JPH04328824A - 半導体装置の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造方
法に関し、特に多層配線を有する半導体装置において、
上層配線の信頼性を向上させかつコンタクト部のエレク
トロマイグレーション耐性をも向上させうる半導体装置
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置においては、デバイス
の微細化や高集積化に伴い多層配線技術は必須の技術と
なっている。この多層配線技術を用いてつくられた従来
の半導体装置について、以下に図を参照して説明する。

【０００３】図９は、従来の半導体装置の一例として挙
げたＣＭＯＳ論理回路の一部を示す断面図である。

【０００４】基板１上には、ゲート電極８と、ソース／
ドレイン領域９，１０とからなるＭＯＳＦＥＴが形成さ
れている。そして、その上には第１層間絶縁膜２が形成
されている。第１層間絶縁膜２には、ソース／ドレイン
領域９，１０上の部分にコンタクトホール３が形成され
ており、ソース／ドレイン領域９，１０は露出している
。コンタクトホール３には、引出し用電極として第１層
アルミニウム配線層４ａ，４ｂが形成されている。第１
層アルミニウム配線層４ａ，４ｂ上には、第２層間絶縁
膜５が形成されており、第２層間絶縁膜５上には第２層
アルミニウム配線層６が形成されている。第２層アルミ
ニウム配線層６は、スルーホール１２を介して第１層ア
ルミニウム配線層４ｂと接続されている。

【０００５】この半導体装置のゲート電極８に電圧を印
加すると、その直下に設けられたチャネル領域の上層部
の導電型式が反転し、ソース／ドレイン領域９，１０間
に電流が流れる。

【０００６】次に、上記構造を有する半導体装置の製造
方法について説明する。図１０〜図１３はこの半導体装
置の製造方法の第１〜第４工程を示す図である。しかし
、便宜上、図９におけるコンタクトホール３とその周辺
部に範囲を絞って図示したので、ゲート電極８等は示さ
れていない。

【０００７】図１０に示すように、まず基板１上に第１
層間絶縁膜２を形成する。そして、第１層間絶縁膜２に
おいて、ドレイン領域１０上の部分にコンタクトホール
３をエッチングにより形成する。その結果、ドレイン領
域１０は露出している。

【０００８】図１１に示すように、コンタクトホール３
が形成されている部分を含む第１層間絶縁膜２上全面に
、２００℃でスパッタリングを行なうことによりアルミ
ニウム膜を形成する。その後、パターニング処理を行な
うことにより第１層アルミニウム配線層４ａを形成する
。これにより、コンタクトホール３の孔径は小さく、孔
の深さは深くなる。すなわちコンタクトホール３のアス
ペクト比は大きくなる。

【０００９】図１２に示すように、前記の第１層アルミ
ニウム配線層４ａ上に第２層間絶縁膜５を形成する。こ
れにより、コンタクトホール３のアスペクト比は、前述
の第１層アルミニウム配線層４ａを形成したときよりさ
らに大きくなっている。

【００１０】図１３に示すように、第２層間絶縁膜５上
にスパッタリングにより第２層アルミニウム配線層６を
形成する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上の工程を経て形成
される半導体装置には、次のような問題点があった。

【００１２】図１１に示すように、第１層アルミニウム
配線層４ａは、スパッタリングによりコンタクトホール
３に形成される。このとき、第１層アルミニウム配線層
４ａは、スパッタリングの特性上、コンタクトホール３
の側壁部においてその膜厚が薄くなる。そのため、コン
タクトホール３の側壁部における電流密度が大きくなり
エレクトロマイグレーション耐性が悪くなる。

【００１３】図１３に示すように、第２層間絶縁膜５の
形成後は、コンタクトホール３の孔径は小さく孔の深さ
は深くなっている。このコンタクトホール３上にスパッ
タリングにより第２層アルミニウム配線層６を堆積する
と、第２層アルミニウム配線層６はまずコンタクトホー
ル３の開口部近傍およびその底部に堆積される。そして
、さらに堆積が進むに従い開口部の孔径は徐々に小さく
なっていく。それにより、コンタクトホール３の側壁部
はスパッタリングの特性上ほとんど堆積されなくなり、
第２層アルミニウム配線層６はコンタクトホール３内で
は途切れた状態となる。しかし、開口部近傍に堆積され
ている第２層アルミニウム配線層６は、堆積が進むに従
いコンタクトホール３上部で接触するようになる。 それにより電気の導通は可能となるが、これは単に接触
しているにすぎないため第２層間絶縁膜５と第２層アル
ミニウム配線層６との熱膨張係数の違いにより容易に切
断される。

【００１４】この発明は、上記の課題を解決するために
なされたものであり、多層配線構造を有する半導体装置
において、上層配線の信頼性を向上させかつコンタクト
部のエレクトロマイグレーション耐性をも向上させるこ
とが可能となる、半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に基づく半導体
装置の製造方法は、導電性領域上に絶縁膜を形成する工
程と、コンタクトホールを形成して導電性領域の一部を
露出させる工程と、コンタクトホールを取囲む絶縁膜上
および露出した導電性領域上に３００℃〜６００℃の温
度範囲での気相薄膜形成処理によってアルミニウムまた
はアルミニウム合金（以下「アルミニウム系」という）
の膜を形成する工程とを備えている。

【００１６】

【作用】アルミニウム系膜は、３００℃〜６００℃と高
温で高融点金属膜上に形成される。このとき、３００℃
はアルミニウム系膜が流動する下限の温度であり、６０
０℃はアルミニウムの融点が６６０℃であることから設
定した温度である。したがって、上記の温度範囲で形成
されたアルミニウム系膜は、高融点金属膜上で流動する
。しかし、高融点金属とアルミニウムは濡れ性が悪いた
め、高融点金属膜と接している部分におけるアルミニウ
ム系膜は流動しない。一方、高融点金属膜と接している
部分以外のアルミニウム系膜はコンタクトホールに向か
って流動するので、アルミニウム系膜はコンタクトホー
ル上に突出した状態になる。そして、さらに堆積されな
がら流動するアルミニウム系膜は、最終的にはコンタク
トホール上部でつながる。

【００１７】

【実施例】以下に、この発明に基づく実施例について図
を参照して説明する。

【００１８】図１は、この発明に基づく実施例の断面図
を示している。基板３１上には第１層間絶縁膜３２が形
成されており、第１層間絶縁膜３２には、基板３１のド
レイン領域３０上の一部に、コンタクトホール３３が形
成されている。そのコンタクトホール３３上には高融点
金属膜３７が形成されている。高融点金属膜３７上には
第１層アルミニウム系配線層３４が形成されており、第
１層アルミニウム系配線層３４上には第２層間絶縁膜３
５が形成されている。そして、第２層間絶縁膜３５上に
は第２層アルミニウム系配線層３６が形成されている。

【００１９】次に、上記の構造を有する半導体装置の製
造方法の第１〜第４工程について図２〜図５を用いて説
明する。

【００２０】図２に示すように、基板３１上に第１層間
絶縁膜３２を形成する。この第１層間絶縁膜３２にエッ
チングによりコンタクトホール３３を形成する。その結
果、基板３１のドレイン領域３０は露出している。

【００２１】図３に示すように、コンタクトホール３３
において、露出したドレイン領域３０上およびコンタク
トホール３３を取囲む第１層間絶縁膜３２上に高融点金
属膜３７を形成する。

【００２２】一般に高融点金属はアルミニウムやアルミ
ニウム合金に比べて非常にエレクトロマイグレーション
耐性が優れているので、コンタクト部のエレクトロマイ
グレーション耐性は従来に比べて向上する。

【００２３】図４に示すように、高融点金属膜３７上に
、３００℃〜６００℃の温度でスパッタリングを行なう
ことにより第１層アルミニウム系膜を形成する。この場
合は気相薄膜形成処理法の一例としてスパッタリングを
用いたが、他の気相薄膜形成処理法を用いてもよい。 その後、パターン形成過程を経て第１層アルミニウム系
配線層３４を形成する。

【００２４】このとき、第１層アルミニウム系配線層３
４は、コンタクトホール３３上部でつながった状態とな
っている。このような状態で第１層アルミニウム系配線
層３４が形成される理由について、図６〜図８を用いて
説明する。

【００２５】図６に示すように、高融点金属膜３７上に
形成されるアルミニウム系膜３４ａは、３００℃〜６０
０℃と高温で処理されるので流動する。しかし、高融点
金属とアルミニウムとは濡れ性が悪いため、アルミニウ
ム系膜３４ａにおいて高融点金属膜３７と接している部
分は流動しない。すなわち、その部分はコンタクトホー
ル３３内に流れ込もうとしない。

【００２６】一方、アルミニウム系膜３４ａにおいて、
高融点金属膜３７と接していない部分はコンタクトホー
ル３３の中心に向かって流動する。その結果、アルミニ
ウム系膜３４ａはコンタクトホール３３上に突出した状
態となる。

【００２７】図７に示すように、コンタクトホール３３
上に突出したアルミニウム系膜３４ａは、堆積されなが
ら流動し、やがてはコンタクトホール３３上で接触する
。

【００２８】図８に示すように、コンタクトホール３３
上で接触したアルミニウム系膜３４ａは、その後も流動
し、コンタクトホール３３上で滑らかにつながった状態
になる。その結果、アルミニウム系膜３４ａは、コンタ
クトホール３３上で比較的平坦な形状となっている。

【００２９】図５に示すように、第１層アルミニウム系
配線層３４上に第２層間絶縁膜３５が形成され、第２層
間絶縁膜３５上には第２層アルミニウム系配線層３６が
形成される。

【００３０】なお、上述の実施例において電極配線材料
用の高融点金属としては、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（
モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｃｏ（コバルト）、
Ｔｉ−Ｎ（チタンナイトライド）等のいずれを使用して
もよい。また、高融点金属の代わりに高融点金属のシリ
サイドであるＴｉＳｉ２　（チタンシリサイド）、Ｍｏ
Ｓｉ２　（モリブデンシリサイド）、ＴａＳｉ２　（タ
ンタルシリサイド）、ＷＳｉ２　（タングステンシリサ
イド）等を用いてもよいし、高融点金属の合金であるＴ
ｉ−Ｗ（チタン−タングステン）合金等を用いてもよい
。

【００３１】また、この発明は、導電層の上に絶縁膜を
形成し、それにコンタクトホールを形成する場合にも対
応できる。

【００３２】

【発明の効果】この発明によれば、下層のアルミニウム
系膜はコンタクトホール上でつながった状態で形成され
得る。また、下層のアルミニウム系膜の上面は比較的平
坦な形状となっているため、その上に形成される絶縁膜
もコンタクトホール上では平坦な形状となる。それによ
り、その絶縁膜上に形成される上層のアルミニウム系膜
も平坦にかつ途切れることなく形成され得る。その結果
、上層のアルミニウム系膜は、絶縁膜との熱膨張係数の
違いにより生ずる応力によっても切断されにくくなり、
信頼性は向上する。また、コンタクト部は高融点金属膜
によって接続されているので、コンタクト部のエレクト
ロマイグレーション耐性が向上する。それにより、コン
タクト部の信頼性も向上することとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に基づいた半導体装置における実施例
を示す断面図である。

【図２】この発明に基づいた半導体装置における実施例
の製造方法の第１工程を示す断面図である。

【図３】この発明に基づいた半導体装置における実施例
の製造方法の第２工程を示す断面図である。

【図４】この発明に基づいた半導体装置における実施例
の製造方法の第３工程を示す断面図である。

【図５】この発明に基づいた半導体装置における実施例
の製造方法の第４工程を示す断面図である。

【図６】この発明に基づいた半導体装置において、コン
タクトホールに形成された高融点金属膜上のアルミニウ
ム系膜が流動を開始した様子を表わす図である。

【図７】この発明に基づいた半導体装置において、コン
タクトホールに形成された高融点金属膜上のアルミニウ
ム系膜が流動し、コンタクトホール上で接している様子
を表わす図である。

【図８】この発明に基づいた半導体装置において、コン
タクトホールに形成された高融点金属膜上のアルミニウ
ム系膜がコンタクトホール上で滑らかに接続している様
子を表わす図である。

【図９】従来の半導体装置を示す断面図である。

【図１０】従来の半導体装置の製造方法の第１工程を示
す断面図である。

【図１１】従来の半導体装置の製造方法の第２工程を示
す断面図である。

【図１２】従来の半導体装置の製造方法の第３工程を示
す断面図である。

【図１３】従来の半導体装置の製造方法の第４工程を示
す断面図である。

【符号の説明】

１，３１　　基板 ２，３２　　第１層間絶縁膜 ３，３３　　コンタクトホール ４　　第１層アルミニウム配線層 ５，３５　　第２層間絶縁膜 ６　　第２層アルミニウム配線層 ７　　素子分離酸化膜 ３４　　第１層アルミニウム系配線層 ３６　　第２層アルミニウム系配線層 ３７　　高融点金属膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　導電性領域上に絶縁膜を形成する工程
   と、前記絶縁膜にコンタクトホールを形成して、前記導
   電性領域の一部を露出させる工程と、前記コンタクトホ
   ールを取囲む前記絶縁膜上および露出した前記導電性領
   域上に高融点金属膜を形成する工程と、前記高融点金属
   膜上に３００℃〜６００℃の温度範囲での気相薄膜形成
   処理によってアルミニウムまたはアルミニウム合金の膜
   を形成する工程と、を備えた半導体装置の製造方法。