JPH0917785A

JPH0917785A - 半導体装置のアルミニウム系金属配線

Info

Publication number: JPH0917785A
Application number: JP7165220A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Koyama; 一英小山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1997-01-17
Also published as: KR100364349B1; KR970003541A; US5864179A

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、Ａｌ系金属配線において発生する
エレクトロマイグレーションによるボイドの発生を抑制
して配線の信頼性の向上を図る。【構成】半導体装置に用いられる絶縁膜（第２絶縁膜
２１）の一面側に設けられた導電部（第１配線１２）に
第２絶縁膜２１に形成した接続孔２２を通じて接続され
るもので第２絶縁膜２１の他面側に設けられたＡｌ系金
属配線の第２配線３１において、接続孔２２の近傍にお
ける第２配線３１にＡｌ系金属からなる補償用パターン
４１を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の多層配線
構造に関し、特には半導体装置のアルミニウム系金属配
線に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化にともない寸法ル
ールは微細化し、その配線プロセスにおいてはアスペク
ト比が大きいコンタクトホールおよびビアホール（以
下、両者を総称して接続孔という）を通じて配線材料に
よって上層配線と下層配線とを接続する必要が生じてい
る。

【０００３】上記接続孔を埋め込む状態に配線を形成す
る技術の一つにスパッタリング法があるが、一般には、
高アスペクト比の接続孔を埋め込むのに優れている化学
的気相成長（以下、ＣＶＤという、ＣＶＤはChemical V
apour Depositionの略）法による高融点金属の埋め込み
技術が採用されている。そのプロセス技術は、高融点金
属の化学的気相成長法を用いるもので、選択ＣＶＤ法に
よるプロセス、ブランケットＣＶＤ法とエッチバック法
を組み合わせたプロセスが知られている。すなわち、高
融点金属を接続孔の内部に埋め込むことによって、接続
孔の内部にいわゆるプラグを形成する方法である。

【０００４】また、アルミニウム（以下、Ａｌと記す）
系金属配線の上面側および下面側にチタン（Ｔｉ），窒
化チタン（ＴｉＮ），酸窒化チタン（ＴｉＯＮ），チタ
ンタングステン（ＴｉＷ）等の導電性を有する高融点金
属または高融点金属化合物を形成し、Ａｌ系金属配線が
断線しても高融点金属の冗長効果によって配線全体が断
線することを防ぐ、いわゆるバリアメタル積層構造が採
用されている。

【０００５】一方、接続孔を上層配線材料で埋め込む方
法もある。すなわち、Ａｌ系金属膜を成膜中または成膜
後、熱処理して接続孔内に流し込むＡｌリフロー技術が
開発されている（なお、成膜中に加熱して接続孔内に流
す方法を高温スパッタ法、成膜後に別途加熱して接続孔
内に流す方法をＡｌリフロー法として区別する場合もあ
るが、以下、両者を含めてＡｌリフロー法という）。Ａ
ｌリフロー法による接続孔を埋め込む技術は、Ａｌ系金
属を再結晶温度以上（合金によって異なるが、通常は３
５０℃程度またはそれ以上）Ａｌ系金属の融点以下の温
度範囲における所定温度でＡｌ系金属を加熱することを
成膜中または成膜後に行ってＡｌ系金属を流動させる。
そして接続孔内をＡｌ系金属を流し込むことで接続孔を
Ａｌ系金属で埋め込む方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＣＶＤ
法によって接続孔の内部に高融点金属を埋め込んでプラ
グを形成する方法で配線構造を構成したものでは、エレ
クトロマイグレーション（ＥＭ）によってボイドが発生
する。

【０００７】すなわち、図７に示すように、Ａｌ系金属
からなる下層配線１１１，１１２とＡｌ系金属からなる
上層配線１１３とは、配線間の層間絶縁膜１１４に形成
された接続孔１１５，１１６内の高融点金属からなるプ
ラグ１１７，１１８によって接続されている。このよう
な配線構造における電流経路は、例えば一方の下層配線
１１２からプラグ１１８を通って上層配線１１３に流
れ、この上層配線１１３からプラグ１１７を通って下層
配線１１１に流れる。図では電子ｅ^-の経路を矢印で示
す。すなわち、電子ｅ^-は下層配線１１１からプラグ１
１７を通って上層配線１１３に流れ、この上層配線１１
３からプラグ１１８を通って下層配線１１２に流れる。
このように電子ｅ^-がプラグ１１７，１１８を通る部分
が存在するので、その部分でＥＭ現象が起きる。そのた
め、プラグ１１８側の上層配線１１４およびプラグ１１
９側の下層配線１１３でＡｌが移動するため、その移動
した部分でＡｌが不足するため、ボイド１２１，１２２
が発生する。そのため、断線不良が起きて、信頼性不良
となる。

【０００８】一方、バリアメタル積層構造でもＥＭによ
ってボイドが発生する。すなわち、図８に示すように、
主要部がＡｌ系金属層１３１からなる下層配線１１１，
１１２と主要部がＡｌ系金属層１３２からなる上層配線
１１３とは、配線間の層間絶縁膜１１４に形成された接
続孔１１５，１１６内の高融点金属からなるプラグ１１
７，１１８によって接続されている。そして下層配線１
１１，１１２の各上面側には高融点金属または高融点金
属化合物からなるバリアメタル層１３３，１３４が形成
され、上層配線１１３の下面側には高融点金属または高
融点金属化合物からなるバリアメタル層１３５が形成さ
れている。このようなバリアメタル積層構造では、上記
図７に示した配線構造よりもＥＭ現象による断線不良は
起き難いが、電流は抵抗が低いＡｌ系金属層１３１，１
３２を流れる。例えば電流が下層配線１１２からプラグ
１１８、上層配線１１３、プラグ１１７を経由して下層
配線１１１へ流れる場合、すなわち、電子ｅ^-は矢印で
示すように、下層配線１１１からプラグ１１７、上層配
線１１３、プラグ１１８を経由して下層配線１１２へ流
れる場合には、プラグ１１７上の上層配線１１３の部分
およびプラグ１１８下の下層配線１１２の部分でＥＭ不
良が発生するので、その部分でボイド１２３，１２４を
生じる。その結果、信頼性不良となる。

【０００９】また、Ａｌリフロー法によって接続孔内に
Ａｌ系金属を埋め込む方法で配線構造を構成したもので
は、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）によってボイ
ドが発生する。すなわち、図９に示すように、Ａｌ系金
属からなる下層配線１１１，１１２とＡｌ系金属からな
る上層配線１１３とは、配線間の層間絶縁膜１１４に形
成された接続孔１１５，１１６を通して接続されてい
る。そして通常、上層配線１１３と下地の層間絶縁膜１
１４との濡れ性をよくするために、およびＥＭ耐性やス
トレスマイグレーション（以下、ＳＭという）耐性を改
善するために、上層配線１１３の下側にはチタン（Ｔ
ｉ），窒化チタン（ＴｉＮ）等からなる密着層（バリア
メタル層も含む）１４１が形成されている。その結果、
上記図８で説明した構成と同様に、例えば電流は下層配
線１１２から上層配線１１３を経由して下層配線１１１
へ流れる。すなわち、電子ｅ^-は矢印で示すように、下
層配線１１１から上層配線１１３を経由して下層配線１
１２へ流れる。このような場合には、接続孔１１５内の
上層配線１１３の部分および接続孔１１６の下方におけ
る下層配線１１２の部分でＥＭ不良が発生する。そのた
め、その部分でボイド１２５，１２６を生じる。その結
果、信頼性不良となる。

【００１０】一般にＥＭ現象は、金属原子（この場合は
Ａｌ原子）に電子が衝突すること（電子風力）によって
引き起こされる。配線全体に均一にＥＭ現象が発生して
いれば、Ａｌ原子の濃度事態に変化は起こらず、配線中
にボイドは出現しないが、実際には配線中に不均一な部
分が必ず存在する。そして、原子の移動に最も極端な差
が生じる部分（Ａｌ原子の流出が供給に対して最も大き
い部分）がＥＭによる不良を引き起こすといえる。上記
図７〜図９に示した接続孔内には、アルミニウム系金属
以外の少なくとも１種類以上の導電性の高融点金属や金
属間化合物が存在し、かつそこを電流経路が横切るた
め、電子が導電性の高融点金属や金属間化合物からＡｌ
系金属層に流れ出す界面においてＡｌ原子が最も不足す
ることになる。そのため、ＥＭ不良が発生する。

【００１１】一方、図１０の（１）〜（４）に示すよう
に、電子風力によるＥＭ現象によってＡｌ原子は、例え
ば矢印で示す方向に原子流となって流れる〔図の（１）
参照〕。そしてＡｌ原子の不足する部分が存在するとそ
の部分が空乏化され、その周辺のＡｌ系金属部分とＡｌ
原子が移動して集積した部分とでＡｌ原子の濃度差を生
じる〔図の（２）参照〕。そしてこの濃度差に応じて応
力勾配〔図の（３）参照〕が発生する。そのため、Ａｌ
の過剰部分からＡｌの不足部分に逆にＡｌ原子を押し戻
そうとする力が働き、応力勾配により誘起された原子流
が発生する〔図の（４）参照〕。このＡｌ原子の流れ
は、通常バックフローと呼ばれれている。したがって、
最終的にＥＭ現象は、電子風力によって生じる原子の流
れとバックフローの差分で考えなければならない。

【００１２】また、図１１の（１）の概略断面図および
（２）の概略レイアウト図に示すように、Ａｌ系金属層
２１１と接続孔２１２上の高融点金属層２１３との界面
ではＡｌ系金属層２１１のＡｌ原子の不足部分に向かっ
て生じる応力勾配は電流経路（電流とは逆方向に流れる
電子ｅ^-の移動経路）以外にも存在する。その結果、Ａ
ｌ原子の不足部分に対して、Ａｌ原子はこの不足部分の
周囲全体から応力勾配に応じて供給される。そして、電
流経路以外のＡｌ系金属層２１１が露光装置の合わせ余
裕程度の長さｗ1 程度しかないため、ＥＭ試験後の接続
孔近傍を調べると、そのＡｌ系金属層２１１にボイド２
１４が観察された。

【００１３】本発明は、ＥＭ耐性に優れた半導体装置の
Ａｌ系金属配線を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた半導体装置のＡｌ系金属配線であ
る。すなわち、半導体装置に用いられる絶縁膜の一面側
に設けられた導電部にこの絶縁膜に形成した接続孔を通
じて接続されるものでこの絶縁膜の他面側に設けられた
Ａｌ系金属配線において、接続孔の近傍におけるＡｌ系
金属配線にＡｌ系金属からなる補償用パターンを設けた
ものである。

【００１５】

【作用】上記半導体装置のＡｌ系金属配線では、接続孔
の近傍におけるＡｌ系金属配線にＡｌ系金属からなる補
償用パターンを設けたことから、ＥＭ現象によって接続
孔近傍のＡｌ系金属配線中のＡｌが電流が流れる方向と
は反対方向（電子が流れる方向）に移動しても、補償用
パターンからＡｌが補給されるので、接続孔の近傍でボ
イドを発生することがない。

【００１６】

【実施例】本発明の第１実施例を図１の概略構成断面図
によって説明する。

【００１７】図１に示すように、層間絶縁膜となる第１
絶縁膜１１上に導電部となる第１配線１２が図面の奥行
き方向に形成されている。上記第１絶縁膜１１は、図示
しないシリコン基板上に形成され、この第１絶縁膜１１
によって、シリコン基板に形成されている例えば素子分
離領域、ゲート配線、ソース・ドレイン領域が覆われて
いる。また第１絶縁膜１１にはコンタクトホールが形成
され、このコンタクトホール内への埋め込みプロセスを
経て、上記第１配線１２が形成されている。

【００１８】上記第１配線１２は、上層から順に例え
ば、ＴｉＮ膜１３（例えば膜厚＝１００ｎｍ），Ｔｉ膜
１４（例えば膜厚＝１０ｎｍ），Ａｌ−０．５％Ｃｕか
らなるＡｌ系金属膜１５（例えば膜厚＝５００ｎｍ），
ＴｉＮ膜１６（例えば膜厚＝２０ｎｍ）およびＴｉ膜１
７（例えば膜厚＝２０ｎｍ）からなる積層膜で構成され
ている。上記ＴｉＮは窒化チタン、Ｔｉはチタン、Ａｌ
−０．５％Ｃｕは０．５％の銅（Ｃｕ）を含むアルミニ
ウムを表す。以下同様である。

【００１９】上記第１配線１２を覆う状態に第２絶縁膜
２１が形成されている。この第２絶縁膜２１は、例えば
５００ｎｍの厚さの酸化シリコンからなる。上記第１配
線１２上の上記第２絶縁膜２１には例えばビアホールか
らなる接続孔２２が形成されている。なおこの例では、
上記第１配線１２は接続孔２２との通常の合わせずれ余
裕ｗ1 （例えばｗ1 ＝０．１５μｍ）を考慮して接続孔
２２より大きく形成されている。

【００２０】上記接続孔２２の内壁には密着層２３が例
えばＴｉＮで形成されている。さらに接続孔２２の内部
には導電性のプラグ２４が例えばタングステンで形成さ
れている。

【００２１】さらに上記第２絶縁膜２１上には上記接続
孔２２に形成したプラグ２４に接続する第２配線３１が
形成されている。この第２配線３１は、上記第１配線１
２と同様の構造を成しており、例えば上層から順に、Ｔ
ｉＮ膜３２（例えば膜厚＝１００ｎｍ），Ｔｉ膜３３
（例えば膜厚＝１０ｎｍ），Ａｌ−０．５％Ｃｕからな
るＡｌ系金属膜３４（例えば膜厚＝５００ｎｍ），Ｔｉ
Ｎ膜３５（例えば膜厚＝２０ｎｍ）およびＴｉ膜３６
（例えば膜厚＝２０ｎｍ）からなる積層膜で構成されて
いる。なおこの例では、接続孔２２に対する第２配線３
１のオーバラップ部分は通常の合わせずれ余裕ｗ2 （例
えばｗ2 ＝０．１５μｍ）とした。

【００２２】そして上記第２配線３１には、この第２配
線３１から第１配線１２へ電流が流れる経路とはほとん
ど関係がない部分に補償用パターン４１が形成されてい
る。上記補償用パターン４１は、例えば第２配線と同様
の構成を成している。したがって、補償用パターン４１
の主要部分には第２配線３１のＡｌ系金属膜膜３４が延
長されて形成されている。また接続孔２２からの補償用
パターン４１の長さｄは第２配線３１の合わせずれ余裕
ｗ2 よりも長くなっている。なお、上記補償用パターン
４１の形成位置は、電流経路とはほとんど無関係な位置
であれば、どのような位置であっても差し支えはない。

【００２３】上記第１実施例の配線構造では、接続孔２
２の近傍における第２配線３１のＡｌ−０．５％Ｃｕか
らなるＡｌ系金属膜３４が延長されて補償用パターン４
１が形成されていることから、エレクトロマイグレーシ
ョン（ＥＭ）現象によって接続孔２２の近傍におけるＡ
ｌ系金属膜３４のＡｌが、電流が流れる方向とは反対方
向（すなわち、矢印で示す電子ｅ^-が流れる方向）に移
動しても、補償用パターン４１からＡｌが補給されるの
で、接続孔２２の近傍におけるＡｌ系金属膜３４でのボ
イドの発生が防止される。従来は接続孔に対する配線の
いわゆるオーバラップ部分は、電流経路の方向以外には
リソグラフィー工程における露光装置の合わせずれ余裕
分しか取っていなかったが、本発明のように電流経路の
方向以外に補償用パターン４１を設けることによって、
Ａｌ原子の供給源を増加することができる。そのため、
接続孔２２の部分における配線（第２配線３１）のＥＭ
寿命を延ばすことが可能となる。

【００２４】次に上記図１で説明した配線構造の製造方
法を図２の製造工程図によって説明する。図では、上記
図１で説明した構成部品と同様の構成部品には同一符号
を付す。

【００２５】図２の（１）に示すように、例えばスパッ
タリングによって、層間絶縁膜となる第１絶縁膜１１上
に、例えば、Ｔｉ膜１７（例えば膜厚＝２０ｎｍ）、Ｔ
ｉＮ膜１６（例えば膜厚＝２０ｎｍ）、例えばＡｌ−
０．５％ＣｕからなるＡｌ系金属膜１５（例えば膜厚＝
５００ｎｍ）、Ｔｉ膜１４（例えば膜厚＝１０ｎｍ）お
よびＴｉＮ膜１３（例えば膜厚＝１００ｎｍ）を順に積
層して第１積層膜５１を形成する。なお上記第１絶縁膜
１１は、図示しないシリコン基板上に形成された例えば
素子分離領域、ゲート配線、ソース・ドレイン領域等を
覆う状態に形成され、コンタクトホール（図示省略）が
開口されている。その後、コンタクトホール内への埋め
込みプロセスを経て、上記第１積層膜５１を形成する。

【００２６】上記スパッタリングによるＴｉ膜１４，１
７の成膜条件の一例を説明する。スパッタリングガスと
して流量が１００ｓｃｃｍ〔以下、ｓｃｃｍは標準状態
における体積流量（ｃｍ³／分）を表す〕のアルゴン
（Ａｒ）を用い、スパッタリング雰囲気の圧力を０．４
Ｐａ、直流（ＤＣ）パワーを５ｋＷ、基板加熱温度を１
５０℃に設定する。次いでスパッタリングによるＴｉＮ
膜１３，１６の成膜条件の一例を説明する。スパッタリ
ングガスとして流量が３０ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）
と流量が８０ｓｃｃｍの窒素（Ｎ₂）とを用い、スパッ
タリング雰囲気の圧力を０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）パワ
ーを５ｋＷ、基板加熱温度は１５０℃に設定する。次に
Ａｌ系金属膜１５のＡｌ−０．５％Ｃｕの成膜条件の一
例を説明する。スパッタリングガスとして流量が１００
ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）を用い、スパッタリング雰
囲気の圧力を０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）パワーを２０ｋ
Ｗ、基板加熱温度は１５０℃に設定する。なお、各層の
膜厚はスパッタリング時間によって制御する。

【００２７】その後、リソグラフィー技術（例えば、レ
ジスト塗布、露光、現像、ベーキング等）とエッチング
とによって、第１積層膜５１の２点鎖線で示す部分を除
去して、第１配線１２を形成する。このときのエッチン
グ条件としては、例えばエッチングガスに流量が６０ｓ
ｃｃｍの三塩化ホウ素（ＢＣｌ₃）と流量が９０ｓｃｃ
ｍの塩素（Ｃｌ₂）とを用い、エッチング雰囲気の圧力
を２Ｐａ、ＲＦパワーを１．２ｋＷに設定する。

【００２８】次いで図２の（２）に示すように、ＣＶＤ
法によって、層間絶縁膜となる第２絶縁膜２１を例えば
酸化シリコンを５００ｎｍの厚さに堆積して形成する。
続いて、リソグラフィー技術（例えば、レジスト塗布、
露光、現像、ベーキング等）とエッチングとによって、
上記第１配線１２上の一部分の上記第２絶縁膜２１にビ
アホールからなる接続孔２２を形成する。なおこの例で
は、上記第１配線１２は接続孔２２との通常の合わせず
れ余裕ｗ1 （例えばｗ1 ＝０．１５μｍ）を考慮して接
続孔２２より大きく形成されている。

【００２９】上記第２絶縁膜２１のＣＶＤによる成膜条
件としては、例えば、反応ガスに流量が２５０ｓｃｃｍ
のモノシラン（ＳｉＨ₄）と流量が２５０ｓｃｃｍの酸
素（Ｏ₂）と流量が１００ｓｃｃｍの窒素（Ｎ₂）とを
用い、成膜雰囲気の圧力１３．３Ｐａ、成膜温度を４１
０℃に設定した。また接続孔２２を形成するためのエッ
チング条件としては、例えば、エッチングガスに流量が
５０ｓｃｃｍのオクタフルオロシクロブタン（Ｃ
₄Ｆ₈）を用い、エッチング雰囲気の圧力を２Ｐａ、Ｒ
Ｆパワーを１．２ｋＷに設定する。

【００３０】その後、図２の（３）に示すように、スパ
ッタリングによって密着層となるＴｉＮ膜２３を成膜す
る。さらにブランケットタングステンＣＶＤによってタ
ングステン膜を成膜した後、このタングステン膜をエッ
チバックして、接続孔２２の内部に上記タングステン膜
からなるプラグ２４を形成する。図では、エッチバック
によって第２絶縁膜２１上に成膜されたＴｉＮ膜（２
３）を除去する例を示した。

【００３１】上記ブランケットタングステンＣＶＤの成
膜条件は、例えば、反応ガスに流量が８０ｓｃｃｍの六
フッ化タングステン（ＷＦ₆）と流量が５００ｓｃｃｍ
の水素（Ｈ₂）と流量が２８００ｓｃｃｍのアルゴン
（Ａｒ）とを用い、成膜雰囲気の圧力を１０．６４ｋＰ
ａ、成膜温度を４５０℃に設定する。また、上記エッチ
バック条件としては、例えば、エッチバックガスに流量
が１１０ｓｃｃｍの六フッ化イオウ（ＳＦ₆）と流量が
９０ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）とを用い、エッチバッ
ク雰囲気の圧力を３５Ｐａ、ＲＦパワーを２７５Ｗに設
定した。

【００３２】続いてタングステン（Ｗ）スパッタリング
法によって、上記第１積層膜５１を形成したのと同様に
して、第２積層膜５２を上記プラグ２３上を含む上記第
２絶縁膜２１上に形成する。その後、リソグラフィー技
術（例えば、レジスト塗布、露光、現像、ベーキング
等）とエッチングとによって、第２積層膜５２の２点鎖
線で示す部分を除去して、残した第２積層膜（５２）で
第２配線３１を形成するとともに、第２配線３１から第
１配線１２に電流が流れる際の電流経路とはほとんど関
係がない部分で上記接続孔２２の近傍の第２配線３１に
補償用パターン４１を形成する。この補償用パターン４
１の上記接続孔２２からの長さｄは第２配線３１の合わ
せずれ余裕ｗ2 よりも長く形成する。

【００３３】このときの第２積層膜５２の成膜条件は第
１積層層５１の成長条件と同様であるので上記説明を参
照して頂きたい。したがって、ここでの説明は省略す
る。また上記エッチング条件も第１積層膜５１のエッチ
ング条件と同様であるのでここでの説明は省略する。

【００３４】次に、上記補償用パターン２２を形成した
配線構造を用いた回路例を図３のレイアウト図によって
説明する。

【００３５】図３に示したように、例えば表面が絶縁性
の基板８１上には複数の第１配線１２Ａ，１２Ｂが形成
されている。そして図示はしないが第１配線１２Ａ，１
２Ｂを覆う状態に層間絶縁膜８２（上記第２絶縁膜２１
に相当）が形成され、上記第１配線１２Ａ，１２Ｂ上の
層間絶縁膜８２には接続孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃが形
成されている。そして上記層間絶縁膜８２上には、接続
孔２２Ａを通じて第１配線１２Ａに接続する第２配線３
１Ａ、接続孔２２Ｂを通じて第１配線１２Ｂに接続する
第２配線３１Ｂ、接続孔２２Ｃを通じて第１配線１２Ａ
に接続する第２配線３１Ｃが形成されている。そして各
第２配線３１Ａ〜３１Ｃには補償用パターン４１Ａ〜４
１Ｃが形成されている。なお、説明はしないが、上記の
他にも第１配線１２および第２配線３１は形成されてい
る。

【００３６】このような回路において、第２配線３１Ａ
から第１配線１２Ａ、第２配線３１Ｂから第１配線１２
Ｂおよび第２配線３１Ｃから第１配線１２Ａに電流が流
れた場合には、各接続孔２２Ａ〜２２Ｃ上の第２配線３
１Ａ〜３１ＣでＥＭによるボイドの発生を各補償用パタ
ーン４１Ａ〜４１ＣからＡｌを補うことによって抑制す
る。そのため、ＥＭ寿命を伸ばすことが可能になる。

【００３７】上記説明した回路構成は、例えば論理回路
の周辺回路で構成することが可能であり、そのような回
路ではＡｌ系金属からなる配線の少なくとも一方向に補
償用パターンを形成することが可能なものは多く存在す
る。

【００３８】次に第２実施例として、上記第１実施例と
は逆に第１配線から第２配線に電流が流れる配線構造の
一例を、図４の概略構成断面図によって説明する。図で
は上記図１で説明したのと同様の構成部品には同一符号
を付す。

【００３９】図４に示すように、層間絶縁膜となる第１
絶縁膜１１上に導電部となる第１配線１２が形成されて
いる。この第１配線１２は、上記第１実施例で説明した
ものと同様の積層構造を成している。上記第１絶縁膜１
１は、図示しないシリコン基板上に形成され、この第１
絶縁膜１１によって、シリコン基板に形成されている例
えば素子分離領域、ゲート配線、ソース・ドレイン領域
が覆われている。また第１絶縁膜１１にはコンタクトホ
ールが形成され、このコンタクトホール内への埋め込み
プロセスを経て、上記第１配線１２が形成されている。

【００４０】そして上記第１配線１２には、この第１配
線１２中の電流経路とはほとんど関係がない部分でかつ
第１配線１２上に設けられる接続孔２２（詳細は後に説
明する）の近傍に補償用パターン４２が形成されてい
る。この補償用パターン４２は例えば第１配線１２と同
様の材料であるＡｌ系金属膜を含む積層膜からなり、接
続孔２２からの長さｄは第１配線１２の合わせずれ余裕
ｗ1 よりも長くなっている。

【００４１】そして上記第１配線１２および上記補償用
パターン４２を覆う状態に第２絶縁膜２１が形成されて
いる。この第２絶縁膜２１は、例えば５００ｎｍの厚さ
の酸化シリコンからなる。上記第１配線１２上の上記第
２絶縁膜２１には例えばビアホールからなる接続孔２２
が形成されている。なおこの例では、上記第１配線１２
は接続孔２２との通常の合わせずれ余裕ｗ2 （例えばｗ
1 ＝０．１５μｍ）を考慮して接続孔２２より大きく形
成されている。

【００４２】上記接続孔２２の内壁には密着層２３が例
えばＴｉＮで形成されている。さらに接続孔２２の内部
には導電性のプラグ２４が例えばタングステンで形成さ
れている。

【００４３】さらに上記第２絶縁膜２１上には上記接続
孔２２に形成したプラグ２４に接続する第２配線３１が
図面の奥行き方向に形成されている。この第２配線３１
は、例えば上記第１実施例で説明した第１配線と同様の
構造を成している。なおこの例では、接続孔２２に対す
る第２配線３１のオーバラップ部分は通常の合わせずれ
余裕ｗ2 （例えばｗ2 ＝０．１５μｍ）とした。

【００４４】上記第２実施例の配線構造では、第１配線
１２が主にＡｌ系金属からなり、接続孔２２の近傍にお
ける第１配線１２に主にＡｌ系金属からなる補償用パタ
ーン４２を設けたことから、エレクトロマイグレーショ
ン（ＥＭ）現象によって接続孔２２の近傍における第１
配線１２のＡｌが、電流が流れる方向とは反対方向（矢
印で示す電子ｅ^-の流れる方向）に移動しても、補償用
パターン４２からＡｌが補給されるので、ボイドの発生
が防止される。

【００４５】図示はしないが、上記第１実施例と上記第
２実施例を組み合わせて、第１配線１２に補償用パター
ン４２を形成し、第２配線３１に補償用パターン４１を
形成してもよい。このような構成では、電流が第１配線
１２から第２配線３１へ流れる場合および第２配線３１
から第１配線１２へ流れる場合の両方に対して、ＥＭ耐
性が得られる。

【００４６】なお上記第２実施例の製造方法は、第１配
線１２を形成する際にこの第１配線１２を形成する積層
膜で補償用パターン４２を形成するのと、第２配線３１
を形成する際に補償用パターン（４１）を形成しない点
を除いて、上記第１実施例で説明した製造方法と同様で
ある。なお、第２配線３１にも補償用パターン４１を形
成する場合は、補償用パターン４１を形成する工程に関
して上記第１実施例で説明した製造方法を採用すればよ
い。

【００４７】次に第３実施例として、Ａｌ高温リフロー
を用いたＡｌ系金属配線を図５の概略構成断面図によっ
て説明する。

【００４８】図５に示すように、層間絶縁膜となる第１
絶縁膜１１上に導電部となる第１配線１２が図面の奥行
き方向に上記第１実施例で説明したのと同様の構成で形
成されている。上記第１絶縁膜１１は、図示しないシリ
コン基板上に形成され、この第１絶縁膜１１によって、
シリコン基板に形成されている例えば素子分離領域、ゲ
ート配線、ソース・ドレイン領域が覆われている。また
第１絶縁膜１１にはコンタクトホールが形成され、この
コンタクトホール内への埋め込みプロセスを経て、上記
第１配線１２が形成されている。

【００４９】上記第１配線１２を覆う状態に第２絶縁膜
２１が形成されている。この第２絶縁膜２１は、例えば
５００ｎｍの厚さの酸化シリコンからなる。上記第１配
線１２上の上記第２絶縁膜２１には例えばビアホールか
らなる接続孔２２が形成されている。なおこの例では、
上記第１配線１２は接続孔２２との通常の合わせずれ余
裕ｗ1 （例えばｗ1 ＝０．１５μｍ）を考慮して接続孔
２２より大きく形成されている。

【００５０】さらに上記接続孔２２の内部を含む上記第
２絶縁膜２１上には第２配線３１が形成されている。こ
の第２配線３１は、例えば上層から順に、ＴｉＮ膜６１
（例えば膜厚＝５０ｎｍ），Ａｌ−０．５％Ｃｕからな
るＡｌ系金属膜６２（例えば膜厚＝５００ｎｍ），Ｔｉ
Ｎ膜６３（例えば膜厚＝２０ｎｍ），Ｔｉ膜６４（例え
ば膜厚＝２０ｎｍ）からなる積層膜で構成されている。
なおこの例では、接続孔２２に対する第２配線３１のオ
ーバラップ部分は通常の合わせずれ余裕ｗ2 （例えばｗ
2 ＝０．１５μｍ）とした。

【００５１】そして上記第２配線３１には、この第２配
線３１から第１配線１２へ電流が流れる経路とはほとん
ど関係がない部分で上記接続孔２２の近傍に補償用パタ
ーン４１が形成されている。この補償用パターン４１は
例えば第２配線３１と同様の積層膜からなり、主要部分
はＡｌ系金属膜（６２）で形成される。そして補償用パ
ターン４１の長さｄは、接続孔２２からの長さとなり、
第２配線３１の合わせずれ余裕ｗ2 よりも長くなってい
る。

【００５２】上記第３実施例の配線構造では、接続孔２
２の近傍における第２配線３１に主要部分がＡｌ系金属
膜（６２）からなる補償用パターン４１を設けたことか
ら、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）現象によって
接続孔２２の近傍における第２配線３１のＡｌ系金属膜
６２のＡｌが電流が流れる方向とは反対方向（電子ｅ ^-
の流れる方向）に移動しても、補償用パターン４１から
Ａｌが補給されるので、ボイドの発生が防止される。

【００５３】次に上記第３実施例の製造方法を図６の製
造工程図によって説明する。図では、上記第１，第３実
施例で説明したのと同様の構成部品には同一符号を付
す。

【００５４】上記図１の（１），（２）で説明したのと
同様にして、図６の（１）に示すように、第１絶縁膜１
１上に第１配線１２を形成し、さらに第２絶縁膜２１を
形成した後、第１配線１２上に接続孔２２を形成する。

【００５５】その後図６の（２）に示すように、スパッ
タリングによって、例えば、Ｔｉ膜６４（例えば膜厚＝
２０ｎｍ）、ＴｉＮ膜６３（例えば膜厚＝２０ｎｍ）を
成膜する。その後Ａｌのスパッタリングおよび高温リフ
ロー法を用い、Ａｌ系金属膜（例えばＡｌ−０．５％Ｃ
ｕ膜）６２（例えば膜厚＝５００ｎｍ）成膜する。さら
にスパッタリング法によって、ＴｉＮ膜６１（例えば膜
厚＝５０ｎｍ）を順に積層して積層膜６５を形成する。

【００５６】上記Ａｌ−０．５％ＣｕのＡｌ系金属膜６
２のスパッタリングでは、供給ガスとして流量が１００
ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）を用い、スパッタリング雰
囲気の圧力を０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）パワーを２０ｋ
Ｗ、基板加熱温度は１５０℃に設定する。そして上記リ
フロー条件は、加熱雰囲気をアルゴン（Ａｒ）ガス中と
し、基板加熱温度を例えば４５０℃、加熱時間を例えば
２分に設定する。また、ＴｉＮ膜６１，６３およびＴｉ
膜６４の成膜条件は、上記第１実施例で説明した成膜条
件と同様である。なお、上記積層膜６５は上記構成に限
定されることはなく、またＡｌ系金属膜６２は上記Ａｌ
−０．５％Ｃｕ膜に限定されることはない。

【００５７】その後、リソグラフィー技術（例えば、レ
ジスト塗布、露光、現像、ベーキング等）とエッチング
とによって、積層膜６５の２点鎖線で示す部分を除去し
て、積層膜６５で第２配線３１を形成するとともに、第
２配線３１から第１配線１２に電流が流れる際の電流経
路とはほとんど関係がない部分で上記接続孔２２の近傍
の第２配線３１に補償用パターン４１を形成する。この
補償用パターン４１の長さｄは第２配線３１の合わせず
れ余裕ｗ2 よりも長くなっている。

【００５８】また上記製造工程においては、下地のＴｉ
膜６４の成膜からＡｌリフロー処理が終了するまでは、
高真空または高純度不活性ガス雰囲気中に保持されるこ
とが望ましい。またＡｌリフロー中に、成膜表面に高圧
をかける高圧リフロー法を採用することも可能である。

【００５９】上記第１〜第３実施例では、第１配線１２
と第２配線３１とを接続する接続孔２２に関して説明し
たが、その他の接続孔（図示省略）として、第１配線１
２と下地の素子（例えばトランジスタの電極、拡散層
等）とを接続する接続孔に対しても、同様に第１配線１
２に補償用パターンを形成することは可能である。また
接続孔２２の内部の埋め込みプロセスに関しては上記プ
ロセスに限定されることはない。さらに、接続孔２２で
Ａｌ系金属以外の少なくとも１種類以上の導電性の高融
点金属層や金属間化合物層に電流経路が横切る部分が存
在し、かつ電子がＡｌ系金属配線側に流れる構成であれ
ば、同様の効果が期待できる。

【００６０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
接続孔の近傍におけるＡｌ系金属配線にＡｌ系金属から
なる補償用パターンを設けたので、ＥＭ現象によって接
続孔近傍のＡｌ系金属配線中のＡｌが、電流が流れる方
向とは反対方向（電子が流れる方向）に移動しても、補
償用パターンからＡｌが補給されるので、接続孔の近傍
でボイドは発生しなくなる。そのため、Ａｌ系金属配線
の断線不良の発生がなくなるので、信頼性の向上が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の概略構成断面図である。

【図２】第１実施例の製造工程図である。

【図３】第１実施例の適用例の説明図である。

【図４】第２実施例の概略構成断面図である。

【図５】第３実施例の概略構成断面図である。

【図６】第３実施例の製造工程図である。

【図７】プラグを備えたＡｌ系金属配線の課題の説明図
である。

【図８】バリアメタル層を備えたＡｌ系金属配線の課題
の説明図である。

【図９】Ａｌリフロー法によるＡｌ系金属配線の課題の
説明図である。

【図１０】エレクトロマイグレーションの説明図であ
る。

【図１１】ボイドの観察例に基づくボイド発生機構の説
明図である。

【符号の説明】

１２第１配線２１第２絶縁膜２２接続孔３１第２配線４１補償用パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体装置に用いられる絶縁膜の一面側
に設けられた導電部に該絶縁膜に形成した接続孔を通じ
て接続されるもので該絶縁膜の他面側に設けられたアル
ミニウム系金属配線において、前記接続孔の近傍における前記アルミニウム系金属配線
にアルミニウム系金属からなる補償用パターンを設けた
ことを特徴とする半導体装置のアルミニウム系金属配
線。