JPH10326780A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線層を接続するコンタクトホールにおける
エレクトロマイグレーション耐性の信頼性を向上するた
めの半導体装置およびその製造方法を提供することにあ
る。 【解決手段】 第１金属配線層２Ａは、下地層間絶縁膜
１側に配置される第１金属膜２ａと、この第１金属膜２
ａの上に第２金属膜２ｂと、この第２金属膜２ｂの上に
形成される前記第１金属膜２ａと同じ金属材料からなる
第３金属膜２ｃとを有し、第１金属膜２ａおよび第３金
属膜２ｃは、第２金属膜２ｂよりもエレクトロマイグレ
ーション耐性に優れた金属材料であり、接続配線層７，
８の下端部は、第１金属膜２ａの表面に接するように設
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置およ
びその製造方法に関し、より特定的には、配線層間のエ
レクトロマイグレーション耐性の改善を図る半導体装置
およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置においては、デバイスの高集
積および多機能を図るために、デバイス寸法の微細化と
配線の多層化が世代ごとに押し進められている。その結
果、配線および各配線を接続する接続配線層に流れる電
流密度は増加し、電流によって引起こされるエレクトロ
マイグレーションは世代ごとに厳しくなっている。

【０００３】ここで、従来の半導体装置の配線構造につ
いて、図１４〜図１９を参照して説明する。なお、図１
４は、従来の半導体装置の配線構造を説明するための断
面図であり、図１５〜図１８は、図１４の断面構造に従
った半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【０００４】まず、図１４を参照して、従来の半導体装
置の配線構造について説明する。ＳｉＯ₂ などからなる
下地層間絶縁膜１の上に、膜厚さ２０００〜１５０００
Å、Ａｌ系合金などの金属膜からなる第１金属配線層２
が形成されている。この第１金属配線層２の上には、膜
厚さ１．０〜２．０μｍ、ＳｉＯ₂ などからなる層間絶
縁膜５を介在して、膜厚さ２０００〜１５０００Å、Ａ
ｌ系合金等の金属膜からなる第２金属配線層１０が形成
されている。

【０００５】第１金属配線層２と第２金属配線層１０と
は、層間絶縁膜５に設けられた孔径０．２〜１．０μｍ
のコンタクトホール６内に設けられた膜厚さ５００〜１
５００Åの下敷き金属膜７およびＷなどの金属材料から
なる埋込金属膜８により電気的に接続されている。

【０００６】次に、図１５〜図１８を参照して、図１４
に示す半導体装置の製造工程について説明する。

【０００７】まず、図１５を参照して、ＳｉＯ₂ などか
らなる下地層間絶縁膜１上に、スパッタリング法などに
よりＡｌ系合金などの金属膜を膜厚さ２０００〜１５０
００Å形成する。その後、フォトリソグラフィにより所
定形状にパターニングされたフォトレジスト膜をマスク
にして、この金属膜に対して反応性イオンエッチングを
行ない、所定形状の第１金属配線層２を形成する。

【０００８】次に、図１６を参照して、下地層間絶縁膜
１および第１金属配線層２を覆うように、ＳｉＯ₂ など
からなる膜厚さ１．０〜２．０μｍの層間絶縁膜５を形
成する。

【０００９】次に、図１７を参照して、層間絶縁膜５の
上に、フォトリソグラフィにより所定形状にパターニン
グされたフォトレジスト膜を形成する。その後、このフ
ォトレジスト膜をマスクにして、層間絶縁膜５の反応性
イオンエッチングを行ない、孔径０．２〜１．０μｍの
コンタクトホール６を開口する。このとき、コンタクト
ホール６のエッチング形状は、コンタクトホール６の下
端が第１金属配線層２の表面に接する形状または第１金
属配線層２の上部を多少掘り込んだ形状のいずれかであ
る。

【００１０】次に、図１８を参照して、コンタクトホー
ル６の内部表面を覆うように、層間絶縁膜５の表面にス
パッタリング法を用いて下敷き金属膜７を厚さ５００〜
１５００Å形成する。その後、Ｗなどの埋込金属膜８
を、ＣＶＤ法により下敷き金属膜７の表面全面に形成し
た後、全面エッチバックを行なうことにより、コンタク
トホール６内にのみ、金属膜８を残存させる。

【００１１】次に、Ａｌ系合金などの金属膜をスパッタ
リング法等により形成し、フォトリソグラフィによりパ
ターニングされたフォトレジスト膜をマスクに金属膜の
反応性イオンエッチングを行ない、厚さ２０００〜１５
０００Åの第２金属配線層１０を形成する。これによ
り、図１４に示す構造を有する半導体装置が形成され
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造よりなる半導体装置においては、コンタクトホール６
内において、エレクトロマイグレーションによる断線が
生じる。このエレクトロマイグレーションによる断線
は、図１９に示すように、コンタクトホール６と第１金
属配線層２との界面において、ボイド２０を生じた結果
として起こりやすい。

【００１３】同図に示すように、第１金属配線層２、コ
ンタクトホール６および第２金属配線層１０には、図中
の矢印（ａ、ｂ、ｃ）で示す方向に電流の流れおよび電
子の移動があると考えられる。このとき、トータル電流
Ｉを分割して局所領域における電流Ｉ₁ ，Ｉ₂ ，……Ｉ
_n を考えた場合、第１金属配線層２からコンタクトホー
ル６、さらに第２金属配線層１０に流れる電流（第２金
属配線層１０からコンタクトホール６、さらに第１金属
配線層２の方向に移動する電子）は、第１金属配線層２
とコンタクトホール６との界面において均一な大きさで
はなく、電流パスの長さによって異なった大きさを持っ
ている。

【００１４】第２金属配線層１０から第１金属配線層２
への最も短いパスである丸印Ａ部（矢印ａで示す電子の
パス）では、丸印Ｂ部（矢印ｃで示す電子のパス）に比
べて大きな電子の移動が生じている。エレクトロマイグ
レーションによるボイド２０の発生は、金属易動度（配
線にある電流を流したとき、配線材料が電子流に押され
て移動する移動の起こりやすさ、エレクトロマイグレー
ションの起こりやすさ）の異なる物質の界面で起こりや
すく、その中でも特に電子の移動（電流値）の大きさな
箇所において生じやすい。

【００１５】そこで、このようなエレクトロマイグレー
ションによるボイドの発生を防止する技術として、特開
平７−１８３３７８号公報に開示される半導体装置の構
造がある。ここで、上記公報に開示された技術の概略に
ついて、図２０を参照して説明する。

【００１６】この半導体装置の構造によれば、下地層間
絶縁膜１上に所定形状の第１金属配線層２Ｘが形成さ
れ、この第１金属配線層２Ｘの上に層間絶縁膜５が形成
されている。層間絶縁膜５の上には、所定形状の第２金
属配線層１０が形成されている。第１金属配線層２Ｘと
第２金属配線層１０とは、層間絶縁膜５に形成されたコ
ンタクトホール６を用いて、下敷き金属膜７およびＷな
どの金属材料を用いた埋込金属膜８により電気的に接続
されている。

【００１７】ここで、第１金属配線層２Ｘは、第１金属
膜３と第２金属膜４との２層構造からなり、第１金属膜
３には、Ｔｉ，ＴｉＮおよびＷなどの高融点金属材料が
用いられており、第２金属膜４には、Ａｌ系合金材料が
用いられている。

【００１８】また、コンタクトホール６は、第１金属膜
３の表面まで形成されている。上記構造よりなる半導体
装置の配線構造においては、コンタクトホール６を第２
金属膜４を突き抜けて第１金属膜３の表面部分にまで設
けている。これにより、下敷き金属膜７および埋込金属
膜８からなる接続配線層と第１金属配線層２Ｘとの接触
面積を増加させることができる。その結果、電流値を分
散させることができるため、コンタクトホール６と第１
金属配線層２Ｘとの界面におけるボイドの発生を抑える
ことが可能となっている。

【００１９】しかしながら、図２０に示す構造において
も、図２１で示すように、丸印Ｃ部で示す領域におい
て、丸印Ｄ部に示す領域よりも、電流（電子）の局所的
な集中が起こり易い。その結果、丸印Ｃ部に示す領域に
おいて、ボイドが生じ、エレクトロマイグレーションに
よる配線層の断線が生じるおそれがある。

【００２０】したがって、この発明は、上記問題点を解
決するためになされたもので、半導体装置のコンタクト
ホールにおいて、異種金属界面における電流（電子）の
不均一を改善することにより、エレクトロマイグレーシ
ョン耐性の改善による半導体装置の信頼性の向上を図る
半導体装置およびその製造方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明に基づいた半導
体装置の１つの局面においては、下地層間絶縁膜の上
に、それぞれ層間絶縁膜を介在し、接続配線層によって
電気的に接続される、第１金属配線層および上記第１金
属配線層よりも上方に形成される第２金属配線層を備
え、上記第１金属配線層は、上記下地層間絶縁膜側に配
置される第１金属膜と、この第１金属膜の上に形成され
る第２金属膜と、この第２金属膜の上に形成される上記
第１金属膜と同じ金属材料かならなる第３金属膜とを含
み、上記第１金属膜および上記第３金属膜は、上記第２
金属膜よりもエレクトロマイグレーション耐性に優れた
金属材料であり、上記接続配線層の下端部は、上記第１
金属膜の表面に接するように設けられている。

【００２２】また、上記局面における半導体装置におい
て好ましくは、上記第１金属配線層は、上記第３金属膜
の上に第２金属膜と同じ金属材料からなる第４金属膜
と、この第４金属膜の上に第１金属膜と同じ金属材料か
らなる第５金属膜とがさらに形成される。

【００２３】また、上記局面における半導体装置におい
て好ましくは、上記第１金属膜には、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉお
よびＴｉＮからなるグループから選択された少なくとも
１つの金属材料が用いられ、上記第２金属膜には、Ａｌ
系合金材料が用いられている。

【００２４】この発明に基づいた半導体装置の他の局面
においては、下地層間絶縁膜の上に、それぞれ層間絶縁
膜を介在し、接続配線層によって電気的に接続される、
第１金属配線層および上記第１金属配線層よりも上方に
形成される第２金属配線層を備え、上記第１金属配線層
は、上記下地層間絶縁膜側に形成される第１金属膜と、
この第１金属膜の上に形成され、上記下地層間絶縁膜か
ら離れるに従って徐々に比抵抗の値が大きくなる第２金
属膜とを含み、上記接続配線層の下端部は、上記第１金
属膜の表面に接するように設けられている。

【００２５】また、上記局面における半導体装置におい
て好ましくは、上記第１金属膜には、Ａｌ系合金材料が
用いられ、上記第２金属膜には、高融点金属材料が用い
られる。

【００２６】次に、この発明に基づいた半導体装置のさ
らに他の局面においては、下地層間絶縁膜の上に、それ
ぞれ層間絶縁膜を介在し、接続配線層によって電気的に
接続される、第１金属配線層および上記第１金属配線層
よりも上方に形成される第２金属配線層を備え、上記第
１金属配線層は、上記下地層間絶縁膜側に配置される第
１金属膜と、この第１金属膜の上に形成され、上記第１
金属膜よりもエレクトロマイグレーション耐性に優れた
第２金属膜とを含み、上記接続配線層の下端部は、上記
第２金属膜の内部に接するように設けられている。

【００２７】また、上記局面における半導体装置におい
て好ましくは、上記第１金属膜には、Ａｌ系合金材料が
用いられ、上記第２金属膜にはＣｕ、Ｗ、ＴｉおよびＴ
ｉＮからなるグループから選択された少なくとも１つの
金属材料が用いられている。

【００２８】この発明に基づいた半導体装置の製造方法
の１つの局面においては、下地層間絶縁膜の上に、それ
ぞれ層間絶縁膜を介在し、接続配線層によって電気的に
接続される第１金属配線層および上記第１金属配線層よ
りも上方に形成される第２金属配線層を備えた半導体装
置の製造方法であって、以下の工程を備えている。

【００２９】まず、上記第１金属配線層を形成される。
その後、上記第１金属配線層の上に層間絶縁膜が形成さ
れる。

【００３０】次に、上記層間絶縁膜に、上記第１金属配
線層に通ずるコンタクトホールが形成される。その後、
上記コンタクトホール内に、上記第１金属配線層の表面
に電気的に接続する上記接続配線層が形成される。

【００３１】次に、上記層間絶縁膜の上に上記接続配線
層に電気的に接続する上記第２金属配線層が形成され
る。

【００３２】さらに、上記第１金属配線層を形成する工
程は、以下の工程を備えている。まず、上記下地層間絶
縁膜側に第１金属膜が形成される。その後、この第１金
属膜の上に第２金属膜が形成される。さらに、この第２
金属膜の上に上記第１金属膜と同じ金属材料からなる第
３金属膜が形成される。

【００３３】また、上記コンタクトホールは、上記第１
金属膜に通ずるように形成される。さらに、上記第１金
属膜および上記第３金属膜は、上記第２金属膜よりもエ
レクトロマイグレーション耐性に優れた金属材料が用い
られる。

【００３４】上記局面における半導体装置の製造方法に
おいて好ましくは、上記第１金属配線層を形成する工程
は、上記第３金属膜の上に第２金属膜と同じ金属材料か
らなる第４金属層を形成する工程と、上記第４金属膜の
上に上記第１金属膜と同じ金属材料からなる第５金属膜
を形成する工程とがさらに行なわれる。

【００３５】次に、この発明に基づいた半導体装置の製
造方法の他の局面においては、下地層間絶縁膜の上に、
それぞれ層間絶縁膜を介在し、接続配線層によって電気
的に接続される第１金属配線層および上記第１金属配線
層よりも上方に形成される第２金属配線層を備えた半導
体装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。

【００３６】まず、第１金属配線層が形成される。その
後、上記第１金属配線層の上に層間絶縁膜が形成され
る。

【００３７】次に、上記層間絶縁膜に、上記第１金属配
線層に通ずるコンタクトホールが形成される。その後、
上記コンタクトホール内に、上記第１金属配線層の表面
に電気的に接続する上記接続配線層が形成される。

【００３８】次に、上記層間絶縁膜の上に上記接続配線
層に電気的に接続する上記第２金属配線層が形成され
る。

【００３９】また、上記第１金属配線層を形成する工程
は、上記下地層間絶縁膜側に第１金属膜を形成する工程
と、上記下地層間絶縁膜から離れるに従って徐々に比抵
抗の値が大きくなる第２金属膜が形成される工程とを含
んでいる。さらに、上記コンタクトホールは、上記第１
金属膜に通ずるように形成される。

【００４０】また、上記半導体装置の製造方法の局面に
おいて、好ましくは、上記第２金属膜を形成する工程
は、金属膜中へ金属原子を拡散させることにより形成さ
れる。

【００４１】次に、この発明に基づいた半導体装置の製
造方法のさらに他の局面においては、下地層間絶縁膜の
上に、それぞれ層間絶縁膜を介在し、接続配線層によっ
て電気的に接続される第１金属配線層および上記第１金
属配線層よりも上方に形成される第２金属配線層を備え
た半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備えて
いる。

【００４２】まず、上記第１金属配線層が形成される。
その後、上記第１金属配線層の上に層間絶縁膜が形成さ
れる。

【００４３】次に、上記第１金属配線層の内部が露出す
るように、上記層間絶縁膜にコンタクトホールが形成さ
れる。その後、上記コンタクトホール内に、上記第１金
属配線層の内部に電気的に接続する上記接続配線層が形
成される。

【００４４】次に、上記層間絶縁膜の上に上記接続配線
層に電気的に接続する上記第２金属配線層が形成され
る。

【００４５】さらに、上記第１金属配線層を形成する工
程は、上記下地層間絶縁膜側に第１金属膜を形成する工
程と、この第１金属膜の上に、この第１金属膜よりもエ
レクトロマイグレーション耐性に優れた第２金属膜を形
成する工程とを含んでいる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、この発明に基づく実施の形
態について、図を参照しながら説明する。なお、各図
中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとす
る。

【００４７】［実施の形態１］以下、実施の形態１にお
ける半導体装置の構造について、図１を参照して説明す
る。なお、図１は、この実施の形態における半導体装置
１００の構造を示す断面図である。

【００４８】ＳｉＯ₂ などからなる下地層間絶縁膜１の
上に、２０００〜１５０００Åの第１金属配線層２Ａが
形成されている。第１金属配線層２Ａの上方には、Ｓｉ
Ｏ₂などからなる膜厚さ１．０〜２．０μｍの層間絶縁
膜５が形成されている。この層間絶縁膜５の上には、Ａ
ｌ系合金材料などからなる膜厚さ２０００〜１５０００
Åの第２金属配線層１０が形成されている。

【００４９】ここで、第１金属配線層２Ａは、図１に示
すように、各々の膜厚が５００〜１０００Åの第１金属
膜２ａ、第２金属膜２ｂ、第３金属膜２ｃ、第４金属膜
２ｄおよび第５金属膜２ｅの多重積層構造を有してい
る。

【００５０】第２金属膜２ｂおよび第４金属膜２ｄに
は、Ａｌ系合金材料が用いられ、第１金属膜２ａ、第３
金属膜２ｃおよび第５金属膜２ｅには、第２金属膜２ｂ
および第４金属膜２ｄよりもエレクトロマイグレーショ
ン耐性に優れた金属材料として、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔｉ
Ｎが用いられている。

【００５１】さらに、本実施の形態においては、第１金
属配線層２Ａと第２金属配線層１０とを電気的に接続す
るため、層間絶縁膜５に孔径０．２〜１．０μｍのコン
タクトホール６が設けられ、このコンタクトホール６内
に、膜厚さ５００〜１５００Åの下敷き金属膜７および
タングステンなどの高融点金属材料かならなる埋込金属
膜８が設けられている。ここで、コンタクトホール６の
下端部は、第１金属膜２ａの表面に達する位置まで設け
られている。

【００５２】次に、上記構造よりなる半導体装置１００
の製造方法について、図２〜図４を参照して説明する。
なお、図２〜図４は、図１に示す半導体装置１００の断
面構造に従った製造工程を示す断面工程図である。

【００５３】まず、図２を参照して、下地層間絶縁膜１
の上に、各々の膜厚さが５００〜１０００Åの第１金属
膜２ａ、第２金属膜２ｂ、第３金属膜２ｃ、第４金属膜
２ｄおよび第５金属膜２ｅを形成する。ここで、上述し
たように、第２金属膜２ｂおよび第４金属膜２ｄには、
Ａｌ系合金材料が用いられ、第１金属膜２ａ、第３金属
膜２ｃおよび第５金属膜２ｅには、第２金属膜２ｂおよ
び第４金属膜２ｄよりもエレクトロマイグレーション耐
性に優れた金属材料としてＣｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＮｉＮが用
いられる。その後、公知のフォトリソグラフィ技術を用
いて、第１金属膜２ａ〜第５金属膜２ｅからなる第１金
属配線層２Ａのパターニングを行なう。

【００５４】次に、図３を参照して、第１金属配線層２
ａを覆うように、ＣＶＤ法などを用いて、ＳｉＯなどか
らなる膜厚さ１．０〜２．０μｍの層間絶縁膜５を堆積
する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術を用い
て、反応性イオンエッチングを用いて、第１金属膜２ａ
の表面にまで達するコンタクトホール６を開孔する。

【００５５】次に、図４を参照して、コンタクトホール
６の内周面および層間絶縁膜５の表面を覆うように、膜
厚さ５００〜１５００Åの下敷き金属膜７をスパッタリ
ング法により堆積する。その後、Ｗなどの埋込金属膜８
をＣＶＤ法により全面に堆積した後、全面エッチバック
を行なうことにより、コンタクトホール６内にのみＷを
残存させて、埋込金属膜８を形成する。

【００５６】次に、下敷き金属膜７および埋込金属膜８
を覆うようにＡｌ系合金などからなる金属膜をスパッタ
リング法を用いて堆積し、この金属膜を公知のフォトリ
ソグラフィ技術によりパターニングを行なうことによっ
て、第２金属配線層１０を形成する。これにより、図１
に示す本実施の形態における半導体装置１００が完成す
る。

【００５７】以上、本実施の形態における半導体装置お
よびその製造方法によれば、第１金属配線層２ＡをＡｌ
系合金材料からなる第２金属膜２ｂおよび第４金属膜２
ｄをエレクトロマイグレーション耐性に優れた第１金属
膜２ａ、第３金属膜２ｃおよび第５金属膜２ｅによって
挟み込む構造を採用している さらに、第１金属配線層
２Ａと第２金属配線層１０との電気的な接続のための配
線層の下端部を第１金属膜２ａの表面としている。

【００５８】これにより、図５に示すように、たとえば
第４金属膜２ｄにボイド２０が発生した場合において
も、第４金属膜２ｄを、エレクトロマイグレーション耐
性の優れた金属材料つまり、第４金属膜２ｄのＡｌ系合
金層よりも易動度の小さい金属材料で形成した第３金属
膜２ｃおよび第５金属膜２ｅで挟み込んでいるため、ボ
イド２０が第３金属膜２ｃおよび第４金属膜２ｅに成長
することがない。

【００５９】このため、第１金属配線層２Ａの致命的な
断線を未然に防止することが可能となる。その結果、第
１金属配線層２Ａと第２金属配線層１０とのコンタクト
ホールおよび配線界面において、致命的な断線に至るこ
とがなく、コンタクトホール部における電気的信頼性の
向上を図ることが可能となる。

【００６０】ここで、上述した実施の形態においては、
第１金属配線層２Ａを５層構造としたが、第１金属膜２
ａ、第２金属膜２ｂおよび第３金属膜２ｃの３層構造と
しても同様の作用効果を得ることができる。また、５層
以上の構造としても同様である。

【００６１】さらに、第１金属配線層２Ａのみを多重積
層構造としたが、必ずしもこの構造に限られることな
く、たとえば図６に示すように、接続配線層にタングス
テンプラグを用い、半導体基板１Ｂの上に層間絶縁膜１
００を介在して形成される第１金属配線層ＡＬ１、この
第１金属配線層ＡＬ１の上方に層間絶縁膜２００を介在
して形成される第２金属配線層ＡＬ２、さらにこの第２
発生層ＡＬ２の上方に層間絶縁膜３００を介在して形成
される第３金属配線層ＡＬ３に本実施の形態における多
重積層構造を採用することによっても、各配線層間にお
ける電気的な信頼性の向上を図ることが可能である。

【００６２】［実施の形態２］以下、実施の形態２にお
ける半導体装置の構造について、図７を参照して説明す
る。なお、図７は、この実施の形態における半導体装置
２００の構造を示す断面図である。

【００６３】ＳｉＯ₂ などからなる下地層間絶縁膜１の
上に膜厚さ２０００〜１５０００Åの第１金属配線層２
Ｂが形成されている。第１金属配線層２Ｂの上方には、
ＳｉＯ₂ などからなる膜厚さ１．０〜２．０μｍの層間
絶縁膜５を介在して、Ａｌ系合金材料などからなる膜厚
さ２０００〜１５０００Åの第２金属配線層１０が形成
されている。

【００６４】ここで、第１金属配線層２Ｂは、図７に示
すように、膜厚さ５００〜１０００ÅのＡｌ系合金材料
などからなる第１金属膜３と下地層間絶縁膜１から遠ざ
かるにつれて徐々に比抵抗が大きくなる第２金属膜４と
を有している。ここで、第２金属膜４の比抵抗の変化
は、ρ＝３．０〜数十μΩｃｍの間で徐々に変化するよ
うに設定されている。

【００６５】また、第１金属配線層２Ｂと第２金属配線
層１０とは、実施の形態１と同様に層間絶縁膜５に設け
られたコンタクトホール６を用いて、下敷き金属膜７お
よび埋込金属層８を用いて電気的に接続されている。ま
た、コンタクトホール６の下端部は、第１金属膜３の表
面に達するように設けられている。

【００６６】次に、上記構造よりなる半導体装置２００
の製造方法について、図８および図９を参照して説明す
る。なお、図８および図９は、図７に示す半導体装置２
００の断面構造に従った製造工程を示す断面工程図であ
る。

【００６７】まず、図８を参照して、下地層間絶縁膜１
上に、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗなどの高融点金属材料を用い
て、膜厚５００〜１０００Åの第１金属膜３を成膜す
る。その後、この第１金属膜３の上に、Ａｌ系合金材料
からなる第２金属膜４を膜厚２０００〜１５０００Å成
膜する。ここで、上述したように、第２金属膜４に層間
絶縁膜１から離れるに従って比抵抗の値が大きくなるよ
うに設定するために、まず、第２主金属層４を成膜した
後、Ａｌ膜中へ拡散源となるＴｉなどの金属膜をスパッ
タリング法またはＣＶＤ法等により、第２金属膜４の表
面に成膜する。

【００６８】その後、熱処理を行なうことにより、Ａｌ
表面のＴｉ原子をＡｌ膜中に拡散させる。その結果、Ａ
ｌ膜中のＴｉ濃度は、第２金属膜４の最表面から下地層
間絶縁膜１に向かって減少し、Ｔｉ濃度の高い最表面に
おいては高抵抗、Ｔｉ濃度の低い下地層間絶縁膜１側に
おいては低抵抗な層を得ることができる。具体的には、
上述したように第２金属膜４の比抵抗の値ρ＝３．０〜
数十μΩｃｍの間で徐々に変化することになる。

【００６９】図７に示すような形状たとえばコンタクト
ホール６の開孔径０．５μｍ、深さ１．０μｍの条件下
では、最短経路と最長経路とで約２倍の長さの違いがあ
るため、第２金属膜４の比抵抗は、最表面側で６．０μ
Ωｃｍ、下地層間絶縁膜１側において３．０μΩｃｍと
約２倍程度に高くすればよいと考えられる。そのために
は、Ａｌ膜中に、約１．５ｗｔ％のＴｉを拡散させるこ
とによって、上記所望の比抵抗の値を得ることができ
る。

【００７０】次に、図９を参照して、第２金属膜４の上
に層間絶縁膜５を形成する。その後実施の形態１と同様
にして、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて層間絶
縁膜５にコンタクトホール６を反応性イオンエッチング
を用いて開口する。このとき、コンタクトホール６の下
端部は、第１金属膜３の表面に達するまでエッチングさ
れる。

【００７１】その後、実施の形態１における図４に示す
工程と同様の工程を経ることにより、コンタクトホール
６内に下敷き金属膜７および埋込金属層８を形成し、所
定形状の第２金属配線層１０を形成する。これにより、
図７に示す実施の形態２における半導体装置２００を形
成することができる。

【００７２】以上、この実施の形態における半導体装置
およびその製造方法によれば、図２１に示す従来構造に
おいては、Ｃ部で囲まれた領域において、電流（電子）
の局所的な集中が起こる問題があったが、本実施の形態
のように、第２金属膜４に下地層間絶縁膜１から遠ざか
る方向に向けて徐々に比抵抗の値率を大きくすることに
よって、図１０に示すように、コンタクトホール６と第
１金属配線層２Ｂとの界面における電流（電子）を第１
金属配線層２Ｂの膜厚さ方向に分散させることが可能と
なる。その結果、第１金属配線層２Ｂにおける膜厚さ方
向において、電流（電子）の密度を均一化することが可
能となる。これにより、電気的信頼性の改善を図ること
が可能となる。

【００７３】［実施の形態３］以下、実施の形態３にお
ける半導体装置の構造について、図１１を参照して説明
する。なお、図１１は、この実施の形態における半導体
装置３００の構造を示す断面図である。

【００７４】ＳｉＯ₂ などからなる下地層間絶縁膜１の
上に、膜厚さ２１００〜１７０００Åの第１金属配線層
２Ｃが形成されている。第１金属配線層２Ｃの上方に
は、膜厚さ１．０〜２．０μｍのＳｉＯ₂ などからなる
層間絶縁膜５を介在して、膜厚さ２０００〜１５０００
ÅのＡｌ系合金材料などからなる第２金属配線層１０が
形成されている。

【００７５】ここで、第１金属配線層２Ｃは、図１１に
示すように、膜厚さ２０００〜１５０００Å、Ａｌ系合
金材料からなる第１金属膜２ｇと、膜厚さ１００〜２０
００Å、第１金属膜２ｇよりもエレクトロマイグレーシ
ョン耐性に優れたＴｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｃｕの金属材料が
用いられた第２金属膜２ｈとの２層構造を有している。

【００７６】さらに、本実施例の構造によれば、第１金
属配線層２ｃと第２金属配線層１０とを電気的に接続す
るため、層間絶縁膜５に孔径０．２〜１．０μｍのコン
タクトホール６か設けられ、このコンタクトホール６内
に、膜厚さ５００〜１５００Åの下敷き金属膜７および
タングステンなどの高融点金属材料からなる埋込金属膜
８が設けられている。ここで、コンタクトホール６の下
端部は、第２金属膜２ｈの内部に接するように設けられ
ている。

【００７７】次に、上記構造よりなる半導体装置３００
の製造方法について、図１２および図１３を参照して説
明する。なお、図１２および図１３は、図１１に示す半
導体装置３００の断面構造に従った製造工程を示す断面
工程図である。

【００７８】まず、図１２を参照して、下地層間絶縁膜
１の上に、膜厚さ２０００〜１５０００Å、Ａｌ系合金
材料からなる第１金属膜２ｇをＣＶＤ法などを用いて堆
積する。その後、この第１金属膜２ｇの上に、膜厚さ１
００〜２０００Å、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｃｕなどの金属
材料からなる第２金属膜２ｈを堆積する。

【００７９】次に、公知のフォトリソグラフィ技術を用
いて、第１金属膜２ｇおよび第２金属膜２ｈに対して反
応性イオンエッチングを行ない、所定のパターニングを
行ない、第１金属配線層２Ｃを完成させる。

【００８０】次に、図１３を参照して、第１金属配線層
２Ｃを覆うように層間絶縁膜５を堆積する。その後、公
知の技術を用いて、層間絶縁膜５にコンタクトホール６
を開孔する。このとき、コンタクトホール６の下端部
は、第２金属膜２ｈの内部においてエッチングを止めた
構造とする。

【００８１】次に、実施の形態１における図４に示すプ
ロセスと同様のプロセスを経ることにより、図１１に示
す本実施の形態における半導体装置３００を完成するこ
とができる。

【００８２】以上、本実施の形態における半導体装置お
よびその製造方法によれば、第１金属配線層２Ｃにおい
て、エレクトロマイグレーション耐性の強い第２金属膜
２ｈ中において、第２金属配線層１０とのコンタクトを
設けている。その結果、従来コンタクトホールにおいて
接触していた金属層はＡｌ系合金材料であったため、コ
ンタクト部において、ホールが生じやすかったが、本実
施の形態においては、エレクトロマイグレーションに優
れた金属膜を用いているため、接触部における信頼性の
向上を図ることが可能となる。

【００８３】なお、実施の形態１の図６で説明した構造
を実施の形態２または実施の形態３における構造に適用
しても各実施の形態における作用効果を得ることが可能
である。

【００８４】以上、今回開示した実施の形態はすべての
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請
求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味
および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図さ
れる。

【００８５】

【発明の効果】この発明に基づいた半導体装置およびそ
の製造方法の１つの局面によれば、第１金属配線層を、
Ａｌ系合金材料からなる第２金属膜および第４金属膜を
エレクトロマイグレーション耐性に優れた第１金属膜、
第３金属膜および第５金属膜によって挟み込む構造を採
用している。さらに、第１金属配線層と第２金属配線層
との電気的な接続のための配線層の下端部を第１金属膜
の表面としている。

【００８６】これにより、たとえば第４金属膜にボイド
が発生した場合においても、第４金属膜を、エレクトロ
マイグレーション耐性の優れた金属材料つまり、第４金
属膜のＡｌ系合金層よりも易動度の小さい金属材料で形
成した第３金属膜および第５金属膜で挟み込んでいるた
め、ボイドが第３金属膜および第４金属膜に成長するこ
とがない。

【００８７】このため、第１金属配線層の致命的な断線
を未然に防止することが可能となる。その結果、第１金
属配線層と第２金属配線層とのコンタクトホールおよび
配線界面において、致命的な断線に至ることがなく、コ
ンタクトホール部における電気的信頼性の向上を図るこ
とが可能となる。その結果、電気的信頼性の高い半導体
装置およびその製造方法を提供することが可能となる。

【００８８】次に、この発明に基づいた半導体装置およ
びその製造方法の他の局面によれば、第２金属膜を下地
層間絶縁膜から遠ざかる方向に向けて徐々に比抵抗の値
率を大きくすることによって、コンタクトホールと第１
金属配線層との界面における電流（電子）を第１金属配
線層の膜厚さ方向に分散させることが可能となる。

【００８９】その結果、第１金属配線層における膜厚さ
方向において、電流（電子）の密度を均一化することが
可能となる。これにより、電気的信頼性の改善を図るこ
とが可能となる。その結果、電気的信頼性の高い半導体
装置およびその製造方法を提供することが可能となる。

【００９０】次に、この発明に基づいた半導体装置およ
びその製造方法のさらに他の局面においては エレクト
ロマイグレーション耐性の強い第２金属膜中において、
第２金属配線層とのコンタクトを設けている。

【００９１】その結果、従来コンタクトホールにおいて
接触していた金属層はＡｌ系合金材料であったため、コ
ンタクト部において、ホールが生じやすかったが、本発
明においては、エレクトロマイグレーションに優れた金
属膜を用いているため、接触部における信頼性の向上を
図ることが可能となる。その結果、電気的信頼性の高い
半導体装置およびその製造方法を提供することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１における半導体装置１００の構
造を示す断面図である。

【図２】 実施の形態１における半導体装置１００の製
造工程を示す第１断面工程図である。

【図３】 実施の形態１における半導体装置１００の製
造工程を示す第２断面工程図である。

【図４】 実施の形態１における半導体装置１００の製
造工程を示す第３断面工程図である。

【図５】 実施の形態１における半導体装置１００の作
用効果を説明するための模式図である。

【図６】 実施の形態１における半導体装置を他の半導
体装置に適用した場合の構造を示す断面図である。

【図７】 実施の形態２における半導体装置２００の構
造を示す断面図である。

【図８】 実施の形態２における半導体装置の製造工程
を示す第１断面工程図である。

【図９】 実施の形態２における半導体装置の製造工程
を示す第２断面工程図である。

【図１０】 実施の形態２における半導体装置の動作原
理を示す模式図である。

【図１１】 実施の形態３における半導体装置３００の
構造を示す断面図である。

【図１２】 実施の形態３における半導体装置の製造工
程を示す第１断面工程図である。

【図１３】 実施の形態３における半導体装置の製造工
程を示す第２断面工程図である。

【図１４】 従来技術における半導体装置の構造を示す
断面図である。

【図１５】 従来技術における半導体装置の製造工程を
示す第１断面工程図である。

【図１６】 従来技術における半導体装置の製造工程を
示す第２断面工程図である。

【図１７】 従来技術における半導体装置の製造工程を
示す第３断面工程図である。

【図１８】 従来技術における半導体装置の製造工程を
示す第４断面工程図である。

【図１９】 図１４に示す半導体装置の問題点を説明す
るための模式図である。

【図２０】 従来技術における他の実施の形態における
半導体装置の構造を示す断面図である。

【図２１】 図２０に示す従来の半導体装置の問題点を
説明するための模式図である。

【符号の説明】

１ 下地層間絶縁膜、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 第１金属配線
層、２ａ 第１金属膜、２ｂ 第２金属膜、２ｃ 第３
金属膜、２ｄ 第４金属膜、２ｅ 第５金属膜、５ 層
間絶縁膜、７ 下敷き金属膜、８ 埋込金属膜、１０
第２金属配線層、６ コンタクトホール、３ 第１金属
膜、４ 第２金属膜。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下地層間絶縁膜の上に、それぞれ層間絶
   縁膜を介在し、接続配線層によって電気的に接続される
   第１金属配線層および前記第１金属配線層よりも上方に
   形成される第２金属配線層を備え、 前記第１金属配線層は、前記下地層間絶縁膜側に配置さ
   れる第１金属膜と、この第１金属膜の上に形成される第
   ２金属膜と、この第２金属膜の上に形成される前記第１
   金属膜と同じ金属材料かならなる第３金属膜とを含み、 前記第１金属膜および前記第３金属膜は、前記第２金属
   膜よりもエレクトロマイグレーション耐性に優れた金属
   材料であり、 前記接続配線層の下端部は、前記第１金属膜の表面に接
   するように設けられる、半導体装置。
2. 【請求項２】 前記第１金属配線層は、前記第３金属膜
   の上に第２金属膜と同じ金属材料からなる第４金属膜
   と、この第４金属膜の上に前記第１金属膜と同じ金属材
   料からなる第５金属膜とをさらに有する、請求項１に記
   載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記第１金属膜には、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉお
   よびＴｉＮからなるグループから選択された少なくとも
   １つの金属材料が用いられ、 前記第２金属膜には、Ａｌ系合金材料が用いられる、請
   求項１または２に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 下地層間絶縁膜の上に、それぞれ層間絶
   縁膜を介在し、接続配線層によって電気的に接続され
   る、第１金属配線層および前記第１金属配線層よりも上
   方に形成される第２金属配線層を備え、 前記第１金属配線層は、前記下地層間絶縁膜側に形成さ
   れる第１金属膜と、この第１金属膜の上に形成され、前
   記下地層間絶縁膜から離れるに従って徐々に比抵抗の値
   が大きくなる第２金属膜とを含み、 前記接続配線層の下端部は、前記第１金属膜の表面に接
   するように設けられる、半導体装置。
5. 【請求項５】 前記第１金属膜には、Ａｌ系合金材料が
   用いられ、 前記第２金属膜には、高融点金属材料が用いられる、請
   求項４に記載の半導体装置。
6. 【請求項６】 下地層間絶縁膜の上に、それぞれ層間絶
   縁膜を介在し、接続配線層によって電気的に接続され
   る、第１金属配線層および前記第１金属配線層よりも上
   方に形成される第２金属配線層を備え、 前記第１金属配線層は、前記下地層間絶縁膜側に配置さ
   れる第１金属膜と、この第１金属膜の上に形成される前
   記第１金属膜よりもエレクトロマイグレーション耐性に
   優れた第２金属膜とを含み、 前記接続配線層の下端部は、前記第２金属膜の内部に接
   するように設けられる、半導体装置。
7. 【請求項７】 前記第１金属膜には、Ａｌ系合金材料が
   用いられ、 前記第２金属膜にはＣｕ、Ｗ、ＴｉおよびＴｉＮからな
   るグループから選択された少なくとも１つの金属材料が
   用いられる、請求項６に記載の半導体装置。
8. 【請求項８】 下地層間絶縁膜の上に、それぞれ層間絶
   縁膜を介在し、接続配線層によって電気的に接続される
   第１金属配線層および前記第１金属配線層よりも上方に
   形成される第２金属配線層を備えた半導体装置の製造方
   法であって、 前記第１金属配線層を形成する工程と、 前記第１金属配線層の上に層間絶縁膜を形成する工程
   と、 前記層間絶縁膜に、前記第１金属配線層に通ずるコンタ
   クトホールを形成する工程と、 前記コンタクトホール内に、前記第１金属配線層の表面
   に電気的に接続する前記接続配線層を形成する工程と、 前記層間絶縁膜の上に前記接続配線層に電気的に接続す
   る前記第２金属配線層を形成する工程と、を有し、 前記第１金属配線層を形成する工程は、 前記下地層間絶縁膜側に第１金属膜を形成する工程と、 この第１金属膜の上に第２金属膜を形成する工程と、 この第２金属膜の上に前記第１金属膜と同じ金属材料か
   らなる第３金属膜を形成する工程とを含み、 前記コンタクトホールを形成する工程は、前記第１金属
   膜に通ずるように形成され、 前記第１金属膜および前記第３金属膜は、前記第２金属
   膜よりもエレクトロマイグレーション耐性に優れた金属
   材料が用いられる、半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 前記第１金属配線層を形成する工程は、 前記第３金属膜の上に第２金属膜と同じ金属材料からな
   る第４金属膜を形成する工程と、 前記第４金属膜の上に前記第１金属膜と同じ金属材料か
   らなる第５金属膜を形成する工程と、をさらに有する、
   請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 下地層間絶縁膜の上に、それぞれ層間
    絶縁膜を介在し、接続配線層によって電気的に接続され
    る第１金属配線層および前記第１金属配線層よりも上方
    に形成される第２金属配線層を備えた半導体装置の製造
    方法であって、 前記第１金属配線層を形成する工程と、 前記第１金属配線層の上に層間絶縁膜を形成する工程
    と、 前記層間絶縁膜に、前記第１金属配線層に通ずるコンタ
    クトホールを形成する工程と、 前記コンタクトホール内に前記第１金属配線層の表面に
    電気的に接続する前記接続配線層を形成する工程と、 前記層間絶縁膜の上に前記接続配線層に電気的に接続す
    る前記第２金属配線層を形成する工程と、を有し、 前記第１金属配線層を形成する工程は、 前記下地層間絶縁膜側に第１金属膜を形成する工程と、 この第１金属膜の上に、前記下地層間絶縁膜から離れる
    に従って徐々に比抵抗の値が大きくなる第２金属膜を形
    成する工程と、を含み、 前記コンタクトホールを形成する工程は、前記第１金属
    膜に通ずるように形成される、半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記第２金属膜を形成する工程は、 金属膜中へ金属原子を拡散させることにより形成する、
    請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 下地層間絶縁膜の上に、それぞれ層間
    絶縁膜を介在し、接続配線層によって電気的に接続され
    る第１金属配線層および前記第１金属配線層よりも上方
    に形成される第２金属配線層を備えた半導体装置の製造
    方法であって、 前記第１金属配線層を形成する工程と、 前記第１金属配線層の上に層間絶縁膜を形成する工程
    と、 前記第１金属配線層の内部が露出するように前記層間絶
    縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、 前記コンタクトホール内に、前記第１金属配線層の内部
    に電気的に接続する前記接続配線層を形成する工程と、 前記層間絶縁膜の上に前記接続配線層に電気的に接続す
    る前記第２金属配線層を形成する工程とを有し、 前記第１金属配線層を形成する工程は、 前記下地層間絶縁膜側に第１金属膜を形成する工程と、 この第１金属膜の上に、この第１金属膜よりもエレクト
    ロマイグレーション耐性に優れた第２金属膜を形成する
    工程と、を含む、半導体装置の製造方法。