JPH0287554A - 半導体装置の多層配線 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は集積回路装置（ＩＣ）及び大規模集積回路装置
（ＬＳ　Ｉ　）等に使用される半導体装置の多層配線に
関する。

Ｕ従来の技術］ 第３図は従来の半導体装置の２層金属配線構造を示す断
面図である。

所定の素子及び絶縁ｍ＜いずれも、図示せず）が作り込
まれた半導体基板１上に第１層配線２が形成されている
。そして、この第１層配線２を覆うようにして、層間絶
縁膜３が形成されており、この層間絶縁膜３の第１層配
線２上の適所にはスルーホール４が設けられている。そ
して、この層間絶縁膜３上に第２層配線５が形成されて
おり、この第２層配線５はスルーホール４内に埋め込ま
れてこの第１層配線２と電気的に接続されている。

そして、この全面にカバー絶縁Ｍ６が被着されている。

このように、構成された従来の半導体装置の多層金属配
線においては、−ｉ的に、第１層配線３及び第２層配線
５の材質として、加工性及び導電率等の特性が適してい
ることから、アルミニウム又はアルミニウム合金が使用
されている。この第１層配線及び第２層配線は、スパッ
タリング又は蒸着等の物理的手段により被着されている
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の半導体装置の多層金属配
線においては、第２層配線５を形成した後、カバー絶縁
膜６を形成するとき及びこの半導体装置を封止材により
パッケージングするときに、この半導体装置は熱処理を
受ける。このために、第４図（ａ）に示すように、第１
層配線２と第２層配線５との界面において剥離部７が発
生し、このスルーポール４内において両者が電気的に断
線することがある。

即ち、従来の下層金属配線と上層金属配線とは、す１に
機械的に接触しているだけであり、熱ストレス及びカバ
ー絶縁膜から加わる応力により配線金属中の原子がマイ
グレーションするため、下層金属配線と上層金属配線と
の界面において剥離が発生しやすい。

また、第４図（ｂ）に示すように、前述の熱処理により
、比抵抗が極めて高いシリコンの析出物８が第１層配線
２と第２層配線５との間の界面に生成し、このためにこ
のスルーホール４における配線接続抵抗がシリコン析出
前の数倍乃至数百倍に上昇してしまうことかある。

このように、従来の半導体装置の多層金属配線には、半
導体装置の信頼性を損なう極めて大きな問題点があった
。そして、この剥離部７の発生及びシリコンの析出物８
の生成は半導体の熱処理の際の温度が高いほど、また、
処理時間が長いほど顕著に発生するようになる。このな
め、この従来の多層配線の形成工程においては、加熱温
度及び加熱時間に細心の注意を払う必要があった。また
、使用できるパッケージが制限され、更に、スルーブツ
ト等の生産性が低下する等の問題点かあった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
第１層配線と第２層配線との界面における剥離及びシリ
コンの析出を防止し、これにより半導体装置の信頼性を
高めると共に、１史用可能なパッケージの制約を解消し
、且つ、生産性を向上させることができる半導体装置の
多層配線を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る半導体装置の多層配線は、シリコンの含有
量が０．１重量％以下である金属又は合金により形成さ
れた下層配線と、この下層配線上に形成された層間絶縁
膜と、この層間絶縁膜上にシリコン含有量が０．１重量
％以下の金属又は合金により形成され、前記層間絶縁膜
に設けられたスルーホールを介して前記下層配線に電気
的に接続された上層配線と、前記スルーホール内にて前
記下層配線と上層配線との間にそれらの構成元素と合金
を形成する元素により形成された接続膜とを有すること
を特徴とする。

［作用］ 本発明においては、下層配線と上層配線との間に下層配
線及び上層配線の構成元素と合金を形成する元素により
形成された接続膜を有している。

これにより、下層配線と接続膜との間、及び接続膜と上
層配線との間は夫々化学的に結合して合金化し、強固に
結合されるため、下層配線と上層配線との接続面での剥
離が防止される。

一方、前記下層配線及び上層配線中のシリコンの含有量
は０，１重量％以下であるため、後工程の熱処理工程で
加熱されても、両者の接続界面にシリコンが析出するこ
とはない。

このように、本発明においては第１層配線と第２層配線
との界面における剥離及びシリコン析出物の発生を防止
できる。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の実施例を示す断面図である。

素子及び絶縁膜くいずれも、図示せず）が形成されてい
る半導体基板１上にシリコン含有量が０．１重量％以下
であるアルミニウムにより第１Ｎ配線２が形成されてい
る。この第１層配線２及び第１層配線形成領域以外の半
導体基板１上には、適所にスルーホール４が開口されて
いる層間絶縁膜３が形成されている。

この層間絶縁膜３上にはシリコン含有量が０．１重量％
以下であるアルミニウムにより第２層配線５が形成され
ており、スルーホール４内に自己整合的に配置されてい
る接続膜としてのチタン膜９を介して第２層配線５と第
１Ｍ配線２とが電気的に接続されている。このチタンｐ
Ａ９の厚さは１００乃至５００人である。そして、チタ
ンＭ９と第１Ｍ配線２及び第２層配線５との界面におい
ては、夫々アルミニウム原子とチタン原子とが相互拡散
して反応し、Ａ、（−Ｔｉ合金を形成している。なお、
全面にはカバー絶縁膜６が被着されている。

上述の如く構成された本実施例において、第１層配線２
及び第２層配線５はチタン膜９との界面でＡρ−Ｔｉ合
金を生成して化学的に結合しているため、第１層配線２
と第２層配線５とが極めて強固に接合されている。この
ため、熱ストレス又はカバー絶縁膜６からの応力を受け
ても、アルミニウム原子のマイグレーションは抑制され
る。このため、第１層配線２と第２層配線５との剥離は
発生せず、スルーホール４における断線を回避すること
ができる。

また、アルミニウム第１層配線２及び第２層配線５のシ
リコン含有量を０．１重量％以下に限定しているから、
熱処理を受けても固溶限以上のＳｉが析出してしまうと
いう事態が回避され、シリコンの析出物８の発生も防止
される。

次に、本実施例の半導体装置の多層金属配線の形成方法
について説明する。

第２図はこの多層金属配線の形成工程の途中の状態を示
す断面図である。先ず、シリコン含有量が０．１ｆｆｉ
量％以下のアルミニウムからなるターゲットを使用して
、半導体基板上上に第１層配線２をスパッタリング等に
より形成する。次いで、全面に層間絶縁Ｍ　３を被着す
る。この層間絶縁膜３上にレジスト膜１０を被着し、レ
ジスト膜１０におけるスルーホール４の形成領域上の部
分を開口する。そして、このレジスト膜］０をエツチン
グマスクとして層間絶縁膜３をエツチングし、スルーホ
ール４を開口する。このとき、レジスト膜】０の開口部
に比してスルーポール４の直径が大きくなるように層間
絶縁膜３をサイドエツチングさせてレジスト膜１０をオ
ーバーハング形状にする。

次に、チタン板をターゲットとするスパッタリング等に
より、チタンを全面に被着してチタン膜９を形成する。

前述の如くレジスト膜１０はオーバーハング形状に形成
されているため、このチタン膜９はレジスト膜１０の縁
部において段切れし、スルーホール４の側壁面には被着
されず、その底面の第１層配線２上に被着される。

次いで、リフトオフ法によりレジスト膜１０及びレジス
ト膜１０上のチタン膜９を同時に除去する。その後、シ
リコン含有量が０．１重量％以下のアルミニウムをター
ゲットとしてスパッタリングすることにより、第１図に
示すように第２層配線５を形成した後、全面にカバー絶
縁膜６を被着する。

なお、上述のアルミニウム第１層配線２及び第２層配線
５のパターニングは公知のフォトリンクラフィ及び反応
性イオンエツチングにより行えばよく、また、絶縁膜３
の形成も化学気相成長法等により行えばよい。

このようにして、第１図に示す層構成を形成した後、最
後に、約４５０乃至５００°Ｃの温度て熱処理する。こ
れにより、チタン膜９と第１層配線２及び第２層配線５
との界面において、チタン原子及びアルミニウム原子を
相互拡散させることにより、Ａρ−Ｔｉ合金を形成する
。このようにして、半導体装置の多層金属配線が形成さ
れる。

なお、チタン膜９の膜厚が厚いとスルーホール抵抗が大
きくなるため、チタンｙｌＡ９の厚さは１０００Å以下
、好ましくは５００Å以下にするのが望ましい。一方、
チタン膜９は上述の如くいわば接着剤の役割りを果たす
ものであり、このためには１゜０Å以上の膜厚を有する
ことが好ましい。

な、お、Ｅ述の合金化熱処理工程又はパッケージングの
熱処理工程において、チタン膜９の全量が配線２．５の
アルミニウムと合金化してしまってもよい。

また、第１層配線２及び第２層配線５を形成するために
、通常、使用されるアルミニウム又はアルミニウム合金
ターゲットはシリコンを特には含有しないものを使用す
る。これにより、第１層配線２及び第２層配線５のシリ
コン含有量を０．０１重量％以下にすることができる。

しかしながら、本発明の効果を達成するためには、第１
層配線２及び第２層配線５のシリコン含有量を０．１重
量％以下にすれば十分である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、下層配線と上層配
線との間に接続膜を設けると共に、両者のシリコン含有
量を規制したから、両配線間の剥離を防止すると共に、
シリコン原子の析出を回避することができる。これによ
り、スルーホールにおける断線及び抵抗値の増加という
問題を解消することができる。

このため、本発明に係る半導体装置は極めて信頼性か高
く、また、その製造歩留が高い。更に、本発明に係る半
導体装置は半導体装置組立工程において、その使用パッ
ケージに制約を受けることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図は同じく
その製造工程の途中の状態を示す断面図、第３図は従来
の半導体装置における多層金属配線を示す断面図、第４
図（ａ）は従来の配線接続界面における剥離を示す断面
図、第４図（ｂ）は同じくそのシリコンの析出を示す断
面図である。 １；半導体基板、２；第１層配線、３；層間絶縁膜、４
；スルーホール、５；第２．Ｎ配線、６；カバー絶縁膜
、７；剥離部、８；シリコンの析出物、９；チタン膜、
１０；レジスト膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコンの含有量が０．１重量％以下である金属
   又は合金により形成された下層配線と、この下層配線上
   に形成された層間絶縁膜と、この層間絶縁膜上にシリコ
   ン含有量が０．１重量％以下の金属又は合金により形成
   され、前記層間絶縁膜に設けられたスルーホールを介し
   て前記下層配線に電気的に接続された上層配線と、前記
   スルーホール内にて前記下層配線と上層配線との間にそ
   れらの構成元素と合金を形成する元素により形成された
   接続膜とを有することを特徴とする半導体装置の多層配
   線。