JPH09162187A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH09162187A
JPH09162187A JP34451895A JP34451895A JPH09162187A JP H09162187 A JPH09162187 A JP H09162187A JP 34451895 A JP34451895 A JP 34451895A JP 34451895 A JP34451895 A JP 34451895A JP H09162187 A JPH09162187 A JP H09162187A
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JP
Japan
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film
metal
metal wiring
aluminum alloy
titanium
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JP34451895A
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English (en)
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Kazuko Shirochi
和子 城地
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低抵抗でエレクトロマイグレーション耐性に
優れた微細な配線を得る。 【解決手段】 金属配線に高融点金属であるタングステ
ン膜3を用い、その側壁にアルミニウム合金膜5を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に半導体装置の配線及びその製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の配線は、主にアルミニ
ウムを材料としてスパッタリングし、これをパターニン
グする方法、または、化学気相成長法によりタングステ
ン膜を形成し、これをパターニングする方法等により形
成されている。
【0003】以下、図3を参照しながら従来の配線形成
技術について説明する。図3(a)に示すように、ま
ず、基板21上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜22
を堆積する。次にスパッタ法によりシリコン(約1%程
度)と銅(約0.5%程度)とを含むアルミニウム合金
膜を成膜、または気相成長法によりタングステンを成膜
し、金属配線膜23を形成する。この金属配線膜23を
フォトレジスト(不図示)をマスクとしてドライエッチ
ングし、シリコンと銅を含むアルミニウム合金又はタン
グステンの金属配線膜23をパターニングする。
【0004】なお、図3(b)に示すように、シリコン
の析出またはアロイスパイク防止のために、TiやTi
N等の高融点のバリアメタル24を金属配線膜23とシ
リコン酸化膜22との間に堆積させる場合もある。
【0005】また、特開平5−304152号公報に記
載されているように、金属配線にアルミニウム合金を用
い、その側壁や上部にタングステンを用いる場合もあ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】半導体デバイスの高集
積化に伴い、金属配線幅が狭くなってきており、上記の
ようなアルミニウム合金の配線では、配線幅の減少に伴
って電流密度が増大し、エレクトロマイグレーションに
よる不良が問題になっている。
【0007】この問題を解決するために、上記のように
金属配線材料としてタングステンを用いる方法がある
が、タングステンの抵抗は9μΩ・cmでアルミニウム
合金の約3倍である。そのために、デバイス設計に規制
が生じたり、パターンの微細化の制約が生じる等の問題
がある。例えば、配線幅を微細化した場合に高抵抗とな
らないためには配線膜厚を厚くしなければならないた
め、厚膜のフォトレジスト(2μm程度)を使用する必
要があり、微細なレジストパターンを形成することが困
難となっている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、金属配線にタングステン等の高融点金
属を用い、その側壁や上部にアルミニウムを形成し、エ
レクトロマイグレーション耐性に優れた配線抵抗の低
い、微細な金属配線を有する半導体装置を提供するもの
である。
【0009】また、上記問題点を解決するために、本発
明は、基板上に形成された絶縁膜上の一部に金属配線を
形成し、その絶縁膜及び金属配線を覆うようにスパッタ
法によりアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜
を異方性エッチングにより少なくとも絶縁膜が露出する
までエッチングを行い、金属配線の側壁部と上部にアル
ミニウム膜を残置することにより、タングステン金属配
線の側壁部と上部にアルミニウム合金等を形成して、エ
レクトロマイグレーション耐性に優れた配線抵抗の低
い、微細な金属配線を形成する方法を提供するものであ
る。
【0010】具体的には、本発明の半導体装置は、高融
点金属を主成分とし、絶縁膜上の所定領域に形成された
金属配線と、前記金属配線の側壁部及び上部の少なくと
もいずれかに形成されたアルミニウム合金膜とを有す
る。
【0011】また、本発明の一態様においては、前記高
融点金属は、モリブデン(Mo)、白金(Pt)、タン
タル(Ta)、タングステン(W)、及び、チタン(T
i)からなる群より選択された少なくともいずれか一種
の金属を含む。
【0012】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に形成された絶縁膜上に第1の金属膜を形成する工程
と、前記第1の金属膜上に高融点金属を主成分とした第
2の金属膜を形成する工程と、前記第1の金属膜が露出
するまで前記第2の金属膜の一部をエッチングし、前記
第2の金属膜からなる金属配線を形成する工程と、前記
第1の金属膜及び前記金属配線の表面にスパッタリング
法によりアルミニウム合金膜を形成する工程と、前記ア
ルミニウム合金膜を異方性エッチングし、前記金属配線
の側壁部及び上部の少なくともいずれかに前記アルミニ
ウム合金膜を残存させるとともに、前記第1の金属膜を
露出させる工程と、前記金属配線及び前記アルミニウム
合金をマスクとしてエッチングを行い、前記第1の金属
配線の一部を除去する工程とを含む。
【0013】本発明の一態様においては、前記第1の金
属膜は、チタン(Ti)と窒化チタン(TiN)との積
層膜、チタンタングステン(TiW)膜、及び、チタン
(Ti)膜からなる群より選択された少なくともいずれ
か一種の膜であり、前記第2の金属膜は、モリブデン
(Mo)膜、白金(Pt)膜、タンタル(Ta)膜、タ
ングステン(W)膜、及び、チタン(Ti)膜からなる
群より選択された少なくともいずれか一種の膜を含む。
【0014】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
基板上に形成された絶縁膜上に高融点金属を含む金属配
線を形成する工程と、前記絶縁膜及び前記金属配線の表
面にスパッタリング法によりアルミニウム合金膜を形成
する工程と、前記アルミニウム合金膜を異方性エッチン
グし、前記金属配線の側壁部及び上部の少なくともいず
れかに前記アルミニウム合金膜を残存させるとともに、
前記絶縁膜を露出させる工程とを含む。
【0015】
【作用】本発明は、金属配線にエレクトロマイグレーシ
ョン耐性に優れるタングステン等の高融点金属を用い、
その側壁や上部に低抵抗なアルミニウムを形成すること
により、金属配線にアルミニウム合金のみを用いた場合
や、金属配線にタングステンのみを用いた場合と比較し
て、低抵抗で、かつエレクトロマイグレーション耐性に
優れる二つの利点を合わせ持った特性の金属配線を得る
ことができる。
【0016】また、本発明により形成した金属配線はそ
の側壁部と上部とに抵抗の低いアルミニウムを形成する
ので、金属配線膜厚をタングステンのみの配線を用いた
場合に比べて薄くすることができ、それに伴ってフォト
レジスト膜厚も薄くすることができるので、より微細な
配線パターンを形成することが可能となる。
【0017】また、本発明により形成した金属配線はそ
の上部が丸みをおびた形状となるので、配線形成後に絶
縁膜を形成する際に配線間に隙間なく絶縁膜を埋めるた
めに適切な配線形状を得ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明を一実施形態につき
図面を参照して説明する。
【0019】図1は本発明の一実施形態の半導体装置の
概略断面図である。図1において、基板1上にはシリコ
ン酸化膜2が形成されており、シリコン酸化膜2上には
チタン(Ti)と窒化チタン(TiN)との積層膜4が
パターン形成されている。また、積層膜4上には、純度
90%以上のタングステン膜3がパターン形成され、タ
ングステン膜3の側壁にはアルミニウム合金膜5が形成
されている。
【0020】チタン(Ti)と窒化チタン(TiN)の
積層膜4は、タングステン膜3とシリコン酸化膜2との
密着性を向上させるためのものであり、タングステンの
堆積方法を適当に選択すればチタン(Ti)と窒化チタ
ン(TiN)の積層膜4は不要な場合もある。
【0021】なお、図1はタングステンの密着層として
チタン(Ti)と窒化チタン(TiN)との積層膜4を
用いた場合の実施形態であるが、チタンタングステン
(TiN)やチタン(Ti)を用いた場合も同様な効果
が得られる。
【0022】また、本実施形態では、高融点金属として
タングステン(W)を用いたがモリブデン(Mo)、白
金(Pt)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)又は、
これらの合金を用いた場合も同様な効果が得られる。
【0023】次に、本実施形態の製造方法を図2に基づ
いて説明する。まず、図2(a)に示すように、基板1
上に形成されたシリコン酸化膜2上にスパッタ法により
チタン(Ti)と窒化チタン(TiN)との積層膜4を
堆積した後に、CVD法によりタングステン膜3を堆積
する。次に感光性樹脂であるフォトレジスト(図示せ
ず)を塗布し、所定のマスクを用いてフォトレジストの
パターニングを行う。このパターニングされたフォトレ
ジスト(図示せず)をマスクとしてチタン(Ti)と窒
化チタン(TiN)との積層膜4の上層である窒化チタ
ン(TiN)の表面が露出するまでタングステン膜3を
選択的にエッチングする。なお、上述のように積層膜4
を形成しなくてもよい場合がある。
【0024】次に、図2(b)に示すように、スパッタ
法により従来例の説明で開示したものと同一のアルミニ
ウム合金膜5を全面に堆積する。
【0025】次に、図2(c)に示すように、BCl3
/Cl2 (40:60)を主成分とするガスを用いて、
アルミニウム合金膜5及びチタン(Ti)と窒化チタン
(TiN)との積層膜4に異方性エッチングを施す。こ
れにより、隣接するタングステン膜3間のシリコン酸化
膜2を露出させ、タングステン膜3どうしを電気的に分
離された状態にする。
【0026】なお、本実施形態は、タングステンの密着
層とし(Ti)と(TiN)の積層膜4を用いた場合の
実施形態であるが、チタンタングステン(TiW)やチ
タン(Ti)を用いた場合も同様な効果が得られる。
【0027】また、本実施形態ではタングステン膜3上
部のアルミニウム合金膜5をエッチングにより除去した
が、残した場合でも本発明の効果は得られる。
【0028】また、アルミニウム合金膜5及びチタン
(Ti)と窒化チタン(TiN)の積層膜4のエッチン
グガスにBCl3 /Cl2 (40/60)を主成分とす
るガスを用いたが、異方性のエッチングが行えれば、他
のエッチングガスを用いてもよい。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
属配線にタングステン等のような高融点金属を用い、そ
の側壁や上部にアルミニウムを形成することにより、金
属配線にアルミニウム合金のみを用いた場合や、金属配
線にタングステンのみを用いた場合と比較して、側壁部
のアルミニウム合金が低抵抗であり、かつ中心部のタン
グステンがエレクトロマイグレーション耐性に優れてい
るという二つの利点を合わせ持った特性の金属配線を得
ることができる。
【0030】また、本発明により形成した金属配線は金
属配線にアルミニウム合金を用い、その側壁や上部にタ
ングステンを用いた場合と比較して、より微細な孔に嵌
め込むことができる。
【0031】また、本発明により形成した金属配線はそ
の側壁部と上部とに抵抗の低いアルミニウムを形成する
ので、金属配線膜厚をタングステンのみの配線を用いた
場合に比べて薄くすることができ、それに伴ってフォト
レジスト膜厚も薄くすることができるので、より微細な
配線パターンを形成することが可能となる。
【0032】また、本発明により形成した金属配線はそ
の上部が丸みをおびた形状となるので、本配線形成後に
絶縁膜を形成する際に配線間に隙間なく絶縁膜を埋める
ために適切な配線形状を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の半導体装置の概略断面図
である。
【図2】図1の半導体装置の製造工程を説明するための
断面図である。
【図3】従来の半導体装置の概略断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2 シリコン酸化膜 3 タングステン膜 4 TiとTiNの積層膜 5 アルミニウム合金膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高融点金属を主成分とし、絶縁膜上の所
    定領域に形成された金属配線と、 前記金属配線の側壁部及び上部の少なくともいずれかに
    形成されたアルミニウム合金膜とを有することを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記高融点金属は、モリブデン(M
    o)、白金(Pt)、タンタル(Ta)、タングステン
    (W)、及び、チタン(Ti)からなる群より選択され
    た少なくともいずれか一種の金属を含むことを特徴とす
    る請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 基板上に形成された絶縁膜上に第1の金
    属膜を形成する工程と、 前記第1の金属膜上に高融点金属を主成分とした第2の
    金属膜を形成する工程と、 前記第1の金属膜が露出するまで前記第2の金属膜の一
    部をエッチングし、前記第2の金属膜からなる金属配線
    を形成する工程と、 前記第1の金属膜及び前記金属配線の表面にスパッタリ
    ング法によりアルミニウム合金膜を形成する工程と、 前記アルミニウム合金膜を異方性エッチングし、前記金
    属配線の側壁部及び上部の少なくともいずれかに前記ア
    ルミニウム合金膜を残存させるとともに、前記第1の金
    属膜を露出させる工程と、 前記金属配線及び前記アルミニウム合金をマスクとして
    エッチングを行い、前記第1の金属配線の一部を除去す
    る工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記第1の金属膜は、チタン(Ti)と
    窒化チタン(TiN)との積層膜、チタンタングステン
    (TiW)膜、及び、チタン(Ti)膜からなる群より
    選択された少なくともいずれか一種の膜であり、前記第
    2の金属膜は、モリブデン(Mo)膜、白金(Pt)
    膜、タンタル(Ta)膜、タングステン(W)膜、及
    び、チタン(Ti)膜からなる群より選択された少なく
    ともいずれか一種の膜を含むことを特徴とする請求項3
    に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 基板上に形成された絶縁膜上に高融点金
    属を含む金属配線を形成する工程と、 前記絶縁膜及び前記金属配線の表面にスパッタリング法
    によりアルミニウム合金膜を形成する工程と、 前記アルミニウム合金膜を異方性エッチングし、前記金
    属配線の側壁部及び上部の少なくともいずれかに前記ア
    ルミニウム合金膜を残存させるとともに、前記絶縁膜を
    露出させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
JP34451895A 1995-12-05 1995-12-05 半導体装置及びその製造方法 Withdrawn JPH09162187A (ja)

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Effective date: 20030304