JP2005086118A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ａｌを主構成材料とするＡｌ配線構造において、Ａｌ膜と下地絶縁材料との界面で剥離が生じることがなく、安定に動作する半導体装置を提供する。
【解決手段】 半導体装置における配線構造を、下層から順に、絶縁層、添加元素として少なくともＡｕまたはＡｇのいずれか一方を含有するＡｌからなる配線層、絶縁層が、順次積層されてなる積層構造とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路など、主構成材料がＡｌからなる配線を有する半導体装置に関する。

半導体装置の集積回路においては高速化が求められており、高集積化、配線の微細化が進められている。これに伴い、配線遅延が顕著になり低抵抗配線および低誘電率膜の適用が望まれている。そこで、配線材料としては、ＡｌやＣｕ膜が検討されている。純Ａｌ膜の場合、配線抵抗が小さい点では最も優れているが、マイグレーションが生じるという問題点があるため、マイグレーションを防止するため、ＳｉやＣｕを含有するＡｌ合金膜が使用されている。

一方、層間絶縁膜材料としては、従来の酸化シリコン（例えばＳｉＯ_２）などにかわって、酸フッ化シリコン（ＳｉＯＦ）などの低誘電率膜の適用が検討されている。

例えばＡｌ配線構造を有する半導体装置の例として、特開平５−３４３４０１号公報が知られている。

特開平５−３４３４０１号公報

しかし、絶縁膜とＡｌ膜との積層構造において、熱負荷がかかった場合には、熱応力に起因してＡｌ膜中には高い圧縮応力が発生する。この発生応力により、絶縁膜とＡｌとの界面ではく離が生じる可能性がある。特に、絶縁膜として低誘電率絶縁膜を使用した場合、従来のＳｉＯ_２膜に比べてＡｌ膜との密着性が低下することが確認された。したがって、下地絶縁膜とＡｌ膜界面で剥離が生じることが懸念される。

そこで、本発明の目的は、Ａｌを主構成材料とするＡｌ配線構造において、剥離が生じることがなく、安定に動作する半導体装置を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

上記の目的は、半導体装置における配線構造を、下層から順に、絶縁層、添加元素として少なくともＡｕまたはＡｇのいずれか一方を含有するＡｌからなる配線層、絶縁層が、順次積層されてなる積層構造とすることにより達成される。

上記において、好ましくは前記添加元素であるＡｕまたはＡｇが、前記Ａｌ膜中の結晶粒界に偏析している。

上記において、好ましくは、前記Ａｕ元素またはＡｇ元素の、Ａｌに対する割合が、０．０２〜２アトミックパーセントとする。

本発明によれば、Ａｌ膜の圧縮応力を低減でき、Ａｌ膜と下地絶縁膜と界面における剥離を防止でき、安定に動作する、信頼性の高い半導体装置が提供される。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

本発明によれば、Ａｌ膜中にＡｕ元素またはＡｇ元素の少なくともいずれか一方を含有させることにより、Ａｌ膜に発生する圧縮応力を緩和することができる。したがって、Ａｌ膜形成後の工程で、約２００℃以上の熱処理をした場合でも、Ａｌ膜に発生する圧縮応力が剥離発生の臨界応力に達することがなく、下地絶縁材料とＡｌ膜との界面における剥離を防止することができる。また、Ａｕ元素とＡｇ元素は、Ａｌ膜におけるＡｌ原子の粒界拡散の加速を抑制できる効果もあり、マイグレーションによる不良も防止することができる。したがって、剥離などの不良が生じることがなく、製造工程を増やすことなく、安定に動作する、信頼性の高い半導体装置が提供される。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態１の半導体装置の主要部を示す模式的断面図である。

図１に示すように、本実施形態１の半導体装置は、半導体基板として例えば単結晶シリコンからなるｐ型シリコン基板１を主体に構成されている。シリコン基板１の主面（素子形成面又は回路形成面）には、素子分離領域２によって区画された複数の素子形成領域（アクティブ領域）が形成され、各素子形成領域にはトランジスタ素子として例えばＭＩＳＦＥＴ（Ｍetal Ｉnsulator Ｓemiconductor Ｆield Ｅffect Ｔransistor）が形成されている。図１において、向かって左側がｎチャネル導電型（ｎ型）ＭＩＳＦＥＴであり、右側がｐチャネル導電型（ｐ型）ＭＩＳＦＥＴである。ＭＩＳＦＥＴは、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの一種であり、ゲート絶縁膜が酸化シリコン膜からなるものは、通常、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍetal Ｏxide Ｓemiconductor Ｆield Ｅffect Ｔransistor）と呼ばれている。

素子分離領域２は、例えば浅溝アイソレーション（ＳＧＩ：Ｓhallow Ｇroove Ｉsolation）領域で構成されている。浅溝アイソレーション領域は、シリコン基板１の主面に浅溝を形成し、その後、浅溝の内部に絶縁膜（例えば酸化シリコン膜）を選択的に埋め込むことによって形成される。

ｎ型及びｐ型ＭＩＳＦＥＴは、主に、チャネル形成領域、ゲート絶縁膜（３，３３）、ゲート電極（４，３４）、ソース領域及びドレイン領域を有する構成になっている。ゲート絶縁膜（３，３３）はシリコン基板１の主面に設けられ、ゲート電極（４，３４）はシリコン基板１の主面上にゲート絶縁膜（３，３３）を介在して設けられ、チャネル形成領域はゲート電極（４，３４）の直下におけるシリコン基板１の表層部に設けられている。ｎ型ＭＩＳＦＥＴのソース領域及びドレイン領域は、チャネル形成領域のチャネル長方向における両側にチャネル形成領域を挟むようにして設けられた一対のｎ型拡散層（ｎ型半導体領域）５，６で構成されている。ｐ型ＭＩＳＦＥＴのソース領域及びドレイン領域は、チャネル形成領域のチャネル長方向における両側にチャネル形成領域を挟むようにして設けられた一対のｐ型拡散層（ｐ型半導体領域）３５，３６で構成されている。なお、図示していないが、ｎ型ＭＩＳＦＥＴが形成された素子形成領域（図１中、左側）には、ｐ型ウエル領域が設けられ、ｐ型ＭＩＳＦＥＴが形成された素子形成領域（図１中、右側）には、ｎ型ウエル領域が設けられている。

ゲート電極（４，３４）の上面、及び拡散層（５，６，３５，３６）の上面には、金属・半導体反応層であるシリサイド層（７，３７）が形成されている。

ゲ−ト絶縁膜（３，３３）は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、五酸化タンタル等の誘電体膜、あるいはこれらの積層構造からなり、例えば化学気相成長法、スパッタリング法などを用いて形成される。また、ゲ−ト電極（４，３４）は、例えば、多結晶シリコン膜や金属薄膜、シリコンゲルマニウム膜あるいは金属シリサイド膜あるいはこれらの積層構造からなり、例えば、化学気相成長法、スパッタリング法などを用いて形成される。

ゲード電極（４，３４）のゲート長方向における側壁には、例えば酸化シリコンや窒化シリコン等からなるサイドウォール８が形成されている。

ＭＩＳＦＥＴの上部全面は、シリコン基板１の主面上に設けられた絶縁膜（層間絶縁膜）９で覆われている。ここで、絶縁膜９は、例えば低誘電率膜やＢＰＳＧ（Ｂoron-doped Ｐhospho Ｓilicate Ｇlass）膜やＳＯＧ（Ｓpin Ｏｎ Ｇlass）膜、あるいはＴＥＯＳ（Ｔetra-Ｅthyl-Ｏrtho-Ｓilicate）膜、あるいは化学気相成長法やスパッタ法で形成した酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等からなる。

ＭＩＳＦＥＴを覆う絶縁膜９の上部には、Ａｕ（金）またはＡｇ（銀）を添加したＡｌ（アルミニウム）膜からなる１層目の配線１４が形成されている。拡散層（６，３５）と、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜からなる１層目の配線１４は、それぞれコンタクトホール（１０，１１）に形成されたコンタクトプラグ（１２，１３）を介して電気的に接続されている。コンタクトホール（１０，１１）は、絶縁膜９に形成されている。

さらに、１層目の配線１４は、絶縁膜９上に設けられた絶縁膜（層間絶縁膜）１５，１６で覆われている。ここで、絶縁膜１５，１６は、例えば、低誘電率膜やＢＰＳＧ膜やＳＯＧ膜、あるいはＴＥＯＳ膜、あるいは化学気相成長法やスパッタ法で形成した酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等からなる。

その上面に、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜からなる２層目の配線１９が形成されており、1層目の配線１４と２層目の配線１９とは、コンタクトホール１７内のコンタクトプラグ１８を介して電気的に接続されている。

さらに、２層目の配線１９の全面は、絶縁膜１６上に設けられた絶縁膜（層間絶縁膜）２０，２１で覆われている。ここで、絶縁膜２０，２１は、例えば、低誘電率膜やＢＰＳＧ膜やＳＯＧ膜、あるいはＴＥＯＳ膜、あるいは化学気相成長法やスパッタ法で形成した酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等からなる。

ここで、１層目の配線１４および２層目の配線１９は、添加元素として少なくともＡｕまたはＡｇのいずれか一方を含有するＡｌ膜からなる。添加元素として少なくともＡｕまたはＡｇのいずれか一方を含有していれば、Ａｌ膜中に、例えばＳｉ（シリコン），Ｃｕ（銅）等の、その他の元素を含有していてもよい。また、本実施形態１では、１層目の配線１４および２層目の配線１９のどちらも、添加元素として少なくともＡｕまたはＡｇのいずれか一方を含有するＡｌ膜からなる場合について示したが、これに限定されるものではなく、いずれか一方の配線が、添加元素として少なくともＡｕまたはＡｇのいずれか一方を含有するＡｌ膜からなるものであってもよい。

コンタクトプラグ１２，１３，１８は、例えば、多結晶シリコン、タングステン等導電性の材料であれば構わない。１層目の配線１４や２層目の配線１９と同じ材料であっても構わない。

つぎに、上記構成の本実施形態１による半導体装置の作用効果を以下に説明する。

従来の純Ａｌ膜や、Ｓｉ又はＣｕを含有するＡｌ合金では、Ａｌ膜を形成後の約３００℃以上の熱処理工程によって、高い圧縮応力が発生する。この圧縮応力が、Ａｌ膜と下地材料との剥離の原因になる。したがって、Ａｌ膜の剥離を防止するためには、この圧縮応力の発生を抑制すればよい。

本願発明者らは、Ａｌ膜に特定の添加元素を含有させることにより、Ａｌ膜に発生する高い圧縮応力を抑制できることを見出した。

図２に、添加元素としてＡｕ，Ａｇを含有させたＡｌ膜における圧縮応力の低減効果を示す。

従来のＡｌ合金では、熱処理温度の上昇に伴い、熱応力に起因してＡｌ膜中には高い圧縮応力が発生する。圧縮応力が剥離発生の臨界応力に達したときに剥離が生じる。ＡｕまたはＡｇの少なくともいずれか一方を添加元素として含有するＡｌ膜は、約２００℃以上の高温熱処理によって、ＡｕやＡｇが結晶粒界に析出されるため、体積収縮が生じ、Ａｌ膜の圧縮応力が緩和される。剥離発生の臨界応力に達しないので、下地材料とＡｌ膜との剥離を防止することができる。

次に、添加元素としてＡｕ、Ａｇを含有したＡｌ膜におけるＡｌ原子の粒界拡散係数Ｄを、計算機シミュレーションにより計算した。添加元素の原子半径と結合エネルギーに着目して、粒界拡散係数Ｄの添加元素効果を図３に示す。添加元素を０．２アトミックパーセント含有させて行ったものであり、Ｄ_Ａｌは添加元素を含有しない場合における粒界拡散係数を示す。図３より、添加元素が、Ａｌ原子の原子半径よりも小さな原子半径を有し、かつ、前記添加元素とＡｌ原子の異種原子間結合エネルギーとがＡｌ元素の同種原子間結合エネルギーに近い値を持つ場合ほど、粒界拡散係数Ｄが小さく抑えられることが分かった。原子半径が大きい元素を添加した場合、拡散が桁違いに加速されてしまうが、ＡｕやＡｇでは元素を添加しない場合、すなわち純Ａｌと同程度の粒界拡散係数Ｄである。

したがって、Ａｌ膜に添加元素としてＡｕ、Ａｇを含有させることにより、圧縮応力低減効果が十分に得られ、かつ元素添加による粒界拡散係数Ｄの加速が抑制できるため、下地材料との剥離を防止でき、かつマイグレーションなどの不良も防止できる。

また、Ａｌに対する添加原子濃度を０．０２〜２アトミックパーセントとすれば、圧縮応力低減効果と粒界拡散の加速を抑制する効果を十分に得られることも、計算機によるシミュレーションにより確認した。０．０２アトミックパーセントより小さい領域では、圧縮応力の低減効果が小さくなり、２アトミックパーセントより大きい領域では、圧縮応力の低減効果は大きくなるが、一方で原子配列の崩れが大きくなるため、粒界拡散係数Ｄが加速されてしまう。

また、圧縮応力の低減のため、粒界拡散の抑制のためには、添加元素であるＡｕ原子やＡｇ原子の一部が分散して存在しても構わないが、これらの添加元素がＡｌ膜中の結晶粒界に偏析した場合に最も効果がある。

以上の記載の通り、本実施形態１で示したように、Ａｌ膜にＡｕ元素またはＡｇ元素含有させると、Ａｌ膜に発生する圧縮応力を低減でき、下地絶縁膜とＡｌ膜との界面における剥離を防止することが出来る。また、元素を添加させたことによる、Ａｌ膜中のＡｌ原子の粒界拡散の加速を防止するため、マイグレーションなどによる不良を防止する効果も得られる。したがって、導通不良がなく安定動作する半導体装置を製造することが可能となる。

なお、Ａｌ膜にＡｕ元素を添加させた場合、耐酸化性の高いＡｕが結晶粒界に析出するため、Ａｌ膜の耐酸化性が向上する効果も得られる。

Ａｌ膜にＡｇ元素を添加させた場合、Ａｕ元素を添加させた場合にくらべて、より高い圧縮応力の低減効果が得られる。

１層目の配線１４、又は２層目の配線１９に隣接する絶縁膜（９，１５，１６，２０，２１）の少なくともいずれかが、例えばＳｉＯＣ（酸炭化シリコン），ＳｉＯＦ（酸フッ化シリコン）、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）などの低誘電率絶縁膜である場合、特にＡｌ配線との密着性が低下するため、より低い応力で剥離が生じるという問題がある。したがって、1層目の配線１４、又は２層目の配線１９に隣接する絶縁膜の少なくとも何れかが例えばＳｉＯＣ，ＳｉＯＦ，ＳｉＯＮなどの低誘電率絶縁膜である場合に、配線材料をＡｕ元素またはＡｇ元素を含有させたＡｌ膜から構成することが特に重要である。

なお、本実施形態１においては、ゲート電極（４，３４）と拡散層（５，６，３５，３６）のすべてにシリサイド層が形成されている場合について示したが，ゲート電極上あるいは拡散層のいずれかにシリサイド層が形成された半導体装置でも構わない。また、拡散層（５，６，３５，３６）がＬＤＤ（Ｌightly Ｄoped Ｄrain Ｓtructure）構造でも構わない。これらの場合も、同様の効果が得られる。

本実施形態１の半導体装置は、これに限定されるものではなく、配線層数も二層に限定されるものではない。また、この半導体装置をＤＲＡＭ（Ｄynamic Ｒandom Ａccess Ｍemory）、ＳＲＡＭ（Ｓtatic Ｒandom Ａccess Ｍemory）、フラッシュメモリと呼称されるＥＥＰＲＯＭ（Ｅlectrically Ｅrasable Ｐrogrammable Ｒead Ｏnly Ｍemory）、あるいはマイコン（マイクロ・コンピュータ）等に使用することが可能である。

次に、本発明による配線構造の主要な断面構造と、その変形例を図４乃至図９を用いて説明する。

（実施形態２）
本発明の実施形態２を図４に示す。図４は、図１に示した実施形態１の配線構造と同様である。

本実施形態２においては、絶縁物１０１上にＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜１０２が形成され、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜１０２の全面が絶縁物１０３，１０４で覆われた構造となっている。これにより、前述の実施形態１と同様の効果が得られる。また、配線をＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜単層とすることで、製造工程を増加させることなく、製造コストに優れた半導体装置を得ることができる。

ここで、絶縁物１０１は、これに限定されるものではないが、例えばＢＰＳＧやＳＯＧ等、ＳｉＯ_２を主構成材料としたガラス材料、あるいはＴＥＯＳ膜、あるいは化学気相成長法やスパッタ法で形成した酸化シリコンや窒化シリコンなどである。

（実施形態３）
本発明の実施形態３を図５に示す。図５は本発明による配線構造の変形例である。前述の実施形態２と共通の部分には同一の符号を付している。

本実施形態３においては、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜１０２の下層に保護膜１０５が設けられている。その他の点は同一構造であり、前述の実施形態２と同様の効果が得られる。また、保護膜１０５を設けることにより、高温熱処理過程でＡｌ原子が基板等に拡散するのを防止する効果も得られる。保護膜１０５をＡｌ膜１０２の下層にのみ形成することにより、Ａｌ膜１０２の上下層に形成する場合よりも、製造工程が少なく、製造コストを低減できる利点がある。

また、保護膜１０５を、例えば、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、あるいは、これらの合金とすることにより、下地絶縁物とＡｌ配線との密着性を向上させる効果も得られる。さらに、Ａｌの結晶粒界拡散Ｄを抑制する効果も得られる。これにより、Ａｌ配線構造において、剥離やマイグレーションによる不良が生じない信頼性の高い半導体装置が得られる。

また、保護膜１０５を、酸化アルミニウムにすることにより、絶縁物１０１とＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜１０２との密着性が向上し、Ａｌの下地への拡散が防止される効果も得られる。これにより、Ａｌ配線構造において、剥離やマイグレーションによる不良が生じない信頼性の高い半導体装置が得られる。

（実施形態４）
本発明の実施形態４を図６に示す。図６は本発明による配線構造の変形例である。前述の実施形態２と共通の部分には同一の符号を付している。

本実施形態４においては、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜１０２の上層に保護膜１０６が設けられている。その他の点は同一構造であり、前述の実施形態２、実施形態３と同様の効果が得られる。保護膜を上層にのみ形成することにより、上下層に形成する場合よりも、製造工程が少なく、製造コストを低減できる利点がある。

また、保護膜１０６を、例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、あるいは、これらの合金とすることにより、上層絶縁物１０４とＡｌ配線１０２との密着性を向上させる効果も得られる。さらに、Ａｌの結晶粒界拡散Ｄを抑制する効果も得られる。これにより、Ａｌ配線構造において、剥離やマイグレーションによる不良が生じない信頼性の高い半導体装置が得られる。

また、保護膜１０６を、酸化アルミニウムにすることにより、絶縁物１０４とＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜１０２との密着性が向上し、Ａｌの拡散が防止される効果も得られる。これにより、Ａｌ配線構造において、剥離やマイグレーションによる不良が生じない信頼性の高い半導体装置が得られる。また、Ａｌの酸化により容易に形成できるので、製造工程の増加が少ないという利点もある。

（実施形態５）
本発明の実施形態５を図７に示す。図７は本発明による配線構造の変形例である。前述の実施形態２と共通の部分には同一の符号を付している。

本実施形態５においては、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜１０２の上下層にそれぞれ保護膜１０５，１０６が設けられている。その他の点は同一構造であり、前述の実施形態２と同様の効果が得られる。また、保護膜を上下層に設けることにより、前述の実施形態３と実施形態４に示した両方の効果が得られ、さらに信頼性の高い半導体装置が得られる。

（実施形態６）
本発明の実施形態６を図８に示す。図８は本発明による配線構造の変形例である。前述の実施形態２と共通の部分には同一の符号を付している。

本実施形態６においては、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜１０２の上層および側面に保護膜１０７が設けられている。その他の点は同一構造であり、前述の実施形態２、実施形態３と同様の効果が得られる。さらに、横方向のＡｌの拡散防止や、絶縁物１０３との密着性向上などの効果も得られる。保護膜を上層および側面に一括に形成することにより、上下層に形成する場合よりも、製造工程が少なく、製造コストを低減できる利点がある。上層のみに形成する場合よりも拡散バリア効果、Ａｌの結晶粒界拡散Ｄを抑制する効果は高い。

（実施形態７）
本発明の実施形態７を図９に示す。図９は本発明による配線構造の変形例である。前述の実施形態２と共通の部分には同一の符号を付している。

本実施形態７においては、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜１０２の下層、上層、および側面に保護膜１０５，１０７が設けられている。その他の点は同一構造であり、前述の実施形態２、実施形態３と同様の効果が得られる。ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜１０２の周辺全面に保護膜を形成することにより、拡散バリア効果、Ａｌの結晶粒界拡散Ｄを抑制する効果は最も高くなる。

図４から図９に示したＡｌ配線構造を半導体装置に適用することにより、Ａｌ膜形成後の工程で、約２００℃以上の熱処理をした場合でも、Ａｌ膜に発生する圧縮応力が剥離発生の臨界応力に達することがなく、下地絶縁材料とＡｌ膜との界面における剥離を防止することができる。また、Ａｕ元素とＡｇ元素は、Ａｌ膜におけるＡｌ原子の粒界拡散の加速を抑制できる効果もあり、マイグレーションによる不良も防止することができる。したがって、剥離などの不良が生じることがなく、安定に動作する、信頼性の高い半導体装置が提供される。

（実施形態８）
次に、本発明の実施形態８を図１０により説明する。図１０は本実施形態８の半導体装置の主要部を示す模式的断面図であり、前述の実施形態１と共通の部分には同一の符号を付している。

前述の実施形態１では、図１に示すように、１層目と２層目の配線（１４，１９）が、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜の単層構造になっている。これに対し、本実施形態８の１層目および２層目の配線（１４，１９）は、図１０に示すように、保護膜（２２，２４）と、この保護膜（２２，２４）上に設けられ、かつＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜（１４ａ，１９ａ）と、このＡｌ膜（１４ａ，１９ａ）上に設けられた保護膜（２３，２５）とを有する積層構造になっている。その他の点は同一構造であり、前述の実施形態１と同様の効果が得られる。

また、保護膜を設けることにより、高温熱処理過程でＡｌ原子がシリコン基板に拡散するのを防止する効果も得られる。また、保護膜を、例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、あるいは、これらの合金とすることにより、下地絶縁膜と配線との密着性を向上させる効果も得られる。さらに、Ａｌの結晶粒界拡散Ｄを抑制する効果も得られる。これにより、Ａｌ配線構造において、剥離やマイグレーションによる不良が生じない信頼性の高い半導体装置が得られる。

本実施形態８の半導体装置は、これに限定されるものではなく、配線層数も二層に限定されるものではない。また、この半導体装置をＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、あるいはマイコン等に使用することが可能である。

（実施形態９）
次に、本発明の実施形態９を図１１により説明する。図１１は本実施形態９の半導体装置の主要部を示す模式的断面図であり、前述の実施形態８と共通の部分には同一の符号を付している。

本実施形態９の半導体装置は、図１１に示すように、基本的に前述の実施形態８と同様の構成になっており、以下の構成が異なっている。

即ち、絶縁膜２１上に最上層の配線２００が形成されており、更に絶縁膜２１上に、配線２００を覆うようにして絶縁膜（最終保護膜）２９が形成されている。配線２００はボンディングパッドＢＰを有し、絶縁膜２９には、ボンディングパッドＢＰのワイヤボンディング部を露出するボンディング開口２９ａが形成されている。

配線２００は、ボンディングパッドＢＰのワイヤボンディング部を除いて、保護膜２６と、この保護膜２６上に設けられ、かつＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜２７と、このＡｌ膜２７上に設けられた保護膜２８とを有する積層構造になっている。ボンディングパッドＢＰのワイヤボンディング部は、主に保護膜２６及びＡｌ膜２７の積層構造になっている。ボンディングパッドＢＰのワイヤボンディング部には、ボンディング開口２９ａを通してＡｌ膜２７に接するように、例えばＡｕからなるボンディングワイヤ３０が接続されている。

その他の点は同一構造であり、前述の実施形態９と同様の効果が得られる。さらに最上層の配線２００をＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜とすることにより、ワイヤボンディング部にボンディングワイヤを接続した場合でも、最上層の配線と下地絶縁膜界面ではく離が生じることがない。

なお、本実施形態９において、最上層の配線２００が、保護膜２６、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜２７、および保護膜２８の積層構造からなる場合について説明したが、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜２７の単層膜で構成されていてもよい。

本実施形態９の半導体装置は、これに限定されるものではなく、配線層数も三層に限定されるものではない。また、この半導体装置をＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、あるいはマイコン等に使用することが可能である。

（実施形態１０）
次に、本発明の実施形態１０を図１２により説明する。図１２は本実施形態１０の半導体装置の主要部を示す模式的断面図であり、前述の実施形態９と共通の部分には同一の符号を付している。

前述の実施形態９では、図１１に示すように、１層目の配線１４、２層目の配線１９の少なくともいずれか一方が、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜（１４ａ，１９ａ）を含む積層構造になっているのに対し、図１２に示す本実施形態１０の半導体装置においては、1層目の配線３１、２層目の配線３２が、ＣｕまたはＳｉの少なくともいずれか一方を含有するＡｌ（３１ａ，３２ａ）、またはＣｕ膜（３１ｂ，３２ｂ）を含む積層構造になっている。最上層の配線２００が、保護膜２６、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜２７、および保護膜２８の積層構造からなる点については、図１１と同じである。

その他の点は同一構造であり、前述の実施形態９と同様の効果が得られる。さらに、最上層の配線２００をＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜とすることにより、ワイヤボンディング部にボンディングワイヤを接続した場合でも、最上層の配線と下地絶縁膜界面ではく離が生じることがない。

なお、最上層の配線２００以外の配線、1層目の配線３１、２層目の配線３２をＣｕ配線とすることにより配線抵抗を低減でき、高速で動作する半導体装置を得ることが可能である。

最上層の配線２００以外の配線、1層目の配線３１、２層目の配線３２をＣｕまたはＳｉの少なくともいずれか一方を含有するＡｌ合金膜とすることにより、コストが低減され、安価な半導体装置を得ることが可能である。

１層目の配線３１をＣｕまたはＳｉの少なくともいずれか一方を含有するＡｌ合金膜とし、２層目の配線３２以降をＣｕ膜とすることにより、Ｃｕ原子がシリコン基板付近に拡散するのを完全に防止することができ、デバイス特性の劣化の心配がなく、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。

配線のすべてをＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜とすることにより、ターゲットをひとつにすることができる利点がある。

なお、本実施形態１０において、最上層の配線２００が、保護膜２６、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜２７、および保護膜２８の積層構造からなる場合について説明したが、ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜２７の単層膜で構成されていてもよい。保護膜２６，２８を、例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗあるいは、これらの合金とすることにより、隣接絶縁膜２１、２９とＡｌ膜２７との密着性を向上させる効果も得られる。さらに、Ａｌの結晶粒界拡散Ｄを抑制する効果も得られる。これにより、Ａｌ配線構造において、剥離やマイグレーションによる不良が生じない信頼性の高い半導体装置が得られる。単層膜とすることにより、工程数を減少することができ、生産性が向上する。

また、本実施形態１０において、ボンディングの形状はワイヤボンディングの場合について示したが、これに限定されるものではなく、例えばワイヤを切断したバンプ形状（スタッドバンプ）としてもよい。

本実施形態１０の半導体装置は、これに限定されるものではなく、配線層数も三層に限定されるものではない。また、この半導体装置をＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、あるいはマイコン等に使用することが可能である。

以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の実施形態１である半導体装置の主要部を示す模式的断面図である。 添加元素としてＡｕ，Ａｇを含有させＡｌ膜と、従来のＡｌ膜に発生する、膜内部応力と熱処理温度との関係を模式的に示すグラフである。 Ａｌ膜中のＡｌ原子粒界拡散係数の添加元素を含有することによる加速・抑制効果を示す図である。 本発明の実施形態２である配線構造を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態３である配線構造を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態４である配線構造を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態５である配線構造を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態６である配線構造を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態７である配線構造を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態８である半導体装置の主要部を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態９である半導体装置の主要部を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態１０である半導体装置の主要部を示す模式的断面図である。

符号の説明

１…シリコン基板、２…素子分離領域、３，３３…ゲート絶縁膜、４，３４…ゲート電極、５，６，３５，３６…拡散層（半導体領域）、７，３７…シリサイド層、８…サイドウォール、９…絶縁膜、１０，１１…コンタクトホール、１２，１３…コンタクトプラグ、１４…1層目の配線、１４ａ…Ａｌ膜、１５，１６…絶縁膜、１７…コンタクトホール、１８…コンタクトプラグ、１９…２層目の配線、１９ａ…Ａｌ膜、２０，２１…絶縁膜、２２，２３，２４，２５…保護膜、２６…保護膜、２７…ＡｕまたはＡｇを添加したＡｌ膜、２８…保護膜、２９…絶縁膜、２９ａ…ボンディング開口、３１…１層目の配線、３２…２層目の配線、３１ａ，３２ａ…Ａｌ膜、３１ｂ，３２ｂ…Ｃｕ膜、１０１…絶縁物、１０２…Ａｕ、Ａｇを添加したＡｌ膜、１０３，１０４…絶縁物、１０５，１０６，１０７…保護膜、２００…最上層の配線。

Claims (28)

1. 第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層上に設けられ、かつ添加元素として少なくともＡｕまたはＡｇのいずれか一方を含有するＡｌからなる配線層と、
   前記配線層を覆うようにして前記第１の絶縁層上に設けられた第２の絶縁層とを有することを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記添加元素であるＡｕまたはＡｇが、前記Ａｌ膜中の結晶粒界に偏析していることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記Ａｕまたは前記ＡｇのＡｌに対する割合が、０．０２〜２アトミックパーセントであることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第１及び第２の絶縁層の少なくとも何れかが低誘電率絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第１及び第２の絶縁層の少なくとも何れかが酸化シリコンを主構成材料としたガラス材料であることを特徴とする半導体装置。
6. 半導体基板と、
   前記半導体基板の主面に設けられた半導体領域と、
   前記半導体基板の主面上に設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜に設けられたコンタクトホールと、
   前記絶縁膜上に設けられ、かつ前記コンタクトホールを介して前記半導体領域と電気的に接続されたＡｌ膜とを有し、
   前記Ａｌ膜は、ＡｕまたはＡｇの少なくとも一種の添加元素を含有していることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項６に記載の半導体装置において、
   前記添加元素であるＡｕまたはＡｇが、前記Ａｌ膜中の結晶粒界に偏析していることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項６に記載の半導体装置において、
   前記Ａｕまたは前記ＡｇのＡｌ膜中のＡｌに対する割合が、０．０２〜２アトミックパーセントであることを特徴とする半導体装置。
9. 下層から絶縁層、保護膜層、添加元素としてＡｕまたはＡｇを含有するＡｌからなる配線層が、順次積層されてなる積層構造を有することを特徴とする半導体装置。
10. 請求項９に記載の半導体装置において、
    前記添加元素であるＡｕまたはＡｇが、前記Ａｌ膜中の結晶粒界に偏析していることを特徴とする半導体装置。
11. 請求項９に記載の半導体装置において、
    前記Ａｕまたは前記ＡｇのＡｌ膜中のＡｌに対する割合が、０．０２〜２アトミックパーセントであることを特徴とする半導体装置。
12. 請求項９に記載の半導体装置において、
    前記絶縁層が低誘電率絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。
13. 請求項９に記載の半導体装置において、
    前記絶縁層が酸化シリコンを主構成材料としたガラス材料であることを特徴とする半導体装置。
14. 請求項９に記載の半導体装置において、
    前記保護膜層の主構成材料がＴｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗのいずれかであることを特徴とする半導体装置。
15. 請求項９に記載の半導体装置において、
    前記保護膜層の主構成材料がＴｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗのいずれかの合金であることを特徴とする半導体装置。
16. 請求項９に記載の半導体装置において、
    前記保護膜層の主構成材料が酸化アルミニウムであることを特徴とする半導体装置。
17. 下層から絶縁層、添加元素としてＡｕまたはＡｇを含有するＡｌからなる配線層、保護膜層が、順次積層されてなる積層構造を有することを特徴とする半導体装置。
18. 請求項１７に記載の半導体装置において、
    前記添加元素であるＡｕまたはＡｇが、前記Ａｌ膜中の結晶粒界に偏析していることを特徴とする半導体装置。
19. 請求項１７に記載の半導体装置において、
    前記Ａｕまたは前記ＡｇのＡｌ膜中のＡｌに対する割合が、０．０２〜２アトミックパーセントであることを特徴とする半導体装置。
20. 請求項１７に記載の半導体装置において、
    前記絶縁層が低誘電率絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。
21. 請求項１７に記載の半導体装置において、
    前記絶縁層が酸化シリコンを主構成材料としたガラス材料であることを特徴とする半導体装置。
22. 請求項１７に記載の半導体装置において、
    前記保護膜層の主構成材料がＴｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗのいずれかであることを特徴とする半導体装置。
23. 請求項１７に記載の半導体装置において、
    前記保護膜層の主構成材料がＴｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗのいずれかの合金であることを特徴とする半導体装置。
24. 請求項１７に記載の半導体装置において、
    前記保護膜層の主構成材料が酸化アルミニウムであることを特徴とする半導体装置。
25. ボンディングパッドを含む配線を有する半導体装置において、
    前記配線の主構成材料が、添加元素としてＡｕまたはＡｇを含有するＡｌ膜からなることを特徴とする半導体装置。
26. 請求項２５に記載の半導体装置において、
    前記配線よりも下層に少なくとも低誘電率絶縁膜が形成されていること特徴とする半導体装置。
27. 請求項２５に記載の半導体装置において、
    前記配線が、第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に設けられた前記Ａｌ膜と、前記Ａｌ膜上に設けられた第２の保護膜とを有する積層構造であることを特徴とする半導体装置。
28. 請求項２７に記載の半導体装置において、
    前記第１及び第２の保護膜層の主構成材料がＴｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗのいずれかの合金であることを特徴とする半導体装置。
    

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