JPH11354637A - 配線の接続構造及び配線の接続部の形成方法 - Google Patents

配線の接続構造及び配線の接続部の形成方法

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JPH11354637A
JPH11354637A JP10163304A JP16330498A JPH11354637A JP H11354637 A JPH11354637 A JP H11354637A JP 10163304 A JP10163304 A JP 10163304A JP 16330498 A JP16330498 A JP 16330498A JP H11354637 A JPH11354637 A JP H11354637A
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Yusuke Harada
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エレクトロマイグレーションにより配線を構
成する金属原子が移動しても長い期間導通状態が良好で
あり、接続信頼性に優れた配線の接続構造及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 第２の配線２８の突状の接続部が、第１
の配線１８の接続部の貫通孔内に入り込むと共に、第１
の配線１８の接続部の開口の対向する長辺の一部を含む
領域に接続して、貫通孔内に形成された接続部用のＴｉ
Ｎ膜１６ａと接続部用のＴｉ膜１７ａとを介して第１の
配線の主配線部１９と電気的に接続すると共に、貫通孔
の開口部に露出するＴｉ膜１７ａとＴｉＮ膜１６ａの端
部及びその近傍の主配線部１９にも直接接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、配線の接続構造
及び配線の接続部の形成方法に関し、特に、下層側に配
置された配線が溝埋め込み配線である場合の配線の接続
構造及び配線の接続部の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体
素子の微細パターン化が進んでおり、Ｃｕなどの低抵抗
配線の必要性が高くなってきている。一般に、Ｃｕ配線
はエッチング技術によってパターン形成することが難し
いため、Ｃｕ配線を形成するために、半導体基板上にＳ
ｉＯ2 膜やＢＰＳＧ膜などの絶縁膜を形成し、この絶縁
膜に配線の型となる配線パターンの溝を形成し、このパ
ターン溝内にＣｕなどの低抵抗材料よりなる金属を埋め
込んで配線とした溝埋め込み配線（以後、ダマシン（Da
mascene ）配線と記す。）が利用されている。
【０００３】このようなダマシン配線の接続部は、図２
１に示すように形成される。まず、半導体基板１０上に
１μｍ程度の厚さに形成した第１ＳｉＯ2 膜１２に、公
知のホトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより第
１の配線パターン溝を形成する。その後、第１の配線パ
ターン溝内にＴｉＮより成るバリア層１６を形成したの
ち、Ｃｕをスパッタリングにより全面に堆積した後、コ
ロイダルシリカのアルカリ溶液による研磨、すなわち、
ＣＭＰ(chemical mechanical polishing) 法によって表
面のＣｕ膜を取除き、Ｃｕよりなる主配線部１９を有す
る第１の配線１８を形成する（図２１（ａ））。
【０００４】次に、第１の配線１８が形成された第１Ｓ
ｉＯ2 膜１２上に再びＳｉＯ2 膜を１μｍ程度の厚さに
形成して第２ＳｉＯ2 膜２２を形成した後、第１の配線
１８の上面のほぼ中央部が露出するように絶縁膜に第２
の配線の接続部の型となるスルーホール５５を形成する
（図２１（ｂ））。
【０００５】その後、スルーホール５５を含むように第
２の配線パターン溝２４を形成し、第１の配線１８パタ
ーン溝内にＴｉＮ膜より成るバリア層２６を形成したの
ち（図２１（ｃ））、Ｃｕをスパッタリングにより全面
に堆積した後、ＣＭＰ法によって表面のＣｕ膜を取除
き、Ｃｕよりなる主配線部２９を有する第２の配線２８
を形成する（図２１（ｄ））。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなダマシン配線の接続部は、第２の配線の接続部が第
１の配線の上面に露出する主配線部に直接接続する構成
であるため、第２の配線から第１の配線に電子が流れる
ように通電を行うと、エレクトロマイグレーションによ
って第１の配線の主配線部を構成するＣｕが、電子の流
れの上流側、すなわち、第２の配線と接続する位置側か
ら移動してしまい、その部分がボイドとなってしまう。
【０００７】このボイドは、時間の経過に連れて大きく
なり、最終的には第１の配線と第２の配線との接続部分
全体にまで広がって、第１の配線と第２の配線との導通
を遮断する。そのため、ダマシン多層配線は、長い期間
良好な接続状態を維持できず、接続信頼性に乏しいとい
う問題がある。
【０００８】そこで、本発明は、エレクトロマイグレー
ションにより配線を構成する金属原子が移動しても長い
期間導通状態が良好であり、接続信頼性に優れた配線の
接続構造及びその形成方法を提供することを目的として
いる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明の配線の接続構造は、貫通孔を備え
た主配線部に、該主配線部の貫通孔内を含む上面以外の
面に低抵抗の導電性材料からなる導通層とバリヤ層とを
順に備えた溝埋め込み式の第１の配線に、前記第１の配
線の上層に設けられる第２の配線の接続部が、前記貫通
孔の内面に設けられた導通層と前記貫通孔の内面に設け
られたバリヤ層との少なくとも１つを含む領域に接続す
るように設けられている。
【００１０】請求項１の発明では、第１の配線が上面以
外の面に低抵抗の導電性材料からなる導通層とバリヤ層
とを順に備えており、これら導通層とバリヤ層との少な
くとも一方が第１の配線の上層に設けられる第２の配線
の接続部と接続されるため、エレクトロマイグレーショ
ンにより第２配線と接続する接続部の主配線部内にボイ
ドが形成されて第１の配線の主配線部分と第２配線との
接続が遮断されても、導通層がバイパスとなって第２の
配線の接続部と第１の配線の主配線部との接続を維持す
るため、電気の流れが遮断するのを防ぐことができる。
従って、従来よりも長い期間導通を維持できる配線の接
続構造となる。
【００１１】また、第２の配線の接続部は、第１の配線
の主配線部を貫通する貫通孔位置で第１の配線に接続す
る構成であるため、第１の配線と第２の配線とを接続す
るための接続部分の幅を接続のために広げる必要がな
い。そのため、配線の高密度化が実現できる。
【００１２】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の配線の接続構造において、前記第２の配線の接続部
は、前記貫通孔内に入り込んでいることを特徴としてい
る。このような構成とすることにより、第１の配線と第
２の配線とが確実に接続されるので接続精度の向上した
配線の接続構造となる。好ましくは、第２配線の接続部
を第１の配線の貫通孔の内面と接触するように構成すれ
ば、接続面積が大きくなり導通層によるバイパス形成領
域が広がるため、接触抵抗を小さくなる。そのため、ス
ルーホール抵抗が低くなり、配線の接続構造の微細化の
ためにスルーホールを小さくしても信頼性にの高いもの
となる。従って、エレクトロマイグレーション耐性の向
上した配線の接続構造となる。
【００１３】更に、請求項３の発明は、請求項１又は２
に記載の配線の接続構造において、前記貫通孔は、長手
方向が電子の流れる方向と平行に形成された長尺状の開
口部を備えている。
【００１４】エレクトロマイグレーションによって主配
線部内に形成されるボイドは、電子の流れの上流側から
発生し、時間の経過に連れて電子の流れる方向に沿って
拡大していく。請求項３の発明では、開口部の長手方向
を電子の流れる方向に沿った構成とすることにより、ボ
イドが形成され始めてから貫通孔の周辺すべてを含む大
きさに成長して貫通孔の周辺の主配線部がなくなるまで
の時間が長くなる。そのため、より高く接続信頼性を維
持できると共に、電流の集中によるさらなるエレクトロ
マイグレーションの発生を抑えることができる。
【００１５】また、請求項４の発明は、主配線部の上面
以外の面に低抵抗の導電性材料からなる導通層とバリヤ
層とを順に備えた溝埋め込み式の第１の配線に、該第１
の配線の上層に設けられた第２の配線の接続部が、前記
第１の配線の表面に露出した導通層の端部と、第１の配
線の表面に露出したバリヤ層の端部と、第１の配線の側
面側のバリヤ層の一部との少なくとも１つを含む領域に
接続する。
【００１６】このような構成とすることにより、エレク
トロマイグレーションにより第２配線と接続する接続部
の主配線部内にボイドが形成されて第１の配線の主配線
部分と第２配線との接続が遮断されても、導通層が電流
バイパスとして機能し、第２の配線の接続部と第１の配
線の主配線部との接続を維持するため、電気の流れが遮
断するのを防ぐことができる。また、電流が広く分散し
て流れるようになるので電流の集中によるさらなるエレ
クトロマイグレーションの発生を抑えることができる。
【００１７】請求項５の発明は、請求項１〜４に記載の
配線の接続構造において、前記バリヤ層は、高融点金属
の窒化物から構成され、前記導通層は、高融点金属と高
融点金属のシリサイド化合物の何れか一方から構成され
ている。
【００１８】また、請求項６の発明の配線の接続部の形
成方法は、第１の絶縁層に設ける第１の配線の形成予定
領域内の予め定めた一部領域にマスクをした状態でエッ
チングした後マスクを取除いて、溝内に絶縁層を突状に
残した第１の配線パターン溝を形成し、前記第１の配線
パターン溝の内面に、バリヤ層と、低抵抗の導電性材料
からなる導通層とを順に形成してから、導電性材料から
なる主配線材料を埋め込んで第１の配線を形成し、前記
第１の配線が形成された前記第１の絶縁層上に第２の絶
縁層を形成し、前記突状に残した絶縁層の外側面に設け
られた導通層とバリア層との少なくとも一方が露出する
ように第２の絶縁層にスルーホールを形成し、該スルー
ホール内に導電性材料を埋め込んで第２の配線と接続す
る接続部を形成する。このような方法とすることにより
上記請求項１の配線の接続構造を容易に得ることができ
る。
【００１９】また、請求項７の発明の配線の接続部の形
成方法は、第１の絶縁層に第１の配線パターン溝を形成
し、前記第１の配線パターン溝の内面に、バリヤ層と、
低抵抗の導電性材料からなる導通層とを順に形成してか
ら、導電性材料からなる主配線材料を埋め込んで第１の
配線を形成し、第１の配線が形成された前記第１の絶縁
層上に第２の絶縁層を形成し、前記第１の配線パターン
溝の内面に設けられたバリヤ層と導通層との少なくとも
一方が露出するように第２の絶縁層にスルーホールを形
成し、該スルーホール内に導電性材料を埋め込んで第２
の配線と接続する接続部を形成する。このような方法と
することにより上記請求項４の配線の接続構造を容易に
得ることができる。
【００２０】また、請求項８の発明は、請求項６又は７
に記載の配線の接続部の形成方法において、第１の絶縁
層の形成中に、第１の絶縁層を形成する絶縁性材料とエ
ッチング条件の異なる絶縁性材料を用いてエッチングス
トップ用絶縁層を設け、さらにその上に前記第１の絶縁
層を形成する絶縁性材料または前記第１の絶縁層を形成
する絶縁性材料と同じエッチング条件の絶縁性材料を第
１の配線パターン溝の深さと同じ厚さに形成してから、
第１の配線パターン溝を形成する。
【００２１】このような方法とすることにより、第１の
絶縁層のの上層に配線パターン溝などを形成する際にオ
ーバーエッチングとなってもエッチングストップ用絶縁
層によりそれ以上のエッチングの進行が阻止されるの
で、常に同じ深さの溝を精度よく形成でき、下地層への
突き抜けを防ぐことができる。
【００２２】さらに、請求項９の発明は、請求項６〜８
のいずれかに記載の配線の接続部の形成方法において、
前記バリヤ層は、高融点金属の窒化物から構成され、前
記導通層は、高融点金属と高融点金属のシリサイド化合
物の何れか一方から構成されていることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図２０を参照して説明する。すべての実施形態におい
て、電子の流れｅは、上層側の第２の配線２８から下層
側の第１の配線１８に向かうものとしている。
【００２４】（第１の実施形態）図１〜図７を参照して
第１の実施形態を説明する。図１（ａ）に示す上面図で
は説明をわかり易くするため、第１の配線１８を実線で
示し、第２の配線２８は点線で示し、第１の配線１８が
形成された第１ＳｉＯ2 膜１２は一点鎖線で示し、第２
の配線２８が形成された第２ＳｉＯ2 膜２２は省略して
いる。また、本第１の実施形態では下層の絶縁膜に設け
る第１の配線１８として、比較的幅広の配線を用いてい
る。
【００２５】図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、
第１の配線１８は、第２の配線２８との接続部が中央よ
りも側面寄りに設けられたＣｕから成る主配線部１９
と、主配線部１９の上面以外のすべての面に、導通層と
してＴｉ膜１７と、バリア層としてＴｉＮ膜１６とを備
えた溝埋め込み配線である。
【００２６】第１の配線１８の接続部は、第１配線１８
の上面以外の面に形成されたＴｉ膜１７と繋がる接続部
用のＴｉ膜１７ａと、この接続部用のＴｉ膜１７ａのバ
リア層として接続部用のＴｉＮ膜１６ａと、を内面に備
え、開口の長辺が電子の流れる方向ｅに沿って配置され
た開口形状が長方形の貫通孔である。
【００２７】また、第２の配線２８は、下面側に突状の
接続部が設けられたＣｕから成る主配線部２９と、第１
の配線と同様に主配線部２９の上面以外のすべての面
に、導通層としてＴｉ膜２７と、バリア層としてＴｉＮ
膜２６とを備えている。
【００２８】第２の配線２８の突状の接続部は、第１の
配線の接続部の貫通孔内に入り込むと共に、第１の配線
１８の接続部の開口の対向する長辺の一部を含む領域に
接続して、貫通孔内に形成された接続部用のＴｉＮ膜１
６ａと接続部用のＴｉ膜１７ａとを介して第１の配線の
主配線部１９と電気的に接続すると共に、貫通孔の開口
部に露出するＴｉ膜１７ａとＴｉＮ膜１６ａの端部及び
その近傍の主配線部１９にも直接接続する。
【００２９】このような接続構造を有する配線におい
て、第１の配線１８が高電位、第２の配線２８が低電位
となるように電圧を印加すると、電子は第２の配線２８
から第１の配線１８に流れる。このとき、第１の配線１
８の主配線部１９を構成するＣｕ原子のうち電子の流れ
の上流側、すなわち、第２の配線２８との接続部側のＣ
ｕ原子がエレクトロマイグレーションよって電子の流れ
とともに移動する。
【００３０】そのため、時間の経過とともに第１の配線
１８の接続部近傍の主配線部１９にボイドが形成される
が、第２の配線２８の接続部は、導通用に設けられた接
続部用のＴｉ膜１７ａにも直接接続しているため、この
Ｔｉ膜１７ａによって第１の配線と第２の配線との電気
的接続が維持されることとなる。したがって、エレクト
ロマイグレーションにより主配線部１９内にボイドが形
成されても長い期間導通状態を良好に維持することがで
き、接続信頼性の高い配線の接続構造となる。
【００３１】このような配線の接続構造を製造する方法
を図２〜図７を参照して以下に説明する。まず、半導体
基板１０上に第１の絶縁膜である第１ＳｉＯ2 膜１２を
１μｍの厚さに形成する。
【００３２】その後、第１ＳｉＯ2 膜１２の表面に図示
しないレジストを塗布してホトリソグラフィ技術により
第１の配線パターン以外の部分と第１の配線内に設けら
れる第１の配線の接続部となる領域とにレジストを残
し、これをマスクとしてＣ2 Ｆ 8 ガスとＯ2 ガスとの混
合ガスを用いたプラズマエッチングにより深さ５００ｎ
ｍ程度の溝を形成する。その後、レジストを除去し、予
め定めた接続部位置に突状のＳｉＯ2 膜１２ａが残留し
た第１の配線パターン溝１４を得る（図２参照）。
【００３３】次に、第１の配線パターン溝１４が形成さ
れた第１ＳｉＯ2 膜１２の表面にＣＶＤ法などによって
ＴｉＮ膜１６を３０ｎｍ程度形成した後、Ｔｉ膜１７を
５ｎｍ形成する。その後、ＣＭＰ法により第１のＳｉＯ
2 膜１２の表面が露出するまで表面を研磨して、配線パ
ターン溝１４の内面にＴｉ膜１７とＴｉＮ膜１６とを順
に形成する。このとき、予め定めた接続部位置に設けた
突状のＳｉＯ2 膜１２ａの側面にもＴｉ膜１７ａとＴｉ
Ｎ膜１６ａとが順に形成される。
【００３４】その後、第１ＳｉＯ2 膜１２の表面にスパ
ッタ法によって第１の配線パターン溝１４が埋まるまで
Ｃｕを形成した後、ＣＭＰ法により第１のＳｉＯ2 膜１
２の表面が露出するまで研磨する。これにより、第１配
線パターン溝１４内にＣｕが埋め込まれて第１の配線１
８が形成される。この第１の配線１８は、予め定めた接
続部位置に、側面にＴｉ膜１７ａとＴｉＮ膜１６ａとが
形成された突状のＳｉＯ2 膜１２ａが貫通したものとな
る（図３参照）。
【００３５】第１の配線１８の形成後、第２の絶縁膜で
ある第２ＳｉＯ2 膜２２を１μｍの厚さに形成する。そ
の後、第１の配線の主配線１９内の突状のＳｉＯ2 膜１
２ａと、突状のＳｉＯ2 膜１２ａの周囲に形成されたＴ
ｉ膜１７ａの端部とＴｉＮ膜１６ａの端部とを含む大き
さで、かつ、深さが第１の配線１８の厚さの半分程度ま
での孔５０をＣ2 Ｆ8 ガスとＯ2 ガスとの混合ガスを用
いてプラズマエッチングにより形成する。第１の配線１
８の厚さの半分程度までの深さに形成する。
【００３６】ＳｉＯ2 膜のエッチング条件では、主配線
部を構成するＣｕとＴｉ膜１７とＴｉＮ膜１６はエッチ
ングされないため、エッチング深さが第２ＳｉＯ2 膜２
２の厚さよりも深くなると、第１の配線内の突状の絶縁
膜１２ａのみが削られてＴｉ膜１７ａとＴｉＮ膜１６ａ
の端部と、ＴｉＮ膜１６ａの側面、突状の絶縁膜１２ａ
近傍の主配線部の上面が露出することとなる（図４参
照）。
【００３７】その後、前記孔５０と接続するように、第
２の配線のパターンをリソグラフィ技術により形成した
後、Ｃ2 Ｆ8 ガスとＯ2 ガスとの混合ガスを用いたプラ
ズマエッチングによって第２の配線２８の型となる深さ
５００ｎｍ程度の第２の配線パターン溝２４を第２Ｓｉ
Ｏ2 膜２２に形成する（図５参照）。得られた第２の配
線パターン溝２４内に第１の配線の形成時と同様の工程
で内面にＴｉＮ膜２６とＴｉ膜２７とを順に形成し、Ｔ
ｉＮ膜２６とＴｉ膜２７とを備えた第２の配線パターン
溝２４を得る（図６参照）。
【００３８】さらに、第２ＳｉＯ2 膜２２の表面にスパ
ッタ法やＣＶＤ法などによって第２の配線パターン溝２
４が埋まるまでＣｕを形成した後、ＣＭＰ法により第２
のＳｉＯ2 膜２２の表面が露出するまで表面を研磨す
る。これにより、第１の配線の接続部用のＴｉ膜１７ａ
の端部と、接続部用のＴｉＮ膜１６ａの端部と、接続部
用のＴｉＮ膜１６ａの側面とに接続する突状の接続部を
備えた第２の配線２８が得られる（図７参照）。
【００３９】（第２の実施形態）本第２の実施形態は、
前述した第１の実施形態の応用例であり、図１に示した
配線の接続構造を得るための別の形成方法である。以
下、図８〜図１３を参照して説明する。
【００４０】まず、半導体基板１０上に第１の絶縁膜１
２の下層の絶縁膜としてＳｉＯ2 膜３４を５００ｎｍの
厚さに形成したのち、エッチングストップ用絶縁層とし
てＳｉＯ2 のエッチング条件ではエッチングされない第
１のＳｉＮ膜３２を５０ｎｍの厚さに形成し、さらに第
１の絶縁膜１２の上層の絶縁膜としてＳｉＯ2 膜３０を
５００ｎｍの厚さに形成して、三層構造の第１絶縁膜１
２を得る。
【００４１】その後、最上層のＳｉＯ2 膜３０の表面に
図示しないレジストを塗布してホトリソグラフィ技術に
より第１の配線パターン以外の部分と第１の配線内に設
けられる第１の配線の接続部となる領域とにレジストを
残し、これをマスクとしてＣ 2 Ｆ8 ガスとＯ2 ガスとの
混合ガスを用いてプラズマエッチングする。
【００４２】最上層のＳｉＯ2 膜３０の下層には、Ｓｉ
Ｏ2 のエッチング条件ではエッチングされない第１のＳ
ｉＮ膜３２が設けられているため、オーバーエッチング
を施しても溝の深さは最上層のＳｉＯ2 膜３０の厚さ寸
法である５００ｎｍ以上となることがない。従って、深
さ５００ｎｍの溝が精度よく得られる。その後、レジス
トを除去し、底面にＳｉＮ膜３２が露出し、かつ、予め
定めた接続部位置に突状のＳｉＯ2 膜１２ａが残留した
第１の配線パターン溝１４を得る（図８参照）。
【００４３】次に、第１の配線パターン溝１４が形成さ
れた第１ＳｉＯ2 膜１２の表面にＣＶＤ法などによって
ＴｉＮ膜１６を３０ｎｍ程度形成した後、Ｔｉ膜１７を
５ｎｍ形成する。その後、ＣＭＰ法により上層のＳｉＯ
2 膜３０の表面が露出するまで表面を研磨して、配線パ
ターン溝１４の内面にＴｉ膜１７とＴｉＮ膜１６とを順
に形成する。このとき、予め定めた接続部位置に設けた
突状のＳｉＯ2 膜１２ａの側面にもＴｉ膜１７ａとＴｉ
Ｎ膜１６ａとが順に形成される。
【００４４】その後、上層のＳｉＯ2 膜３０の表面にス
パッタ法によって第１の配線パターン溝１４が埋まるま
でＣｕを形成した後、ＣＭＰ法により最上層のＳｉＯ2
膜３０の表面が露出するまで研磨する。これにより、第
１配線パターン溝１４内にＣｕが埋め込まれて第１の配
線１８が形成される。この第１の配線１８は、予め定め
た接続部位置に、側面にＴｉ膜１７ａとＴｉＮ膜１６ａ
とが形成された突状のＳｉＯ2 膜１２ａが貫通したもの
となる（図９参照）。
【００４５】第１の配線１８の形成後、第２の絶縁膜２
２の下層の絶縁膜としてＳｉＯ2 膜４４を５００ｎｍの
厚さに形成したのち、エッチングストップ用絶縁層とし
てＳｉＯ2 のエッチング条件ではエッチングされない第
２のＳｉＮ膜４２を５０ｎｍの厚さに形成し、さらに第
２の絶縁膜２２の上層の絶縁膜としてＳｉＯ2 膜４０を
５００ｎｍの厚さに形成して、三層構造の第２絶縁膜２
２を得る。
【００４６】その後、第１の配線の突状のＳｉＯ2 膜１
２ａと、突状のＳｉＯ2 膜１２ａの周囲に形成されたＴ
ｉ膜の端部１７ａと、ＴｉＮ膜の端部１６ａと、第１の
配線の主配線１９の一部とを含む大きさの孔５０をＣ2
Ｆ8 ガスとＯ2 ガスとの混合ガスを用いてプラズマエッ
チングにより第２の絶縁膜２２に形成する。
【００４７】第２のＳｉＮ膜４２が露出するとそれ以上
のエッチングは進まなくなるため、エッチングガスをＳ
Ｆ6 ガスとＯ2 ガスとの混合ガスに換えてプラズマエッ
チングすることにより第２のＳｉＮ膜４２をエッチング
する。完全に第２のＳｉＮ膜４２がエッチングされると
第２の絶縁膜２２の下層の絶縁膜であるＳｉＯ2 膜４４
が露出するため再びエッチングが進まなくなるので、エ
ッチングガスをＣ2 Ｆ 8 ガスとＯ2 ガスとの混合ガスに
換えて第２のＳｉＮ膜４２の下層のＳｉＯ2 膜４４をプ
ラズマエッチングする。
【００４８】さらに、エッチングが進むと、第１の配線
の主配線１９内の突状のＳｉＯ2 膜１２ａと、突状のＳ
ｉＯ2 膜１２ａの周囲に形成されたＴｉ膜の端部１７ａ
と、ＴｉＮ膜の端部１６ａと、第１の配線の主配線１９
の一部とが露出する。Ｔｉ膜の端部１７ａと、ＴｉＮ膜
の端部１６ａと、第１の配線の主配線１９の一部はエッ
チングされずに残るため、第１の配線の突状のＳｉＯ2
膜１２ａのみがエッチングされ、第１の配線の突状のＳ
ｉＯ2 膜１２ａが占めていた部分が空間となる。
【００４９】この場合も、オーバーエッチングしても第
１のＳｉＮ膜３２によってそれ以上のエッチングが阻止
されるので、第１の配線の突状のＳｉＯ2 膜１２ａが完
全に削れるとエッチングの進行がストップする。したが
って、得られる孔５０は、Ｔｉ膜の端部１７ａと、Ｔｉ
Ｎ膜の端部１６ａと側面と、第１の配線の主配線１９の
一部とが内部に露出したものとなる（図１０参照）。
【００５０】その後、前記孔５０と接続するように第２
の配線のパターンをリソグラフィ技術により、第２の絶
縁膜２２の上層の絶縁膜であるＳｉＯ2 膜４０に形成し
た後、Ｃ2 Ｆ8 ガスとＯ2 ガスとの混合ガスを用いてプ
ラズマエッチングする。第２の絶縁膜にも第２のＳｉＮ
膜４２が設けられているため、オーバーエッチングして
も第２のＳｉＮ膜４２によってそれ以上のエッチングが
阻止されるので、第２のＳｉＮ膜４２が底面に露出する
と、エッチングの進行がストップする。したがって、深
さ５００ｎｍの第２の配線パターン溝２４が精度よく得
られる（図１１参照）。
【００５１】得られた第２の配線パターン溝２４内に第
１の配線の形成時と同様の工程で内面にＴｉ膜２７とＴ
ｉＮ２６膜とを順に形成し、Ｔｉ膜２７とＴｉＮ２６膜
とを備えた第２の配線パターン溝２４を得る（図１２参
照）。
【００５２】さらに、最上層のＳｉＯ2 膜４０の表面に
スパッタ法やＣＶＤ法などによって第２の配線パターン
溝２４が埋まるまでＣｕを形成した後、ＣＭＰ法により
最上層のＳｉＯ2 膜４０の表面が露出するまで表面を研
磨する。これにより、第１の配線の接続部用のＴｉ膜１
７ａの端部と、接続部用のＴｉＮ膜１６ａの端部と、接
続部用のＴｉＮ膜１６ａの側面とに接続する突状の接続
部を備えた第２の配線２８が得られる（図１３参照）。
【００５３】以上述べた第２の実施形態の配線の接続構
造の形成方法では、オーバーエッチングしても他の部位
がエッチングされずに、予め定めたエッチング深さでエ
ッチングが止まるため、層間絶縁膜の膜厚のバラツキや
エッチングレートのバラツキによる下地層へのエッチン
グの突き抜けに起因する製品不良の発生を抑えることが
できる。従って、第２の接続部を形成させる際のエッチ
ング条件の制御が容易となり、且つ、配線間の接続信頼
性の向上した半導体装素子が得られるという利点があ
る。
【００５４】なお、本第２の実施形態では、エッチング
ストップ用絶縁層としてＳｉＮを使用しているが、Ｓｉ
Ｎに限らず、上層に設けられる絶縁膜のエッチング条件
と異なるエッチング条件の絶縁性物質であれば用いるこ
とができる。また、第２の実施形態では、第１の絶縁膜
及び第２の絶縁膜の上層部分と下層部分とを同じ絶縁性
材料から成るものとしたが、下層側の絶縁膜はエッチン
グストップ用絶縁膜のエッチング条件と異なるエッチン
グ条件の絶縁性材料であれば、上層と異なる種類の絶縁
性材料により構成してもよい。もちろん、第１の絶縁膜
だけ又は第２の絶縁膜だけにエッチングストップ用絶縁
膜を設けるようにすることもできる。
【００５５】（第３の実施形態）図１４は、図１に示し
た配線の接続構造の別の構成例であり、図１に示した第
２の配線２９が、第１の配線１８との間にさらに第２の
Ｔｉ膜２５を備え、第２の配線側の第２のＴｉ膜２５を
第１の配線の上面に露出する主配線部分の導通層として
用いる構成である。これにより、導通層を介して接続す
る面積が広くなるので電流の集中によるエレクトロマイ
グレーションの発生を極力抑えることができ、より一層
接続信頼性の向上した配線となる。
【００５６】この構成の配線の接続構造は、上述した第
１の実施形態と第２の実施形態の第２配線パターン溝を
形成した後に、第１の配線の上面に露出する主配線部分
の導通層として用いるためのＴｉ膜２５を形成してか
ら、ＴｉＮ膜２６ａとＴｉ膜２７ａとを形成することに
より形成される。
【００５７】本第３の実施形態では、ＴｉＮ膜２６ａと
Ｔｉ膜２７ａとを形成する前に、Ｔｉ膜２５を形成して
いるため、ＴｉＮ膜２６を形成する際に用いる窒素ガス
やアンモニアガスなどによって第２配線パターン２４と
連通する孔５０内に露出する第１配線１８の主配線１９
部の表面が窒化されて絶縁膜が形成されるなどの第１の
配線１８と第２の配線２８との導通を損ねる恐れがない
という利点がある。なお、その他は上述した第２の実施
形態と同様であるので詳細説明は省略する。また、図１
４には、第２の実施形態と同様の方法で形成した配線の
接続構造を示しているが、第１の実施形態の方法でも同
様の効果が得られる。
【００５８】上記第１から第３の実施形態において、第
１の配線１８の接続部の開口形状を長辺が電子の流れる
方向ｅに沿って配置された長方形としているが、特にこ
の形状に限らず、例えば、長軸が電子の流れる方向ｅに
沿って配置された楕円形として同様の効果が得られる。
なお、ボイドの形成開始から開口部周辺の主配線部を構
成する金属がなくなるまでの時間をさほど長くしなくて
もよいのであれば、円形やその他の多角形などすること
もできる。
【００５９】また、上記第１から第３の実施形態では、
特に幅の広い配線に他の配線が接続する場合に有効であ
り、上記第１から第３の実施形態では、接続部の位置を
配線幅に対して側面側に偏って設けているが、この場所
に限らず、主配線部内であれば、すべての位置に設ける
ことができる。
【００６０】（第４の実施形態）図１５を参照して第４
の実施形態を説明する。図１５（ａ）に示す上面図では
説明をわかり易くするため、第１の配線３８を実線で示
し、第２の配線４８は点線で示し、第１の配線３８が形
成された第１ＳｉＯ2 膜１２は一点鎖線で示し、第２の
配線２８が形成された第２ＳｉＯ2 膜２２は省略してい
る。また、本第４の実施形態では第１の配線３８とし
て、比較的幅の狭い配線を用いている。
【００６１】図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すよう
に、第１の配線３８はＣｕから成る主配線部１９と、主
配線部１９の上面以外のすべての面に、導通層としてＴ
ｉ膜１７と、バリア層としてＴｉＮ膜１６とを備えた溝
埋め込み配線である。
【００６２】また、第２の配線４８は、下面側に突状の
接続部が設けられたＣｕから成る主配線部２９と、第１
の配線３８と同様に主配線部２９の上面以外のすべての
面に、導通層としてＴｉ膜２７と、バリア層としてＴｉ
Ｎ膜２６とを備えている。
【００６３】第２の配線２８の突状の接続部は、第１の
配線の幅よりも広く形成され、第１の配線３８の上面に
露出する導通層１７の端部とバリア層１６の端部及び側
面とに第１の配線３８の端部の３側面から接続するとと
もに、第１の配線３８の端部の主配線部１９の上面全面
に直接接続する。このような構成とすることにより、接
続面積が大きくなるので接触抵抗が低く、且つ、電流の
流れやすい接続構造となる。したがって、エレクトロマ
イグレーションの起こりにくい接続構造が得られる。
【００６４】このような接続構造を有する配線におい
て、第１の配線３８が高電位、第２の配線４８が低電位
となるように電圧を印加すると、電子は第２の配線４８
から第１の配線３８に流れる。このとき、第１の配線３
８の主配線部１９を構成するＣｕ原子のうち電子の流れ
の上流側、すなわち、第２の配線４８との接続部側のＣ
ｕ原子がエレクトロマイグレーションよって電子の流れ
とともに移動する。
【００６５】そのため、時間の経過とともに第１の配線
３８の端部の主配線部１９内にボイドが形成されるが、
第２の配線４８の接続部は、導通層として設けられたＴ
ｉ膜１７にも直接接続しているため、このＴｉ膜１７に
よって第１の配線３８と第２の配線４８との電気的接続
が維持されることとなる。したがって、エレクトロマイ
グレーションにより主配線部１９内にボイドが形成され
ても長い期間導通状態を良好に維持することができ、接
続信頼性の高い配線の接続構造となる。
【００６６】このような配線の接続構造を製造する方法
を図１６〜図１９を参照して以下に説明する。まず、半
導体基板１０上に第１の絶縁膜である第１ＳｉＯ2 膜１
２を１μｍの厚さに形成する。
【００６７】その後、第１ＳｉＯ2 膜１２の表面に図示
しないレジストを塗布してホトリソグラフィ技術により
第１の配線パターン以外の部分にレジストを残し、これ
をマスクとしてＣ2 Ｆ8 ガスとＯ2 ガスとの混合ガスを
用いたプラズマエッチングにより深さ５００ｎｍ程度の
溝を形成する。その後、レジストを除去し、第１の配線
パターン溝を得る。
【００６８】次に、第１の配線パターン溝が形成された
第１ＳｉＯ2 膜１２の表面にＣＶＤ法などによってＴｉ
Ｎ膜１６を３０ｎｍ程度形成した後、Ｔｉ膜１７を５ｎ
ｍ形成する。その後、ＣＭＰ法により第１のＳｉＯ2 膜
１２の表面が露出するまで表面を研磨して、配線パター
ン溝の内面にＴｉ膜１７とＴｉＮ膜１６とを順に形成す
る。
【００６９】その後、第１ＳｉＯ2 膜１２の表面にスパ
ッタ法によって第１の配線パターン溝が埋まるまでＣｕ
を形成した後、ＣＭＰ法により第１のＳｉＯ2 膜１２の
表面が露出するまで研磨する。これにより、第１配線パ
ターン溝内にＣｕが埋め込まれて第１の配線３８が形成
される（図１６参照）。
【００７０】第１の配線３８の形成後、第２の絶縁膜で
ある第２ＳｉＯ2 膜２２を１μｍの厚さに形成する。そ
の後、第１の配線３８の幅よりも大きい寸法の孔５１を
Ｃ2Ｆ8 ガスとＯ2 ガスとの混合ガスを用いてプラズマ
エッチングにより第１の配線３８の端部を覆うように形
成する（図１７参照）。
【００７１】その後、前記孔５１と接続するように、第
２の配線のパターンをリソグラフィ技術により形成した
後、Ｃ2 Ｆ8 ガスとＯ2 ガスとの混合ガスを用いたプラ
ズマエッチングによって第２の配線４８の型となる深さ
５００ｎｍ程度の第２の配線パターン溝２３を第２Ｓｉ
Ｏ2 膜２２に形成する。得られた第２の配線パターン溝
２３内に第１の配線の形成時と同様の工程で内面にＴｉ
Ｎ膜２６とＴｉ膜２７とを順に形成し、ＴｉＮ膜２６と
Ｔｉ膜２７とを備えた第２の配線パターン溝２３を得る
（図１８参照）。
【００７２】さらに、第２ＳｉＯ2 膜２２の表面にスパ
ッタ法やＣＶＤ法などによって第２の配線パターン溝２
４が埋まるまでＣｕを形成した後、ＣＭＰ法により第２
のＳｉＯ2 膜２２の表面が露出するまで表面を研磨す
る。これにより、第２の配線の接続部が、第１の配線３
８のＴｉ膜１７の端部とＴｉＮ膜１６の端部とを含む端
部上面と、第１の配線３８の端部の３側面とに接続した
構成の配線の接続構造が得られる（図１９参照）。
【００７３】（第５の実施形態）図２０は、図１５に示
した配線の接続構造の別の構成例であり、図１５に示し
た第２の配線４８の接続部が、第１の配線３８の一側面
に接続する構成である。この場合は、上述の第４の実施
形態に比べて接続部の幅を狭くできるという利点があ
る。なお、この配線の接続構造の形成方法は上記第４の
実施形態において、第２ＳｉＯ2 膜２２に形成する孔の
位置を第１の配線３８の一側面にかかるように変えて形
成するだけであるので詳細な説明は省略する。
【００７４】なお、第４と第５の実施形態において、第
２ＳｉＯ2 膜２２に形成する孔の形状を長手方向が電子
の流れる方向に沿った長方形状や楕円形状等の細長い形
状とすることにより、ボイドが形成され始めてから接続
部全体に広がるまでの時間を長く取ることができ、その
分接続信頼性の向上したものとなるので好ましい。
【００７５】また、第４と第５の実施形態の配線の接続
構造を上述した第２の実施形態のようにエッチングスト
ップ用の絶縁層を使用する方法により形成することもで
きる。
【００７６】以上述べたすべての実施形態において、導
通層としてＴｉを用いる場合を挙げたが、本発明ではこ
の物質に限らず、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｃｏ等の他の
高融点金属や、ＷＳｉ2 、ＰｔＳｉ、Ｐｄ2 Ｓｉ、Ｍｏ
Ｓｉ2 、ＣｏＳｉ2 等のこれらの高融点金属のシリサイ
ド等を使用することができる。また、バリヤ層としてＴ
ｉの窒化物を用いているが、上述したような他の高融点
金属の窒化物を使用することもできる。
【００７７】また、主配線部を構成するＣｕをスパッタ
法を用いて形成しているが、スパッタ法に限らず、ＣＶ
Ｄ法やメッキ法などの他の方法によって形成してもよ
い。
【００７８】なお、以上述べたすべての実施形態では説
明のため、二層に形成した配線同士の接続構造としてい
るが、本発明は多層に形成した配線同士の接続に適用で
きるものである。もちろん、最上層の配線をダマシン配
線としない場合も同様な配線の接続構造を採用すること
ができる。
【００７９】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜９の発
明によれば、エレクトロマイグレーションにより配線を
構成する金属原子が移動しても長い期間導通状態が良好
であり、接続信頼性に優れた配線の接続構造及びその形
成方法を提供できる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態における配線
の接続構造の一部透視上面図であり、（ｂ）は図１
（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１に示した配線の接続構造の形成工程におい
て、第１配線パターン溝形成後の状態を示すＡ−Ａ線断
面図である。
【図３】図１に示した配線の接続構造の形成工程におい
て、第１配線形成後の状態を示すＡ−Ａ線断面図であ
る。
【図４】図１に示した配線の接続構造の形成工程におい
て、第１配線と第２配線との接続部の型となる孔を形成
した後の状態を示すＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図１に示した配線の接続構造の形成工程におい
て、第２配線パターン溝形成後の状態を示すＡ−Ａ線断
面図である。
【図６】図１に示した配線の接続構造の形成工程におい
て、第２配線パターン溝内にバリア層と導通層とを形成
した後の状態を示すＡ−Ａ線断面図である。
【図７】図１に示した配線の接続構造の形成工程におい
て、第２配線形成後の状態を示すＡ−Ａ線断面図であ
る。
【図８】本発明の第２の実施形態を示しており、図１に
示した配線の接続構造を形成する第２の方法の形成工程
において、第１配線パターン溝形成後の状態を示すＡ−
Ａ線断面図である。
【図９】図１に示した配線の接続構造を形成する第２の
方法の形成工程において、第１配線形成後の状態を示す
Ａ−Ａ線断面図である。
【図１０】図１に示した配線の接続構造を形成する第２
の方法の形成工程において、第１配線と第２配線との接
続部の型となる孔を形成した後の状態を示すＡ−Ａ線断
面図である。
【図１１】図１に示した配線の接続構造を形成する第２
の方法の形成工程において、第２配線パターン溝形成後
の状態を示すＡ−Ａ線断面図である。
【図１２】図１に示した配線の接続構造を形成する第２
の方法の形成工程において、第２配線パターン溝内にバ
リア層と導通層とを形成した後の状態を示すＡ−Ａ線断
面図である。
【図１３】図１に示した配線の接続構造を形成する第２
の方法の形成工程において、第２配線形成後の状態を示
すＡ−Ａ線断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態を示しており、第１
配線と第２配線との接続部を含む面における断面図であ
る。
【図１５】（ａ）は本発明の第４の実施形態における配
線の接続構造の一部透視上面図であり、（ｂ）は図１５
（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図１６】図１５に示した配線の接続構造の形成工程に
おいて、第１配線形成後の状態を示すＢ−Ｂ線断面図で
ある。
【図１７】図１５に示した配線の接続構造の形成工程に
おいて、第１配線と第２配線との接続部の型となる孔を
形成した後の状態を示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図１８】図１５に示した配線の接続構造の形成工程に
おいて、第２配線パターン溝内にバリア層と導通層とを
形成した後の状態を示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図１９】図１５に示した配線の接続構造の形成工程に
おいて、第２配線形成後の状態を示すＢ−Ｂ線断面図で
ある。
【図２０】（ａ）は本発明の第５の実施形態における配
線の接続構造の一部透視上面図であり、（ｂ）は図２０
（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図２１】従来のダマシン配線の形成方法の概略を示す
工程図である。
【符号の説明】
１０ 半導体基板 １２ 第１ＳｉＯ2 膜 １２ａ 突状のＳｉＯ2 膜 １４ 第１の配線パターン溝 １６、２６ ＴｉＮ膜 １６ａ 接続部用のＴｉＮ膜 １７、２７ Ｔｉ膜 １７ａ 接続部用のＴｉ膜 １８ 第１の配線 １９、２９ 主配線部 ２２ 第２ＳｉＯ2 膜 ２４ 第２の配線パターン溝 ２８ 第２の配線 ５０ 孔

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 貫通孔を備えた主配線部に、該主配線部
    の貫通孔内を含む上面以外の面に低抵抗の導電性材料か
    らなる導通層とバリヤ層とを順に備えた溝埋め込み式の
    第１の配線に、 前記第１の配線の上層に設けられる第２の配線の接続部
    が、前記貫通孔の内面に設けられた導通層と前記貫通孔
    の内面に設けられたバリヤ層との少なくとも１つを含む
    領域に接続するように設けられた配線の接続構造。
  2. 【請求項２】 前記第２の配線の接続部は、前記貫通孔
    内に入り込んでいる請求項１に記載の配線の接続構造。
  3. 【請求項３】 前記貫通孔は、長手方向が電子の流れる
    方向に沿って形成された長尺状の開口部を備えているこ
    とを特徴とする請求項１又は２に記載の配線の接続構
    造。
  4. 【請求項４】 主配線部の上面以外の面に低抵抗の導電
    性材料からなる導通層とバリヤ層とを順に備えた溝埋め
    込み式の第１の配線に、 該第１の配線の上層に設けられた第２の配線の接続部
    が、前記第１の配線の表面に露出した導通層の端部と、
    第１の配線の表面に露出したバリヤ層の端部と、第１の
    配線の側面側のバリヤ層の一部との少なくとも１つを含
    む領域に接続するように設けられた配線の接続構造。
  5. 【請求項５】 前記バリヤ層は、高融点金属の窒化物か
    ら構成され、 前記導通層は、高融点金属と高融点金属のシリサイド化
    合物の何れか一方から構成されていることを特徴とする
    請求項１〜４に記載の配線の接続構造。
  6. 【請求項６】 第１の絶縁層に設ける第１の配線の形成
    予定領域内の予め定めた一部領域にマスクをした状態で
    エッチングした後マスクを取除いて、溝内に絶縁層を突
    状に残した第１の配線パターン溝を形成し、 前記第１の配線パターン溝の内面に、バリヤ層と、低抵
    抗の導電性材料からなる導通層とを順に形成してから、
    導電性材料からなる主配線材料を埋め込んで第１の配線
    を形成し、 前記第１の配線が形成された前記第１の絶縁層上に第２
    の絶縁層を形成し、 前記突状に残した絶縁層の外側面に設けられた導通層と
    バリア層との少なくとも一方が露出するように第２の絶
    縁層にスルーホールを形成し、 該スルーホール内に導電性材料を埋め込んで第２の配線
    と接続する接続部を形成する配線の接続部の形成方法。
  7. 【請求項７】 第１の絶縁層に第１の配線パターン溝を
    形成し、 前記第１の配線パターン溝の内面に、バリヤ層と、低抵
    抗の導電性材料からなる導通層とを順に形成してから、
    導電性材料からなる主配線材料を埋め込んで第１の配線
    を形成し、 第１の配線が形成された前記第１の絶縁層上に第２の絶
    縁層を形成し、 前記第１の配線パターン溝の内面に設けられたバリヤ層
    と導通層との少なくとも一方が露出するように第２の絶
    縁層にスルーホールを形成し、 該スルーホール内に導電性材料を埋め込んで第２の配線
    と接続する接続部を形成する配線の接続部の形成方法。
  8. 【請求項８】 第１の絶縁層の形成中に、第１の絶縁層
    を形成する絶縁性材料とエッチング条件の異なる絶縁性
    材料を用いてエッチングストップ用絶縁層を設け、さら
    にその上に前記第１の絶縁層を形成する絶縁性材料また
    は前記第１の絶縁層を形成する絶縁性材料と同じエッチ
    ング条件の絶縁性材料を第１の配線パターン溝の深さと
    同じ厚さに形成してから、第１の配線パターン溝を形成
    する請求項６又は７に記載の配線の接続部の形成方法。
  9. 【請求項９】 前記バリヤ層は、高融点金属の窒化物か
    ら構成され、 前記導通層は、高融点金属と高融点金属のシリサイド化
    合物の何れか一方から構成されていることを特徴とする
    請求項６〜８のいずれかに記載の配線の接続部の形成方
    法。
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