JPH03196632A - 半導体装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、特にアルミニウム系金属を
配線層に用いる半導体装置の開口部の構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の半導体装置は、半導体基板上に形成され
た絶縁膜に、素子あるいは下部配線層に達する開口部を
設けた後、アルミニウム系金属からなる上部配線層を形
成していた。下部配線層がシリコン基板あるいは多結晶
シリコンの場合、開口部におけるアルミニウム系金属と
下部配線層のシリコンとの間の合金化反応により上部配
線層と下部配線層との電気的接続を得ていたが、合金化
反応温度から温度が下降するに従って過飽和状態のシリ
コンが開口部に析出し、開口部における接続抵抗が上昇
し、時間の経過とともにさらに増大する傾向を有してい
た。また、上部配線層をアルミニウム系金属のみで形成
する場合、開口部における被覆性が不十分になることも
あるという問題もあった。

そのため、近年では、半導体基板上に形成された絶縁膜
に、素子あるいは下部配線層に達する開口部を設けた後
、減圧気相成長法により開口部内にタングステンを埋設
して平坦化し、その後、スバッタリング法によりアルミ
ニウム・シリコン合金を被着し、このアルミニウム・シ
リコン合金を所望の形状にバターニングして上部配線層
を形成していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した開口部にタングステンが埋設された半導体装置
の断面図を第３図に示す。シリコン基板１上のシリコン
酸化膜２に設けられた開口部はタングステン９で埋設さ
れ、シリコン酸化膜２上面に設けられたアルミニウム・
シリコン合金４からなる上部配線層は開口部に埋設され
たタングステン９を介してシリコン基板ｌと電気的に接
続している。

この場合、開口部におけるシリコンの析出は起らないが
、タングステンの固有抵抗はアルミニウム・シリコン合
金に比べて高いため、開口部における接続抵抗が低くな
らないという問題がある。

また、アルミニウム・シリコン合金４からなる上部配線
層と下部配線層となるシリコン基板１との間に電流が流
れるとき、この電流は必ず開口部に局所化しているアル
ミニウム・シリコン合金４とタングステン９との界面を
通過する。

このとき、例えば、直流電流がアルミニウム・シリコン
合金４からシリコン基板１の方向に流れる場合、電子は
逆にシリコン基板１からアルミニウム・シリコン合金４
の方向に流れる。この電子の流れにより、アルミニウム
・シリコン合金４とタングステン９との界面において、
アルミニウム・シリコン合金４のみが移動（いわゆるエ
レクトロ・マイグレーション）し、ついには、アルミニ
ウム・シリコン合金４とタングステン９との界面で断線
してしまうという欠点がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置は、アルミニウム系金属からなる上
部配線層が絶縁膜に設けられた開口部により下部配線層
に接続する半導体装置において、開口部の側面、底面に
接して存在するアルミニウム系金属からなる上部配線層
および側面、底面をアルミニウム系金属からなる上部配
線層により覆われた高融点金属系導電性膜により、開口
部が埋設されている。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の構造を実現するための
主要工程の断面図である。

まず、第１図（ａ）に示すように、素子が形成され、上
面が所望の開口部を有するシリコン酸化膜２により覆わ
れたシリコン基板１上に、モリブデンシリサイド３を０
．１μｍ程度、アルミニウム・シリコン合金４を１．０
μｍ程度の厚さに連続して堆積する。このとき、開口部
は、アルミニウム・シリコン合金４により完全には埋設
されない 次に、第１図（ｂ）に示すように、６弗化タングステン
と水素ガスを用いた減圧気相成長法により、開口部が完
全に埋め込まれ表面が平坦化されるまで、例えば１．０
μｍ程度、タングステン５を形成する。

次に、第１図（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜２の
上面に存在するアルミニウム・シリコン合金４の表面が
露出するまで、タングステン５をエッチバックする。

その後、第１図（ｄ）に示すように、通常のフォトリソ
グラフィ技術およびドライエツチング技術を用い、アル
ミニウム・シリコン合金４とモリブデンシリサイド３を
所望の形状にパターニングし、上部配線層を形成し、第
１の実施例の構造を得る。

本実施例におけるモリブデンシリサイド３の膜厚は薄い
ため、開口部がタングステンのみにより充填されている
場合のように高い値の接続抵抗にはならない。

また、モリブデンシリサイド３は開口部のみに存在する
のではなく、アルミニウム・シリコン合金４の全下面に
存在するため、エレクトロ・マイグレーションが開口部
に集中して発生することは避けられる。

このモリブデンシリサイド３の存在により、゛アルミニ
ウム・シリコン合金４とシリコン基板１中のシリコンと
の合金化反応に基ずくシリコン析出は起らない。

さらに、本実施例では、アルミニウム・シリコン合金４
の全下面にモリブデンシリサイド３が存在するなめ、ス
トレス・マイグレーションによる断線も起りにくくなる
。

第２図は本発明の第２の実施例の構造を実現するための
主要工程の断面図である。

まず、第２図（ａ）に示すように、シリコン基板１上に
形成されたシリコン酸化膜２上にアルミニウム・シリコ
ン合金６による下部配線層を形成し、眉間絶縁膜７を堆
積する。続いて、眉間絶縁膜７にアルミニウム・シリコ
ン合金６に達する開口部を形成し、スパッタリング法に
よるアルミニウム・シリコン合金４を被着する。

次に、第２図（ｂ）に示すように、６弗化タングステン
とシランガスを用いた減圧気相成長法により、開口部が
完全に埋め込まれ表面が平坦化されるまで、例えば１．
０μｍ程度、タングステンシリサイド８を形成する。

次に、第２図（ｃ）に示すように、眉間絶縁膜７の上面
に存在するアルミニウム・シリコン合金４上のタングス
テンシリサイド８の膜厚が５０〜２００ｎｍ程度となる
まで、タングステンシリサイド８をエッチバックする。

その後、第２図（ｄ）に示すように、通常のフォトリン
グラフィ技術およびドライエツチング技術を用い、タン
グステンシリサイド８とアルミニウム・シリコン合金４
とを所望の形状にパターニングし、上部配線層を形成し
、第２の実施例の構造を得る。

本実施例では、アルミニウム・シリコン合金４上にタン
グステンシリサイド８が残されているため、ストレス・
マイグレーションによる断線は起りにくくなる。

なお、第１．第２の実施例におけるアルミニウム・シリ
コン合金４の代りにアルミニウム、アルミニウム・シリ
コン・銅合金であってもよく、タングステン５．タング
ステンシリサイド８の代りに他の高融点金属、高融点金
属シリサイド７高融点金属窒化物でもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、アルミニウム系金属から
なる上部配線層が絶縁膜に設けられた開口部により下部
配線層に接続する半導体装置において、開口部の側面、
底面に接して存在するアルミニウム系金属からなる上部
配線層および側面。

底面をアルミニウム系金属からなる上部配線層により覆
われた高融点金属系導電性膜により開口部を埋設するこ
とにより、開口部における接続抵抗を従来の構造より低
くすることが可能となる。

また、高融点金属系導電性膜とアルミニウム系金属との
界面は存在するが、上部配線層と下部配線層との間に電
流が流れる場合、電流が必ず界面を横切るということが
無いため、従来のようなエレクトロ・マイグレーション
による開口部におけるアルミニウム系金属からなる上部
配線層の断線の発生は低下する。

の構造を実現するための主要工程の断面図、第２図（ａ
）〜（ｄ）は本発明の第２の実施例の構造を実現するた
めの主要工程の断面図、第３図は従来技術の断面図であ
る。

１・・・シリコン基板、２・・・シリコン酸化膜、３・
・・モリブデンシリサイド、４．６・・・アルミニウム
・シリコン合金、５．９・・・タングステン、７・・・
層間絶縁膜、８タングステンシリサイド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミニウム系金属からなる上部配線層が絶縁膜に設け
   られた開口部により下部配線層に接続する半導体装置に
   おいて、前記開口部の側面、底面に接して存在する前記
   アルミニウム系金属からなる上部配線層および側面、底
   面を前記アルミニウム系金属からなる上部配線層により
   覆われた高融点金属系導電性膜により、前記開口部が埋
   設されていることを特徴とする半導体装置。