JPS62291945A - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔概　要〕 多層配線構造をもった半導体装置が開示される。

本発明は、それを集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（
ＬＳＩ）等に適用した場合、配線の機械的強度を高め、
耐エレクトロマイグレーション性を向上させ、高倍転性
を保証することができる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置に関する。本発明は、さらに詳しく
述べると、例えばＩＣ，ＬＳＩなどのような、例えばア
ルミニウム及びその合金などのような金属配線が複合多
層構造を有している半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

上記したような半導体装置において、アルミニウムやそ
の合金が配線用金属として多用されていることは周知の
通りである。ところで、このような装置の配線は、その
製造工程で種々の熱処理、例えば電極形成以後ではシン
タリング、パノシベ−シラン膜の形成、チップのダイボ
ンディング、セラミックパッケージ封止用樹脂のキユア
リング、その他を被ることの結果、突起の発生や応力の
集中などによる断線、ショートを生じることが屡々であ
る。このような断線、ショートはまた、エレクトロマイ
グレーションに原因して発生することもある。

エレクトロマイグレーションは、配線中を流れる電子が
熱的に活性化された金属イオンと運動量の交換を行ない
、金属イオンをしだいに正側に押しやるために発生する
と考えられる。このような現象があると、電極の電位の
低い側はボイド（空孔）が発生し、局部的な電流密度の
増大のために断線がひきおこされる。エレクトロマイグ
レーションの発生を防止するため、アルミニウムのグレ
ンサイズの増大、アルミニウムー銅合金の使用、アルミ
ニウム配線上への保護膜の形成、Ａβ−３ｉＯ□（ＰＳ
Ｇ）反応の抑制等の解決策がとられているというものの
、未だ満足し得る結果が得られていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、機械的強度にすぐれかつ熱処理やエレ
クトロマイグレーションに原因して断線、ショートがひ
きおこされることのない高信頼性の配線をもった半導体
装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した目的は、本発明によれば、金属配線層と金属化
合物層とからなる複合層の２層以上が積層されて配線構
造体を構成しておりかつ、その際、前記構造体の最下層
が金属化合物層であることを特徴とする半導体装置によ
って達成することができる。

本発明の半導体装置の金属配線層は、この技術分野にお
いて一般に用いられている配線用金属から形成すること
ができる。適当かつ有用な金属として、アルミニウム及
びその合金、例えば／１−３ｉ　、Ａ／　−Ｃｕ　、Ａ
ｊ！　−３ｉ−Ｃｕを特にあげることでできる。

上記金属配線層と組み合わせて複合層、すなわち、本発
明の配線構造体の１構成単位を形成するために用いられ
る金属化合物層は、好ましくは、金属の窒化物、炭化物
又は硼化物からなることができる。ここで、有用な金属
として、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ　）　、モ
リブデン（Ｍｏ　）、タンタル（Ｔａ　）　、クロム（
Ｃｒ　）　、ニオブ（Ｎｂ　）　、バナジウム（Ｖ）な
どをあげることができる。さらに、金属化合物の具体的
な好ましい例として、ＴｉＮ、ＴｉＢｚ、ＴｉＣ，ＶＢ
、ＶＮ。

ＶＣ，ＣｒｘＢｙ、ＣｒｘＣｙ、ＣｒｘＮｙ＋ＮｂｘＢ
ｙ、ＮｂｘＣｙ。

Ｎ　ｂ　Ｎ、　ＭｏｘＢｙ、ＭｏｘＣｙ、Ｍ　ｏ　Ｎな
どをあげることができる。

本発明の実施において、金属配線層と金属化合物とから
なる複合層はその２層以上の任意の層を積層して多層配
線構造体となすことができる。しかし、一般には、２層
の複合層を積層して配線となすのが、効率上の問題、プ
ロセス上の問題などから推奨される。また、本発明の多
層配線構造体の膜厚は、それが約１μｍとなるよう、個
々の層の膜厚を任意に設定することが好ましい。この膜
厚設定の際、それぞれ最良条件を選ばなければならない
ことはもちろんのことである。

本発明の多層配線構造体の最下層は、先に述べた通り、
金属化合物層とするのが好ましい。これは、形成された
金属化合物層がバリアメタルとして働き、その下方のシ
リコンが上昇して突起を形成したり、合金化したりする
のを有効に防止し得るからである。また、必要に応じて
、多層配線構造体の最上層もまた金属化合物とすること
もできる。

〔実施例〕

以下、添付の図面を参照しながら、金属化合物層、金属
配線層、金属化合物層、そして金属配線層の４層からな
る多層配線構造について本発明を説明する。

第１図の半導体装置では、シリコン基板１上にＳｉＯ□
膜２が形成されており、さらに、ＳｉＯ□膜２上に多層
配線構造体が形成されている。多層配線構造体は、図示
される通り、下方から順に、金属化合物層３、Ａｅ配ｖ
Ａ層４、金属化合物層１３及びＡｊ２配線層１４からな
る。ここで、金属化合物層３及び１３の材料を本発明の
範囲内でいろいろに変更し、また、Ａｌ配線層４及び１
４を場合によりＡ１合金配線層に代えて実験を繰り返し
たところ、いずれの場合にも従来例（単層配線）に較べ
て機械的強度が大でありかつ耐エレクトロマイグレーシ
ョン性が良好な配線が得られた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、金属化合物層と金属配線層とを交互に
積層して多層構造体となしかつ構造体の最下層を金属化
合物となしているので、配線の機械的強度を著しく増加
させるとともに、耐エレクトロマイグレーション性の向
上も計ることができ、よって、信頼性の高い配線を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による配線構造の好ましい一例を示し
た断面図である。 図中、１はシリコン基板、２はＳｉｎ、膜、３及び１３
は金属化合物層、そして４及び１４は／ｌ配線層である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属配線層と金属化合物層とからなる複合層の２層
   以上が積層されて配線構造体を構成しておりかつ、その
   際、前記構造体の最下層が金属化合物層であることを特
   徴とする半導体装置。 ２、前記金属配線層がアルミニウム又はその合金からな
   る、特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置。 ３、前記金属化合物が金属の窒化物、炭化物又は硼化物
   である、特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の半導
   体装置。 ４、前記金属がタングステン、チタン、モリブデン、タ
   ンタル、クロム、ニオブ又はバナジウムである、特許請
   求の範囲第３項に記載の半導体装置。