JPH06163720A - 半導体装置とその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微細配線のストレスマイグレーション耐性を
高める。 【構成】 半導体基板１０の表面にフィールド絶縁膜１
２及び不純物ドープ領域１３を形成した後、基板上面に
平坦状に絶縁膜１４を形成する。絶縁膜１４に複数の接
続孔を形成した後、基板上面にＴｉ，ＴｉＮを順次に堆
積してバリアメタル層１６を形成し、その上に高温スパ
ッタ処理により接続孔を埋めるようにＡｌ又はＡｌ合金
からなる配線材層１８を形成する。基板上面に鉛等の低
融点金属を被着して熱処理することにより接続孔周辺の
凹部を埋める金属層２２を形成した後、低温スパッタ処
理により基板上面にＡｌ又はＡｌ合金からなる配線材層
２４を形成する。バリアメタル層１６、配線材層１８，
２４及び金属層２２を含む積層をパターニングして配線
層２６を得る。配線層２６は、金属層２２により平坦化
され、低抵抗且つ高信頼となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、微細配線を有するＬ
ＳＩ等の半導体装置とその製法に関し、特に接続孔の周
辺で配線層に生ずる凹部を鉛（Ｐｂ）等の低融点金属で
埋めることによりストレスマイグレーション耐性を向上
させたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＳＩ等の微細配線を形成する方
法としては、図６〜８に示すものが知られている。

【０００３】図６〜８において、半導体基板１０の表面
には、Ｎ⁺ 型等の不純物ドープ領域１３を形成した後、
絶縁膜１４を形成する。そして、絶縁膜１４に接続孔１
４ａ，１４ｂを形成した後、基板上面にバリアメタル層
１６を被着し、その上に高温スパッタ処理によりＡｌか
らなる配線材層１８を形成する。高温スパッタ処理は、
基板を４００℃以上で６６０℃（Ａｌ融点）より低い高
温（例えば５００〜５５０℃）に維持してスパッタリン
グを行なうもので、Ａｌは、微細な接続孔に流入してそ
れを埋めるように形成される。この後は、バリアメタル
層１６及び配線材層１８の積層をパターニングして配線
層２０を得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来法による
と、配線材層１８は、接続孔１４ａ，１４ｂの周辺で所
望の厚さｔより薄くなる。特に、図９に示すように幅が
１．０［μｍ］程度の微細な配線層２０にあっては、Ａ
ｌ膜厚がｔの１／２以下となる領域１８Ｓが接続孔１４
ａ，１４ｂの周辺に広がって形成される。配線厚さの減
少は、配線抵抗の増大を招く。

【０００５】図１０は、１．０［μｍ］の幅の配線層２
０におけるＡｌグレイン配置の一例を示すものである。
複数のＡｌグレインＧ₁ 〜Ｇ₄ は、いずれも高温スパッ
タによる被着時には１０［μｍ］程度の大きさを有して
いたものである。このようにグレインサイズが大きい
と、粒界（Ｇｒａｉｎ Ｂｏｕｎｄａｒｙ）ＧＢが配線
を横切る個所（例えばＡｌグレインＧ₁ 及びＧ₂ の境
界）でバンブー構造が出現しやすい。

【０００６】図１１は、ストレスマイグレーションによ
るスリット状のボイドＶを示すもので、このようなボイ
ドは、配線を横切るバンブー構造の粒界ＧＢから発生す
る。また、ストレスマイグレーション耐性は、Ａｌ膜厚
が薄いほど低い。つまり、ｎ＝３〜５としたとき、（ス
トレスマイグレーション耐性）∝（Ａｌ膜厚）ⁿ の関係
は広く知られている。

【０００７】従って、図９のＡｌ膜厚の薄い領域１８Ｓ
にバンブー構造の粒界が存在すると、ストレスマイグレ
ーション耐性が低下し、断線故障が起きやすくなる。ま
た、断線に至らないまでも、図１１のようにバリアメタ
ル層１６上にスリット状ボイドＶが発生すると、配線抵
抗が増大する。

【０００８】ところで、接続孔の周辺でＡｌ膜厚が薄く
なるのを補うために、配線材層１８の上に低温スパッタ
処理でＡｌ合金を堆積する方法が提案されている（例え
ば、特開平４−６１１１８号公報参照）。低温スパッタ
処理は、基板を３５０℃以下の比較的低温（例えば２０
０〜２５０℃）に維持してスパッタリングを行なうもの
で、所望の厚さを有する平滑性良好なＡｌ合金膜が得ら
れる。

【０００９】しかしながら、低温スパッタ処理を追加し
ても、図７に一点鎖線１８’で示すように配線材層１８
の厚さが均一に厚くなるだけで、接続孔周辺での厚さ増
大は十分でなく、ストレスマイグレーション耐性をさほ
ど向上させることはできなかった。

【００１０】この発明の目的は、低抵抗且つ高信頼の微
細配線を有する半導体装置とその製法を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、被コンタクト部を有する基板と、この基板の上に
前記被コンタクト部を覆って形成された絶縁膜であっ
て、前記被コンタクト部に対応する接続孔を有するもの
と、前記絶縁膜の上に前記接続孔を介して前記被コンタ
クト部に接続されるように形成されたＡｌ又はＡｌ合金
製の配線層であって、前記接続孔の周辺で厚さが薄くな
ることにより凹部が形成されているものと、前記配線層
の上に前記凹部を埋めるように設けられた金属層であっ
て、前記配線層を構成する材料よりも低い融点を有する
ものとを備えたものである。

【００１２】このような構成において、前記配線層は、
高温スパッタ処理により形成することができる。また、
前記金属層は、前記配線層の上にＰｂ等の金属を被着し
て熱処理することにより形成することができる。前記配
線層の上には、低温スパッタ処理により前記金属層を覆
ってＡｌ又はＡｌ合金層を形成するのが好ましい。

【００１３】

【作用】この発明の構成によれば、配線層上に接続孔周
辺の凹部を埋めるように低融点金属層を設けたので、接
続孔周辺では配線厚さが十分となり、ストレスマイグレ
ーション耐性を大幅に向上させることができる。

【００１４】また、上記したように低温スパッタ処理に
より配線層上に低融点金属層を覆ってＡｌ又はＡｌ合金
層を形成すると、配線層上面の平坦性乃至平滑性が良好
になると共に配線抵抗が低減される。その上、Ａｌ又は
Ａｌ合金層は、小さなグレインサイズで形成され、バン
ブー構造になることが少ないので、ストレスマイグレー
ション耐性は一層向上する。

【００１５】

【実施例】図１〜５は、この発明の一実施例に係る配線
形成法を示すもので、各々の図に対応する工程（１）〜
（５）を順次に説明する。

【００１６】（１）シリコン等の半導体基板１０の表面
に選択酸化処理によりシリコンオキサイド等のフィール
ド絶縁膜１２を形成した後、絶縁膜１２をマスクとする
不純物ドーピング処理によりＮ⁺ 型等の不純物ドープ領
域１３を形成する。そして、基板上面に絶縁膜１４を平
坦状に形成する。絶縁膜１４は、例えばＣＶＤ法等によ
る堆積絶縁膜と回転塗布法等による塗布絶縁膜とを適宜
組合せて形成することかできる。この後、レジスト層を
マスクとするドライエッチング処理により絶縁膜１４に
不純物ドープ領域１３の表面に達する接続孔１４ａ，１
４ｂ，１４ｃを形成する。

【００１７】（２）スパッタ処理により基板上面にＴｉ
及びＴｉＮを順次に堆積して約１００［ｎｍ］の厚さの
バリアメタル層１６を形成する。そして、基板温度を５
００〜５５０℃に設定してＡｌ合金（例えばＡｌ−Ｓｉ
−Ｃｕ等）の高温スパッタ処理を行なうことにより基板
上面に厚さＴ＝７００［ｎｍ］のＡｌ合金からなる配線
材層１８を形成する。配線材層１８は、接続孔周辺で薄
くなり、凹部が形成される。

【００１８】（３）スパッタ処理又は蒸着処理により基
板上面にＰｂ（融点３２７．４℃）を堆積した後、約４
００℃の熱処理により堆積Ｐｂを溶融させることにより
接続孔周辺の凹部を埋める金属層２２を形成する。そし
て、金属層２２を破線ＢＬで示すように配線材層１８の
厚い部分が露呈するまでエッチバックする。この結果、
金属層２２は接続孔周辺の凹部内にのみ残存し、配線材
層１８の上面は平坦化される。

【００１９】（４）基板温度を約２００℃に設定してＡ
ｌ合金（例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等）の低温スパッタ処
理を行なうことにより基板上面に３００［ｎｍ］の厚さ
のＡｌ合金からなる配線材層２４を形成する。

【００２０】（５）この後、レジスト層をマスクとする
ドライエッチング処理により層１６，１８，２２，２４
を含む積層をパターニングして配線層２６を得る。

【００２１】上記した配線形成法によると、配線材層１
８に生じた凹部に低融点金属を埋め込むことによって配
線のカバレッジ率が３０〜５０％から９０〜１００％に
向上する。ここで、（ストレスマイグレーション耐性）
∝（配線膜厚）ⁿ ［ただし、ｎ＝３〜５］の関係からス
トレスマイグレーション耐性は少なくとも１桁向上す
る。

【００２２】また、配線材層２４は低温スパッタ処理に
より形成するので、グレインサイズが２［μｍ］程度で
ある。従って、バンブー構造となる確率が低下し、配線
材層１８と同じ場所にバンブー構造が出現することは皆
無となる。この結果、ストレスマイグレーション耐性は
一層向上する。その上、配線材層２４を設けると、配線
表面の平滑性が良好になると共に配線抵抗が低減され
る。

【００２３】なお、この発明は、上記実施例に限定され
るものではなく、例えば多層配線において、２層目以上
の配線に適用することもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、Ａｌ
又はＡｌ合金からなる配線層の上に接続孔周辺の凹部を
埋めるようにＰｂ等の低融点金属層を設けて配線層上面
を平坦化するようにしたので、ストレスマイグレーショ
ンに強い高信頼且つ低抵抗の微細配線を実現できる効果
が得られる。

【００２５】また、低温スパッタ処理により配線層の上
に低融点金属層を介してＡｌ又はＡｌ合金層を形成する
と、ストレスマイグレーション耐性及び配線表面の平滑
性を一層向上できると共に配線抵抗を一層低減できる効
果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例に係る配線形成法におけ
る接続孔形成工程を示す基板断面図である。

【図２】 図１の工程に続く配線材堆積工程を示す基板
断面図である。

【図３】 図２の工程に続く金属堆積・エッチバック工
程を示す基板断面図である。

【図４】 図３の工程に続く配線材堆積工程を示す基板
断面図である。

【図５】 図４の工程に続く配線パターニング工程を示
す基板断面図である。

【図６】 従来の配線形成法を説明するための上面図で
ある。

【図７】 図６のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。

【図８】 図６のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。

【図９】 接続孔周辺で配線材が薄い領域を示す上面図
である。

【図１０】 配線層のＡｌグレイン配置を示す上面図で
ある。

【図１１】 Ａｌグレイン間のスリット状ボイドを示す
基板断面図である。

【符号の説明】

１０：半導体基板、１２，１４：絶縁膜、１６：バリア
メタル層、１８，２４：配線材層、２２：金属層、２
６：配線層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被コンタクト部を有する基板と、 この基板の上に前記被コンタクト部を覆って形成された
   絶縁膜であって、前記被コンタクト部に対応する接続孔
   を有するものと、 前記絶縁膜の上に前記接続孔を介して前記被コンタクト
   部に接続されるように形成されたＡｌ又はＡｌ合金製の
   配線層であって、前記接続孔の周辺で厚さが薄くなるこ
   とにより凹部が形成されているものと、 前記配線層の上に前記凹部を埋めるように設けられた金
   属層であって、前記配線層を構成する材料よりも低い融
   点を有するものとを備えた半導体装置。
2. 【請求項２】基板の上に被コンタクト部を覆って絶縁膜
   を形成する工程と、 前記絶縁膜に前記被コンタクト部に対応した接続孔を形
   成する工程と、 高温スパッタ処理により前記絶縁膜の上に前記接続孔を
   埋めるようにＡｌ又はＡｌ合金からなる第１の配線材層
   を形成する工程と、 前記第１の配線材層の上に前記第１の配線材層より融点
   が低い金属を被着して熱処理することにより前記接続孔
   の周辺の凹部を埋める金属層を形成する工程と、 低温スパッタ処理により前記第１の配線材層の上に前記
   金属層を覆ってＡｌ又はＡｌ合金からなる第２の配線材
   層を形成する工程と、 前記第１の配線材層、前記金属層及び前記第２の配線材
   層を含む積層をパターニングすることにより前記絶縁膜
   の上に前記接続孔を介して前記被コンタクト部に接続さ
   れる配線層を形成する工程とを含む半導体装置の製法。