(57)【要約】【課題】下層配線に対してビアプラブが踏み外して形成された場合に、下層配線の側面部とビアプラグとの接続部分における電流集中を抑制することができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】上面部に反射防止膜（導電体膜）２ｂを有する下層配線２ａを下地絶縁膜１に配設し、当該下層配線２および下地絶縁膜１とを覆う層間絶縁膜３を形成する。層間絶縁膜３の上面から下層配線２に至るビアプラグ４が、下層配線２に対して踏み外して形成され場合において、下層配線２の側面部とビアプラグ４とが接続している部分に高抵抗層５を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、配線体と当該配線体上に形成された導電体膜とを有する配線と、
前記配線を覆って形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホール内に形成され、前記配線の上面と接する第１領域と、前記配線の側面と接する第２領域とを有する導電体と、
前記導電体の第２領域と接する前記配線体の側面内に形成された高抵抗層とを、
備えていることを特徴とする配線構造。
【請求項２】
前記高抵抗層は、前記配線体を窒化させたものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の配線構造。
【請求項３】
前記高抵抗層は、前記配線体を酸化させたものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の配線構造。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に形成され、配線体と当該配線体上に形成された導電体膜とを有する配線と、
前記配線を覆って形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホール内に形成され、前記配線の上面と接する第１領域と、前記配線の側面と接続する第２領域とを有する導電体とを有しており、
前記配線体の端面は前記導電体膜の端面よりも後退しており、後退している部分には、前記層間絶縁膜の一部が形成されており、前記配線体と前記導電体の第２領域とは、前記層間絶縁膜の前記一部を介して接続されている、
ことを特徴とする配線構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、配線構造に係る発明であって、特に、下層配線と当該下層配線に接続するビアプラグとを有する配線構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下層配線と当該下層配線と接続するビアプラグとを有する半導体装置の製造方法として、従来、下記に示すようなものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
当該従来の技術は、まず、上面部および下面部の両面に反射防止膜を有する下層配線を、下地絶縁膜上に形成した後、下地絶縁膜および下層配線とを覆うように層間絶縁膜を堆積する。次に、接続孔作成のために、当該層間絶縁膜上にパターニングされたレジストを形成する。次に、当該パターニングされたレジストを用いて、層間絶縁膜の上面から下層配線に至る接続孔を形成する。
【０００４】
ここで、下層配線とビアプラグとの合わせズレに余裕がほとんど無いため、製造工程における合わせズレにより、接続孔が下層配線から踏み外して形成される場合が頻発しており、当該場合には、接続孔から下層配線の側面部が露出される。
【０００５】
次に、その後のレジスト除去工程でなされる薬液洗浄処理（ＷＥＴ処理）によって、下層配線の側面部の形状が劣化しないようにするために、プラズマ処理により、当該露出している下層配線の側面部に改質層（高抵抗層）が形成される。次に、ＷＥＴ処理によりレジストを除去する。
【０００６】
次に、下層配線の側面部を電流パスとして利用するため、当該改質層を逆スパッタークリーニングにより除去した後に、密着層メタルを接続孔に形成する。そして最後に、埋め込みメタルを密着層メタルが形成されている接続孔に充填する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２０９２７２号公報（第５項、第１，２図等）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術による製造方法で作成された半導体装置では、下層配線の側面部とビアプラグとが直接接続されるため、下層配線の上面部と反射防止膜を介してビアプラグと接続されている接続部分よりも、下層配線の側面部とビアプラグとが直接接続されている接続部分の方が、接触抵抗が低くなる場合がある。
【０００９】
したがって、下層配線の側面部とビアプラグとの接続部分において、電流が集中することになり、当該接続部分において、エレクトロマイグレーション耐性の劣化が発生する場合があった。
【００１０】
そこで、この発明は、下層配線の側面部とビアプラグとの接続部分における電流集中を抑制することができる配線構造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】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の半導体装置は、基板と、前記基板上に形成され、配線体と当該配線体上に形成された導電体膜とを有する配線と、前記配線を覆って形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホール内に形成され、前記配線の上面と接する第１領域と、前記配線の側面と接する第２領域とを有する導電体と、前記導電体の第２領域と接する前記配線体の側面内に形成された高抵抗層とを、備えている。
【００１２】
また、本発明に係る請求項４に記載の半導体装置の製造方法は、基板と、前記基板上に形成され、配線体と当該配線体上に形成された導電体膜とを有する配線と、前記配線を覆って形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホール内に形成され、前記配線の上面と接する第１領域と、前記配線の側面と接続する第２領域とを有する導電体とを有しており、前記配線体の端面は前記導電体膜の端面よりも後退しており、後退している部分には、前記層間絶縁膜の一部が形成されており、前記配線体と前記導電体の第２領域とは、前記層間絶縁膜の前記一部を介して接続されているものであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１４】
＜実施の形態１＞
図１に、本実施の形態に係る半導体装置の概略断面図を示す。
【００１５】
図１において、図示していない半導体基板上に下地絶縁膜１が形成されている。また、下地絶縁膜１の所定の位置には下層配線２が配設されている。
【００１６】
下層配線２は、アルミニウム等の配線体２ａと、当該アルミニウム配線体２ａの上下面部にそれぞれ形成されているＴｉＮ膜等の反射防止膜（（第一の）導電体膜と把握することができる）２ｂとで構成されている。
【００１７】
ここで、配線体２ａの膜厚は２５０〜５００ｎｍ程度であり、反射防止膜２ｂの膜厚は、６０〜１２０ｎｍ程度である。当該反射防止膜２ｂの膜厚は、接続孔を形成するために後工程で施されるエッチング処理の際に、上面部の反射防止膜２ｂをエッチングストッパとしても機能させることを想定した厚さとなっている。
【００１８】
さらに、下地絶縁膜１と下層配線２とを覆うように、層間絶縁膜３が形成されている。また、当該層間絶縁膜３には、上面から下層配線２に達する（つまり層間絶縁膜３を貫通している）コンタクトホールが形成され、当該コンタクトホール内にビアプラグ（導電体と把握することができる）４が形成されている。
【００１９】
ここで、ビアプラグ４は、ＴｉＮ／Ｔｉ積層膜等のバリアメタル膜４ａ（第二の導電体膜と把握することができる）とタングステン膜４ｂとで構成されている。
【００２０】
また、近年の配線ピッチの縮小化に伴い、ビアプラグ４と下層配線２との合わせズレの余裕を設けることが不可能となってきている。これにより、図１に示すように、ビアプラグ４が下層配線２に対して踏み外した構造となる場合、具体的に、ビアプラグ４が下層配線２の側面部（つまり、配線体２ａ）および、当該下層配線２の上面部（つまり、反射防止膜２ｂ）と接続するように形成されることもあり得る。
【００２１】
つまり、ビアプラグ４は、下層配線２の上面と接する第１領域と、下層配線２の側面と接する第２領域とを有している。
【００２２】
本実施の形態は、前記のようにビアプラグ４が下層配線２を踏み外す構成の場合に効果を発揮するものである。以下、当該構成の場合について説明を進める。
【００２３】
話を図１の構成に戻して、ビアプラグ４と接続している配線体２ａの接続部には、高抵抗層５が形成されている。
【００２４】
さらに、層間絶縁膜３とビアプラグ４とを覆うように、上層配線６が配設されている。ここで、上層配線６は、アルミニウム等の配線体６ａと、当該配線体６ａの上下面部にそれぞれ形成されているＴｉＮ等の反射防止膜６ｂとから構成されている。
【００２５】
次に、上記構成の半導体装置の製造方法について、工程断面図を用いて説明する。
【００２６】
まず、図示していない半導体基板上に下地絶縁膜１を形成する。次に、スパッタリング法により、ＴｉＮ等の反射防止膜２ｂを形成する。次に、同じくスパッタリング法により、当該反射防止膜２ｂ上面部にアルミニウム等の配線体２ａを形成する。さらに、同じくスパッタリング法により、当該配線体２ａの上面部にＴｉＮ等の反射防止膜（（第一の）導電体膜と把握することができる）２ｂを形成する。
【００２７】
以上の工程により、下地絶縁膜１の所定の位置に下層配線２（反射防止膜２ｂ／配線体２ａ／反射防止膜２ｂ）を配設する（図２）。
【００２８】
ここで、配線体２ａの上面部に形成されている反射防止膜２ｂを、後のエッチング工程においてエッチングストッパとして機能させるために、約６０〜１２０ｎｍの膜厚で形成されることが望ましい。
【００２９】
次に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により、下地絶縁膜１と下層配線２とを覆うように層間絶縁膜３を形成する（図３）。
【００３０】
次に、通常のリソグラフィ工程により、層間絶縁膜３の上面から下層配線２に至るコンタクトホール１０を形成する（図４）。なお、当該エッチング工程の際、配線体２ａの上面部に形成されている反射防止膜２ｂは、エッチングストッパとして機能する。
【００３１】
ここで、近年の配線ピッチの縮小化に伴い、ビアプラグ４と下層配線２との合わせずれの余裕を設けることが不可能となっているため、図４に示すようにコンタクトホール１０から、下層配線２の上面部（つまり、反射防止膜２ｂ）だけでなく、下層配線２の側面部（つまり、配線体２ａ）も露出することがあり得る。そこで、以下からは当該構成について説明を続ける。
【００３２】
次に、図４に示した製造途中の半導体装置を、Ｎ２あるいはＯ２等の雰囲気に晒し、コンタクトホール１０から露出している配線体２ａの表面部（すなわち下層配線２の側面部）を窒化あるいは酸化させ、当該配線体２ａの表面内に高抵抗層５を形成する（図５）。
【００３３】
具体的には、例えば、図４で示した製造途中の半導体装置を真空チャンバー内に搬送し、当該チャンバー内に約数十ＴｏｒｒのＮ２あるいはＯ２ガスを導入し、当該半導体装置の温度を１００〜３００度程度に保ちながら、約３０秒程度保持する。
【００３４】
これにより、２０ｎｍ程度のアルミ酸化物（ＡｌｘＯｘ）やアルミ窒化物（ＡｌｘＮｘ）が高抵抗層５として、コンタクトホール１０から露出している配線体２ａの表面内に形成される。
【００３５】
なお、当該高抵抗層５の形成を行う前に、アルゴン等を用いたスパッタリング法を配線体２ａに対して施し、当該配線体２ａの表面を清浄にしておくことが望ましい。これは、高抵抗層５として均質・均一なものを作成することができるからである。
【００３６】
次に、高抵抗層５を配線体２ａに形成した状態で、スパッタリング法により、ＴｉＮ／Ｔｉ積層膜等のバリアメタル膜（第二の導電体層と把握することができる）４ａを、コンタクトホール１０の底部および壁面部に成膜する（図６）。
【００３７】
次に、原料ガスとして六フッ化タングステン（ＷＦ６）等を用いたＣＶＤ法により、当該バリアメタル膜４ａが成膜されているコンタクトホール１０に対してタングステンを充填し、タングステン膜４ｂを形成する。その後、ドライエッチング法またはＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法等を用いて、層間絶縁膜３上の余分なタングステンを除去することにより、下層配線２に接続されるビアプラグ４を形成する（図７）。
【００３８】
図７から分かるように、ビアプラグ４は、下層配線２の側面部において、高抵抗層５を介して配線体２ａと接続されている一方、下層配線２の上面部において、配線体２ａの上面に形成されている反射防止膜２ｂを介して当該配線体２ａと接続される。
【００３９】
最後に、下層配線２と同様の形成方法により、層間絶縁膜３とビアプラグ４の上面を覆うように上層配線６（反射防止膜６ｂ／配線体６ａ／反射防止膜６ｂ）を配設する（図１）。
【００４０】
以上の工程により製造された図１に示す半導体装置では、配線体２ａの側面部の表面内に高抵抗層（窒化層、酸化層）５が形成されているので、当該高抵抗層５の抵抗値は配線体２ａの抵抗値より高くなり、ビアプラグ４と下層配線２の側面部における接触抵抗を上昇させることができ、電流は、ビアプラグと下層配線２の上面部との経路において支配的となる。
【００４１】
したがって、下層配線２の側面部とビアプラグ４との接続部分における電流集中を抑制することができ、当該電流集中により発生していたマイグレーション耐性の劣化を防止することができる。
【００４２】
また、酸素または窒素雰囲気下で高抵抗層５を形成することにより、アルミ酸化物やアルミ窒化物を作成することができ、より高抵抗な高抵抗層５を形成することができる。
【００４３】
また、バリアメタル膜４ａとしてＴｉＮ／Ｔｉ積層膜でなく、ＴｉＮ単層のバリアメタル膜４ａを採用しても良い。この場合、窒化物となる高抵抗層５を作成する際に、同時に、Ｔｉを用いたスパッタリング法を採用することにより、配線体２ａに対して窒化物の高抵抗層５を形成すると共に、コンタクトホール１０に対してＴｉＮのバリアメタル膜４ａも同時に形成することができ、工程数を削減できる。
【００４４】
＜実施の形態２＞
図８に、本実施の形態に係る半導体装置の概略断面図を示す。本実施の形態においても、近年の配線ピッチの縮小化に伴い、ビアプラグ（導電体と把握することができる）４と下層配線２との合わせズレの余裕を設けることが不可能となってきていることにより生ずる、ビアプラグ４が下層配線２に対して踏み外す構造となる場合に、効果を発揮するものである。
【００４５】
つまり、ビアプラグ４が、下層配線２の上面と接する第１領域と、下層配線２の側面と接続する第２領域とを有している場合に、効果を発揮するのである。
【００４６】
本実施の形態に係る半導体装置の構成は（図８）、実施の形態１に係る半導体装置の構成（図１）とほぼ同じであるが、以下の点において異なる。
【００４７】
つまり、実施の形態１では、ビアプラグ４は、配線体２ａの表面内に形成された酸化物等の高抵抗層５を介して当該配線体２ａの側面部と接続している（図１）。しかし、本実施の形態に係る半導体装置は、図８で示しているように、配線体２ａの側面部において、ビアプラグ４は、絶縁膜１１を介して当該配線体２ａと接続している点において異なる。
【００４８】
なお、配線体２ａの上面に形成されている反射防止膜（導電体膜と把握することができる）２ｂとビアプラグ４とは直接、接続されている点は、実施の形態１と同様である。
【００４９】
それ以外の構成は実施の形態１と同様なので、ここでの説明を省略する。
【００５０】
次に、上記構成の半導体装置の製造方法について、工程断面図を用いて説明する。
【００５１】
まず、実施の形態１で説明した方法により、図２で示したように下地絶縁膜１に対して、配線体２ａと反射防止膜（導電体膜と把握することができる）２ｂとからなる下層配線２を形成する。
【００５２】
次に、ウエットエッチング法またはドライエッチング法により、配線体２ａの側面部を所定の深さまで除去する（図９）。このとき、反射防止膜２ｂは、ほとんど影響はない。
【００５３】
具体的には、例えば配線体２ａがアルミニウムの場合には、図２で示した製造途中の半導体装置を、ＮＨ４Ｆ（フッ化アンモン）が添加された薬液に浸し、配線体２ａにＮＨ４Ｆを付着させる。次に、当該ＮＨ４Ｆが付着している状態で、当該製造途中の半導体装置をＨ２Ｏ（水）の中に浸し、ＮＨ４ＦとＨ２Ｏとを反応させる。
【００５４】
これにより、ＴｉＮから成る反射防止膜２ｂに対して影響を与えること無く、当該配線体２ａの側面部を除去することができる。ここで、配線体２ａの除去量は、後に施される層間絶縁膜３の当該除去部への埋め込みを考慮すると、約２０ｎｍ程度までとすることが望ましい。
【００５５】
これは、後の工程で、当該除去された部分に絶縁膜１１が埋め込まれるが、当該絶縁膜１１の厚さが２０ｎｍ程度となることを意味しており、当該膜厚の絶縁膜１１は、高抵抗層として十分の働きを奏することができる。
【００５６】
次に、ＨＤＰ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ）−ＣＶＤ法等により、下地絶縁膜１と下層配線２とを覆い、かつ、前記工程により除去された部分にも埋め込まれるように、層間絶縁膜３を形成する（図１０）。ここで、ＨＤＰ−ＣＶＤ法を用いるのは、本実施の形態で説明する寸法サイズにおいて、前記工程により除去された部分においても、層間絶縁膜３を完全に充填させることができるためである。
【００５７】
次に、通常のリソグラフィ工程と、反射防止膜２ｂをエッチングストッパとして機能させた異方性エッチングとを施すことにより、層間絶縁膜３の上面から下層配線２に至るコンタクトホース１０を形成する（図１１）。
【００５８】
ここで、上記でも説明した理由により、図１１で示すように下層配線２に対してコンタクトホール１０が踏み外すように形成される場合がある。しかし、当該異方性エッチングを施す際、配線体２ａの上面部に形成されている反射防止膜２ｂが庇となるので、前記配線体２ａの側面部分に形成された絶縁膜１１は、エッチングされずに残存することとなる。
【００５９】
その後、配線体２ａの側面部に絶縁膜１１を残存させた状態で、スパッタリング法により、ＴｉＮ／Ｔｉ積層膜等のバリアメタル膜４ａを、コンタクトホール１０の底部および壁面部に成膜する（図１２）。
【００６０】
次に、実施の形態１と同様に、タングステン膜４ｂをバリアメタル膜４ａが成膜されているコンタクトホール１０に対して充填し、平坦化処理を施すことにより、下層配線２に接続されるビアプラグ４を形成する（図１３）。
【００６１】
図１３から分かるように、ビアプラグ４は、下層配線２の側面部において、絶縁膜１１を介して配線体２ａと接続され、下層配線２の上面部において、配線体２ａの上面に形成されている反射防止膜２ｂと接続される。
【００６２】
最後に、下層配線２と同様の形成方法により、層間絶縁膜３とビアプラグ４の上面とを覆うように上層配線６（反射防止膜６ｂ／配線体６ａ／反射防止膜６ｂ）を配設する（図８）。
【００６３】
以上の工程により製造された図８に示す半導体装置では、ビアプラグ４が配線体２ａの側面部と絶縁膜１１を介して接続されているので、ビアプラグ４と下層配線２の側面部における接触抵抗を上昇させることができ、電流は、ビアプラグ４と下層配線２の上面部との経路において支配的となる。
【００６４】
したがって、下層配線２の側面部とビアプラグ４との接続部分における電流集中を抑制することができ、当該電流集中により発生していたマイグレーション耐性の劣化を防止することができる。
【００６５】
なお、上記各実施の形態で説明した製造方法は、下層配線２に対しビアプラグ４が踏み外して形成される場合に、効果を発揮するものである。しかし、たとえ下層配線２に対しビアプラグ４が踏み外すことがなかったとしても、当該製造方法により、完成した半導体装置の動作に影響を及ぼすことはない。
【００６６】
また、ここでは、本発明に係る配線構造を半導体装置に適用する場合についてのみ説明したが、これに限るものでなく、例えば、当該配線構造を液晶デバイス等の電子デバイスに適用してもよい。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の半導体装置は、基板と、前記基板上に形成され、配線体と当該配線体上に形成された導電体膜とを有する配線と、前記配線を覆って形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホール内に形成され、前記配線の上面と接する第１領域と、前記配線の側面と接する第２領域とを有する導電体と、前記導電体の第２領域と接する前記配線体の側面内に形成された高抵抗層とを備えているので、導電体と配線体の側面部との間における接触抵抗を上昇させることができ、動作時に電流は、導電体と配線の上面部との経路において支配的となる。したがって、配線体の側面部と導電体との接続部分における電流集中を抑制することができ、当該電流集中により発生していたマイグレーション耐性の劣化を防止することができる。
【００６８】
本発明の請求項４に記載の半導体装置の製造方法は、基板と、前記基板上に形成され、配線体と当該配線体上に形成された導電体膜とを有する配線と、前記配線を覆って形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホール内に形成され、前記配線の上面と接する第１領域と、前記配線の側面と接続する第２領域とを有する導電体とを有しており、前記配線体の端面は前記導電体膜の端面よりも後退しており、後退している部分には、前記層間絶縁膜の一部が形成されており、前記配線体と前記導電体の第２領域とは、前記層間絶縁膜の前記一部を介して接続されているので、導電体と配線体の側面部との間における接触抵抗を上昇させることができ、動作時に電流は、導電体と配線の上面部との経路において支配的となる。したがって、配線体の側面部と導電体との接続部分における電流集中を抑制することができ、当該電流集中により発生していたマイグレーション耐性の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の製造途中の構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体装置の製造途中の構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態１に係る半導体装置の製造途中の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態１に係る半導体装置の製造途中の構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態１に係る半導体装置の製造途中の構成を示す断面図である。
【図７】実施の形態１に係る半導体装置の製造途中の構成を示す断面図である。
【図８】実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図９】実施の形態２に係る半導体装置の製造途中の構成を示す断面図である。
【図１０】実施の形態２に係る半導体装置の製造途中の構成を示す断面図である。
【図１１】実施の形態２に係る半導体装置の製造途中の構成を示す断面図である。
【図１２】実施の形態２に係る半導体装置の製造途中の構成を示す断面図である。
【図１３】実施の形態２に係る半導体装置の製造途中の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  下地絶縁膜、２  下層配線、２ａ，６ａ  配線体、２ｂ，６ｂ  反射防止膜（導電体膜）、３  層間絶縁膜、４  ビアプラグ（導電体）、４ａ  バリアメタル膜、４ｂ  タングステン膜、５  高抵抗層、６  上層配線、１０  コンタクトホール、１１  絶縁膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004288950.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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