JPS63224342A

JPS63224342A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPS63224342A
Application number: JP5811387A
Authority: JP
Inventors: Atsuhiko Menju; 毛受　篤彦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-13
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1988-09-19

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。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、アルミニウムを主成分とする配線材料を用
いる半導体装置及びその製造方法に関する。

（従来の技術）近年、半導体装置は高集積化が著しく、このため各素子
の寸法が急激に小さくなってきている。

このように各素子の寸法が小さくなると、電源配線及び
信号配線のデザイン・ルールがチップ全体の大きさを決
定する大きな要因となる。

しかるに、現在配線金属として最も多く用いられている
アルミニウムは、加工性、コスト、電気抵抗等の点で他
の金属と比較して優れているが、上述したように配線幅
の縮小が進んでくると電流密度が高くなり、いわゆるエ
レクトロ・マイグレーションによる断線不良が顕著に発
生するようになる。また、このような電流ストレスによ
る断線不良だけでなく、熱膨張係数が大きいことによる
温度ストレスに係わる不良の発生も大きな問題となって
きている。

このような問題に対して、最近鋼Ｃｕ等の不純物をアル
ミニウムＡｆｆｉ（あるいはＡＸ−Ｓ　＋　＞中に混入
させることにより、信頼性、特にエレクトロ・マイグレ
ーションに対する耐性を向上させようとする試みが多く
行なわれている。しかし、銅等の不純物は、その後の熱
処理においてアルミニウムと反応して例えばＣｕＡＭ２
等の析出物を形成し、かえって信頼性を損う等の悪影響
が発生することが知られており、不純物としての銅の濃
度のコントロールはかなり狭い範囲で行なわなければな
らない。また、銅を含むアルミニウムのエツチングは、
銅の反応生成物の蒸気圧が低いため通常のエツチング条
件と異なる条件でエツチングする必要があり、レジスト
の処理に特殊なプロセスが必要となる。

（発明が解決しようとする問題点）上述したように、アルミニウムを主成分とする配線材料
を用いる従来の半導体装置では、配線幅の縮小が進んで
くると電流密度が高くなってエレクトロ・マイグレーシ
ョンによる断線不良が顕著に発生する゛欠点がある。ま
た、熱膨張係数が大きいことによる温度ストレスに係わ
る不良の発生も多くなる。このような欠点を除去するた
めに銅等の不純物をアルミ配線中に導入することが考え
られるが、不純物を導入すると信頼性の低下や製造工程
の複雑化を招くという新たな問題を生ずる。

この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、微細なアルミ配線であっても
信頼性の低下や製造工程の複雑化を招くことなく、断線
等の不良の発生を抑制できる半導体装置及びその製造方
法を提供することである。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段と作用）すなわち、この
発明においては、上記の目的を達成するために、アルミ
ニウムを主成分とした配線の周囲を高融点金属層で被覆
している。

こうすることにより、耐エレクトロ・マイグレーション
特性を向上でき、且つ高融点金属の存在により熱ストレ
スによる応力を緩和して断線等の不良を大幅に低減でき
る。

（実施例）以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第１図はこの発明による半導体装置の構成を示す
もので、半導体基板１１上に絶縁ｌ１ｌ（シリコン酸化
膜）１２を形成し、この絶縁膜１２上に周囲をタングス
テン等の高融点金属層１３で被覆したアルミ（またはＡ
ｌ１−８ｉ）配線１４を形成している。

このような構成によれば、アルミ配線１４の電流密度が
高くなってもこの配線１４を高融点金属層１３で被覆し
ているので断線等の不良が生じ難くなり、耐エレクトロ
・マイグレーション特性を格段に向上できる。また、例
えばタングステンはアルミニウムに対して引張り強度が
約１桁大きく、線膨張係数は約１折半さいという特性を
持っているため、アルミ配線が直接シリコン酸化膜と接
した状態で形成される従来の構造と比較すると、アルミ
配線１４とシリコン酸化膜１２間にタングステン層１３
が介在するという構造は熱ストレスによる応力を緩和で
き、熱ストレスに起因する不良の発生も効果的に防止で
きる。更に、従来から存在するアルミ配線の上部及び側
壁部に高融点金属層を形成した構造のものと比較すると
、この発明ではアルミ配線１４の底部にも高融点金属層
１３が存在することにより、高融点金属層１３の実質的
な断面積を増加させることができ、且つアルミ配線１４
下部におけるシリコン酸化膜１２からの熱ストレスによ
る応力を緩和できるので、エレクトロ・マイグレーショ
ン及び応力による断線等の不良も防止できる。

第２図（ａ）〜（ｄ）は、この発明による半導体装置の
製造工程を順次示すもので、ＭＯＳトランジスタを形成
する際の接続孔の形成以降のプロセスを示している。

まず、（ａ）図に示すように、半導体基板１５の主表面
にフィールド酸化１１１１６、ゲート酸化１１１１７、
ゲート電極１８、ソース、ドレイン領１１１９．２０．
及び層間絶縁膜２１を公知の方法により順次形成した後
、上記！Ｉ間絶縁ｇＩ２１にソース領域１９．ドレイン
領域２０．ゲート電極１８と配線金属層との接続孔２２
゜２３、２４を形成する。

次に、（ｂ）図に示す如く、全面に膜厚が５００人程形
成ポリシリコン層２５を形成し、しかる後、上記ポリシ
リコン１２５上にＣＶＤ法によりタングステン層２６を
約１０００人の厚さに堆積形成する。

次に、上記タングステン層２６上にアルミニウム（また
はＡｆｆｉ−８ｉ）１１１２７を８０００人程度形成し
、フォトエツチングを行なってこのアルミニウム＠　２
７．上記タングステン層２６及びポリシリコン層２５か
ら成る積ｌｉｔ膜を所望のパターンにパターニングする
と（Ｃ）図に示すようになる。

続いて、上記積層膜の上面部と側壁部に例えばＣＶＤ法
等を用いて選択的にタングステン層２８を形成すること
により（ｄ）図に示すようにアルミ配線２７１〜２７４
の周囲をタングステンｌ１１２Ｂ、　２８で被覆した構
造を得る。

なお、上述した製造工程においてタングステンｌ！１２
６の下に薄いポリシリコン！１２５を形成したが、これ
はタングステン層２６と層間絶縁膜（シリコン酸化膜）
２１との密着性が低いこと、及び酸化膜２１上にはタン
グステンを成長し難いことによるものである。また、上
記ポリシリコンＷ１２５には特に不純物を導入していな
いが、ソース、ドレイン領域１９、２０及びゲート電極
１８とアルミ配線２７．　、２７．　。

２７２とのコンタクト抵抗を低減するために、このトラ
ンジスタがＮチャネル型の場合には例えばヒ素ＡＳを、
Ｐチャネル型の場合には例えばポロンＢを導入しても良
い。更に、０ＭＯ８構造の場合にはそれぞれに対応する
不純物をＰチャネル型及びＮチャネル型の領域に選択的
に導入すれば良い。

このような製造方法によれば、信頼性の低下や製造工程
の？！雑化を招いたり特別なプロセスを用いることなく
耐エレクトロ・マイグレーション特性の向上が図れると
ともに、熱ストレスによる応力を緩和して断線等の不良
を大幅に低減できる。

第３図（ａ）〜（ｄ）は、この発明による他の半導体装
置の製造方法を示すもので、上記第２図と同様にＭＯＳ
トランジスタを形成する際の接続孔の形成以降のプロセ
スを示している。第３図において前記第２図と同一部分
には同じ符号を付す。

まず、上記第２図（ａ）の場合と同様に半導体基板１５
の主表面にフィールド酸化膜１６、ゲート酸化１１１７
、ゲート電極１８、ソース、ドレイン領［１９゜２０、
及び層間絶縁Ｉ！１２１を公知の方法により順次形成す
る。そして、上記層間絶縁膜２１にソース領域１９、ド
レイン領域２０．ゲート電極１８と配線金属層との接続
孔２２．２３．２４を形成すると（ａ）図に示すように
なる。

次に、全面に膜厚が約５００人のポリシリコン層２５を
形成した侵、上記ポリシリコン層２５上にＣＶＤ法によ
りタングステン層２６を約１０００人の厚さに堆積形成
した状態を（ｂ）図に示す。

次に、上記タングステン層２６上にアルミニウム（また
はＡλ−８ｉ）層２７を８０００人程度０厚さに形成し
、このアルミニウム層２１上に厚さが１０００人程形成
タングステン層２８を堆積形成する。その後、フォトエ
ツチングを行なってこのタングステンｗＪ２８、アルミ
ニウム層２７．上記タングステン層２６及びポリシリコ
ン層２５から成る積層膜を所望のパターンにパターニン
グすると（Ｃ）図に示すようになる。

そして、上記積層膜の上面と側壁部に例えばＣＶＤ法に
より膜厚が約１０００人のタングステン層２９を形成し
、ＲＩＥ法等により上面部のタングステン層のみをエツ
チングで除去し、側壁部に残存させることにより（ｄ）
図に示すようにアルミ配線２７１〜２７４の周囲をタン
グステン５１１２６．２８゜２９で被覆した構造を得る
。

このような製造方法においても前記第２図に示した製造
方法と同様な構造が得られ、同じ効果が得られる。なお
、第３図に示した製造方法でも前記第２図の場合と同様
にソース、ドレイン領域１９゜２０及びゲート電極１８
とアルミ配線２７エ、　２７３　。

２７２とのコンタクト抵抗を低減するために、ポリシリ
コン層２６に不純物を導入しても良いのは勿論である。

また、上記各実施例では高融点金属層としてタングステ
ン層を例に取って説明したが、これに限られず他の高融
点金属層であっても良いことは言うまでもない。

［発明の効果コ以上説明したようにこの発明によれば、微細なアルミ配
線であっても信頼性の低下や製造工程の複雑化を招くこ
となく、断線等の不良の発生を抑制できる半導体装置及
びその製造方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係わる半導体装置の構成
を示す図、第２図及び第３図はそれぞれこの発明の一実
施例に係わる半導体装置の製造方法を説明するための図
である。１１、１５・・・半導体基板、１２・・・絶縁膜、１３
・・・タングステン層〈高融点金属層）　、１４．２７
．〜２７４・・・アルミ配線、２１・・・１１間絶縁膜
、２２〜２４・・・接続孔、２５・・・ポリシリコン層
、２６．２８．２９・・・タングステン層（高融点金属
層）。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルミニウムを主成分とする配線材料を用いる半
導体装置において、アルミ配線の周囲を高融点金属層で
被覆することを特徴とする半導体装置。
（２）前記高融点金属層は、タングステンから成ること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。
（３）アルミニウムを主成分とする配線材料を用いる半
導体装置の製造方法において、半導体基板に各素子を形
成する工程と、この素子上に絶縁層を形成する工程と、
各素子上の上記絶縁層に接続孔を形成する工程と、全面
に薄いポリシリコン層を形成する工程と、このポリシリ
コン層上に第１の高融点金属層を形成する工程と、この
高融点金属層上にアルミニウム層を形成する工程と、上
記高融点金属層、アルミニウム層、及びポリシリコン層
をパターニングしてアルミ配線を形成する工程と、この
アルミ配線の上部及び側壁部に選択的に第２の高融点金
属層を形成する工程とを具備することを特徴とする半導
体装置の製造方法。
（４）前記第１、第２の高融点金属層はそれぞれ、タン
グステンから成ることを特徴とする特許請求の範囲第３
項記載の半導体装置。
（５）前記接続孔の底部に形成された前記ポリシリコン
層に、この接続孔下の半導体基板に形成された不純物層
と同一導電型を形成する不純物を導入することを特徴と
する特許請求の範囲第３項記載の半導体装置の製造方法
。
（６）アルミニウムを主成分とする配線材料を用いる半
導体装置の製造方法において、半導体基板に各素子を形
成する工程と、この素子上に絶縁層を形成する工程と、
各素子上の上記絶縁層に接続孔を形成する工程と、全面
に薄いポリシリコン層を形成する工程と、このポリシリ
コン層上に第１の高融点金属層を形成する工程と、この
高融点金属層上にアルミニウム層を形成する工程と、こ
のアルミニウム層上に第２の高融点金属層を形成する工
程と、上記第１の高融点金属層、アルミニウム層、第２
の高融点金属層、及びポリシリコン層をパターニングし
てアルミ配線を形成する工程と、このアルミ配線の側壁
部に選択的に第３の高融点金属層を形成する工程とを具
備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（７）前記第１ないし第３の高融点金属層はそれぞれ、
タングステンから成ることを特徴とする特許請求の範囲
第６項記載の半導体装置。
（８）前記接続孔の底部に形成された前記ポリシリコン
層に、この接続孔下の半導体基板に形成された不純物層
と同一導電型を形成する不純物を導入することを特徴と
する特許請求の範囲第６項記載の半導体装置の製造方法
。