JPH04324636A - 半導体装置およびその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体基体に形成された
半導体領域に対する電気的接続を構成する金属配線を有
する半導体装置およびその製造方法に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】上述した半導体装置の金属配線は、従来
アルミニウムを主成分とし、シリコン、銅、パラジウム
などの元素を含有するアルミニウム合金で形成するのが
一般的であった。また、タングステンや、シリコンを含
有するタングステン合金で形成する場合も多くあった。 さらに、チタンを主成分とする窒化チタンやチタンタン
グステンなどのチタン合金で形成する場合もあった。

【０００３】アルミニウム合金で金属配線を形成する場
合の成膜はスパッタリング法を採用するのが最も一般的
であるが、その他の成膜法として抵抗加熱蒸着法、電子
ビーム蒸着法なども採用されている。また、トリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ）などのガスを主原料ガスとして
ＣＶＤ（化学気相成長）法で成膜することも行われてい
る。

【０００４】アルミニウム合金に含有させる他の成分の
含有量としては、シリコンでは０．５〜３ｗｔ％（以下
単に％で示す）銅は０．２〜４％、パラジウムは０．５
〜２％程度とするのが一般的である。これらの不純物を
含有させる目的は、アルミニウム配線とシリコン半導体
基体の成分の相互拡散を防止するとともに集積回路動作
中のエレクトロマイグレーションやストレスマイグレー
ションに起因する配線の断線不良を防止することである
。

【０００５】タングステンまたはその合金を配線材料と
して成膜する方法には、一般的に２つの方法がある。１
つはスパッタリング法であり、他の１つはＣＶＤ法であ
る。スパッタリング法では、純タングステンまたはタン
グステンシリサイドのターゲットを用い、これをアルゴ
ンガス中でスパッタする。ＣＶＤ法では、六フッ化タン
グステン（ＷＦ６）　、水素、シラン（ＳｉＨ４）を原
料ガスとし、反応機構を調整することによって純タング
ステンとタングステンシリサイド（ＷＳｉ）　を成膜し
分けるようにしている。

【０００６】チタンやチタン合金で金属配線を形成する
場合には、上述したタングステンやタングステン合金で
形成する場合と同様にスパッタリング法やＣＶＤ法で成
膜するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、金属
配線をアルミニウム合金、タングステン合金、チタン合
金で形成した従来の半導体装置においては、それぞれ以
下のような問題点があった。すなわち、アルミニウム合
金より成る配線では、これをスパッタリング法で成膜す
る場合には、アルミニウムの粘着性のために段差被覆性
（ステップカバレージ）に限度があり、アスペクト比が
１以上の段差に対して、段差被覆性を損なうことなく成
膜することは難しく、したがって集積度を向上すること
ができなかった。スパッタリング法を用いながらこの問
題を解決する手段として試みられるバイアススパッタリ
ング法では、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に優れた膜の形成が困難であった。 また、抵抗加熱法や電子ビーム蒸着法でもエレクトロマ
イグレーション／ストレスマイグレーション耐性に優れ
た膜の形成が困難である。さらに、ＣＶＤ法では反応ガ
ス成分（炭素等）が膜中に取り込まれ、やはりエレクト
ロマイグレーション／ストレスマイグレーション耐性に
劣った膜しかできず、素子特性が劣化するない欠点があ
った。

【０００８】また、タングステンシリサイドやチタンタ
ングステンをスパッタリング法で成膜する場合には、タ
ングステン、シリコン、チタンのいずれの元素もスパッ
タリング中にパーティクルを多く発生し易い性質を有す
るため、スパッタリング工程に十分な注意を払う必要が
あった。また、これらの膜をＣＶＤ法で成膜する場合に
は、膜厚と膜質のシリコンウエファ面内での均一性を保
ことがきわめて困難となる欠点があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は上
述した従来の欠点を解消または軽減するために、金属配
線を、タングステンを含むアルミニウム合金を以て形成
したことを特徴とするものである。

【００１０】本発明による半導体装置の好適実施例にお
いては、アルミニウム合金中に含有されるタングステン
の量をほぼ８〜１２％とする。このようにタングステン
の含有量をほぼ８％以上とする理由は、８％よりも低く
すると段差被覆性が劣化するためである。また、ほぼ１
２％以下とする理由は、これよりも高くするとタングス
テンから発生する不純物のパーティクルが増大し、集積
回路の歩留りが低下してしまうためである。

【００１１】さらに、本発明による半導体装置の製造方
法は、半導体基体に形成された半導体領域に対する電気
的接続を構成する金属配線を有する半導体装置を製造す
るに当たり、前記金属配線を、タングステンを含むアル
ミニウムをスパッタリング法により成膜することを特徴
とするものである。

【００１２】このような本発明の半導体装置の製造方法
の好適な実施例においては、前記タングステンを含むア
ルミニウムをスパッタリング法によって成膜するに当た
り、少なくともタングステンとアルミニウムとをコース
パッタリング（Ｃｏ−Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）　により
成膜する。

【００１３】

【作用】上述した本発明においては、粘性が高く、パー
ティクルを発生しにくいアルミニウムの性質および密着
性が低く、段差被覆性にとって有利なタングステンの性
質との相反する性質を巧みに組み合わせることによって
段差被覆性が良好で、かつ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に優れた金属配線を得
ることができる。また、既に確立されているスパッタリ
ング法、特にコースパッタリング法によってアルミニウ
ム合金を成膜することによって良好な特性を有するアル
ミニウム合金膜を高い歩留りを以て形成することができ
る。

【００１４】本発明におけるタングステンを含むアルミ
ニウム合金には、銅、シリコン、パラジウムなどの不純
物を含ませることもできる。例えば銅は約０．５％まで
含有させることができ、これによってアルミニウムが塩
素と接触したときの腐食を防止することができ、またシ
リコン基体との相互拡散を防止するためにシリコンは１
％程度まで含ませることができる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明による半導体装置の一実施例で
ある集積回路を示すものであり、ＬＤＤ構造を有するＭ
ＯＳＦＥＴの一部分を示す断面図である。この構造その
ものは既知の半導体装置と同様であり、したがって簡単
に説明する。シリコン基板１の表面に所定の導電型を有
するウェル２および３が形成され、これらのウェルはア
イショレーション領域４によって分離されており、各ウ
ェル２および３の表面にはソースおよびドレイン領域５
および６が形成されている。これらのソースおよびドレ
インの先端には低不純物濃度の部分が形成されていて、
ＬＤＤ構造となっている。

【００１６】ソースおよびドレイン領域５および６の間
にはチャネルが形成され、その上にはゲート酸化膜７を
介してゲート電極８が形成されている。シリコン基板１
の表面はシリコン酸化膜９で覆われ、このシリコン酸化
膜にはコンタクトホールが形成され、これらのコンタク
トホールを介して第１層の金属配線１０が形成されてい
る。

【００１７】本例では、シリコン基板１の上に形成され
る第１層の金属配線１０はシリコンを含有するアルミニ
ウムを以て形成してある。この第１層の金属配線１０の
上に層間絶縁膜１１が形成され、この層間絶縁膜にはア
スペクト比の大きいビアホールが形成され、このビアホ
ールを介して第１層の金属配線１０に接続された第２層
の金属配線１２が形成されている。

【００１８】本例では、この第２層の金属配線１２をタ
ングステンを含有するアルミニウム合金を以て構成する
。このアルミニウム合金より成る金属配線１２は、タン
グステンを１０％含有するアルミニウムタングステンを
ターゲットとして用い、約８ｍｍＴｏｒ．の圧力のアル
ゴンガスをスパッタリングガスとして用い、下地を約１
５０°Ｃに加熱しながら、１μｍ／分のレートで約５０
００Å〜１μｍの厚さに成膜した後、通常のようにホト
エッチング技術を用いてパターニングして形成したもの
である。

【００１９】このように本発明においては、タングステ
ンを含有するアルミニウム合金を以て金属配線を形成す
ることによって、段差被覆性に優れ、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配線
を得ることができ、このときタングステンによるパーテ
ィクルの発生は、アルミニウムの粘着性によって有効に
抑制されることになる。したがって、図１に示すように
アスペクト比が２にも達するビアホールなどにも高い平
坦度を保ちながら埋め込むことができ、デザインルール
が０．４μｍ以下の超高集積度の集積回路をも実現する
ことができる。従来のシリコンを含有するアルミニウム
合金より成る金属配線をスパッタリング法で形成する場
合には、アスペクト比が２以上の段差に対しては良好な
被覆を行うことはできない。

【００２０】図２および図３は本発明による半導体装置
の製造方法の順次の工程を示す断面図であり、本例でも
第２層金属配線をタングステンを含有するアルミニウム
合金を以て形成したものである。図２に示すように、シ
リコン半導体基板２１の上にＢＰＳＧより成る絶縁膜２
２を形成し、さらにその上にシリコンを含むアルミニウ
ム合金より成る第１層の金属配線２３を形成した後、シ
リコン酸化膜より成る層間絶縁膜２４を一様に形成し、
その上にタングステンを１０％含有するアルミニウム合
金膜２５を形成する。第１層の金属配線２３は絶縁膜２
２にあけたコンタクトホールを介して半導体領域に電気
的に接続され、アルミニウム合金膜２５は層間絶縁膜２
４にあけたコンタクトホールを介して第１層の金属配線
２３に接続されている。

【００２１】次に、図２に示すようにアルミニウム合金
膜２５をパターニングして第２層の金属配線２６を形成
する。本例では、このパターニングは、Ｃｌ２＋ＢＣｌ
３＋ＣＦ４＋Ｏ２　を含む混合ガスを反応性イオンエッ
チングガスとして行うことによって良好なエッチング形
状が得られる。このようにして、層間絶縁膜２４に形成
したアスペクト比の大きなコンタクトホールの段差部分
を良好に被覆する金属配線２６を得ることができる。

【００２２】なお、上述した実施例においては、アルミ
ニウム合金中のタングステンの含有量をほぼ１０％とし
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、タング
ステンの含有量は約８〜１２％とすることによって良好
な結果が得られることを確かめた。また、このアルミニ
ウム合金にはシリコン、銅、パラジウムなどの不純物を
含有させることもできる。

【００２３】さらに、上述した実施例では、タングステ
ンを含むアルミニウム合金をターゲットとするスパッタ
リング法でタングステンを含有するアルミニウム合金の
成膜を行ったが、アルミニウムおよびタングステンをそ
れぞれターゲットとして同時にスパッタリングを行うコ
ースパッタリング法によって成膜することもでき、この
場合には、タングステンの含有量をスパッタリング処理
中に制御することができる。

【００２４】また、上述した実施例では、タングステン
を含むアルミニウム合金で第２層の金属配線を形成した
が、第１層の金属配線または第１および第２層の金属配
線の両方あるいは３層以上の金属配線をタングステンを
含むアルミニウム合金で形成することもできる。

【００２５】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば金属配
線をタングステンを含有するアルミニウム合金を以て形
成したため、例えばアスペクト比が２にも達する急峻な
段差部の埋め込みが従来の確立されたスパッタリング技
術で可能となった。その結果、きわめて高い段差被覆性
が得られるため、段差部で生じ易い電流密度の増大が起
こらない。また、タングステンを含むアルミニウム合金
の材料そのものが性質がエレクトロマイグレーション耐
性やストレスマイグレーション耐性に優れていることと
良好な段差被覆性とが相俟ってきわめて信頼性の高い金
属配線を形成することができる。アスペクト比が１の段
差部を有する半導体装置を製造するときに従来のシリコ
ンを含有するアルミニウム合金で金属配線を形成する場
合の段差被覆率は４０〜６０％程度であるが、本発明に
よれば６０〜９５％の高い段差被覆率が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明による半導体装置の一実施例の構
成を示す断面図である。

【図２】図２は本発明による半導体装置の製造方法の一
工程を示す断面図である。

【図３】図３は同じく次の工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　シリコン基板 ２，３　　ウェル ４　　分離領域 ５　　ソース領域 ６　　ドレイン領域 ７　　ゲート酸化膜 ８　　ゲート電極 ９　　絶縁膜 １０　　第１層金属配線 １１　　層間絶縁膜 １２　　タングステンを含むアルミニウム合金より成る
第２層金属配線 １３　　パッシベーション膜 ２１　　シリコン基板 ２２　　絶縁膜 ２３　　第１層金属配線 ２４　　層間絶縁膜 ２５　　タングステンを含むアルミニウム合金膜２６　
　第２層金属配線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基体に形成された半導体領域に
   対する電気的接続を構成する金属配線を有する半導体装
   置において、前記金属配線をタングステンを含むアルミ
   ニウム合金を以て形成したことを特徴とする半導体装置
   。
2. 【請求項２】　　前記タングステンを含むアルミニウム
   より成る金属配線のタングステン含有量を８〜１２ｗｔ
   ％とした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】　　半導体基体に形成された半導体領域に
   対する電気的接続を構成する金属配線を有する半導体装
   置を製造するに当たり、前記金属配線を、タングステン
   を含むアルミニウムをスパッタリング法により成膜する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】　　前記タングステンを含むアルミニウム
   をスパッタリング法によって成膜するに当たり、少なく
   ともタングステンとアルミニウムとをコースパッタリン
   グすることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製
   造方法。