JPH0418760A - 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−１−の利用分野 本発明は、半導体装置に関するものであり、特に電極配
線構造に関するものである。

従来の技術 半導体装置の電極配線形成工程においては、電極配線材
料の選択が重要な要素となっている。特に、近年におい
ては、ＬＳＩの高集積化、高速化に伴い設計ルールはサ
ブミクロン領域に入り、様々な問題が生じてきた。

その一つがＳｉ析出によるコンタクト抵抗の増大である
。第２図に示すように、Ｓｌ基板１上の層間絶縁膜２を
選択エツチングすることによって、コンタクトホール３
を開口した後、Ａｌ−３Ｉ４を直接堆積し電極配線を形
成すると、コンタクトホール３にＳｉ５が析出してしま
う。析出するＳｌの粒径は１μｍを超すものさえあるた
め、サブミクロンルールによるＬＳＩにおいては大きな
問題となる。この解決のため、最近では、第３図に示す
ように、バリヤー−メタル６とＡｌ−５ｉ７の積層構造
を用いるようになってきた。この構造によれば、バリヤ
ー・メタル６としてＴｉＮやＴｉＷなどの高融点金属加
合物を用いると、Ｓｌ析出物８は生じないため、コンタ
クト抵抗は増大しない。また、高融点金属シリサイドを
用いた場合には、バリヤー・メタル６とＡ１−５ｉ７の
間にＳｉ析出物８が生じてしまうこともあるが、Ｓ１基
板１とのコンタクトはバリヤーｅメタル６が受は持つう
えにバリヤー・メタル６とＡｌ−８１７間の接触面積が
広いため、コンタクト抵抗の増大を低減することができ
る。

他の問題としては、Ａｌ−３ｉ配線のストレスマイグレ
ーションとエレクトロマイグレーンヨンカ挙ケられる。

これらの現象は、ＡＩ原子が粒界に沿って移動し、粒界
にボイドを形成、成長し、さらには断線を起こすという
ものである。この解決策として、Ａｌ−５＋配線に替え
てＡｌ−５ｉ−Ｃｕ配線を用いるようになってきている
。

発明が解決しようとする課題 しかし、従来の技術によると、Ａｌ−５ｔ−Ｃｕ配線の
エツチング後の水洗工程において腐食が生じ、断線しや
す（、また、ストレスマイグレーション及びエレクトロ
マイグレーションの防止も不十分なため、歩留まりが低
く、寿命も短いため、信頼性上問題となっている。

本発明は、」二連の問題点に鑑みてなされたものであり
、電極配線におけるストレスマイグレーション、エレク
トロマイグレーション及び断線を阻止し、電極配線の歩
留り、信頼性の向上を提供することを目ｒ自とする。

課題を解決するための手段 本発明は、電極配線として、バリヤー・メタルものであ
る。

作用 本発明によると、」１記の構成により、電極配線形成り
が、バリヤー拳メタル薄刀莫で」１下をはさまれたＡｌ
系合金薄膜を複数回積層したものからなるため、粒界て
のＡＩ原子の拡散や、水洗による腐食の発生が、バリヤ
ー・メタル薄膜ではさまれたＡｌ系合金薄膜の限られた
範囲内でくい止められる。その結果、電極配線材料の断
面の大面積にわたるボイドの発生や腐食を防止でき、ま
た、ボイド発生部においてもその上下のバリヤー争メタ
ル層がつながっているため、断線を防止することも可能
である。このように、本発明によると、ストレスマイグ
レーションやエレクトロマイグレーションや腐食に対し
て効果があるだけでなく、Ａｌ系合金薄膜と８１基板の
間にはバリヤー・メタルが存在するため、従来問題とな
ってきたＳ１析出物によるコンタクト抵抗増大の低減に
対しても効果がある。

実施例 第１図（ａ）〜（ｂ）は、本発明の実施例の工程順の断
面図である。まず、第１図（ａ）に示すように、半導体
基板１の上に熱酸化法あるいは気相成長法により層間絶
縁膜２を形成し、フォトレジストマスクを用いた選択エ
ツチングによりコンタクトホール３を開口する。そして
、ホトレジストマスクを除去し、コンタクトホール３部
のＳ＋基板１上の自然酸化膜をウェットエツチングによ
り除去した後、第１図（ｂ）に示すようにバリヤー−メ
タルきして、ＴｉＮ９をスパッタリング法で堆積する。

ＴｉＮ９の膜厚としては、薄すぎるとバリヤー効果がな
くなるので＋００ｎｍ程度堆積すると良い。このＴｉＮ
９のかわりに、ＴＩＷやＭｏＳ　ＩＸ’ｉ　　ｗｓ　ｌ
　ｘなどのシリサイドを用いても同様の効果が得られる
。また、バリヤー・メタルを単層膜ではなく、その下に
５部ｍ程度のＴｉを堆積させた積層構造（例えばＴＩＮ
／Ｔｉ）にするとコンタクト抵抗は低くなり、Ｓ１基板
１との密着性も良くなる。

次に、Ａ１系合金薄膜としてＡｌ−５ｊ−ＣｕｌＯを２
５０ｎｒｆｌ程度スパッタリング法により堆積する。そ
して次に第２層めのバリヤー・メタルとしてＴＩＮＩＩ
を１１００ｎ程度スパッタリング法により堆積する。続
いて、第２層めのＡｌ系合金薄膜としてＡｌ−３ｌ−Ｃ
１ｌ＋２を２５００ｍ程度、第３層めのバリヤー・メタ
ルとしてのＴｉＮ１３を１１００ｎ程度、第３層めめＡ
ｌ系合金薄膜としてＡ１−３ｔ−Ｃｕ１４を２５０ｎｍ
程度、第４層めのバリヤー−メタルとして、ＴｉＮ１５
を１１００ｎ程度スパッタリング法を用いて順次堆積（
積層）する。ここで、第２層め以降のバリヤー−メタル
きして、ＴＩＮのかわりにＴｉｅ、Ｍｏ５ｔ、　、ＷＳ
Ｉｘ及びこれらの下にＴ１を堆積した積層膜を用いても
良い。

最後に、フォトレジスト１６をマスクに用いて、ＴｉＮ
９からＴｌＮｌ５までの積層膜をエツチングし、フォト
レジスト１６を除去し、第１図（Ｃ）に示すように電極
配線形成を完了する。なお、本実施例では、Ａ１系合金
薄膜としてＡｌ−５ｔ−Ｃｕを用いたが、Ａ　Ｉ　−５
ｉ１Ａｌ−Ｓｊ−Ｐｄ、　　や純Ａ１を用いても、同様
の効果が得られる。

発明の効果 本発明によると、電極配線材料が、Ａｌ系合金薄膜で形
成されているのではなく、バリヤー・メタル薄膜ではさ
まれ（区切られ）た複数の積層で形成されているため、
粒界でのＡＩ原子の拡散、ボイドの形成会成長及び腐食
が広範囲に広がらず、ある領域内でくい止められた。ま
た、ボイドや腐食が生じても、バリヤー・メタルがつな
がっているため断線は起こらなかった。その結果、スト
レスマイグレーション及びエレクトロマイグレーション
が低減でき、電極配線の歩留りと信頼性の向」二が可能
となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例にかかる電極配線形成方法の
工程順を示す断面図、第２図と第３図は、従来の技術に
よる電極形成後のコンタクト部の断面構造図である。 １・・・・Ｓ１基板、２・・・・層間絶縁膜、３・・・
・コンタクトホール、４・・・・Ａｌ−５ｉ、５・・・
・Ｓｉ析出物、６・・・・バリヤー・メタル、７・・・
・Ａｌ−３ｔ、　　８・・・・Ｓ１析出物、９　・・・
４ｉＮ１１Ｑ−−−・Ａｌ−５ｌ−Ｃｕ１１１＝４＋Ｎ
。 １２−・・−ＡＩ−５ｔ−Ｃｕ、　　＋３・−・・Ｔｉ
Ｎ、　　＋４−ＡＩ−Ｓｉ−Ｃｕ、　　１５・・・ＴＩ
Ｎ、＋６・・・・フォトレジスト。 呼 βＳ；曲−出卿 ／、Ｓｉ基仄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板上に、バリヤー・メタル（高融点金属化合
   物及びシリサイド）薄膜とを交互に複数回積層堆積した
   電極配線を有することを特徴とする半導体装置。