JPS6046824B2 - 半導体装置における電極配線の形成法 - Google Patents

半導体装置における電極配線の形成法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、配線構造に関し、更に詳しくはアルミニウム
（Ａｌ）配線層にボロンをドープして信頼性を改善する
技術に関する。
本願明細書において、「配線」なる語は、複数の回路部
分間を接続する接続用導電路を意味するばかりでなく、
半導体バルクなどの一部に接着され、上記接続用導電路
に結合される導電体（すなわち、一般に電極といわれる
もの）をも意味するものとする。
従来から配線材料としてアルミニウムを用いることは広
く行なわれており、特に半導体装置製造の分野ではアル
ミニウムで配線を形成することが多い。
アルミニウム配線層を有する配線構造、特に多層配線構
造では、信頼性低下につながるいくつかの問題点がある
。第１に、ヒロツクスと称する突起物がアルミニウム配
線層表面に生ずることである。これは通常アルミニウム
蒸着後の熱処理時に発生するもので、アルミニウム配線
層表面がＰＳＧ（リンケイ酸ガラス）膜のようなパッシ
ベーション膜でおおわれている場合には、パッシベーシ
ョン膜の一部を押し上げ、その近傍にクラックを生じさ
せる。第２に、アルミニウム配線層表面が酸化されやす
く、１層目の配線層の所定表面部分に２層目の配線層を
オーミックコンタクトさせるような場合に良好なコンタ
クトが得られないことである。すなわち、この場合はコ
ンタクト部にＡｌ２Ｏ３のようなアルミニウムオキサイ
ドが介在することになるが、電気的導通状態を得るため
には’低電圧（通常４〔Ｖ〕以下）でアルミニウムオキ
サイドが絶縁破壊することが要求される。このときの絶
縁破壊電圧は一般にフリツテイング電圧と称されており
、従来のアルミニウム多層配線構造では、フリツテイン
グ電圧が高い欠点があつた。第３に、エレクトロマイグ
レーションの問題である。これはアルミニウム配線層に
電圧を印加した場合にアルミニウム粒子が移動し、ボー
ドやシヨ−ト事故を招くものてある。従つて、本発明の
目的は、上述した問題点を解決した新規なアルミニウム
配線構造を提供することにある。
本発明の主要な特徴の１つはアルミニウム配線層の少な
くとも表面層にボロンをドープすることである。
本発明者の研究によれば、アルミニウム層表面にボロン
をドープしてこれをボロンリッチにすると、表面の硬度
が高まるとともに反応性がおさえられることが見出され
た。すなわち、ボロンリッチ表面層を有するアルミニウ
ム配線層は、ヒロックスの生成が少なく、表面酸化によ
るフリツテイング電圧も低く、エレクトロマイグレーシ
ョンも極めて少ないことが判明したのである。一方、ア
ルミニウム配線層の表面をボロンリッチにすると、硬度
が高まるためボンダビリテイが低下することもわかつた
。従つて、このようなアルミニウム配線層にボンディン
グワイヤを熱圧着する際には、ボンディング予定領域を
ボロンリッチにしないかしてもホロンリツチ部を除去す
るのが好ましい。なお、アルミニウム表面層をボロンリ
ッチにする好適な方法の１つはアルミニウム蒸着終了間
際（蒸着厚さが所望のものに接近したとき）ボロンをと
はすものであり、そのための具体的手段のいつかは後述
される。以下、添付図面に示す実施例について本発明を
詳述する。
図は、本発明の一実施例による配線構造を例示するもの
で、１０はシリコン製の半導体基板、１２は基板１０の
表面に熱酸化法などで形成されたシリコンオキサイド（
ＳｊＯ２）からなる下地絶縁膜をそれぞれ示す。
下地絶縁膜１２上には、アルミニウムからなる第１の配
線層１４が延在しており、この第１配線層１４及ひ下地
絶縁膜１２をおおうようにポリイミド樹脂あるいはＰＳ
Ｇなどから−なる層間絶縁膜１６が形成されている。層
間絶縁膜１６には第１配線層１４のコンタクト予定部を
露呈するコンタクト孔１６Ａが形成されている。層間絶
縁膜１６上には、アルミニウムからなる第２の配線層１
８が形成されており、この第２配線，層１８の一部分は
コンタクト孔１６Ａを通して第１配線層１４とオーミッ
クコンタクトし、コンタクト部ＣＮＴｌを形成している
。第２配線層１８は、層間絶縁膜１６上でコンタクト部
ＣＮＴｌからはなれた別の位置まで延長されており、そ
の延長端部は、比較的広面積のボンディングバッド部（
ボンディング予定領域）１８Ａとなつている。ポリイミ
ド樹脂あるいはＰＳＧなどからなるパッシベーション膜
２０は第２配線層１８及び層間絶縁膜１６をおおつて形
成されており、第２配線層１８のボンディングバッド部
１８Ａを露呈させる開孔部２０Ａを有する。この開孔部
２０Ａ内に露呈されたボンディングバッド部１８Ａの中
央部に”は、ネイルヘッドボンディング法によりボンデ
ィングワイヤの一端がボンドされており、ボンドされた
ネイルヘッド部２２とボンディングバッド部１８Ａとの
間にはオーミックコンタクト部ＣＮＴ２が形成されてい
る。以上の構成において、第１及び第２の配線層１４，
１８の表面には、本発明の教示にしたがつてボロンリッ
チのアルミニウム層１４ａ，１８ａがそれぞれ形成され
ている（ただし、第２配線層１８におけるボンディング
バッド部１８Ａにはボロ”ンリツチ表面層１８ａが設け
られていない）。
このように第１及び第２のアルミニウム配線層１４，１
８の表面にボロンリッチ表面層１４ａ，１８ａをそれぞ
れ設けると、アルミニウム配線層の硬度が上り、反応性
がおさえられる。このため、ヒロックスが低減されて層
間絶縁膜１６やパッシベーション膜２０にクラックが殆
ど発生しなくなる。また、表面酸化が抑制されるためコ
ンタクト部ＣＮＴｌにおけるフリツテイング電圧は４〔
Ｖ〕以下の低いものとなる。その上、エレクトロマイグ
レーションも殆ど発生しない。従つて、高信頼且つ高安
定の多層配線構造が実現される。ここで、ボロンリッチ
表面層を有するアルミニウム配線層の形成方法の具体例
をいくつか説明する。第１の方法は、ＢＮ及びＴｉ式を
主成分とする抵抗加熱式ＢＮボードからアルミニウムを
蒸発させるようにした蒸着装置を用いる方法である。こ
の種ＢＮボードでは、蒸着材たるアルミニウムを収容す
るキャビティの両側に比較的断面積が小さい高抵抗部が
設けられていて、この高抵抗部が動作時に白熱化するよ
うに高温に加熱されるため、ボロンを放出し、放出ボロ
ンがアルミニウム蒸着層中に混入することが確認されて
いる。そして、このときのボロン混入度合いは蒸着終了
間際、すなわちキャビティ内のアルミニウムがなくなる
直前から急に増大されることが観測されている。そこで
、このような現象を巧みに使うと、アルミニウム蒸着層
の表面層をいわば自動的にボロンリッチにすることがで
きる。第２の方法は、アルミニウム蒸着の終了間際に、
別に設けたボロンリッチアルミニウム蒸着源からボロン
リッチアルミニウムをとばす方法である。以上に述べた
２つの方法以外にも種々の方法が考えられる。なお、以
上のいずれかの蒸着方法により配線層１４を形成する場
合においては、コンタクト抵抗を低減するために、（微
小抵抗が無視できない場合には）フリツテイング電圧に
ついては、従来仕様レベルであることを甘受して、コン
タクト部ＣＮＴｌ部のボロンリッチ層１４ａを除去しな
けけばならない。
また同様に配線層１８を形成する場合においては、ボン
ダビリテイを向上させるためにボンディングバッド部１
８Ａにはボンディング前にボロンリッチ表面層が存在し
ないようにするのが好ましい。このための具体的手段と
しては、ボンディングバッド部１８Ａに形成されたボロ
ンリッチ表面層を公知のホトエッチング法等により選択
的に除去すればよい。別の方法としては、ボロンリッチ
アルミニウムを蒸着する方法をとるときは、ボンディン
グバッド部１８Ａにマスクをかけておき、蒸着処理後に
そのマスクを除去するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
図は、本発明の一実施例による配線構造を示す断面図で
ある。 １０・・・・・・半導体基板、１２・・・・下地絶縁膜
、１４，１８・・・・・・アルミニウム配線層、１４ａ
，１８ａ・・・・・・ボロンリッチ表面層、１６・・・
・・層間絶縁膜、２０・・・・・・パッシベーション膜
、２２・・・・・・ボンディングワイヤのネイルヘツト
部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 配線下地上に形成されたアルミニウムからなる第１
    の配線層と、この第１の配線層のコンタクト予定部を露
    呈するコンタクト孔を有し、前記第１配線層をおおつて
    形成された層間絶縁膜と、この層間絶縁膜上に延在して
    形成され、一部分が前記コンタクト孔を通して前記第１
    配線層のコンタクト予定部にオーミックコンタクトする
    アルミニウムからなる第２の配線層と、上記第２の配線
    上のボンディング予定領域以外の第２の配線層をおおう
    ように形成されたパツシベーシヨン膜とをそなえた配線
    構造において、前記第１配線層の上記層間絶縁膜下およ
    び前記コンタクト予定部にボロンリッチのアルミニウム
    層を形成し、さらに上記第２の配線層上のボンディング
    予定領域上外にボロンリッチのアルミニウム層を形成し
    て成ることを特徴とする配線構造。
JP53035508A 1978-03-29 1978-03-29 半導体装置における電極配線の形成法 Expired JPS6046824B2 (ja)

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