JP2809193B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2809193B2
JP2809193B2 JP8111393A JP11139396A JP2809193B2 JP 2809193 B2 JP2809193 B2 JP 2809193B2 JP 8111393 A JP8111393 A JP 8111393A JP 11139396 A JP11139396 A JP 11139396A JP 2809193 B2 JP2809193 B2 JP 2809193B2
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守 遠藤
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、タングステン埋設スルーホールによって相互
に接続された、Alを主体とする上・下層配線を有する
半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の高集積化に伴い、スル
ーホールの微細化も進み、スルーホールの深さを直径で
割ったアスペクト比が次第に大きくなってきている。ア
スペクト比が増大したスルーホールでは、従来からのス
パッタ法によるAlではステップカバレッジがよくなく
これを埋め込むことができないため、代わってステップ
カバレッジのよい化学気相成長法によるタングステン
(W)でスルーホールを埋め込むタングステン埋設スル
ーホールが採用されるようになってきている。
【0003】図3(a)〜(c)は、タングステン埋設
スルーホールを有する従来の半導体装置の製造過程を示
す工程順断面図である。まず、図3(a)に示すよう
に、第1層間絶縁膜1上に、チタン膜2a、窒化チタン
膜3a、アルミニウム−シリコン−銅からなるAl合金
層4a、窒化チタン膜3bを順次堆積した後、フォトリ
ソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてこの積層
金属膜をパターニングして下層アルミ配線7を形成す
る。
【0004】次に、図3(b)に示すように、第2層間
絶縁膜5をCVD法により堆積し、化学機械研磨(Chem
ical Mechanical Polishing ; CMP)法により表面を
平坦化する。次に、図3(c)に示すように、フォトリ
ソグラフィ技術およびエッチング技術を適用して、第2
層間絶縁膜5および窒化チタン膜3bを選択的に除去し
て所望の位置にスルーホールを開孔する。次いで、チタ
ン膜2b、窒化チタン膜3c、タングステン膜6を堆積
した後、エッチバックを行いスルーホール部分にのみタ
ングステン膜6を残す。その後、アルミニウム−シリコ
ン−銅からなるAl合金層4b、窒化チタン膜3dを堆
積し、この多層金属膜をパターニングして上層アルミ配
線8を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の配線構
造では、タングステン埋設スルーホールを形成するため
のチタン、窒化チタン、タングステンの堆積時の熱、ス
トレスによりアルミニウムのマイグレーションが起こり
下層アルミ配線よりAlが析出して、図3(c)に示す
ように、凸状のアルミウイスカー11が発生する。
【0006】アルミウイスカーが発生すると、上層のA
l合金層に突起部が発生しその結果フォトリソグラフィ
の精度の低下して配線ショートを発生させることにな
る。また、マイグレーションにより下層アルミ配線に断
線、高抵抗化部が発生し製造歩留りおよび信頼性の低下
が問題になる。したがって、本発明の解決すべき課題
は、下層アルミ配線におけるストレスマイグレーショ
ン、アルミウイスカーの発生を抑制して、製造歩留りお
よび信頼性の向上を図ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、スルーホ
ール下の下層アルミ配線内に、バリアメタル層を埋め込
むことによって解決することができる。アルミウイスカ
ーの発生件数は配線を形成するためのAl層の膜厚が厚
くなるほど多くなることが経験的に分かっている。上記
のようにスルーホール下の下層アルミ配線内にバリアメ
タル層を配置した場合には、その部分での実効的な配線
層の膜厚が薄くなりその結果アルミウイスカーの発生は
抑制される。
【0008】
【発明の実施の形態】本願発明の配線構造は次のように
して形成される。 下層アルミ配線の下層部を形成する。 下層アルミ配線の下層部上に単層あるいは多層のバ
リアメタル層を堆積し、スルーホール下のみに残るよう
にパターニングする。 下層アルミ配線の上層部を形成する。 層間絶縁膜を堆積し、下層アルミ配線の表面を露出
させるスルーホールを開孔する。 スルーホール埋設金属を堆積し、エッチバックして
スルーホール内を金属で埋め込む。 上層アルミ配線を形成する。
【0009】バリアメタル層を形成する材料としては、
チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(M
o)、窒化チタン(TiN)、珪化チタン(TiS
i)、珪化タングステン(WSi)、珪化モリブデン
(MoSi)、チタンタングステン(TiW)等からな
る単層若しくは多層のバリア層が用いられる。バリアメ
タル層をスルーホール下のみに選択的に設ける場合に
は、スルーホール下を完全に覆うために、そしてアルミ
ウイスカーの発生をより抑制できるようにするために、
スルーホールの直径の少なくとも1.5倍の直径の円形
(角型のスルーホールの場合には一辺の長さをスルーホ
ールの一辺の長さの少なくとも1.5倍の角型)の大き
さとすることが望ましい。また、バリアメタル層の配置
位置(深さ)は、より確実にアルミウイスカーの発生を
抑制するために、下層アルミ配線の膜厚の1/2以下の
深さに位置させることが望ましい。但し、この深さが浅
すぎる場合には配線抵抗の増大を招くため、配線膜厚の
1/10より深い位置に配置することが望ましい。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。図1(a)〜(c)は、本発明の
例の主要製造工程を順に示した工程断面図である。ま
ず、半導体基板(図示なし)上に形成された第1層間絶
縁膜1上に、スパッタ法によりチタン膜2aを0.05
μmの膜厚に、窒化チタン膜3aを0.1μmの膜厚
に、アルミニウム−シリコン−銅からなるAl合金層4
a′を0.25μmの膜厚に順次堆積し、その上に、バ
リアメタル層10として、スパッタ法により、窒化チタ
ン膜3eを0.05μmの厚さに、チタン膜2cを0.
05μmの厚さに、窒化チタン膜3fを0.05μmの
厚さに順に堆積する。続いて、Al合金層4a″を0.
25μmの膜厚に、窒化チタン膜3bを0.05μmの
膜厚に順次堆積する。
【0011】次に、フォトリソグラフィ法を用いて配線
パターン状にフォトレジスト膜(図示なし)を形成し、
これをマスクとしてドライエッチングにより積層金属膜
をパターニングして下層配線9を形成する〔図1
(a)〕。次に、熱CVD法によりシリコン酸化膜を
1.5μmの厚さに堆積し、CMP法により研磨を行っ
て表面の平坦化された第2層間絶縁膜5を形成する〔図
1(b)〕。
【0012】次に、フォトリソグラフィ法を用いてスル
ーホール形成領域に開口を有するフォトレジスト膜(図
示なし)を形成し、これをマスクとして第2層間絶縁膜
5、窒化チタン膜3bをエッチングしてAl合金層4
a″の表面を露出させるスルーホールを開孔する。次
に、スパッタ法により、チタン膜2bを0.05μmの
厚さに、窒化チタン膜3cを0.1μmの厚さに堆積
し、続いてCVD法により、タングステン膜6を0.3
μmの膜厚に堆積する。そして、タングステン膜をエッ
チバックしてスルーホール内のみにタングステン膜6を
残す。さらに、スパッタ法により、Al合金層4bを
0.6μmの厚さに、窒化チタン膜3dを0.05μm
の厚さに堆積し、フォトリソグラフィ技術およびドライ
エッチング技術を用いて積層金属膜をパターニングして
上層アルミ配線8を形成する〔図1(c)〕。
【0013】このようにして形成した半導体装置におい
ては、下層アルミ配線内にバリアメタル層10が配置さ
れているため、スルーホール開口後のチタン、窒化チタ
ン、タングステン堆積時の熱、ストレスにより下層アル
ミ配線よりAlが析出することはなく、したがってマイ
グレーションによる断線や凸状のウイスカーによる配線
ショートが発生することはなく、製造歩留りの低下を防
止し信頼性の向上を図ることができる。
【0014】図2(a)〜(c)は、本発明の実施例
の主要製造工程を順に示した工程断面図である。まず、
半導体基板(図示なし)上に形成された第1層間絶縁膜
1上に、スパッタ法によりチタン膜2aを0.05μm
の膜厚に、窒化チタン膜3aを膜厚0.1μmに、Al
合金層4a′を0.3μmの膜厚に順次堆積し、その上
に、バリアメタル層10として、スパッタ法により、窒
化チタン膜3eを0.05μmの厚さに、チタン膜2c
を0.05μmの厚さに、窒化チタン膜3fを0.05
μmの厚さに順に堆積する。次いで、フォトリソグラフ
ィ法とドライエッチング技術を用いてバリアメタル層1
0をスルーホール形成予定領域下のみに残るようにパタ
ーニングする〔図2(a)〕。
【0015】続いて、Al合金層4a″を0.2μmの
膜厚に、窒化チタン膜3bを0.05μmの膜厚に順次
堆積する。次に、フォトリソグラフィ法とドライエッチ
ングにより積層金属膜をパターニングして下層配線9を
形成する。次いで、熱CVD法によりシリコン酸化膜を
1.5μmの厚さに堆積し、CMP法により研磨を行っ
て表面の平坦化された第2層間絶縁膜5を形成する〔図
2(b)〕。
【0016】次に、フォトリソグラフィ法を用いてスル
ーホール形成領域に開口を有するフォトレジスト膜(図
示なし)を形成し、これをマスクとして第2層間絶縁膜
5、窒化チタン膜3bをエッチングしてAl合金層4
a″の表面を露出させるスルーホールを開孔する。次
に、スパッタ法により、チタン膜2bを0.05μmの
厚さに、窒化チタン膜3cを0.05μmの厚さに堆積
し、続いてCVD法により、タングステン膜6を0.3
μmの膜厚に堆積する。そして、タングステン膜をエッ
チバックしてスルーホール内のみにタングステン膜6を
残す。さらに、スパッタ法により、Al合金層4bを
0.6μmの厚さに、窒化チタン膜3dを0.05μm
の厚さに堆積し、フォトリソグラフィ技術およびドライ
エッチング技術を用いて積層金属膜をパターニングして
上層アルミ配線8を形成する〔図2(c)〕。
【0017】このようにして形成した半導体装置におい
ては、スルーホール下の下層アルミ配線内にバリアメタ
ル層10が配置されているため、第1の実施例と同様
に、マイグレーションによる断線や凸状のウイスカーに
よる配線ショートを防止することができる。さらに、本
実施例によれば、下層アルミ配線のパターニングを容易
に行うことでき、また配線抵抗を参考例の場合より
も低下させることができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体装置は、スルーホール下の下層アルミ配線内にバリア
メタル層を配置したものであるので、スルーホール開口
後のチタン、窒化チタン、タングステン堆積時の熱、ス
トレスによる下層アルミ配線からのAlの析出が抑制さ
れ、アルミウイスカーの発生が防止される。従って、本
発明によれば、マイグレーションによる断線やウイスカ
ーに起因する配線ショートが抑制され、製造歩留りおよ
び信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の参考例を説明するための工程順断面
図。
【図2】本発明の実施例を説明するための工程順断面
図。
【図3】従来例の工程順断面図。
【符号の説明】
1 第1層間絶縁膜 2a〜2c チタン膜 3a〜3f 窒化チタン膜 4a、4a′、4a″、4b Al合金層 5 第2層間絶縁膜 6 タングステン膜 7、9 下層アルミ配線 8 上層アルミ配線 10 バリアメタル層

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Alを主体とする少なくとも上下2つの
    金属配線層を有し、これら2つの金属配線層が金属が埋
    設されたスルーホールを介して接続されている半導体装
    置において、下層配線内の前記スルーホール下に位置す
    る部分のみにバリアメタル層が埋め込まれていることを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記バリアメタル層が、Ti、W、M
    o、TiW、TiN、TiSi、WSi、MoSiの中
    から選択された材料からなる1ないし複数のバリア層に
    より構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。
  3. 【請求項3】 前記バリアメタル層が、前記下層配線の
    1/2の厚さより浅く1/10の厚さより深い位置に配
    置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。
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