JPH03250627A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH03250627A JPH03250627A JP30171190A JP30171190A JPH03250627A JP H03250627 A JPH03250627 A JP H03250627A JP 30171190 A JP30171190 A JP 30171190A JP 30171190 A JP30171190 A JP 30171190A JP H03250627 A JPH03250627 A JP H03250627A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
半導体装置及びその製造方法に係り、特に半導体集積回
路等に使用される金属配線の構造の改良に関し。
路等に使用される金属配線の構造の改良に関し。
金属配線のエレクトロマイグレーション耐性及びストレ
スマイグレーション耐性を一層高めて半導体装置の信頼
性を向上することを目的としチタン層上にチタンと銅を
含むアルミニウム合金層が積層されてなる２層構造の金
属配線を具備する半導体装置により構成する。
スマイグレーション耐性を一層高めて半導体装置の信頼
性を向上することを目的としチタン層上にチタンと銅を
含むアルミニウム合金層が積層されてなる２層構造の金
属配線を具備する半導体装置により構成する。
また、チタン層上にチタンと銅を含むアルミニウム合金
層を介して銅を含むアルミニウム合金層が積層されてな
る構造の金属配線を具備する半導体装置により構成する
。
層を介して銅を含むアルミニウム合金層が積層されてな
る構造の金属配線を具備する半導体装置により構成する
。
また、チタン層上に銅を含むアルミニウム合金層を堆積
した後熱処理し、前記チタン層と前記録を含むアルミニ
ウム合金層の境界に９反応によりチタン組成から銅を含
むアルミニウム合金組成に漸次遷移するチタンと銅を含
むアルミニウム合金層を形成する工程を有し、前記チタ
ン層と前記チタンと銅を含むアルミニウム合金層と前記
録を含むアルミニウム合金層とからなる金属配線を形成
する半導体装置の製造方法により構成する。
した後熱処理し、前記チタン層と前記録を含むアルミニ
ウム合金層の境界に９反応によりチタン組成から銅を含
むアルミニウム合金組成に漸次遷移するチタンと銅を含
むアルミニウム合金層を形成する工程を有し、前記チタ
ン層と前記チタンと銅を含むアルミニウム合金層と前記
録を含むアルミニウム合金層とからなる金属配線を形成
する半導体装置の製造方法により構成する。
本発明は半導体装置及びその製造方法に係り。
特に半導体集積回路等に使用される金属配線の構造の改
良に関する。
良に関する。
半導体集積回路装置の内部配線には、従来から低比抵抗
を有するアルミニウム単体若しくはアルミニウムを主成
分とする合金からなるいわゆるアルミニウム配線が多く
用いられる。
を有するアルミニウム単体若しくはアルミニウムを主成
分とする合金からなるいわゆるアルミニウム配線が多く
用いられる。
一方、半導体集積回路装置の高集積化を図るためには、
半導体素子の微細化たけてなく、」−記アルミニウム配
線の幅も１μｍ或いはそれ以下に微細化する必要かあり
、これに伴って、エレクトロマイグレーション及びスト
レスマイグレーションによる断線不良か多発するように
なってきており半導体集積回路等の信頼性を高めるため
にはマイグレーション耐性に優れたアルミニウム配線か
望まれている。
半導体素子の微細化たけてなく、」−記アルミニウム配
線の幅も１μｍ或いはそれ以下に微細化する必要かあり
、これに伴って、エレクトロマイグレーション及びスト
レスマイグレーションによる断線不良か多発するように
なってきており半導体集積回路等の信頼性を高めるため
にはマイグレーション耐性に優れたアルミニウム配線か
望まれている。
エレクトロマイグレーション耐性及びストレスマイグレ
ーション耐性を向上する方法として、アルミニウム（Ａ
Ｉ）を主成分としこれに銅（Ｃｕ）とチタン（Ｔｉ）を
添加したＡ１合金を配線に用いる方法か提案されている
。このＡ１合金においては、配線層をスパッタリングで
形成した際、ＴＩの作用によりＡＩの結晶粒か小さく抑
えられ、且つその結晶粒界をＣｕが埋めることによって
微細配線形成時におけるマイグレーション耐性か向上す
る（時開昭和６２１１４２４１参照）。
ーション耐性を向上する方法として、アルミニウム（Ａ
Ｉ）を主成分としこれに銅（Ｃｕ）とチタン（Ｔｉ）を
添加したＡ１合金を配線に用いる方法か提案されている
。このＡ１合金においては、配線層をスパッタリングで
形成した際、ＴＩの作用によりＡＩの結晶粒か小さく抑
えられ、且つその結晶粒界をＣｕが埋めることによって
微細配線形成時におけるマイグレーション耐性か向上す
る（時開昭和６２１１４２４１参照）。
しかし、この方法には以下゛に示すような問題点かある
ことか見出された。
ことか見出された。
（１） ２００°Ｃ以上の高温放置でストレスマイク
レージョンによる断線不良か生じ易くなる。第３図はこ
の断線不良の発生状況を、配線幅Ｄ、８μｍ、配線厚さ
Ｄ、７μｍ、配線長１５ｍの特別な試験用試料について
行った加速試験における放置温度をパラメータにした放
置時間に対するストレスマイクレージョン断線不良率の
関係図で、この図から２００ ’Ｃｐｌ上の高温放置に
おいて断線不良か急激に増加することがわかる。
レージョンによる断線不良か生じ易くなる。第３図はこ
の断線不良の発生状況を、配線幅Ｄ、８μｍ、配線厚さ
Ｄ、７μｍ、配線長１５ｍの特別な試験用試料について
行った加速試験における放置温度をパラメータにした放
置時間に対するストレスマイクレージョン断線不良率の
関係図で、この図から２００ ’Ｃｐｌ上の高温放置に
おいて断線不良か急激に増加することがわかる。
（２）配線幅か広い配線でエレクトロマイクし−ノヨン
による断線か生じ易くなる。第４図は純ＡＩ配線とＡｔ
−０，１％Ｃｕ−０，１５％ＴＩ合金配線で配線幅を１
μｍから８μｍまで変化させた時のエレクトロマイグレ
ーション加速試験における平均寿命を同じ配線幅の純Ａ
Ｉ配線の平均寿命に対する比率で示したものである。試
験条件は放置温度２００ ’Ｃ電流密度３ Ｘ １０
’Ａ／ｃｍ２である。この図の結果から配線幅が１〜４
μｍの時Ａｌ−０，１％Ｃｕ−０，１５％Ｔ合金配線は
純ＡＩ配線に比へて５０倍以上の寿命を持つか、配線幅
か８μｍの時は純ＡＩより寿命か短くなることかわかる
。
による断線か生じ易くなる。第４図は純ＡＩ配線とＡｔ
−０，１％Ｃｕ−０，１５％ＴＩ合金配線で配線幅を１
μｍから８μｍまで変化させた時のエレクトロマイグレ
ーション加速試験における平均寿命を同じ配線幅の純Ａ
Ｉ配線の平均寿命に対する比率で示したものである。試
験条件は放置温度２００ ’Ｃ電流密度３ Ｘ １０
’Ａ／ｃｍ２である。この図の結果から配線幅が１〜４
μｍの時Ａｌ−０，１％Ｃｕ−０，１５％Ｔ合金配線は
純ＡＩ配線に比へて５０倍以上の寿命を持つか、配線幅
か８μｍの時は純ＡＩより寿命か短くなることかわかる
。
上記のようにエレクトロマイグレーション耐性やストレ
スマイグレーション耐性かあるといわれているＡｔ−０
，１％Ｃｕ−０，１５％ＴＩ合金も、この合金層単層の
みて配線を構成した際には、２００°Ｃ以上の高温放置
でストレスマイグレーションによる断線不良が発生し易
くなり、且つ破線幅か広い配線てはエレクトロマイグレ
ーションによる断線も生し易くなるという問題があった
。
スマイグレーション耐性かあるといわれているＡｔ−０
，１％Ｃｕ−０，１５％ＴＩ合金も、この合金層単層の
みて配線を構成した際には、２００°Ｃ以上の高温放置
でストレスマイグレーションによる断線不良が発生し易
くなり、且つ破線幅か広い配線てはエレクトロマイグレ
ーションによる断線も生し易くなるという問題があった
。
そこで本発明は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層を主たる導電
層として用いて従来よりエレクトロマイクレージョン耐
性及びストレスマイグレーション耐性に優れた金属配線
及びその製造方法を提供し、半導体装置の信頼性を向上
することを目的とする。
層として用いて従来よりエレクトロマイクレージョン耐
性及びストレスマイグレーション耐性に優れた金属配線
及びその製造方法を提供し、半導体装置の信頼性を向上
することを目的とする。
上記課題は、チタン層１．３Ａ上にチタンと銅を含むア
ルミニウム合金層１３Ｂか積層されてなる２層構造の金
属配線１３Ｓ、 １３Ｄを具備する半導体装置によって
解決される。
ルミニウム合金層１３Ｂか積層されてなる２層構造の金
属配線１３Ｓ、 １３Ｄを具備する半導体装置によって
解決される。
また、チタン層１７上にチタンと銅を含むアルミニウム
合金層１９を介して銅を含むアルミニウム合金層１８か
積層されてなる構造の金属配線２０を具備する半導体装
置によって解決される。
合金層１９を介して銅を含むアルミニウム合金層１８か
積層されてなる構造の金属配線２０を具備する半導体装
置によって解決される。
また、チタン層エフ上に銅を含むアルミニウム合金層１
８を堆積した後熱処理し、前記チタン層１７と前記銅を
含むアルミニウム合金層Ｉ８の境界に１反応によりチタ
ン組成から銅を含むアルミニウム合金組成に漸次遷移す
るチタンと銅を含むアルミニウム合金層１９を形成する
工程を有し、前記チタン層１７と前記チタンと銅を含む
アルミニウム合金層１９と前記銅を含むアルミニウム合
金層１８とからなる金属配線２０を形成する半導体装置
の製造方法によって解決される。
８を堆積した後熱処理し、前記チタン層１７と前記銅を
含むアルミニウム合金層Ｉ８の境界に１反応によりチタ
ン組成から銅を含むアルミニウム合金組成に漸次遷移す
るチタンと銅を含むアルミニウム合金層１９を形成する
工程を有し、前記チタン層１７と前記チタンと銅を含む
アルミニウム合金層１９と前記銅を含むアルミニウム合
金層１８とからなる金属配線２０を形成する半導体装置
の製造方法によって解決される。
第１表にＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金単層構造の配線、及びＴ
ｉ層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層か積層されてなる２層構
造の配線のストレスマイグレーション試験の結果を示す
。試験条件は、放置温度１５０°Ｃ，２００°Ｃ１２５
０°Ｃ９配線幅Ｄ、８μｍ、配線厚さＤ、７μｍ、配線
長１５ｍである。また、Ｔ１層の厚さは２００〜３００
人程度である。
ｉ層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層か積層されてなる２層構
造の配線のストレスマイグレーション試験の結果を示す
。試験条件は、放置温度１５０°Ｃ，２００°Ｃ１２５
０°Ｃ９配線幅Ｄ、８μｍ、配線厚さＤ、７μｍ、配線
長１５ｍである。また、Ｔ１層の厚さは２００〜３００
人程度である。
この表に示されるように、Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金単層配
線の場合は放置温度か２００°Ｃ以上でかなりの断線不
良か発生しているのに対して、１１層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔ
ｉ合金層の積層配線においては２００°Ｃ以上の放置温
度でも断線不良は発生していない。このことはストレス
マイグレーション耐性が大幅に向上したことを示してい
る。
線の場合は放置温度か２００°Ｃ以上でかなりの断線不
良か発生しているのに対して、１１層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔ
ｉ合金層の積層配線においては２００°Ｃ以上の放置温
度でも断線不良は発生していない。このことはストレス
マイグレーション耐性が大幅に向上したことを示してい
る。
第１表
放置温度 Ｔｉ層 累計不良率（％）（’Ｃ）
３６０時間放置 ２０００時間放置１５０
有 ００ １５０ 無 １．２ １２．
０２００ 有 ００ ２００ 無 ７．７ ２３．
６２５０ 有 ００ ２５０ 無 ５０以上 ５０以−Ｆまた。
３６０時間放置 ２０００時間放置１５０
有 ００ １５０ 無 １．２ １２．
０２００ 有 ００ ２００ 無 ７．７ ２３．
６２５０ 有 ００ ２５０ 無 ５０以上 ５０以−Ｆまた。
第２表はエレクトロマイグレーションによる平均寿命と
配線幅との関係を、従来のＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金単層配
線と１本発明に係るＴｉ層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層と
の積層構造を有する金属配線について示したエレクトロ
マイグレーション試験の結果である。
配線幅との関係を、従来のＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金単層配
線と１本発明に係るＴｉ層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層と
の積層構造を有する金属配線について示したエレクトロ
マイグレーション試験の結果である。
この表によると配線幅か２μｍの場合はエレクトロマイ
グレーション寿命は両者間で大きな相違はないか、配線
幅が８μｍの場合、従来のＡｌ−ＣｕＴｉ合金単層配線
では大幅な平均寿命の低下か生ずるのに対して１本発明
に係るＴ１層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層との積層構造配
線においては全熱平均寿命の低下を生じない。
グレーション寿命は両者間で大きな相違はないか、配線
幅が８μｍの場合、従来のＡｌ−ＣｕＴｉ合金単層配線
では大幅な平均寿命の低下か生ずるのに対して１本発明
に係るＴ１層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層との積層構造配
線においては全熱平均寿命の低下を生じない。
第２表
配線幅 Ｔｉ層 試験温度
（μｍ） （’Ｃ）
２ 有 ２５０
２ 無 ２５０
８ 有 ２５０
８ 無 ２５０
電流密度 平均寿命
（Ａ／ｃｒｎ−２） （）Ｉ）
２ Ｘ １０’ ３０００
２ Ｘ １０’ ２５００
２ Ｘ １．０’ ４０００
２Ｘ］０’ ７０
このことはＴｉ層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層との積層構
造にすることによってエレクトロマイグレーション耐性
が大幅に向上したことを示している。
造にすることによってエレクトロマイグレーション耐性
が大幅に向上したことを示している。
以上の試験結果に基づいて本発明においては。
金属配線をＴｉ層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層との積層構
造により構成し、これによって従来のＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ
合金単層構造の配線に比へて、ストレスマイグレーショ
ン耐性及びエレクトロマイグレーション耐性を大幅に改
善し、半導体装置の信頼性を一層向上するものである。
造により構成し、これによって従来のＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ
合金単層構造の配線に比へて、ストレスマイグレーショ
ン耐性及びエレクトロマイグレーション耐性を大幅に改
善し、半導体装置の信頼性を一層向上するものである。
なお、上記試験試料におけるＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層は
Ａｌ−０，１％Ｃｕ−０，１５％Ｔｉの組成を有する。
Ａｌ−０，１％Ｃｕ−０，１５％Ｔｉの組成を有する。
さらに、Ｔ１層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層との積層構造
に代えて、 Ｔｉ層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層とＡｌ−
Ｃｕ合金層かこの順に積層された積層構造にしても、ス
トレスマイグレーション耐性及びエレクトロマイグレー
ション耐性が改良できることか示される。
に代えて、 Ｔｉ層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層とＡｌ−
Ｃｕ合金層かこの順に積層された積層構造にしても、ス
トレスマイグレーション耐性及びエレクトロマイグレー
ション耐性が改良できることか示される。
このような構造は、Ｔｉ層上にＡｌ−Ｃｕ合金層を堆積
した後熱処理し、Ｔｉ層とＡＩ −Ｃｕ合金層の境界に
拡散により、Ｔｉ組成からＡＩ −Ｃｕ組成に漸次遷移
するＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層を形成することにより実現
することができる。
した後熱処理し、Ｔｉ層とＡＩ −Ｃｕ合金層の境界に
拡散により、Ｔｉ組成からＡＩ −Ｃｕ組成に漸次遷移
するＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層を形成することにより実現
することができる。
〔実施例〕
以下２本発明の一実施例について、第１図を参照して具
体的に説明する。
体的に説明する。
第１図は本発明に係るＴｉ層とＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層
との２層構造を有する金属配線を、半導体基板と接続す
る下層の配線と、下層の配線に接続する上層の配線とに
用いたＭＯ３型半導体装置の一実施例である。
との２層構造を有する金属配線を、半導体基板と接続す
る下層の配線と、下層の配線に接続する上層の配線とに
用いたＭＯ３型半導体装置の一実施例である。
図において。
ｌは例えばｐ−型シリコン（Ｓｌ）基板。
２は素子形成領域。
３はフィールド酸化膜。
４よｐ型チャネルストッパ。
５はゲート酸化膜。
６まポリＳｉ等からなるゲート電極。
７はｎ＋＋ソース領域。
８はｎ＋型トドレイン領域
９よ不純物ブロック用酸化膜。
１０は燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）等からなる厚さ８０００
人程度０第１の層間絶縁膜。
人程度０第１の層間絶縁膜。
１１Ａ、 ＩＩＢは第１のコンタクト窓。
１２は厚さ２００人程０のＴｉコンタクト層１２Ａと厚
さ１０００人程度０窒化チタン（ＴｉＮ）バリア層１２
Ｂとからなるバリアメタル層。
さ１０００人程度０窒化チタン（ＴｉＮ）バリア層１２
Ｂとからなるバリアメタル層。
１３は下層配線。
１３Ｓは厚さ２５０人程０のＴｉ層と厚さ５０００人程
度０Ａｌ−０，１％Ｃｕ−０，１，５％Ｔｉ組成を有す
るＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３Ｂとからなる２層構造の
ソース配線１３０は同じ＜Ｔｉ層１３ＡとＡｌ−Ｃｕ−
Ｔｉ合金層１３Ｂとからなる２層構造のドレイン配線。
度０Ａｌ−０，１％Ｃｕ−０，１，５％Ｔｉ組成を有す
るＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３Ｂとからなる２層構造の
ソース配線１３０は同じ＜Ｔｉ層１３ＡとＡｌ−Ｃｕ−
Ｔｉ合金層１３Ｂとからなる２層構造のドレイン配線。
１４はＰＳＧ等からなる厚さ８０００人程度０第２の層
間絶縁膜。
間絶縁膜。
Ｉ５は配線コンタクト窓。
１６は厚さ２５０人程０のＴｉ層１６Ａと厚さ５０００
人程度０Ａｌ−０，１％Ｃｕ−０，１５％Ｔｉ組成を有
するＡＩ −Ｃｕ−Ｔｉ合金層１６Ｂとからなる２層構
造の上層配線を表す。
人程度０Ａｌ−０，１％Ｃｕ−０，１５％Ｔｉ組成を有
するＡＩ −Ｃｕ−Ｔｉ合金層１６Ｂとからなる２層構
造の上層配線を表す。
この実施例に示すように本発明に係る金属配線を用いて
Ｓｉ基板１（詳しくはソース領域７及びドレイン領域８
）にコンタクトする下層のソース配線１３Ｓ及びドレイ
ン配線１３Ｄを形成するに際しては、配線内への８１の
吸い上げによるソース・ドしイン接合の破壊を防止する
ために、コンタクト部に図示のように１例えばＴ１コン
タクト層１２ＡとＴｉＮバリ７層１２Ｂとからなる周知
のバリアメタル層１２を介在せしめることか望ましい。
Ｓｉ基板１（詳しくはソース領域７及びドレイン領域８
）にコンタクトする下層のソース配線１３Ｓ及びドレイ
ン配線１３Ｄを形成するに際しては、配線内への８１の
吸い上げによるソース・ドしイン接合の破壊を防止する
ために、コンタクト部に図示のように１例えばＴ１コン
タクト層１２ＡとＴｉＮバリ７層１２Ｂとからなる周知
のバリアメタル層１２を介在せしめることか望ましい。
また配線同士の層間接続においては、上記バリアメタル
層の必要はなく図示のように９層間絶縁膜１４の配線コ
ンタクト窓１５を介し、下層配線１３をなす例えはｌ・
レイン配線１３ＤのＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３Ｂ上に
上層配線１６のＴｉ層１６Ａを直に接触せしめればよい
。
層の必要はなく図示のように９層間絶縁膜１４の配線コ
ンタクト窓１５を介し、下層配線１３をなす例えはｌ・
レイン配線１３ＤのＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３Ｂ上に
上層配線１６のＴｉ層１６Ａを直に接触せしめればよい
。
上記実施例に示す半導体装置は２例えば次の様な方法に
より形成される。
より形成される。
即ち２通常のＭＯＳプロセスに従ってｐ−型Ｓ１基板１
にフィールド酸化膜３及びｐ型チャネルストッパ４によ
って画定された素子形成領域２に。
にフィールド酸化膜３及びｐ型チャネルストッパ４によ
って画定された素子形成領域２に。
ゲート酸化膜５．ゲート電極６． ｎ“型ソース領域
７． ｎ”型ドレイン領域８からなるＭＯＳトランジ
スタを形成した後、このトランジスタの８１１表面上に
熱酸化等により不純物ブロック用酸化膜９を形成し１次
いで基板上にＣＶＤ法によりＰＳＧ等からなる第１の層
間絶縁膜１０を形成し、この層間絶縁膜１０に通常のフ
ォトリソグラフィによりソース領域７及びドレイン領域
８を表出するコンタクト窓１１Ａ及びＩＩＢを形成する
。
７． ｎ”型ドレイン領域８からなるＭＯＳトランジ
スタを形成した後、このトランジスタの８１１表面上に
熱酸化等により不純物ブロック用酸化膜９を形成し１次
いで基板上にＣＶＤ法によりＰＳＧ等からなる第１の層
間絶縁膜１０を形成し、この層間絶縁膜１０に通常のフ
ォトリソグラフィによりソース領域７及びドレイン領域
８を表出するコンタクト窓１１Ａ及びＩＩＢを形成する
。
次いて上記コンタクト窓１１Ａ及びＩＩＢの内面を含む
第１の層間絶縁膜１０上に、アルゴンスパッタ法によっ
てＴｉコンタクト層１２Ａを形成し１次いてリアクティ
ブスパッタ法によりＴｉＮ８９７層１２Ｂを形成する。
第１の層間絶縁膜１０上に、アルゴンスパッタ法によっ
てＴｉコンタクト層１２Ａを形成し１次いてリアクティ
ブスパッタ法によりＴｉＮ８９７層１２Ｂを形成する。
これらはバリアメタル層１２になる。
次いで上記バリアメタル層１２の形成に引き続いて、上
記ＴｉＮ８９７層１２Ｂ上にアルゴンスパッタ法により
ソース及びドレイン配線の一部になるＴｉ層１３Ａを形
成し９次いで同じくアルゴンスパッタ法により上記配線
の残部になるＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３Ｂを形成し、
エツチング手段に塩素（ＣＩ）系のカスによるリアクテ
ィブイオンエツチング法を用いる通常のフォトリソグラ
フィにより、上記Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３Ｂ、 Ｔ
ｉ層１３Ａ、 ＴｉＮ８９７層１２Ｂ、 Ｔｉコンタク
ト層１２Ａを連続してパターニングし、下部に ＴｉＮ
８９７層１２ＢとＴｉコンタクト層１２Ａからなるバリ
アメタル層１２を有し、このバリアメタル層１２を介し
てソース領域７及びドレイン領域８に接続するＴｉ層１
３Ａ、 Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３Ｂの積層構造を
有するソース配線１３Ｓ及びドレイン配線１３Ｄを形成
する。
記ＴｉＮ８９７層１２Ｂ上にアルゴンスパッタ法により
ソース及びドレイン配線の一部になるＴｉ層１３Ａを形
成し９次いで同じくアルゴンスパッタ法により上記配線
の残部になるＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３Ｂを形成し、
エツチング手段に塩素（ＣＩ）系のカスによるリアクテ
ィブイオンエツチング法を用いる通常のフォトリソグラ
フィにより、上記Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３Ｂ、 Ｔ
ｉ層１３Ａ、 ＴｉＮ８９７層１２Ｂ、 Ｔｉコンタク
ト層１２Ａを連続してパターニングし、下部に ＴｉＮ
８９７層１２ＢとＴｉコンタクト層１２Ａからなるバリ
アメタル層１２を有し、このバリアメタル層１２を介し
てソース領域７及びドレイン領域８に接続するＴｉ層１
３Ａ、 Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３Ｂの積層構造を
有するソース配線１３Ｓ及びドレイン配線１３Ｄを形成
する。
次いで上記ソース配線１３ｓ及びドレイン配線１３Ｄの
形成面上にＣＶＤ法によりＰＳＧ等からなる第２の層間
絶縁膜１４を形成し７通常のフォトリソグラフィにより
配線コンタクト窓１５を形成した後。
形成面上にＣＶＤ法によりＰＳＧ等からなる第２の層間
絶縁膜１４を形成し７通常のフォトリソグラフィにより
配線コンタクト窓１５を形成した後。
この配線コンタクト窓１５の内面を含む第２の層間絶縁
膜１４上にアルゴンスパッタ法により上層配線の一部に
なる７１層１６Ａと残部になるＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層
１６Ｂを形成し、エツチング手段にＣ１系のガスによる
リアクティブイオンエツチング法を用いる通常のフォト
リソグラフィにより上記Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１６Ｂ
、 ７１層１６Ａを連続してバターニングし。
膜１４上にアルゴンスパッタ法により上層配線の一部に
なる７１層１６Ａと残部になるＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層
１６Ｂを形成し、エツチング手段にＣ１系のガスによる
リアクティブイオンエツチング法を用いる通常のフォト
リソグラフィにより上記Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１６Ｂ
、 ７１層１６Ａを連続してバターニングし。
第２の層間絶縁膜１４の配線コンタクト窓１５を介し。
下層配線１３をなす例えばドレイン配線１３ＤのＡｌ−
Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３Ｂ上に、７１層１６Ａを直に接触
させて接続するＴｉ＃１６ＡとＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層
１６Ｂとの積層構造を有する上層配線１６を形成する。
Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３Ｂ上に、７１層１６Ａを直に接触
させて接続するＴｉ＃１６ＡとＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層
１６Ｂとの積層構造を有する上層配線１６を形成する。
このような方法により形成される上記一実施例に係る金
属配線においては、前述した試験結果に示されるように
、下層のＴＩ層１３Ａ、 １．６Ａの機能により主た
る導電層である上層のＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１．３Ｂ
、 １６Ｂに発生するストレスマイグレーションやエレ
クトロマイグレーションによる断線は防止される。
属配線においては、前述した試験結果に示されるように
、下層のＴＩ層１３Ａ、 １．６Ａの機能により主た
る導電層である上層のＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１．３Ｂ
、 １６Ｂに発生するストレスマイグレーションやエレ
クトロマイグレーションによる断線は防止される。
なお、Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層のＣｕ及びＴｉの含有率
は。
は。
上記実施例の値に限られるものではない。
第２図（ａ）〜（ｅ）は他の実施例を示す工程順断面図
であり、以下、これらの図を参照しながら。
であり、以下、これらの図を参照しながら。
Ｓｉ基板に金属配線を形成する工程を説明する。
第２図（ａ）参照
Ｓｉ基板１上にＣＶＤ法によりＰＳＧ等からなる厚さ８
０００人の層間絶縁膜ｌＯを形成し、この層間絶縁膜１
０に通常のフォトリソグラフィによりＳ】基板ｌに接続
する配線を形成する領域を表出するコンタクト窓１１を
形成する。
０００人の層間絶縁膜ｌＯを形成し、この層間絶縁膜１
０に通常のフォトリソグラフィによりＳ】基板ｌに接続
する配線を形成する領域を表出するコンタクト窓１１を
形成する。
第２図（ｂ）参照
上記コンタクト窓１１の内面を含む眉間絶縁膜１０上に
、アルゴンスパッタ法によって厚さ２００人のＴｉコン
タクト層！２Ａを形成し１次いでリアクティブスパッタ
法により厚さ１０００人のＴｉＮ８９７層１２Ｂを形成
する。これらはバリアメタル層１２になる。
、アルゴンスパッタ法によって厚さ２００人のＴｉコン
タクト層！２Ａを形成し１次いでリアクティブスパッタ
法により厚さ１０００人のＴｉＮ８９７層１２Ｂを形成
する。これらはバリアメタル層１２になる。
第２図（ｃ）参照
上記ＴｉＮ８９７層１２Ｂ上にアルゴンスパッタ法によ
り配線の一部になる厚さ５００人のＴｉ層１７を形成し
９次いで同じくアルゴンスパッタ法により上記配線の残
部になる０、１％Ｃｕを含むＡＩ −Ｃｕ合金層１８を
５０００〜１００００人の厚さに形成する。
り配線の一部になる厚さ５００人のＴｉ層１７を形成し
９次いで同じくアルゴンスパッタ法により上記配線の残
部になる０、１％Ｃｕを含むＡＩ −Ｃｕ合金層１８を
５０００〜１００００人の厚さに形成する。
第２図（ｄ）参照
窒素雰囲気または窒素と水素の混合雰囲気中で４５０°
Ｃ９３０分の熱処理を行う。この熱処理はＡｌ−Ｃｕ合
金層１８に悪影響がでないように５００°Ｃ以下で行う
必要がある。
Ｃ９３０分の熱処理を行う。この熱処理はＡｌ−Ｃｕ合
金層１８に悪影響がでないように５００°Ｃ以下で行う
必要がある。
この熱処理によりＴｉＪｉｆ１７とＡｌ−Ｃｕ合金層１
８の境界において相互拡散が生じ、Ｔｉ組成からＡＩ
−Ｃｕ合金組成に漸次遷移するＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層
１９が形成される。
８の境界において相互拡散が生じ、Ｔｉ組成からＡＩ
−Ｃｕ合金組成に漸次遷移するＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層
１９が形成される。
第２図（ｅ）参照
塩素系のガスによるリアクティブイオンエツチング法を
用いる通常のフォトリソグラフィにより上記ＡＩ −Ｃ
ｕ合金層１８． Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１９． Ｔｉ
層１７、 ＴｉＮバリア層１２Ｂ、 Ｔｉ コンタクト
層１２Ａを連続してパターニングし、下部にＴ１コンタ
クト層１２Ａ、 ＴｉＮバリア層１２Ｂとからなるバリ
アメタル層１２を有し、このバリアメタル層１２の上に
Ｔｉ層１７． Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１９． Ａｌ−
Ｃｕ合金層１８とからなる積層構造を有する金属配線２
０を形成する。
用いる通常のフォトリソグラフィにより上記ＡＩ −Ｃ
ｕ合金層１８． Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１９． Ｔｉ
層１７、 ＴｉＮバリア層１２Ｂ、 Ｔｉ コンタクト
層１２Ａを連続してパターニングし、下部にＴ１コンタ
クト層１２Ａ、 ＴｉＮバリア層１２Ｂとからなるバリ
アメタル層１２を有し、このバリアメタル層１２の上に
Ｔｉ層１７． Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１９． Ａｌ−
Ｃｕ合金層１８とからなる積層構造を有する金属配線２
０を形成する。
かくして、ＳＬ基板ｊに接続する金属配線か実現する。
なお、この金属配線を下層配線とし、その上に上層配線
を形成する場合は、バリアメタル層の必要はなく、下層
の配線上に１例えばＰＳＧ膜の第２の層間絶縁膜を形成
し、配線コンタクト窓を開口した後、下層配線上に直に
Ｔｉ層１７． ＡＩ −Ｃｕ−Ｔｉ合金層１９． Ａ
ｌ−Ｃｕ合金層１８とからなる積層構造を有する上層配
線を、上記の方法により形成すれはよい。
を形成する場合は、バリアメタル層の必要はなく、下層
の配線上に１例えばＰＳＧ膜の第２の層間絶縁膜を形成
し、配線コンタクト窓を開口した後、下層配線上に直に
Ｔｉ層１７． ＡＩ −Ｃｕ−Ｔｉ合金層１９． Ａ
ｌ−Ｃｕ合金層１８とからなる積層構造を有する上層配
線を、上記の方法により形成すれはよい。
このような方法により形成される金属配線においても、
下層のＴ１層１７．中間層のＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１
９の機能により、主たる導電層である上層のＡｌ−Ｃｕ
合金層２０に発生するストレスマイグレーションやエレ
クトロマイグレーションによる断線は防止される。
下層のＴ１層１７．中間層のＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１
９の機能により、主たる導電層である上層のＡｌ−Ｃｕ
合金層２０に発生するストレスマイグレーションやエレ
クトロマイグレーションによる断線は防止される。
なお、Ａｌ−Ｃｕ合金層１８のＣｕの含有率は、上記実
施例に示した値Ｄ、１％に限られるものではない。
施例に示した値Ｄ、１％に限られるものではない。
以上説明のように本発明によれば、半導体装置か具備す
る金属配線のストレスマイグレーションやエレクトロマ
イグレーションによる断線か防止されるので、半導体集
積回路等の信頼性を向上することかできる。
る金属配線のストレスマイグレーションやエレクトロマ
イグレーションによる断線か防止されるので、半導体集
積回路等の信頼性を向上することかできる。
第１図は本発明の一実施例の模式側断面図。
第２図（ａ）〜（ｅ）は他の実施例を示す工程順断面図
。 第３図はＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金配線の放置温度をパラメ
ータにした放置時間に対する断線不良率の関係図。 第４図はＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金配線のエレクトロマイグ
レーション寿命 である。 図において。 １は半導体基体でありＳｉ基板であってｐ−型Ｓｉ基板 ２は素子形成領域。 ３まフィールド酸化膜。 ４はｐ型チャネルストッパ ５はゲート酸化膜。 ６はゲート電極。 ７は半導体基体であってｎ“型ソース領域。 ８は半導体基体であってｎ“型ドルイン領域９は不純物
ブロック用酸化膜。 １０は眉間絶縁膜であって第１の眉間絶縁膜。 １１はコンタクト窓。 ＩＡ、 １１Ｂは第１のコンタクト窓。 ２はバリアメタル層。 ２ＡはＴｉ層であってＴＩコンタクト層。 ２ＢはＴｉＮ層てあってＴｉＮバリア層。 ３は金属配線であって下層配線。 ３ＡはＴｉ層。 １３ＢはＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層。 １３ｓは金属配線であってソース配線。 １３Ｄは金属配線であってドレイン配線。 １４は層間絶縁膜てあって第２の層間絶縁膜１５は配線
コンタクト窓。 １６は金属配線であって上層配線。 １６ＡはＴｉ層。 １６ＢはＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層。 １７はＴｉ層。 １８はＡｌ−Ｃｕ合金層。 １９はＡ１．−Ｃｕ−Ｔ１合金層。 ２０は金属配線 木づご８月の 尖オ色脅゛ｊの横人（ｉ９゛廖ｍ旬図 第 図 イｔ ’）’！’ ７Ｅ ９・ｌ ２ ｘ
”（Ｌ ７Ｌ ’ｉｆｌ ’Ｊｆｆ ７ ’！
第 図
。 第３図はＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金配線の放置温度をパラメ
ータにした放置時間に対する断線不良率の関係図。 第４図はＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金配線のエレクトロマイグ
レーション寿命 である。 図において。 １は半導体基体でありＳｉ基板であってｐ−型Ｓｉ基板 ２は素子形成領域。 ３まフィールド酸化膜。 ４はｐ型チャネルストッパ ５はゲート酸化膜。 ６はゲート電極。 ７は半導体基体であってｎ“型ソース領域。 ８は半導体基体であってｎ“型ドルイン領域９は不純物
ブロック用酸化膜。 １０は眉間絶縁膜であって第１の眉間絶縁膜。 １１はコンタクト窓。 ＩＡ、 １１Ｂは第１のコンタクト窓。 ２はバリアメタル層。 ２ＡはＴｉ層であってＴＩコンタクト層。 ２ＢはＴｉＮ層てあってＴｉＮバリア層。 ３は金属配線であって下層配線。 ３ＡはＴｉ層。 １３ＢはＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層。 １３ｓは金属配線であってソース配線。 １３Ｄは金属配線であってドレイン配線。 １４は層間絶縁膜てあって第２の層間絶縁膜１５は配線
コンタクト窓。 １６は金属配線であって上層配線。 １６ＡはＴｉ層。 １６ＢはＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層。 １７はＴｉ層。 １８はＡｌ−Ｃｕ合金層。 １９はＡ１．−Ｃｕ−Ｔ１合金層。 ２０は金属配線 木づご８月の 尖オ色脅゛ｊの横人（ｉ９゛廖ｍ旬図 第 図 イｔ ’）’！’ ７Ｅ ９・ｌ ２ ｘ
”（Ｌ ７Ｌ ’ｉｆｌ ’Ｊｆｆ ７ ’！
第 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 〔１〕チタン層（１３Ａ）上にチタンと銅を含むアルミ
ニウム合金層（１３Ｂ）が積層されてなる２層構造の金
属配線（１３Ｓ、１３Ｄ）を具備することを特徴とする
半導体装置。 〔２〕チタン層（１７）上にチタンと銅を含むアルミニ
ウム合金層（１９）を介して銅を含むアルミニウム合金
層（１８）が積層されてなる構造の金属配線（２０）を
具備することを特徴とする半導体装置。 〔３〕請求項１或いは請求項２記載の金属配線（１３Ｓ
、１３Ｄ、２０）か、バリアメタル層（１２）を介して
半導体基体（７、８、１）に接続していることを特徴と
する半導体装置。 〔４〕前記バリアメタル層（１２）がチタン層（１２Ａ
）とその上に積層された窒化チタン層（１２Ｂ）とから
なることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。 〔５〕請求項１或いは請求項２記載の金属配線が、下層
の金属配線（１３）にコンタクト窓（１５）を介して直
に接続していることを特徴とする半導体装置。 〔６〕チタン層（１７）上に銅を含むアルミニウム合金
層（１８）を堆積した後熱処理し、前記チタン層（１７
）と前記銅を含むアルミニウム合金層（１８）の境界に
、反応によりチタン組成から銅を含むアルミニウム合金
組成に漸次遷移するチタンと銅を含むアルミニウム合金
層（１９）を形成する工程を有し、前記チタン層（１７
）と前記チタンと銅を含むアルミニウム合金層（１９）
と前記銅を含むアルミニウム合金層（１８）とからなる
金属配線（２０）を形成することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2059590 | 1990-01-31 | ||
| JP2-20595 | 1990-01-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03250627A true JPH03250627A (ja) | 1991-11-08 |
Family
ID=12031619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30171190A Pending JPH03250627A (ja) | 1990-01-31 | 1990-11-07 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03250627A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0590268A (ja) * | 1991-07-16 | 1993-04-09 | Nec Corp | 薄膜配線およびその製造方法 |
| US5500560A (en) * | 1991-11-12 | 1996-03-19 | Nec Corporation | Semiconductor device having low resistance values at connection points of conductor layers |
| US5793113A (en) * | 1995-01-25 | 1998-08-11 | Nec Corporation | Multilevel interconnection structure for semiconductor devices |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62114241A (ja) * | 1985-11-14 | 1987-05-26 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPS6442857A (en) * | 1987-08-11 | 1989-02-15 | Seiko Epson Corp | Semiconductor device |
-
1990
- 1990-11-07 JP JP30171190A patent/JPH03250627A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62114241A (ja) * | 1985-11-14 | 1987-05-26 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPS6442857A (en) * | 1987-08-11 | 1989-02-15 | Seiko Epson Corp | Semiconductor device |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0590268A (ja) * | 1991-07-16 | 1993-04-09 | Nec Corp | 薄膜配線およびその製造方法 |
| US5500560A (en) * | 1991-11-12 | 1996-03-19 | Nec Corporation | Semiconductor device having low resistance values at connection points of conductor layers |
| US5793113A (en) * | 1995-01-25 | 1998-08-11 | Nec Corporation | Multilevel interconnection structure for semiconductor devices |
| US5930667A (en) * | 1995-01-25 | 1999-07-27 | Nec Corporation | Method for fabricating multilevel interconnection structure for semiconductor devices |
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