JPH07235596A - 半導体装置の配線構造及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ビアホール底部において、下層配線の一部分に
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
ンが発生した場合でも、上層配線と下層配線との導通を
確実に確保することができ、高い信頼性を配線構造全体
に与えることができる、半導体装置の配線構造を提供す
る。 【構成】半導体装置の配線構造は、（イ）導電層２０及
びその上に形成されたアルミニウム系合金層２２から成
り、基体上に形成された下層配線と、（ロ）基体上及び
下層配線上に形成された層間絶縁層３０と、（ハ）下層
配線上方の層間絶縁層３０に形成されそしてアルミニウ
ム系合金層２２を貫通し導電層２０へと延びる開口部３
２と、（ニ）開口部内及び層間絶縁層上に形成され、下
層配線と電気的に接続された上層配線４０，４２から成
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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対して高い耐性を
有する半導体装置の配線構造、より具体的にはビアホー
ルの底部に特徴を有する半導体装置の配線構造、及びそ
の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置は益々高集積化されつ
つあり、その寸法ルールも縮小化されつつある。その結
果、半導体装置内に形成されるアルミニウム系合金から
成る配線の幅が狭くなり、配線が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よって断線し、半
導体装置の信頼性が損なわれることが重大な問題となっ
ている。

【０００３】エレクトロマイグレーションやストレスマ
イグレーションによって配線が断線することを防止する
対策の１つに、図１３の（Ａ）に模式的な一部断面図を
示す配線構造が検討されている。この配線は、絶縁層か
ら成る基体２１０上に形成された導電層２２０、及びそ
の上に形成されたアルミニウム系合金層２２２から構成
されている。基体２１０上及び配線の上には、層間絶縁
層２３０が形成されている。導電層２２０は、Ｔｉ、Ｔ
ｉＮ、ＴｉＯＮ、ＴｉＷ、Ｗ等の導電性を有する高融点
金属若しくはその化合物から成る。図１３の（Ｂ）に示
すように、エレクトロマイグレーションやストレスマイ
グレーションによってアルミニウム系合金層２２２が断
線した場合でも、導電層２２０が断線することはない。
即ち、導電層２２０の冗長効果によって、配線全体が断
線することを防止することができる。

【０００４】半導体装置の高集積化に伴い、配線が多層
化している。このような多層化された配線構造において
は、図１４の（Ａ）に模式的な一部断面図を示すよう
に、下層配線と上層配線の間に層間絶縁層２３０が形成
されている。そして、この層間絶縁層２３０には開口部
２３２が形成されており、開口部２３２内には上層配線
を構成する金属配線材料が埋め込まれている。これによ
って、下層配線と上層配線とを電気的に接続するビアホ
ールが形成される。尚、下層配線は、絶縁層から成る基
体２１０上に形成された導電層２２０、及びその上に形
成されたアルミニウム系合金層２２２から構成されてい
る。また、上層配線は、ＴｉやＴｉＮから成るバリアメ
タル層２４０及びアルミニウム系合金から成る金属配線
材料層２４２から構成されている。

【０００５】あるいは又、図１４の（Ｂ）に模式的な一
部断面図を示すように、上層配線を、ＴｉやＴｉＮから
成る密着層２７６及びアルミニウム系合金から成る金属
配線材料層２７４から構成する。一方、層間絶縁層２３
０に設けられた開口部２３２内に、ＴｉＮ等から成る密
着層２７０及びタングステン（Ｗ）等から成るメタルプ
ラグ２７２を埋め込み、ビアホールを形成する。このビ
アホールによって、下層配線と上層配線とは電気的に接
続される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような多層配線構
造においては、図１４の（Ａ）あるいは（Ｂ）に示すよ
うに、下層配線を構成するアルミニウム系合金層２２２
にエレクトロマイグレーションやストレスマイグレーシ
ョンが発生した場合、ビアホール底部にボイドが発生す
る。その結果、ビアホール底部において上層配線と下層
配線が導通しなくなり、あるいは、上層配線と下層配線
とのコンタクト抵抗が増加するという重大な問題が生じ
る。

【０００７】従って、本発明の目的は、ビアホール底部
において、下層配線を構成するアルミニウム系合金層に
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
ンが発生した場合でも、上層配線と下層配線との導通を
確実に確保することができ、高い信頼性を配線構造全体
に与えることができる、半導体装置の配線構造及びその
形成方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第１の半導体装置の配線構造は、（イ）導
電層及びその上に形成されたアルミニウム系合金層から
成り、基体上に形成された下層配線と、（ロ）基体上及
び下層配線上に形成された層間絶縁層と、（ハ）下層配
線上方の層間絶縁層に形成されそしてアルミニウム系合
金層を貫通し導電層へと延びる開口部と、（ニ）開口部
内及び層間絶縁層上に形成され、下層配線と電気的に接
続された上層配線、から成ることを特徴とする。

【０００９】本発明の第１の半導体装置の配線構造にお
いては、導電層をチタン若しくはチタン化合物から構成
することができ、この場合、導電層とアルミニウム系合
金層との間にエッチングストップ層を更に形成すること
ができる。あるいは又、導電層と基体との間にアルミニ
ウム系合金から成る金属層を更に形成することができ
る。

【００１０】本発明の第１の半導体装置の配線構造にお
いては、また、導電層をタングステンから構成すること
ができる。この場合、導電層の構造を、開口部の底部及
びその近傍に位置する導電層の厚さが他の領域に位置す
る導電層よりも厚い構造とすることができ、あるいは
又、開口部の底部及びその近傍にのみ導電層が形成され
た構造とすることができる。

【００１１】上記の目的を達成するための本発明の第２
の半導体装置の配線構造は、（イ）導電層及びその上に
形成されたアルミニウム系合金層から成り、そして下記
の開口部の底部及びその近傍に位置する部分は導電層の
みから成る、基体上に形成された下層配線と、（ロ）基
体上及び下層配線上に形成された層間絶縁層と、（ハ）
導電層上方の層間絶縁層に形成された開口部と、（ニ）
開口部内及び層間絶縁層上に形成され、下層配線を構成
する導電層と電気的に接続された上層配線、から成るこ
とを特徴とする。

【００１２】本発明の第２の半導体装置の配線構造にお
いては、導電層をタングステンから構成することができ
る。

【００１３】上記の目的を達成するための本発明の第１
の半導体装置の配線構造の形成方法は、（イ）導電層及
びその上に形成されたアルミニウム系合金層から成る下
層配線を、基体上に形成する工程と、（ロ）基体上及び
下層配線上に層間絶縁層を形成する工程と、（ハ）下層
配線上方の層間絶縁層及びアルミニウム系合金層を貫通
しそして導電層へと延びる開口部を形成する工程と、
（ニ）開口部内及び層間絶縁層上に、下層配線と電気的
に接続された上層配線を形成する工程、から成ることを
特徴とする。

【００１４】本発明の第１の半導体装置の配線構造の形
成方法においては、下層配線を形成する工程は、基体上
に導電層を形成し、次いで、その上にアルミニウム系合
金層を形成した後、アルミニウム系合金層及び導電層を
選択的に除去する工程から構成することができる。

【００１５】この場合、導電層を形成する工程は、チタ
ン若しくはチタン化合物から成る導電層をスパッタ法若
しくはＣＶＤ法にて形成する工程から構成することがで
きる。更には、導電層を形成した後、アルミニウム系合
金層を形成する前に、導電層上にエッチングストップ層
を形成する工程を含み、アルミニウム系合金層及び導電
層を選択的に除去する工程において、併せてエッチング
ストップ層を選択的に除去することができる。あるいは
又、導電層を形成する前に、基体上にアルミニウム系合
金から成る金属層をスパッタ法にて形成する工程を含
み、アルミニウム系合金層及び導電層を選択的に除去す
る工程において、併せて金属層を選択的に除去すること
ができる。

【００１６】本発明の第１の半導体装置の配線構造の形
成方法においては、導電層を形成する工程は、タングス
テンから成る導電層をＣＶＤ法にて形成する工程から構
成することができる。

【００１７】この場合、下層配線を形成する工程は、基
体上に導電層を形成した後、開口部の底部及びその近傍
に位置する導電層の厚さが他の領域に位置する導電層よ
りも厚くなるように導電層をエッチングし、次いで、そ
の上にアルミニウム系合金層を形成した後、アルミニウ
ム系合金層及び導電層を選択的に除去する工程から構成
することができる。

【００１８】あるいは又、下層配線を形成する工程は、
基体上に導電層を形成した後、開口部の底部及びその近
傍に位置する導電層が残されるように導電層を選択的に
除去し、次いで、導電層及び基体上にアルミニウム系合
金層を形成した後、アルミニウム系合金層を選択的に除
去する工程から構成することもできる。

【００１９】上記の目的を達成するための本発明の第２
の半導体装置の配線構造の形成方法は、（イ）基体上に
導電層を形成した後、開口部形成予定領域の導電層の厚
さが他の領域の導電層よりも厚くなるように導電層をエ
ッチングし、その後、かかる導電層の上にアルミニウム
系合金層を形成し、次いで、アルミニウム系合金層及び
導電層を選択的に除去し、以って、開口部形成予定領域
においては導電層から成りそしてその他の領域において
は導電層及びアルミニウム系合金層から成る下層配線
を、基体上に形成する工程と、（ロ）基体上及び下層配
線上に層間絶縁層を形成する工程と、（ハ）下層配線上
方の層間絶縁層から導電層へと延びる開口部を形成する
工程と、（ニ）開口部内及び層間絶縁層上に、導電層と
電気的に接続された上層配線を形成する工程、から成る
ことを特徴とする。

【００２０】本発明の第２の半導体装置の配線構造の形
成方法においては、導電層を形成する工程は、タングス
テンから成る導電層をＣＶＤ法にて形成する工程から構
成することができる。

【００２１】

【作用】本発明の第１の半導体装置の配線構造及びその
形成方法においては、開口部がアルミニウム系合金層を
貫通し導電層へと延びており、この開口部内に下層配線
と電気的に接続された上層配線が形成されている。従っ
て、開口部底部の近傍に位置するアルミニウム系合金層
にエレクトロマイグレーションやストレスマイグレーシ
ョンによるボイドが発生したとしても、上層配線は導電
層において下層配線と確実に電気的に接続されており、
高い信頼性を有する配線構造を得ることができる。本発
明の第２の半導体装置の配線構造及びその形成方法にお
いては、下層配線を構成する導電層と上層配線とが開口
部の底部で電気的に接続されている。従って、アルミニ
ウム系合金層に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よるボイドが発生したとしても、上
層配線は導電層において下層配線と確実に電気的に接続
されており、高い信頼性を有する配線構造を得ることが
できる。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。尚、実施例１から実施例６は、本発明の
第１の半導体装置の配線構造及びその形成方法に関し、
実施例７は、第２の半導体装置の配線構造及びその形成
方法に関する。

【００２３】（実施例１）実施例１は、本発明の第１の
半導体装置の配線構造及びその形成方法に関する。半導
体装置における半導体素子を含む配線構造の模式的な一
部断面図を、図１の（Ｂ）に示す。また、図１の（Ｂ）
に図示した本発明の配線構造の部分を拡大した模式的な
一部拡大図を、図１の（Ａ）に示す。

【００２４】図１の（Ａ）に示す実施例１の配線構造
は、基体１０上に形成された下層配線２０，２２と、層
間絶縁層３０と、開口部３２と、上層配線４０，４２か
ら構成されている。下層配線は、導電層２０、及びその
上に形成されたアルミニウム系合金層２２から成る。層
間絶縁層３０は、基体１０上及び下層配線上に形成され
ている。開口部３２は、下層配線上方の層間絶縁層３０
に形成されそしてアルミニウム系合金層２２を貫通し導
電層２０へと延びている。上層配線は、開口部３２内及
び層間絶縁層３０上に形成されており、開口部３２の底
部において、下層配線と電気的に接続されている。上層
配線の一部で埋め込まれた開口部３２は、所謂ビアホー
ルを構成している。

【００２５】実施例１においては、導電層２０はＴｉ及
びＴｉＮの２層（Ｔｉが下層）から構成されており、導
電層２０はスパッタ法にて形成される。基体１０は絶縁
層から成る。基体１０及び層間絶縁層３０は、実施例１
においては、ＳｉＯ₂から形成されている。上層配線
は、Ｔｉから成るコンタクト層４０、及びアルミニウム
系合金から成る金属配線材料層４２から構成されてい
る。

【００２６】図１の（Ｂ）中、参照番号１００はシリコ
ン半導体基板、１０２は例えばＬＯＣＯＳ構造を有する
素子分離領域、１０４はゲート配線、１０６は不純物拡
散領域、１０８は基体（絶縁層）１０に設けられた開口
部である。開口部１０８内には、下層配線を構成する導
電層２０及びアルミニウム系合金層２２が埋め込まれて
おり、所謂コンタクトホールを構成する。開口部１０８
内に形成された導電層２０は、不純物拡散領域１０６に
対するバリアメタル層としての機能を有する。不純物拡
散領域１０６は、コンタクトホール（開口部１０８に相
当する）、下層配線２０，２２、及びビアホール（開口
部３２に相当する）を介して、上層配線４０，４２に電
気的に接続されている。

【００２７】図３に模式的に示すように、開口部３２
（ビアホール）の底部の近傍に位置するアルミニウム系
合金層２２にエレクトロマイグレーションやストレスマ
イグレーションによってボイドが発生したとしても、上
層配線（より具体的には、コンタクト層４０）は導電層
２０において下層配線と確実に電気的に接続されてお
り、高い信頼性を有する配線構造を得ることができる。

【００２８】以下、図１及び図２を参照して、実施例１
の半導体装置の配線構造の形成方法を説明する。尚、実
施例１においては、下層配線を形成する工程は、基体１
０上に導電層２０を形成し、次いで、その上にアルミニ
ウム系合金層２２を形成した後、アルミニウム系合金層
２２及び導電層２０を選択的に除去する工程から成る。
導電層２０はスパッタ法にて形成する。

【００２９】［工程−１００］（半導体素子の形成及び
基体１０の形成） 先ず、図２の（Ａ）に示すように、シリコン半導体基板
１００に公知の方法を用いて、例えばＬＯＣＯＳ構造を
有する素子分離領域１０２、ゲート配線１０４、不純物
拡散領域１０６を形成する。その後、例えばプラズマＣ
ＶＤ法で、全面にＳｉＯ₂から成る絶縁層を形成する。
この絶縁層が基体１０に相当する。その後、フォトリソ
グラフィ技術及びエッチング技術を用いて、不純物拡散
領域１０６の上方の絶縁層（基体１０）に開口部１０８
を形成する。

【００３０】［工程−１１０］（導電層２０の成膜） 次に、開口部１０８を含む基体１０の全面に導電層２０
を成膜する。導電層２０は、Ｔｉ層及びその上に形成さ
れたＴｉＮ層の２層構造を有する。導電層２０を構成す
るＴｉ層は、次に形成されるアルミニウム系合金層２２
と不純物拡散領域１０６との間のコンタクト抵抗を低減
させる目的で形成される。また、ＴｉＮ層は、次に形成
されるアルミニウム系合金層２２が不純物拡散領域１０
６に突き抜けることを防止する目的で形成される。実施
例１においては、Ｔｉ層及びＴｉＮ層をスパッタ法で成
膜する。スパッタ法の条件を以下に例示する。尚、Ｔｉ
Ｎ層の突き抜け防止効果を高めるために、ＴｉＮ層の形
成後、窒素ガス雰囲気中若しくは窒素ガスと酸素ガスの
混合ガス雰囲気中で５００゜Ｃ×３０分程度のアニール
処理を行うことが好ましい。 Ｔｉ層の成膜 プロセスガス ： Ａｒ＝１００sccm ＤＣパワー ： ５ｋＷ 圧力 ： ０．４Ｐａ 基板加熱温度 ： １５０゜Ｃ 膜厚 ： ３０ｎｍ ＴｉＮ層の成膜 プロセスガス ： Ｎ₂／Ａｒ＝８０／３０sccm ＤＣパワー ： ５ｋＷ 圧力 ： ０．４Ｐａ 基板加熱温度 ： １５０゜Ｃ 膜厚 ： １２０ｎｍ

【００３１】［工程−１２０］（アルミニウム系合金層
２２の成膜） その後、導電層２０の上にアルミニウム系合金層２２を
成膜する。アルミニウム系合金層２２は、例えば高温ア
ルミニウムスパッタ法にて成膜することができる。高温
アルミニウムスパッタ法の条件を以下に例示する。 アルミニウム系合金層２２の成膜 プロセスガス ： Ａｒ＝１００sccm ＤＣパワー ： １０ｋＷ 圧力 ： ０．４Ｐａ 基板加熱温度 ： ５００゜Ｃ 膜厚 ： ０．５μｍ

【００３２】基板加熱温度を高温にすることによって、
基体（絶縁層）１０上の導電層２０の上に堆積したアル
ミニウム系合金層２２が流動状態となり、基体（絶縁
層）１０に形成された開口部１０８の中にアルミニウム
系合金が流れ込み、開口部１０８はアルミニウム系合金
で埋め込まれ、コンタクトホールが形成される。一方、
基体１０の上には、導電層２０及びアルミニウム系合金
層２２の２層が成膜される。

【００３３】［工程−１３０］（アルミニウム系合金層
２２及び導電層２０のパターニング） その後、必要に応じて、アルミニウム系合金層２２の表
面に反射防止膜（図示せず）を形成する。反射防止膜を
形成する目的は以下のとおりである。即ち、次のフォト
リソグラフィ工程において、アルミニウム系合金層２２
の上にレジストを形成し、レジストを露光・現像するこ
とによってレジストをパターニングする。このレジスト
露光の際、予め反射防止膜を形成しておくことによっ
て、露光光のアルミニウム系合金層での反射を防止する
ことができ、所望のパターン形状を有するレジストを形
成することができる。反射防止膜は、例えば、ＴｉＮ、
ＴｉＯＮ、ＳｉＯ_XＮ_Yから成る。

【００３４】次いで、フォトリソグラフィ技術を用いて
アルミニウム系合金層２２の上に（反射防止膜を形成し
た場合にはその上に）パターニングされたレジスト（図
示せず）を形成する。その後、エッチング技術を用い
て、アルミニウム系合金層２２及び導電層２０を選択的
に除去する。こうして、導電層２０及びその上に形成さ
れたアルミニウム系合金層２２から成り、所望のパター
ン形状を有する下層配線が、基体１０上に形成される。
この状態を図２の（Ｂ）に示す。尚、図２の（Ｂ）に示
した基体１０等の領域は、図２の（Ａ）において円で囲
まれた領域に相当する。以下の図においても同様であ
る。アルミニウム系合金層２２及び導電層２０のエッチ
ング条件を、例えば以下のとおりとすることができる。 使用ガス ： ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂＝６０／９０sccm ＲＦパワー： １２００Ｗ 圧力 ： ２Ｐａ

【００３５】［工程−１４０］（層間絶縁層３０の形
成） その後、基体１０上及び下層配線２０，２２上に層間絶
縁層３０を形成する。層間絶縁層３０は、例えばプラズ
マＣＶＤ法で形成されたＳｉＯ₂から成る。層間絶縁層
３０の形成条件を以下に例示する。 使用ガス ： ＳｉＨ₄／Ｏ₂／Ｎ₂＝２５０／２５０／
１００sccm 圧力 ： １３．３Ｐａ 成膜温度 ： ４１０゜Ｃ 膜厚 ： ０．５μｍ

【００３６】［工程−１５０］（開口部３２の形成） 次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用
いて、下層配線上方の層間絶縁層３０及びアルミニウム
系合金層２２を貫通しそして導電層２０へと延びる開口
部３２を形成する（図２の（Ｃ）参照）。開口部３２の
形成条件は、例えば以下に示すとおりである。 層間絶縁層３０のエッチング 使用ガス ： Ｃ₄Ｆ₈＝５０sccm ＲＦパワー： １２００Ｗ 圧力 ： ２Ｐａ アルミニウム系合金層２２のエッチング 使用ガス ： ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂＝６０／９０sccm ＲＦパワー： １２００Ｗ 圧力 ： ２Ｐａ

【００３７】［工程−１６０］（上層配線の形成） 次に、開口部３２内及び層間絶縁層３０上に、下層配線
と電気的に接続された上層配線を形成する。実施例１に
おいては、上層配線は、Ｔｉから成るコンタクト層４
０、及びアルミニウム系合金から成る金属配線材料層４
２から構成されており、これらの各層はスパッタ法にて
成膜することができる。コンタクト層４０及び金属配線
材料層４２の成膜条件を以下に例示する。 Ｔｉから成るコンタクト層４０の成膜 プロセスガス ： Ａｒ＝１００sccm ＤＣパワー ： ５ｋＷ 圧力 ： ０．４Ｐａ 基板加熱温度 ： １５０゜Ｃ 膜厚 ： ２００ｎｍ アルミニウム系合金から成る金属配線材料層４２の成膜 プロセスガス ： Ａｒ＝１００sccm ＤＣパワー ： １０ｋＷ 圧力 ： ０．４Ｐａ 基板加熱温度 ： ５００゜Ｃ 膜厚 ： ０．６μｍ

【００３８】基板加熱温度を高温にすることによって、
層間絶縁層３０上のコンタクト層４０の上に堆積したア
ルミニウム系合金から成る金属配線材料層４２が流動状
態となり、層間絶縁層３０に形成された開口部３２の中
にアルミニウム系合金が流れ込み、開口部３２はアルミ
ニウム系合金で埋め込まれ、ビアホールが形成される。
コンタクト層４０は、金属配線材料層４２のスパッタリ
ングの際の濡れ性を改善する機能も有する。

【００３９】その後、フォトリソグラフィ技術及びエッ
チング技術を用いて、金属配線材料層４２及びコンタク
ト層４０を選択的に除去し、上層配線に所望のパターン
を形成する。こうして、図１の（Ａ）に示した配線構造
を形成することができる。また、半導体素子を含む半導
体装置のより広い領域を、図１の（Ｂ）に示す。

【００４０】（実施例２）実施例２は実施例１の変形で
ある。実施例２が実施例１と相違する点は、図４の
（Ｃ）に模式的な一部断面図を示すように、導電層２０
とアルミニウム系合金層２２との間にエッチングストッ
プ層２４が形成されている点にある。エッチングストッ
プ層２４は、例えばスパッタ法にて形成されたＰｔ、Ｃ
ｕ等の導電性材料から成る。導電層２０は、実施例１と
同様に、Ｔｉ層及びＴｉＮ層の２層から構成されてい
る。エッチングストップ層２４を設けることによって、
開口部３２の形成の際、開口部３２が導電層２０の内部
にまで延びて配線構造の信頼性が低下することを、効果
的に防止することができる。

【００４１】以下、実施例２の半導体装置の配線構造の
形成方法を、図４を参照して説明する。実施例２の半導
体装置の配線構造の形成方法においては、導電層２０を
形成した後、アルミニウム系合金層２２を形成する前
に、導電層２０上にエッチングストップ層２４を形成す
る工程を含み、アルミニウム系合金層２２及び導電層２
０を選択的に除去する工程において、併せてエッチング
ストップ層２４を選択的に除去する。

【００４２】［工程−２００］（半導体素子の形成及び
基体１０の形成） 先ず、実施例１の［工程−１００］と同様の方法で、図
２の（Ａ）に示すように、シリコン半導体基板１００に
公知の方法を用いて、例えばＬＯＣＯＳ構造を有する素
子分離領域１０２、ゲート配線１０４、不純物拡散領域
１０６、絶縁層（基体１０に相当する）及び開口部１０
８を形成する。

【００４３】［工程−２１０］（導電層２０の成膜） 次に、実施例１の［工程−１１０］と同様のスパッタ法
にて、開口部１０８を含む基体１０の全面に導電層２０
を成膜する。導電層２０は、Ｔｉ層及びその上に成膜さ
れたＴｉＮ層の２層構造を有する。

【００４４】［工程−２２０］（エッチングストップ層
２４の成膜） この工程は、実施例２に特有の工程である。即ち、導電
層２０上にスパッタ法にて、例えばＰｔから成るエッチ
ングストップ層２４を成膜する。エッチングストップ層
は、下記の［工程−２６０］においてエッチングされ難
い材料であって導電性を有する材料から構成すればよ
く、その膜厚は数ｎｍ〜数十ｎｍ程度であればよい。エ
ッチングストップ層２４の成膜条件を、以下に例示す
る。 プロセスガス ： Ａｒ＝１００sccm ＤＣパワー ： ５ｋＷ 圧力 ： ０．４Ｐａ 基板加熱温度 ： １５０゜Ｃ 膜厚 ： １０ｎｍ

【００４５】［工程−２３０］（アルミニウム系合金層
２２の成膜） その後、導電層２０の上にアルミニウム系合金層２２を
成膜する。実施例２においては、アルミニウム系合金層
２２を、高温アルミニウムスパッタ法ではなく、所謂ア
ルミニウムリフロー法で成膜した。アルミニウム系合金
層２２の成膜条件を以下に例示する。 プロセスガス ： Ａｒ＝１００sccm ＤＣパワー ： ２０ｋＷ スパッタ圧力 ： ０．４Ｐａ 基体加熱温度 ： １５０゜Ｃ 膜厚 ： ０．５μｍ その後、基体１０を約５００゜Ｃに加熱する。これによ
って、エッチングストップ層２４上に堆積したアルミニ
ウム系合金は流動状態となり、開口部１０８内に流入
し、開口部１０８はアルミニウム系合金で確実に埋め込
まれ、コンタクトホールが形成される。一方、基体１０
の上には、導電層２０、エッチングストップ層２４及び
アルミニウム系合金層２２の３層が形成される。加熱条
件を、例えば以下のとおりとすることができる。 加熱方式 ： 基板裏面ガス加熱 加熱温度 ： ５００゜Ｃ 加熱時間 ： ２分 プロセスガス ： Ａｒ＝１００sccm プロセスガス圧力： １．１×１０³Ｐａ ここで、基板裏面ガス加熱方式とは、シリコン半導体基
板１００の裏面に配置したヒーターブロックを所定の温
度（加熱温度）に加熱し、ヒーターブロックとシリコン
半導体基板１００の裏面の間にプロセスガスを導入する
ことによって基体１０を加熱する方式である。加熱方式
としては、この方式以外にもランプ加熱方式等を用いる
ことができる。

【００４６】［工程−２４０］（アルミニウム系合金層
２２、エッチングストップ層２４及び導電層２０のパタ
ーニング） その後、必要に応じて、アルミニウム系合金層２２の表
面に反射防止膜（図示せず）を形成した後、フォトリソ
グラフィ技術及びエッチング技術を用いて、アルミニウ
ム系合金層２２、エッチングストップ層２４及び導電層
２０を選択的に除去する。こうして、導電層２０及びそ
の上に形成されたアルミニウム系合金層２２、並びにこ
れらの層の間に形成されたエッチングストップ層２４か
ら成り、所望のパターン形状を有する下層配線が、基体
１０上に形成される。この状態を図４の（Ａ）に示す。
これらの層のエッチング条件は、実施例１の［工程−１
３０］と概ね同様とするとすることができる。エッチン
グストップ層２４は、膜厚が薄いので、エッチング時の
イオンエネルギーを十分高くすれば、容易にエッチング
することができる。

【００４７】［工程−２５０］（層間絶縁層３０の形
成） その後、実施例１の［工程−１４０］と同様の方法で、
基体１０上及び下層配線上に層間絶縁層３０を形成す
る。

【００４８】［工程−２６０］（開口部３２の形成） 次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用
いて、下層配線上方の層間絶縁層３０及びアルミニウム
系合金層２２を貫通しそして導電層２０へと延びる開口
部３２を形成する（図４の（Ｂ）参照）。開口部３２の
形成条件は、実施例１の［工程−１５０］と同様とする
ことができる。エッチングストップ層２４が形成されて
いるので、実際には層間絶縁層３０のエッチングはエッ
チングストップ層２４で止まり、開口部３２が導電層２
０の内部まで侵入することを確実に防止することができ
る。

【００４９】［工程−２７０］（上層配線の形成） 次に、実施例１の［工程−１６０］と同様の方法で、開
口部３２内及び層間絶縁層３０上に、下層配線と電気的
に接続された上層配線を形成した後、フォトリソグラフ
ィ技術及びエッチング技術を用いて、金属配線材料層４
２及びコンタクト層４０を選択的に除去し、上層配線に
所望のパターンを形成する。こうして、図４の（Ｃ）に
示す配線構造を形成することができる。

【００５０】（実施例３）実施例３も実施例１の変形で
ある。実施例３が実施例１と相違する点は、図５の
（Ｃ）に模式的な一部断面図を示すように、基体１０と
導電層２０の間に、アルミニウム系合金から成る金属層
５２が形成されている点にある。尚、図５中、参照番号
５０はバリアメタル層である。導電層２０は、実施例１
と異なり、Ｔｉ層から構成されている。金属層５２を設
けることによって、アルミニウム系合金層２２の厚さを
薄くすることができ、その結果、開口部３２の所謂アス
ペクト比を、実施例１よりも小さくすることができる。
その結果、上層配線を構成する材料で開口部３２を埋め
込むことが容易になる。

【００５１】以下、実施例３の半導体装置の配線構造の
形成方法を、図５を参照して説明する。実施例３の半導
体装置の配線構造の形成方法において、導電層２０を形
成する前に、基体１０上にスパッタ法にてアルミニウム
系合金から成る金属層５２を形成する工程を含み、アル
ミニウム系合金層２２及び導電層２０を選択的に除去す
る工程において、併せて金属層５２を選択的に除去す
る。

【００５２】［工程−３００］（半導体素子の形成及び
基体１０の形成） 先ず、実施例１の［工程−１００］と同様の方法で、図
２の（Ａ）に示すように、シリコン半導体基板１００に
公知の方法を用いて、例えばＬＯＣＯＳ構造を有する素
子分離領域１０２、ゲート配線１０４、不純物拡散領域
１０６、絶縁層（基体１０に相当する）及び開口部１０
８を形成する。

【００５３】［工程−３１０］（バリアメタル層５０及
び金属層５２の成膜） この工程は、実施例３に特有の工程である。即ち、実施
例１の［工程−１１０］及び［工程−１２０］と同様の
スパッタ法にて、開口部１０８を含む基体１０の全面
に、バリアメタル層５０、及びアルミニウム系合金から
成る金属層５２を形成する。バリアメタル層５０は、Ｔ
ｉ層及びその上に形成されたＴｉＮ層の２層構造を有す
る。

【００５４】［工程−３２０］（導電層２０及びアルミ
ニウム系合金層２２の成膜） その後、実施例１の［工程−１１０］及び［工程−１２
０］と同様のスパッタ法にて、金属層５２の上に導電層
２０及びアルミニウム系合金層２２を成膜する。但し、
導電層２０はＴｉから構成する。

【００５５】［工程−３３０］（アルミニウム系合金層
２２、導電層２０、金属層５２及びバリアメタル層５０
のパターニング） その後、必要に応じて、アルミニウム系合金層２２の表
面に反射防止膜（図示せず）を形成した後、フォトリソ
グラフィ技術及びエッチング技術を用いて、アルミニウ
ム系合金層２２、導電層２０、金属層５２及びバリアメ
タル層５０を選択的に除去する。こうして、導電層２０
及びその上に形成されたアルミニウム系合金層２２、並
びに導電層２０の下に形成された金属層５２及びバリア
メタル層５０から成り、所望のパターン形状を有する下
層配線が、基体１０上に形成される。この状態を図５の
（Ａ）に示す。これらの層のエッチング条件は、実施例
１の［工程−１３０］と概ね同様とするとすることがで
きる。

【００５６】［工程−３４０］（層間絶縁層３０の形
成） その後、実施例１の［工程−１４０］と同様の方法で、
基体１０上及び下層配線上に層間絶縁層３０を形成す
る。

【００５７】［工程−３５０］（開口部３２の形成） 次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用
いて、下層配線上方の層間絶縁層３０及びアルミニウム
系合金層２２を貫通しそして導電層２０へと延びる開口
部３２を形成する（図５の（Ｂ）参照）。開口部３２の
形成条件は、実施例１の［工程−１５０］と同様とする
ことができる。

【００５８】［工程−３６０］（上層配線の形成） 次に、実施例１の［工程−１６０］と同様の方法で、開
口部３２内及び層間絶縁層３０上に、下層配線と電気的
に接続された上層配線を形成した後、フォトリソグラフ
ィ技術及びエッチング技術を用いて、金属配線材料層４
２及びコンタクト層４０を選択的に除去し、上層配線に
所望のパターンを形成する。こうして、図５の（Ｃ）に
示す配線構造を形成することができる。

【００５９】尚、実施例３においても、実施例２にて説
明したと同様に、導電層２０の上にエッチングストップ
層２４を形成してもよい。

【００６０】（実施例４）実施例４も実施例１の変形で
ある。実施例４が実施例１と相違する点は、図６の
（Ｃ）に模式的な一部断面図を示すように、導電層６２
がタングステン（Ｗ）から成る点、及び、開口部３２内
をタングステン層７２から成るメタルプラグで埋め込
み、ビアホールを形成する点にある。尚、図６中、参照
番号６０，７０は密着層である。上層配線は、密着層７
０、タングステン層７２及び、アルミニウム系合金から
成る金属配線材料層７４から構成されている。導電層６
２及びタングステン層７２は、所謂ブランケットタング
ステンＣＶＤ法にて形成することができる。

【００６１】以下、実施例４の半導体装置の配線構造の
形成方法を、図６を参照して説明する。

【００６２】［工程−４００］（半導体素子の形成及び
基体１０の形成） 先ず、実施例１の［工程−１００］と同様の方法で、図
２の（Ａ）に示すように、シリコン半導体基板１００に
公知の方法を用いて、例えばＬＯＣＯＳ構造を有する素
子分離領域１０２、ゲート配線１０４、不純物拡散領域
１０６、絶縁層（基体１０に相当する）及び開口部１０
８を形成する。

【００６３】［工程−４１０］（密着層６０の成膜） この工程は、実施例４に特有の工程である。即ち、先
ず、開口部１０８内を含む基体１０の全面に密着層６０
を形成する。密着層６０は、Ｔｉ層及びその上に形成さ
れたＴｉＮ層から成り、スパッタ法にて成膜することが
できる。具体的なＴｉ層及びＴｉＮ層の成膜条件は、実
施例１の［工程−１１０］と同様とすることができる。
尚、ＴｉＮ層のアニール処理を行う場合には、６５０゜
Ｃ×６０秒程度の条件とすることが好ましい。

【００６４】［工程−４２０］（導電層６２の成膜） その後、密着層６０の上にタングステンから成る導電層
６２を、例えば以下に示す条件のブランケットタングス
テンＣＶＤ法にて成膜する。 使用ガス ： ＷＦ₆／Ｈ₂／Ａｒ＝８０／５００／２８
００sccm 成膜温度 ： ４５０゜Ｃ 圧力 ： １．１×１０⁴Ｐａ 膜厚 ： ０．８μｍ これによって、基体（絶縁層）１０に形成された開口部
１０８の中にタングステンが埋め込まれ、コンタクトホ
ールが形成される。一方、基体１０の上には、導電層６
２が形成される。尚、必要に応じて、タングステンから
成る導電層６２を所望の膜厚までエッチバックしてもよ
い。例えば、０．６μｍエッチバックして、０．２μｍ
厚さの導電層６２を残す。この場合のエッチバック条件
を以下に例示する。 使用ガス ： ＳＦ₆／Ａｒ＝１１０／９０sccm 圧力 ： ３５Ｐａ ＲＦパワー ： ２７５Ｗ

【００６５】［工程−４３０］（アルミニウム系合金層
６４の成膜） 次いで、実施例１の［工程−１２０］と同様のスパッタ
法にて、導電層６２上にアルミニウム系合金層６４を成
膜する。

【００６６】［工程−４４０］（アルミニウム系合金層
６４、導電層６２及び密着層６０のパターニング） その後、必要に応じて、アルミニウム系合金層６４の表
面に反射防止膜（図示せず）を形成した後、フォトリソ
グラフィ技術及びエッチング技術を用いて、アルミニウ
ム系合金層６４、導電層６２及び密着層６０を選択的に
除去する。こうして、導電層６２及びその上に形成され
たアルミニウム系合金層６４、並びに導電層６２の下に
形成された密着層６０から成り、所望のパターン形状を
有する下層配線が、基体１０上に形成される。この状態
を図６の（Ａ）に示す。アルミニウム系合金層６４のエ
ッチング条件は、実施例１の［工程−１３０］と同様と
するとすることができる。また、導電層６２及び密着層
６０のエッチング条件は、［工程−４２０］のエッチバ
ックの条件と同様とすることができる。

【００６７】［工程−４５０］（層間絶縁層３０の形
成） その後、実施例１の［工程−１４０］と同様の方法で、
基体１０上及び下層配線上に層間絶縁層３０を形成す
る。

【００６８】［工程−４６０］（開口部３２の形成） 次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用
いて、下層配線上方の層間絶縁層３０及びアルミニウム
系合金層６４を貫通しそしてタングステンから成る導電
層６２へと延びる開口部３２を形成する（図６の（Ｂ）
参照）。開口部３２の形成条件は、実施例１の［工程−
１５０］と同様とすることができる。尚、導電層６２が
タングステンから構成されているので、導電層６２の内
部に開口部３２が延びることを確実に防止することがで
きる。

【００６９】［工程−４７０］（上層配線の形成） 次に、［工程−４１０］及び［工程−４２０］と同様の
方法で、開口部３２内を含む層間絶縁層３０上に密着層
７０及びタングステン層７２を形成する。尚、密着層７
０をＴｉＮのみから構成してもよい。こうして、開口部
３２はタングステンで埋め込まれ、ビアホールが形成さ
れる。次いで、必要に応じてタングステン層７２をエッ
チバックした後、アルミニウム系合金から成る金属配線
材料層７４を、実施例１の［工程−１６０］と同様のス
パッタ法で、タングステン層７２上に堆積させる。その
後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い
て、金属配線材料層７４、タングステン層７２及び密着
層７０を選択的に除去し、上層配線に所望のパターンを
形成する。こうして、図６の（Ｃ）に示す配線構造を形
成することができる。

【００７０】（実施例５）実施例５は実施例４の変形で
ある。実施例５が実施例４と相違する点は、図８の
（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、開口部３２
の底部及びその近傍に位置する導電層６２Ａの厚さが、
他の領域に位置する導電層６２よりも厚い点にある。導
電層６２がタングステン（Ｗ）から成る点、及び、開口
部３２内をタングステン層７２から成るメタルプラグで
埋め込み、ビアホールを形成する点は、実施例４と同様
である。しかしながら、上層配線が、密着層７６及びア
ルミニウム系合金から成る金属配線材料層７４から構成
されている点は、実施例４と相違している。

【００７１】以下、実施例５の半導体装置の配線構造の
形成方法を、図７及び図８を参照して説明する。実施例
５の半導体装置の配線構造の形成方法においては、下層
配線を形成する工程は、基体上に導電層を形成した後、
開口部の底部及びその近傍に位置する導電層の厚さが他
の領域に位置する導電層よりも厚くなるように導電層を
エッチングし、次いで、その上にアルミニウム系合金層
を形成した後、アルミニウム系合金層及び導電層を選択
的に除去する工程から成る。

【００７２】［工程−５００］（半導体素子の形成及び
基体１０の形成） 先ず、実施例１の［工程−１００］と同様の方法で、図
２の（Ａ）に示すように、シリコン半導体基板１００に
公知の方法を用いて、例えばＬＯＣＯＳ構造を有する素
子分離領域１０２、ゲート配線１０４、不純物拡散領域
１０６、絶縁層（基体１０に相当する）及び開口部１０
８を形成する。

【００７３】［工程−５１０］（密着層６０の成膜） 次に、実施例４の［工程−４１０］と同様の方法で、開
口部１０８内を含む基体１０の全面に密着層６０を形成
する。密着層６０は、Ｔｉ層及びその上に形成されたＴ
ｉＮ層から成り、スパッタ法にて成膜することができ
る。

【００７４】［工程−５２０］（導電層６２の成膜） その後、密着層６０の上にタングステンから成る導電層
６２を、実施例４の［工程−４２０］と同様に、ブラン
ケットタングステンＣＶＤ法にて成膜する（図７の
（Ａ）参照）。導電層６２の厚さを例えば０．５μｍと
する。これによって、基体（絶縁層）１０に形成された
開口部１０８の中にタングステンが埋め込まれ、コンタ
クトホールが形成される。一方、基体１０の上には、導
電層６２が形成される。

【００７５】［工程−５３０］（導電層６２のエッチバ
ック） 次に、導電層６２上にレジスト（図示せず）を形成し、
レジストをパターニングする。そして、後述する開口部
の底部及びその近傍に位置する導電層６２Ａの厚さ（例
えば、０．５μｍ）が他の領域に位置する導電層６２の
厚さ（例えば、０．２μｍ）よりも厚くなるように、導
電層６２をエッチバックする。この状態を図７の（Ｂ）
に示す。導電層６２の厚さが厚い領域の導電層を参照番
号６２Ａで示した。尚、この領域の導電層６２Ａの大き
さは、形成すべき開口部の大きさよりも大きくする。導
電層６２のエッチバックの条件を、以下に例示する。 使用ガス ： ＳＦ₆／Ａｒ＝１１０／９０sccm 圧力 ： ３５Ｐａ ＲＦパワー ： ２７５Ｗ

【００７６】［工程−５４０］（アルミニウム系合金層
６４の成膜） 次いで、実施例１の［工程−１２０］と同様のスパッタ
法にて、導電層６２上にアルミニウム系合金層６４を成
膜する。アルミニウム系合金層６４の厚さを、例えば
０．３μｍとした。

【００７７】［工程−５５０］（アルミニウム系合金層
６４、導電層６２及び密着層６０のパターニング） その後、実施例４の［工程−４４０］と同様の方法で、
必要に応じて、アルミニウム系合金層６４の表面に反射
防止膜（図示せず）を形成した後、フォトリソグラフィ
技術及びエッチング技術を用いて、アルミニウム系合金
層６４、導電層６２及び密着層６０を選択的に除去す
る。こうして、導電層６２及びその上に形成されたアル
ミニウム系合金層６４、並びに導電層６２の下に形成さ
れた密着層６０から成り、所望のパターン形状を有する
下層配線が、基体１０上に形成される。この状態を図７
の（Ｃ）に示す。

【００７８】［工程−５６０］（層間絶縁層３０の形
成） その後、実施例１の［工程−１４０］と同様の方法で、
基体１０上及び下層配線上に層間絶縁層３０を形成す
る。

【００７９】［工程−５７０］（開口部３２の形成） 次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用
いて、下層配線上方の層間絶縁層３０及びアルミニウム
系合金層６４を貫通しそしてタングステンから成る導電
層６２へと延びる開口部３２を形成する（図８の（Ａ）
参照）。開口部３２の形成条件は、実施例１の［工程−
１５０］と同様とすることができる。

【００８０】開口部３２の底部及びその近傍に位置する
導電層６２Ａの厚さが、他の領域に位置する導電層６２
よりも厚く、所謂ピラー構造を有する導電層が形成され
ているので、開口部のアスペクト比を、実施例１よりも
小さくすることができる。

【００８１】［工程−５８０］（上層配線の形成） 次に、［工程−４１０］と同様の方法で、開口部３２内
を含む層間絶縁層３０上に密着層７０を形成する。尚、
密着層７０をＴｉＮのみから構成してもよい。その後、
［工程−４２０］と同様の方法で、密着層７０上にタン
グステン層７２をブランケットタングステンＣＶＤ法で
成膜する。これによって、開口部３２はタングステンで
埋め込まれ、ビアホールが形成される。次いで、層間絶
縁層３０上のタングステン層７２及び密着層７０をエッ
チバックし、層間絶縁層３０上からタングステン層７２
及び密着層７０を除去する。

【００８２】あるいは又、密着層７０を形成せずに、開
口部３２内に選択タングステンＣＶＤ法にてタングステ
ンを析出させて、開口部３２がタングステンで埋め込ま
れたビアホールを形成することもできる。 使用ガス： ＷＦ₆／ＳｉＨ₄／Ｈ₂／Ａｒ＝１０／７／
１０００／１０sccm 温度 ： ２６０゜Ｃ 圧力 ： ２７Ｐａ 膜厚 ： ０．１５μｍ

【００８３】その後、Ｔｉから成る密着層７６を層間絶
縁層３０上にスパッタ法にて形成し、次いで、アルミニ
ウム系合金から成る金属配線材料層７４を、実施例１の
［工程−１６０］と同様のスパッタ法で、密着層７６の
上に堆積させる。その後、フォトリソグラフィ技術及び
エッチング技術を用いて、金属配線材料層７４及び密着
層７６を選択的に除去し、上層配線に所望のパターンを
形成する。こうして、図８の（Ｂ）に示す配線構造を形
成することができる。

【００８４】（実施例６）実施例６は実施例４の変形で
ある。実施例６が実施例４と相違する点は、図１０の
（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、開口部３２
の底部及びその近傍にのみ導電層６２が形成されている
点にある。また、導電層６２がタングステン（Ｗ）から
成る点、及び、開口部３２内をタングステン層７２から
成るメタルプラグで埋め込み、ビアホールを形成する点
は、実施例４と同様であるが、上層配線は、密着層７６
及びアルミニウム系合金から成る金属配線材料層７４か
ら構成されている点が、実施例４と相違している（尚、
実施例５とは同様である）。

【００８５】以下、実施例６の半導体装置の配線構造の
形成方法を、図９及び図１０を参照して説明する。実施
例６の半導体装置の配線構造の形成方法においては、下
層配線を形成する工程は、基体上に導電層を形成した
後、開口部の底部及びその近傍に位置する導電層が残さ
れるように導電層を選択的に除去し、次いで、導電層及
び基体上にアルミニウム系合金層を形成した後、アルミ
ニウム系合金層を選択的に除去する工程から成る。

【００８６】［工程−６００］（半導体素子の形成及び
基体１０の形成） 先ず、実施例１の［工程−１００］と同様の方法で、図
２の（Ａ）に示すように、シリコン半導体基板１００に
公知の方法を用いて、例えばＬＯＣＯＳ構造を有する素
子分離領域１０２、ゲート配線１０４、不純物拡散領域
１０６、絶縁層（基体１０に相当する）及び開口部１０
８を形成する。

【００８７】［工程−６１０］（密着層６０の成膜） 次に、実施例４の［工程−４１０］と同様の方法で、開
口部１０８内を含む基体１０の全面に密着層６０を形成
する。密着層６０は、Ｔｉ層及びその上に形成されたＴ
ｉＮ層から成り、スパッタ法にて成膜することができ
る。

【００８８】［工程−６２０］（導電層６２の成膜） その後、密着層６０の上にタングステンから成る導電層
６２を、実施例４の［工程−４２０］と同様に、ブラン
ケットタングステンＣＶＤ法にて成膜する（図９の
（Ａ）参照）。導電層６２の厚さを例えば０．２μｍと
する。これによって、基体（絶縁層）１０に形成された
開口部１０８の中にタングステンが埋め込まれ、コンタ
クトホールが形成される。一方、基体１０の上には、導
電層６２が形成される。

【００８９】［工程−６３０］（導電層６２のエッチン
グ） 次に、導電層６２上にレジスト（図示せず）を形成し、
レジストをパターニングする。そして、後述する開口部
の底部及びその近傍に位置する基体１０上にのみ導電層
６２が残されるように、導電層６２をエッチングする。
この状態を図９の（Ｂ）に示す。エッチング後の導電層
６２の大きさは、形成すべき開口部の大きさよりも大き
くする。導電層６２のエッチングの条件は、実施例４の
［工程−４２０］のエッチバック条件と同様とすること
ができる。尚、この工程で密着層６０を選択的に除去し
てもよいし、除去しなくともよい。密着層６０をこの工
程で除去しない場合には、アルミニウム系合金層６４の
選択的な除去の工程において密着層６０を除去すること
ができる。

【００９０】［工程−６４０］（アルミニウム系合金層
６４の成膜） 次いで、実施例１の［工程−１２０］と同様のスパッタ
法にて、導電層６２上にアルミニウム系合金層６４を成
膜する。尚、アルミニウム系合金層６４の成膜前に、全
面に、例えばＴｉ層やＴｉＮ層から成る密着層（図示せ
ず）をスパッタ法にて成膜しておくこともできる。アル
ミニウム系合金層６４の厚さを、例えば０．３μｍとし
た。

【００９１】［工程−６５０］（アルミニウム系合金層
６４パターニング） その後、実施例１の［工程−１３０］と同様の方法で、
必要に応じて、アルミニウム系合金層６４の表面に反射
防止膜（図示せず）を形成した後、フォトリソグラフィ
技術及びエッチング技術を用いて、アルミニウム系合金
層６４を選択的に除去する。場合によっては、密着層６
０も選択的に除去する。こうして、導電層６２及びその
上に形成されたアルミニウム系合金層６４、並びに導電
層６２の下に形成された密着層６０から成り、所望のパ
ターン形状を有する下層配線が、基体１０上に形成され
る。この状態を図９の（Ｃ）に示す。

【００９２】［工程−６６０］以降、実施例５の［工程
−５６０］（層間絶縁層３０の形成）、［工程−５７
０］（開口部３２の形成）（図１０の（Ａ）参照）、
［工程−５８０］（上層配線の形成）を実行する。こう
して、図１０の（Ｂ）に示す配線構造を形成することが
できる。

【００９３】実施例６においては、開口部３２の底部及
びその近傍にのみ導電層６２が形成されているで、開口
部のアスペクト比を、実施例１よりも小さくすることが
できる。

【００９４】また、タングステンから成る導電層６２の
上にアルミニウム系合金層６４を成膜するとき、成膜条
件によってはアルミニウム系合金層６４を構成するアル
ミニウム系合金の配向性が悪くなる場合がある。実施例
６においては、開口部３２の底部及びその近傍にのみ導
電層６２が形成されているので、このようなアルミニウ
ム系合金の配向性の劣化を、最小に止めることができ
る。また、アルミニウム系合金層６４と、タングステン
から成る導電層６２を連続的にエッチングする際、エッ
チング条件によっては、導電層６２にサイドエッチング
の問題が生じたり（即ち、導電層６２の幅が所望の値よ
りも狭くなる）、エッチングによって所望のパターン形
状が導電層６２に形成できない場合がある。実施例６に
おいては、開口部３２の底部及びその近傍にのみ導電層
６２が形成されているので、エッチング時におけるこの
ような問題を回避することができる。

【００９５】（実施例７）実施例７は、本発明の第２の
半導体装置の配線構造及びその形成方法に関する。実施
例７の配線構造は、図１２の（Ｂ）に模式的な一部断面
図を示すように、基体１０上に形成された下層配線２
０，２２と、層間絶縁層３０と、開口部３２と、上層配
線７０，７２，７４，７６から構成されている。

【００９６】下層配線は、導電層６２及びその上に形成
されたアルミニウム系合金層６４から成り、そして開口
部３２の底部及びその近傍に位置する部分は導電層６２
Ａのみから成る。層間絶縁層３０は、基体１０上及び下
層配線上に形成されている。開口部３２は、下層配線上
方の層間絶縁層３０に形成されそして導電層６２Ａへと
延びている。上層配線は、開口部３２内及び層間絶縁層
３０上に形成されており、開口部３２の底部において、
下層配線を構成する導電層６２Ａと電気的に接続されて
いる。上層配線の一部で埋め込まれた開口部３２は、所
謂ビアホールを構成している。

【００９７】実施例７においては、導電層６２はタング
ステン（Ｗ）から成る。開口部３２内をタングステン層
７２から成るメタルプラグで埋め込み、ビアホールを形
成する。上層配線は、密着層７６及びアルミニウム系合
金から成る金属配線材料層７４から構成されている。図
中、参照番号６０，７０は密着層である。導電層６２及
びタングステン層７２は、所謂ブランケットタングステ
ンＣＶＤ法にて形成することができる。

【００９８】以下、図１１及び図１２を参照して、実施
例７の半導体装置の配線構造の形成方法を説明する。

【００９９】［工程−７００］（半導体素子の形成及び
基体１０の形成） 先ず、実施例１の［工程−１００］と同様の方法で、図
２の（Ａ）に示すように、シリコン半導体基板１００に
公知の方法を用いて、例えばＬＯＣＯＳ構造を有する素
子分離領域１０２、ゲート配線１０４、不純物拡散領域
１０６、絶縁層（基体１０に相当する）及び開口部１０
８を形成する。

【０１００】［工程−７１０］（密着層６０の成膜） 次に、実施例４の［工程−４１０］と同様の方法で、開
口部１０８内を含む基体１０の全面に密着層６０を形成
する。密着層６０は、Ｔｉ層及びその上に形成されたＴ
ｉＮ層から成り、スパッタ法にて成膜することができ
る。

【０１０１】［工程−７２０］（導電層６２の成膜） その後、密着層６０の上にタングステンから成る導電層
６２を、実施例４の［工程−４２０］と同様に、ブラン
ケットタングステンＣＶＤ法にて成膜する（図１１の
（Ａ）参照）。これによって、基体（絶縁層）１０に形
成された開口部１０８の中にタングステンが埋め込ま
れ、コンタクトホールが形成される。一方、基体１０の
上には、導電層６２が形成される。

【０１０２】［工程−７３０］（導電層６２のエッチバ
ック） 次に、導電層６２上にレジスト（図示せず）を形成し、
レジストをパターニングする。そして、後述する開口部
の底部及びその近傍に位置する導電層６２Ａの厚さ（例
えば、０．５μｍ）が他の領域に位置する導電層６２の
厚さ（例えば、０．２μｍ）よりも厚くなるように、導
電層６２をエッチバックする。この状態を図１１の
（Ｂ）に示す。導電層６２の厚さが厚い領域を参照番号
６２Ａで示した。尚、この領域における導電層６２Ａの
大きさは、形成すべき開口部の大きさよりも大きくす
る。導電層６２のエッチバックの条件を、実施例５の
［工程−５３０］と同様とすることができる。

【０１０３】［工程−７４０］（アルミニウム系合金層
６４の成膜） 次いで、実施例１の［工程−１２０］と同様のスパッタ
法にて、導電層６２上にアルミニウム系合金層６４を成
膜する。アルミニウム系合金層６４の厚さを、例えば
０．３μｍとした。この状態を図１１の（Ｃ）に示す。

【０１０４】［工程−７５０］（アルミニウム系合金層
６４、導電層６２及び密着層６０のパターニング） その後、アルミニウム系合金層６４をエッチバックし、
導電層６２の厚さが厚い領域の導電層６２Ａを露出させ
る。この状態を図１１の（Ｄ）に示す。その後、実施例
４の［工程−４４０］と同様の方法で、必要に応じて、
アルミニウム系合金層６４の表面及び露出した導電層６
２Ａの上に反射防止膜（図示せず）を形成した後、フォ
トリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、アル
ミニウム系合金層６４、導電層６２及び密着層６０を選
択的に除去しする。こうして、開口部形成予定領域にお
いては導電層６２Ａから成り、そしてその他の領域にお
いては導電層６２及びアルミニウム系合金層６４から成
る下層配線を、基体１０上に形成することができる。下
層配線は、所望のパターン形状が形成されている。

【０１０５】［工程−７６０］（層間絶縁層３０の形
成） その後、実施例１の［工程−１４０］と同様の方法で、
基体１０上及び下層配線上に層間絶縁層３０を形成す
る。

【０１０６】［工程−７７０］（開口部３２の形成） 次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用
いて、下層配線上方の層間絶縁層３０を貫通しそしてタ
ングステンから成る導電層６２Ａへと延びる開口部３２
を形成する（図１２の（Ａ）参照）。開口部３２の形成
条件は、例えば以下に示すとおりである。 層間絶縁層３０のエッチング 使用ガス ： Ｃ₄Ｆ₈＝５０sccm ＲＦパワー： １２００Ｗ 圧力 ： ２Ｐａ

【０１０７】実施例１〜実施例６と異なり、開口部３２
の形成時、層間絶縁層３０のエッチング条件からアルミ
ニウム系合金層のエッチング条件へとエッチング条件を
切り替える必要がなく、安定したエッチング条件で開口
部３２を形成することができる。

【０１０８】［工程−７８０］（上層配線の形成） 次に、［工程−４１０］と同様の方法で、開口部３２内
を含む層間絶縁層３０上に密着層７０を形成する。尚、
密着層７０をＴｉＮのみから構成してもよい。その後、
［工程−４２０］の方法で、密着層７０上にタングステ
ン層７２をブランケットタングステンＣＶＤ法で成膜す
る。これによって、開口部３２はタングステンで埋め込
まれ、ビアホールが形成される。次いで、層間絶縁層３
０上のタングステン層７２及び密着層７０をエッチバッ
クし、層間絶縁層３０上からタングステン層７２及び密
着層７０を除去する。

【０１０９】あるいは又、密着層７０を形成せずに、開
口部３２内に選択タングステンＣＶＤ法にてタングステ
ンを析出させて、開口部３２がタングステンで埋め込ま
れたビアホールを形成することもできる。

【０１１０】その後、Ｔｉから成る密着層７６を層間絶
縁層３０上にスパッタ法にて形成し、次いで、アルミニ
ウム系合金から成る金属配線材料層７４を、実施例１の
［工程−１６０］と同様のスパッタ法で、密着層７６の
上に堆積させる。その後、フォトリソグラフィ技術及び
エッチング技術を用いて、金属配線材料層７４及び密着
層７６を選択的に除去し、上層配線に所望のパターンを
形成する。こうして、図１２の（Ｂ）に示す配線構造を
形成することができる。

【０１１１】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。各実施例にて説明した条件や数値は例示であ
り、適宜変更することができる。また、各層の成膜方法
も種々組み合わせを変えることができる。

【０１１２】アルミニウム系合金には、例えば、純アル
ミニウム、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｇｅ等の種々のアルミニ
ウム合金が包含される。基体や層間絶縁層を構成する材
料は、ＳｉＯ₂だけでなく、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳ
Ｇ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、ＳｂＳＧ、ＳＯＧ、ＳｉＯＮ
あるいはＳｉＮ等の公知の絶縁材料、あるいはこれらの
絶縁層を積層したものから構成することができる。導電
層を構成する材料は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗだけでなく、Ｍ
ｏ等の高融点金属、又は、ＴｉＷ、ＺｒＮ、ＷＣ、Ｔｉ
Ｃ、その他ＭｏＳｉ₂、ＷＳｉ₂、ＴｉＳｉ₂等のシリサ
イド等を単層若しくは各種組み合わせた多層膜を挙げる
こともできる。

【０１１３】半導体装置の構造も、図１の（Ａ）に示し
た例に限定されず、本発明は種々の構造を有する半導体
装置、例えば、バイポーラトランジスタ、ＣＣＤにも適
用できる。基板１００もシリコン半導体基板に限定され
ず、ＭｇＯ基板、ＧａＡｓ基板、超伝導トランジスタ基
板等を例示することができる。基体としても、下層配線
が形成された絶縁層、接続孔（コンタクトホール、ビヤ
ホール、スルーホール）を形成して電気的接続を形成す
る必要があるゲート電極等の各種素子部や薄膜トランジ
スタを作製するための各種基板上に形成された絶縁層等
を挙げることができる。また、各実施例において説明し
た配線構造を、図１に示したような第１層目の配線と第
２層目の配線に適用するだけでなく、第２層目の配線と
第３層目の配線、第３層目の配線と第４層目の配線等に
適用することができる。

【０１１４】導電層を構成する例えばＴｉ層を、スパッ
タ法以外にも、ＣＶＤ法で成膜することができる。ＥＣ
Ｒ ＣＶＤ法によるＴｉ層の成膜条件を以下に例示す
る。 使用ガス ： ＴｉＣｌ₄／Ｈ₂／Ａｒ＝１５／５
０／４３sccm マイクロ波パワー： ２．０ｋＷ 温度 ： ５００゜Ｃ 圧力 ： ０．３Ｐａ

【０１１５】導電層を構成する例えばＴｉＮ層を、スパ
ッタ法以外にも、ＣＶＤ法で成膜することができる。Ｅ
ＣＲ ＣＶＤ法によるＴｉＮ層の成膜条件を以下に例示
する。 使用ガス ： ＴｉＣｌ₄／Ｈ₂／Ｎ₂＝２０／２
６／８sccm マイクロ波パワー ２．８ｋＷ 基板ＲＦバイアス： −５０Ｗ 温度 ： ７５０゜Ｃ 圧力 ： ０．１２Ｐａ

【０１１６】タングステンから成る導電層の成膜はＣＶ
Ｄ法だけでなく、スパッタ法にて行うこともできる。

【０１１７】エッチングストップ層は、スパッタ法の代
わりにＣＶＤ法にて形成することができる。ＣＶＤ法に
よるＣｕ層の形成条件を以下に例示する。 使用ガス ： Ｃｕ（ＨＦＡ）₂／Ｈ₂＝１０／１００
０sccm 圧力 ： ２．６×１０³Ｐａ 基板加熱温度： ３５０゜Ｃ パワー ： ５００Ｗ 尚、ＨＦＡとは、ヘキサフルオロアセチルアセトネート
の略である。

【０１１８】また、アルミニウム系合金層の上に、Ｔｉ
層をスパッタ法にて形成し、その上にＴｉＮ層を形成
し、開口部をこのＴｉＮ層に達するように形成すること
によっても、アルミニウム系合金層にエレクトロマイグ
レーションやストレスマイグレーションが発生した場合
でも、アルミニウム系合金層上に形成されたＴｉ層／Ｔ
ｉＮ層によって、上層配線と下層配線との間の導通をと
ることができる。

【０１１９】スパッタ法は、マグネトロンスパッタリン
グ装置、ＤＣスパッタリング装置、ＲＦスパッタリング
装置、ＥＣＲスパッタリング装置、また基板バイアスを
印加するバイアススパッタリング装置等各種のスパッタ
リング装置にて行うことができる。

【０１２０】

【発明の効果】本発明においては、上層配線はビアホー
ルの底部で少なくとも導電層と確実に電気的に接続され
ているので、ビアホールの底部においてアルミニウム系
合金層にエレクトロマイグレーションやストレスマイグ
レーションが発生した場合でも、上層配線と下層配線と
の導通を確実に確保することができ、高い信頼性を配線
構造全体に与えることができる。ビアホールの底部以外
の部分において、アルミニウム系合金層にエレクトロマ
イグレーションやストレスマイグレーションが発生した
場合でも、導電層によって配線全体の断線を防止するこ
とができる。

【０１２１】また、エッチングストップ層を設けること
によって、開口部の形成の際、開口部が導電層の内部に
まで延び、配線構造の信頼性が低下することを効果的に
防止することができる。導電層の下に金属層を設けるこ
とによって、アルミニウム系合金層の厚さを薄くするこ
とができ、その結果、開口部のアスペクト比を小さくす
ることができ、上層配線を構成する材料で開口部を埋め
込むことが容易になる。

【０１２２】導電層をタングステンから構成すれば、導
電層の内部に開口部が延びることを確実に防止できる。
また、開口部の底部及びその近傍に位置する導電層の厚
さを他の領域に位置する導電層よりも厚くすることで、
開口部のアスペクト比を小さくすることができる。ある
いは又、開口部の底部及びその近傍にのみ導電層を形成
すれば、開口部のアスペクト比を一層小さくすることが
できる。また、開口部の底部及びその近傍にのみ導電層
を形成すれば、アルミニウム系合金の成膜時の配向性の
劣化を、最小に止めることができるし、下層配線を形成
するためのエッチング時の問題を回避することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の半導体装置の配線構造の模式的な一
部断面図である。

【図２】実施例１の半導体装置の配線構造の形成方法の
各工程を説明するための基体等の模式的な一部断面図で
ある。

【図３】実施例１の半導体装置の配線構造において、ア
ルミニウム系合金層にエレクトロマイグレーション等に
よってボイドが発生した状態を示す図である。

【図４】実施例２の半導体装置の配線構造の形成方法の
各工程を説明するための基体等の模式的な一部断面図で
ある。

【図５】実施例３の半導体装置の配線構造の形成方法の
各工程を説明するための基体等の模式的な一部断面図で
ある。

【図６】実施例４の半導体装置の配線構造の形成方法の
各工程を説明するための基体等の模式的な一部断面図で
ある。

【図７】実施例５の半導体装置の配線構造の形成方法の
各工程を説明するための基体等の模式的な一部断面図で
ある。

【図８】図７に引き続き、実施例５の半導体装置の配線
構造の形成方法の各工程を説明するための基体等の模式
的な一部断面図である。

【図９】実施例６の半導体装置の配線構造の形成方法の
各工程を説明するための基体等の模式的な一部断面図で
ある。

【図１０】図９に引き続き、実施例６の半導体装置の配
線構造の形成方法の各工程を説明するための基体等の模
式的な一部断面図である。

【図１１】実施例７の半導体装置の配線構造の形成方法
の各工程を説明するための基体等の模式的な一部断面図
である。

【図１２】図１１に引き続き、実施例７の半導体装置の
配線構造の形成方法の各工程を説明するための基体等の
模式的な一部断面図である。

【図１３】従来の配線構造の模式的な一部断面図であ
る。

【図１４】従来の多層配線構造における問題点を説明す
るための模式図である。

【符号の説明】

１０ 基体 ２０ 導電層 ２２ アルミニウム系合金層 ２４ エッチングストップ層 ３０ 層間絶縁層 ３２ 開口部 ４０ バリアメタル層 ４２ 金属配線材料層 ５０ バリアメタル層 ５２ 金属層 ６０，７０ 密着層 ６２ 導電層 ６４ アルミニウム系合金層 ７２ タングステン層 ７４ 金属配線材料層 ７６ 密着層 １００ シリコン半導体基板 １０２ 素子分離領域 １０４ ゲート配線 １０６ 不純物拡散領域 １０８ 開口部

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ）導電層及びその上に形成されたアル
   ミニウム系合金層から成り、基体上に形成された下層配
   線と、 （ロ）基体上及び下層配線上に形成された層間絶縁層
   と、 （ハ）下層配線上方の層間絶縁層に形成されそしてアル
   ミニウム系合金層を貫通し導電層へと延びる開口部と、 （ニ）開口部内及び層間絶縁層上に形成され、下層配線
   と電気的に接続された上層配線、から成ることを特徴と
   する半導体装置の配線構造。
2. 【請求項２】導電層はチタン若しくはチタン化合物から
   成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配
   線構造。
3. 【請求項３】導電層とアルミニウム系合金層との間にエ
   ッチングストップ層が更に形成されていることを特徴と
   する請求項２に記載の半導体装置の配線構造。
4. 【請求項４】導電層と基体との間にアルミニウム系合金
   から成る金属層が更に形成されていることを特徴とする
   請求項１に記載の半導体装置の配線構造。
5. 【請求項５】導電層はタングステンから成ることを特徴
   とする請求項１に記載の半導体装置の配線構造。
6. 【請求項６】開口部の底部及びその近傍に位置する導電
   層の厚さが、他の領域に位置する導電層よりも厚いこと
   を特徴とする請求項１又は請求項５に記載の半導体装置
   の配線構造。
7. 【請求項７】開口部の底部及びその近傍にのみ導電層が
   形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項５
   に記載の半導体装置の配線構造。
8. 【請求項８】（イ）導電層及びその上に形成されたアル
   ミニウム系合金層から成り、そして下記の開口部の底部
   及びその近傍に位置する部分は該導電層のみから成る、
   基体上に形成された下層配線と、 （ロ）基体上及び下層配線上に形成された層間絶縁層
   と、 （ハ）導電層上方の層間絶縁層に形成された開口部と、 （ニ）開口部内及び層間絶縁層上に形成され、下層配線
   を構成する導電層と電気的に接続された上層配線、から
   成ることを特徴とする半導体装置の配線構造。
9. 【請求項９】導電層はタングステンから成ることを特徴
   とする請求項８に記載の半導体装置の配線構造。
10. 【請求項１０】（イ）導電層及びその上に形成されたア
    ルミニウム系合金層から成る下層配線を、基体上に形成
    する工程と、 （ロ）基体上及び下層配線上に層間絶縁層を形成する工
    程と、 （ハ）下層配線上方の層間絶縁層及びアルミニウム系合
    金層を貫通しそして導電層へと延びる開口部を形成する
    工程と、 （ニ）開口部内及び層間絶縁層上に、下層配線と電気的
    に接続された上層配線を形成する工程、から成ることを
    特徴とする半導体装置の配線構造の形成方法。
11. 【請求項１１】下層配線を形成する工程は、基体上に導
    電層を形成し、次いで、その上にアルミニウム系合金層
    を形成した後、アルミニウム系合金層及び導電層を選択
    的に除去する工程から成ることを特徴とする請求項１０
    に記載の半導体装置の配線構造の形成方法。
12. 【請求項１２】導電層を形成する工程は、チタン若しく
    はチタン化合物から成る導電層をスパッタ法若しくはＣ
    ＶＤ法にて形成する工程から成ることを特徴とする請求
    項１１に記載の半導体装置の配線構造の形成方法。
13. 【請求項１３】導電層を形成した後、アルミニウム系合
    金層を形成する前に、導電層上にエッチングストップ層
    を形成する工程を含み、アルミニウム系合金層及び導電
    層を選択的に除去する工程において、併せてエッチング
    ストップ層を選択的に除去することを特徴とする請求項
    １２に記載の半導体装置の配線構造の形成方法。
14. 【請求項１４】導電層を形成する前に、基体上にスパッ
    タ法にてアルミニウム系合金から成る金属層を形成する
    工程を含み、アルミニウム系合金層及び導電層を選択的
    に除去する工程において、併せて金属層を選択的に除去
    することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の
    配線構造の形成方法。
15. 【請求項１５】導電層を形成する工程は、ＣＶＤ法にて
    タングステンから成る導電層を形成する工程から成るこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の配線構
    造の形成方法。
16. 【請求項１６】下層配線を形成する工程は、基体上に導
    電層を形成した後、開口部の底部及びその近傍に位置す
    る導電層の厚さが他の領域に位置する導電層よりも厚く
    なるように該導電層をエッチングし、次いで、その上に
    アルミニウム系合金層を形成した後、アルミニウム系合
    金層及び導電層を選択的に除去する工程から成ることを
    特徴とする請求項１０又は請求項１５に記載の半導体装
    置の配線構造の形成方法。
17. 【請求項１７】下層配線を形成する工程は、基体上に導
    電層を形成した後、開口部の底部及びその近傍に位置す
    る導電層が残されるように該導電層を選択的に除去し、
    次いで、該導電層及び基体上にアルミニウム系合金層を
    形成した後、アルミニウム系合金層を選択的に除去する
    工程から成ることを特徴とする請求項１０又は請求項１
    ５に記載の半導体装置の配線構造の形成方法。
18. 【請求項１８】（イ）基体上に導電層を形成した後、開
    口部形成予定領域の導電層の厚さが他の領域の導電層よ
    りも厚くなるように導電層をエッチングし、その後、か
    かる導電層の上にアルミニウム系合金層を形成し、次い
    で、アルミニウム系合金層及び導電層を選択的に除去
    し、以って、開口部形成予定領域においては導電層から
    成りそしてその他の領域においては導電層及びアルミニ
    ウム系合金層から成る下層配線を、基体上に形成する工
    程と、 （ロ）基体上及び下層配線上に層間絶縁層を形成する工
    程と、 （ハ）下層配線上方の層間絶縁層から導電層へと延びる
    開口部を形成する工程と、 （ニ）開口部内及び層間絶縁層上に、導電層と電気的に
    接続された上層配線を形成する工程、から成ることを特
    徴とする半導体装置の配線構造の形成方法。
19. 【請求項１９】導電層を形成する工程は、ＣＶＤ法にて
    タングステンから成る導電層を形成する工程から成るこ
    とを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置の配線構
    造の形成方法。