(57)【要約】【課題】腐食の懸念を解消する高信頼性の多層配線構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】絶縁膜１１上にメタル配線層１２が形成されている。メタル配線層１２は、例えばアルミニウムを主成分とする合金配線により所定のパターンを構成している。メタル配線層１２は、例えばＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ合金／Ｔｉ／ＴｉＮ積層で構成されている。このメタル配線層１２のパターン側部は不導体層１３が形成されている。実質的にはＡｌ−Ｃｕ合金膜１２２側部表面がＡｌ２Ｏ３被膜で不導体化されている。メタル配線層１２上は絶縁膜１４で覆われている。絶縁膜１４は、図示しない次層の配線層形成のための層間の絶縁膜である。あるいは、絶縁膜１４は、図示しない最上層のパッシベーション膜の一部を構成しているものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路を構成する一部であって絶縁膜中に所定のパターンを有して設けられたメタル配線層と、
少なくとも前記メタル配線層のパターン側部に設けられた不導体層と、
を具備したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体集積回路を構成する一部であって絶縁膜中に所定のパターンを有して設けられたメタル配線層と、
少なくとも前記メタル配線層のパターン上部及び側部に設けられた不導体層と、
を具備したことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
半導体集積回路を構成する一部であって絶縁膜中に所定のパターンを有して設けられたアルミニウムを主成分とする配線部材と、
前記配線部材のパターン上面及び下面を構成する導電体層と、
少なくとも前記配線部材の側部を保護する不導体層と、
を具備したことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記不導体層は前記配線部材の酸化物で構成されることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体集積回路を構成する一部であって絶縁膜中に配され、切断することによって信号伝達経路が変更されるヒューズ回路を備え、
前記ヒューズ回路は、少なくとも側部に不導体層を配したメタル配線層を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
半導体基板上における所定絶縁膜上にメタル配線層を形成する工程と、
前記メタル配線層を所定パターンに加工する工程と、
少なくとも前記メタル配線層のパターン側部表面を不導体化する酸化物定着工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記酸化物定着工程は、酸素を含む処理ガス雰囲気で所定時間加熱する工程を含むことを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記酸化物定着工程は、酸化力を有する処理液に所定時間接触させる工程を含むことを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線構造を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の高集積化、多機能化により、メタル配線層は、より細線化、多層化が進んでいる。また、各配線層を分別する層間の絶縁膜も段差被覆性（カバレッジ）、平坦性等の要求から多層構造になる場合がある。その際、水分をより吸収し易い性質の絶縁膜が含まれていることもある。
一般的なメタル配線層は、例えばアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金配線である。このようなメタル配線層の一般的な配線パターンの形成方法は次のようである。半導体基板上における所定絶縁膜上に、スパッタ法等を含み必要な配線部材を一様に形成後、フォトリソグラフィ工程を経て形成されたレジストパターンをマスクに異方性エッチングする。このような配線パターンは、例えば下層または上層の配線パターンと、コンタクトホールまたはビアホールを介して接続されように形成される。最上層の配線パターンは絶縁膜、パッシベーション膜により保護される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置の製造工程中の熱ストレスや実装中のストレスから、上層のパッシベーション膜等にクラックが発生する危険性がある。クラック発生により、内部の絶縁膜は吸湿し、アルミニウムを主成分とするメタル配線層の腐食を招く。
特に冗長回路を有するメモリ製品等は、比較的上層の方のメタル配線で構成されたヒューズ素子を有するものが多い。レーザ光によるヒューズの切断のため、ヒューズ素子周辺はパッシベーション膜が選択的に除去され、上方の絶縁膜が薄膜化されているものも少なくない。このようなヒューズ素子を構成するメタル配線層、またはヒューズ素子の近くに配されているメタル配線層は、ヒューズ切断時の絶縁膜の破裂や様々なストレスによる絶縁膜クラックが発生する可能性が高く、水分の浸入または吸湿に起因する腐食の危険にさらされる。
【０００４】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、腐食の懸念を解消する高信頼性の多層配線構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、半導体集積回路を構成する一部であって絶縁膜中に所定のパターンを有して設けられたメタル配線層と、少なくとも前記メタル配線層のパターン側部に設けられた不導体層と、を具備したことを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、半導体集積回路を構成する一部であって絶縁膜中に所定のパターンを有して設けられたメタル配線層と、少なくとも前記メタル配線層のパターン上部及び側部に設けられた不導体層と、を具備したことを特徴とする。
【０００７】
上記それぞれ本発明に係る半導体装置によれば、少なくともメタル配線層のパターン側部に不導体層が設けられている。これにより、絶縁膜が何らかの原因で吸湿、水分の侵入を許してもメタル配線層の腐食の進行が抑制される。
【０００８】
本発明に係るより好ましい実施態様としての半導体装置は、半導体集積回路を構成する一部であって絶縁膜中に所定のパターンを有して設けられたアルミニウムを主成分とする配線部材と、前記配線部材のパターン上面及び下面を構成する導電体層と、少なくとも前記配線部材の側部を保護する不導体層と、を具備したことを特徴とする。
【０００９】
上記本発明に係る半導体装置によれば、少なくとも配線部材の側部は不導体層により保護される。これにより、絶縁膜が何らかの原因で吸湿、水分の侵入を許しても配線部材の腐食の進行が抑制される。
なお、上記本発明に係る半導体装置において、前記不導体層は前記配線部材の酸化物で構成されることを特徴とする。形成し易く有用な構成である。
【００１０】
また、本発明に係る半導体装置は、半導体集積回路を構成する一部であって絶縁膜中に配され、切断することによって信号伝達経路が変更されるヒューズ回路を備え、前記ヒューズ回路は、少なくとも側部に不導体層を配したメタル配線層を有することを特徴とする。
【００１１】
上記本発明に係る半導体装置によれば、周囲の絶縁膜が吸湿、水分を侵入させ易いより上層のヒューズ回路でも、側部に不導体層を配したメタル配線層を有することで、絶縁膜が何らかの原因で吸湿、水分の侵入を許しても腐食の進行が抑制される。ヒューズ回路の信頼性向上に寄与する。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上における所定絶縁膜上にメタル配線層を形成する工程と、前記メタル配線層を所定パターンに加工する工程と、少なくとも前記メタル配線層のパターン側部表面を不導体化する酸化物定着工程と、を具備したことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、メタル配線層のパターン側部表面を不導体化する酸化物定着工程により、以降のメタル配線層は腐食の進行が抑制される。従って、絶縁膜が何らかの原因で吸湿、水分の侵入を許してもメタル配線層の腐食は起こり難い。
【００１４】
なお、上記本発明の半導体装置の製造方法において、次のいずれかの方法を含んで酸化物定着工程がなされることが好ましい。
前記酸化物定着工程は、酸素を含む処理ガス雰囲気で所定時間加熱する工程を含むことを特徴とする。
前記酸化物定着工程は、酸化力を有する処理液に所定時間接触させる工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の要部の構成を示す断面図である。素子が形成され半導体集積回路が構成される半導体基板上の所定層にＢＰＳＧ（ボロン・リン珪化ガラス）膜やＳｉＯ２膜等の図示しない配線との層間の絶縁膜１１が形成されている。絶縁膜１１上にメタル配線層１２が形成されている。メタル配線層１２は、例えばアルミニウムを主成分とする合金配線により所定のパターンを構成している。メタル配線層１２は、例えばＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ合金／Ｔｉ／ＴｉＮ積層で構成されている。それぞれ、下面のＴｉＮ膜１２１はエレクトロマイグレーション耐性向上を含む下地バリア膜、Ａｌ−Ｃｕ合金膜１２２は主配線部材、Ｔｉ／ＴｉＮ膜１２３は密着層（Ｔｉ）及びフォトリソグラフィ工程を経る配線パターニング時の反射防止を兼ねたバリア膜（ＴｉＮ）として主に機能する。さらに、このメタル配線層１２のパターン側部は不導体層１３が形成されている。実質的にはＡｌ−Ｃｕ合金膜１２２側部表面がＡｌ２Ｏ３被膜で不導体化されている。メタル配線層１２上は絶縁膜１４で覆われている。絶縁膜１４は、図示しない次層の配線層形成のための層間の絶縁膜である。あるいは、絶縁膜１４は、図示しない最上層のパッシベーション膜の一部を構成しているものである。
【００１６】
上記実施形態の構成によれば、メタル配線層１２のパターン側部に不導体層１３が設けられている。これにより、絶縁膜１４が熱ストレスやクラック等、何らかの原因で吸湿、水分の侵入を許してもメタル配線層の腐食の進行が抑制される。このようなメタル配線層１１は、多層配線のより上層に近い配線層、またはチップ周辺に近い配線層に配備するとよい。なお、メタル配線層１２は上記構成に限定されることはない。
【００１７】
図２は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の要部の構成を示す断面図である。半導体集積回路を構成する一部であって絶縁膜中に配され、切断することによって信号伝達経路が変更されるヒューズ回路２０の一部領域である。絶縁膜２１上にメタル配線層２２が形成されている。メタル配線層２２は、メタルヒューズであり、アルミニウムを主成分とする配線のヒューズ素子ＦＳである。メタル配線層２２は通常配線と同様に例えばＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ合金／ＴｉＮ積層等で構成される。ヒューズカットは例えばレーザを照射し溶断する形態となっている。溶断時の爆発が容易なように、ヒューズ素子ＦＳ上方の絶縁膜２４は他の領域より薄く、最上層パッシベーション膜２５は除去されている。このメタル配線層２２によるヒューズのパターン側部に不導体層２３が形成されている。実質的にはＡｌ−Ｃｕ合金膜側部表面がＡｌ２Ｏ３被膜で不導体化されている。
【００１８】
上記実施形態の構成によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、不導体層２３を有するメタル配線層２２がヒューズ回路に採用されることによって腐食防止の優れた効果が得られる。比較的薄い絶縁膜２４で覆われるヒューズ素子、ヒューズ素子の近く（その上層または下層を含む）に配されているメタル配線層に対し、主配線側部に不導体層２３を有する構成とすればよい。これにより、絶縁膜クラックが発生する可能性が高い領域の配線腐食が確実に抑制される。
【００１９】
なお、上記実施形態ではヒューズ素子をメタルヒューズとしたが、ポリシリコンヒューズを使用したヒューズ回路に含まれるメタル配線に用いることも十分考えられる。すなわち、ポリシリコンヒューズに接続されたメタル配線に対し、主配線側部が不導体層を有する構成とすることにより、腐食され難いメタル配線を配備することになる。
【００２０】
図３は、本発明に係る半導体ベアチップの概略図である。前記第１、第２実施形態で示したような不導体層をパターン側部に有するメタル配線層は、少なくとも半導体チップ３０に関し、多層配線のより上層に近い配線層の領域（破線３１）、またはチップ周辺に近い配線層の領域（破線３２）に配備しておく。すなわち、いままで腐食され易かった領域に配されるメタル配線層（１２または２２）のパターン側部に不導体層（１３または２３）が設けられていることが有用である。これにより、腐食防止の優れた効果が得られる。
【００２１】
図４、図５は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図であり、主配線側部表面を不導体化するメタル配線層の形成方法を示している。第１実施形態と同様の個所には同一の符号を付して説明する。
図４に示すように、素子が形成され半導体集積回路が構成される半導体基板上所定の層間の絶縁膜１１に、メタル配線層１２を形成する。メタル配線層１２は、例えばスパッタ法によりＴｉＮ膜１２１、Ａｌ−Ｃｕ合金膜１２２、Ｔｉ／ＴｉＮ膜１２３を形成する。各厚さは設計によって様々であるが、ＴｉＮ膜１２１は３０ｎｍ程度、Ａｌ−Ｃｕ合金膜１２２は５００ｎｍ程度、Ｔｉ／ＴｉＮ膜１２３はＴｉ膜の方が薄く、合わせて３０〜６０ｎｍ程度である。フォトリソグラフィ工程を経てマスクパターン４１を形成し、マスクパターン４１に従って異方性エッチングし、メタル配線層１２をパターニングする。マスクパターン４１はフォトレジストの他、ハードマスクを用いる、あるいは伴っていてもよい。
【００２２】
次に、図５に示すように、Ｏ２ガス雰囲気中で１００℃度以下の適当な温度で所定時間加熱する（酸化物定着工程）。これにより、Ａｌ−Ｃｕ合金膜１２２側部表面において１０ｎｍ程度のＡｌ２Ｏ３被膜からなる不導体層１３を形成する。マスクパターン４１を除去して絶縁膜１４を形成すれば、図１の構成が実現される。なお、酸化物定着工程をＯ２ガス雰囲気としたが、水蒸気雰囲気の利用も考えられる。
【００２３】
図６は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図であり、主配線側部表面を不導体化するメタル配線層の形成方法を示している。第１実施形態と同様の個所には同一の符号を付して説明する。
メタル配線層１２をパターニングするまでは、前記第３実施形態の図４と同様である。その後、図６に示すように、酸化剤を浸漬法、塗布法等で所定時間接触させる（酸化物定着工程）。これにより、Ａｌ−Ｃｕ合金膜１２２側部表面において１０ｎｍ程度のＡｌ２Ｏ３被膜からなる不導体層１３を形成する。酸化物定着工程における酸化剤は、比較的酸化力の強い液体、例えば過酸化水素水、ヨウ素酸カリウム等を利用する。マスクパターン４１を除去して絶縁膜１４を形成すれば、図１の構成が実現される。
【００２４】
なお、前述の第３、第４実施形態において、不導体層１３の形成段階ではマスクパターン４１を利用していた。しかし、不導体層１３の形成段階ですでにマスクパターン４１を除去して、不導体層１３の形成のための酸化物定着工程を実施してもよい。
【００２５】
以上説明したように本発明によれば、少なくともメタル配線層のパターン側部に不導体層が設けられている。これにより、絶縁膜が何らかの原因で吸湿、水分の侵入を許してもメタル配線層の腐食の進行が抑制される。特に冗長回路を有するメモリ製品等は、比較的上層の方のメタル配線で構成されたヒューズ素子を有するものが多く、ヒューズ素子周辺は絶縁膜が薄膜化されている。このようなヒューズ素子を構成するメタル配線層、またはヒューズ素子の近くに配されているメタル配線層のパターン側部に不導体層を設けることによって、腐食の懸念はほとんどなくなり、信頼性は向上する。この結果、腐食の懸念を解消する高信頼性の多層配線構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の要部の構成を示す断面図。
【図２】第２実施形態に係る半導体装置の要部の構成を示す断面図。
【図３】本発明に係る半導体ベアチップの概略図。
【図４】第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す第１断面図。
【図５】図４に続く第２断面図。
【図６】第４実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す第１断面図。
【符号の説明】
１１，１４，２１，２４…絶縁膜、１２，２２…メタル配線層、１３，２３…不導体層、２０…ヒューズ回路、２５…パッシベーション膜、３０…半導体チップ、４１…マスクパターン、ＦＳ…ヒューズ素子。
【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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