JPH02278827A - 半導体集積回路装置の配線構造とその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路の配線構造およびその形成方法
に関し、特に耐熱性の向上、コンタクト抵抗あるいはス
ルーホール抵抗の低減、コンタクトホール部あるいはス
ルーホール部でのエレクトロマイグレーション、ストレ
スマイグレーションの防止・抑制を目的として拡散層上
の層間絶縁膜に開口されたコンタクトホール中あるいは
金属配線層上の層間絶縁膜に開口されたスルーホール中
のみに選択的に形成された第１導電膜と、この第１導電
膜および層間絶縁膜上に設けられた、本配線構造全体の
エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレー
シ厘ンの防止・抑制、下地絶縁膜との密着性向上あるい
は配線構造全体の耐熱性向上を目的とした第２導電膜、
およびこの第２導電膜上に設けられた、配線抵抗の低減
を目的とした第３導電膜、および第２導電膜および第３
導電膜の周囲のみに形成された、上層の層間絶縁膜との
密着性向上や本配線構造全体の耐熱性向上、耐食性向上
、耐エレクトロマイグレーシ履ン性向上および耐ストレ
スマイグレーション性向上を目的とした第４導電膜より
構成される配線構造およびその形成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体集積回路装置の配線構造は、第３図（ａ）
に示す通り、半導体基板３０１上にイオン注入法、熱拡
散法等の既知の手法を用いて拡散層３０２を形成し、続
いて例えばＣＶＤ法、スパッタ蒸着法、等の手法を用い
て酸化ケイ素、窒化ケイ素等の第１層間絶縁膜３０３を
５千オングストロームから１マイクロメートルの厚みで
形成し、リソグラフィー　ドライエツチング等の既知の
技術を用いてコンタクトホールな形成し、続いてタング
ステンあるいはモリブデンと言ったエレクト四マイグレ
ーションーストレスマイグレーション耐性の高い元素よ
り構成さｈる第１導電膜３０５を六フッ化タングステン
、六塩化タングステンあるいは六塩化モリブデン等のガ
スを水素、シラン等のガスを用いて還元するＣＶＤ法に
より成膜温度２００〜４００℃、六フッ化タングステン
、六塩化タングステンあるいは六塩化モリブデン１０Ｃ
Ｃ％水素あるいはシラン１ｏｃｃ、圧力０．０１〜ＩＴ
ｏｒｒの条件で、選択的あるいは非選択的に拡散層３０
２上に５千オングストロームから１マイクロメートルの
厚みで形成する。

選択ＣＶＤ法の場合、拡散層３０２上のみに第１導電膜
３０５が形成されるが、非選択ＣＶＤの場合、第１層間
絶縁膜３０３上にも第１導電膜３０５が形成されるため
、成膜後にコンタクトホール中のみに第１導電膜３０５
が残るように第１導電膜３０５を四塩化炭素、四弗化炭
素、六弗化硫黄等のガスを用いたドライエツチング法に
よりエッチバックして選択ＣＶＤ法の場合と同様の構造
を得るものとする。

この第１導電膜３０５は、拡散層３０２との接続抵抗の
低減および接合部分の耐熱性、耐エレクトロマイグレー
シ謹ン性、耐ストレスマイグレーション性の向上を目的
として形成する。

続いて第３図（ｂ）に示すごとく、第１導電膜３０５お
よび第１層間絶縁膜３０３上に例えばアルミニウムある
いはアルミニウムにシリコンや銅を最大でも５％添加し
たアルミニウム合金より構成さｈる低い電気抵抗を有す
る第３導電膜３０７をスパッタ法により５千オングスト
ロームから１マイクロメートルの厚みで形成する。

その後、リソグラフィー　ドライエツチング等の既知の
技術を用いて不要部分を除去して第３図（Ｃ）の通り配
線パターン化し、拡散層３０２上に第１導電膜３０５、
第３導電膜３０７より構成される半導体集積回路装置の
配線構造としていた。

あるいは第４図（ａ）に示す通り、第１層間絶縁膜４０
３上にスパッタ、フォトリソグラフィードライエツチン
グ等の既知の手法を用いて例えばアルミニウム、アルミ
ニウムにシリコンや銅を最大でも５％添加したアルミニ
ウム合金あるいはタングステン等より構成さｈる低い電
気抵抗を有する第５導電膜４１１を５千オングストロー
ムから１マイクロメートルの厚みで形成し、続いてスパ
ッタ法、ＣＶＤ法、スピンコード法等の既知の手法を用
いてケイ素酸化物、ケイ素窒化物、ポリイミド等の第２
層間絶縁膜４０９を５千オングストロームから１マイク
ロメートルの厚みで形成し、既知の手法を用いてスルー
ホール４１０を開口する。

続いて第４図（ｂ）の通りタングステンあるいはモリフ
テント言ったエレクトロマイグレーション・ストレスマ
イグレーション耐性の高い元素より構成される第１導電
膜４０５を六フッ化タングステン、六塩化タングステン
あるいは六塩化モリブデン等のガスを水素、シラン等の
ガスを用いて還元するＣＶＤ法により成膜温度２００〜
４００℃、六フッ化タングステン、六塩化タングステン
あるいは六塩化モリブデン１０ｃｃ、水素あるいはシラ
７１０ｃｃ、圧力０．０１〜ｌ　Ｔｏｒｒの条件で、選
択的あるいは非選択的に第５導電膜４１１上に５千オン
ダスト四−ムから１マイクロメートルの厚みで形成する
。

選択ＣＶＤ法の場合、第５導電膜４１１上のみに第１導
電膜４０５が形成されるが、非選択ＣｖＤの場合、第２
層間絶縁膜４０９上にも第１導電膜４０５が形成される
ため、成膜後にスルーホール中のみに第１導電膜４０５
が残るように第１導電膜４０５を四塩化炭素、四弗化炭
素、六弗化硫黄等のガスを用いた反応性イオンエツチン
グ法によりエッチバックして選択ＣＶＤ法の場合と同様
の構造を得るものとする。

この第１導電膜４０５は、スルーホール抵抗の低減、耐
熱性の向上、およびスルーホール部でのエレクトロマイ
グレーションやストレスマイグレーションの防止・抑制
を目的としている。

続いて第４図（ｃ）に示すごとく、第１導電膜４０５お
よび第２層間絶縁膜４０９上に例えばアルミニウムある
いはアルミニウムにシリコンや銅を最大でも５％添加し
たアルミニウム合金より構成される低い電気抵抗を有す
る第３導電膜４０７をスパッタ法により５千オングスト
ロームから１マイクロメートルの厚みで形成し、リソグ
ラフィー　ドライエツチング等の既知の技術を用いて不
要部分を除去して配線パターン化し、スルーホール上に
第１導電膜４０５、第３導電膜４０７より構成される半
導体集積回路装置の配線構造としていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の半導体集積回路装置の配線構造は、以下
に示す欠点がある。

（１）配線形成の後工程における熱処理により第１導電
膜３０５，４０５と第３導電膜３０７゜４０７が反応し
て配線抵抗が増加するため、半導体集積回路装置として
の特性が低下する、あるいは脆弱な金属間化合物を形成
して機械的強度が低下するため、長期信頼性が低下する
。

（２）第１導電膜３０５，４０５の存在により、コンタ
クトホール部あるいはスルーホール部でのエレクトロマ
イグレーション・ストレスマイグレーションの防止・抑
制は出来るが、第３導電膜３０７，４０７自体のエレク
トロマイグレーションやストレスマイグレーションの防
止・抑制に対しては効果は得られず、配線幅の減少に伴
い、配線部分でのエレクトロマイグレーション・ストレ
スマイグレーションが起こり易くすり、長期信頼性が低
下する。

（３）第３導電膜３０７，４０７を構成する元素の耐食
性が低い場合、不良の発生原因となりやすいアフターコ
ロ−ジョンが発生しやすくなり、長期信頼性が低下する
。

（４）第３導電膜３０７，４０７には、その上層に使用
される層間絶縁膜との密着性が良好な材料しか使用でき
ないために使用できる配線材料の選択範囲が制限され、
希望する電気特性を得にくくなる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体集積回路装置の配線構造は拡散層上に設
けられた眉間絶縁膜に開口されたコンタクトホール中、
あるいは金属配線層上に層間絶縁膜に開口されたスルー
ホール中に選択的に形成された第１導電膜と、第１導電
膜および層間絶縁膜上に形成された第２導電膜と、第２
導電膜上に設けられた第３導電膜、および第２導電膜お
よび第３導電膜の周囲に形成された第４導電膜より構成
さｈる配線構造を有する。

この半導体集積回路装置の配線構造の形成方法は、拡散
層上に層間絶縁膜を形成し、続いてコンタクトホールを
開口する工程、あるいは金属配線上に層間絶縁膜を形成
し、スルーホールを開口する工程と、コンタクトホール
あるいはスルーホール中に第１導電膜を選択的に形成す
る工程と、さらに前記第１導電膜および層間絶縁膜上に
第２導電膜を形成する工程と、続いて第２導電膜上に第
３導電膜を形成する工程と、配線必要部分を残し不要部
分を除去する工程と、第２導電膜および第３導電膜の周
囲に選択的に第４導電膜を形成する工程を有する配線を
形成する工程を有する。

上述した従来の半導体集積回路装置の配線構造および形
成方法に対し、本発明の半導体集積回路装置の配線構造
は、第１導電膜と第３導電膜の間に第１導電膜と第３導
電膜の反応を防止・抑制して耐熱性を向上させ、さらに
第３導電膜において発生しやすいエレクトロマイグレー
ション・ストレスマイグレーションに対する耐性を向上
させる効果を持つ第２導電膜が存在し、さらに第２導電
膜および第３導電膜の周囲に上層に形成する層間絶縁膜
との密着性向上、配線層全体の耐食性の向上および耐エ
レクトロマイグレーション性、耐ストレスマイグレーシ
ョン性の向上を目的とした第４導電膜が存在する配線構
造を有している。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の縦断面図である。

第１図（ａ）に示す通り、半導体基板１０１上にイオン
注入法、熱拡散法等の既知の手法を用いて拡散層１０２
を形成し、続いて例えばＣＶＤ法、スパッタ蒸着法等の
手法を用いて酸化ケイ素、窒化ケイ素等より構成される
第１層間絶縁膜１０３を５千オングストロームから１マ
イクロメートルの厚みで形成し、リソグラフィー　ドラ
イエツチング等の既知の技術を用いてコンタクトホール
１０４を形成する。この際、拡散層１０２は半導体基板
１０１がｎ型の場合はｐ型、半導体基板１０１がｐ型の
場合はその逆のｎ型となる。

続いて第１図（ｂ）の通り、タングステンあるいはモリ
ブデンと言ったエレクトロマイグレーション・ストレス
マイグレーション耐性の高い元素より構成される第１導
電膜１０５を六フッ化タングステン、六塩化タングステ
ンあるいは六塩化モリブデン等のガスを水素、シラン等
のガスを用いて還元するＣＶＤ法により成膜温度２００
〜４００℃、六フッ化タングステン、六塩化タングステ
ンあるいは六塩化モリブデン１０ＣＣ％水素あるいはシ
ラン１０ＣＣ％圧力０．０１〜Ｉ　Ｔｏｒｒの条件で、
選択的あるいは非選択的に拡散層１０２上に５千オング
ストロームから１マイクロメートルの厚み、すなわちコ
ンタクトホールの深さとほぼ同等の厚みで形成し、段差
を出来るだけ少なくする。

選択ＣＶＤ法の場合、拡散層１０２上のみに第１導電膜
１０５が形成されるが、非選択ＣＶＤ法の場合、第１層
間絶縁膜１０３上にも第１導電膜１０５が形成されるた
め、成膜後にコンタクトホール中のみに第１導電膜１０
５が残るように第１導電膜１０５を四塩化炭素、四弗化
炭素、６弗化硫黄等のガスを用いたドライエツチング法
によりエッチバックして選択ＣＶＤ法の場合と同様の構
造を得る。

この第１導電膜１０５は、拡散層１０２との接続抵抗の
低減および接合部分の耐熱性の向上を目的として形成す
る。

続いて第１図（ｃ）に示す通り、第１導電膜１０５およ
び第１層間絶縁膜１０３上に、例えばタングステン、モ
リブデン、チタンおよびこれらの元素を主成分とした合
金、あるいはこれらのケイ化物、チッ化物、ホウ化物で
ある第２導電膜１０６をスパッタ法、反応性スパッタ法
あるいはＣＶＤ法等の手法により５百から２千オングス
トロームの厚みで形成する。続いてアルミニウムあるい
はアルミニウムにシリコンや銅を最大でも５％添加した
アルミニウム合金より構成される低い電気抵抗を有する
第３導電膜１０７をスパッタ法により５千オングストロ
ームから１マイクロメートルの厚ミで第２導電膜１０６
上に形成する。

さらに第１図（ｄ）のごとく、リソグラフィー技術、ド
ライエツチング技術等の既知の手法を用いて第２導電膜
１０６および第３導電膜１０７の不要部分を除去して配
線パターンとし、さらに第２導電膜１０６および第３導
電膜１０７の周囲のみに六フッ化タングステン、六塩化
タングステンあるいは六塩化モリブデン等のガスを水素
、シラン等のガスを用いて還元するＣＶＤ法により成膜
温度２００〜４００℃、六フッ化タングステン、六塩化
タングステンあるいは六塩化モリブデン１０ｃｃ、水素
あるいはシラン１Ｏｃｃ％圧力０．０１〜ＩＴｏｒｒの
条件で、タングステンあるいはモリブデンより構成され
る第４導電膜１０８を５百から２千オングストロームの
厚みで形成とする事により、拡散層１０２上に第１導電
膜１０５、第２導電膜１０６、第３導電膜１０７、第４
導電膜１０８より構成される配線構造を形成する。

この際、第２導電膜１０６は第１導電膜１０５と第３導
電膜１０７の反応や第３導電膜１０７で発生しゃすいエ
レクトロマイグレーション・ストレスマイグレーション
を防止・抑制する効果を持ち、第３導電膜１０７は配線
抵抗の低減、第４導電膜１０８は上層に形成する層間絶
縁膜との密着性改善、配線層全体の耐食性向上、耐エレ
クトロマイグレーション・ストレスマイグレーション性
向上をせしめる効果を有する。本発明の半導体集積回路
装置の配線構造および形成方法は、モス、バイポーラ等
の半導体装置の種類にかかわらず適応可能である。

続いて本発明の他の実施例を図面を参照して説明する。

第２図（ａ）は本発明の他の実施例の縦断面図である。

半導体基板２０１上に例えｔ−ｚｃｖＤ法、スパッタ蒸
着法等の既知の手法を用いて酸化ケイ素、窒化ケイ素、
等より構成される第１層間絶縁膜２０３を５千オングス
トロームから１マイクロメートルの厚みで形成し、続い
てアルミニウムあるいはアルミニウムにシリコンや銅を
最大でも５％添加したアルミニウム合金より構成される
低い電気抵抗を有する第５導電膜２１１をスパッタ法に
より５千オングストロームから１マイクロメートルの厚
みで第１層間絶縁膜２Ｑ３上に形成し、リソグラフィー
技術、ドライエツチング技術等の既知の手法を用いて第
５導電膜２１１の不要部分を除去して配線パターン化し
、さらにその上層に例えばＣＶＤ法、スパッタ法、スピ
ンコード法等の手法を用いて酸化ケイ素、窒化ケイ素、
ポリイミド等より構成される第２層間絶縁膜２０９を５
千オングストロームから１マイクロメートルの厚みで形
成し、リソグラフィー　ドライエツチング等の既知の技
術を用いスルーホール２１０を開口する。

さらに第２図（ｂ）の通り、実施例１と同様の材料およ
び手法を用いて第１導電膜２０５および第２導電膜２０
６を形成し、続いて第２導電膜２０６上に例えば電気抵
抗が低く、かつ化学的安定性の高い元素である金や、そ
れより低い電気抵抗を有する銅等より構成される保護導
電膜２１２をスパッタ法、蒸着法等の手法を用いて５百
から２千オングストロームの厚みで形成する。

さらに第２図（ｃ）に示す通り、保護導電膜２１２上に
既知の手法であるリソグラフィー技術を用いて配線形成
用マスク膜２１３を５千オングストロームから２マイク
ロメーターの厚みで形成する。続いて硫酸金ナトリウム
、硫酸、次亜リン酸ナトリウム等より構成される電解金
メツキ液あるいは硫酸銅を主成分とした電解銅メツキ液
を使用した第２導電膜２０６および保護導電膜２１２を
メツキ電流供給層とした電解メツキ法を用いて、メツキ
温度３０〜８０℃、電流密度２　ｍＡ／ｃｎｆ〜１０ｍ
　Ａ　／　ｃｎｌの条件で保護導電膜２１２露出部のみ
に選択的に保護導電膜２１２と同一の元素である金ある
いは銅より構成される第３導電膜２０７を５千オングス
トロームから２マイクロメーターの厚みで形成する。こ
の際、保護導電膜２１２は、メツキ液と第２導電膜２０
６が直接接触して腐食するのを防止する事を目的として
いる。

さらに第２図（ｄ）に示す通り、有機溶剤を使用した湿
式法あるいは酸素プラズマを用いた乾式法等の手法によ
り配線形成用マスク膜を除去した後、第３導電！！２０
７をエツチングマスクとして、露出している保護導電膜
２１２および第２導電膜２０６をアルゴンガスやネオン
ガスを用いたイオンミリング法、四塩化炭素ガス、六弗
化硫黄ガスあるいは四弗化炭素ガスを用いた反応性イオ
ンエツチング法、硫酸、硝酸、塩酸、フッ酸等を使用し
たウニ、トエッチング法等の手法により除去して配線パ
ターン化することにより、第１層目の配線である第５導
電膜２１１上に第１導電膜２０５、第２導電膜２０６、
第３導電膜２０７を有する配線構造を形成する。この際
、第２導電膜２０６と第３導電膜２０７の間には保護導
電膜２１２が存在するが、第３導電膜２０７と同一元素
より構成されるため、配線構造に相違は生じない。

さらに第２図（ｅ）に示す通り、六塩化タングステン、
六塩化タングステンあるいは六塩化モリブデン等のガス
を水素、シラン等のガスを用いて還元する一実施例と同
様の条件で行うＣＶＤ法、あるいは硫酸ニッケル、硫酸
銅あるいは硫酸コバルト等を主成分とした溶液で温度４
０〜６０℃の条件で行う無電解メツキ法によりタングス
テン、モリブデン、ニッケル、銅、コバルト等より構成
される第４導電膜２０８を５百から２千オングストロー
ムの厚みで第２導電膜２０６および第３導電膜２０７の
周囲のみに選択的に形成して、第５導電膜２１１上に第
１導電膜２０５、第２導電膜２０６、第３導電膜２０７
、第４導電膜２０８より構成される配線構造を形成する
。この際、第２導電膜２０６は、第１導電膜２０５と第
３導電膜２０７の反応や第３導電膜２０７で発生しやす
いエレクトロマイグレーション・ストレスマイクレージ
９ンを防止・抑制する効果を持ち、第４導電膜２０８は
上層に形成する眉間絶縁膜との密着性改善、配線層全体
の耐食性向、上、耐エレクトロマイグレーシ目ン・スト
レスマイグレーション性向上のせしめる効果を有する。

なお、第５導電膜２１１の配線構造が本実施例の場合と
必ずしも同一である必要はなく、異なる場合においても
適応可能である。また本実施例の半導体集積回路装置の
配線構造および形成方法は、一実施例と同様にモス、バ
イポーラ等の半導体集積回路装置の種類にかかわらず適
応可能であることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の半導体集積回路装置の配線
構造および形成方法は、第１導電膜と第３導電膜の間に
第１導電膜と第３導電膜の反応を防止・抑制して耐熱性
を向上させ、さらに第３導電膜において発生しやすいエ
レクトロマイグレーション・ストレスマイグレーション
に対スル耐性を向上させるＭ２導電膜が存在し、さらに
第２導電膜および第３導電膜の周囲に上層に形成される
層間絶縁膜との密着性、配線層全体の耐食性、耐エレク
ト四マイグレーション性、耐ストレスマイグレーション
性を改善・向上せしめる第４導電膜が存在する配線構造
が得られるため、高い長期信頼性を有する安定した特性
の半導体集積回路が得られる効果がある。

３導電膜、１０８，２０８・・・・・・第４導電膜、２
０９゜４０９・・・・・・第２層間絶縁膜、２１０，４
１０・旧・・スルーホール、２１１，４１１・・・・・
・第５導電膜、２１２・・・・・・保護導電膜、２１３
・旧・・配線形成用マスク膜。

代理人　弁理士　　内　原　　　晋

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例の縦断面図、
第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明の他の実施例の縦断面図
、第３図（ａ）〜（ｃ）、第４図（ａ）〜（ｃ）は従来
の半導体集積回路装置の配線構造および形成方法の縦断
面図である。 １０１．２０１，３０１，４０１・・・・・・半導体基
板、１０２，３０２・・・・・・拡散層、１０３，２０
３゜３０３．４０３・・・・・・第１層間絶縁膜、１０
４・・・・・・コンタクトホール、１０５，２０５，３
０５゜４０５・・・・・・第１導電膜、１０６，２０６
・・・・・・第２導電膜、１０７，２０７，３０７，４
０７・・・・・・第第づ図（ａ） 端３図（ｂ） 端３図（ｃ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）拡散層上に設けられた層間絶縁膜に開口されたコ
   ンタクトホール中、あるいは金属配線層上の層間絶縁膜
   に開口されたスルーホール中に選択的に形成された第１
   導電膜と、前記第１導電膜および層間絶縁膜上に形成さ
   れた第２導電膜と、前記第２導電膜上に設けられた第３
   導電膜、および前記第２導電膜および第３導電膜の周囲
   のみに形成された第４導電膜より構成される配線構造を
   有する事を特徴とする半導体集積回路装置
2. （２）拡散層上に層間絶縁膜を形成し、続いてコンタク
   トホールを開口する工程あるいは金属配線層上に層間絶
   縁膜を形成し、スルーホールを開口する工程と、前記コ
   ンタクトホールあるいは前記スルーホール中に第１導電
   膜を選択的に形成する工程と、さらに前記第１導電膜お
   よび層間絶縁膜上、あるいは前記第１導電膜および層間
   絶縁膜上に第２導電膜を形成する工程と、続いて第２導
   電膜上に第３導電膜を形成する工程と、前記第２導電膜
   と前記第３の導電膜の配線に必要部分のみを残し不要部
   分を除去する工程と、その後前記第２導電膜および前記
   第３導電膜の周囲に選択的に第４導電膜を形成する工程
   を有することを特徴とする配線構造形成方法