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JP2906815B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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JP2906815B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2906815B2
JP2906815B2 JP7185592A JP7185592A JP2906815B2 JP 2906815 B2 JP2906815 B2 JP 2906815B2 JP 7185592 A JP7185592 A JP 7185592A JP 7185592 A JP7185592 A JP 7185592A JP 2906815 B2 JP2906815 B2 JP 2906815B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に半導体基板に接続する配線がシリコンを含む
アルミニウム合金を主成分とし、その上層に高融点金属
層,あるいは高融点金属間合金層を備えた配線の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高集積化が進むに従い、配
線は細くなり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り断線が発生しやすいという信頼性
上の問題が大きくなってきている。これらの問題を解決
するために、配線の構造はシリコンを含むアルミニウム
合金の単層配線からこのアルミニウム合金と高融点金
属,あるいは高融点金属を含む合金との積層構造の採用
へと変化してきた。
【0003】1層配線を有する半導体装置の1つの例の
断面図である図4を参照すると、上述の技術を用いた1
層配線の半導体装置の配線は、まず、シリコン基板20
1の表面にシリコン酸化膜202を形成し、このシリコ
ン酸化膜202にコンタクトホールを形成した後、全面
にチタニウム203,窒化チタニウム204,アルミニ
ウム・シリコン合金205a,およびチタニウム・タン
グステン合金207aを順次形成し、この4層の積層膜
をパターニングして配線を形成している。
【0004】また、2層配線を有する半導体装置の1つ
の例の断面図である図5を参上すると、上述の技術を用
いた2層配線の半導体装置の配線は、まず、シリコン基
板201の表面にシリコン酸化膜202を形成し、この
シリコン酸化膜202にコンタクトホールを形成した
後、全面にタングステンシリサイド208,およびアル
ミニウム・シリコン合金205aを順次堆積し、この2
層膜をパターニングして第1層の配線を形成する。次
に、全面にプラズマシリコン酸化膜210を堆積した
後、これに上記の第1層配線に至るスルーホールを設
け、全面にチタニウム・タングステン合金207b,ア
ルミニウム・シリコン合金205bを堆積し、この2層
膜をパターニングして第2層の配線を形成する。
【0005】このような従来の配線構造では、ソリッド
・ステイト・テキノロジーの1986年2月号の131
〜136ページ(Solid State Techn
ology,February 1986,pp.13
1〜136)の報告によれば、アルミニウム合金中のシ
リコンは極めて活性なため、その後の熱処理により高融
点金属,あるいは高融点金属間合金と反応してしまい、
アルミニウム合金中のシリコンの濃度が実質的に低下し
てしまう。
【0006】つまり、図4におけるチタニウム・タング
ステン合金207a,および図5におけるチタニウム・
タングステン合金207bがアルミニウムと反応し、ま
ずTiAl3 が形成される。その後、このTiAl3
シリコンが反応し、Ti5 Al7 Si12等が形成され
る。そのため、図4におけるアルミニウム・シリコン合
金205a,および図5におけるアルミニウム・シリコ
ン合金205a並びにアルミニウム・シリコン合金20
5bの中のシリコンが消費され、アルミニウム合金中の
シリコン濃度が低下する。
【0007】特に、図4,および図5におけるアルミニ
ウム・シリコン合金205a中のシリコン濃度が低下し
てしまうと、例え窒化チタニウム204(図4),タン
グステンシリサイド208(図5)等のバリアメタルが
存在しても、450℃以上の熱処理の時点でシリコン基
板201からアルミニウム・シリコン合金205a(
,および図5)中にシリコンが拡散し、シリコン基板
201に形成された接合(図示せず)が破壊されるとい
う問題が起る。
【0008】このような問題を解決するために、高融点
金属,あるいは高融点金属間合金のかわりに、それらの
窒化物層を用いることが行なわれている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の配線
構造では、高融点金属窒化膜,あるいは高融点金属間合
金の窒化膜を用いているために配線の比抵抗が高くな
る。このため、これらとアルミニウム合金とを積層した
配線は、高融点金属,あるいは高融点金属間合金とアル
ミニウム合金とを積層した配線に比べて、耐エレクトロ
マイグレーション性や耐ストレスマイグレーション性が
劣るという問題がある。
【0010】また、高融点金属窒化膜,あるいは高融点
金属間合金の窒化膜の上に選択CVD法により金属層を
形成しようとしても、これら窒化膜では電子供与性が低
いため、選択成長が困難であるという問題点を有してい
る。例えば、図6に示すように、シリコン基板201上
のシリコン酸化膜202上に窒化チタニウム・タングス
テン206を形成し、この窒化チタニウム・タングステ
ン206上に選択CVD法によりタングステン213を
成長させても、図示したようにタングステン213の表
面形状は非常に凹凸が激しく、製品に適用することは不
可能である。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、シリコン基板に接続する配線がシリコンを含
むアルミニウム合金を主成分とする半導体装置の配線の
製造方法において、導電性バリア層を形成し、シリコン
を含むアルミニウム合金を形成し、シリコンを含むアル
ミニウム合金の上層に、高融点金属窒化膜を介して高融
点金属層あるいは高融点金属間合金の窒化膜を介して
高融点金属間合金層を形成する工程と、これらからなる
積層導電体膜をパターニングする工程とを有している。
【0012】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0013】1層の配線からなる半導体装置の断面図で
ある図1を参照すると、本発明の第1の実施例は、シリ
コン基板101の表面にシリコン酸化膜102を形成
し、このシリコン酸化膜102にコンタクトホールを形
成した後、全面にチタニウム103,窒化チタニウム1
04,アルミニウム・シリコン合金105a,窒化チタ
ニウム・タングステン合金106a,およびチタニウム
・タングステン合金107aを順次堆積し、この5層膜
をパターニングして第1層の配線を形成する。
【0014】チタニウム103の膜厚は10〜1000
nmであり、これは配線のコンタクト抵抗を下げるため
に設けてある。窒化チタニウム104の膜厚は50〜2
00nmであり、これはシリコンとアルミニウムとの相
互拡散を防止するバリアメタルとして機能する。アルミ
ニウム・シリコン合金105aの膜厚は400〜150
0nmであり、これは主たる配線材料となる。チタニウ
ム・タングステン合金107aの膜厚は50〜200n
mであり、これは耐ストレスマイグレーション性の向上
に寄与する。窒化チタニウム・タングステン合金106
aの膜厚は30〜100nmである。この窒化チタニウ
ム・タングステン合金106aの存在により、アルミニ
ウム・シリコン合金105aがチタニウム・タングステ
ン合金107aと反応してアルミニウム中のシリコンの
濃度が低下するという現象の発生を抑制し、熱処理によ
る接合の破壊は起らなくなる。
【0015】
【0016】
【0017】2層配線を有する別の半導体装置の断面図
である図2を参照すると、本発明の第2の実施例は、第
1層の配線がタングステンシリサイド108,アルミニ
ウム・シリコン合金105a,窒化タングステン11
1,およびタングステン112から形成される。タング
ステン112はスパッタリングにより形成される。窒化
タングステン111,およびタングステン112の膜厚
は、上記第1の実施例における窒化チタニウム・タング
ステン合金106a,およびチタニウム・タングステン
合金107aの膜厚と同程度である。全面にプラズマシ
リコン酸化膜110を堆積した後、これに上記の第1層
配線に至るスルーホールを設ける。次に、選択的なLP
CVD法によるタングステン113の成長を行ない、こ
のスルーホールを埋設する。続いて、アルミニウム・シ
リコン合金105bにより、第2層の配線が形成され
る。
【0018】本実施例においては、窒化タングステン1
11がアルミニウム・シリコン合金105a中のシリコ
ンとタングステン112,113との反応を阻止する。
また本実施例では、図3に示すように、選択成長による
タングステン113の下地はスパッタリングによるタン
グステン111であるため、電子供与性は高く、選択性
の良好な表面の凹凸が少ないタングステン113を得る
ことができる。
【0019】
【0020】
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体基
板に接続する第1層の配線がシリコンを含むアルミニウ
ム合金を主成分としており、この上層に高融点金属層,
あるいは高融点金属間合金層を形成するに先だって、高
融点金属窒化膜,あるいは高融点金属間合金の窒化膜を
形成するため、第1層の配線を構成するシリコンを含む
アルミニウム合金中のシリコンとこの上層の高融点金
属,あるいは高融点金属間合金との間の反応を阻止する
ことが可能になり、シリコン基板に形成された接合の破
壊を防止することができる。
【0022】また、積層構造を有する第1層の配線の最
上層が高融点金属,あるいは高融点金属間合金で形成さ
れるため、例えば第2層との間のスルーホール,あるい
は第2層を構成するための金属膜の選択成長が容易にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための断面図
である。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための断面図
である。
【図3】本発明の第2の実施例の効果を説明するための
断面図である。
【図4】従来の1層の配線を有する半導体装置の製造方
法を説明するための断面図である。
【図5】従来の2層の配線を有する半導体装置の製造方
法を説明するための断面図である。
【図6】従来の半導体装置の製造方法の問題点を説明す
るための断面図である。
【符号の説明】
101,201 シリコン基板 102,202 シリコン酸化膜 103,203 チタニウム 104,204 窒化チタニウム 105a,105b,205a,205b アルミニ
ウム・シリコン合金 106a206 窒化チタニウム・タングステン 107a207a,207b チタニウム・タング
ステン 108,208 タングステンシリサイド 110,210 プラズマシリコン酸化膜 111 窒化タングステン 112,113,213 タングステン

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板の表面を覆う絶縁膜に設け
    られたコンタクトホールを介して該シリコン基板に接続
    する配線がシリコンを含むアルミニウム合金を主成分と
    する半導体装置の配線の製造方法において、前記シリコン基板の表面に前記絶縁膜を形成し、該絶縁
    膜に前記コンタクトホールを形成する工程と、 全面に導電性バリア層,前記シリコンを含むアルミニウ
    ム合金,高融点金属窒化膜および高融点金属層を順次形
    成し、該高融点金属層,該高融点金属窒化膜,該シリコ
    ンを含むアルミニウム合金膜および該導電性バリア層を
    順次パターニングして、前記配線を形成する工程と を有
    することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記配線の上面の一部に、選択的に金属
    層を形成する工程を有する請求項1記載の半導体装置の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 シリコン基板の表面を覆う絶縁膜に設け
    られたコンタクトホールを介して該シリコン基板に接続
    する配線がシリコンを含むアルミニウム合金を主成分と
    する半導体装置の配線の製造方法において、前記シリコン基板の表面に前記絶縁膜を形成し、該絶縁
    膜に前記コンタクトホールを形成する工程と、 全面に導電性バリア層,前記シリコンを含むアルミニウ
    ム合金,高融点金属間合金の窒化膜および高融点金属間
    合金層を順次形成し、該高融点金属間合金層,該高融点
    金属間合金の窒化膜,該シリコンを含むアルミニウム合
    金膜および該導電性バリア層を順次パターニングして、
    前記配線を形成する工程と を有することを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記配線の上面の一部に、選択的に金属
    層を形成する工程を有する請求項3記載の半導体装置の
    製造方法。
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