JPH069199B2 - 配線構造体およびその製造方法 - Google Patents

配線構造体およびその製造方法

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JPH069199B2 JP59147510A JP14751084A JPH069199B2 JP H069199 B2 JPH069199 B2 JP H069199B2 JP 59147510 A JP59147510 A JP 59147510A JP 14751084 A JP14751084 A JP 14751084A JP H069199 B2 JPH069199 B2 JP H069199B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は配線構造体、特に多層配線の上・下配線層もし
くは配線基板と配線層との接孔部の高信頼度化を実現す
ることの出来る配線構造体およびその製造方法に関す
る。
〔発明の背景〕
第1図を用いて従来の配線構造と製造方法の問題点につ
いて述べる。半導体集積回路等の高集積化に伴なつて、
素子間の相互接続等を行なうための配線においても、各
層配線間および配線と基板との接続部(以下まとめて接
続部と略記する)も微細化され、接続孔の深さの径(も
しくは狭い方の幅)に対する比(以下アスペクト比と記
す)も大きくなり、接続部の信頼性は低下する傾向にあ
る。これを防止するために従来は第1図(a)もしくは(b)
に示す様な2重配線層が用いられてきた。第1図(a)
(C.Y.Tiry,J.Vac.Sic.Technol.,21(1)
(1982)p14)は基板10表面の絶縁層11に形
成された接続孔14内から絶縁層11の表面上に延びる
第1の配線層12とAlを主とする合金等の低抵抗材料
からなる第2の配線層13が成形されている状態を示
す。一般に第1の配線層12はTiNやTiW,W,M
o等の遷移金属もしくはその化合物等によって構成さ
れ、第2の配線層13と基板10表面との反応を防止す
る役割を果たす為であることが示されている。しかるに
従来の方法においては第1,第2の配線層12,13の
形成を真空蒸着法やスパッタリング法等によって行なつ
ていたため、接続孔14下部のA部において第1の配線
層12が薄くなつてしまう。この薄くなる度合いは接続
孔14のアスペクト比と配線層12の形成法、さらには
配線層12の厚さによって変化する。一般には接続孔1
2のアスペクト比が約1の場合、その段差被覆係数は0.
1〜0.5に低下する。この様にA部における第1の配線層
12の厚さが減少すると、上記の反応防止効果が低下
し、配線としての信頼性が低下する。さらに第2の配線
層13の厚さもA部において低下するために、配線の電
流容量も低下する。これに代わる構造としては選択気相
成長法(以下選択CVDと記す)によって形成された、
第1図(b)に示す構造が知られている(C.E.Miller,Solid
State Technol.,Dec.1982,82)同図においては基板10
表面の絶縁層11に形成された接続孔14内にWやMo
等の遷移金属が第1の配線層12として選択的に形成し
埋込まれ、その上にスパッタリング法等によって第2の
配線層13が形成されている。この方法においては接続
孔14内に第1の配線層12がほぼ完全に埋め込まれる
ために、第2の配線層13の段差被覆性と電流容量は改
善される。しかしながら選択CVD法によって形成した
第1の配線層12は絶縁層11との間に隙間を生ずるた
めに、やはり同図A′部において第1の配線層12が薄
くなり、やはり第2の配線層13と基板10との間の反
応防止効果は低下してしまう。以上に述べてきた様に従
来用いられてきた膜形成方法によっては十分に信頼度の
高い微細配線を形成することは困難であつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記従来の配線の欠点を克服する新しい
構造の配線を提供することにある。特に従来の接続孔側
壁下部における信頼性低下の問題を大幅に改善し得る配
線を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明においては、上記の配線の接続孔内部の配線層の
構造に対して接続孔の内部の下方部に反応防止のための
第1の配線層を厚く形成した構造とすることによって配
線の信頼性を著しく向上させたものである。またこの様
な構造を実現する方法としてバイアススパッタ法を用い
た。この金属や導体のバイアススパッタ法の内容は発明
者らによる特開昭57−152192に示されている。このバイ
アススパッタ法を用いると、溝や孔の側壁下部に膜が厚
く形成され、次第に溝や孔が埋め込まれて平坦化される
ことが、その後の検討によって見出された。しかもこの
バイアススパッタ法を用いると従来よりも緻密で、基板
や絶縁層との接着力の優れた膜が形成できることがわか
つた。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を第2図によって説明する。
(実施例1) 第2図(a)を用いて説明する。集積回路用Si基板20
上に厚さ1μmの絶縁層21が形成され、所定位置に1
μm角の接続孔24が開口されている。この上に再スパ
ッタ率50%のバイアススパッタ法によって平坦部で0.
2μm厚のW膜を被着し、次いで第2の配線層23とし
て膜厚1μmのAl−3%Cu合金を同じ条件のバイア
ススパッタ法によって形成した。本配線においては、接
続孔24側壁下部Bにおける上記第1層の膜厚は0.3μ
m以上と、従来のスパッタ法によって形成した場合の膜
厚の4〜5倍に向上した。これによってSi基板20と
第2の配線23の反応防止が実現し、同じ0.2μm厚の
第1の配線層を用いた従来配線に対して寿命は2倍以上
に向上した。
(実施例2) 第2図(b)を用いて説明する。基板20と絶縁層21及
び接続孔24は実施例1と同じとした。第1の配線層2
2を、本実施例においては再スパッタ率80%の条件
で、TiN膜を反応性のバイアススパッタリングによっ
て0.2μmの厚さに形成した。ただし再スパッタ率が大
きい場合は、基板20や絶縁層21表面がエツチングさ
れて第1の配線層22に混入して純度を低下させる可能
性があるため、予め厚さ0.5μmの、通常のスパッタ法
による第1の配線層22aを被着し、次いで上記再スパ
ッタ率でのバイアススパッタリングによって第1の配線
層22bを形成し、膜厚を合わせて0.2μmとした。な
お通常のスパッタリング法による第1の配線層22aは
TiNでなくTiであつても良い。Tiを用いると、基
板20とAl−3%Cu合金からなる第2の配線層23
との反応防止効果を殆ど損うことなしに、基板20と第
2の配線層23との接触抵抗を低減させることができ
た。なお第1の配線層22a,22bは相互に同種物質
であつても異種物質であつても良く、両者を合わせた膜
厚が接続孔側壁下部で上部より厚くなつていれば良い。
なお以上の実施例において、基板材料はSiの場合につ
いて述べやが、これに限られるものではなく他の絶縁性
もしくは金属基板であつても良い。また接続孔は基板と
配線層を接続するために用いられる場合について述べた
が、これに限られるものではなく、上・下配線層間の接
続に用いても良い。
さらにいずれの場合も第2の配線層下の全面に第1の配
線層が形成されている場合について述べたが、例えばエ
ツチバツク法等を用いて、第1の配線層が接続孔内部に
のみ残された構造としても良い。また第2の配線層とし
てはAl,Cu合金などの他各種のAlを主成分とする
合金、さらにはAl・X/Y/Al・Z構造等の層状配
線であつても良い。ただしここでX,Y,ZとはAl以
外の貴金属や遷移金属やそれらの合金、さらには窒化物
や硅化物等であつても良い。またX,Y,Zは同種の物
質であつても異種物質であつても良い。
本発明において、孔内における第2の層は、上記のよう
にバイアススパッタ法で形成するのが好ましく、再スパ
ッタ率は、ほぼ50〜90%とすると好ましい結果が得
られる。再スパッタ率がほぼ50%以下になると、充填
層内に空洞が生ずることがある。また、90%以上にな
ると、膜の堆積速度が極度に遅くなつてしまう。
第1の層は、これのみで充填するのではないからほぼ2
0%以上の再スパッタ率としたバイアススパッタ法によ
って良好な結果が得られる。
〔発明の効果〕
上記説明において述べたように、本発明の配線において
は、所望の配線層と他の部分や材料との反応防止効果が
著しく向上する。また配線層と基板表面絶縁層との接着
性改善効果も向上するために、信頼性が著しく向上す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の配線を説明する図、第2図は本発明の実
施例を説明するための図である。 10,20……基板、11,21……絶縁層、12,2
2……第1の配線層、13,23……第2の配線層、1
4,24……接続孔。
フロントページの続き (72)発明者 森崎 浩 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−2352(JP,A) 特開 昭59−66150(JP,A)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の表面上に形成された開口部を
    有する絶縁膜と、上記開口部の底部から上記開口部の側
    部を経て上記開口部の上端部に延在する、遷移金属、遷
    移金属を含む合金および遷移金属の化合物からなる群か
    ら選択された材料からなる第1の配線層と、当該第1の
    配線層層上に形成された上記開口部内から上記絶縁膜の
    上面上に延在する第2の配線層を有し、上記開口部の下
    端部における上記第1の配線層の膜厚は、上記開口部の
    上端部における上記第1の配線層の膜厚より大きいこと
    を特徴とする配線構造体。
  2. 【請求項2】上記第1の配線層はTiN、TiW、W、
    Mo、Wの化合物およびMoの化合物からなる群から選
    択された材料からなる膜であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の配線構造体。
  3. 【請求項3】上記第2の配線層はAlを主成分とする合
    金からなる膜であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項若しくは第2項記載の配線構造体。
  4. 【請求項4】開口部を有する絶縁膜を半導体基板の表面
    上に形成する工程と、上記開口部の底部から上記開口部
    の側部を経て上記開口部の上端部に延在する遷移金属、
    遷移金属を含む合金および遷移金属の化合物からなる群
    から選択された材料からなる第1の配線層を、バイアス
    スパッタによって形成する工程と、上記開口部内から上
    記絶縁膜の上面上に延在する第2の配線層を、上記第1
    の配線層上に形成する工程を含むことを特徴とする配線
    構造体の製造方法。
  5. 【請求項5】上記第2の配線層は、再スパッタ率50%
    〜90%のバイアススパッタによって形成されることを
    特徴とする特許請求の範囲第4項記載の配線構造体の製
    造方法。
  6. 【請求項6】上記第1の配線層は、再スパッタ率20%
    以上のバイアススパッタによって形成されることを特徴
    とする特許請求の範囲第4項若しくは第5項記載の配線
    構造体の製造方法。
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