JP2555949B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2555949B2
JP2555949B2 JP5240009A JP24000993A JP2555949B2 JP 2555949 B2 JP2555949 B2 JP 2555949B2 JP 5240009 A JP5240009 A JP 5240009A JP 24000993 A JP24000993 A JP 24000993A JP 2555949 B2 JP2555949 B2 JP 2555949B2
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forming
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alloy film
wiring
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義明 山田
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特にAl配線を採用した半導体装置の製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device using Al wiring.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の高集積化が進むにつれて配
線も微細化される。半導体装置の配線材料としては、A
l中にSiやCuを微量に添加したAl合金膜が広く使
用されているが、Al合金は反射率が高いため、その上
に直接フォトレジスト膜を形成して縮小投影露光法によ
り所望のパターンを形成しようと試みても、思い通りの
パターンが形成されない。
2. Description of the Related Art As the degree of integration of semiconductor devices increases, wirings are also miniaturized. As the wiring material of the semiconductor device, A
An Al alloy film in which a small amount of Si or Cu is added to 1 is widely used, but since the Al alloy has a high reflectance, a photoresist film is directly formed on the Al alloy film to form a desired pattern by the reduced projection exposure method. Pattern is not formed even if an attempt is made to form the pattern.

【0003】特に段差がある場所では、Al合金膜から
の反射光により、パターンが変化してしまう。そこで、
フォトレジスト膜中に染色等を添加して、反射光の影響
を少なくすることが行われているが、微細加工性が悪化
するなどの問題があり、微細配線には適用困難である。
The pattern changes due to the reflected light from the Al alloy film, especially in the place where there is a step. Therefore,
Although dyeing or the like is added to the photoresist film to reduce the influence of reflected light, it is difficult to apply to fine wiring due to problems such as deterioration of fine workability.

【0004】そのため、微細配線形成のためには、微細
加工性に優れた普通の(染料等を含まない)フォトレジ
スト膜を使用するのが望ましく、Al合金膜上に、反射
率の低い膜を形成する方法が使われている。この反射率
の低い膜として広く使われている膜はTiN膜であり、
このTiN膜の反射防止膜としての応用は、例えば19
87年春期の応用物理学会の予稿集29a−B−3にて
提案されている。
Therefore, in order to form fine wiring, it is desirable to use an ordinary photoresist film (which does not contain dye etc.) which is excellent in fine workability, and a film having a low reflectance is formed on the Al alloy film. The method of forming is used. A film that is widely used as a film with low reflectance is a TiN film,
The application of this TiN film as an antireflection film is, for example, 19
It is proposed in Proceedings 29a-B-3 of the Japan Society of Applied Physics in the spring of 1987.

【0005】Al合金膜上に反射防止膜としてTiN膜
を形成してAl配線を形成する際の従来技術による主な
プロセスフローを本発明に関する図1を用いて説明す
る。まず、図1(A)に示すように、シリコン酸化膜2
で表面が覆われたシリコン基板1上にTi膜3,TiN
膜4を順次スパッタリング法で形成した後、Al合金膜
5をスパッタリング法で形成する。Ti膜3はシリコン
基板と配線のオーミックコンタクトを良好にさせ、接続
抵抗を小さくするためのものであり、その膜厚は20〜
100nm程度であり、TiN膜4は、シリコン基板と
Alの相互拡散により素子が破壊されるのを防ぐバリア
メタルであり、50〜200nm程度の厚さである。
A main process flow according to the prior art when forming a TiN film as an antireflection film on an Al alloy film to form an Al wiring will be described with reference to FIG. 1 relating to the present invention. First, as shown in FIG. 1A, the silicon oxide film 2
Ti film 3, TiN on the silicon substrate 1 whose surface is covered with
After the film 4 is sequentially formed by the sputtering method, the Al alloy film 5 is formed by the sputtering method. The Ti film 3 is for improving the ohmic contact between the silicon substrate and the wiring and for reducing the connection resistance, and the film thickness is 20 to
The TiN film 4 has a thickness of about 100 nm, is a barrier metal that prevents the element from being destroyed by the mutual diffusion of the silicon substrate and Al, and has a thickness of about 50 to 200 nm.

【0006】Al合金膜5の形成の際には、シリコン基
板1を150〜200℃の温度に加熱するものであり、
その理由は次の通りである。すなわち、低温では、シリ
コン基板11のシリコン酸化膜12の段差部に被覆した
Al合金膜13が全く移動しないため、図3に示すよう
に段差部底部の角での被覆性が悪く、信頼性を低下させ
るのと、通常、Al合金膜13中には1%程度のSiが
添加されているが、シリコン基板を熱処理し、冷却する
際、Al合金膜13中に、このSiが粒状に析出し、低
温で形成したAl合金膜13中では大きな析出粒とな
り、配線をふさぎやすく、配線の信頼性を低下させる等
の問題を解決するために行われる。また低温で形成した
Al合金膜は、温度制御が困難であり、Al合金膜質が
不安定であり、ばらつくという問題を解決するために行
われる。また200℃より高温でAl合金膜を形成した
場合、Al合金膜を形成した時点で、すでにAl合金膜
中に大きな粒状のSi析出が形成されるため、その後、
Al合金膜を所望の形状にパターニングするため、ドラ
イエッチング法によりエッチングする際、Si析出がエ
ッチング残渣として残ってしまい、配線間が短絡しやす
い等の問題を解決するために行われる。
When the Al alloy film 5 is formed, the silicon substrate 1 is heated to a temperature of 150 to 200 ° C.
The reason is as follows. That is, at a low temperature, the Al alloy film 13 covering the stepped portion of the silicon oxide film 12 of the silicon substrate 11 does not move at all, so that the coverage at the corner of the bottom of the stepped portion is poor as shown in FIG. Generally, about 1% of Si is added to the Al alloy film 13, but when the silicon substrate is heat-treated and cooled, the Si is granularly precipitated in the Al alloy film 13. This is done in order to solve problems such as large precipitation grains in the Al alloy film 13 formed at a low temperature, which easily plugs the wiring and lowers the reliability of the wiring. The Al alloy film formed at a low temperature is difficult to control in temperature, and the quality of the Al alloy film is unstable. When the Al alloy film is formed at a temperature higher than 200 ° C., large granular Si precipitates are already formed in the Al alloy film when the Al alloy film is formed.
Since the Al alloy film is patterned into a desired shape, when the dry etching method is used for etching, Si precipitation remains as an etching residue, and this is performed in order to solve the problem that a short circuit easily occurs between wirings.

【0007】Al合金膜5を形成した後、図1(B)に
示すように第2のTiN膜6を形成する。TiN膜6
は、Tiターゲットを窒素とArの混合雰囲気中でスパ
ッタリングして形成する。その際、Al合金膜5と第2
のTiN膜6は同一スパッタ装置の別のプロセス室で続
けて形成するのが良い。その理由は次のとおりである。
すなわち、Al合金膜5を形成後、一度大気に出してか
らTiN膜を形成すると、耐エレクトロマイグレーショ
ンが悪化したり、その上に第2のAl配線を形成した際
のAl配線間の接続抵抗が増大するためである。これら
の問題は、1991年の電子情報通信学会技術研究報告
のSDM91−136にて報告されている。
After forming the Al alloy film 5, a second TiN film 6 is formed as shown in FIG. TiN film 6
Is formed by sputtering a Ti target in a mixed atmosphere of nitrogen and Ar. At that time, the Al alloy film 5 and the second
It is preferable that the TiN film 6 is continuously formed in another process chamber of the same sputtering apparatus. The reason is as follows.
That is, if the TiN film is formed after exposing the air to the atmosphere after forming the Al alloy film 5, the electromigration resistance is deteriorated, or the connection resistance between the Al wires when the second Al wire is formed thereon is increased. This is because it will increase. These problems are reported in SDM 91-136 of Technical Research Report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers of 1991.

【0008】Al合金膜5と第2のTiN膜6の形成を
同一スパッタ装置で続けて行うと、Al合金膜5形成
後、真空中であるため、TiN膜6形成前には、ほとん
ど温度の低下は無く、150℃以上の基板温度でTiN
膜6を形成することになる。
When the Al alloy film 5 and the second TiN film 6 are continuously formed by the same sputtering apparatus, since the Al alloy film 5 is in a vacuum after being formed, almost no temperature is generated before the TiN film 6 is formed. There is no decrease, and TiN at a substrate temperature of 150 ° C or higher
The film 6 will be formed.

【0009】次に図1(C)に示すようにフォトレジス
ト膜7をTiN膜6上に形成し、通常のフォトリソグラ
フィ技術により所望の形状にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 1C, a photoresist film 7 is formed on the TiN film 6 and is patterned into a desired shape by a usual photolithography technique.

【0010】次に図1(D)に示すようにドライエッチ
ング技術を用い第2のTiN膜6,Al合金膜5,Ti
N膜4,Ti膜3を順次エッチングした後、フォトレジ
スト膜7を除去してAl配線を完成する。
Next, as shown in FIG. 1D, a second TiN film 6, an Al alloy film 5 and a Ti film are formed by using a dry etching technique.
After the N film 4 and the Ti film 3 are sequentially etched, the photoresist film 7 is removed to complete the Al wiring.

【0011】次に前述の方法にて第1のAl配線を形成
後、第2のAl配線までのプロセスフローを図面を用い
て説明する。図2(E)に示すようにシリコン酸化膜8
で層間絶縁膜を形成する。シリコン酸化膜8は、プラズ
マ化学気相成長法にて形成した膜や、回転塗布した後に
焼成したSOG膜等と、エッチバック工程を組み合わせ
て表面を平坦化している。
Next, the process flow from the formation of the first Al wiring to the second Al wiring by the above method will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 2E, the silicon oxide film 8
To form an interlayer insulating film. The surface of the silicon oxide film 8 is flattened by combining an etch-back process with a film formed by the plasma chemical vapor deposition method, an SOG film which is spun after spin coating, and the like.

【0012】次に図2(F)に示すように、通常のリソ
グラフィ技術とドライエッチング技術により、シリコン
酸化膜の所望の位置に第2のTiN膜6に達する接続孔
を形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (F), a contact hole reaching the second TiN film 6 is formed at a desired position of the silicon oxide film by the usual lithography technique and dry etching technique.

【0013】その後、図2(G)に示すように、第2の
Al合金膜9と第3のTiN膜10をスパッタリング法
により形成し、所望の形状にパターニングして第2のA
l配線を形成する。
After that, as shown in FIG. 2G, a second Al alloy film 9 and a third TiN film 10 are formed by a sputtering method and patterned into a desired shape to form a second A film.
l wiring is formed.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
の製造方法では、Al合金膜の形成温度が150℃以上
であるため、その後、引き続いてTiN膜を形成する
と、TiN膜中に含まれた未反応の活性な窒素により、
Al合金膜の表面にわずかに窒化アルミニウム(Al
N)が形成される。
In this conventional method of manufacturing a semiconductor device, since the formation temperature of the Al alloy film is 150 ° C. or higher, when the TiN film is subsequently formed, it is contained in the TiN film. With unreacted active nitrogen,
A slight amount of aluminum nitride (Al
N) is formed.

【0015】特にAl合金膜の形成時の温度を450℃
以上にしたり、Al合金膜形成後、基板を450℃以上
に加熱することにより、Al合金膜を流動させて、層間
絶縁膜に設けた接続孔を埋め込むプロセスを行う場合、
AlNが形成されやすい。
Particularly, the temperature at the time of forming the Al alloy film is 450 ° C.
In the case of performing the process of filling the connection hole provided in the interlayer insulating film by flowing the Al alloy film by heating the substrate to 450 ° C. or higher after the above or after forming the Al alloy film,
AlN is easily formed.

【0016】このように、Al合金膜とTiN膜の界面
でAlNが形成されると、Al配線のエレクトロマイグ
レーション耐性が劣化する。その理由は、AlN存在に
より、基板を熱処理したときのAl合金膜の結晶性が低
下するためである。通常、Al合金膜は(100)面に
優性配向し、(100)面への配向性が強いものほどエ
レクトロマイグレーション寿命が長いが、界面にAlN
が形成されると、この(100)面への配向性が弱くな
り、エレクトロマイグレーション寿命が短くなるという
問題がある。
When AlN is formed at the interface between the Al alloy film and the TiN film in this way, the electromigration resistance of the Al wiring deteriorates. The reason is that the presence of AlN lowers the crystallinity of the Al alloy film when the substrate is heat-treated. Usually, the Al alloy film is predominantly oriented in the (100) plane, and the stronger the orientation to the (100) plane, the longer the electromigration life.
However, there is a problem that the orientation on the (100) plane is weakened and the electromigration life is shortened.

【0017】また、AlNは絶縁体であるため、TiN
膜とAl合金膜の界面でのAlNの存在により、TiN
膜とAl合金膜の接続抵抗が高くなり、図2(G)のよ
うなAl2層配線を形成した場合、第1のAl配線と第
2のAl配線の接続抵抗が増大し、最悪の場合には、し
ゃ断してしまうという問題がある。
Since AlN is an insulator, TiN
Due to the presence of AlN at the interface between the film and the Al alloy film, TiN
When the connection resistance between the film and the Al alloy film becomes high and the Al2 layer wiring as shown in FIG. 2G is formed, the connection resistance between the first Al wiring and the second Al wiring increases, and in the worst case, Has the problem of being cut off.

【0018】Al合金膜上のTiN膜形成時の温度が3
00℃以上では、常に接続抵抗は高いが、150〜20
0℃程度の温度では、接続抵抗の値にバラツキを生じて
しまう。
When the TiN film is formed on the Al alloy film, the temperature is 3
At 00 ℃ or higher, the connection resistance is always high, but 150 to 20
At a temperature of about 0 ° C., the connection resistance varies.

【0019】本発明の目的は、Al合金膜上にTiN膜
を形成した積層構造で配線を形成しても、Al表面が窒
化されることなく、電気抵抗を良好にする半導体装置の
製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which the electric resistance is improved without nitriding the Al surface even when the wiring is formed in the laminated structure in which the TiN film is formed on the Al alloy film. To provide.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、Al形成工
程と、高融点金属窒化膜形成工程を含み、少なくともA
l或いはAl合金膜と高融点金属窒化膜を含む積層構造
により、Al配線を形成する半導体装置の製造方法であ
って、Al形成工程は、真空中にて前記積層構造のAl
或いはAl合金膜を基板上に形成する工程であり、高融
点金属窒化膜形成工程は、Al形成工程を経た基板の周
囲雰囲気を真空状態に保ったまま、反応性スパッタリン
グ法により前記基板のAl或いはAl合金膜上に高融点
金属窒化膜を形成する工程であり、前記高融点金属窒化
膜の形成直前における基板温度は、150℃以下であ
る。
To achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes an Al forming step and a refractory metal nitride film forming step, and at least A
The l or laminate structure including an Al alloy film and a refractory metal nitride film, a manufacturing method of a semiconductor device to form an Al wiring, Al forming step, Al before Symbol laminated structure Te in a vacuum
Alternatively, it is a step of forming an Al alloy film on the substrate, and in the refractory metal nitride film forming step, Al of the substrate or Al of the substrate is formed by a reactive sputtering method while keeping the ambient atmosphere of the substrate that has undergone the Al forming step in a vacuum state. In the step of forming the refractory metal nitride film on the Al alloy film, the substrate temperature immediately before the formation of the refractory metal nitride film is 150 ° C. or lower.

【0021】また、前記Al或いはAl合金膜の形成温
度は、150℃以上であり、前記高融点金属窒化膜形成
前に前記基板を150℃以下に冷却する工程を含むもの
である。
Further, the formation temperature of the Al or Al alloy film is 150 ° C. or higher, and a step of cooling the substrate to 150 ° C. or lower is included before the formation of the refractory metal nitride film.

【0022】また、前記Al或いはAl合金膜を形成
後、前記基板を加熱し、前記Al或いはAl合金膜を流
動させる工程と、前記基板を150℃以下に冷却する工
程とを含むものである。
After the Al or Al alloy film is formed, the step of heating the substrate to cause the Al or Al alloy film to flow and the step of cooling the substrate to 150 ° C. or lower are included.

【0023】また、前記Al配線を形成後、層間絶縁膜
を形成する工程と、前記層間絶縁膜の所望の位置に前記
Al配線に達する接続孔を形成する工程と、第2のAl
配線を形成する工程とを含むものである。
Further, after forming the Al wiring, a step of forming an interlayer insulating film, a step of forming a connection hole reaching the Al wiring at a desired position of the interlayer insulating film, and a second Al
And a step of forming wiring.

【0024】また、前記高融点金属窒化膜は、窒化チタ
ニウム(TiN)である。
The refractory metal nitride film is titanium nitride (TiN).

【0025】[0025]

【作用】Al或いはAl合金膜上に大気にさらすことな
く、同一真空中で反応性スパッタリング法により高融点
金属膜を形成する際、前記高融点金属膜形成直前の基板
の温度を150℃以下にする。
When the refractory metal film is formed on the Al or Al alloy film by the reactive sputtering method in the same vacuum without being exposed to the air, the temperature of the substrate immediately before the refractory metal film is formed is set to 150 ° C. or lower. To do.

【0026】[0026]

【実施例】次に本発明について図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例を示す工程断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
1A to 1D are process sectional views showing an embodiment of the present invention.

【0027】図1(A)に示すように、シリコン酸化膜
2で表面が覆われたシリコン基板1上に、Ti膜3,T
iN膜4を順次スパッタリング法で形成し、その後、1
50〜500℃の温度にシリコン基板1を加熱したま
ま、例えばAl中にSiを1%,銅を0.5%添加した
Al合金膜5をスパッタリング法にて0.3〜1.0μ
mの厚さに形成する。
As shown in FIG. 1A, a Ti film 3, T is formed on a silicon substrate 1 whose surface is covered with a silicon oxide film 2.
The iN film 4 is sequentially formed by the sputtering method, and then 1
While heating the silicon substrate 1 at a temperature of 50 to 500 ° C., for example, an Al alloy film 5 in which 1% of Si and 0.5% of copper are added to Al is formed by a sputtering method in an amount of 0.3 to 1.0 μm.
m.

【0028】次に真空中で別のプロセス室に移動し、シ
リコン基板1の裏面に室温のArガスを1〜3分間流し
て、シリコン基板1の温度を室温まで冷却する。このと
きのプロセス室の圧力を高くしたほうが冷却速度が速く
て良いが、あまり高くすると、酸素分圧が高くなり、A
l合金膜表面が酸化されることがあるため、1Torr
以下にした方が良い。
Next, it is moved to another process chamber in a vacuum, and Ar gas at room temperature is flowed on the back surface of the silicon substrate 1 for 1 to 3 minutes to cool the temperature of the silicon substrate 1 to room temperature. The higher the pressure in the process chamber at this time is, the faster the cooling rate is. However, if the pressure is too high, the oxygen partial pressure becomes high, and
1Torr because the surface of the alloy film may be oxidized.
The following is better.

【0029】次にさらに別のプロセス室に移し、図1
(B)に示すように第2のTiN膜6を、Arと窒素の
混合雰囲気中でTiターゲットをスパッタリングする反
応性スパッタリング法により室温で50〜100mの
厚さに形成する。
Then, the process chamber was moved to another process chamber, as shown in FIG.
As shown in (B), the second TiN film 6 is formed to a thickness of 50 to 100 nm at room temperature by a reactive sputtering method in which a Ti target is sputtered in a mixed atmosphere of Ar and nitrogen.

【0030】次に図1(C)に示すように、フォトレジ
スト膜7をTiN膜6上に形成し、通常のフォトリソグ
ラフィ技術により所望の形状にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 1C, a photoresist film 7 is formed on the TiN film 6 and is patterned into a desired shape by a usual photolithography technique.

【0031】次に図1(D)に示すようにドライエッチ
ング技術を用いて、第2のTiN膜6,Al合金膜5,
TiN膜4,Ti膜3を順次エッチングした後、フォト
レジスト膜7を除去してAl配線を完成する。
Next, as shown in FIG. 1D, the second TiN film 6, the Al alloy film 5, and the like are formed by using a dry etching technique.
After the TiN film 4 and the Ti film 3 are sequentially etched, the photoresist film 7 is removed to complete the Al wiring.

【0032】この方法では、Al合金膜5の形成後のシ
リコン基板の冷却は、スパッタリング室とは別のプロセ
ス室を用いて行っているが、TiN膜6を形成するプロ
セス室に基板を移動後、TiN膜6の形成前に室温のA
rガスだけをシリコン基板1の裏面に流し、150℃以
下に冷却してから、窒素ガスも加えてターゲットに高電
圧を印加し、スパッタリングを開始してTiN膜6を形
成しても良い。
In this method, the silicon substrate after the Al alloy film 5 is formed is cooled in a process chamber different from the sputtering chamber, but after the substrate is moved to the process chamber in which the TiN film 6 is formed. , At room temperature before the TiN film 6 is formed.
The TiN film 6 may be formed by flowing only r gas to the back surface of the silicon substrate 1 and cooling it to 150 ° C. or lower, then adding nitrogen gas and applying a high voltage to the target to start sputtering.

【0033】この方法ではAlNが形成されないように
安全を高めるため、TiN膜を形成するプロセス室に基
板を移動して基板を冷却してから窒素ガスを流している
が、500℃以下の温度では、窒素分子でAl合金膜の
表面が窒化されることがないことは実験により確認され
ているため、Arと同時に窒素ガスを流しても、Al合
金膜5の表面にAlNが形成されることは無い。
In this method, in order to improve the safety so that AlN is not formed, the substrate is moved to the process chamber where the TiN film is formed, the substrate is cooled, and then the nitrogen gas is flowed. Since it has been confirmed by experiments that the surface of the Al alloy film is not nitrided by nitrogen molecules, AlN is not formed on the surface of the Al alloy film 5 even when nitrogen gas is flowed at the same time as Ar. There is no.

【0034】この方法では、基板の冷却終了と同時にT
iN膜のスパッタリングを開始できるため、単位時間当
りの処理枚数を増やすことができる。このようにTiN
膜6を形成するプロセス室で基板の冷却を行えば、プロ
セス室が1個少なくても本発明を実施できるという利点
はあるが、基板の冷却を別のプロセス室で行う方法に比
べ、単位時間当りの処理枚数は少ないという問題はあ
る。
According to this method, the T
Since the sputtering of the iN film can be started, the number of processed sheets per unit time can be increased. In this way TiN
If the substrate is cooled in the process chamber where the film 6 is formed, there is an advantage that the present invention can be carried out even if the number of process chambers is one, but compared with the method in which the substrate is cooled in another process chamber, the unit time is reduced. There is a problem that the number of processed sheets per hit is small.

【0035】以上説明してきた方法では、低温の不活性
ガスを基板に吹き付けて積極的に冷却する方法である
が、そのような方法をとれない装置において、Al合金
膜形成時の温度が150℃よりもそれほど高くない時
は、TiN膜6の形成前の放置時間を長くし、熱放射に
より150℃以下になるまで待ってからTiN膜6を形
成しても良い。或いは複数枚、例えば25枚の基板にA
l合金膜5を形成後、一度基板カセットに戻し、第1枚
目の基板から順にTiN膜6を形成しても良い。25枚
の基板にAl合金膜5を形成している間に、1枚目の基
板温度は熱放射により150℃以下に温度が下がるため
である。
The method described above is a method in which a low temperature inert gas is sprayed onto the substrate to actively cool it. However, in an apparatus which cannot take such a method, the temperature at the time of forming the Al alloy film is 150 ° C. When the TiN film 6 is not so high, the standing time before the formation of the TiN film 6 may be lengthened, and the TiN film 6 may be formed after waiting until the temperature becomes 150 ° C. or less by heat radiation. Alternatively, A on a plurality of substrates, for example, 25 substrates
After the l-alloy film 5 is formed, it may be returned to the substrate cassette once and the TiN film 6 may be formed in order from the first substrate. This is because the temperature of the first substrate is lowered to 150 ° C. or lower due to heat radiation while the Al alloy film 5 is formed on the 25 substrates.

【0036】これまでの実施例では、Al合金膜の形成
時の温度を150℃以上としたが、Al合金膜は100
℃以下の低温で形成した後、基板を400〜500℃に
加熱し、Al合金膜を流動させて、層間絶縁膜に設けた
開孔部を埋め込むプロセスの場合にも、前述の種々の方
法によるどれかでシリコン基板を150℃以下に冷却し
てから、TiN膜を反応性スパッタリング法により形成
することにより、本発明の効果が得られる。
In the above-described examples, the temperature at the time of forming the Al alloy film was 150 ° C. or higher, but the Al alloy film was 100 ° C.
After the substrate is formed at a low temperature of ℃ or less, the substrate is heated to 400 to 500 ° C., the Al alloy film is made to flow, and in the process of filling the opening provided in the interlayer insulating film, the various methods described above are used. The effect of the present invention can be obtained by cooling the silicon substrate to 150 ° C. or lower by any one and then forming the TiN film by the reactive sputtering method.

【0037】以上説明したような方法により第1のAl
配線を形成後、図2(E)〜(G)に示すように、層間
絶縁膜であるシリコン酸化膜7や第2のAl配線を形成
することにより、Al合金膜とTiN膜の界面に全くA
lNが形成されることなく、Al2層配線を形成でき
る。
By the method as described above, the first Al
After forming the wiring, as shown in FIGS. 2E to 2G, by forming the silicon oxide film 7 which is the interlayer insulating film and the second Al wiring, the interface between the Al alloy film and the TiN film is completely removed. A
The Al2 layer wiring can be formed without forming 1N.

【0038】以上説明してきた本発明と従来技術の違い
とをはっきりさせるために、それぞれのプロセスフロー
と基板温度の変化の様子を比較して図3に示す。Al合
金膜形成時の基板温度は450℃とする。基板を450
℃に加熱し、Al合金膜形成用のプロセス室に移動する
間に若干基板温度は低下するが、Al合金膜の形成の際
に温度はまた上昇し、450℃以上となる。ここまで
は、従来技術と本発明とで全く同じである。その後、従
来技術では、TiN膜形成用のプロセス室に基板を移動
するが、その際、また基板温度は若干低下するが、40
0℃以上でTiN膜の形成が開始する。
In order to clarify the difference between the present invention described above and the prior art, FIG. 3 shows a comparison of respective process flows and changes in the substrate temperature. The substrate temperature at the time of forming the Al alloy film is 450 ° C. Substrate 450
While the substrate temperature is slightly lowered while being heated to 0 ° C. and moving to the process chamber for forming the Al alloy film, the temperature rises again to 450 ° C. or higher during the formation of the Al alloy film. Up to this point, the conventional technology and the present invention are exactly the same. Thereafter, in the conventional technique, the substrate is moved to the process chamber for forming the TiN film, and at that time, the substrate temperature is slightly lowered,
The formation of the TiN film starts at 0 ° C. or higher.

【0039】これに対して本発明では、TiN膜形成前
に基板を室温まで冷却し、その後にTiN膜を形成して
おり、TiN膜の開始と同時に若干温度は上昇するが、
100℃以下である。
On the other hand, in the present invention, the substrate is cooled to room temperature before the TiN film is formed, and then the TiN film is formed.
It is 100 ° C or lower.

【0040】本発明において、Al合金膜上にTiN膜
を形成する際の基板温度を150℃以下に限定している
のは、図2(G)に示すようなAl2層配線を形成し、
その接続抵抗によりAlNが形成されているかどうか判
定したところ、150℃以上では接続抵抗にバラツキが
生じているが、室温から150℃までは、接続抵抗が低
く安定していたためである。
In the present invention, the substrate temperature when forming the TiN film on the Al alloy film is limited to 150 ° C. or lower because the Al 2 layer wiring as shown in FIG.
When it was determined whether AlN was formed by the connection resistance, the connection resistance varied at 150 ° C. or higher, but the connection resistance was low and stable from room temperature to 150 ° C.

【0041】本来Alを窒素で窒化させる場合、500
℃以上でないと窒化されないはずであるが、TiN膜形
成の際150℃以上で窒化されるのはスパッタリングの
プラズマにより発生したラジカルの窒素が直接Al表面
で窒化するのかTiN膜中にとりこまれた活性な窒素が
Al表面を窒化するのか、どちらかあるいは両方により
Al表面が窒化されるため窒化温度が下がったものと思
われる。このことは、Al合金膜形成後、窒素雰囲気中
で450℃程度に加熱しても、Al表面が窒化されない
ことによりわかる。
In the case of essentially nitriding Al with nitrogen, 500
It should not be nitrided unless the temperature is higher than ℃, but TiN film type
Nitriding at temperatures above 150 ° C during sputtering is due to sputtering
Radical nitrogen generated by plasma is directly on the Al surface
Nitrogen is activated by the active nitrogen incorporated in the TiN film.
By nitriding the Al surface, either or both
It seems that the nitriding temperature was lowered because the Al surface was nitrided.
Be seen. This can be seen from the fact that the Al surface is not nitrided even when heated to about 450 ° C. in a nitrogen atmosphere after forming the Al alloy film.

【0042】これまでの説明ではAl配線の最上層がT
iN膜であったが、TiN膜の上にさらにAl合金膜や
他の金属、例えばタングステン(W)等を形成した場合
にも本発明の効果はある。
In the above description, the uppermost layer of Al wiring is T.
Although the iN film is used, the effect of the present invention can be obtained when an Al alloy film or another metal such as tungsten (W) is further formed on the TiN film.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、Al合金
膜形成後、基板を150℃以下に冷却してから、その上
にTiN膜を反応性スパッタリング法により形成してい
るため、Al合金膜とTiN膜の界面にAlN膜が形成
するのを防止することができる。この理由は、プラズマ
で発生したラジカル窒素等の活性な窒素は低温でもAl
とは反応しにくく、150℃以下ではAlNが形成され
ないものと推察される。
As described above, according to the present invention, after the Al alloy film is formed, the substrate is cooled to 150 ° C. or lower, and then the TiN film is formed thereon by the reactive sputtering method. It is possible to prevent the AlN film from being formed at the interface between the film and the TiN film. The reason for this is that active nitrogen such as radical nitrogen generated by plasma is
It is difficult to react with, and it is presumed that AlN is not formed at 150 ° C or lower.

【0044】Al合金膜とTiN膜の界面にAlNが形
成されないため、Al合金膜とTiN膜との接続抵抗を
低く安定に保つことができ、Al2層配線を形成しても
接続抵抗は従来技術の1/2以下と低く、ばらつきも小
さく形成できる。
Since AlN is not formed at the interface between the Al alloy film and the TiN film, the connection resistance between the Al alloy film and the TiN film can be kept low and stable. It is as low as 1/2 or less, and can be formed with a small variation.

【0045】また、Al合金膜はAlNが形成されない
ため、(100)面は基板に対して垂直方向に揃って配
向しやすく、したがってエレクトロマイグレーション耐
性を向上でき、寿命は3倍以上にすることができる。
Further, since AlN is not formed in the Al alloy film, the (100) plane is easily aligned in the direction perpendicular to the substrate, and therefore electromigration resistance can be improved and the life can be tripled or longer. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す主要工程断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view of main steps showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例を示す主要工程断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view of a main step showing an embodiment of the present invention.

【図3】本発明と従来例のプロセスフローと、その場合
の基板温度変化を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a process flow of the present invention and a conventional example, and a substrate temperature change in that case.

【図4】従来例の問題点を説明する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a problem of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11 シリコン基板 2,8,12 シリコン酸化膜 3 Ti膜 4,6,10 TiN膜 5,9,13 Al合金膜 7 フォトレジスト膜 1,11 Silicon substrate 2,8,12 Silicon oxide film 3 Ti film 4,6,10 TiN film 5,9,13 Al alloy film 7 Photoresist film

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Al形成工程と、高融点金属窒化膜形成
工程を含み、少なくともAl或いはAl合金膜と高融点
金属窒化膜を含む積層構造により、Al配線を形成する
半導体装置の製造方法であって、 Al形成工程は、真空中にて前記積層構造のAl或いは
Al合金膜を基板上に形成する工程であり、 高融点金属窒化膜形成工程は、Al形成工程を経た基板
の周囲雰囲気を真空状態に保ったまま、反応性スパッタ
リング法により前記基板のAl或いはAl合金膜上に高
融点金属窒化膜を形成する工程であり、 前記高融点金属窒化膜の形成直前における基板温度は、
150℃以下であることを特徴とする半導体装置の製造
方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising an Al forming step and a refractory metal nitride film forming step, wherein Al wiring is formed by a laminated structure including at least Al or an Al alloy film and a refractory metal nitride film. Te, Al forming step, the Al or Al alloy film before Symbol laminated structure Te in a vacuum and a step of forming on a substrate, a refractory metal nitride film forming step, the ambient atmosphere around the substrate after the Al forming step While maintaining the vacuum state, it is a step of forming a refractory metal nitride film on the Al or Al alloy film of the substrate by a reactive sputtering method, the substrate temperature immediately before the formation of the refractory metal nitride film,
A method for manufacturing a semiconductor device, which is 150 ° C. or lower.
【請求項2】 前記Al或いはAl合金膜の形成温度
は、150℃以上であり、 前記高融点金属窒化膜形成前に前記基板を150℃以下
に冷却する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載
の半導体装置の製造方法。
2. The formation temperature of the Al or Al alloy film is 150 ° C. or higher, and the method further comprises the step of cooling the substrate to 150 ° C. or lower before forming the refractory metal nitride film. 1. The method for manufacturing a semiconductor device according to 1.
【請求項3】 前記Al或いはAl合金膜を形成後、前
記基板を加熱し、前記Al或いはAl合金膜を流動させ
る工程と、 前記基板を150℃以下に冷却する工程とを含むことを
特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, further comprising the steps of heating the substrate to flow the Al or Al alloy film after forming the Al or Al alloy film, and cooling the substrate to 150 ° C. or lower. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項4】 前記Al配線を形成後、層間絶縁膜を形
成する工程と、 前記層間絶縁膜の所望の位置に前記Al配線に達する接
続孔を形成する工程と、 第2のAl配線を形成する工程とを含むことを特徴とす
る請求項1、2、又は3に記載の半導体装置の製造方
法。
4. A step of forming an interlayer insulating film after forming the Al wiring, a step of forming a connection hole reaching the Al wiring at a desired position of the interlayer insulating film, and forming a second Al wiring. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, 2, or 3, further comprising:
【請求項5】 前記高融点金属窒化膜は、窒化チタニウ
ム(TiN)であることを特徴とする請求項1,2,
3、又は4に記載の半導体装置の製造方法。
5. The refractory metal nitride film is made of titanium nitride (TiN).
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to 3 or 4.
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