WO1993013555A1 - Semiconductor device - Google Patents

Description

明 細 書

半導体装置

技術分野

本'発明は例えば超高密度集積回路に通した半導体装置 に関する。

背景技術

近年、 S i の集積度は、 · 目 ざま しい勢いで増大してお り、 素子の最小寸法は 1 mから 0 . 5 ^ m、 あるレ、は それ以下の寸法への微細化に向けて盛んに研究開発が進 められてい る 。 素子の微細化、 L S I の超高集積化と と も に L S I の中で信号の伝幡を司る、 金属配線に も、 益々微細化、 高密度化が求められている。

現在、 L S I の金属配線材料と し て は、 A ー S i , A J2 - C u - S i などの A J2 をベース と した合金が広く 用いられているが、 こ れ ら の材料は、 配線の微細化、 高 密度化に際し、 様々 な問題点を持っ ている。 第 2図は、 従来よ り広く 用いられている D C マグネ 卜 ロ ンス パ ヅ タ リ ン グ に よ り 形成された A JZ — S i 表面を 、 ノ マ ルス キー微分干渉顕微鏡を用いて観察した結果である。 成膜 は基板温度を 2 5 0 °C に加熱した状態で行ない、 膜厚は 約 1 ^ mである。 同図 （ a ) はス パ ッ タ成膜直後の表面 であ り 、 （ b ) は 4 0 0 でのフ ォ ーミ ングガス中で 3 0 分ァニールした後の表面である。 同図の写真よ り 明らか なよ う に、 熱処理を行なう こ と によ っ て、 A J2薄膜の表 面に激しい凹凸の現れている こ とが分る。 これはヒ ロ ヅ ク と呼ばれ、 その大きさは 0 . 5 〜 l ^ m、 さ ら に大き なものも存在している。 このよう なヒ ロ ッ クが生じる と L S I の歩留り が著しく 低下する理由を第 3 図に示した 模式図を用いて説明する。

第 3図 （ a ) ほ、 二層配線構造を断面図によ り模式的 に示したものであ り 、 3 0 1 , 3 0 2 , 3 0 3 は例えば S i 0 ₂ 等の絶緣膜である。 3 0 4 , 3 0 4 ' は一層目 の — S i 配線であ り 、 3 0 5 ほ二層 目 の配線であ り 、 一層巨、 二層目の配線はそれぞれ層間絶緣膜 3 0 2 によって絶縁されている。 また、 3 0 6 は第一層目の配 線 3 0 4 ' と二層目の配線 3 0 5 を電気的に接続するた めに、 層間絶縁膜 3 0 2 に開口された穴であ り 、 スルー ホールあるいはヴィ ァ と ti?ばれている。 さて、 3 0 7 は 第一層目の配線 3 0 4 の上面に発生したヒ ロ ッ ク を示 しているが、 ヒ ロ 、ジ ク の発生した部分では層間絶緣膜 3 0 2 の膜厚が薄く なつ てお り 、 こ のため、 この部分で の絶縁耐圧が、 他のヒ 口 ッ クの発生していない部分に比 ベて低く なる こ とが予想される。

今、 ヒロ ッ クの発生していない部分での層間膜 3 0 2 の厚さ を T 、 ヒ ロ ッ ク の高さ を H 、 層間膜 3 0 2 の 絶縁破壊の生じる電界の大き さを E _b と する と、 配線 3 0 4 , 3 0 5間の絶縁耐圧 V _b ' は

V _b ' = E _b ( T - H ) - ( 1 )

と表される。 一方、 ヒ ロ ッ ク が存在しない場合の耐圧 V _b は V = E _b T ( 2 )

と なる ため

V _b ' / V _b = 1 - H / T - ( 3 ) と な り 、 ヒ ロ ッ ク の高さが層間絶緣膜の膜厚 T に近づ く につれて非常に小さ く なる こ と が分る。

第 4 図 （ a ) は、 層間絶緣膜の耐圧分布を示した実験 データ の一例であ り 、 測定を行な つ たサ ン ブルの断面 構造を同図 （ b ) に示す。 シ リ コ ン基板 4 0 1 上に約 1 i mの熱酸化膜 4 0 2 を介 して第一層 目 の A J¾ — S i 膜 4 0 3 を形成した後、 全面に プラ ズマ S i 0 2 膜 4 0 4 を約 1 . 6 m堆積さ せ た。 そ の後全面 に レ ジス ト を 約 1 mス ピ ン塗布 し、 ベーキ ン グ硬化さ せ た後、 レ ジス ト と S i 0 2 ( 4 0 4 ) が同 じエ ッ チ ング速度 と なる よ う な条件で全面の異方性エ ツ チ ングを行ない表面 の平坦化工程を行なっ た。 こ の と き平坦部でのプラズマ S i 0 2 膜 4 0 4 の膜厚が 1 . 2 ^ m と な る よ う に し た。 そ の後、 第二層 目 の A J£ — S i 膜 4 0 5 を堆積さ せ、 2 0 O m角の大き さ にノぺターニングした。 なお、 第一層 目 の A 一 S i 膜 4 0 3 は パ タ ーユ ン グの行な われて い ないベタ 膜であ る 。 耐圧測定は上下の金属膜 4 0 5 , 4 0 3 に直流電圧を印加 し、 プラズマ S i 0 ₂ 膜 4 0 4 が絶緑破壊に よ り 導通する電圧を求めた。

さて、 第 4図 （ a ) をみる と耐圧は 1 0 0 V〜 7 0 0 V の範囲で大き く ノ ラついてレヽるが、 こ れは ヒ ロ ッ ク の 高さが分布している ためであ り 、 1 5 0 m角のサ ン ブ _Λ

4

ルの範图内で最も高いヒ 口 ッ ク部で耐圧が決つ ている と 考えられる。 今、 7 0 0 Vの最も高い耐圧は、 ヒ ロ ッ ク の高さが十分に低く 、 ほとんど耐圧に影響を与えていな い場合の値である と考え、 これをヒ ロ ッ クのない場合の 耐圧 V _b とする。 これに対し、 最も低い 1 0 0 Vの耐圧 は最も高いヒ ロ ッ ク のある部分での耐圧 V _b ' に対応 し、 （ 3 ) 式より —

1 0 0 / 7 0 0 = 1 - H / T

T = 1 . 2 /ζ πιとする.と Hは約 l ^ m と なる。 こ のこ とから、 最も高さの高いヒ ロ ッ ク は Ι μ πι程度である こ とが分る。

なお、 こ こ で評価した第 4図 （ b ) のサンブルにおい て、 第一層目の A J£— S i 膜は、 堆積時に ウ ェハの温度 を 2 5 0 に上昇させて、 D C—マグネ ト ロ ンスパ ッ タ リ ングにより形成した膜であり 、 堆積後は 2 5 0 t以上 の加熱工程ほ一切含まれていない。 すなわち表面ほ第 2 図 （ a ) に示した状態と同じであ り 、 4 0 の熱処理 を行なっ たサンブル （第 2 図 （ b ) ) に く らべる と ヒ ロ ッ クの発生は少ないが、 それでも このよ う に耐圧の劣 化が生じるのである。 第一層目の A 一 S i 層 4 0 3 を 堆積させた後、 4 0 0 ΐ の熱処理を行ない第 4図 （ b ) と同様のサンプルを試作して耐圧測定をした結果、 ほと んどのサンブルで耐圧が 0 Vであっ た。

以上一例を示したよ う に、 ヒ ロ ッ クは多層配線構造に おいて層間絶縁膜の耐圧を劣化させる という問題を生じ る 。 こ の問題を解決す る に は層間絶緑膜 3 0 2 を厚 く する方法があるが、 こ の場合、 膜のス ト レ ス が大き く な り 、 ク ラ ッ ク が生 じ、 こ れが絶緑不良の原因 と な る。 さ ら にス ト レス は金属配線に おけるス 卜 レスマイ グ レー シ ヨ ン効果を大き く し、 配線の寿命を短 く する結果と な る。 ま たス ト レスを十分小さ く する こ と がで き て も、 厚 い膜ではスルーホール 3 0 6 の深さが深 く な り 、 微細加 ェが困難と なつ た り、 スルーホール部で金属配線の断線 が生じる な ど数々 の問題を生じ る。

以上、 D C マグネ ト ロ ンスパ ッ タ リ ング法で形成した — S i 膜に関して、 ヒ ロ ッ ク の発生と 、 それに よ つ て生 じ る問題 に ついて説明 し たが、 ヒ ロ ッ ク は A 一 C u — S i 膜、 純 A J2 膜等で も同様 に生 じ る 。 ま た、 R f スパ ッ タ法、 真空蒸着法、 C V D法その他のいかな る方法を用いて作成しても ヒ ロ ッ ク発生のない A JZ ベー スの薄膜は現在の と こ ろ未だ実現されていない。 ヒ 口 ッ ク発生のメ 力ニズム に関しては ま だよ く 解明されていな いが、 結晶粒界に沿っ ての A J2原子の移動に よっ て生じ る と考え られてお り 、 こ れを防止する 目的で T i 等の高 融点金属を A J2膜中に導入し、 こ れ に よ つ て結晶粒界で の A J2原子の拡散を抑え る等の方法が試み られている。 しか しなが ら こ の方法は完全ではないばか り か、 金属中 に不純物を導入するや り 方は、 将来の超高速 L S I 実現 に は不利であ り 採用する こ と はでき ない。 その理由は、 L S I の高速化の鍵は配線抵抗の減少であ り 、 純金属で あれば低温化によ り フ オ ノ ン散乱が小さ く な り 、 絶対温 度にほぽ比例して抵抗が下がるが、 合金配線や不純物を 導入した材料の場合、 低温では不純物散乱が支配的と なっ て、 低温化による抵抗低減の効果が期待できないか らである。

以上説明した通り 、 現行の技術では ヒ ロ ッ ク発生のな い配線の形成技術は実現されておらず、 信頼性、 歩留り とも にすぐれたサブミ ク ロ ン超 L S I 用配線技術は極め て不十分な状況にある。

本発明は以上の点に鑑みさなれたも のであ り、 サブミ ク ロ ン L S I 製造上有害な、 ヒ ロ ッ ク発生のない半導体 装置を提供するこ とを目的と している。

発明の開示

本発明は、 最小線幅が 1 mよ り小なる金属配線を有 する半導体装置において、 その高さが前記最小線幅の に等しいが、 あるいはそれよ り大なる ヒロッ クが金属配 線表面に 1 つも存在しないこ とを特徴と している。

図面の簡単な説明

第 1 図 （ a ) は术癸明の第 1 の実施例において使用す る装置の概念図、 第 1 図 （ b ) は第 ί の実施例に用いた ゥュ八の断面図、 第 1 図 （ c ) 、 および （ d ) は、 第 1 の実施例に係る A J£薄膜のノ マルスキー微分干渉顕微鏡 写真、 第 1 図 （ e ) は第 1 実施例に係る A J2薄膜の耐圧 - 分布を示すグラフである。 第 2図は、 従来例に係る A

薄膜のノ マルスキー微分干渉顕微鏡写真である。 第 3 図 は、 従来例に係る配線構造の断面図お よび斜視図であ る。 第 4図 （ a ) は従来例に係る層間絶綠膜の耐圧分布 を示すグラ フ、 第 4図 （ b ) はその断面図である。 第 5 図お よび第 6 図は本発明概念を説明す る ための図であ り 、 第 5図は V b ' Z V b と平均寿命との関係を示すグ ラ フ である。 第 6図は配線構造を示す断面図である。 第 7 図は 3 1 ( 3 ) ぉょび 3 1 0 ₂ ( b ) 上に D C R F 結合型バイ アススパ ッ タ方で形成した A 薄膜の抵抗の 温度依存性の測定結果であ る 。 第 8図は第 2 の実施例に 係る配線構造を示す断面図である。

なお、 図面に おいて、 1 0 5 , 1 1 1 , 8 0 1 はシ リ コ ン基板、 1 0 6 . 4 0 3 , 4 0 5 は A J& 薄 8莫、 3 0 4 , 3 0 5 , 6 0 1 , 8 0 4 は A J2配線、 8 0 5 は ノ リ ヤメ タルである。

発明を実施するための最良の形態

本発明の第一の実施例を第 1 図 （ a ) 〜 （ e ) の図面 を用いて説明する。

第 1 図 （ a ) は、 本発明者が既に出願した D C — R F 結合方式のバイ アススパ ツ タ装置の概念図である （特願 昭 6 1 - 1 3 1 1 8 8号） 。

本装置の特徴は、 1 0 0 M H z の高周波電源 1 0 1 に よ っ てチ ャ ン バ 1 0 2内に導入された A r ガスを効率よ く 放電させ、 それによ り 発生した A r ⁺ イオンを A J2 の - タ ーゲ ッ 卜 1 0 3 にぶ け、 ターゲ ッ 卜 をスパ ッ タ す る。 スパッ タ によっ て飛び出した Α £原子ほ ウ ェハホル ダ 1 0 4上に設置されている シ リ コ ン ウ エノヽ 1 0 5表面 に飛来して吸着し、 A 薄膜 1 0 6 を成長させる。 ター ゲッ 卜の電位は直流電源 1 0 7 で任意の値に設定できる よう になつ てお り 、 実際には 5 0 0 〜 1 0 0 0 V に設定 するこ と によ り効率よ く タ一ゲッ トのスパ ッ タが行われ るよ う にしてある。 ま た ウエノ、ホルダの電位も直流電源 1 0 8 で設定できるよう になつ てお り 、 これを適当な負 の値に設定する こ と に よ り 成長する A J2 薄膜 1 0 ⁶ の 表面に A r イ オ ンを照射する こ とが可能になっ ている。 なお、 こ の装置の詳しい説明は、 特願昭 6 1 — 1 3 1 1 8 8 号および電子通信学会技術報告、 V o l . 8 6 , N o . 1 3 & , S S D 8 6 — 5 5 に述べられてレヽる。

この装置の特徴は、 A 成膜のプロセスを外部よ り、 高周波電源 1 0 1 および 2つの直流電源 1 0 7 . 1 0 8 によって精密にコ ン ト ロールできる こ と である。 すなわ ち、 高周波のパワーによっ てプラズマ中の A r イオンの 濃度を決め、 ターゲッ 卜-およびウェハを照射するイ オ ン のエネルギほそれぞれ直流電源でコ ン ト ロールするので ある。 その結果、 ウ ェハ上への A Jiの成膜速度、 および 成膜中の A r表面へ照射されるイ オ ンのエネルギおよび 総量をそれぞれ独立に設定でき る よ う に なつ たのであ る。

第 1 図 （ b ) は本実施例に用 たウ ェハの断面図であ り 、 金属配線形成に関 し た主要部分のみが描かれてい る。 1 1 1 は例えば n型シ リ コ ン ウ ェハであ り 、 比抵 _g 抗は例 え ば 5 〜 1 0 Ω c m であ る 。 ゥ ヱ 八裏面 1 1 2 に は n 型の不純物の濃度が例 え ば 1 X 1 0 ¹⁹ c m _ ³以 上の n + 層 1 1 3 が形成さ れて お り 、 そ の表面に は例 え ばタ ン グス テ ン シ リ サ イ ド層 （ W S i a ) 1 1 4 が約 0 . 0 5 〜 l ^ m程度の厚さ形成されている。 ま た ゥ ェ ハの表面に は S i 0 2 膜 1 1 5 が約 1 /I m設け られてい る。 1 1 6 の開口部は、 ウ ェハのスク ラ イ ブラ イ ンを示 してお り 、 こ の部分でスパ ッ タ された A J2 と シ リ コ ン基 板が接触 し、 A J2 薄膜の電位が、 基板シ リ コ ン と同電位 に保たれる。 さ ら に、 ウ ェハの電位は、 ゥ ヱハホルダよ り シ リ サイ ド層 1 1 4 を介して制御される。

こ の構造の ゥ ヱハを第 1 図 （ a ) に示したバイ アス . スパ ッ タ装置の ゥ ュハホルダ 1 0 4上に固定し、 A J2薄 膜の形成を行っ た。 こ め と き使用 した ウ ェハホルダは、 本発明者の発明に よ る ウ ェハ電位を任意に制御でき る静 電吸着方式の ウ ェハサセ ブタ である （ ウ ェハサセ ブタ装 置、 特願昭 6 1 - 1 3 1 1 8 8 号） 。

A J2薄膜の成膜の条件は、 例えば成膜速度が 5 0 0 0 AZ m i n であ り 、 成膜中の A J2表面を照射する A r ィ オ ン のエネ ルギが 4 0 V 、 そ して A r イ オ ン の照射量 は、 堆積 し た A 原子 1 個当 り 6 〜 8 個の A r が照射 さ れる よ う に高周波電源 1 0 1 お よ び 2 つ の直流電源 1 0 7 , 1 0 8 を調整 し た。 な お、 膜厚は、 約 1 . 2 mであ り 、 成膜中の ゥ ヱハホルダの温度は約 1 0 0 で である。 丄 。 以上の条件で作成 した A 薄膜表面のノ マ ルスキー 微分干渉顕微鏡写真を第 1 図 （ c ) , ( d ) に示す。

( c ) は成膜直後の表面であ り （ d ) は 4 0 0 'Cの熱処 理後の表面写真であるが、 熱プロセスの後でも ヒ ロ ッ ク が一切発生せず極めて平坦な表面の得られているのが分 る。 さらに、 成膜直後の表面も従来技術によ り形成した A - S i 膜表面 （第 2図 （ a ) ) に較べ非常に表面の 平坦性の増しているのが分かる。

この A J2薄膜に対し、 第 4図 （ b ) と同様の構造を作 成し、 その耐圧分布を測定した結果を第 1 図 （ e ) に示 す。 9 0 %以上のサンブルが 7 0 0 Vの耐圧を示してい る。 数％のサンブルで 6 5 0 Vの耐圧のサンブルがみら れるが、 これはヒ ロ ッ ク発生による ものではなく、 層間 絶緣膜厚に部分的に薄い部分が生じ、 これによ り耐圧が 5 0 V程度劣化したものである こ とが分っ た。 この結果 は熱処理の有無にかか らず、 ほとんど同じである。 以上説明 したよ う に、 本発明者の発明 に よ る D C — R F結合バイ ア ス * スパ ッ タ装置を用い、 成膜速度、 A 表面を照射する A r イ オ ンのエネルギおよび照射量 等をコ ン ト ロールする こ と に よ り熱処理を行っ ても、 ヒ ロ ッ クの発生しない、 ヒ ロ ッ ク フ リ ーの純 A J 配線を形 成する こ とが可能と なっ た。

このよ う な A 配線を用いて超高密度 L S I 配線を形 成すれば、 熱処理の有無にかかわらずヒ ロ V クが存在し ないため、 層間絶緑膜の耐圧が劣化する こ とがなく 、 信 _{1 J} 頼性、 歩留 り と も にす ぐれたサブミ ク ロ ンデザィ ンルー ルの L S I が実現でき る。

ヒ ロ ッ ク の発生は、 ゼロ である こ と が望ま しいが、 そ の大き さが素子の信頼性に悪影響を与えない程度に小さ ければ存在してもかまわない。 どの程度の大き さ ま での ヒ 口 ッ ク なら存在しても よいか調べた実験について述べ る。 第 4図 （ b ) と同様のキ ャ パシタ構造を有するサ ン ブルで、 上部電極 4 0 5 の大き さが 1 c m四方の大き な ものを用い、 2 つの電極 4 0 5 , 4 0 3 の間に絶緣耐圧 よ り十分低い 5 0 V の電圧を加え、 かつ温度を 1 0 0 で に上げた加速試験を行い、 破壊に至る までの平均寿命を 数多く のサンブルについて測定した と こ ろ、 以下のよ う な結果が得られた。 すなわち、 2 0 0 m四方の電極出 4 0 5 をもつサ ン ブルの耐厚分布が大き く ノ ラ ツイ てい る もの程、 平均寿命の短いこ と が分っ たのである。 こ の こ と は、 も つ と も高い ヒ ロ ッ ク の部分で層間絶緑膜の 信頼性が決められている こ と を意味する。 今、 耐圧のバ ラ ツキを表すパラメ タ と して、 耐圧分布における最も高 い値 V _b と最も低い値 V _b ' の比 V _b ， / V _b を と る も の とする。 例えば第 4図 （ a ) の分布では V _b ' / V _b = 1 ノ 7 であ り 、 第 4図 （ e ) の分布では V _b ' / V _b = 0 . 9 3 である。 実験の結果、 層間絶緣膜の平均寿命 と V _b ' / V _b の間には半定量的な関係のある こ と が見 出されたのである。 すなわち V _b ' / V _b の値が 0 . 5 以上で は、 寿命はほぼ一定であるが、 V _b ' / V _b = 1.2

0 4〜 0 . 5 を境と して急激に減少し、 V _b ' / V _b = 0 . 4以下でほ、 V _b ' / V _b 〉 0 . 5 のサンブルに く らべ寿命が 1 ケタ以上劣化する こ とが分つ た。 こ の関 係を定性的に示したものを第 5図に示す。 こ の図でたて 軸の平均寿命は V _b ' / V _b 1 のサ.ンブルの平均寿命 で規格化した値で示してある。 印加電圧、 温度等の加速 試験の条件をかえても、 略々同様の関係が得られる。 こ の原因はまだ明らかではないが、 大きなヒ ロ ックの存在 している部分では電界集中などの効果によ り 、 層間絶縁 膜のレ、わゆる time dependent breakdown 現象が促進さ れたものである と推察される。

従っ て、 層間絶縁膜の信頼性を十分高く保っためには V _b ' / V _b > を満た している こ とがどう しても必要 である。 すなわち、 （ 3 ) 式よ り

Hノ T < ··· ( 4 )

である こ とが要求される。

第 6図 （ a ) は、 配線幅と配線間隔がいずれも Wの金 属配線 6 0 1 上に、 厚さ Tの層間絶縁膜 6 0 2 を被服し た構造の断面を示してい.る。 配線間の領域が完全に絶緑 で埋め込まれるためには T≥ W / 2 でなけれけばならな い。 すなわち、 Tほ最も薄く ても T≥ W, 2程度は必要 である。 これを （ 4 ) 式に入れる と、

H Z W < .♦· ( 5 )

と なる。 すなわち ヒ ロ ッ クの高さは最小線幅の よ り高 く てはいけないのである。 丄 o

第 6 図 （ b ) は隣接配線間に ヒ ロ ッ クが丁度同じ位置 に出た場合を示しているが、 こ の場合の耐圧 V _b ' と ヒ ロ ッ ク のない隣接配線間の絶縁耐圧 V _b と の比は、

V _b ' / V _b = ( W - 2 H ) / W ··· ( 6 ) と あ らわされる。 配線間の層間絶縁膜の信頼性に関して も第 5 図 と 同様の関係が成 り たっ と 考え ら れるか ら、 V _b ' / V _b > ½である こ と が必要である。 （ 6 )· 式を 代入する と

Hノ Wく ½♦.· ( 7 )

と なる。

以上の考察よ り 、 ヒ ロ ッ クの高さ Hが最小の線幅の ½ よ り低ければ上下 2層の配線間の絶縁膜の信頼性、 およ び隣接配線間の絶縁膜の信頼性のいずれに対しても、 ヒ 口 ヅ クが存在しない場合に く らべほとんど劣化のないこ とが分る。 すなわち、 L S I の金属配線表面に最小線幅 の よ り大き な高さをもつヒ ロ ヅ ク を 1 つも生じさせな い こ とが高信頼性 L S I 配線を形成する必須の条件と な る。

本発明の第一の実施例でも明 らかなよ う に、 D C — R F結合型バイ ア ス ス パ ウ タ技術をつか う こ と に よ り ヒ ロ ッ ク発生の全く ない A 薄膜の形成が可能である （第 1 図 （ d ) ) 。 従っ て 1 . 0 m以下のデザイ ン ルール の L S I に付しても十分高い信頼性で配線を形成する こ とができ る。 しかも こ の方法で形成した純 A J2薄膜の抵 抗値は、 2 . 8 Ω c mであ り ノ ルクの抵抗値と ほぼ同 じ低い値を示している。 また第 7図に示すよ う に、 液体 窒素温度に冷却する こ と によ り約 1 Z 1 0 に抵抗が下が り 、 高速動作に対して非常に有利と なる。

第 8図 （ a ) は本究明の第 2の実施例を示す配線構造 の断面図を示すもので、 コ ンタク ト ホール部の構造を示 している。 8 0 1 は p シ リ コ ン基板、 8 0 2 は 11 ⁺ 拡 散層、 8 0 3 は絶緣膜である。 8 0 4 は第 1 図 （ a ) の ノ ィ ァススバ ヅ タ装置を用いて形成したヒ ロ ッ ク フ リ ー の純 A J£薄膜である。

8 0 5 は、 例えば W (タ ングステン） を約 5 0 0 A形 成したも の で、 熱工程に よ っ て、 A 原子が基板 S i ( 8 0 1 ) に拡散し n + 層 8 0 2 をシ ョ ー 卜 させる、 レ、 わゆる A J£のスパイ ク発生を防止するために設けられて いだパリ ヤメ タルである。

このよう なパリ ヤメタルは A 8 0 4中に拡散し、 合 金を形成する こ とはないので、 低温での A の抵抗が合 金散乱によって高く なるこ とはない。 第 8図 （ a ) では バリ ヤメタルは A 配線 8 0 4の下全面に設けられてい. るが、 これほ例えば同図 （ b ) の如く 、 コ ンタ ク ト ホー ル部のみに設けられていてもよい。 また同図 （ c ) のよ う にコ ンタク トホールを埋め込む形に形成されていても よい。

さ ら にノ リ ヤメ タルは W以外に、 T i Nの他いかなる 材料を用いてもよく 、 あるいは一切用いなく てもよい。 本発明の実施例で形成した純 A 薄膜は約 5 0 0 での熱 処理に対 して も A J£ と S i の界面は安定であ り 、 スパイ ク の発生は認め られなか っ た。

本発明の実施例では純 A 薄膜配線につい て のみ述べ たが、 他のいかなる金属薄膜、 例えば C u , W , M o , T i , A u , A g な どの材料に よ っ て も発明の効果が変 化する も の ではない。 ま た特に、 低温化に よ る抵抗の現 象を必要と しない場合は合金材料を用いて も よい こ と は レヽ ぅ ま でも ない。

発明の効果

本発明に よれば、 最小線幅が 1 m よ り 小なる金属配 線を有する半導体装置に おいて、 その高さが前記最小線 幅の ½に等しいか、 あるレヽはそれよ り 大なる ヒ ロ ッ ク が 金属配線表面に 1 つも存在しないので、 サブミ ク ロ ン L S I 製造上有害な、 ヒ ロ ッ ク発生のない半導体装置を提 供する こ と が可能と な り 、 そ の結果、 歩留 り 、 信頼性と も に優れた超高密度集積回路を提供す る こ と が可能に なっ た。

Claims

言青 求 の 範 图

( 1 ) 最小線幅が 1 mよ り小なる金属配線を有する 半導体装置において、 その高さが前記最小線幅の ½に等 しいか、 あるいはそれよ り大なる ヒ ロ ッ クが金属配線表 面に 1 つも存在しないこ とを特徴とする半導体装置。

( 2 ) 前記金属配線の主要部分が純金属よ り 形成され ている こ とを特徴とする前記特許請求の範 ffl第 1 項に記 載の半導体装置。

( 3 ) 前記金属配線の主要部分が純金属によ り形成さ れ、 配線と半導体基板との接続部においては、 前記純金 属と半導体基板との間に、 前記金属原子が半導体基板中 が拡散する こ とを防止するためのパリ ャ層が設けられて いる こ とを特徵とする前記特許請求の範函第 2項に記載 の半導体装置。