JP2001044199A - 半導体装置のための配線構造および配線形成方法 - Google Patents
半導体装置のための配線構造および配線形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エレクトロマイグレーション耐性に優れ、配
線寿命の増大を図り得る配線構造を提供する。 【解決手段】 高融点金属層１４と、その上に堆積され
たアルミニゥム系合金層１５とを含み、該両層間に化合
物層１７が生成される積層構造を有する配線１３。高融
点金属層１４とアルミニゥム系合金層１５との間に生成
される化合物層１７が配線１３の伸長方向に連続するこ
とを阻止すべく、高融点金属層１４を配線１３の伸長方
向に分断し、この分断された高融点金属層部分１４ａ間
の間隔寸法ｙ1を、化合物層１７の厚さ寸法ｔ1の２倍よ
りも大きい値に設定する。これにより、高融点金属層部
分１４ａの対向面間に成長する前記化合物層１７が相互
に連続することが、防止される。
線寿命の増大を図り得る配線構造を提供する。 【解決手段】 高融点金属層１４と、その上に堆積され
たアルミニゥム系合金層１５とを含み、該両層間に化合
物層１７が生成される積層構造を有する配線１３。高融
点金属層１４とアルミニゥム系合金層１５との間に生成
される化合物層１７が配線１３の伸長方向に連続するこ
とを阻止すべく、高融点金属層１４を配線１３の伸長方
向に分断し、この分断された高融点金属層部分１４ａ間
の間隔寸法ｙ1を、化合物層１７の厚さ寸法ｔ1の２倍よ
りも大きい値に設定する。これにより、高融点金属層部
分１４ａの対向面間に成長する前記化合物層１７が相互
に連続することが、防止される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の配線
構造および配線形成方法に関する。
構造および配線形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路（ＩＣ）のような半導体素子の
配線の主材料には、一般的に、銅に次いで良好な導電性
を示すアルミニゥムが用いられている。しかしながら、
アルミニゥム配線には、エレクトロマイグレーションに
よる断線が生じやすい。このエレクトロマイグレーショ
ン耐性を高め、配線寿命の増大を図るべく、Al−Cu、Al
−Si−Cuのようなアルミニゥム系合金を用い、さらに該
アルミニゥム系合金層を上層として、その下層にTi、Ti
NあるいはWsiのような高融点金属層を備える積層構造を
採用する技術が提案されている。
配線の主材料には、一般的に、銅に次いで良好な導電性
を示すアルミニゥムが用いられている。しかしながら、
アルミニゥム配線には、エレクトロマイグレーションに
よる断線が生じやすい。このエレクトロマイグレーショ
ン耐性を高め、配線寿命の増大を図るべく、Al−Cu、Al
−Si−Cuのようなアルミニゥム系合金を用い、さらに該
アルミニゥム系合金層を上層として、その下層にTi、Ti
NあるいはWsiのような高融点金属層を備える積層構造を
採用する技術が提案されている。
【０００３】Siのような半導体基板上の絶縁層上に高融
点金属層を介してアルミニゥム系合金層を形成すること
により、エレクトロマイグレーションの原因となる欠陥
の少ない、しかも粒径の大きな良質のアルミニゥム系合
金層を形成することができ、また下層の高融点層がエレ
クトロマイグレーションを生じた部分のバイパス路とし
て機能することから、配線寿命の増大が図られる。
点金属層を介してアルミニゥム系合金層を形成すること
により、エレクトロマイグレーションの原因となる欠陥
の少ない、しかも粒径の大きな良質のアルミニゥム系合
金層を形成することができ、また下層の高融点層がエレ
クトロマイグレーションを生じた部分のバイパス路とし
て機能することから、配線寿命の増大が図られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したよ
うな高融点金属層上にアルミニゥム系合金層を形成する
とき、両層間に例えばAl3Tiのような化合物層が生成さ
れ、この化合物層の界面がアルミニゥムの拡散経路とな
ることが、M. Hosaka 氏等により、Proceedingsof 36th
International Reliability Physics Symposium （１
９９８年）、第３２９頁で報告された。このようなアル
ミニゥムと高融点金属との化合物層が配線経路に連続し
て形成されると、エレクトロマイグレーション耐性が著
しく低下する。そこで、本願発明の目的は、エレクトロ
マイグレーション耐性に優れ、配線寿命の増大を図り得
る配線構造およびその製造方法を提供することにある。
うな高融点金属層上にアルミニゥム系合金層を形成する
とき、両層間に例えばAl3Tiのような化合物層が生成さ
れ、この化合物層の界面がアルミニゥムの拡散経路とな
ることが、M. Hosaka 氏等により、Proceedingsof 36th
International Reliability Physics Symposium （１
９９８年）、第３２９頁で報告された。このようなアル
ミニゥムと高融点金属との化合物層が配線経路に連続し
て形成されると、エレクトロマイグレーション耐性が著
しく低下する。そこで、本願発明の目的は、エレクトロ
マイグレーション耐性に優れ、配線寿命の増大を図り得
る配線構造およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】ために、本発明は、次の
構成を採用する。 〈構成〉本発明は、基本的に、半導体基板上に形成され
た高融点金属層と、該高融点金属層上に堆積されたアル
ミニゥム系合金層とを含み、該両層間に前記アルミニゥ
ム系合金層のアルミニゥムと前記高融点金属層の金属と
の化合物層が生成される積層構造を有する配線におい
て、前記高融点金属層と前記アルミニゥム系合金層との
間に生成される前記化合物層が配線の伸長方向に連続し
て生成することを阻止すべく、前記高融点金属層を前記
配線の伸長方向に分断し、この分断された高融点金属層
部分間の間隔寸法を、前記化合物層の厚さ寸法の２倍よ
りも大きい値に設定することにより、この高融点金属層
部分の対向面間に成長する前記化合物層が相互に連続す
ることを防止することを特徴とする。
構成を採用する。 〈構成〉本発明は、基本的に、半導体基板上に形成され
た高融点金属層と、該高融点金属層上に堆積されたアル
ミニゥム系合金層とを含み、該両層間に前記アルミニゥ
ム系合金層のアルミニゥムと前記高融点金属層の金属と
の化合物層が生成される積層構造を有する配線におい
て、前記高融点金属層と前記アルミニゥム系合金層との
間に生成される前記化合物層が配線の伸長方向に連続し
て生成することを阻止すべく、前記高融点金属層を前記
配線の伸長方向に分断し、この分断された高融点金属層
部分間の間隔寸法を、前記化合物層の厚さ寸法の２倍よ
りも大きい値に設定することにより、この高融点金属層
部分の対向面間に成長する前記化合物層が相互に連続す
ることを防止することを特徴とする。
【０００６】前記高融点金属層部分における前記配線方
向の長さ寸法をブレッヒ（Blech）の臨界長さよりも小
さい値に設定することにより、より一層、エレクトロマ
イグレーション耐性を高めることができる。このブレッ
ヒの臨界長さは、高融点金属層上の前記アルミニゥム系
合金層に導入される応力の大きさに応じて増減するが、
ほぼ１００μｍであることから、前記高融点金属層部分
における前記配線方向の長さ寸法を約１００μｍ以下と
することが望ましい。
向の長さ寸法をブレッヒ（Blech）の臨界長さよりも小
さい値に設定することにより、より一層、エレクトロマ
イグレーション耐性を高めることができる。このブレッ
ヒの臨界長さは、高融点金属層上の前記アルミニゥム系
合金層に導入される応力の大きさに応じて増減するが、
ほぼ１００μｍであることから、前記高融点金属層部分
における前記配線方向の長さ寸法を約１００μｍ以下と
することが望ましい。
【０００７】また、前記高融点金属部分間の前記分断領
域を、前記配線の伸長方向に関して斜角をもって角度的
に伸長させることができる。前記高融点金属層は、望ま
しくは、前記半導体基板上に形成された絶縁膜層上に堆
積される。前記絶縁膜には、該絶縁膜上に前記高融点金
属層を分断して形成するために相互に対向する壁面間隔
を下方へ向けて増大する凹所を形成することができる。
前記高融点金属層は、チタンで形成することが望まし
い。
域を、前記配線の伸長方向に関して斜角をもって角度的
に伸長させることができる。前記高融点金属層は、望ま
しくは、前記半導体基板上に形成された絶縁膜層上に堆
積される。前記絶縁膜には、該絶縁膜上に前記高融点金
属層を分断して形成するために相互に対向する壁面間隔
を下方へ向けて増大する凹所を形成することができる。
前記高融点金属層は、チタンで形成することが望まし
い。
【０００８】本発明に係る配線は、半導体基板上の絶縁
層上に、高融点金属層をほぼ均一の厚さ寸法に形成し、
配線を施すべき配線領域に沿って前記高融点金属層から
前記絶縁層を部分的に露出させるべく前記高融点金属層
に選択的にエッチング処理を施し、前記絶縁層が露出し
た領域を含む前記高融点金属層上にアルミニゥム系合金
層を形成し、前記配線領域に沿って前記高融点金属層お
よび前記アルミニゥム系合金層とを含む積層構造の不要
部分をエッチング処理により除去することにより、形成
することができる。
層上に、高融点金属層をほぼ均一の厚さ寸法に形成し、
配線を施すべき配線領域に沿って前記高融点金属層から
前記絶縁層を部分的に露出させるべく前記高融点金属層
に選択的にエッチング処理を施し、前記絶縁層が露出し
た領域を含む前記高融点金属層上にアルミニゥム系合金
層を形成し、前記配線領域に沿って前記高融点金属層お
よび前記アルミニゥム系合金層とを含む積層構造の不要
部分をエッチング処理により除去することにより、形成
することができる。
【０００９】前記高融点金属層への前記エッチング処理
により該金属層から露出する前記絶縁層の露出領域にお
ける前記配線領域の伸長方向に沿った長さ寸法は、前記
高融点金属層と前記アルミニゥム系合金層のアルミニゥ
ムとの化合により生成される化合物の膜厚の２倍以上の
値に設定し、前記露出領域における前記伸長方向と直角
な幅寸法は、前記配線部分の幅寸法よりも大きく設定す
ることにより、確実かつ容易に本願発明に係る配線を形
成することができる。
により該金属層から露出する前記絶縁層の露出領域にお
ける前記配線領域の伸長方向に沿った長さ寸法は、前記
高融点金属層と前記アルミニゥム系合金層のアルミニゥ
ムとの化合により生成される化合物の膜厚の２倍以上の
値に設定し、前記露出領域における前記伸長方向と直角
な幅寸法は、前記配線部分の幅寸法よりも大きく設定す
ることにより、確実かつ容易に本願発明に係る配線を形
成することができる。
【００１０】前記高融点金属層における前記露出領域間
の寸法は、前記ブレッヒ（Blech）の臨界長さよりも小
さくすることが望ましい。
の寸法は、前記ブレッヒ（Blech）の臨界長さよりも小
さくすることが望ましい。
【００１１】前記高融点金属層に、前記配線領域に沿っ
て矩形エッチング孔を形成し、このエッチング孔により
前記高融点金属層からの前記露出領域を形成することが
できる。この露出領域は、前記配線領域に該配線領域の
伸長方向に関して傾斜角度をなすべく格子状に配置され
たエッチング溝により、形成することができる。これら
露出領域は、高融点金属層の分断領域を規定することか
ら、格子状にエッチング溝を形成することにより、配線
方向の如何に拘わらず高融点金属層に分断領域を確実に
導入することができ、これにより配線方向の設定に、自
由度が増す。前記格子状のエッチング溝により区画され
る高融点金属層部分の対角線長さは、ブレッヒ（Blec
h）の臨界長さよりも小さくすることが望ましい。
て矩形エッチング孔を形成し、このエッチング孔により
前記高融点金属層からの前記露出領域を形成することが
できる。この露出領域は、前記配線領域に該配線領域の
伸長方向に関して傾斜角度をなすべく格子状に配置され
たエッチング溝により、形成することができる。これら
露出領域は、高融点金属層の分断領域を規定することか
ら、格子状にエッチング溝を形成することにより、配線
方向の如何に拘わらず高融点金属層に分断領域を確実に
導入することができ、これにより配線方向の設定に、自
由度が増す。前記格子状のエッチング溝により区画され
る高融点金属層部分の対角線長さは、ブレッヒ（Blec
h）の臨界長さよりも小さくすることが望ましい。
【００１２】また、高融点金属層にエッチング処理を施
してこれを高融点金属層部分に分断することに代えて、
前記半導体基板上の絶縁層に配線領域に沿って、相互に
対向する壁面間隔が下方へ向けて増大するエッチング孔
を形成し、前記絶縁層上に高融点金属層を該高融点金属
層が前記エッチング孔壁面に沿って該エッチング孔の底
面から頂面に連続して成長することなくかつ前記エッチ
ング孔を埋設することのない厚さ寸法でかつ堆積させ、
前記エッチング孔が形成された領域を含む前記高融点金
属層上にアルミニゥム系合金層を形成した後、前記配線
領域に沿って前記高融点金属層および前記アルミニゥム
系合金層とを含む積層構造の不要部分をエッチング処理
により除去することにより、前記したと同様な配線を形
成することができる。
してこれを高融点金属層部分に分断することに代えて、
前記半導体基板上の絶縁層に配線領域に沿って、相互に
対向する壁面間隔が下方へ向けて増大するエッチング孔
を形成し、前記絶縁層上に高融点金属層を該高融点金属
層が前記エッチング孔壁面に沿って該エッチング孔の底
面から頂面に連続して成長することなくかつ前記エッチ
ング孔を埋設することのない厚さ寸法でかつ堆積させ、
前記エッチング孔が形成された領域を含む前記高融点金
属層上にアルミニゥム系合金層を形成した後、前記配線
領域に沿って前記高融点金属層および前記アルミニゥム
系合金層とを含む積層構造の不要部分をエッチング処理
により除去することにより、前記したと同様な配線を形
成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例１〉図１は、本発明に係る配線構造を、半導体
基板を有する半導体素子に適用した例を概略的に示す。
本発明に係る配線構造１０は、図１に示されているよう
に、例えばSi（シリコン）半導体基板１１上を覆って形
成される例えば酸化シリコンのような絶縁膜１２上に形
成される。
について詳細に説明する。 〈具体例１〉図１は、本発明に係る配線構造を、半導体
基板を有する半導体素子に適用した例を概略的に示す。
本発明に係る配線構造１０は、図１に示されているよう
に、例えばSi（シリコン）半導体基板１１上を覆って形
成される例えば酸化シリコンのような絶縁膜１２上に形
成される。
【００１４】半導体基板１１上には、従来の集積回路で
よく知られているとおり、図示しないが、例えばＭＯＳ
トランジスタ等の多数のトランジスタあるいはその他の
回路素子および配線回路等が組み込まれ、これらを覆う
ように、層間絶縁膜として前記した絶縁膜１２が形成さ
れている。
よく知られているとおり、図示しないが、例えばＭＯＳ
トランジスタ等の多数のトランジスタあるいはその他の
回路素子および配線回路等が組み込まれ、これらを覆う
ように、層間絶縁膜として前記した絶縁膜１２が形成さ
れている。
【００１５】この絶縁膜１２上には、図示しないが絶縁
膜１２に形成される従来よく知られたコンタクトホール
あるいはビアホールを経て、絶縁膜１２下の前記した素
子部分あるいは配線部分に必要に応じて接続される複数
の配線１３が形成されている。
膜１２に形成される従来よく知られたコンタクトホール
あるいはビアホールを経て、絶縁膜１２下の前記した素
子部分あるいは配線部分に必要に応じて接続される複数
の配線１３が形成されている。
【００１６】各配線１３は、例えばTi材料からなる高融
点金属層１４で形成される多数の帯状の高融点金属層部
分１４ａと、高融点金属層１４上に堆積される例えばAl
−Cu、Al−Si−Cuのようなアルミニゥム系合金層１５で
形成されるアルミニゥム合金層部分１５ａとを含む積層
構造を有する。後述する製造方法で説明するフォトリソ
グラフィを用いたパターニング工程で、アルミニゥム系
合金層１５の表面からの照射光の反射を抑制するために
例えばTiＮからなる反射防止膜１６がアルミニゥム系合
金層１５上に形成されるが、図示の例では、この反射防
止膜１６の残存部１６ａが各アルミニゥム合金層部分１
５ａ上に残っている。
点金属層１４で形成される多数の帯状の高融点金属層部
分１４ａと、高融点金属層１４上に堆積される例えばAl
−Cu、Al−Si−Cuのようなアルミニゥム系合金層１５で
形成されるアルミニゥム合金層部分１５ａとを含む積層
構造を有する。後述する製造方法で説明するフォトリソ
グラフィを用いたパターニング工程で、アルミニゥム系
合金層１５の表面からの照射光の反射を抑制するために
例えばTiＮからなる反射防止膜１６がアルミニゥム系合
金層１５上に形成されるが、図示の例では、この反射防
止膜１６の残存部１６ａが各アルミニゥム合金層部分１
５ａ上に残っている。
【００１７】各高融点金属層部分１４ａは、それぞれ長
さ寸法Ｌ1を有し、それぞれが配線１３の伸長方向に沿
って、相互に間隔ｙ1をおいて、整列して形成されてい
る。各配線１３のアルミニゥム合金層部分１５ａは、そ
れらの下方で直線状に整列して配置された複数の各高融
点金属層部分１４ａを覆うように、しかも端部を相互に
対向させて間隔ｙ1をおいて配列された各高融点金属層
部分１４ａ間に入り込むように、配線１３の伸長方向に
沿って形成されている。
さ寸法Ｌ1を有し、それぞれが配線１３の伸長方向に沿
って、相互に間隔ｙ1をおいて、整列して形成されてい
る。各配線１３のアルミニゥム合金層部分１５ａは、そ
れらの下方で直線状に整列して配置された複数の各高融
点金属層部分１４ａを覆うように、しかも端部を相互に
対向させて間隔ｙ1をおいて配列された各高融点金属層
部分１４ａ間に入り込むように、配線１３の伸長方向に
沿って形成されている。
【００１８】これら高融点金属層部分１４ａとアルミニ
ゥム合金層部分１５ａとの界面には、後述する製造工程
で説明するとおり、アルミニゥム系合金層１５のスパッ
タ時あるいは熱処理時等の熱により、アルミニゥムと高
融点金属材料であるチタンとの化合物層１７が生成され
ている。化合物層１７は、その熱履歴の温度に応じた、
ほぼ均一な厚さ寸法ｔ１で生成され、アルミニゥム合金
層部分１５ａと各高融点金属層部分１４ａとの界面を覆
うべく、各高融点金属層部分１４ａの端面および上面を
ほぼ均一に覆う。
ゥム合金層部分１５ａとの界面には、後述する製造工程
で説明するとおり、アルミニゥム系合金層１５のスパッ
タ時あるいは熱処理時等の熱により、アルミニゥムと高
融点金属材料であるチタンとの化合物層１７が生成され
ている。化合物層１７は、その熱履歴の温度に応じた、
ほぼ均一な厚さ寸法ｔ１で生成され、アルミニゥム合金
層部分１５ａと各高融点金属層部分１４ａとの界面を覆
うべく、各高融点金属層部分１４ａの端面および上面を
ほぼ均一に覆う。
【００１９】この化合物層１７の厚さ寸法ｔ1との関係
で、各高融点金属層部分１４ａの相互間隔ｙ1は、化合
物層１７の成長厚さ寸法ｔ1の２倍よりも大きい値に設
定されている。従って、各高融点金属層部分１４ａの対
向する端面間には、前記したとおり、アルミニゥム合金
層部分１５ａと高融点金属層部分１４ａとの界面に生成
する化合物層１７が存在するが、対をなす両対向部分間
には、アルミニゥム合金層部分１５ａの割り込み部１５
ａ−１が確実に進入しており、各配線１３で、隣り合う
高融点金属層部分１４ａを覆う化合物層１７が、直接的
に相互に接触することはなく、その間に介在するアルミ
ニゥム合金層部分１５ａの割り込み部１５ａ−１によ
り、高融点金属層部分１４ａおよび化合物層１７は、配
線１３の伸長方向へ確実に分断されている。
で、各高融点金属層部分１４ａの相互間隔ｙ1は、化合
物層１７の成長厚さ寸法ｔ1の２倍よりも大きい値に設
定されている。従って、各高融点金属層部分１４ａの対
向する端面間には、前記したとおり、アルミニゥム合金
層部分１５ａと高融点金属層部分１４ａとの界面に生成
する化合物層１７が存在するが、対をなす両対向部分間
には、アルミニゥム合金層部分１５ａの割り込み部１５
ａ−１が確実に進入しており、各配線１３で、隣り合う
高融点金属層部分１４ａを覆う化合物層１７が、直接的
に相互に接触することはなく、その間に介在するアルミ
ニゥム合金層部分１５ａの割り込み部１５ａ−１によ
り、高融点金属層部分１４ａおよび化合物層１７は、配
線１３の伸長方向へ確実に分断されている。
【００２０】本発明に係る前記配線構造１０では、各配
線１３のアルミニゥム合金層部分１５ａ下で間隔ｙ1を
おいて存在する各高融点金属層部分１４ａは、その上方
に位置するアルミニゥム合金層部分１５ａがエレクトロ
マイグレーションによって部分的に高抵抗を示したと
き、この高抵抗下の通電による高温化によって損傷を受
けることなく、その高抵抗部分のバイパス路として機能
することにより、従来におけると同様に、配線１３の耐
久性を高める作用をなす。
線１３のアルミニゥム合金層部分１５ａ下で間隔ｙ1を
おいて存在する各高融点金属層部分１４ａは、その上方
に位置するアルミニゥム合金層部分１５ａがエレクトロ
マイグレーションによって部分的に高抵抗を示したと
き、この高抵抗下の通電による高温化によって損傷を受
けることなく、その高抵抗部分のバイパス路として機能
することにより、従来におけると同様に、配線１３の耐
久性を高める作用をなす。
【００２１】また、高融点金属層部分１４ａは、その間
に割り込むアルミニゥム合金層部分１５ａの割り込み部
１５ａ−１により、分断され、また対向する化合物層１
７間に、アルミニゥム系合金層１５の割り込み部１５ａ
−１が介在することから、化合物層１７が配線１３の長
手方向に連続することはなく、その長手方向に分断され
ることから、従来のような配線の長手方向に連続する一
続きの化合物層が形成されることはない。従って、化合
物層１７の分断化により、アルミニゥム合金層部分１５
ａのエレクトロマイグレーションの発生が抑制されるこ
とから、従来に比較してエレクトロマイグレーション耐
性を高めることができ、これにより配線１３の耐久性の
向上が図られる。
に割り込むアルミニゥム合金層部分１５ａの割り込み部
１５ａ−１により、分断され、また対向する化合物層１
７間に、アルミニゥム系合金層１５の割り込み部１５ａ
−１が介在することから、化合物層１７が配線１３の長
手方向に連続することはなく、その長手方向に分断され
ることから、従来のような配線の長手方向に連続する一
続きの化合物層が形成されることはない。従って、化合
物層１７の分断化により、アルミニゥム合金層部分１５
ａのエレクトロマイグレーションの発生が抑制されるこ
とから、従来に比較してエレクトロマイグレーション耐
性を高めることができ、これにより配線１３の耐久性の
向上が図られる。
【００２２】各高融点金属層部分１４ａの長さ寸法Ｌ1
は、エレクトロマイグレーションを引き起こす目安の一
つである Blech （ブレッヒ）の臨界長さより、小さく
することが望ましい。このブレッヒの臨界長さは、アル
ミニゥム系合金層１５の応力に応じて増減するが、おお
よそ１００μｍであることから、各高融点金属層部分１
４ａの長さ寸法Ｌ1は１００μｍよりも小さな値とする
ことが望ましい。
は、エレクトロマイグレーションを引き起こす目安の一
つである Blech （ブレッヒ）の臨界長さより、小さく
することが望ましい。このブレッヒの臨界長さは、アル
ミニゥム系合金層１５の応力に応じて増減するが、おお
よそ１００μｍであることから、各高融点金属層部分１
４ａの長さ寸法Ｌ1は１００μｍよりも小さな値とする
ことが望ましい。
【００２３】図２および図３に沿って、前記した配線構
造１０の製造方法を説明する。半導体基板１１上に形成
された絶縁膜１２を均一に覆うべく、例えばスパッタ法
あるいはＣＶＤ法を用いて、図２に示すように、ほぼ均
等な所定の厚さ寸法を有するチタンからなる高融点金属
層１４を形成する。
造１０の製造方法を説明する。半導体基板１１上に形成
された絶縁膜１２を均一に覆うべく、例えばスパッタ法
あるいはＣＶＤ法を用いて、図２に示すように、ほぼ均
等な所定の厚さ寸法を有するチタンからなる高融点金属
層１４を形成する。
【００２４】その後、配線１３を施すべき配線領域１３
ａに沿って、間隔Ｌ1をおいて高融点金属層１４下の絶
縁膜１２を部分的に露出させるために、高融点金属層１
４に開口１８を形成する。図示の例では、開口１８は、
図２に示すＸ方向に沿った一辺ｘ1およびＹ方向に沿っ
た他辺ｙ1を有する矩形開口であり、このような開口１
８は、従来よく知られたフォトリソグラフィおよびエッ
チング技術により、形成することができる。また、その
エッチングには、エッチング媒体にフッ素系あるいは塩
素系のエッチングガスを用いる従来よく知られたドライ
エッチングを用いることが望ましい。
ａに沿って、間隔Ｌ1をおいて高融点金属層１４下の絶
縁膜１２を部分的に露出させるために、高融点金属層１
４に開口１８を形成する。図示の例では、開口１８は、
図２に示すＸ方向に沿った一辺ｘ1およびＹ方向に沿っ
た他辺ｙ1を有する矩形開口であり、このような開口１
８は、従来よく知られたフォトリソグラフィおよびエッ
チング技術により、形成することができる。また、その
エッチングには、エッチング媒体にフッ素系あるいは塩
素系のエッチングガスを用いる従来よく知られたドライ
エッチングを用いることが望ましい。
【００２５】開口１８の一辺ｘ1は、配線１３の幅方向
に一致する配線領域１３ａの幅寸法Ｗの方向に一致して
おり、開口１８の一辺ｘ1は幅寸法Ｗよりも大きい値に
設定される。これにより、製造誤差のばらつきに拘わら
ず、確実に分断される高融点金属層部分１４ａを形成す
ることが可能となる。
に一致する配線領域１３ａの幅寸法Ｗの方向に一致して
おり、開口１８の一辺ｘ1は幅寸法Ｗよりも大きい値に
設定される。これにより、製造誤差のばらつきに拘わら
ず、確実に分断される高融点金属層部分１４ａを形成す
ることが可能となる。
【００２６】また、配線１３の伸長方向に一致する配線
領域１３ａの伸長方向に沿った開口１８の他辺ｙ1の寸
法は、高融点金属層１４とアルミニゥム系合金層１５と
の境界に生成する化合物層１７の厚さ寸法ｔ1の２倍を
越える値が与えられる。各配線領域１３ａ上に整列する
開口１８間の間隔Ｌ1は、前記した Blech （ブレッヒ）
の臨界長さより小さな値に設定することが望ましい。
領域１３ａの伸長方向に沿った開口１８の他辺ｙ1の寸
法は、高融点金属層１４とアルミニゥム系合金層１５と
の境界に生成する化合物層１７の厚さ寸法ｔ1の２倍を
越える値が与えられる。各配線領域１３ａ上に整列する
開口１８間の間隔Ｌ1は、前記した Blech （ブレッヒ）
の臨界長さより小さな値に設定することが望ましい。
【００２７】高融点金属層１４に開口１８を形成した
後、図３に示すように、各開口１８を埋め込むように、
高融点金属層１４上にアルミニゥム系合金層１５が形成
される。このアルミニゥム系合金層１５は、従来よく知
られるように、スパッタ法あるいはＣＶＤ法により、所
定の厚さ寸法に形成することができる。必要に応じて、
アルミニゥム系合金層１５上には、例えばTiＮ膜からな
る反射防止膜１６が形成され、さらに、パターニングの
ために、反射防止膜１６上にはフォトレジスト１９が塗
布される。
後、図３に示すように、各開口１８を埋め込むように、
高融点金属層１４上にアルミニゥム系合金層１５が形成
される。このアルミニゥム系合金層１５は、従来よく知
られるように、スパッタ法あるいはＣＶＤ法により、所
定の厚さ寸法に形成することができる。必要に応じて、
アルミニゥム系合金層１５上には、例えばTiＮ膜からな
る反射防止膜１６が形成され、さらに、パターニングの
ために、反射防止膜１６上にはフォトレジスト１９が塗
布される。
【００２８】フォトレジスト１９上には、露光により、
配線領域１３ａに対応するパターンが投影される。これ
に続く現像処理により、配線領域１３ａに対応して残さ
れるフォトレジスト１９からなるレジストパターンが形
成され、このレジストパターンをエッチングマスクとす
る従来よく知られたドライエッチング技術により、配線
領域１３ａに対応する下層部分が残され、不要部分が削
除される。この選択エッチング処理により、残存する前
記下層部分からなる各配線１３が形成される。
配線領域１３ａに対応するパターンが投影される。これ
に続く現像処理により、配線領域１３ａに対応して残さ
れるフォトレジスト１９からなるレジストパターンが形
成され、このレジストパターンをエッチングマスクとす
る従来よく知られたドライエッチング技術により、配線
領域１３ａに対応する下層部分が残され、不要部分が削
除される。この選択エッチング処理により、残存する前
記下層部分からなる各配線１３が形成される。
【００２９】前記したところでは、高融点金属層１４に
エッチング処理を施すことにより、配線領域１３ａに整
列する多数の開口すなわちエッチング孔１８を形成する
例について、説明した。この多数のエッチング孔１８を
高融点金属層１４に形成する例に代えて、図４に示すよ
うに、前記したと同様なフォトリソグラフィおよびエッ
チング技術を用いて、絶縁膜１２上の高融点金属層１４
に格子状にエッチング溝１８ａおよび１８ｂを形成する
ことができる。
エッチング処理を施すことにより、配線領域１３ａに整
列する多数の開口すなわちエッチング孔１８を形成する
例について、説明した。この多数のエッチング孔１８を
高融点金属層１４に形成する例に代えて、図４に示すよ
うに、前記したと同様なフォトリソグラフィおよびエッ
チング技術を用いて、絶縁膜１２上の高融点金属層１４
に格子状にエッチング溝１８ａおよび１８ｂを形成する
ことができる。
【００３０】相互に交差する各エッチング溝１８ａおよ
び１８ｂの幅寸法ｗ1およびｗ2は、前記した化合物層１
７の厚さ寸法ｔ1より大きい値に設定される。エッチン
グ溝１８ａおよび１８ｂの交差角度は、９０度とするこ
とができ、また必要に応じて適宜９０度よりも増減する
ことができる。また、高融点金属層１４の格子状のエッ
チング溝１８ａおよび１８ｂにより区画される各矩形部
分の対角線寸法ｚ1およびｚ2は、いずれも前記した Ble
ch （ブレッヒ）の臨界長さより小さな値に設定するこ
とが望ましい。
び１８ｂの幅寸法ｗ1およびｗ2は、前記した化合物層１
７の厚さ寸法ｔ1より大きい値に設定される。エッチン
グ溝１８ａおよび１８ｂの交差角度は、９０度とするこ
とができ、また必要に応じて適宜９０度よりも増減する
ことができる。また、高融点金属層１４の格子状のエッ
チング溝１８ａおよび１８ｂにより区画される各矩形部
分の対角線寸法ｚ1およびｚ2は、いずれも前記した Ble
ch （ブレッヒ）の臨界長さより小さな値に設定するこ
とが望ましい。
【００３１】高融点金属層１４に形成された格子状のエ
ッチング溝１８ａおよび１８ｂは、その下方にある絶縁
膜１２を格子状に露出させる。従って、前記したと同様
に高融点金属層１４上にアルミニゥム系合金層１５が形
成されるとき、各エッチング溝１８ａおよび１８ｂ内に
アルミニゥム系合金層１５が進入することにより、前記
したと同様な割り込み部１５ａ−１が格子状に形成され
る。
ッチング溝１８ａおよび１８ｂは、その下方にある絶縁
膜１２を格子状に露出させる。従って、前記したと同様
に高融点金属層１４上にアルミニゥム系合金層１５が形
成されるとき、各エッチング溝１８ａおよび１８ｂ内に
アルミニゥム系合金層１５が進入することにより、前記
したと同様な割り込み部１５ａ−１が格子状に形成され
る。
【００３２】高融点金属層１４と、そのエッチング溝１
８ａおよび１８ｂ内に入り込む割り込み部１５ａ−１を
有するアルミニゥム系合金層１５とを備える積層構造
は、図３に示したと同様なパターニング工程および前記
したエッチングにより、選択エッチング処理を受ける。
８ａおよび１８ｂ内に入り込む割り込み部１５ａ−１を
有するアルミニゥム系合金層１５とを備える積層構造
は、図３に示したと同様なパターニング工程および前記
したエッチングにより、選択エッチング処理を受ける。
【００３３】このとき、アルミニゥム系合金層１５の割
り込み部１５ａ−１を受け入れるエッチング溝１８ａお
よび１８ｂは格子状に形成されていることから、配線領
域１３ａが高融点金属層１４上で例えば図４に示すＹ方
向から角度的にずれたとしても、また配線領域１３ａが
Ｘ方向に変位したとしても、そのようなずれに拘わら
ず、各配線１３にその伸長方向に関して斜角をもって角
度的に伸長する分断領域を形成することができ、これに
より、パターニングの誤差等に拘わらず、高融点金属層
部分１４ａを分断する割り込み部１５ａ−１を確実に形
成することができる。従って、図４に示した例によれ
ば、前記したと同様な配線１３を一層容易に形成するこ
とが可能となる。
り込み部１５ａ−１を受け入れるエッチング溝１８ａお
よび１８ｂは格子状に形成されていることから、配線領
域１３ａが高融点金属層１４上で例えば図４に示すＹ方
向から角度的にずれたとしても、また配線領域１３ａが
Ｘ方向に変位したとしても、そのようなずれに拘わら
ず、各配線１３にその伸長方向に関して斜角をもって角
度的に伸長する分断領域を形成することができ、これに
より、パターニングの誤差等に拘わらず、高融点金属層
部分１４ａを分断する割り込み部１５ａ−１を確実に形
成することができる。従って、図４に示した例によれ
ば、前記したと同様な配線１３を一層容易に形成するこ
とが可能となる。
【００３４】さらに、絶縁膜１２上の高融点金属層１４
にエッチング処理を施すことに代えて、図５に示すよう
に、この高融点金属層１４が堆積される絶縁膜１２に、
予め多数の凹所２０を形成することができる。凹所２０
は、前記開口１８におけると同様に、配線領域１３ａに
沿って相互に間隔Ｌ1をおいて形成されている。この間
隔Ｌ1は、前記した Blech （ブレッヒ）の臨界長さより
小さな値に設定することが望ましい。
にエッチング処理を施すことに代えて、図５に示すよう
に、この高融点金属層１４が堆積される絶縁膜１２に、
予め多数の凹所２０を形成することができる。凹所２０
は、前記開口１８におけると同様に、配線領域１３ａに
沿って相互に間隔Ｌ1をおいて形成されている。この間
隔Ｌ1は、前記した Blech （ブレッヒ）の臨界長さより
小さな値に設定することが望ましい。
【００３５】また、凹所２０は、配線領域１３ａを横切
るＸ方向に沿った一辺ｘ1および配線領域１３ａの伸長
方向に沿った他辺ｙ1を有する矩形開口である。一辺ｘ1
の長さ寸法は配線領域１３ａの幅寸法Ｗよりも大きく、
また他辺ｙ1のそれは、前記した化合物層１７の厚さ寸
法ｔ1の２倍の値を越える。
るＸ方向に沿った一辺ｘ1および配線領域１３ａの伸長
方向に沿った他辺ｙ1を有する矩形開口である。一辺ｘ1
の長さ寸法は配線領域１３ａの幅寸法Ｗよりも大きく、
また他辺ｙ1のそれは、前記した化合物層１７の厚さ寸
法ｔ1の２倍の値を越える。
【００３６】凹所２０の互いに対向する一対の一辺を含
む一つの側壁２０ａおよび２０ａ間の間隔は、凹所２０
の開口である頂部からその底部へ向けて増大する。ま
た、凹所２０の深さ寸法は、絶縁膜１２上に高融点金属
層１４を堆積させたとき、凹所２０内に堆積する高融点
金属層部分が絶縁膜１２上の高融点金属層１４部分に連
ならないように、充分な深さ寸法を有する。凹所２０
は、従来よく知られたエッチングにより、形成すること
ができる。
む一つの側壁２０ａおよび２０ａ間の間隔は、凹所２０
の開口である頂部からその底部へ向けて増大する。ま
た、凹所２０の深さ寸法は、絶縁膜１２上に高融点金属
層１４を堆積させたとき、凹所２０内に堆積する高融点
金属層部分が絶縁膜１２上の高融点金属層１４部分に連
ならないように、充分な深さ寸法を有する。凹所２０
は、従来よく知られたエッチングにより、形成すること
ができる。
【００３７】凹所２０の形成後、スパッタあるいはＣＶ
Ｄ法を用いて、絶縁膜１２上には、高融点金属層１４が
堆積される。この高融点金属層１４の堆積に際し、その
成長に方向性を与えることにより、図６に示されている
ように、凹所２０の一対の側壁２０ａおよび２０ａへの
高融点金属の成長を防止することができる。その結果、
凹所２０の底部には、高融点金属が堆積されるものの、
この堆積部分が絶縁膜１２の表面に堆積した高融点金属
層１４に連なることはない。
Ｄ法を用いて、絶縁膜１２上には、高融点金属層１４が
堆積される。この高融点金属層１４の堆積に際し、その
成長に方向性を与えることにより、図６に示されている
ように、凹所２０の一対の側壁２０ａおよび２０ａへの
高融点金属の成長を防止することができる。その結果、
凹所２０の底部には、高融点金属が堆積されるものの、
この堆積部分が絶縁膜１２の表面に堆積した高融点金属
層１４に連なることはない。
【００３８】高融点金属層１４の堆積後、前記した例に
おけると同様に、高融点金属層１４上にアルミニゥム系
合金層１５が堆積される。このアルミニゥム系合金層１
５の堆積により、図７に示されているとおり、割り込み
部１５ａ−１が凹所２０内に伸長する。
おけると同様に、高融点金属層１４上にアルミニゥム系
合金層１５が堆積される。このアルミニゥム系合金層１
５の堆積により、図７に示されているとおり、割り込み
部１５ａ−１が凹所２０内に伸長する。
【００３９】アルミニゥム系合金層１５の形成後、必要
に応じて反射防止膜１６が形成され、前記したと同様な
フォトリソグラフィおよびエッチング技術により、不要
部が選択的に除去され、これにより図７に示す配線１３
が形成される。
に応じて反射防止膜１６が形成され、前記したと同様な
フォトリソグラフィおよびエッチング技術により、不要
部が選択的に除去され、これにより図７に示す配線１３
が形成される。
【００４０】図７に示すとおり、アルミニゥム系合金層
１５の割り込み部１５ａ−１は、アルミニゥム系合金層
１５と高融点金属層１４との間に生成される化合物層１
７間に伸長することにより、前記した例におけると同様
に、化合物層１７が配線１３の伸長方向に連なることを
確実に阻止する。従って、図１に示した例におけると同
様に、化合物層１７の分断化により、アルミニゥム合金
層部分１５ａのエレクトロマイグレーションの発生が抑
制されることから、従来に比較してエレクトロマイグレ
ーション耐性を高めることができ、これにより配線１３
の耐久性の向上が図られる。
１５の割り込み部１５ａ−１は、アルミニゥム系合金層
１５と高融点金属層１４との間に生成される化合物層１
７間に伸長することにより、前記した例におけると同様
に、化合物層１７が配線１３の伸長方向に連なることを
確実に阻止する。従って、図１に示した例におけると同
様に、化合物層１７の分断化により、アルミニゥム合金
層部分１５ａのエレクトロマイグレーションの発生が抑
制されることから、従来に比較してエレクトロマイグレ
ーション耐性を高めることができ、これにより配線１３
の耐久性の向上が図られる。
【００４１】
【発明の効果】本発明に係る配線構造によれば、アルミ
ニゥム系合金層下の高融点金属層が配線の伸長方向で分
断されていることから、アルミニゥム系合金層と高融点
金属層との間に生成されるアルミニゥム化合物層が配線
の伸長方向に連続することはなく、この化合物層の連続
によるエレクトロマイグレーション耐性の低下を防止す
ることができ、これにより配線の断線寿命の増大を図る
ことが可能となる。
ニゥム系合金層下の高融点金属層が配線の伸長方向で分
断されていることから、アルミニゥム系合金層と高融点
金属層との間に生成されるアルミニゥム化合物層が配線
の伸長方向に連続することはなく、この化合物層の連続
によるエレクトロマイグレーション耐性の低下を防止す
ることができ、これにより配線の断線寿命の増大を図る
ことが可能となる。
【００４２】また、本発明に係る配線製造方法によれ
ば、前記したように、絶縁層または高融点層にエッチン
グ処理を施すことにより、アルミニゥム系合金層下の高
融点金属層を配線方向に分断して形成することができる
ことから、該高融点金属層が配線の伸長方向で分断され
た配線構造を比較的容易に製造することが可能となる。
ば、前記したように、絶縁層または高融点層にエッチン
グ処理を施すことにより、アルミニゥム系合金層下の高
融点金属層を配線方向に分断して形成することができる
ことから、該高融点金属層が配線の伸長方向で分断され
た配線構造を比較的容易に製造することが可能となる。
【図１】本発明に係る配線構造を概略的に示す斜視図で
ある。
ある。
【図２】本発明に係る配線製造方法における高融点金属
層形成工程を示す斜視図である。
層形成工程を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る配線製造方法における配線パター
ニング工程を示す斜視図である。
ニング工程を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る配線製造方法における他の変形例
を示す図２と同様な図面である。
を示す図２と同様な図面である。
【図５】本発明に係る配線製造方法における他の具体例
を示す絶縁層へのエッチング処理工程を示す斜視図であ
る。
を示す絶縁層へのエッチング処理工程を示す斜視図であ
る。
【図６】本発明に係る配線製造方法における他の具体例
についての高融点金属層形成工程を示す図２と同様な図
面である。
についての高融点金属層形成工程を示す図２と同様な図
面である。
【図７】本発明に係る配線製造方法により形成された他
の配線構造をその一部を破断して示す斜視図である。
の配線構造をその一部を破断して示す斜視図である。
１０ 配線構造 １１ 半導体基板 １２ 絶縁膜 １３ 配線 １４ 高融点金属層 １４ａ 高融点金属層部分 １５ アルミニゥム系合金層 １５ａ アルミニゥム合金層部分 １７ 化合物層 １８ （開口）エッチング孔 １８ａ、１８ｂ エッチング溝 ２０ 凹所
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F033 HH09 HH17 HH18 HH33 MM08 MM14 MM20 PP06 PP15 PP21 QQ03 QQ08 QQ09 QQ11 RR04 WW01 XX05
Claims (15)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成された高融点金属層
と、該高融点金属層上に堆積されたアルミニゥム系合金
層とを含み、該両層間に前記アルミニゥム系合金層のア
ルミニゥムと前記高融点金属層の金属との化合物層が生
成される積層構造を有する配線の構造であって、前記高
融点金属層は、前記アルミニゥム系合金層により前記配
線の伸長方向に分断され、分断された高融点金属層部分
間の間隔寸法は、前記化合物層の厚さ寸法の２倍よりも
大きい値を示すことを特徴とする、半導体装置のための
配線構造。 - 【請求項２】 前記高融点金属層部分における前記配線
方向の長さ寸法は、ブレッヒ（Blech）の臨界長さより
も小さいことを特徴とする請求項１記載の配線構造。 - 【請求項３】 前記高融点金属層部分間の前記分断領域
は、前記配線の伸長方向に関して斜角をもって角度的に
伸長する請求項１記載の配線構造。 - 【請求項４】 前記高融点金属層は、前記半導体基板上
に形成された絶縁膜層上に堆積されている請求項１記載
の配線構造。 - 【請求項５】 前記絶縁膜には、前記高融点金属層部分
間に対応して、相互に対向する壁面間隔を下方へ向けて
増大する凹所が形成されている請求項４記載の配線構
造。 - 【請求項６】 前記高融点金属層は、チタンからなる請
求項１記載の配線構造。 - 【請求項７】 半導体基板上の絶縁層上に、高融点金属
層をほぼ均一の厚さ寸法に形成すること、配線を施すべ
き配線領域に沿って前記高融点金属層から前記絶縁層を
部分的に露出させるべく前記高融点金属層に選択的にエ
ッチング処理を施すこと、前記絶縁層が露出した領域を
含む前記高融点金属層上にアルミニゥム系合金層を形成
すること、前記配線領域に沿って前記高融点金属層およ
び前記アルミニゥム系合金層とを含む積層構造の配線を
形成すべく、前記積層構造の不要部分をエッチング処理
により除去することを特徴とする配線の形成方法。 - 【請求項８】 前記高融点金属層への前記エッチング処
理により該金属層から露出する前記絶縁層の露出領域に
おける前記配線領域の伸長方向に沿った長さ寸法は、前
記高融点金属層と前記アルミニゥム系合金層のアルミニ
ゥムとの化合により生成される化合物の膜厚の２倍以上
の値を有し、前記露出領域における前記伸長方向と直角
な幅寸法は、前記配線部分の幅寸法よりも大きいことを
特徴とする請求項７記載の形成方法。 - 【請求項９】 前記高融点金属層における前記露出領域
間の寸法は、ブレッヒ（Blech）の臨界長さよりも小さ
いことを特徴とする請求項７記載の形成方法。 - 【請求項１０】 前記高融点金属層から露出する前記露
出領域は、前記配線領域に沿って形成された矩形エッチ
ング孔により規定される請求項７記載の形成方法。 - 【請求項１１】 前記高融点金属層から露出される前記
露出領域は、前記配線領域に該配線領域の伸長方向に関
して傾斜角度をなすべく格子状に配置されたエッチング
溝により規定される請求項７記載の形成方法。 - 【請求項１２】 前記格子状のエッチング溝により区画
される高融点金属層部分の対角線長さは、ブレッヒ（Bl
ech）の臨界長さよりも小さいことを特徴とする請求項
１１記載の形成方法。 - 【請求項１３】 半導体基板上の絶縁層に配線領域に沿
って、相互に対向する壁面間隔が下方へ向けて増大する
エッチング孔を形成すること、前記絶縁層上に高融点金
属層を該高融点金属層が前記エッチング孔壁面に沿って
該エッチング孔の底面から頂面に連続して成長すること
なくかつ前記エッチング孔を埋設することのない厚さ寸
法でかつ堆積させること、前記エッチング孔が形成され
た領域を含む前記高融点金属層上にアルミニゥム系合金
層を形成すること、前記配線領域に沿って前記高融点金
属層および前記アルミニゥム系合金層とを含む積層構造
の配線を形成すべく、前記積層構造の不要部分をエッチ
ング処理により除去することを特徴とする配線の形成方
法。 - 【請求項１４】 前記絶縁層の前記エッチング孔に対応
して形成される前記高融点金属層の空所における前記配
線領域の伸長方向に沿った長さ寸法は、前記高融点金属
層と前記アルミニゥム系合金層のアルミニゥムとの化合
により生成される化合物の膜厚の２倍以上の値を有し、
前記空所における前記伸長方向と直角な幅寸法は、前記
配線部分の幅寸法よりも大きいことを特徴とする請求項
１３記載の形成方法。 - 【請求項１５】 前記配線領域に沿った前記高融点金属
層の前記空所間における高融点金属層部分の長さ寸法
は、ブレッヒ（Blech）の臨界長さよりも小さいことを
特徴とする請求項１３記載の形成方法。
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