JPH10233442A - 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

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JPH10233442A
JPH10233442A JP3402997A JP3402997A JPH10233442A JP H10233442 A JPH10233442 A JP H10233442A JP 3402997 A JP3402997 A JP 3402997A JP 3402997 A JP3402997 A JP 3402997A JP H10233442 A JPH10233442 A JP H10233442A
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JP
Japan
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interlayer insulating
wiring layer
insulating film
film
semiconductor device
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JP3402997A
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English (en)
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Yuuichi Miyamori
雄壱 宮森
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、配線層の金属蓄積部の長さを長く
することなく、配線層の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半導体装置及びその製造方
法を提供することを課題とする。 【解決手段】 層間絶縁膜14上に、層間絶縁膜14を
貫通するコンタクト部15a、15bを介して第1配線
層13a、13bに接続している第2配線層16が形成
されている。この第2配線層16は、コンタクト部15
a、15bに挟まれた電流経路部17及びコンタクト部
15a、15bに対して電流経路部17の反対側に位置
する金属蓄積部18a、18bを有している。金属蓄積
部18a、18b直下の層間絶縁膜14には深さ300
nmの凹みが形成されているため、金属蓄積部18a、
18bは下方に突き出した形状となり、金属蓄積部18
a、18bの厚さが電流経路部17の厚さよりも300
nm程度厚くなっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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の配線構造及びそ
の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体集積回路の高集積化に伴
い、配線層のパターン寸法が微細化することにより、特
にAl(アルミニウム)系配線層におけるエレクトロマ
イグレーション(electromigration)の発生が顕著にな
ってきた。そしてAl系配線層におけるエレクトロマイ
グレーション耐性は、リザーバー(reservoi
r)と呼ばれる配線層のコンタクト部との接触部におけ
る電流経路と反対側に位置する端部(以下、本願明細書
においては「金属蓄積部」という)の長さによって大き
く影響されることが報告されている(M.Fujii et al.
“Reservoir lengthdependence of EM lifetime for tu
ngsten via chains under current stress",(June 18-2
0,1966 VMIC Conference) 1966 ISMIC-106/96/0312(c)
参照)。
【0003】以下、Al系配線層におけるエレクトロマ
イグレーション耐性と金属蓄積部の長さとの関係を、図
20及び図21を用いて説明する。図20に示されるよ
うに、下層配線層51a、51bにコンタクト部52
a、52bを介して上層配線層53が接続されている多
層配線構造の半導体装置において、上層配線層53はコ
ンタクト部52a、52bに挟まれた電流経路部54と
コンタクト部52a、52bに対して電流経路部54の
反対側に位置する金属蓄積部55a、55bとを有して
いる。
【0004】ここで、下層配線層51a、51b及び上
層配線層53は、それぞれTi(チタン)/TiN(チ
タンナイトライド)/Ti層からなる下層バリアメタル
層とTi/TiN/Ti層からなる上層バリアメタル層
とに挟まれた厚さ500nmのAlに0.5%のCu
(銅)を添加したAl−0.5%Cu層から構成されて
いる。そして両者は、プラズマTEOS(tetraethoxys
ilane:(C2 H 5 O)4 Si)法を用いて形成したSiO2
(図示せず)によって分離されている。また、コンタク
ト部52a、52bは、それぞれ直径0.45μmのW
(タングステン)プラグから構成されている。
【0005】そして上層配線層53の電流経路部54の
長さを50μmとし、上層配線層53の金属蓄積部55
a、55bの長さを0.2μm、2.0μm、5.0μ
mと変化させてエレクトロマイグレーション耐性を調べ
ると、図21のグラフに示されるような結果になる。即
ち、電流値I=6.4mA、雰囲気温度T=175℃と
いう実際の動作条件に近い低ストレス条件において、抵
抗値が増大するまでのいわゆるインキュベーション(in
cubation)時間を劣化基準として用いると、上層配線層
53の金属蓄積部55a、55bの長さが長くなるにつ
れてインキュベーション時間は長くなる傾向を示してい
る。従って、上層配線層53の金属蓄積部55a、55
bの長さが長くなるにつれ、上層配線層53のエレクト
ロマイグレーション耐性が向上することが確認されたと
いえる。
【0006】このことは、次のようなメカニズムによっ
て説明されると考えられている。例えば下層配線層51
aからコンタクト部52aを介して上層配線層53の電
流経路部54に電子が流れると、エレクトロマイグレー
ションによりコンタクト部52a近傍における上層配線
層53を構成するAl原子が移動して、その痕に空孔
(vacancy )を生じる。こうして生じた空孔が集合して
ボイド(void)が形成されると、上層配線層53の電流
経路部54の断面積は減少し、抵抗値が増大する。そし
て電流密度が増加すると共にジュール熱による発熱も加
わり、更にマイグレーションを加速し、やがては上層配
線層53の断線を招くことになる。
【0007】ここで、上層配線層53に金属蓄積部55
aが設けられている場合には、コンタクト部52a近傍
の上層配線層53に生じた空孔により機械的なストレス
が発生し、この機械的なストレスを緩和するために、空
孔は上層配線層53の金属蓄積部55a方向に拡散して
いく。このため、こうした空孔は金属蓄積部55aの端
部に集合し、この金属蓄積部55aの端部にボイドが形
成される。即ち、コンタクト部52a近傍の上層配線層
53に生じた空孔には、金属蓄積部55aからAl原子
が供給され、コンタクト部52a近傍の上層配線層53
にボイドが形成されることを抑制する。
【0008】そして金属蓄積部55aの端部に形成され
たボイドは更に空孔を捕獲してコンタクト部52a近傍
にまで拡がっていくが、その間、金属蓄積部55aの長
さが長いほど、コンタクト部52a近傍の上層配線層5
3に生じた空孔へのAl原子の供給量は多くなるため、
コンタクト部52a近傍の上層配線層53にボイドが形
成されることを抑制する効果は大きくなる。従って、上
層配線層53の金属蓄積部55aの長さが長くなるにつ
れ、上層配線層53のエレクトロマイグレーション耐性
が向上することになる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記のように上層配線
層に金属蓄積部を設け、その長さを長くするほど、上層
配線層のエレクトロマイグレーション耐性を向上させる
ことができるが、その反面、金属蓄積部の長さが長くな
ると、配線層のパターン寸法の微細化による半導体集積
回路の高集積化という要請に反することになる。即ち、
配線層のパターン寸法を微細化するためには、上層配線
層の金属蓄積部の長さを長くすることができないどころ
か、逆にできるだけ短くすることが要求される。従っ
て、配線層のエレクトロマイグレーション耐性の向上と
いう観点からは、上層配線層の金属蓄積部の長さを長く
することが望ましく、半導体集積回路の高集積化という
観点からは、上層配線層の金属蓄積部の長さを短くする
ことが望ましく、両者はトレードオフの関係にあった。
【0010】そこで本発明は、上記事情を鑑みてなされ
たものであり、配線層の金属蓄積部の長さを長くするこ
となく、配線層の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半導体装置及びその製造方法を提
供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題は、以下の本発
明に係る半導体装置及びその製造方法によって達成され
る。即ち、請求項1に係る半導体装置は、下部導電部
と、この下部導電部上に層間絶縁膜を介して形成された
配線層と、下部導電部と配線層とを接続するコンタクト
部とを有する半導体装置であって、配線層のコンタクト
部との接触部における電流経路と反対側に位置する端部
に金属蓄積部を有し、配線層の金属蓄積部の厚さが、コ
ンタクト部に対して金属蓄積部の反対側に位置する配線
層の電流経路部の厚さよりも厚くなっていることを特徴
する。
【0012】このように請求項1に係る半導体装置にお
いては、配線層の金属蓄積部の厚さが配線層の電流経路
部の厚さよりも厚くなっていることにより、エレクトロ
マイグレーションによってコンタクト部近傍の配線層に
生じた空孔に対して、金属蓄積部の長さを長くすること
なく、厚さの厚い金属蓄積部から十分な量の金属原子を
供給することができる。従って、配線層の寸法パターン
の微細化を図りつつ、配線層のエレクトロマイグレーシ
ョン耐性を向上させることが可能になる。
【0013】また、請求項2に係る半導体装置は、上記
の請求項1に係る半導体装置において、前記下部導電部
が半導体基板表面の不純物層又は下層配線層である構成
とすることにより、半導体基板上に形成されている配線
層が1層である場合のみならず、2層以上の多層配線構
造である場合にも本発明を適用して上記の請求項1に係
る場合と同様の作用を奏することができる。
【0014】また、請求項3に係る半導体装置は、上記
の請求項1に係る半導体装置において、前記配線層が層
間絶縁膜に埋め込まれており、配線層の表面と層間絶縁
膜の表面とが平坦面をなしている構成とすることによ
り、この配線層上方に別の層間絶縁膜を介して別の配線
層を形成して多層配線構造とするのに適した構造となっ
ている。こうして多層配線構造にした場合にも、前述し
たように、本発明を適用して上記の請求項1に係る場合
と同様の作用を奏することができる。
【0015】また、請求項4に係る半導体装置は、上記
の請求項1に係る半導体装置において、前記配線層がA
l膜又はAl合金膜を有している構成とすることによ
り、特にエレクトロマイグレーションが発生し易いAl
系金属からなる配線層又はAl系金属膜を含む多層構造
の配線層の場合に本発明を適用して上記の請求項1に係
る場合と同様の作用を奏することができる。但し、本発
明はAl系配線層の場合に限定されるものではなく、エ
レクトロマイグレーションが発生する全ての金属膜から
なる配線層の場合に適用することが可能である。
【0016】また、請求項5に係る半導体装置の製造方
法は、下部導電部と、この下部導電部上に層間絶縁膜を
介して形成された配線層と、下部導電部と配線層とを接
続するコンタクト部とを有する半導体装置の製造方法で
あって、下部導電部上に層間絶縁膜を形成する第1の工
程と、コンタクト部形成予定領域の層間絶縁膜に下部導
電部に達する開口部を形成すると共に、配線層の端部に
位置する金属蓄積部形成予定領域の層間絶縁膜に凹みを
形成する第2の工程と、基体全面に金属膜を堆積する第
3の工程と、金属膜を所定の形状にパターニングして、
層間絶縁膜の開口部を充填する金属膜からなるコンタク
ト部と形成すると共に、層間絶縁膜の凹み上の金属膜か
らなる金属蓄積部及び層間絶縁膜上の金属膜からなる電
流経路部を有する前記配線層を形成する第4の工程とを
具備し、層間絶縁膜の凹み上に形成された配線層の端部
の金属蓄積部の厚さを、配線層の前記電流経路部の厚さ
よりも厚くすることを特徴する。
【0017】このように請求項5に係る半導体装置の製
造方法においては、層間絶縁膜に凹みを形成した後、基
体全面に金属膜を堆積することにより、層間絶縁膜の凹
み上に形成された金属膜からなる配線層の端部の金属蓄
積部の厚さを、層間絶縁膜の平坦な部分上に形成された
金属膜からなる配線層の電流経路部の厚さよりも厚くす
ることが可能となり、上記の請求項1に係る半導体装置
を容易に製造することができる。
【0018】なお、上記の請求項5に係る半導体装置の
製造方法において、前記第2の工程は、コンタクト部形
成予定領域の層間絶縁膜に下部導電部に達する開口部を
形成した後、配線層の端部に位置する金属蓄積部形成予
定領域の層間絶縁膜に凹みを形成する工程であってもよ
いし、或いはまた、配線層の端部に位置する金属蓄積部
形成予定領域の層間絶縁膜に凹みを形成した後、コンタ
クト部形成予定領域の層間絶縁膜に前記下部導電部に達
する開口部を形成する工程であってもよい。
【0019】また、上記の請求項5に係る半導体装置の
製造方法において、前記第3の工程が、スパッタ法を用
いて温度450℃以上550℃以下の条件により基体全
面にAl膜又はAl合金膜を堆積する工程を有している
ことが望ましい。この場合、温度450℃以上550℃
以下のいわゆる高温リフロー(reflow)スパッタ
法を用いることにより、下地の層間絶縁膜に凹みが形成
されている場合に、一定の流動性が生じて、成膜された
Al膜又はAl合金膜の表面が平坦化されるため、層間
絶縁膜の凹み上に形成されたAl膜又はAl合金膜を有
している配線層の金属蓄積部の厚さを、層間絶縁膜の平
坦な部分上に形成されたAl膜又はAl合金膜を有して
いる配線層の電流経路部の厚さよりも厚くすることが容
易に可能となる。
【0020】また、上記の請求項5に係る半導体装置の
製造方法において、前記第3の工程は、上記の高温リフ
ロースパッタ法を用いる代わりに、CVD(Chemical V
aporDeposition ;化学的気相成長)法を用いて、基体
全面にAl膜又はAl合金膜を堆積する工程であっても
よい。この場合も、上記高温リフロースパッタ法を用い
る場合と同様の作用を奏することが可能である。
【0021】また、請求項10に係る半導体装置の製造
方法は、下部導電部と、この下部導電部上に層間絶縁膜
を介して形成された配線層と、下部導電部と配線層とを
接続するコンタクト部とを有する半導体装置の製造方法
であって、下部導電部上に層間絶縁膜を形成する第1の
工程と、配線層形成予定領域の層間絶縁膜に溝を形成す
る第2の工程と、溝内のコンタクト部形成予定領域の層
間絶縁膜に下部導電部に達する開口部を形成すると共
に、溝内の配線層の端部に位置する金属蓄積部形成予定
領域の層間絶縁膜に凹みを形成する第3の工程と、基体
全面に金属膜を堆積する第4の工程と、金属膜を層間絶
縁膜表面が露出するまで除去して、溝内の開口部を充填
する金属膜からなるコンタクト部と形成すると共に、溝
内の凹み上の金属膜からなる金属蓄積部及び溝内の金属
膜からなる電流経路部を有する配線層を形成する第5の
工程とを具備し、層間絶縁膜の溝内の凹み上に形成され
た配線層の端部の金属蓄積部の厚さを、層間絶縁膜の溝
内に形成された配線層の前記電流経路部の厚さよりも厚
くすることを特徴する。
【0022】このように請求項10に係る半導体装置の
製造方法においては、配線層形成予定領域の層間絶縁膜
に溝を形成した後、基体全面に堆積した金属膜を層間絶
縁膜表面が露出するまで除去することにより、溝内の金
属膜からなる配線層を形成する、いわゆるダマシン(D
amascene)配線プロセスを用いると共に、この
溝内の層間絶縁膜に凹みを形成しておくことにより、層
間絶縁膜の溝内の凹み上に形成された配線層の金属蓄積
部の厚さを、層間絶縁膜の溝内に形成された配線層の電
流経路部の厚さよりも厚くすることが可能となり、上記
の請求項3に係る半導体装置を容易に製造することがで
きる。
【0023】なお、上記の請求項10に係る半導体装置
の製造方法において、前記第3の工程は、溝内のコンタ
クト部形成予定領域の層間絶縁膜に下部導電部に達する
開口部を形成した後、溝内の配線層の端部に位置する金
属蓄積部形成予定領域の層間絶縁膜に凹みを形成する工
程であってもよいし、或いはまた、溝内の配線層の端部
に位置する金属蓄積部形成予定領域の層間絶縁膜に凹み
を形成した後、溝内のコンタクト部形成予定領域の層間
絶縁膜に前記下部導電部に達する開口部を形成する工程
であってもよい。
【0024】また、上記の請求項10に係る半導体装置
の製造方法において、前記第4の工程は、スパッタ法を
用いて温度450℃以上550℃以下の条件により基体
全面にAl膜又はAl合金膜を堆積する工程を有してい
ることが望ましい。こうした高温スパッタ法を用いるこ
とにより、溝等の凹部内を完全に覆うAl膜又はAl合
金膜が形成される。或いはまた、この高温リフロースパ
ッタ法を用いる代わりに、CVD法を用いて基体全面に
Al膜又はAl合金膜を堆積する工程であってもよい。
【0025】また、上記の請求項10に係る半導体装置
の製造方法において、前記第5の工程で金属膜を層間絶
縁膜表面が露出するまで除去する際に、研磨法を用いて
研磨する方法を採用してもよいし、或いはまた、エッチ
バック法を用いてエッチングする方法を採用してもよ
い。
【0026】なお、本発明に関連する先行技術として、
特開平1−296640号の「半導体装置及びその製造
方法」、特開平4−258170号の「半導体装置」、
及び特開平6−89896号の「半導体装置の製造方
法」がある。以下、本発明とこれらの先行技術との本質
的な差異について述べておく。
【0027】特開平1−296640号の「半導体装置
及びその製造方法」は、「金属配線の電流の流れる方向
の断面が凹凸状を有している」(請求項1)ことを特徴
とするものであり、この金属配線断面の凹凸形状によ
り、従来の角柱状の配線に比べて配線の表面積を増加さ
せることができるため、その表皮効果による電流密度を
小さくすることが可能となり、電流密度を一定とすれば
配線幅を狭くすることが可能となるようにしたものであ
る。即ち、この先行技術は、電流が流れる配線層の電流
経路部の断面形状を問題とするものである。
【0028】しかし、本発明に係る半導体装置は、電流
が流れる配線層の電流経路部を問題とするのではなく、
コンタクト部に対して電流経路部の反対側に位置する配
線層の端部である金属蓄積部の厚さを問題とするもので
ある。従って、本発明に係る半導体装置は、その構造に
おいて、特開平1−296640号に係る半導体装置と
本質的に異なり、そのため、それぞれの製造方法も本質
的に異なることが明らかである。
【0029】また、特開平4−258170号の「半導
体装置」は、「半導体基板上に形成した絶縁膜のコンタ
クト開口を覆う金属配線が形成された半導体装置におい
て、前記コンタクト開口近傍の前記金属配線直下の前記
絶縁膜に貫通しない凹みが設けられている」(請求項
1)ことを特徴とするものであり、本発明に係る半導体
装置の構造と類似する構造を有している。
【0030】しかし、この特開平4−258170号に
係る半導体装置における凹みは、この凹み部分における
Al配線の結晶上の乱れが大きいことを利用して、下地
のSi基板からのSi析出の核とすることにより、Al
配線とSi基板とが接触するコンタクトにおけるSi析
出を抑制しようとするものである。このため、この半導
体装置面においては、下部導電部としては半導体基板、
実質的にはSi基板に限定され、配線層としてはAl系
配線層に限定されるものである。また、凹みが形成され
る位置も、2つの実施例に係る半導体装置を示す添付図
面である図1及び図4から明らかなように、配線の電流
経路部であり、そもそも金属蓄積部自体が設けられてい
ない。
【0031】従って、下部導電部が半導体基板、まして
Si基板に限定されるものではなく、配線層もAl系配
線層に限定されるものではない本発明に係る半導体装置
は、特開平4−258170号に係る半導体装置と本質
的に異なるものである。また、本発明に係る半導体装置
は、配線層において電流経路部以外の電流経路部を有
し、この電流経路部の位置に電流経路部の厚さを厚くす
るために凹みが形成されているものであり、この点にお
いても特開平4−258170号に係る半導体装置と本
質的に異なる。
【0032】また、特開平6−89896号の「半導体
装置の製造方法」は、「半導体基板上に形成された下層
配線を覆って層間絶縁膜を被着し、該層間絶縁膜表面に
上層配線パターンの凹部を形成する工程と、該層間絶縁
膜の該凹部内に上層配線と下層配線を形成するコンタク
トホールを形成する工程と、該凹部および該コンタクト
ホールを埋め込んでアルミニウム(Al)合金からなる
配線金属膜を該半導体基板上全面に被着し、該層間絶縁
膜上の該配線金属膜を除去し、該層間絶縁膜内に該配線
金属膜を残して上層配線を形成する工程とを有する」
(請求項1)ことを特徴とするものであり、配線層とコ
ンタクト部を構成する金属膜を層間絶縁膜内に同時に埋
め込む、いわゆるデュアルダマシン配線プロセス技術を
提案したものである。従って、配線層において、その電
流経路部と区別される金属蓄積部を特に問題とするもの
ではない。
【0033】本発明に係る半導体装置の製造方法におい
ても、請求項10〜16に係る半導体装置の製造方法は
デュアルダマシン配線プロセス技術を利用してはいる
が、この技術は本発明に付帯するものに過ぎない。そし
て本発明に係る半導体装置の製造方法の最大のポイント
は、コンタクト部形成予定領域の層間絶縁膜に下部導電
部に達する開口部を形成すると共に、配線層の端部に位
置する金属蓄積部形成予定領域の層間絶縁膜に凹みを形
成することにより、この凹み上に形成された配線層の金
属蓄積部の厚さを電流経路部の厚さよりも厚くすること
にある。従って、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、特開平6−89896号に係る半導体装置の製造方
法とは本質的に異なるものである。
【0034】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施の形態を説明する。 (第1の実施形態)図1(a)は本発明の第1の実施形
態に係る半導体装置を示す断面図であり、図1(b)は
その平面断面図である。例えばSi(シリコン)基板1
1上に、厚さ500nmのプラズマTEOSSiO2
12を介して第1配線層13a、13b、13cが形成
されている。そしてこれらの第1配線層13a、13
b、13cは、それぞれ厚さ30nmのTi下層バリア
メタル層と厚さ600nmのAl−0.5%Cu層と厚
さ30nmのTiN上層バリアメタル層が順に積層され
た金属膜から構成されている。
【0035】また、プラズマTEOS SiO2 膜12
上及び第1配線層13a、13b、13c上には、厚さ
800nmの層間絶縁膜14が形成されている。また、
この層間絶縁膜14上には、層間絶縁膜14を貫通する
コンタクト部15a、15bを介して第1配線層13
a、13bに接続している第2配線層16が形成されて
いる。そしてこれらの第2配線層15及びコンタクト部
15a、15bも、それぞれTi下層バリアメタル層/
Al−0.5%Cu層/TiN上層バリアメタル層が順
に積層された金属膜から構成されている。
【0036】また、この第2配線層16は、コンタクト
部15a、15bに挟まれた電流経路部17及びコンタ
クト部15a、15bに対して電流経路部17の反対側
に位置する金属蓄積部18a、18bを有している。そ
して金属蓄積部18a、18b直下の層間絶縁膜14に
は深さ300nmの凹みが形成されているため、金属蓄
積部18a、18bは下方に突き出した形状となり、金
属蓄積部18a、18bの厚さが電流経路部17の厚さ
よりも300nm程度厚くなっている点に本実施形態の
特徴がある。即ち、第2配線層15の電流経路部17が
厚さ30nmのTi下層バリアメタル層と厚さ600n
mのAl−0.5%Cu層と厚さ30nmのTiN上層
バリアメタル層が順に積層された金属膜から構成されて
いるのに対して、第2配線層15の金属蓄積部18a、
18bは厚さ30nmのTi下層バリアメタル層と厚さ
900nmのAl−0.5%Cu層と厚さ30nmのT
iN上層バリアメタル層が順に積層された金属膜から構
成されている。
【0037】次に、図1に示す半導体装置の第1の製造
方法を、図2〜図5を用いて説明する。ここで、図2〜
図5はそれぞれ図1に示す半導体装置の第1の製造方法
を説明するための工程断面図である。Si基板11上
に、プラズマTEOS法を用いて、厚さ500nmのプ
ラズマTEOS SiO2 膜12を形成する。このとき
のプラズマTEOS SiO2膜12の成膜条件は、例
えば、 ガ ス:TEOS/O2 流量=800/600sccm 圧 力:1133.2Pa 基板 温度:400℃ RFパワー:700W とする。
【0038】続いて、このプラズマTEOS SiO2
膜12上に、スパッタ法を用いて、厚さ30nmのTi
下層バリアメタル層、厚さ600nmのAl−0.5%
Cu層、厚さ30nmのTiN上層バリアメタル層を順
に堆積する。このときのTi下層バリアメタル層の成膜
条件は、例えば、 ガ ス:Ar流量=100sccm 圧 力:0.4Pa DC 電力:5kW 基板 温度:475℃ とする。また、Al−0.5%Cu層の成膜条件は、例
えば、 ガ ス:Ar流量=100sccm 圧 力:0.26Pa DC 電力:15kW 基板 温度:475℃ とする。また、TiN上層バリアメタル層の成膜条件
は、例えば、 ガ ス:Ar/N2 流量=30/80sccm 圧 力:0.4Pa DC 電力:5kW 基板 温度:475℃ とする。
【0039】続いて、基体全面にレジスト(図示せず)
を塗布した後、リソグラフィ技術を用いてレジストパタ
ーニングを行う。そしてこのパターニングしたレジスト
をマスクとする反応性エッチング法を用いて、積層した
Ti下層バリアメタル層/Al−0.5%Cu層/Ti
N上層バリアメタル層からなる金属膜を選択的にエッチ
ングすることにより加工し、第1配線層13a、13
b、13cを形成する。このときのエッチング条件は、
例えば、 ガ ス:BCl3 /Cl2 流量=60/90sccm 圧 力:2Pa RF 電力:1200W とする。
【0040】続いて、レジストを除去した後、プラズマ
TEOS法を用いて、基体全面に厚さ200nmのプラ
ズマTEOS SiO2 膜を形成する。このときのプラ
ズマTEOS SiO2 膜の成膜条件は、例えば、 ガ ス:TEOS/O2 流量=800/600sccm 圧 力:1133.2Pa 基板 温度:400℃ RFパワー:700W とする。更に、このプラズマTEOS SiO2 膜上
に、O3 −TEOS法を用いて、厚さ600nmのO3
−TEOS NSG(Non-doped Silica Glass)膜を形
成する。このときのO3 −TEOS NSG膜の成膜条
件は、例えば、 ガ ス:TEOS流量=10sccm O3 流量=750mg/分 圧 力:常圧 基板 温度:380℃ とする。こうして厚さ200nmのプラズマTEOS
SiO2 膜及び厚さ600nmのO3 −TEOS NS
G膜が順に積層された厚さ800nmの層間絶縁膜14
を形成する(図2参照)。
【0041】次いで、基体全面にレジスト(図示せず)
を塗布した後、リソグラフィ技術を用いてレジストパタ
ーニングを行う。そしてこのパターニングしたレジスト
をマスクとする反応性エッチング法を用いて、層間絶縁
膜14を選択的にエッチングし、第1配線層13a、1
3bに達するヴィアホール(via hole)19
a、19bを開口する。このときのエッチング条件は、
例えば、 ガ ス:C4 8 流量=50sccm 圧 力:2Pa RF 電力:1200W とする(図3参照)。
【0042】次いで、レジストを除去した後、再び基体
全面にレジスト(図示せず)を塗布する。そしてリソグ
ラフィ技術を用いてレジストパターニングを行った後、
このパターニングしたレジストをマスクとする反応性エ
ッチング法を用いて、層間絶縁膜14を選択的にエッチ
ングし、深さ300nmの金属蓄積部用の凹み20a、
20bを形成する。このときのエッチング条件は、例え
ば、 ガ ス:C4 8 流量=50sccm 圧 力:2Pa RF 電力:1200W とする(図4参照)。
【0043】次いで、基体全面に、スパッタ法を用い
て、Ti下層バリアメタル層、Al−0.5%Cu層、
TiN上層バリアメタル層を順に堆積する。このときの
Ti下層バリアメタル層の成膜条件は、例えば、 ガ ス:Ar流量=100sccm 圧 力:0.4Pa DC 電力:5kW 基板 温度:475℃ とする。また、Al−0.5%Cu層の成膜条件は、例
えば、 ガ ス:Ar流量=100sccm 圧 力:0.26Pa DC 電力:15kW 基板 温度:475℃ とする。また、TiN上層バリアメタル層の成膜条件
は、例えば、 ガ ス:Ar/N2 流量=30/80sccm 圧 力:0.4Pa DC 電力:5kW 基板 温度:475℃ とする。
【0044】こうして成膜されたTi下層バリアメタル
層/Al−0.5%Cu層/TiN上層バリアメタル層
からなる金属膜は、層間絶縁膜14に開口されたヴィア
ホール19a、19bを充填すると共に、凹み20a、
20bが形成された層間絶縁膜14上に堆積されるが、
その成膜の際の基板温度が475℃と、450℃以上5
50℃以下の高温リフロースパッタ条件において形成さ
れるため、下地に凹凸形状がある場合には一定の流動性
が生じて、成膜された金属膜の表面が平坦化される。こ
のため、層間絶縁膜14の平坦な部分においては、Ti
下層バリアメタル層/Al−0.5%Cu層/TiN上
層バリアメタル層の各膜厚が30nm/600nm/3
0nmであるのに対して、層間絶縁膜14の凹み20
a、20b上のTi下層バリアメタル層/Al−0.5
%Cu層/TiN上層バリアメタル層の各膜厚は、30
nm/900nm/30nmとなる。
【0045】続いて、基体全面にレジスト(図示せず)
を塗布した後、リソグラフィ技術を用いてレジストパタ
ーニングを行う。そしてこのパターニングしたレジスト
をマスクとする反応性エッチング法を用いて、積層した
Ti下層バリアメタル層/Al−0.5%Cu層/Ti
N上層バリアメタル層からなる金属膜を選択的にエッチ
ングすることにより加工する。このときのエッチング条
件は、例えば、 ガス :BCl3 /Cl2 流量=60/90sccm 圧力 :2Pa RF電力:1200W とする。そしてヴィアホール19a、19bを充填する
金属膜からなるコンタクト部15a、15bを形成する
と共に、これらコンタクト部15a、15b間の層間絶
縁膜14上の厚さ660nmの金属膜からなる電流経路
部17及びコンタクト部15a、15bに対して電流経
路部17の反対側に位置する凹み20a、20b上の厚
さ960nmの金属膜からなる金属蓄積部18a、18
bを有する第2配線層16を形成する。このようにして
図1に示す半導体装置を作製する(図5参照)。
【0046】次に、図1に示す半導体装置の第2の製造
方法を、図6〜図9を用いて説明する。ここで、図6〜
図9はそれぞれ図1に示す半導体装置の第2の製造方法
を説明するための工程断面図である。なお、上記第1の
製造方法の図2〜図5に示す半導体装置の構成要素と同
一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【0047】Si基板11上に、プラズマTEOS法を
用いて、厚さ500nmのプラズマTEOS SiO2
膜12を形成する。このプラズマTEOS SiO2
12の成膜条件は、上記第1の製造方法の図2に示す工
程の場合と同様とする。
【0048】続いて、このプラズマTEOS SiO2
膜12上に、スパッタ法を用いて、厚さ30nmのTi
下層バリアメタル層、厚さ600nmのAl−0.5%
Cu層、厚さ30nmのTiN上層バリアメタル層を順
に堆積する。このときのTi下層バリアメタル層Al−
0.5%Cu層、TiN上層バリアメタル層の各成膜条
件は、上記第1の製造方法の図2に示す工程の場合と同
様とする。
【0049】続いて、リソグラフィ技術及び反応性エッ
チング法を用いて、積層したTi下層バリアメタル層/
Al−0.5%Cu層/TiN上層バリアメタル層から
なる金属膜を選択的にエッチングすることにより加工
し、第1配線層13a、13b、13cを形成する。こ
のときのエッチング条件は、上記第1の製造方法の図2
に示す工程の場合と同様とする。
【0050】続いて、プラズマTEOS法を用いて、基
体全面に厚さ200nmのプラズマTEOS SiO2
膜を形成し、更にこのプラズマTEOS SiO2 膜上
に、O3 −TEOS法を用いて、厚さ600nmのO3
−TEOS NSG膜を形成する。このときのプラズマ
TEOS SiO2 膜及びO3 −TEOS NSG膜の
各成膜条件は、上記第1の製造方法の図2に示す工程の
場合と同様とする。こうしてプラズマTEOS SiO
2 膜及びO3 −TEOS NSG膜が順に積層された厚
さ800nmの層間絶縁膜14を形成する(図6参
照)。
【0051】次いで、リソグラフィ技術及び反応性エッ
チング法を用いて、層間絶縁膜14を選択的にエッチン
グし、深さ300nmの金属蓄積部用の凹み20a、2
0bを形成する。このときのエッチング条件は、上記第
1の製造方法の図4に示す工程の場合と同様とする(図
7参照)。
【0052】次いで、再びリソグラフィ技術及び反応性
エッチング法を用いて、層間絶縁膜14を選択的にエッ
チングし、第1配線層13a、13bに達するヴィアホ
ール19a、19bを開口する。このときのエッチング
条件は、上記第1の製造方法の図3に示す工程の場合と
同様とする(図8参照)。
【0053】次いで、基体全面に、スパッタ法を用い
て、Ti下層バリアメタル層、Al−0.5%Cu層、
TiN上層バリアメタル層を順に堆積する。このときの
Ti下層バリアメタル層、Al−0.5%Cu層、Ti
N上層バリアメタル層の各成膜条件は、上記第1の製造
方法の図5に示す工程の場合と同様とする。
【0054】こうして成膜されたTi下層バリアメタル
層/Al−0.5%Cu層/TiN上層バリアメタル層
からなる金属膜は、層間絶縁膜14に開口されたヴィア
ホール19a、19bを充填すると共に、凹み20a、
20bが形成された層間絶縁膜14上に堆積されるが、
この場合も、その成膜の際の基板温度が475℃と、4
50℃以上550℃以下の高温リフロースパッタ条件に
おいて形成されるため、下地に凹凸形状がある場合には
一定の流動性が生じて、成膜された金属膜の表面が平坦
化される。従って、層間絶縁膜14の平坦な部分におい
ては、Ti下層バリアメタル層/Al−0.5%Cu層
/TiN上層バリアメタル層の各膜厚が30nm/60
0nm/30nmであるのに対して、層間絶縁膜14の
凹み20a、20b上におけるTi下層バリアメタル層
/Al−0.5%Cu層/TiN上層バリアメタル層の
各膜厚は、30nm/900nm/30nmとなる。
【0055】続いて、リソグラフィ技術及び反応性エッ
チング法を用いて、積層したTi下層バリアメタル層/
Al−0.5%Cu層/TiN上層バリアメタル層から
なる金属膜を選択的にエッチングする。このときのエッ
チング条件は、上記第1の製造方法の図5に示す工程の
場合と同様とする。そしてヴィアホール19a、19b
を充填する金属膜からなるコンタクト部15a、15b
を形成すると共に、これらコンタクト部15a、15b
間の層間絶縁膜14上の厚さ660nmの金属膜からな
る電流経路部17及びコンタクト部15a、15bより
外側に位置する凹み20a、20b上の厚さ960nm
の金属膜からなる金属蓄積部18a、18bを有する第
2配線層16を形成する。このようにして図1に示す半
導体装置を作製する(図9参照)。
【0056】以上のように本実施形態に係る半導体装置
によれば、Ti下層バリアメタル層/Al−0.5%C
u層/TiN上層バリアメタル層が順に積層された金属
膜からなる第2配線層16の金属蓄積部18a、18b
の厚さが第2配線層16の電流経路部17の厚さよりも
300nm程度厚くなっていることにより、エレクトロ
マイグレーションによってコンタクト部15a、15b
近傍の第2配線層16に生じた空孔に対して、その厚さ
が十分に厚い金属蓄積部18a、18bから十分な量の
Al原子を供給することが可能となるため、金属蓄積部
18a、18bの占有面積を小さくして第2配線層16
全体の寸法パターンを微細化しても、エレクトロマイグ
レーション耐性の劣化を防止することができる。従っ
て、第2配線層16の寸法パターンの微細化による半導
体装置の高集積化と第2配線層16のエレクトロマイグ
レーション耐性の向上による信頼性の向上とを同時に実
現することが可能になる。
【0057】なお、本実施形態に係る半導体装置におい
ては、コンタクト部15a、15bを介して接続された
第1配線層13a、13bと第2配線層16とを有する
2層配線構造となっているが、本発明はこうした2層配
線構造に限定されるものではない。例えば層間絶縁膜を
貫通するコンタクト部を介してSi基板11表面の不純
物層に直接に接続している配線層が形成されている1層
配線構造の場合であっても、また層間絶縁膜を介して形
成されている配線層が3層以上の多層配線構造の場合で
あっても、本発明を適用することが可能である。
【0058】また、第2配線層16として、Al−0.
5%Cu層を主体とする場合について述べているが、本
発明はこれに限定されるものではなく、例えばエレクト
ロマイグレーションがより発生し易いAl単体層を主体
とする場合であっても、またAl系金属膜に限定される
ことなく、他の金属膜からなる場合であっても、その金
属膜にエレクトロマイグレーションが発生する限り、本
発明を適用することが可能である。
【0059】また、本実施形態に係る半導体装置の製造
方法によれば、厚さ800nmの層間絶縁膜14に深さ
300nmの金属蓄積部用の凹み20a、20bを形成
した後、基板温度475℃の高温リフロースパッタ法を
用いて、基体全面にTi下層バリアメタル層/Al−
0.5%Cu層/TiN上層バリアメタル層が順に積層
された金属膜を堆積すると共に、層間絶縁膜14の凹み
20a、20b上の金属膜からなる金属蓄積部18a、
18b表面と層間絶縁膜14の平坦部分上の金属膜から
なる電流経路部17表面とがほぼ平坦面となるようにす
ることにより、金属蓄積部18a、18bの厚さが、電
流経路部17の厚さよりも300nm程度厚くなり、図
1に示す半導体装置を容易に製造することができる。
【0060】なお、本実施形態に係る半導体装置の製造
方法においては、図2〜図5を用いて説明した第1の製
造方法のように、層間絶縁膜14を選択的にエッチング
して第1配線層13a、13bに達するヴィアホール1
9a、19bを開口した後、再び層間絶縁膜14を選択
的にエッチングして金属蓄積部用の凹み20a、20b
を形成してもよいし、或いはまた、図6〜図9を用いて
説明した第2の製造方法のように、層間絶縁膜14を選
択的にエッチングして金属蓄積部用の凹み20a、20
bを形成した後、再び層間絶縁膜14を選択的にエッチ
ングして第1配線層13a、13bに達するヴィアホー
ル19a、19bを開口してもよい。
【0061】また、コンタクト部15a、15b並びに
電流経路部17及び金属蓄積部18a、18bを有する
第2配線層16を構成するAl−0.5%Cu層を形成
する際に、基板温度475℃の高温リフロースパッタ法
を用いているが、この高温リフロースパッタ法を用いる
代わりに、例えば有機金属ソースであるDMAH(dime
thylaluminum hydride)やTIBA(triisobutylalumi
num )を用いたMOCVD(Metal Organics CVD;有機
金属気相成長)法を用いてAl−0.5%Cu層を堆積
してもよい。この場合も、上記高温リフロースパッタ法
を用いる場合と同様の作用を奏し、層間絶縁膜14の凹
み20a、20b上の金属膜からなる金属蓄積部18
a、18b表面と層間絶縁膜14の平坦部分上の金属膜
からなる電流経路部17表面とがほぼ平坦面をなすよう
にして、金属蓄積部18a、18bの厚さを電流経路部
17の厚さよりも厚くすることができる。
【0062】(第2の実施形態)図10(a)は本発明
の第2の実施形態に係る半導体装置を示す断面図であ
り、図10(b)はその平面断面図である。なお、上記
第1の実施形態の図1に示す半導体装置の構成要素と同
一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。例え
ばSi基板11上に、厚さ500nmのプラズマTEO
S SiO2 膜12を介して、第1配線層13a、13
b、13cが形成されている。そしてこれらの第1配線
層13a、13b、13cは、それぞれ厚さ30nmの
Ti下層バリアメタル層と厚さ600nmのAl−0.
5%Cu層と厚さ30nmのTiN上層バリアメタル層
が順に積層された金属膜から構成されている。
【0063】また、プラズマTEOS SiO2 膜12
上及び第1配線層13a、13b、13c上には、厚さ
1400nmの層間絶縁膜21が形成されている。ま
た、この層間絶縁膜21上には、層間絶縁膜21を貫通
するコンタクト部22a、22bを介して第1配線層1
3a、13bに接続している第2配線層23が形成され
ている。これらの第2配線層22及びコンタクト部22
a、22bも、それぞれTi下層バリアメタル層/Al
−0.5%Cu層が順に積層された金属膜から構成され
ている。
【0064】そして第2配線層23直下の層間絶縁膜2
1には深さ600nmの溝が形成されているため、第2
配線層23はこの層間絶縁膜21の溝内に埋め込まれて
おり、層間絶縁膜21表面と第2配線層23表面とが平
坦面をなしている点に本実施形態の特徴がある。また、
この第2配線層23は、コンタクト部22a、22bに
挟まれた電流経路部24及びコンタクト部22a、22
bより外側に位置する金属蓄積部25a、25bを有し
ている。そして金属蓄積部25a、25b直下の層間絶
縁膜21には深さ300nmの凹みが形成されているた
め、金属蓄積部25a、25bは下方に突き出した形状
となり、金属蓄積部25a、25bの厚さが電流経路部
24の厚さよりも300nm程度厚くなっている点にも
本実施形態の特徴がある。
【0065】即ち、第2配線層22の電流経路部24が
厚さ30nmのTi下層バリアメタル層と厚さ600n
mのAl−0.5%Cu層が順に積層された金属膜から
構成されているのに対して、第2配線層22の金属蓄積
部25a、25bは厚さ30nmのTi下層バリアメタ
ル層と厚さ900nmのAl−0.5%Cu層が順に積
層された金属膜から構成されている。
【0066】次に、図10に示す半導体装置の第1の製
造方法を、図11〜図15を用いて説明する。ここで、
図11〜図15は、それぞれ図10に示す半導体装置の
第1の製造方法を説明するための工程断面図である。S
i基板11上に、プラズマTEOS法を用いて、厚さ5
00nmのプラズマTEOS SiO2 膜12を形成す
る。このときのプラズマTEOS SiO2膜12の成
膜条件は、例えば、 ガ ス:TEOS/O2 流量=800/600sccm 圧 力:1133.2Pa 基板 温度:400℃ RFパワー:700W とする。
【0067】続いて、このプラズマTEOS SiO2
膜12上に、スパッタ法を用いて、厚さ30nmのTi
下層バリアメタル層、厚さ600nmのAl−0.5%
Cu層、厚さ30nmのTiN上層バリアメタル層を順
に堆積する。このときのTi下層バリアメタル層の成膜
条件は、例えば、 ガ ス:Ar流量=100sccm 圧 力:0.4Pa DC 電力:5kW 基板 温度:475℃ とする。また、Al−0.5%Cu層の成膜条件は、例
えば、 ガ ス:Ar流量=100sccm 圧 力:0.26Pa DC 電力:15kW 基板 温度:475℃ とする。また、TiN上層バリアメタル層の成膜条件
は、例えば、 ガ ス:Ar/N2 流量=30/80sccm 圧 力:0.4Pa DC 電力:5kW 基板 温度:475℃ とする。
【0068】続いて、基体全面にレジスト(図示せず)
を塗布した後、リソグラフィ技術を用いてレジストパタ
ーニングを行う。そしてこのパターニングしたレジスト
をマスクとする反応性エッチング法を用いて、積層した
Ti下層バリアメタル層/Al−0.5%Cu層/Ti
N上層バリアメタル層からなる金属膜を選択的にエッチ
ングすることにより加工し、第1配線層13a、13
b、13cを形成する。このときのエッチング条件は、
例えば、 ガ ス:BCl3 /Cl2 流量=60/90sccm 圧 力:2Pa RF 電力:1200W とする。
【0069】続いて、レジストを除去した後、プラズマ
TEOS法を用いて、基体全面に厚さ200nmのSi
2 膜を形成する。このときのプラズマTEOS Si
2膜の成膜条件は、例えば、 ガ ス:TEOS/O2 流量=800/600sccm 圧 力:1133.2Pa 基板 温度:400℃ RFパワー:700W とする。更にこのプラズマTEOS SiO2 膜上に、
3 −TEOS法を用いて、厚さ1200nmのO3
TEOS NSG膜を形成する。このときのO3−TE
OS NSG膜の成膜条件は、例えば、 ガ ス:TEOS流量=10sccm O3 流量=750mg/分 圧 力:常圧 基板 温度:380℃ とする。こうして厚さ200nmのプラズマTEOS
SiO2 膜及び厚さ1200nmのO3 −TEOS N
SG膜が順に積層された厚さ1400nmの層間絶縁膜
21を形成する(図11参照)。
【0070】次いで、基体全面にレジスト(図示せず)
を塗布した後、リソグラフィ技術を用いてレジストパタ
ーニングを行う。そしてこのパターニングしたレジスト
をマスクとする反応性エッチング法を用いて、層間絶縁
膜21を選択的にエッチングし、深さ600nmの第2
配線層用の溝26を形成する。このときのエッチング条
件は、例えば、 ガ ス:C4 8 流量=50sccm 圧 力:2Pa RF 電力:1200W とする(図12参照)。
【0071】次いで、レジストを除去した後、再び基体
全面にレジスト(図示せず)を塗布する。そしてリソグ
ラフィ技術を用いてレジストパターニングを行った後、
このパターニングしたレジストをマスクとする反応性エ
ッチング法を用いて、溝26内の層間絶縁膜21を選択
的にエッチングし、第1配線層13a、13bに達する
ヴィアホール27a、27bを開口する。このときのエ
ッチング条件は、例えば、 ガ ス:C4 8 流量=50sccm 圧 力:2Pa RF 電力:1200W とする(図13参照)。
【0072】次いで、レジストを除去した後、再び基体
全面にレジスト(図示せず)を塗布する。そしてリソグ
ラフィ技術を用いてレジストパターニングを行った後、
このパターニングしたレジストをマスクとする反応性エ
ッチング法を用いて、溝26内の層間絶縁膜21を選択
的にエッチングし、溝26の底面から更に深さ300n
mの金属蓄積部用の凹み28a、28bを形成する。こ
のときのエッチング条件は、例えば、 ガ ス:C4 8 流量=50sccm 圧 力:2Pa RF 電力:1280W とする(図14参照)。
【0073】次いで、基体全面に、スパッタ法を用い
て、厚さ30nmのTi下層バリアメタル層、厚さ10
00nmのAl−0.5%Cu層を順に堆積する。この
ときのTi下層バリアメタル層の成膜条件は、例えば、 ガ ス:Ar流量=100sccm 圧 力:0.4Pa DC 電力:5kW 基板 温度:475℃ とする。また、Al−0.5%Cu層の成膜条件は、例
えば、 ガ ス:Ar流量=100sccm 圧 力:0.26Pa DC 電力:15kW 基板 温度:475℃ とする。こうして堆積されたTi下層バリアメタル層/
Al−0.5%Cu層からなる金属膜は、層間絶縁膜2
1表面に形成された溝26、この溝26内に開口された
ヴィアホール27a、27b、及び溝26内に形成され
た凹み28a、28bを埋め尽くす。
【0074】続いて、積層したTi下層バリアメタル層
/Al−0.5%Cu層からなる金属膜を、CMP(Ch
emical Mechanical Polishing :化学的機械研磨)法を
用いて、層間絶縁膜21表面が露出するまで研磨する。
このときのCMP条件は、例えば、 研磨ブレート回転数:37rpm ウェーハ保持試料台回転数:17rpm 研磨圧力:5.5×108 Pa 研磨液:1wt%H2 2 +1wt%アミン(Amin
e)+H2 O 研磨液流量:225ml/分 パッド温度:40℃ とする。
【0075】こうしていわゆるデュアルダマシン配線プ
ロセスにより、ヴィアホール27a、27bを充填する
金属膜からなるコンタクト部22a、22bを形成する
と同時に、層間絶縁膜21の溝26内の金属膜からなる
第2配線層23を形成する。そしてこの第2配線層23
は、コンタクト部22a、22b間の溝26内の厚さ6
00nmの金属膜からなるの電流経路部24及びコンタ
クト部22a、22bより外側に位置する溝26内の凹
み28a、28b上の厚さ900nmの金属膜からなる
金属蓄積部25a、25bを有することになる。このよ
うにして図10に示す半導体装置を作製する(図15参
照)。
【0076】次に、図10に示す半導体装置の第2の製
造方法を、図16〜図19を用いて説明する。ここで、
図16〜図19はそれぞれ図10に示す半導体装置の第
2の製造方法を説明するための工程断面図である。な
お、上記図11〜図15に示す半導体装置の構成要素と
同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【0077】Si基板11上に、プラズマTEOS法を
用いて、厚さ500nmのプラズマTEOS SiO2
膜12を形成する。このときのプラズマTEOS Si
2膜12の成膜条件は、上記第1の製造方法の図11
に示す工程の場合と同様とする。
【0078】続いて、このプラズマTEOS SiO2
膜12上に、スパッタ法を用いて、厚さ30nmのTi
下層バリアメタル層、厚さ600nmのAl−0.5%
Cu層、厚さ30nmのTiN上層バリアメタル層を順
に堆積する。このときのTi下層バリアメタル層Al−
0.5%Cu層、TiN上層バリアメタル層の各成膜条
件は、上記第1の製造方法の図11に示す工程の場合と
同様とする。
【0079】続いて、リソグラフィ技術及び反応性エッ
チング法を用いて、積層したTi下層バリアメタル層/
Al−0.5%Cu層/TiN上層バリアメタル層から
なる金属膜を選択的にエッチングすることにより加工
し、第1配線層13a、13b、13cを形成する。こ
のときのエッチング条件は、上記第1の製造方法の図1
1に示す工程の場合と同様とする。
【0080】続いて、プラズマTEOS法を用いて、基
体全面に厚さ200nmのプラズマTEOS SiO2
膜を形成する。更に、このプラズマTEOS SiO2
膜上に、O3 −TEOS法を用いて、厚さ1200nm
のO3 −TEOS NSG膜を形成する。このときのプ
ラズマTEOS SiO2 膜及びO3 −TEOS NS
G膜の成膜条件は、上記第1の製造方法の図11に示す
工程の場合と同様とする。こうしてプラズマTEOS
SiO2 膜及びO3 −TEOS NSG膜が順に積層さ
れた厚さ1400nmの層間絶縁膜21を形成する。
【0081】続いて、リソグラフィ技術及び反応性エッ
チング法を用いて、層間絶縁膜21を選択的にエッチン
グし、第2配線層用の深さ600nmの溝26を形成す
る。このときのエッチング条件は、上記第1の製造方法
の図11に示す工程の場合と同様とする(図16参
照)。
【0082】次いで、再びリソグラフィ技術及び反応性
エッチング法を用いて、溝26内の層間絶縁膜21を選
択的にエッチングし、溝26底面から更に深さ300n
mの金属蓄積部用の凹み28a、28bを形成する。こ
のときのエッチング条件は、上記第1の製造方法の図1
4に示す工程の場合と同様とする(図17参照)。
【0083】次いで、再びリソグラフィ技術及び反応性
エッチング法を用いて、溝26内の層間絶縁膜21を選
択的にエッチングし、第1配線層13a、13bに達す
るヴィアホール27a、27bを開口する。このときの
エッチング条件は、上記第1の製造方法の図13に示す
工程の場合と同様とする(図18参照)。
【0084】次いで、基体全面に、スパッタ法を用い
て、厚さ30nmのTi下層バリアメタル層、厚さ10
00nmのAl−0.5%Cu層を順に堆積する。この
ときのTi下層バリアメタル層、Al−0.5%Cu層
の各成膜条件は、上記第1の製造方法の図15に示す工
程の場合と同様とする。こうして堆積されたTi下層バ
リアメタル層/Al−0.5%Cu層からなる金属膜
は、層間絶縁膜21表面に形成された溝26、この溝2
6内に開口されたヴィアホール27a、27b、及び溝
26内に形成された凹み28a、28bを埋め尽くす。
【0085】続いて、積層したTi下層バリアメタル層
/Al−0.5%Cu層からなる金属膜を、CMP法を
用いて、層間絶縁膜21表面が露出するまで研磨する。
このときのCMP条件は、上記第1の製造方法の図15
に示す工程の場合と同様とする。
【0086】こうしてデュアルダマシン配線プロセスに
より、ヴィアホール27a、27bを充填する金属膜か
らなるコンタクト部22a、22bを形成すると同時
に、層間絶縁膜21の溝26内の金属膜からなる第2配
線層23を形成する。そしてこの第2配線層23は、コ
ンタクト部22a、22b間の溝26内の厚さ600n
mの金属膜からなるの電流経路部24及びコンタクト部
22a、22bより外側に位置する溝26内の凹み28
a、28b上の厚さ900nmの金属膜からなる金属蓄
積部25a、25bを有することになる。このようにし
て図10に示す半導体装置を作製する(図18参照)。
【0087】以上のように本実施形態に係る半導体装置
によれば、Ti下層バリアメタル層/Al−0.5%C
u層が順に積層された金属膜からなる第2配線層23の
金属蓄積部25a、25bの厚さが、第2配線層23の
電流経路部24の厚さよりも300nm程度厚くなって
いることにより、エレクトロマイグレーションによって
コンタクト部22a、22b近傍の第2配線層23に生
じた空孔に対して、その厚さが十分に厚い金属蓄積部2
5a、25bから十分な量のAl原子を供給することが
可能となるため、上記第1の実施形態に係る半導体装置
の場合と同様の効果を奏することができる。
【0088】なお、本実施形態に係る半導体装置におい
ては、コンタクト部22a、22bを介して接続された
第1配線層13a、13b、13cと第2配線層23と
を有する2層配線構造となっているが、上記第1の実施
形態に係る半導体装置の場合と同様に、こうした2層配
線構造に限定されるものではなく、例えば層間絶縁膜を
貫通するコンタクト部を介してSi基板11表面の不純
物層に直接に接続している配線層が形成されている1層
配線構造の場合であっても、また層間絶縁膜を介して形
成されている配線層が3層以上の多層配線構造の場合で
あっても、本発明を適用することが可能である。
【0089】そして本実施形態に係る半導体装置の場
合、第2配線層23が層間絶縁膜21表面に形成された
溝内に埋め込まれており、層間絶縁膜21表面と第2配
線層23表面とが平坦面をなしているため、更にこの第
2配線層23上方に別の層間絶縁膜を介して別の配線層
を形成して3層以上の多層配線構造とするのに適した構
造となっている。
【0090】また、第2配線層23として、Al−0.
5%Cu層を主体とする場合について述べているが、本
発明はこれに限定されるものではなく、例えばエレクト
ロマイグレーションがより発生し易いAl単体層を主体
とする場合であっても、またAl系金属膜に限定される
ことなく、他の金属膜からなる場合であっても、その金
属膜にエレクトロマイグレーションが発生する限り、本
発明を適用することが可能である。
【0091】また、本実施形態に係る半導体装置の製造
方法によれば、厚さ1400nmの層間絶縁膜21に深
さ600nmの第2配線層用の溝26を形成し、更にこ
の溝26内の層間絶縁膜21に深さ300nmの金属蓄
積部用の凹み26a、26bを形成した後、基板温度4
75℃の高温リフロースパッタ法を用いて基体全面にT
i下層バリアメタル層/Al−0.5%Cu層が順に積
層された金属膜を堆積し、更にこの金属膜をCMP法を
用いて層間絶縁膜21表面が露出するまで研磨し、層間
絶縁膜21の溝26内に埋め込まれた金属膜からなる第
2配線層23を形成すると共に、この溝26内の凹み2
6a、26b上の第2配線層23の金属蓄積部25a、
25b表面と溝26内の第2配線層23の電流経路部2
4表面とが平坦面をなすようにすることにより、金属蓄
積部25a、25bの厚さが電流経路部24の厚さより
も300nm程度厚くなり、図10に示す半導体装置を
容易に製造することができる。
【0092】なお、本実施形態に係る半導体装置の製造
方法においては、図11〜図15を用いて説明した第1
の製造方法のように、第2配線層用の溝26内の層間絶
縁膜21を選択的にエッチングして第1配線層13a、
13bに達するヴィアホール27a、27bを開口した
後、再び溝26内の層間絶縁膜21を選択的にエッチン
グして金属蓄積部用の凹み28a、28bを形成しても
よいし、或いはまた、図16〜図19を用いて説明した
第2の製造方法のように、溝26内の層間絶縁膜21を
選択的にエッチングして金属蓄積部用の凹み28a、2
8bを形成した後、再び溝26内の層間絶縁膜21を選
択的にエッチングして第1配線層13a、13bに達す
るヴィアホール27a、27bを開口してもよい。
【0093】或いはまた、層間絶縁膜21を選択的にエ
ッチングして金属蓄積部用の凹み26a、26b又は第
1配線層13a、13bに達するヴィアホール27a、
27bを形成した後、層間絶縁膜21を選択的にエッチ
ングして第2配線層用の溝26を形成してもよい。
【0094】また、コンタクト部22a、22b及び第
2配線層23を形成するためのAl−0.5%Cu層を
形成するために、基板温度475℃の高温リフロースパ
ッタ法を用いているが、上記第1の実施形態に係る半導
体装置の製造方法の場合と同様に、この高温リフロース
パッタ法を用いる代わりに、例えば有機金属ソースであ
るDMAHやTIBAを用いたMOCVD法を用いてA
l−0.5%Cu層を堆積してもよい。
【0095】また、基体全面に積層したTi下層バリア
メタル層/Al−0.5%Cu層からなる金属膜を、C
MP法を用いて層間絶縁膜21表面が露出するまで研磨
し、ヴィアホール27a、27bを充填する金属膜から
なるコンタクト部22a、22b及び層間絶縁膜21の
溝26内の金属膜からなる第2配線層23を同時に形成
しているが、このCMP法を用いて研磨する方法の代わ
りに、エッチバック法を用い、層間絶縁膜21表面が露
出するまで金属膜をエッチングする方法を採用してもよ
い。
【0096】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明に係
る半導体装置及びその製造方法によれば、次のような効
果を奏することができる。即ち、請求項1に係る半導体
装置によれば、配線層の端部の金属蓄積部の厚さが配線
層の電流経路部の厚さよりも厚くなっていることによ
り、エレクトロマイグレーションによってコンタクト部
近傍の配線層に生じた空孔に対して、厚さの厚い金属蓄
積部から十分な量の金属原子を供給することが可能とな
るため、金属蓄積部の占有面積を小さくして配線層全体
の寸法パターンを微細化しても、エレクトロマイグレー
ション耐性の劣化を防止することができる。従って、配
線層の寸法パターンの微細化による半導体装置の高集積
化と配線層のエレクトロマイグレーション耐性の向上に
よる信頼性の向上とを同時に実現することが可能にな
る。
【0097】また、請求項3に係る半導体装置によれ
ば、上記の請求項1に係る半導体装置において、前記配
線層が層間絶縁膜に埋め込まれており、配線層の表面と
層間絶縁膜の表面とが平坦面をなしている構成とするこ
とにより、この配線層上方に別の層間絶縁膜を介して別
の配線層を形成して多層配線構造をするのに適した構造
とすることができる。そして、このような多層配線構造
にした場合にも、上記の請求項1に係る場合と同様の効
果を奏することができる。
【0098】また、請求項5に係る半導体装置の製造方
法によれば、層間絶縁膜に凹みを形成した後、基体全面
に金属膜を堆積することにより、層間絶縁膜の凹み上に
形成された金属膜からなる配線層の端部の金属蓄積部の
厚さを、層間絶縁膜の平坦な部分上に形成された金属膜
からなる配線層の電流経路部の厚さよりも厚くすること
が可能となり、上記の請求項1に係る半導体装置を容易
に製造することが可能になる。また、上記の請求項5に
係る半導体装置の製造方法において、凹みが形成されて
いる層間絶縁膜上に配線層を構成する金属膜を堆積する
際に、温度450℃以上550℃以下の条件によるスパ
ッタ法又はCVD法を用いて基体全面にAl膜又はAl
合金膜を堆積することにより、下地の層間絶縁膜に凹み
が形成されていても、一定の流動性が生じて成膜された
Al膜又はAl合金膜の表面が平坦化されるため、層間
絶縁膜の凹み上に形成されたAl膜又はAl合金膜を含
んでいる配線層の金属蓄積部の厚さを、層間絶縁膜の平
坦な部分上に形成されたAl膜又はAl合金膜を含んで
いる配線層の電流経路部の厚さよりも厚くすることが容
易に可能となる。
【0099】また、請求項10に係る半導体装置の製造
方法によれば、配線層形成予定領域の層間絶縁膜に溝を
形成した後、基体全面に堆積した金属膜を層間絶縁膜表
面が露出するまで除去することにより、溝内の金属膜か
らなる配線層を形成するダマシン配線プロセスを用いる
と共に、この溝内の層間絶縁膜に凹みを形成しておくこ
とにより、層間絶縁膜の溝内の凹み上に形成された配線
層の金属蓄積部の厚さを、層間絶縁膜の溝内に形成され
た配線層の電流経路部の厚さよりも厚くすることが可能
となり、上記の請求項3に係る半導体装置を容易に製造
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施形態に係る半導体
装置を示す断面図、(b)はその平面断面図である。
【図2】図1の半導体装置の第1の製造方法を説明する
ための工程断面図(その1)である。
【図3】図1の半導体装置の第1の製造方法を説明する
ための工程断面図(その2)である。
【図4】図1の半導体装置の第1の製造方法を説明する
ための工程断面図(その3)である。
【図5】図1の半導体装置の第1の製造方法を説明する
ための工程断面図(その4)である。
【図6】図1の半導体装置の第2の製造方法を説明する
ための工程断面図(その1)である。
【図7】図1の半導体装置の第2の製造方法を説明する
ための工程断面図(その2)である。
【図8】図1の半導体装置の第2の製造方法を説明する
ための工程断面図(その3)である。
【図9】図1の半導体装置の第2の製造方法を説明する
ための工程断面図(その4)である。
【図10】(a)は本発明の第2の実施形態に係る半導
体装置を示す断面図、(b)はその平面断面図である。
【図11】図10の半導体装置の第1の製造方法を説明
するための工程断面図(その1)である。
【図12】図10の半導体装置の第1の製造方法を説明
するための工程断面図(その2)である。
【図13】図10の半導体装置の第1の製造方法を説明
するための工程断面図(その3)である。
【図14】図10の半導体装置の第1の製造方法を説明
するための工程断面図(その4)である。
【図15】図10の半導体装置の第1の製造方法を説明
するための工程断面図(その5)である。
【図16】図10の半導体装置の第2の製造方法を説明
するための工程断面図(その1)である。
【図17】図10の半導体装置の第2の製造方法を説明
するための工程断面図(その2)である。
【図18】図10の半導体装置の第2の製造方法を説明
するための工程断面図(その3)である。
【図19】図10の半導体装置の第2の製造方法を説明
するための工程断面図(その4)である。
【図20】従来の金属蓄積部を有する配線構造の半導体
装置を示す断面図である。
【図21】図20の半導体装置のエレクトロマイグレー
ション耐性と金属蓄積部の長さとの関係を示すグラフで
ある。
【符号の説明】
11……Si基板、12……プラズマTEOS SiO
2 膜、13a、13b、13c……第1配線層、14…
…層間絶縁膜、15a、15b……コンタクト部、16
……第2配線層、17……電流経路部、18a、18b
……金属蓄積部、19a、19b……ヴィアホール、2
0a、20b……凹み、21……層間絶縁膜、22a、
22b……コンタクト部、23……第2配線層、24…
…電流経路部、25a、25b……金属蓄積部、26…
…溝、27a、27b……ヴィアホール、28a、28
b……凹み、51a、51b……下層配線層、52a、
52b……コンタクト部、53……上層配線層、54…
…電流経路部、55a、55b……金属蓄積部。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下部導電部と、前記下部導電部上に層間
    絶縁膜を介して形成された配線層と、前記下部導電部と
    前記配線層とを接続するコンタクト部とを有する半導体
    装置であって、 前記配線層の前記コンタクト部との接触部における電流
    経路と反対側に位置する端部に金属蓄積部を有し、 前記配線層の前記金属蓄積部の厚さが、前記コンタクト
    部に対して前記金属蓄積部の反対側に位置する前記配線
    層の電流経路部の厚さよりも厚くなっていることを特徴
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 前記下部導電部が、半導体基板表面の不純物層又は下層
    配線層であることを特徴する半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置において、 前記配線層が、前記層間絶縁膜に埋め込まれており、前
    記配線層の表面と前記層間絶縁膜の表面とが平坦面をな
    していることを特徴する半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の半導体装置において、 前記配線層が、アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜
    を有していることを特徴する半導体装置。
  5. 【請求項5】 下部導電部と、前記下部導電部上に層間
    絶縁膜を介して形成された配線層と、前記下部導電部と
    前記配線層とを接続するコンタクト部とを有する半導体
    装置の製造方法であって、 下部導電部上に層間絶縁膜を形成する第1の工程と、 コンタクト部形成予定領域の前記層間絶縁膜に前記下部
    導電部に達する開口部を形成すると共に、配線層の端部
    に位置する金属蓄積部形成予定領域の前記層間絶縁膜に
    凹みを形成する第2の工程と、 基体全面に金属膜を堆積する第3の工程と、 前記金属膜を所定の形状にパターニングして、前記層間
    絶縁膜の前記開口部を充填する前記金属膜からなるコン
    タクト部と形成すると共に、前記層間絶縁膜の前記凹み
    上の前記金属膜からなる金属蓄積部及び前記層間絶縁膜
    上の前記金属膜からなる電流経路部を有する前記配線層
    を形成する第4の工程とを具備し、 前記層間絶縁膜の前記凹み上に形成された前記配線層の
    端部の前記金属蓄積部の厚さを、前記配線層の前記電流
    経路部の厚さよりも厚くすることを特徴する半導体装置
    の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記第2の工程が、コンタクト部形成予定領域の前記層
    間絶縁膜に前記下部導電部に達する開口部を形成した
    後、配線層の端部に位置する金属蓄積部形成予定領域の
    前記層間絶縁膜に凹みを形成する工程であることを特徴
    する半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記第2の工程が、配線層の端部に位置する金属蓄積部
    形成予定領域の前記層間絶縁膜に凹みを形成した後、コ
    ンタクト部形成予定領域の前記層間絶縁膜に前記下部導
    電部に達する開口部を形成する工程であることを特徴す
    る半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記第3の工程が、スパッタ法を用いて、温度450℃
    以上550℃以下の条件により、基体全面にアルミニウ
    ム膜又はアルミニウム合金膜を堆積する工程を有してい
    ることを特徴する半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記第3の工程が、化学的気相成長法を用いて、基体全
    面にアルミニウム膜又はアルミニウム合金膜を堆積する
    工程を有していることを特徴する半導体装置の製造方
    法。
  10. 【請求項10】 下部導電部と、前記下部導電部上に層
    間絶縁膜を介して形成された配線層と、前記下部導電部
    と前記配線層とを接続するコンタクト部とを有する半導
    体装置の製造方法であって、 下部導電部上に層間絶縁膜を形成する第1の工程と、 配線層形成予定領域の前記層間絶縁膜に溝を形成する第
    2の工程と、 前記溝内のコンタクト部形成予定領域の前記層間絶縁膜
    に前記下部導電部に達する開口部を形成すると共に、前
    記溝内の配線層の端部に位置する金属蓄積部形成予定領
    域の前記層間絶縁膜に凹みを形成する第3の工程と、 基体全面に金属膜を堆積する第4の工程と、 前記金属膜を前記層間絶縁膜表面が露出するまで除去し
    て、前記溝内の前記開口部を充填する前記金属膜からな
    るコンタクト部と形成すると共に、前記溝内の前記凹み
    上の前記金属膜からなる金属蓄積部及び前記溝内の前記
    金属膜からなる電流経路部を有する配線層を形成する第
    5の工程とを具備し、 前記層間絶縁膜の前記溝内の前記凹み上に形成された前
    記配線層の端部の前記金属蓄積部の厚さを、前記層間絶
    縁膜の前記溝内に形成された前記配線層の前記電流経路
    部の厚さよりも厚くすることを特徴する半導体装置の製
    造方法。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の半導体装置の製造方
    法において、 前記第3の工程が、前記溝内のコンタクト部形成予定領
    域の前記層間絶縁膜に前記下部導電部に達する開口部を
    形成した後、前記溝内の配線層の端部に位置する金属蓄
    積部形成予定領域の前記層間絶縁膜に凹みを形成する工
    程であることを特徴する半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項12】 請求項10記載の半導体装置の製造方
    法において、 前記第3の工程が、前記溝内の配線層の端部に位置する
    金属蓄積部形成予定領域の前記層間絶縁膜に凹みを形成
    した後、前記溝内のコンタクト部形成予定領域の前記層
    間絶縁膜に前記下部導電部に達する開口部を形成する工
    程であることを特徴する半導体装置の製造方法。
  13. 【請求項13】 請求項10記載の半導体装置の製造方
    法において、 前記第4の工程が、スパッタ法を用いて、温度450℃
    以上550℃以下の条件により基体全面にアルミニウム
    膜又はアルミニウム合金膜を堆積する工程を有している
    ことを特徴する半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項14】 請求項10記載の半導体装置の製造方
    法において、 前記第4の工程が、化学的気相成長法を用いて、基体全
    面にアルミニウム膜又はアルミニウム合金膜を堆積する
    工程を有していることを特徴する半導体装置の製造方
    法。
  15. 【請求項15】 請求項10記載の半導体装置の製造方
    法において、 前記第5の工程が、研磨法を用いて、前記金属膜を前記
    層間絶縁膜表面が露出するまで研磨し、前記溝内の前記
    開口部を充填する前記金属膜からなるコンタクト部と形
    成すると共に、前記溝内の前記凹み上の前記金属膜から
    なる金属蓄積部及び前記溝内の前記金属膜からなる電流
    経路部を有する配線層を形成する工程であることを特徴
    する半導体装置の製造方法。
  16. 【請求項16】 請求項10記載の半導体装置の製造方
    法において、 前記第5の工程が、エッチバック法を用いて、前記金属
    膜を前記層間絶縁膜表面が露出するまでエッチングし、
    前記溝内の前記開口部を充填する前記金属膜からなるコ
    ンタクト部と形成すると共に、前記溝内の前記凹み上の
    前記金属膜からなる金属蓄積部及び前記溝内の前記金属
    膜からなる電流経路部を有する配線層を形成する工程で
    あることを特徴する半導体装置の製造方法。
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