JPS60119755A - 多層配線半導体集積回路装置 - Google Patents
多層配線半導体集積回路装置Info
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- JPS60119755A JPS60119755A JP22715883A JP22715883A JPS60119755A JP S60119755 A JPS60119755 A JP S60119755A JP 22715883 A JP22715883 A JP 22715883A JP 22715883 A JP22715883 A JP 22715883A JP S60119755 A JPS60119755 A JP S60119755A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は多層配線を備えた半導体集積回路装置に関する
。
。
牛導体集−回路装置は、超ＬＳＩに、象徴されるように
、微細化高集積化傾向を急速に早めつつあり、配線構造
の多層化が注目されている。半導体集積回路装置の多層
配線は、アルミニュームなどから成る金属配線を、シリ
コン窒化膜（Ｓ’ａＮ４）等の絶縁膜を介し、半導体基
板上に２Ｎ以上にわたって構成したものであるが、シリ
コン窒化膜（Ｓ’１ｌＮ４）の構造欠陥から、アルミニ
ューム配線の断線、配線層間の短絡など、信頼性上致命
的事故がしばしば起こる。通常このシリコン窒化膜は、
ＣＶＤ （ケミカル・ベーパア・デポジション）法によ
って形成されるもので、蒸着またはスパッタ法で形成さ
れたアルミニューム配線上に低温生成されることが多い
。シリコン窒化膜の構造欠陥は、この製造工程における
アニール段階で生ずる。すなわち、この多層配線構造で
は、シリコン窒化膜に開けられたスルー・ホールを通し
て電気的に接続されるアルミニューム配線層間のコンタ
クトを確実にするため、４００〜５００℃の温度で１０
〜３０分間の熱処理が最後に行われる。この際、半導体
基板に近い第１層目のアルミニューム配線とシリコン窒
化膜は、その境界面で激しく熱反応をおこし、シリコン
窒化膜内に多数のクジツクが発生すると同時に、アルミ
ニューム配線内にも消失またはヒロックなどの局所的な
構造欠陥ができる。この発生機構は詳かシではないが、
アルミニューム配線に含まれているに０． Ｎ、 、
Ｈ２，Ｃｏなどの残留ガスが、この熱処理段階で再放出
されるためと考えられている。従って、この構造欠陥は
、シリコン窒化膜の形成に先立って、アルミニューム配
線内の残留ガスを真空ベーキング処理で除去してかくか
、または通気性に富むシリコン窒化膜を生成させること
で、相当程度にその発生を抑止することができる。例え
ば屈折率１．９８〜２．０２のシリコン窒化膜は適度の
強度と通気性とを兼備しておシ、この通気性を利用すれ
ば、熱処理に伴って放出されるアルミニューム配線から
の放出ガスは効率良く外部に排出されるもので有効であ
る。
、微細化高集積化傾向を急速に早めつつあり、配線構造
の多層化が注目されている。半導体集積回路装置の多層
配線は、アルミニュームなどから成る金属配線を、シリ
コン窒化膜（Ｓ’ａＮ４）等の絶縁膜を介し、半導体基
板上に２Ｎ以上にわたって構成したものであるが、シリ
コン窒化膜（Ｓ’１ｌＮ４）の構造欠陥から、アルミニ
ューム配線の断線、配線層間の短絡など、信頼性上致命
的事故がしばしば起こる。通常このシリコン窒化膜は、
ＣＶＤ （ケミカル・ベーパア・デポジション）法によ
って形成されるもので、蒸着またはスパッタ法で形成さ
れたアルミニューム配線上に低温生成されることが多い
。シリコン窒化膜の構造欠陥は、この製造工程における
アニール段階で生ずる。すなわち、この多層配線構造で
は、シリコン窒化膜に開けられたスルー・ホールを通し
て電気的に接続されるアルミニューム配線層間のコンタ
クトを確実にするため、４００〜５００℃の温度で１０
〜３０分間の熱処理が最後に行われる。この際、半導体
基板に近い第１層目のアルミニューム配線とシリコン窒
化膜は、その境界面で激しく熱反応をおこし、シリコン
窒化膜内に多数のクジツクが発生すると同時に、アルミ
ニューム配線内にも消失またはヒロックなどの局所的な
構造欠陥ができる。この発生機構は詳かシではないが、
アルミニューム配線に含まれているに０． Ｎ、 、
Ｈ２，Ｃｏなどの残留ガスが、この熱処理段階で再放出
されるためと考えられている。従って、この構造欠陥は
、シリコン窒化膜の形成に先立って、アルミニューム配
線内の残留ガスを真空ベーキング処理で除去してかくか
、または通気性に富むシリコン窒化膜を生成させること
で、相当程度にその発生を抑止することができる。例え
ば屈折率１．９８〜２．０２のシリコン窒化膜は適度の
強度と通気性とを兼備しておシ、この通気性を利用すれ
ば、熱処理に伴って放出されるアルミニューム配線から
の放出ガスは効率良く外部に排出されるもので有効であ
る。
しかし何れの手段によっても、この構造欠陥の発生を完
壁には予防することはできない。従って多層配線半導体
集積回路装置では、この残された構造欠陥に基因するア
ルミニューム配線層間の短絡事故等の問題点は、依然と
して未解決の状態にある。
壁には予防することはできない。従って多層配線半導体
集積回路装置では、この残された構造欠陥に基因するア
ルミニューム配線層間の短絡事故等の問題点は、依然と
して未解決の状態にある。
本発明の目的は、上記多層配線層の層間絶縁膜の構造欠
陥に基因する短絡事故を防止した多層配線半導体集積回
路装置を提供することである。
陥に基因する短絡事故を防止した多層配線半導体集積回
路装置を提供することである。
本発明の多層配線半導体集積回路装置は、半導体領域を
有する基板と、前記基板上に層間絶縁膜を介し多層に形
成された金属配線群とを含み、前記層間絶縁膜と金属配
線との界面が、遷移金属の窒化物からなる金属層で形成
されていることを含んで構成される。
有する基板と、前記基板上に層間絶縁膜を介し多層に形
成された金属配線群とを含み、前記層間絶縁膜と金属配
線との界面が、遷移金属の窒化物からなる金属層で形成
されていることを含んで構成される。
本発明によれば、金属源線層と層間絶縁膜との間に介在
して形成されたチタン窒化膜（ＴｉＮ）は、高温下にお
いても化学的にきわめて安定しているので、半導体製造
工程中における如何なる熱処理に対しても常に安定状態
にあシ、金属配線層および層間絶縁膜の何れとも、その
界面において熱反応を生せず、また層間絶縁膜にクラッ
ク等の構造欠陥が発生した場合には、配線金属機のクラ
ック内への侵入に対して障壁機として働き、金属配線層
間の短絡事故を防止することができる。また加工性にす
ぐれ、ウッド・エツチング・プラズマ・エツチングの倒
れも容易であるので、量産に何んらの障害を与えること
もなく、更に電気的良導体でもあるので、金属配線層の
電気抵抗を特に高めることもない。また真空ベーキング
処理した金属配線層および通気性層間絶縁膜をそれぞれ
併用すれば、配線層間の短絡その他の障害に対し、よシ
一層の防止効果を高めることができる。以下図面を参照
して本発明の詳細な説明する。
して形成されたチタン窒化膜（ＴｉＮ）は、高温下にお
いても化学的にきわめて安定しているので、半導体製造
工程中における如何なる熱処理に対しても常に安定状態
にあシ、金属配線層および層間絶縁膜の何れとも、その
界面において熱反応を生せず、また層間絶縁膜にクラッ
ク等の構造欠陥が発生した場合には、配線金属機のクラ
ック内への侵入に対して障壁機として働き、金属配線層
間の短絡事故を防止することができる。また加工性にす
ぐれ、ウッド・エツチング・プラズマ・エツチングの倒
れも容易であるので、量産に何んらの障害を与えること
もなく、更に電気的良導体でもあるので、金属配線層の
電気抵抗を特に高めることもない。また真空ベーキング
処理した金属配線層および通気性層間絶縁膜をそれぞれ
併用すれば、配線層間の短絡その他の障害に対し、よシ
一層の防止効果を高めることができる。以下図面を参照
して本発明の詳細な説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示す断面構造図である。
本実施例では、シリコン半導体基板１上に形成された酸
化シリコン絶縁膜（Ｓｉｎ２） ２上には、まず１層目
のアルミニューム配線層３が蒸着またはスパッタ法で形
成される。チタン窒化膜（ＴｉＮ）４および５は、ＣＶ
Ｄ法で形成されたシリコン窒化膜（Ｓｉ、Ｎ、）６を挟
んで、サンドイヅーチ状に形成され、更に第２層のアル
ミニューム配線層７が形成される。ここで第１層目およ
び第２層目のアルミニューム配線層の相互間はスルー・
ホール８で接続される。このチタン窒化膜（ＴｉＮ）は
、低圧のＮ２とＡｒの混合ガス、例、ｔば混合比１：５
の混合ガス内でＴｉをスパッタリングすることによって
容易に形成できる。本実施例ではそれぞれ約５０ＯＡの
膜厚に形成される。チタン窒化膜（ＴｉＮ）は、化学的
にきわめて安定し、且つ緻密な膜質を備え、密着性の良
好な機構であるので、熱処理段階で生じたシリコン窒化
絶縁膜６のクラック９およびヒロック１０ならびにアル
ミ配線層３の消失部１１は、それぞれの界面において充
分に被覆される。従って、チタン窒化膜４および５は、
熱処理段階でシリコン窒化膜６にクラック９などの構造
欠陥が発生した場合でも、アルミニューム配線層３およ
び７のアルミニューム金属がクラック９内に侵入する際
の障壁機として作用するので、金属配線層間に短絡事故
を述することはない。既に述べた通シ、チタン窒化膜（
ＴｉＮ）は、化学的にきわめて安定し７ているので、金
属配線層および層間絶縁層の何れの界面においても、そ
れ自身による熱反応をおこすことはなく、また緻密な膜
質を備えているので、アルミニューム配線３が放出する
残留ガスのシリコン窒化膜６との熱反応に対する障壁機
としての効果も充分期待でき、チタン窒化膜４を形成す
るに先立ち、真空中で充分ベーキングし、第１Ｎ目のア
ルミニューム配線３が含んでいるＨ２Ｏなどの残留ガス
を除去する手段を伴用すれば、シリコン窒化絶縁膜６の
構造欠陥の発生そのものを、よシ一層予防することもで
きる。
化シリコン絶縁膜（Ｓｉｎ２） ２上には、まず１層目
のアルミニューム配線層３が蒸着またはスパッタ法で形
成される。チタン窒化膜（ＴｉＮ）４および５は、ＣＶ
Ｄ法で形成されたシリコン窒化膜（Ｓｉ、Ｎ、）６を挟
んで、サンドイヅーチ状に形成され、更に第２層のアル
ミニューム配線層７が形成される。ここで第１層目およ
び第２層目のアルミニューム配線層の相互間はスルー・
ホール８で接続される。このチタン窒化膜（ＴｉＮ）は
、低圧のＮ２とＡｒの混合ガス、例、ｔば混合比１：５
の混合ガス内でＴｉをスパッタリングすることによって
容易に形成できる。本実施例ではそれぞれ約５０ＯＡの
膜厚に形成される。チタン窒化膜（ＴｉＮ）は、化学的
にきわめて安定し、且つ緻密な膜質を備え、密着性の良
好な機構であるので、熱処理段階で生じたシリコン窒化
絶縁膜６のクラック９およびヒロック１０ならびにアル
ミ配線層３の消失部１１は、それぞれの界面において充
分に被覆される。従って、チタン窒化膜４および５は、
熱処理段階でシリコン窒化膜６にクラック９などの構造
欠陥が発生した場合でも、アルミニューム配線層３およ
び７のアルミニューム金属がクラック９内に侵入する際
の障壁機として作用するので、金属配線層間に短絡事故
を述することはない。既に述べた通シ、チタン窒化膜（
ＴｉＮ）は、化学的にきわめて安定し７ているので、金
属配線層および層間絶縁層の何れの界面においても、そ
れ自身による熱反応をおこすことはなく、また緻密な膜
質を備えているので、アルミニューム配線３が放出する
残留ガスのシリコン窒化膜６との熱反応に対する障壁機
としての効果も充分期待でき、チタン窒化膜４を形成す
るに先立ち、真空中で充分ベーキングし、第１Ｎ目のア
ルミニューム配線３が含んでいるＨ２Ｏなどの残留ガス
を除去する手段を伴用すれば、シリコン窒化絶縁膜６の
構造欠陥の発生そのものを、よシ一層予防することもで
きる。
この際、なお除去し切れない残留ガスの存在したとして
も、シリコン窒化膜６との界面への到達が阻よされ、ア
ルミニューム配線層内に消失部１１が多少増加するとし
ても、それらの開口部全面を導電性の良好なチタン窒化
膜（ＴｉＮ）７％完全に渡っているので、配線抵抗をそ
れ程増加させない。
も、シリコン窒化膜６との界面への到達が阻よされ、ア
ルミニューム配線層内に消失部１１が多少増加するとし
ても、それらの開口部全面を導電性の良好なチタン窒化
膜（ＴｉＮ）７％完全に渡っているので、配線抵抗をそ
れ程増加させない。
また、シリコン窒化膜６に通気性の良い組成のものを用
いると、クラック９などの構造欠陥は更に減少できる。
いると、クラック９などの構造欠陥は更に減少できる。
このシリコン窒化膜は屈折率を１．９８〜２．０２に選
べはよく、プラズマＣＶＤ法で容易に形成できるもので
、本発明者の提案にかかるものである。
べはよく、プラズマＣＶＤ法で容易に形成できるもので
、本発明者の提案にかかるものである。
第２図は、シリコン屈折率ｎと反応発生密度φの実験デ
ータ図で両者の関係を規格化して示す。
ータ図で両者の関係を規格化して示す。
本発明の多層配線構造は既に説明した通り、シリコン窒
化膜６の構造欠陥を予防する効果をそれ自身備えてはい
るが、前記予防手段を付備すれば効果は一層顕著であシ
、また構造欠陥が発生した場合でも金属配線層間の短絡
その他の事故を生ずることがないので、信頼性のきわめ
て高度な多層配線半導体集積回路装置を提供し得る。こ
の場合、第１層目との界面に設けたチタン窒化膜４の障
壁効果の寄与が特に大きい。
化膜６の構造欠陥を予防する効果をそれ自身備えてはい
るが、前記予防手段を付備すれば効果は一層顕著であシ
、また構造欠陥が発生した場合でも金属配線層間の短絡
その他の事故を生ずることがないので、信頼性のきわめ
て高度な多層配線半導体集積回路装置を提供し得る。こ
の場合、第１層目との界面に設けたチタン窒化膜４の障
壁効果の寄与が特に大きい。
更に本発明多層配線半導体集積回路装置は、多層配線の
形成と同一プロセス技術を用い、量産的で且つ耐熱性に
優れた電極部を備えることができる。すなわちチタン窒
化膜の拡散に対する障壁効果を利用ずれば、高温下にお
いても電気特性の変動が少ない。高信頼性の取出電極部
を備えしめることが容易でろる。
形成と同一プロセス技術を用い、量産的で且つ耐熱性に
優れた電極部を備えることができる。すなわちチタン窒
化膜の拡散に対する障壁効果を利用ずれば、高温下にお
いても電気特性の変動が少ない。高信頼性の取出電極部
を備えしめることが容易でろる。
第３図はチタン窒化膜を拡散障壁に備えた配線取出用電
極電極の断面構造図で、第２層アルミニューム配線７と
金電憔１５との層間に、チタン窒化膜１３が介在するよ
う形成されている。このチタン窒化膜１３は、金電極１
５のアルミニューム配線７への金拡散に対する障壁機と
して作用し、耐熱性に優れた高信頼の配線取出用電極を
構成する。。
極電極の断面構造図で、第２層アルミニューム配線７と
金電憔１５との層間に、チタン窒化膜１３が介在するよ
う形成されている。このチタン窒化膜１３は、金電極１
５のアルミニューム配線７への金拡散に対する障壁機と
して作用し、耐熱性に優れた高信頼の配線取出用電極を
構成する。。
ここで、１２はシリコン酸化絶縁膜、１４は金メッキ層
、その他の符号は第１図と同一のものをそれぞれ示して
いる。
、その他の符号は第１図と同一のものをそれぞれ示して
いる。
第４図は同じくチタン窒化膜を拡散障壁に備えた液晶取
出電極部の断面構造図である。この場合では、接合拡散
層１６とアルミニューム配線３との間に、チタン窒化膜
１７が介在するよう形成される。このチタン窒化膜１７
は、アルミニューム配線３から接合拡散層１６へのアル
ミニューム拡散を阻止するので、同じく耐熱性および信
頼性に優れた接合取出電極を構成する。この場合でも、
その他の符号は第１図と同一のものをそれぞれ示してい
る。以上はチタン窒化膜を用いた場合を説明したが、０
の他Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ等の遷移金属の窒化膜を用いても同
様の効果をあげることができる。
出電極部の断面構造図である。この場合では、接合拡散
層１６とアルミニューム配線３との間に、チタン窒化膜
１７が介在するよう形成される。このチタン窒化膜１７
は、アルミニューム配線３から接合拡散層１６へのアル
ミニューム拡散を阻止するので、同じく耐熱性および信
頼性に優れた接合取出電極を構成する。この場合でも、
その他の符号は第１図と同一のものをそれぞれ示してい
る。以上はチタン窒化膜を用いた場合を説明したが、０
の他Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ等の遷移金属の窒化膜を用いても同
様の効果をあげることができる。
以上詳細に説明したように、本発明多層配線半導体集積
回路装置は、金属配線間の短絡事故をおこす恐れがなく
、また耐熱性に優れた取出電極部を備えることが容易で
あるので、信頼性のきわめて高度な高密反集積回路装置
に構成できる効果を有する。
回路装置は、金属配線間の短絡事故をおこす恐れがなく
、また耐熱性に優れた取出電極部を備えることが容易で
あるので、信頼性のきわめて高度な高密反集積回路装置
に構成できる効果を有する。
第１図は本発明の一実施例を示す断面構造図、第２図は
シリコン屈折率ｎと反応発生密度中の実験データ図、第
３図はチタン窒化膜を拡散障盤に備えた配線取出電極の
断面構造図、第４図は同じくチタン窒化膜を拡散障壁に
備えた接合取出電極部の断面構造図である。 ｌ・・・・・・シリコン半導体基板、２．１２・・・・
・・シリコン酸化絶縁膜、３，７・・・・・・アルミニ
ー−ム配線層、４，５，１３．１７・・・・・・チタン
窒化膜（ＴｉＮ）６・・・・・・シ’） ” ｙ窒化Ｉ
ＦＪ （Ｔ’３Ｎ４）、８・・・・・・スルー・ホール
、９・・・・・・クラック、１０・・・・・・ヒロック
、ＩＩ・・・・・・消失部、１４・・・・・・金メッキ
層、１５・・・・・・金電極、１６・・・・・・接合拡
散Ｒｔ。 １ 第１図 第２図 榮４図
シリコン屈折率ｎと反応発生密度中の実験データ図、第
３図はチタン窒化膜を拡散障盤に備えた配線取出電極の
断面構造図、第４図は同じくチタン窒化膜を拡散障壁に
備えた接合取出電極部の断面構造図である。 ｌ・・・・・・シリコン半導体基板、２．１２・・・・
・・シリコン酸化絶縁膜、３，７・・・・・・アルミニ
ー−ム配線層、４，５，１３．１７・・・・・・チタン
窒化膜（ＴｉＮ）６・・・・・・シ’） ” ｙ窒化Ｉ
ＦＪ （Ｔ’３Ｎ４）、８・・・・・・スルー・ホール
、９・・・・・・クラック、１０・・・・・・ヒロック
、ＩＩ・・・・・・消失部、１４・・・・・・金メッキ
層、１５・・・・・・金電極、１６・・・・・・接合拡
散Ｒｔ。 １ 第１図 第２図 榮４図
Claims (5)
- （１）半導体領域を有する基板と、前記基板上に眉間絶
縁膜を介し多層に形成された金属配線群とを含み、前記
層間絶縁膜と金属配線との界面が、遷移金属の窒化物か
らなる金属層で形成されていることを特徴とする多層配
線半導体集積回路装置。 - （２）前記遷移金属がチタンであることを特徴とする特
許請求、の範囲第（１）項記載の多層配線半導体集積回
路装置。 - （３）前記金属配線の第１層目があらかじめ真空ベーキ
ング処理されていることを特徴とする特許請求の範囲第
（１ン項記載の多層配線半導体集積回路装置。 - （４） 前記層間絶縁膜が、屈折率１．９８〜２．０２
のシリコン窒化膜で形成されることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載の多層配線半導体集積回路装置
。 - （５）前記遷移金属の窒化物からなる金属層を、金属配
線または外部引出し電極金属の拡散壁とする電極部を備
えることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
多層配線半導体集積回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22715883A JPS60119755A (ja) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | 多層配線半導体集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22715883A JPS60119755A (ja) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | 多層配線半導体集積回路装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60119755A true JPS60119755A (ja) | 1985-06-27 |
Family
ID=16856400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22715883A Pending JPS60119755A (ja) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | 多層配線半導体集積回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60119755A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62128154A (ja) * | 1985-11-28 | 1987-06-10 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS62272557A (ja) * | 1986-03-29 | 1987-11-26 | フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ | 半導体素子の製造方法 |
| JPS63208244A (ja) * | 1987-02-24 | 1988-08-29 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPS63289838A (ja) * | 1987-05-20 | 1988-11-28 | Nec Corp | 半導体装置 |
| US4924295A (en) * | 1986-11-28 | 1990-05-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Integrated semi-conductor circuit comprising at least two metallization levels composed of aluminum or aluminum compounds and a method for the manufacture of same |
| US4990997A (en) * | 1988-04-20 | 1991-02-05 | Fujitsu Limited | Crystal grain diffusion barrier structure for a semiconductor device |
| US5557148A (en) * | 1993-03-30 | 1996-09-17 | Tribotech | Hermetically sealed semiconductor device |
-
1983
- 1983-12-01 JP JP22715883A patent/JPS60119755A/ja active Pending
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