JPH03250733A - 半導体装置 - 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 本発明は半導体装置、特にアルミニウム系の配線構造に
関する。

［発明の概要］ 本発明は、アルミニウム系配線を有する半導体装置にお
いて、 アルミニウム系配線層直下に導電性を有する応力緩和層
とバリアメタル層とを形成することにより、 配線形成後に行われる熱処理でもって、金属界面への／
リコン析出や抵抗上昇ならひにヒロックを防止して、配
線間のンヨートやリーク等の発生を阻止できるようにし
たものである。

［従来の技術］ 半導体装置の製造プロセスにおいては、配線形成後に、
下地たる半導体基板とアルミニウム配線との電気的な接
触を良くするため、４００〜５００℃の温度で／ンター
と呼ばれる熱処理を行うか、このとき、ンリコン（Ｓｌ
）か接触部からアルミニウム中に溶解する現象を生して
、抵抗上昇を招く。

これを防くため、第４図に示すように、ＡＣ３１やＡρ
−８ｉ−Ｃｕ等のアルミニウム系配線層１の直下に、チ
タンナイトライド（ＴｉＮ）層２とチタン（Ｔｉ）層３
とからなるバリアメタル層４を形成した配線構造が知ら
れている。

しかし、このバリアメタル層４を持つ配線構造において
も、シンターを行った後に、電子顕微鏡で観察し、その
２０００倍のプロフィールについて考察したところ、第
５図に示すように、アルミニウム系配線層１に縦方向ヒ
ロック］、Ｏと横力同ヒロック１１とを多数生している
ことか判った。

これは、ンンター温度で、アルミニウムかチタンナイト
ライドと反応しないことと、アルミニウムの熱膨張係数
か下地５の熱膨張係数より大きいこととから、アルミニ
ウムか膨張し、この膨張するアルミニウムかチタンナイ
トライドと反応しないので、アルミニウム系配線層１の
応力を緩和てきないからであると考えられる。この縦方
向や横方向のヒロック１０．１．１は、ＵＬＳＩ、ＶＬ
ＳＩのような半導体装置のデサインルールの微細化か進
めば進むはと、配線間のンヨートやリークを弓き起こし
易くなり、半導体装置の製造歩留まりや品質信頼性を低
下する。

このようなことから、例えば、 ■ＰＨＭプロセスぐ１）・・・・　゛８６応用物理学会
学術講演会（春）講演予稿集第５１４頁■旧１１ｏｃｋ
　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｉｏｎｌｍｐｌａｎｔｅ
ｄ　Ｍｅｔａｌ＝−Ｊ、Ｅｌｅｃｈｅｍ　Ｓｏｃ、　　
’８７／８　　第２０１７頁■Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ　５ｕ
ｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｌｌｏｃｋ　Ｇｒｏｗｔ
ｈ　ｉｎＡｌｕｍｉｎｉｕｍ　Ｔｈ１ｎ　Ｆｉｌｔｍｓ
　−Ｔｈ１ｎ　５ｏｌｉｄ　ＦｉｌＩｍｓ　　’８ｇ／
Ｉ　　第１７３頁 ■Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｌｌｏｃｋ　Ｇｒｏ
ｗｔｈ　ｏｎ　ＡｌｕｍｉｎｉｕｍＡｌｆｏｙｓ　・・
・’８７　　Ｊ−ＭＩＣ第４２６頁等に示されているよ
うに、種々のヒロック防止法か提案されている。

［発明か解決しようとする課題］ 前述のヒロック防止では、プロセスか煩雑であるため、
半導体装置を工業的に量産する製造プロセスに実際に使
える可能性は非常に少ない。

また、前Ｊ己■のよう（こ、Ｔｉ／ＡターＳｉなる配線
構造にすると、ヒロック防止の効果か大きいとの報告も
あるか、この配線構造は下地を半導体基板とする第一層
目のアルミニウム系配線として使用すると、アルミニウ
ムスパイクを生しるため、にわかに採用しかたいもので
ある。

［課題を解決するための手段］ そこで本発明は、アルミニウム系配線層直下に導電性を
有する応力緩和層とバリアメタル層とを形成した配線層
を有することを特徴としている。

「作用」 配線形成後の熱処理により、バリアメタル層か金属界面
への／リコン析出や抵抗上昇等の不良を防止する一方、
熱応力緩和層の成分かアルミニウムと反応して、アルミ
ニウム系配線層の応力を緩和する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面とともに前述した従来構造
と同一部分に同一符号を付して詳述する。

第１図に示すように、この一実施例の半導体装置では、
Ａｇ−３ｉなるアルミニウム系配線層１の直下に導電性
を有する応力緩和層６とバリアメタル層４とを形成した
配線層７を有している。

具体的には、第２図に示すように、アルゴン（Ａｒ）カ
スを用いたスパッタ法により、ンリコン基板のような半
導体基板たる下地５上全面にチタン層３を、例えば３０
０人の厚さに堆積した後、チッソ（Ｎ）力スを用いた反
応性スパッタ法により、チタン層３」二全面にチタンナ
イトライド層２を、例えば７００人の厚さに堆積するこ
とにより、下地５上全面にバリアメタル層４を形成する
。そして、再ひ、上記アルコンカスを用いたスパッタ法
により、バリアメタル層４上全面に応力緩和層６として
のチタン層を、例えば１００人の厚さに堆積した後、同
スパッタ法により、応力緩和層６上全面にアルミニウム
系配線層ｌを、例えば９０００人の厚さに堆積する。こ
れらチタン層３，６とアルミニウム系配線層１とチタン
ナイトライド層２とは、使用するカスとターケ、トとを
変えることにより、連続的に形成する。次いて、フォト
リソグラフィーの技法により、上記アルミニウム系配線
層１上にレジストパターン８を形成した後、このレジス
トパターン８をマスクとしてアルミニウム系配線層１と
応力緩和層６とバリアメタル層４からなる配線層７をエ
ツチングした後、し／ストパターン８を除去する。これ
により、第１図に示す配線構造となる。

この配線形成後にンンターを行うと、この／ンターａ度
において、バリアメタル層４の上層部ヲ構成するチタン
ナイトライド層２の成分たるＴｌＮにより下地５の成分
たるＳｉかアルミニウム系配線層１界面に析出されるの
を防止するとともに、バリヤメタル層４の下部層を構成
するチタン層２の成分たるＴｉか下地５の成分たるＳｉ
と反応してアルミニウム系配線層１と下地５とのオーミ
。

クコンタクトを得る一方、アルミニウム系配線層１の成
分たるＡｌ！　−３ｉと応力緩和層６の成分たるＴ１と
か反応し、この反応によりアルミニウム系配線層１の応
力か緩和し、第３図に示すように、縦方向ヒロック１０
と横方向ヒロック１１との発生か抑制されると考える。

ここで、上記実施例のアルミニウム系配線層１の直下に
応力緩和層６とバリヤメタル層４とを形成し配線層７を
有する半導体装置を電子顕微鏡でアルミニウム系配線層
１側から観察し、その２０００倍のプロフィールを示し
た第３図と、前述の第５図とを比較すると、上記実施例
の場合には縦方向ヒロック１０の数はやや多いけれとも
、成長か悪く　（高さか低い）、横方向ヒロ、り１１の
数は非常に少なく、成長もほとんとない。従来の場合に
は、縦方向ヒロック１０と横方向ヒロック１１ともに多
数存在するとともに、いずれも大きく成長している。こ
のことから、本発明の配線構造について考察すると、ヒ
ロック、特に横方向ヒロック１１を防止することかでき
、配線間のンヨートやリーク等の不都合を解消できると
いうことか明らかであろう。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
図示は省略するか、配線形成後の熱処理でアルミニウム
と反応してアルミニウム系配線層１の応力を緩和すると
いう本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、応力緩和層６を
タングステン（Ｗ　）等で構成することも可能である。

また応力緩和層６の厚さは前記実施例に限定されるもの
ではなく、アルミニウム系配線層１の厚さに応じて変え
ても良い。

Ｆ発明の効果］ 以上のように本発明によれば、使用するカスを変えるた
けて、応力緩和層とバリアメタル層とを連続的に形成す
ることができ、しかも、配線形成後に行われる熱処理で
もって、金属界面へのシリコン析出や抵抗上昇ならひに
ヒロックを防止することかできるので、製造プロセスの
煩雑化を招くことなく、配線間のショートやリーク等の
発生を阻止でき、もって半導体装置の製造歩留まりと品
質信頼性とを向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の半導体装置の配線構造を示す
断面図、第２図は同実施例のレンストパターニングを示
す断面図、第３図は同実施例のアルミニウム系配線層の
２０００倍のプロフィールを示す平面図、第４図は従来
の半導体装置の配線構造を示す断面図、第５図は同従来
例のアルミニウム系配線層の２０００倍のプロフィール
を示す平面図である。 ドアルミニウム系配線層、２・・チタンナイトライド層
、 ・チタン層、 バリアメタル層、 ６・ 応力緩和層 （チタン層） 配線層部。 史廚イ列の電子奮貢４改廿写真力・５福しげ千面口第３
図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム系配線層直下に導電性を有する応力
   緩和層とバリアメタル層とを形成した配線層を有するこ
   とを特徴とする半導体装置。