JPH03239334A - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、集積回路装置等の半導体装置に関し、特に
シリサイド及びＡｎ又はＡｕ合金の積層からなる配線構
造の改良に関するものである。

［発明の概要コ この発明は、シソサイド層にＡｕ又はＡｊ２合金層を積
層して成る配線層において、Ａｎ又はＡｆ１合金層に他
のＡｎ又はへ□合金層を積層したことにより低抵抗で信
頼性の高い配線を実現したものである。

［従来の技術］ 従来、集積回路装置等の多層配線構造としては、第５図
に示すものが知られている。

第５図において、１０はシリコン等からなる半導体基板
であり、その表面の一部には導電型決定不純物を含む不
純物ドープ領域１２が形成されている。

基板ｌＯの表面には、不純物トープ領域１２の一部に対
応したコンタクト孔を有するＳ　ｉ　０２等の下地絶縁
膜１４が形成されると共に、この下地絶縁膜Ｊ４上には
、シリサイド層１６及びＡｒ２又はＡｕ合金層１８を順
次に積層して成る第１配線層Ｗ１が形成され、第１配線
層Ｗ１は、下地絶縁膜１４のコンタクト孔を介して不純
物ドープ領域工２の一部にオーミック接触している。

下地絶縁膜１４上には、第１配線層Ｗ、の一部に対応し
たコンタクト孔を有するＰＳＧ　（リンケイ酸ガラス）
等の層間絶縁膜２０が第１配線層Ｗ、をおおうように形
成されると共に、層間絶縁膜２０上には、八□又はＡ、
ｆ１合金等の第２配線層Ｗ２が形成され、第２配線層Ｗ
２は、層間絶縁膜２０のコンタクト孔を介して第１配線
層Ｗ１の一部にオーミック接触している。

配線層Ｗ、又はＷ２を形成するためのＡｆ１合金として
は、Ａｒ２にＳｉ、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属のうちの１又は
複数のものを混入したものが通常用いられる。

ＡＩｌ又はＡｆ１合金層１８の下層としてシリサイド層
１６を設けたのは、不純物ドープ領域１２に対するコン
タクト抵抗を低減するためである。すなわち、Ａｎ又は
Ａｌ合金層１８に固溶度以上にｓｌが含まれている場合
、配線形成後に導電性を向上させるためにあるいはその
他の目的で例えば３５０℃〜５５０℃て熱処理を行なう
と、コンタクト部に過剰シリコン塊Ｓ２．Ｓ３が析出し
、コンタクト抵抗を増大させてしまう。そこで、シリサ
イド層１６を設けておくと、過剰シリコン塊５２Ｓ３は
シリサイドＮＩ６とＡ、ｆｆ又はＡＪ２合金層工８との
境界部に形成されるようになり、Ａ４又はＡｕ合金層１
８はシリサイド層１６を介して低抵抗で不純物ドープ領
域１２と電気接続されるようになる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した従来技術によると、配線形成後の熱処理工程で
は、Ｓ２．３３等の過剰シリコン塊の他にも、Ｓ＋　、
Ｓ、ｉ等の大きな過剰シリコン塊がＡｌ又はＡ４２合金
層１８中に析出することが判明した。これは、シリサイ
ド層１５中の過剰シリコンに起因するものである。

Ｓ、、Ｓ、等の過剰シリコン塊が第２配線層Ｗ２とのコ
ンタクト部に析出すると、層間コンタクト抵抗が増大し
たり、層間コンタクトがとれなかったりする不都合があ
る。また、Ｓ、、Ｓ、等の過剰シリコン塊が第１配線層
Ｗ、の延長途中に析出すると、実効的な配線断面積が減
少するため配線抵抗が増大したり、電流密度が増大する
ためエレクトロマイグレーション耐性が劣化したりする
不都合がある。

この発明の目的は、上記のような不都合をなくし、低抵
抗で高信頼な配線を実現することにある。

［課題を解決するための手段コ この発明による半導体装置は、絶縁膜上に順次に積層さ
れたシリサイド層、第１の八２又はＡ２合金層及び第２
のＡｒ１又はＡｆｆ合金層の３層で配線層を構成したこ
とを特徴とするものである。

また、このような３層構造の配線層は、多層配線構造に
おいて、上下の配線層のうち下層配線層として用いるこ
ともできる。

［作用］ この発明の構成によると、シリサイド層からの過剰シリ
コンの析出は、第１のＡｒ２又はＡＪ２合金層内に限ら
れ、第２のＡｎ又はＡｊ２合金層には及ばない。従って
、第２のＡｌｌ又はＡＩ１合金層はそのまま配線の用を
なすので、第２のＡＡ又はＡｌ１合金層を設けなかった
場合に比べて配線抵抗を低減できると共にエレクトロマ
イグレーション耐性を向上させることができる。

また、上記したように３層構造の配線層を上下の配線層
のうちの下層配線層として用いると、上下の配線層のコ
ンタクト部では、過剰シリコンが析出しても第２のＡｒ
２又はＡｊ２合金層にまで及ばないので層間コンタクト
がふさがれることがなく、上層配線層は下層配線層の第
２のＡｎ又はＡ４２合金層と低抵抗でオーミック接触す
る。従って、眉間コンタクト不良の発生を回避できると
共にコンタクト抵抗を低減することができる。

［実施例コ 第１図乃至第４図は、この発明の一実施例による多層配
線形成工程を示すもので、各々の図に対応する工程（１
）〜（４）を順次に説明する。

（１）シリコン等の半導体基板１０の表面に不純物トー
プ領域１２及びＳ　ｉ　Ｏ２等の下地絶縁１］ｉ１４を
いずれも公知の方法で形成した後、ホトリソグラフィ技
術により領域１２の一部に対応したコンタクト孔１４ａ
を絶縁ＩＩ！　１４に形成する。そして、基板上面には
、例えばスパッタ法によりシリサイド層１６を被着する
。ここで、シリサイド層１６を構成するシリサイドとし
ては、ＷＳ　ｉ、、ＭｏＳ　ｉ、１等を用いることがで
きる。

（２）次に、基板上面には、例えばスパッタ法により第
１のＡｎ又はＡ、ｅ合金層１８Ａ及び第２のＡｌ、又は
Ａｕ合金層１８Ｂを順次に被着する。ここで、Ａｆ１合
金層を構成する合金材料としては、Ａｌ−３ｉ　　Ａｎ
−３ｉ−Ｃｕ、Ａｌ、−ＣｕＡｌｌ−Ｓｔ−Ｔｉ等を用
いることができる。また、スパッタリングは、層１８Ａ
の形成後−旦中断するが、その後真空を破ることなく同
一のスパッタ装置内で層１８Ｂを形成してもよいし、あ
るいは真空を破った後間−又は別のスパッタ装置で層１
８Ｂを形成してもよい。

（３）次に、シリサイド層１６、Ａｌ２又はＡｌ、合金
層１８Ａ及び１８Ｂの積層をホトリソグラフィ技術によ
り所望の配線パターンに従ってバターニングして第１配
線層Ｗ、を形成する。

（４）この後、基板上面には、第１配線層Ｗ１をおおっ
てＰＳＧ等の層間絶縁膜２０を気相堆積法等により形成
する。そして、第１配線層Ｗ、の一部に対応したコンタ
クト孔２０ａを絶縁１１！２０に形成した後、Ａｕ又は
Ａｌ２合金等の配線金属を基板上面にン皮着してからパ
ターニングすることにより第２配線層Ｗ２を形成する。

この結果、第２配線層Ｗ２は、コンタクト孔２０ａを介
して第１配線層ＷＩとオーミック接触するようになる。

この後、従来例に関して前述したように導電性向上等の
目的で熱処理を行なうと、Ｓ、〜Ｓ４°等の過剰シリコ
ン塊がＡｌ又はＡｕ合金層１８Ａ中に析出することがあ
るが、このような析出は層１８Ａ内に限られ、層１８Ｂ
には及ばない。

従って、第１及び第２配線層間のコンタクト抵抗は第５
図の場合に比べて低減されると共に、第１配線層の配線
抵抗も第５図の場合に比べてＡｎ又はＡｕ合金層１８Ｂ
による抵抗減少に対応して低減され、さらにはエレクト
ロマイグレーション耐性も向上する。

」二記のように過剰シリコンの析出が第２のＡｎ又はＡ
ｕ合金層１８Ｂにまで及ばないのは、次のようなメカニ
ズムによるものと推測される。すなわち、第６図に第１
配線層Ｗ、の拡大断面を示すようにＡｌ２又はＡ４２合
金層１８Ａ及び１８Ｂは互いに接する界面ＢＡにて各々
のグレイン境界Ｇａ及びＧｂが不連続になっており、シ
リサイド層１６から１１８Ａのグレイン境界Ｇａに沿っ
て生ずるシリコン析出は界面ＢＡで阻止されるものと考
えられる。

第７図は、この発明による上下配線層間の配線抵抗（こ
れにはコンタクト抵抗も含まれる）の低減効果を確認す
るために用いられる比較試料のコンタクト部配置を示す
もので、この比較試料では、下方の第１配線層Ｗ、及び
上方の第２配線層Ｗ２に関するコンタクト部Ｃ，，Ｃ２
・・・Ｃｎ−ＩＣｎが直列接続された形で基板上面に配
置され、コンタクト部ＣＩ及びＣｎにそれぞれ接続され
た端子Ｔ１及びＴ２の間の電気抵抗を測定するようにな
っている。上下配線層間のコンタクト抵抗（通称ビア抵
抗）は、数１０ｍΩと低いので、１個当りのビア抵抗と
してではなく、第７図に示すようにビアチェーン抵抗と
して測定するのが通常である。

比較に当っては、ＣＩ−Ｃｎの各コンタクト部が第８図
に示すような構成の比較試料Ｉと、０１〜ｃｏの各コン
タクト部が第９図に示すような構成の比較試料ＩＩとを
用意した。第８図において、１６Ａ、　１６Ｂはタング
ステンシリサイド層、１８はＡｌ１−Ｃｕ合金層、２０
は層間絶縁膜、Ｗ１Ｗ２は第１．第２配線層である。ま
た、第９図において、第８図と同様の符号は同様の部分
を示す一方、１６はタングステンシリサイド層、１８Ａ
。

１８ＢはＡｌ−Ｃｕ合金層を示す。

第８図の構成は、本件と同一出願人による先行特許出願
（特願平１−４２８４ｆｔ号）において、本件の発明と
同様な目的を達成するために提案したものである。また
、第９図の構成は、本件の発明に係るものである。

比較試料Ｉ及びＩＩについて、Ｃ１〜Ｃ０の各コンタク
ト部の平面寸法を１．０μｍＸ１．０μｍとし、Ｃ３〜
ｃ、の個数ｎを１００００とした場合、比較試料Ｉ及び
１１で測定された抵抗値はそれぞれ２０００Ω及び１８
００Ωであった。従って、コンタクト抵抗を含む配線抵
抗は、先行特許出願に係るものニ比べてこの発明に係る
ものの方が１０％低し）ことになる。

なお、上記実施例では、２層配線構造において下層配線
層にこの発明を適用したが、この発明は、これに限らす
、３層以上の多層配線構造において、２層目以上の配線
にも適用可能である。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、シリサイド層に第１
のＡｌ、又はＡｆ１合金層及び第２のＡｎ又はＡｕ合金
層を順次に積層して３層構造の配線層を構成し、シリサ
イド層からの過剰シリコンの析出が第２のＡＪ２又はＡ
ｌ合金層にまで及ばないようにしたので、低抵抗で高信
頼な配線を実現てきる効果が得られるものである。

その上、多層配線構造において、上下の配線層のうちの
下層配線層としてこの発明の３層構造の配線層を用いる
と、層間コンタクト不良の発生やコンタクト抵抗の増大
を防止できる付加的効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、この発明の一実施例による多層配
線形成工程を示す基板断面図、第５図は、従来の多層配
線構造の一例を示す基板断面図、 第６図は、第１配線層の拡大断面図、 第７図は、配線抵抗測定用の比較試料のコンタ１ ２ クト部配置を示す平面図、 第８図及び第９図は、比較試料Ｉ及びＩＩのコンタクト
部をそれぞれ示す断面図である。 １０・・・半導体基板、１２・・・不純物トープ領域、
１４・・・下地絶縁膜、１６・・・シリサイド層、１８
Ａ　、　１８Ｂ・・・第１．第２のＡｊ２又はＡｕ合金
層、２０・・・層間絶縁膜、ｗ、、ｗ２・・・第１．第
２配線層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁膜上に順次に積層されたシリサイド層、第１の
   Ａｌ又はＡｌ合金層及び第２のＡｌ又はＡｌ合金層を含
   む配線層をそなえたことを特徴とする半導体装置。 ２、多層配線構造を有する半導体装置において、該多層
   配線構造は、 （ａ）第１の絶縁膜と、 （ｂ）この第１の絶縁膜上に順次に積層されたシリサイ
   ド層、第１のＡｌ又はＡｌ合金層及び第２のＡｌ又はＡ
   ｌ合金層を含む第１の配線層と、（ｃ）この第１の配線
   層をおおって形成され、該第１の配線層の一部に対応し
   たコンタクト孔を有する第２の絶縁膜と、 （ｄ）この第２の絶縁膜上に形成され、前記コンタクト
   孔を介して前記第１の配線層の一部にオーミック接触す
   る第２の配線層と をそなえていることを特徴とする半導体装置。