JP2000114370A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JP2000114370A
JP2000114370A JP10284058A JP28405898A JP2000114370A JP 2000114370 A JP2000114370 A JP 2000114370A JP 10284058 A JP10284058 A JP 10284058A JP 28405898 A JP28405898 A JP 28405898A JP 2000114370 A JP2000114370 A JP 2000114370A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum alloy
metal layer
semiconductor device
wiring
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10284058A
Other languages
English (en)
Inventor
Eiichi Umemura
栄一 梅村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP10284058A priority Critical patent/JP2000114370A/ja
Priority to US09/225,351 priority patent/US7215029B1/en
Publication of JP2000114370A publication Critical patent/JP2000114370A/ja
Priority to US09/961,069 priority patent/US6690092B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204Conductive materials
    • H01L23/53209Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53214Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being aluminium
    • H01L23/53223Additional layers associated with aluminium layers, e.g. adhesion, barrier, cladding layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/32051Deposition of metallic or metal-silicide layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • H01L21/76847Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric the layer being positioned within the main fill metal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76886Modifying permanently or temporarily the pattern or the conductivity of conductive members, e.g. formation of alloys, reduction of contact resistances
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204Conductive materials
    • H01L23/53209Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53214Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being aluminium
    • H01L23/53219Aluminium alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204Conductive materials
    • H01L23/53209Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53228Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being copper
    • H01L23/53238Additional layers associated with copper layers, e.g. adhesion, barrier, cladding layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビアホールによって下層配線と電気的に接続
される上層配線のエレクトロマイグレーション寿命を長
くさせた信頼性の高い半導体装置を得る。 【構成】 多層配線構造を有する半導体装置における上
層配線4を、下層配線2上に形成された高融点金属膜5
と300℃以下で成膜されたアルミニウム合金膜6、高
融点金属膜7と300℃を超える温度で成膜したアルミ
ニウム合金膜8とを準じ積層した構造としたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に係わ
り、特に、上層配線と下層配線間をビアホール等を用い
て接続する多層配線構造における信頼性向上に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、平坦化技術が必須となっている多
層配線構造の半導体プロセスでは、コンタクトホールや
ビアホール(via hole)の埋込みを実現するために、ア
ルミニウムの高温成膜技術や例えばタングステン(W)
のような高融点金属埋込み技術が採用されている。アル
ミニウムの高温成膜技術は、下層配線上に形成した層間
絶縁膜にビアホールを形成後、アルミニウムとの流動性
を増すための反応層として、例えばチタン(Ti)を成
膜し、続いて、高温でアルミニウムを主成分とするアル
ミニウム合金を成膜するというものである。また、高融
点金属埋込み技術は、下層配線上に形成した層間絶縁膜
にビアホールを形成後、高融点金属Wの密着層として例
えばチタンナイトライド(TiN)を成膜し、続いて、
CVD法等によりWを成膜する。その後、エッチバック
法等によりビアホール内のみにタングステンを残し、ア
ルミニウム合金を成膜するというものである。アルミニ
ウム合金と埋込みタングステンにおけるエレクトロマイ
グレーションについては、例えば、論文:「Electromig
ration in two-level interconnect structures withAl
alloy lines and W studs(1992 American Institute
of Physics. VOL. 72. NO. 1, July 1992)」等に紹介
されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来構
造におけるエレクトロマイグレーションは、高電位側の
配線が律速する。下層配線が負極、上層配線が正極にバ
イアスされる場合、電子は下層配線からビアホールを通
り上層配線へ移動する。この結果、アルミニウム原子の
移動開始箇所がビアホールに限られ、高電位側である上
層配線端部のアルミニウムが消失し、空隙(ボイド)が
発生してしまう。この現象は、高融点金属埋込み構造の
ように上層配線と下層配線との間でアルミニウム原子の
移動がない構造でも生じるが、高融点金属埋込み構造で
は顕著であり、エレクトロマイグレーション寿命は極端
に短くなる。
【0004】また、多層配線構造においてアルミニウム
合金からなる上層配線をアルミニウムに流動性を持たせ
ることができる温度以上の高温で成膜した場合、アルミ
ニウム原子の後退はさらに顕著である。したがて、この
ような場合、エレクトロマイグレーション寿命はさらに
に短くなり、配線に許容される電流密度もより小さくな
ってしまう。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、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ける上層配線を、下層配線上に形成
されたアルミニウム合金からなる第1の金属層と、前記
第1の金属層上に形成され、該第1の金属層より高温で
成膜されたアルニウム合金からなる第2の金属層とから
構成したものである。
【0006】また、他の発明は、多層配線構造を有する
半導体装置を、ビアホールによって下層配線と電気的に
接続されるアルミニウム合金からなる上層配線の該ビア
ホール端部から延在方向へ所定距離だけ離間した部分に
該アルミニウム合金とは異なる金属からなる金属領域を
形成したものである。
【0007】
【発明の実施の形態】第1の実施形態 図1は、本発明の第1の実施形態を示す説明図である。
半導体基板1上に形成された下層配線2と上層配線4
は、ビアホール3を介して電気的に接続されている。下
層配線2は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム
合金と高融点金属との積層膜、高融点金属のみの単層膜
あるいはその積層膜からなる。上層配線4は、高融点金
属膜5とアルミニウム合金膜6、高融点金属膜7とアル
ミニウム合金膜8を準じ積層した構造からなる。アルミ
ニウム合金膜6は、300℃以下で成膜され、一方、ア
ルミニウム合金膜8はアルミニウムに流動性を持たせる
ことができる温度である300℃より高い温度で成膜さ
れている。これら金属膜の製法としては、スパッタリン
グ、CVD、メッキ等が用いられる。
【0008】次に、図1のような多層配線構造における
エレクトロマイグレーションによるアルミニウムの消失
について説明する。図2、図3、図4は、それぞれ、エ
レクトロマイグレーションの進行状態を示す説明図であ
る。図2は、エレクトロマイグレーション初期状態をあ
らわす説明図である。下層配線2が低電位、上層配線4
が高電位に印加された場合、エレクトロマイグレーショ
ンを引き起こす電子は下層配線2からビアホール3を介
して上層配線4へ流れる。電流は、主としてアルミニウ
ム合金膜6、8に分流される。このとき、アルミニウム
合金膜6、8の膜厚がほぼ等しければ、電流はそれぞれ
に対してほぼ等しく分流される。
【0009】図3は、エレクトロマイグレーション中期
の状態をあらわす説明図である。エレクトロマイグレー
ションの進行により、まずアルミニウム合金膜8の端部
においてアルミニウムの消失が始まり、ボイド9が形成
される。図4は、さらにエレクトロマイグレーションが
進行した状態を示している。ここでは、アルミニウム合
金膜8に遅れてアルミニウム合金膜6の端部においても
アルミニウムの消失が始まり、ボイド10が形成され
る。このとき、ボイド9はさらに成長している。
【0010】このように本発明の第1の実施形態によれ
ば、上層配線4をエレクトロマイグレーションによるア
ルミニウム消失速度が異なるアルミニウム合金膜6、8
による積層構造にしたことにより、上層配線4における
アルミニウム消失時間が増加する。これにより、エレク
トロマイグレーション寿命を延ばすことが可能となる。
【0011】第2の実施形態 図5は、本発明の第2の実施形態を示す説明図である。
半導体基板11上に形成された下層配線12と上層配線
14は、ビアホール13を介して電気的に接続されてい
る。下層配線12は、アルミニウムを主成分とするアル
ミニウム合金と高融点金属との積層膜、高融点金属のみ
の単層膜あるいはその積層膜からなる。上層配線14
は、高融点金属膜15とアルミニウム合金膜に比べて低
い抵抗を持つ金属膜(本実施形態では銅膜)16、高融
点金属膜17とアルミニウム合金膜18を準じ積層した
構造からなる。ここで、銅膜16を選択した他の理由と
しては、銅膜はアルミニウム合金膜に比べてエレクトロ
マイグレーション耐性が優れていることも挙げられる。
アルミニウム合金膜18はアルミニウムに流動性を持た
せることができる温度である300℃より高い温度で成
膜されている。これら金属膜の製法としては、スパッタ
リング、CVD、メッキ等が用いられる。
【0012】次に、図5のような多層配線構造における
エレクトロマイグレーションによるアルミニウムの消失
について説明する。なお、図示しないが、エレクトロマ
イグレーションの進行状態は、銅膜16とアルミニウム
合金膜18に分流される電流量が異なる点を除いて、第
1の実施形態と同じである。下層配線12が低電位、上
層配線14が高電位に印加された場合、エレクトロマイ
グレーションを引き起こす電子は下層配線12からビア
ホール13を介して上層配線14へ流れる。電流は、主
として銅膜16とアルミニウム合金膜18とに分流され
る。このとき、銅膜16とアルミニウム合金膜18の膜
厚がほぼ等しければ、電流は銅膜16の方へ多く流れ
る。これは、銅膜16とアルミニウム合金膜18の抵抗
を比べた場合、銅膜16の方が抵抗が低いためである。
【0013】エレクトロマイグレーションの進行によ
り、まずアルミニウム合金膜18の端部においてアルミ
ニウムの消失が始まり、図示しないボイドが形成され
る。さらにエレクトロマイグレーションが進行すると、
アルミニウム合金膜18に遅れて銅膜6の端部において
銅の消失が始まり、図示しないボイドが形成される。こ
のとき、アルミニウム合金膜16に形成されたボイドは
さらに成長している。
【0014】先にも説明したように、電流は、主として
銅膜16とアルミニウム合金膜18とに分流される。そ
して、その分流比は、両者の抵抗と膜厚で決定される。
アルミニウム合金膜18より抵抗の低い銅膜16の膜厚
をアルミニウム合金膜18以上に厚くした場合、銅膜1
6に流れる電流はさらに多くなる。これにより、アルミ
ニウム合金膜18の電流密度が減少するため、エレクト
ロマイグレーションによるアルミニウムの消失時間をさ
らに増加させることが可能となる。
【0015】このように本発明の第2の実施形態によれ
ば、上層配線14をアルミニウム合金膜とは抵抗の異な
る材料からなる金属膜16とアルミニウム合金膜18と
による積層構造にしたことにより、上層配線14におけ
るアルミニウム消失時間が増加する。また、上層配線1
4を構成するアルミニウム合金膜18以外の金属膜の材
料や膜厚等を適宜選択することにより、エレクトロマイ
グレーションによるアルミニウムの消失時間を制御する
ことも可能となる。これにより、エレクトロマイグレー
ション寿命を延ばすことが可能となる。
【0016】第3の実施形態 図6は、本発明の第3の実施形態を示す説明図である。
半導体基板21上に形成された下層配線22と上層配線
24は、ビアホール23を介して電気的に接続されてい
る。下層配線22は、アルミニウムを主成分とするアル
ミニウム合金と高融点金属との積層膜、高融点金属のみ
の単層膜あるいはその積層膜からなる。上層配線24
は、高融点金属膜25とアルミニウム合金膜26、高融
点金属膜27とアルミニウム合金膜28を準じ積層した
構造からなる。アルミニウム合金膜26は、300℃以
下で成膜され、一方、アルミニウム合金膜28はアルミ
ニウムに流動性を持たせることができる温度である30
0℃より高い温度で成膜されている。ここまでの構造
は、第1の実施形態と同一である。
【0017】本実施形態では、アルミニウム合金膜28
のビアホール23の端部から上層配線24の延在方向へ
所定距離だけ離間した部分に、アルミニウム合金より抵
抗の低い金属領域31を形成している。アルミニウム合
金より抵抗の低い金属領域31は、例えば、銅領域31
であり、ビアホール23の端部から50μm以内に形成
される。これら金属膜や金属領域の製法としては、スパ
ッタリング、CVD、メッキ等が用いられる。
【0018】アルミニウム合金からなる配線の場合、エ
レクトロマイグレーションによりアルミニウム原子が移
動するとアルミニウム原子の密度差が生じる。粗の部分
ではボイドが成長し、密の部分ではストレスが増大す
る。さらに、密の部分では、ストレスを緩和しようとす
る力(エレクトロマイグレーションによるアルミニウム
原子の移動の力と逆方向の力)が生じる。これはバック
フロー現象と呼ばれ、この力とアルミニウム原子の移動
の力とが釣り合った状態になるとボイドの成長が止ま
る。アルミニウム合金の場合、このバックフロー現象を
生じさせ、ボイドの成長を止めるためには、ビアホール
端部から50μm以内にアルミニウム原子の移動を阻止
する金属領域を形成するのが好ましい。
【0019】次に、図6のような多層配線構造における
エレクトロマイグレーションによるアルミニウムの消失
について説明する。図7、図8、図9は、それぞれ、エ
レクトロマイグレーションの進行状態を示す説明図であ
る。図7は、エレクトロマイグレーション初期状態をあ
らわす説明図である。下層配線22が低電位、上層配線
24が高電位に印加された場合、エレクトロマイグレー
ションを引き起こす電子は下層配線22からビアホール
23を介して上層配線24へ流れる。電流は、主として
アルミニウム合金膜26、28に分流される。このと
き、アルミニウム合金膜26、28の膜厚がほぼ等しけ
れば、電流はそれぞれに対してほぼ等しく分流される。
【0020】図8は、エレクトロマイグレーション中期
の状態をあらわす説明図である。エレクトロマイグレー
ションの進行により、まずアルミニウム合金膜28にお
いてアルミニウム原子が移動しようとする。しかし、X
の部分では銅領域31によりアルミニウム原子の移動は
阻止され、Yの部分でアルミニウムの消失が始まり、銅
領域31の横よりアルミニウムの消失が始まりボイド2
9が形成される。図9は、さらにエレクトロマイグレー
ションが進行した状態を示している。ここでは、アルミ
ニウム合金膜28に遅れてアルミニウム合金膜26の端
部においてアルミニウムの消失が始まり、ボイド30が
形成される。このとき、ボイド29はさらに成長してい
る。
【0021】このように本発明の第3の実施形態によれ
ば、上層配線24のアルミニウム合金膜28にアルミニ
ウム原子の移動を阻止する金属領域31を設けたことに
より、上層配線24におけるアルミニウム消失時間が増
加する。これにより、エレクトロマイグレーション寿命
を延ばすことが可能となる。
【0022】図10は、本発明の第3の実施形態の他の
例である。詳細な説明は省略するが、上層配線24を構
成するアルミニウム合金膜26をアルミニウム合金膜に
比べて低い抵抗を持つ金属膜(例えば、銅膜)32とし
た構造においても同様な効果が期待できる。
【0023】第4の実施形態 図11は、本発明の第4の実施形態を示す説明図であ
る。半導体基板41上に形成された下層配線42と上層
配線44は、ビアホール43を介して電気的に接続され
ている。下層配線42は、アルミニウムを主成分とする
アルミニウム合金と高融点金属との積層膜、高融点金属
のみの単層膜あるいはその積層膜からなる。上層配線4
4は、高融点金属膜45とアルミニウム合金膜46を積
層した構造からなる。アルミニウム合金膜46はアルミ
ニウムに流動性を持たせることができる温度である30
0℃より高い温度で成膜されている。アルミニウム合金
膜46には、アルミニウム合金より抵抗の低い金属領域
47が複数個形成されている。アルミニウム合金より抵
抗の低い金属領域47は、例えば、銅領域47であり、
ビアホール43の端部から50μm以内に、また、その
間隔も50μm以内に設けられている。これら金属膜や
金属領域の製法としては、スパッタリング、CVD、メ
ッキ等が用いられる。
【0024】次に、エレクトロマイグレーションによる
アルミニウムの消失について説明する。図12は、エレ
クトロマイグレーションの進行状態を示す説明図であ
る。下層配線42が低電位、上層配線44が高電位に印
加された場合、エレクトロマイグレーションを引き起こ
す電子は下層配線42からビアホール43を介して上層
配線44へ流れる。エレクトロマイグレーションの進行
により、アルミニウム合金膜46においてアルミニウム
原子が移動しようとする。しかし、バックフロー現象を
生じさせ、ボイドの成長を止める領域に設けた銅領域4
7によりアルミニウム原子の移動は阻止される。この結
果、エレクトロマイグレーションによるボイドは発生し
ない。したがって、エレクトロマイグレーション寿命が
さらに長くなることが期待できる。
【0025】図13は、本発明の第4の実施形態の他の
例である。上層配線54は、下層配線42上に高融点金
属膜55とアルミニウム合金膜56、高融点金属膜57
とアルミニウム合金膜58を準じ積層した構造からな
る。アルミニウム合金膜56は、300℃以下で成膜さ
れ、一方、アルミニウム合金膜58はアルミニウムに流
動性を持たせることができる温度である300℃より高
い温度で成膜されている。上層配線54には、アルミニ
ウム合金膜56、高融点金属膜57およびアルミニウム
合金膜58を貫通するアルミニウム合金より抵抗の低い
金属領域47が複数個形成されている。アルミニウム合
金より抵抗の低い金属領域47は、例えば、銅領域47
であり、ビアホール43の端部から50μm以内に、ま
た、その間隔も50μm以内に設けられている。このよ
うな例においても同様の効果を期待できる。
【0026】図14は、本発明の第4の実施形態の他の
例である。詳細な説明は省略するが、図13の上層配線
54を構成するアルミニウム合金膜56をアルミニウム
合金膜に比べて低い抵抗を持つ金属膜(例えば、銅膜)
59とした構造においても同様な効果が期待できる。こ
の場合、金属領域47は銅以外の金属材料から形成され
る。
【0027】第5の実施形態 図15は、本発明の第5の実施形態を示す説明図であ
る。半導体基板61上に形成された下層配線62と上層
配線64は、ビアホール63を介して電気的に接続され
ている。上層配線64は、下層配線62上に高融点金属
膜65とアルミニウム合金膜66、高融点金属膜67と
アルミニウム合金膜68を準じ積層した構造からなる。
アルミニウム合金膜66は、300℃以下で成膜され、
一方、アルミニウム合金膜68はアルミニウムに流動性
を持たせることができる温度である300℃より高い温
度で成膜されている。上層配線64には、アルミニウム
合金膜68を貫通するアルミニウム合金より抵抗の低い
金属領域70が複数個形成されている。アルミニウム合
金より抵抗の低い金属領域70は、例えば、銅領域70
であり、ビアホール63の端部から50μm以内に、ま
た、その間隔も50μm以内に設けられている。
【0028】他の実施形態と同様、下層配線62が低電
位、上層配線64が高電位に印加された場合、エレクト
ロマイグレーションを引き起こす電子は下層配線62か
らビアホール63を介して上層配線64へ流れる。そし
て、エレクトロマイグレーションの進行により、まずア
ルミニウム合金膜68においてアルミニウム原子が移動
しようとする。しかし、銅領域31によりアルミニウム
原子の移動は阻止される。。さらにエレクトロマイグレ
ーションが進行すると、アルミニウム合金膜68に遅れ
てアルミニウム合金膜66の端部においてアルミニウム
の消失が始まり、図示しない30が形成される。このよ
うな構造においても、エレクトロマイグレーション寿命
が長くなることが期待できる。
【0029】図16は、本発明の第5の実施形態の他の
例である。詳細な説明は省略するが、図15の上層配線
64を構成するアルミニウム合金膜66をアルミニウム
合金膜に比べて低い抵抗を持つ金属膜(例えば、銅膜)
69とした構造においても同様な効果が期待できる。
【0030】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の半
導体装置によれば、上層配線をエレクトロマイグレーシ
ョンによるアルミニウム消失速度が異なる金属膜による
積層構造にしたことにより、また、上層配線にアルミニ
ウム原子の移動を阻止する金属領域を設けることによ
り、エレクトロマイグレーション寿命を延ばすことが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す説明図である。
【図2】本発明の第1の実施形態のエレクトロマイグレ
ーション初期状態をあらわす説明図である。
【図3】本発明の第1の実施形態のエレクトロマイグレ
ーション中期状態をあらわす説明図である。
【図4】本発明の第1の実施形態のエレクトロマイグレ
ーションがさらに進行した状態をあらわす説明図であ
る。
【図5】本発明の第2の実施形態を示す説明図である。
【図6】本発明の第3の実施形態を示す説明図である。
【図7】本発明の第3の実施形態のエレクトロマイグレ
ーション初期状態をあらわす説明図である。
【図8】本発明の第3の実施形態のエレクトロマイグレ
ーション中期状態をあらわす説明図である。
【図9】本発明の第3の実施形態のエレクトロマイグレ
ーションがさらに進行した状態をあらわす説明図であ
る。
【図10】本発明の第3の実施形態の他の例を示す説明
図である。
【図11】本発明の第4の実施形態を示す説明図であ
る。
【図12】本発明の第4の実施形態のエレクトロマイグ
レーションの進行状態をあらわす説明図である。
【図13】本発明の第4の実施形態の他の例を示す説明
図である。
【図14】本発明の第4の実施形態の他の例を示す説明
図である。
【図15】本発明の第5の実施形態を示す説明図であ
る。
【図16】本発明の第5の実施形態の他の例を示す説明
図である。
【符号の説明】
1、11、21、41、61 半導体基板 2、12、22、42、62 下層配線 3、13、23、43、63 ビアホール 4、14、24、44、54、64 上層配線 6、26、56、66 アルミニウ
ム合金膜 8、18、28、46、58、68 アルミニウ
ム合金膜 16、32、59、69 銅膜 31、47、70 銅領域

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多層配線構造を有する半導体装置におい
    て、 上層配線を、 下層配線上に形成されたアルミニウム合金からなる第1
    の金属層と、 前記第1の金属層上に形成され、該第1の金属層より高
    温で成膜されたアルミニウム合金からなる第2の金属層
    とから構成したことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の金属層を成膜する温度はアル
    ミニウムに流動性を持たせることができる温度であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 アルミニウムに流動性を持たせることが
    できる温度は300℃より高い温度であることを特徴と
    する請求項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の金属層を前記第2の金属層よ
    り低抵抗の金属材料で形成したことを特徴とする請求項
    1記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記第1の金属層の膜厚は前記第2の金
    属層の膜厚と実質的に同一もしくはそれ以上であること
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記第1のアルミニウム合金層は前記下
    層配線層上に第1の高融点金属層を介して形成され、前
    記第2のアルミニウム合金層は前記第1のアルミニウム
    合金層上に第2の高融点金属層を介して形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 多層配線構造を有する半導体装置におい
    て、 ビアホールによって下層配線と電気的に接続される上層
    配線を、 前記下層配線上に形成されたアルミニウム合金からなる
    第1の金属層と、 前記第1の金属層上に形成され、該第1の金属層より高
    温で成膜されたアルミニウム合金からなる第2の金属層
    とから構成するとともに、 前記第2の金属層の前記ビアホール端部から延在方向へ
    所定距離だけ離間した部分に前記アルミニウム合金とは
    異なる第3の金属領域を形成したことを特徴とする半導
    体装置。
  8. 【請求項8】 前記所定距離は、50μm以下であるこ
    とを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
  9. 【請求項9】 前記第1の金属層を前記第2の金属層よ
    り低抵抗の金属材料で形成したことを特徴とする請求項
    7記載の半導体装置。
  10. 【請求項10】 前記第3の金属層領域は、前記第2の
    金属層の延在方向に所定間隔で複数個形成されることを
    特徴とする請求項7および9記載の半導体装置。
  11. 【請求項11】 前記所定間隔は、50μm以下である
    ことを特徴とする請求項10記載の半導体装置。
  12. 【請求項12】 前記第2の金属層を成膜する温度はア
    ルミニウムに流動性を持たせることができる温度である
    ことを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
  13. 【請求項13】 アルミニウムに流動性を持たせること
    ができる温度は300℃より高い温度であることを特徴
    とする請求項12記載の半導体装置。
  14. 【請求項14】 前記第1の金属層の膜厚は前記第2の
    金属層の膜厚と実質的に同一もしくはそれ以上であるこ
    とを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
  15. 【請求項15】 前記第1の金属層は前記下層配線層上
    に第1の高融点金属層を介して形成され、前記第2の金
    属層は前記第1の金属層上に第2の高融点金属層を介し
    て形成されていることを特徴とする請求項7記載の半導
    体装置。
  16. 【請求項16】 多層配線構造を有する半導体装置にお
    いて、 ビアホールによって下層配線と電気的に接続されるアル
    ミニウム合金からなる上層配線の該ビアホール端部から
    延在方向へ所定距離だけ離間した部分に該アルミニウム
    合金とは異なる金属からなる金属領域を形成したことを
    特徴とする半導体装置。
  17. 【請求項17】 前記所定距離は、50μm以下である
    ことを特徴とする請求項16記載の半導体装置。
  18. 【請求項18】 前記金属層領域は、前記上層配線の延
    在方向に所定間隔で複数個形成されることを特徴とする
    請求項16記載の半導体装置。
  19. 【請求項19】 前記所定間隔は、50μm以下である
    ことを特徴とする請求項18記載の半導体装置。
  20. 【請求項20】 多層配線構造を有する半導体装置にお
    いて、 ビアホールによって下層配線と電気的に接続される上層
    配線を、 前記下層配線上に形成されたアルニウム合金からなる第
    1の金属層と、 前記第1の金属層上に形成され、該第1の金属層より高
    温で成膜されたアルミニウム合金からなる第2の金属層
    とから構成するとともに、 前記上層配線の該ビアホール端部から延在方向へ所定距
    離だけ離間した部分に前記アルミニウム合金とは異なる
    金属からなる第3の金属領域を形成したことを特徴とす
    る半導体装置。
JP10284058A 1998-10-06 1998-10-06 半導体装置 Pending JP2000114370A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10284058A JP2000114370A (ja) 1998-10-06 1998-10-06 半導体装置
US09/225,351 US7215029B1 (en) 1998-10-06 1999-01-05 Multilayer interconnection structure of a semiconductor
US09/961,069 US6690092B2 (en) 1998-10-06 2001-09-24 Multilayer interconnection structure of a semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10284058A JP2000114370A (ja) 1998-10-06 1998-10-06 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000114370A true JP2000114370A (ja) 2000-04-21

Family

ID=17673753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10284058A Pending JP2000114370A (ja) 1998-10-06 1998-10-06 半導体装置

Country Status (2)

Country Link
US (2) US7215029B1 (ja)
JP (1) JP2000114370A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011119587A (ja) * 2009-12-07 2011-06-16 Oki Semiconductor Co Ltd 半導体素子の製造方法及び半導体素子

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6977435B2 (en) * 2003-09-09 2005-12-20 Intel Corporation Thick metal layer integrated process flow to improve power delivery and mechanical buffering
WO2005024912A2 (en) * 2003-09-09 2005-03-17 Intel Corporation Methods of processing thick ild layers using spray coating or lamination for c4 wafer level thick metal integrated flow
US8438519B2 (en) * 2008-03-04 2013-05-07 Texas Instruments Incorporated Via-node-based electromigration rule-check methodology
US8304863B2 (en) * 2010-02-09 2012-11-06 International Business Machines Corporation Electromigration immune through-substrate vias
JP6577899B2 (ja) * 2016-03-31 2019-09-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69225082T2 (de) * 1991-02-12 1998-08-20 Matsushita Electronics Corp Halbleiter-Vorrichtung mit Verdrahtung der verbesserten Zuverlässigkeit und Verfahren zu ihner Herstellung
JPH05152445A (ja) * 1991-11-29 1993-06-18 Fujitsu Ltd 多層配線およびその形成方法
US5635763A (en) * 1993-03-22 1997-06-03 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor device having cap-metal layer
JPH0955425A (ja) * 1995-08-10 1997-02-25 Mitsubishi Electric Corp 多層Al配線構造を有する半導体装置およびその製造方法
JPH09219381A (ja) * 1996-02-08 1997-08-19 Sony Corp 半導体装置及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011119587A (ja) * 2009-12-07 2011-06-16 Oki Semiconductor Co Ltd 半導体素子の製造方法及び半導体素子

Also Published As

Publication number Publication date
US6690092B2 (en) 2004-02-10
US7215029B1 (en) 2007-05-08
US20020014698A1 (en) 2002-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6127657A (ja) 配線構造体およびその製造方法
WO2005119750A1 (ja) 半導体装置及びその製造方法
US6331484B1 (en) Titanium-tantalum barrier layer film and method for forming the same
US6465376B2 (en) Method and structure for improving electromigration of chip interconnects
JP2003068848A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPH0917785A (ja) 半導体装置のアルミニウム系金属配線
KR20000012027A (ko) 반도체장치의제조방법
JP2000114370A (ja) 半導体装置
KR100896159B1 (ko) 반도체 장치 및 그 제조 방법
JP2000294639A (ja) 半導体装置
CN1360346B (zh) 电子结构及其形成方法
JP5334434B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP3635483B2 (ja) 集積回路装置
JPH0418760A (ja) 半導体装置
JP3269490B2 (ja) 半導体集積回路装置およびその製造方法
JPH05206134A (ja) 半導体装置とその製造方法
JP2000323477A (ja) 半導体装置の配線構造
JPH0232544A (ja) 半導体集積回路
JPH11317408A (ja) 配線構造
KR100591136B1 (ko) 반도체 소자 및 그 제조 방법
JPH05243229A (ja) 半導体集積回路装置
JPH11154676A (ja) 金属配線およびその形成方法
JPH08107142A (ja) 配線及び半導体装置
JPH0232543A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPH0235753A (ja) 半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050926

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20060923

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20060929

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20061013

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071220

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20090107

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090325

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090811