム合金の金属膜を例えばス
パッタ法により被着し、写真食刻法およびトライエツチ
ングで加工して、所望の配線パターンを有する上側の配
線１５を形成する。これによって、配！ｌＡ１５と積層
配線１４とのアルミニウム合金同士が接続されることに
なるが、接続面での接続を確実にするために、水素を含
むガス中で、例えば４５０℃で３０分程度の熱処理によ
ってアルミニウムの反応および拡散により接続面を一体
化させる。

なお、シリコン酸化膜１３に接続穴１７を形成後、接続
穴１７内の高融点金属膜１４ｂを除去するには、ドライ
エツチング以外のアルゴン等の不活性ガスを用いる物理
的スパッタ除去法や、アンモニアまたはフッ素等を含む
水溶液を用いるウェット除去法を用いても可能である。

その他、どのような方法で接続穴１７内の高融点金属膜
１４ａを除去しても良い。

また、高融点金属膜１４ａの除去の程度は完全でなくて
もよい。つまり、上記熱処理が行われる際、アルミニウ
ムが反応および熱拡散しである程度残っている高融点金
属膜１４ｂを通してアルミニウム合金同士が接続するか
らである。

上記実施例によれば、下側の配線１４のアルミニウム合
金の金属膜１４ａが同じ材質の上側の配線１５と直接接
続される。したがって、上側の配！１５と積層配線１４
とが導通の主体となるアルミニウム合金で連通し、途中
で抵抗が高くなったり、抵抗がばらついたりすることが
なくなり、回路動作が速くなる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

例えば、上記実施例では、積層配線１４の上層にタング
ステン等の高融点金属膜１４ｂを積層したが、積層する
膜としてはアルミニウム合金をストレスから補強するこ
とができる物質のものであればよく、例えば、ケイ素の
化合物、アルミニウムの化合物等を使用することができ
、具体的には５シリサイド、チタンナイ１−ライト、ポ
リサイド、ポリシリコン等がある。

［発明の効果コ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
。

本発明に係る半導体装置は、２種以上の導電膜を積層し
てなる積層配線上にそれと接続される他の配線が絶縁膜
を介して配置され、上記積層配線の少なくとも最上層が
上記他の配線とは異なる導電材料で構成され、かつそれ
より下側の層に上記他の配線と同一の導電材料からなる
層が存在するようになされた半導体装置において、上記
他の配線が上記積層配線における同一の導電材料からな
る層へ直接に接続した構造となっているので、配線同士
の接続部分での接触抵抗の軽減およびそこに生じる抵抗
値のばらつきが抑制され、ひいては半導体装置の信頼性
向上が図れることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用して得られる半導体装置の縦断面
図、 第２図は従来の半導体装置の縦断面図である。 １１・・・・半導体基板、１２．１３・・・・シリコン
酸化膜、１４・・・・積層配線、１４ａ・・・・アルミ
ニウム合金の金属膜、１４ｂ・・・・高融点金属膜、１
５・・・・配線。 第　　１　　図 第２図 り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２種以上の導電膜を積層してなる積層配線上にそれ
   と接続される他の配線が絶縁膜を介して配置され、上記
   積層配線の少なくとも最上層が上記他の配線とは異なる
   導電材料で構成され、かつそれより下側の層に上記他の
   配線と同一の導電材料からなる層が存在するようになさ
   れた半導体装置において、上記他の配線が上記積層配線
   における同一の導電材料からなる層へ直接に接続されて
   いることを特徴とする半導体装置。 ２、上記他の配線はアルミニウム合金を主体とする金属
   層によって構成され、一方、上記積層配線はアルミニウ
   ム合金を主体とする金属層の上にケイ素系物質からなる
   導電層が積層されてなることを特徴とする請求項１記載
   の半導体装置。 ３、上記他の配線はアルミニウム合金を主体とする金属
   層によって構成され、一方、上記積層配線はアルミニウ
   ム合金を主体とする金属層の上に高融点金属からなる導
   電層が積層されてなることを特徴とする請求項１記載の
   半導体装置。