JP2900522B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2900522B2
JP2900522B2 JP14235290A JP14235290A JP2900522B2 JP 2900522 B2 JP2900522 B2 JP 2900522B2 JP 14235290 A JP14235290 A JP 14235290A JP 14235290 A JP14235290 A JP 14235290A JP 2900522 B2 JP2900522 B2 JP 2900522B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体装置、特に半導体集積回路等に使用される金属
配線層の構造に関し、 Al−Cu−Ti合金層を主たる導電層に用い、且つ高温に
おけるストレスマイグレーション耐性の劣化、広い配線
幅におけるエレクトロマイグレーション耐性の劣化及び
高温熱処理による配線抵抗の増大を防止した高信頼の金
属配線層を具備した半導体装置の提供を目的とし、 タンタル層上に、主成分にアルミニウムを含み、銅及
びチタンをともに含んでなる合金層が積層されてなる2
層構造の金属配線層を具備する構成を有する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] Regarding the structure of a metal wiring layer used in a semiconductor device, particularly a semiconductor integrated circuit, etc., an Al-Cu-Ti alloy layer is used as a main conductive layer, and stress migration resistance at high temperatures is used. To provide a semiconductor device having a highly reliable metal wiring layer that prevents deterioration of resistance, deterioration of electromigration resistance in a wide wiring width, and an increase in wiring resistance due to high-temperature heat treatment. Containing an alloy layer containing both copper and titanium
It has a configuration including a metal wiring layer having a layer structure.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は半導体装置、特に半導体集積回路等に使用さ
れる金属配線層の構造に関する。
The present invention relates to a structure of a metal wiring layer used for a semiconductor device, particularly a semiconductor integrated circuit and the like.

半導体集積回路装置の高集積化を図るためには、半導
体素子を微細化するだけでなく、回路構成に用いられて
いるアルミニウム(アルミニウム合金を含む)配線層の
幅も1μm或いはそれ以下に微細化することが必要にな
る。一方、アルミニウム(Al)配線層においては、上記
のように配線幅が微細化されると、エレクトロマイグレ
ーション及びストレスマイグレーションによる断線不良
が発生し易くなるという問題があり、マイグレーション
耐性の優れたAl配線層の構造が要望される。
In order to achieve high integration of a semiconductor integrated circuit device, in addition to miniaturization of a semiconductor element, the width of an aluminum (including an aluminum alloy) wiring layer used in a circuit configuration is also reduced to 1 μm or less. Need to be done. On the other hand, in the aluminum (Al) wiring layer, when the wiring width is reduced as described above, there is a problem that disconnection failure due to electromigration and stress migration is likely to occur, and the aluminum wiring layer having excellent migration resistance has a problem. Is required.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

エレクトロマイグレーションとストレスマイグレーシ
ョンに対する耐性を改善する方法として、従来、Alに銅
(Cu)とチタン(Ti)を添加した合金をAl配線層として
用いる方法が特開昭62−114241号公報によって提案され
ている。この配線層の構成においては、少量のCuの添加
によりAlのマイグレーション発生を抑制し、且つTiの添
加により高堆積レートによるAl−Cu合金層形成に際して
の結晶粒の拡大を防止して、上記マイグレーション抑制
効果を一層確実なものにしている。
As a method of improving the resistance to electromigration and stress migration, a method of using an alloy obtained by adding copper (Cu) and titanium (Ti) to Al as an Al wiring layer has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-114241. I have. In the configuration of this wiring layer, the addition of a small amount of Cu suppresses the occurrence of migration of Al, and the addition of Ti prevents the growth of crystal grains at the time of forming an Al-Cu alloy layer at a high deposition rate. The suppression effect is more reliable.

しかし、上記Cl−Cu−Ti合金からなる配線層には、以
下に示すような問題点が含まれていた。
However, the wiring layer made of the above-mentioned Cl-Cu-Ti alloy has the following problems.

1)200℃以上の高温放置でストレスマイグレーション
による破断不良が発生し易くなる。
1) When left at a high temperature of 200 ° C. or more, fracture failure due to stress migration is likely to occur.

2)配線幅が広い配線層において、エレクトロマイグレ
ーションによる破断が生じ易くなる。
2) Breakage due to electromigration is likely to occur in a wiring layer having a wide wiring width.

上記の2つの問題点は、Al−Cu−Ti合金に特有のもの
であり、通常のAl−Si合金や、Al−Si−Cu合金を用いた
配線では認められない。
The above two problems are peculiar to the Al-Cu-Ti alloy and are not recognized in a normal Al-Si alloy or a wiring using the Al-Si-Cu alloy.

そこで、上記問題点を除去するために、先に、特願平
2−29595号(平成2年1月31日出願)によって、Ti層
上に前記Al−Cu−Ti合金層を積層してなる2層構造即ち
Al−Cu−Ti/Ti構造の金属配線層が提案され、この構造
によって前記Al−Cu−Ti合金層単層からなるAl配線層に
比べて、高温放置におけるストレスマイグレーションに
よる破断不良の発生率は大幅に改善され、また広い幅の
配線層におけるエレクトロマイグレーションによる平均
寿命の低下も防止された。
Therefore, in order to eliminate the above problem, the above-described Al-Cu-Ti alloy layer is formed on a Ti layer according to Japanese Patent Application No. 2-29595 (filed on Jan. 31, 1990). Two-layer structure
A metal wiring layer having an Al-Cu-Ti / Ti structure has been proposed. With this structure, the occurrence rate of fracture failure due to stress migration during high-temperature storage compared to the Al wiring layer consisting of the Al-Cu-Ti alloy layer single layer is reduced. This has been greatly improved, and a reduction in the average life due to electromigration in a wide wiring layer has been prevented.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記Al−Cu−Ti/Ti積層配線層におい
ては、AlとTiが、通常被覆用絶縁膜の成長等に用いられ
る400℃程度の熱処理で反応し、配線層内に高抵抗の金
属間化合物Al3Tiを生成することにより積層膜のシート
抵抗(配線抵抗)が上昇するという問題がある。
However, in the above Al-Cu-Ti / Ti laminated wiring layer, Al and Ti react by a heat treatment at about 400 ° C. which is usually used for the growth of an insulating film for coating and the like, and a high-resistance metal is formed in the wiring layer. There is a problem that the generation of the compound Al 3 Ti increases the sheet resistance (wiring resistance) of the laminated film.

即ち、例えば、Al−0.1%Cu−0.15%Ti合金の単層配
線層の抵抗率は500℃、30分の熱処理を経ても熱処理前
と変わらず3.4μΩcm程度であったのに対して、前記Al
−Cu−Ti/Ti積層配線層においては、同様の熱処理後の
抵抗率4.5μΩcm程度であり、30%以上の上昇を示す。
That is, for example, the resistivity of the single-layer wiring layer of the Al-0.1% Cu-0.15% Ti alloy was about 3.4 μΩcm even after the heat treatment at 500 ° C. for 30 minutes. Al
-In the case of the Cu-Ti / Ti laminated wiring layer, the resistivity after the similar heat treatment is about 4.5 µΩcm, and shows a rise of 30% or more.

従って、このAl−Cu−Ti/Ti積層配線層を半導体集積
回路装置等に用いた際には、上記抵抗類の増大に伴う配
線抵抗の増大によって、配線のRC遅延が増大し、高速化
が妨げられるという問題が生じていた。
Therefore, when this Al-Cu-Ti / Ti laminated wiring layer is used in a semiconductor integrated circuit device or the like, the wiring resistance increases due to the increase in the resistances, thereby increasing the RC delay of the wiring and increasing the speed. There was a problem of being hindered.

そこで本発明は、上記Al−Cu−Ti合金層を主たる導電
層に用い、且つ高温におけるストレスマイグレーション
耐性の劣化、広い配線幅におけるエレクトロマイグレー
ション耐性の劣化及び高温熱処理による配線抵抗の増大
を防止した高信頼の金属配線層を具備した半導体装置の
提供を目的とする。
Therefore, the present invention uses the above Al-Cu-Ti alloy layer as a main conductive layer, and prevents the deterioration of stress migration resistance at high temperature, the deterioration of electromigration resistance over a wide wiring width, and the increase in wiring resistance due to high temperature heat treatment. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a reliable metal wiring layer.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記課題は、タンタル層上に、主成分にアルミニウム
を含み、銅及びチタンをともに含んでなる合金層が積層
されてなる2層構造の金属配線層を具備する本発明によ
る半導体装置によって解決される。
The above object is achieved by a semiconductor device according to the present invention, comprising a two-layer metal wiring layer in which an alloy layer containing aluminum as a main component and both copper and titanium is stacked on a tantalum layer. .

〔作 用〕(Operation)

第1図は本発明の原理説明用模式断面図で、図中、1
は半導体基板、2は厚さ8000Å程度の層間絶縁膜、3は
金属(Al)配線層、3Aは厚さ200Å程度のTa層、3Bは厚
さ5000Å程度のAl−0.1%Cl−0.15%Ti合金層、4は被
覆絶縁膜を示す。
FIG. 1 is a schematic sectional view for explaining the principle of the present invention.
Is a semiconductor substrate, 2 is an interlayer insulating film having a thickness of about 8000 mm, 3 is a metal (Al) wiring layer, 3A is a Ta layer having a thickness of about 200 mm, and 3B is an Al-0.1% Cl-0.15% Ti layer having a thickness of about 5000 mm. The alloy layers 4 and 4 are coating insulating films.

即ち本発明に係る金属(Al)配線層3においては、図
示のように、Alを主成分とする合金層例えばAl−Cu−Ti
合金層3Bの下地金属層として、高温におけるAlとの反応
速度がTiに比べて極端に遅く、そのため高温熱処理を経
た際にAl−Cu−Ti合金層3B内に高抵抗の金属間化合物が
多量に生成せずにその低シート抵抗が維持され、且つAl
合金層例えばAl−Cu−Ti合金層3Bとのエッチングの選択
性が小さく同一エッチング処理により一括パターニング
が可能なために配線形成工程が複雑化しないという理由
によりTa層3Aを選択した。
That is, in the metal (Al) wiring layer 3 according to the present invention, as shown in the drawing, an alloy layer containing Al as a main component, for example, Al-Cu-Ti
As a base metal layer of the alloy layer 3B, the reaction rate with Al at a high temperature is extremely slow as compared with that of Ti, and therefore, when a high-temperature heat treatment is performed, a large amount of a high-resistance intermetallic compound is present in the Al-Cu-Ti alloy layer 3B. The low sheet resistance is maintained without generating
The Ta layer 3A was selected because the etching selectivity with the alloy layer, for example, the Al-Cu-Ti alloy layer 3B is small and the patterning can be performed collectively by the same etching process, so that the wiring forming process is not complicated.

そして金属配線層の構造を、図示のようにTa層3A上に
Alを主成分とする合金層例えばAl−0.1%Cu−0.15%Ti
合金層が積層された2層構造(Al−Cu−Ti/Ta)にし
た。
Then, the structure of the metal wiring layer is placed on the Ta layer 3A as shown in the figure.
Alloy layer mainly composed of Al, for example, Al-0.1% Cu-0.15% Ti
A two-layer structure (Al-Cu-Ti / Ta) in which an alloy layer was laminated was adopted.

第2図は上記構造の金属配線層とTiを下地金属層に用
いた従来のAl−Cu−Ti/Ti構造の金属配線層との450℃熱
処理における熱処理時間とシート抵抗との関係を示した
図である。
FIG. 2 shows the relationship between the heat treatment time and the sheet resistance in a 450 ° C. heat treatment of a metal wiring layer having the above structure and a conventional metal wiring layer having an Al—Cu—Ti / Ti structure using Ti as a base metal layer. FIG.

この図から、Taを下地金属層に用いた本発明のAl−Cu
−Ti/Ta配線層においては、シート抵抗が殆ど上昇せ
ず、Tiを下地金属層に用いた従来のAl−Cu−Ti/Ti配線
に比べて大幅な改善が認められる。なお、従来構造にお
いて、Ti層の厚さはTa層同様200Å、Al−Cu−Ti合金層
の組成及び厚さは上記本発明の構造と同様である。
From this figure, it can be seen that the Al-Cu of the present invention using Ta as the underlying metal layer
In the -Ti / Ta wiring layer, the sheet resistance hardly increases, and a significant improvement is recognized as compared with the conventional Al-Cu-Ti / Ti wiring using Ti as the base metal layer. In the conventional structure, the thickness of the Ti layer is 200 ° like the Ta layer, and the composition and thickness of the Al—Cu—Ti alloy layer are the same as those of the structure of the present invention.

また、上記本発明の構造において、200℃以上の温度
における2000時間の高温放置におけるストレスマイグレ
ーションによる断線の発生率は、下地金属層にTiを用い
た従来構造と同様殆ど0%であり、また8μm程度の広
い配線幅に形成した際の環境温度250℃、電流密度2×1
06A/cm2におけるエレクトロマイグレーション寿命も、
下地金属層にTiを用いた従来構造と同様に、2μm程度
の配線幅の場合と変わりない3000時間以上の値が得られ
ている。
Further, in the structure of the present invention, the rate of occurrence of disconnection due to stress migration when left at a high temperature of 200 ° C. or more for 2,000 hours is almost 0% as in the conventional structure using Ti for the base metal layer, and is 8 μm. Ambient temperature 250 ° C, current density 2 × 1 when formed in wide wiring width
The electromigration lifetime at 0 6 A / cm 2
As in the case of the conventional structure using Ti as the base metal layer, a value of 3000 hours or more is obtained, which is the same as the case of the wiring width of about 2 μm.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明を、一実施例について、第3図を参照して
具体的に説明する。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to FIG. 3 for one embodiment.

第1図は本発明に係りAl−Cu−Ti合金層の下地にTa層
を有する2層構造のAl−Cu−Ti/Ta配線層を、半導体基
板に接続する下層の配線層と、下層の配線層に接続する
上層の配線層とに用いたMOS型半導体装置の一実施例で
ある。
FIG. 1 shows an Al-Cu-Ti / Ta wiring layer having a two-layer structure having a Ta layer as an underlayer of an Al-Cu-Ti alloy layer according to the present invention; 5 is an example of a MOS semiconductor device used for an upper wiring layer connected to a wiring layer.

図において、 11は例えばp-型シリコン(Si)基板、 12は素子形成領域、 13はフィールド酸化膜 14はp型チャネルストッパ、 15はゲート酸化膜、 16はポリSi等からなるゲート電極、 17はn+型ソース領域、 18はn+型ドレイン領域、 19は厚さ1000Å程度の不純物ブロック用酸化膜、 20は燐珪酸ガラス(PSG)等からなる厚さ8000Å程度
の第1の層間絶縁膜、 21A、21Bは基板コンタクトホール、 22は厚さ200Å程度のTiコンタクト層22Aと厚さ1000Å
程度の窒化チタン(TiN)非反応層22Bとからなるバリア
メタル層、 23Sは厚さ200Å程度のTa層23Aと厚さ5000Å程度の(A
l−0.1 %Cl−0.15 %Ti)組成を有するAl−Cu−Ti合金
層23Bとからなる2層構造のソース配線、23Dは同じくTa
層23AとAl−Cu−Ti合金層23Bとからなる2層構造のドレ
イン配線、 24はPSG等からなる厚さ5000Å程度の第2の層間絶縁
膜、 25は配線コンタクトホール、 26は厚さ200Å程度のTa層26Aと厚さ5000Å程度の(Al
−0.1 %Cu−0.15 %Ti)組成を有するAl−Cu−Ti合金
層26Bとからなる2層構造の上層配線を示す。
In the figure, reference numeral 11 denotes a p - type silicon (Si) substrate, 12 denotes an element formation region, 13 denotes a field oxide film, 14 denotes a p-type channel stopper, 15 denotes a gate oxide film, 16 denotes a gate electrode made of poly-Si or the like, 17 Is an n + -type source region, 18 is an n + -type drain region, 19 is an oxide film for impurity blocking having a thickness of about 1000 mm, 20 is a first interlayer insulating film made of phosphosilicate glass (PSG) or the like having a thickness of about 8000 mm. , 21A and 21B are substrate contact holes, 22 is a Ti contact layer 22A of about 200 mm thick and 1000 mm thick.
A barrier metal layer composed of a titanium nitride (TiN) non-reactive layer 22B of about 20 nm, a Ta layer 23A having a thickness of about 200 mm and a
1-0.1% Cl-0.15% Ti) Al-Cu-Ti alloy layer 23B having a composition of 23B, a source wiring of a two-layer structure, and 23D is also Ta
A drain wiring having a two-layer structure including a layer 23A and an Al-Cu-Ti alloy layer 23B; 24, a second interlayer insulating film made of PSG or the like having a thickness of about 5000 mm; 25, a contact hole for wiring; About Ta layer 26A and about 5000 mm thick (Al
An upper layer wiring having a two-layer structure including an Al-Cu-Ti alloy layer 26B having a composition of -0.1% Cu-0.15% Ti) is shown.

この実施例に示すように本発明に係る金属配線層を用
いてSi基板11(詳しくはソース領域17及びドレイン領域
18)にコンタクトする下層のソース配線23S及びドレイ
ン配線23D等を形成するに際しては、配線内へのSiの吸
い上げによるソース及びドレイン接合の破壊を防止する
ために、コンタクト部に図示のように、例えばTiコンタ
クト層22AとTiN非反応層22Bとからなる周知のバリアメ
タル層22を介在せしめることが望ましい。また配線同士
の層間接続においては、上記バリアメタル層の必要はな
く、図示のように第2の層間絶縁膜24の配線コンタクト
ホール25を介し、下層の配線例えばドレイン配線23DのA
l−Cu−Ti合金層23Bと上層配線26のTa層26Aを直に接触
せしめればよい。
As shown in this embodiment, an Si substrate 11 (specifically, a source region 17 and a drain region
When forming the lower source wiring 23S and the drain wiring 23D etc. which are in contact with 18), in order to prevent the destruction of the source and drain junctions due to the absorption of Si into the wiring, as shown in FIG. It is desirable to interpose a well-known barrier metal layer 22 composed of a Ti contact layer 22A and a TiN non-reactive layer 22B. Further, in the interlayer connection between the wirings, the barrier metal layer is not necessary. As shown in the drawing, the lower wiring such as the drain wiring 23D is connected via the wiring contact hole 25 of the second interlayer insulating film 24.
The l-Cu-Ti alloy layer 23B and the Ta layer 26A of the upper wiring 26 may be brought into direct contact.

上記実施例に示す半導体装置は、例えば次のような方
法により形成される。
The semiconductor device shown in the above embodiment is formed, for example, by the following method.

即ち、通常のMOSプロセスに従ってp-型Si基板11のフ
ィールド酸化膜13及びp型チャネルストッパ14によって
画定された素子形成領域12に、ゲート酸化膜15、ゲート
電極16、n+型ソース領域17、n+型ドレイン領域18からな
るMOSトランジスタを形成した後、このトランジスタのS
i表出面上に熱酸化等により不純物ブロック用酸化膜19
を形成し、次いでこの基板上にCVD法によりPSG等からな
る第1の層間絶縁膜20を形成し、この層間絶縁膜20に通
常のフォトリソグラフィによりソース及びドレイン領域
17及び18を表出する基板コンタクトホール21A及び21Bを
形成する。
That is, in the element forming region 12 defined by the field oxide film 13 and the p-type channel stopper 14 of the p type Si substrate 11 according to the normal MOS process, the gate oxide film 15, the gate electrode 16, the n + type source region 17, After forming a MOS transistor composed of the n + type drain region 18, the S
i Impurity block oxide film 19 on the exposed surface by thermal oxidation etc.
Then, a first interlayer insulating film 20 made of PSG or the like is formed on the substrate by the CVD method, and the source and drain regions are formed on the interlayer insulating film 20 by ordinary photolithography.
Substrate contact holes 21A and 21B exposing 17 and 18 are formed.

次いで上記コンタクトホール21A、21Bの内面を含む第
1の層間絶縁膜20上にアルゴンスパッタ法によってTiコ
ンタクト層22Aを形成し、次いでリアクティブスパッタ
法によりTiN非反応層22Bを形成する。これらはバリアメ
タル層22になる。
Next, a Ti contact layer 22A is formed on the first interlayer insulating film 20 including the inner surfaces of the contact holes 21A and 21B by argon sputtering, and then a TiN non-reactive layer 22B is formed by reactive sputtering. These become the barrier metal layers 22.

次いで上記バリアメタル層22の形成に引き続いて、上
記TiN非反応層22B上にアルゴンスパッタ法によりソース
及びドレイン配線の一部になるTa層23Aを形成し、次い
で同じくアルゴンスパッタ法により上記配線の残部にな
るAl−Cu−Ti合金層23Bを形成し、エッチング手段に塩
素(Cl)系のガスによるリアクティブイオンエッチング
法を用いる通常のフォトリソグラフィにより、上記Al−
Cu−Ti合金層23B、Ta層23A、TiN非反応層22B、Tiコンタ
クト層22Aを連続してエッチングし、TiN非反応層22BとT
iコンタクト層12Aからなるバリアメタル層22を介してソ
ース領域17及びドレイン領域18に接続する、Ta層23AとA
l−Cu−Ti合金層23Bとの積層構造のソース配線23S及び
ドレイン配線23Dを形成する。
Next, following the formation of the barrier metal layer 22, a Ta layer 23A to be a part of the source and drain wirings is formed on the TiN non-reactive layer 22B by the argon sputtering method, and then the remaining parts of the wirings are also formed by the argon sputtering method. An Al-Cu-Ti alloy layer 23B is formed, and the Al-Cu-Ti alloy layer 23B is formed by ordinary photolithography using a reactive ion etching method using a chlorine (Cl) -based gas as an etching means.
The Cu-Ti alloy layer 23B, the Ta layer 23A, the TiN non-reactive layer 22B, and the Ti contact layer 22A are successively etched, and the TiN non-reactive layer 22B and T
Ta layers 23A and 23A are connected to the source region 17 and the drain region 18 through the barrier metal layer 22 comprising the i-contact layer 12A.
A source wiring 23S and a drain wiring 23D having a laminated structure with the l-Cu-Ti alloy layer 23B are formed.

次いで、上記ソース配線23S及びドレイン配線23Dの形
成面上にCVD法によりPSG等からなる第2の層間絶縁膜24
をか形成し、通常のフォトリソグラフィにより配線コン
タクトホール25を形成した後、この配線コンタクトホー
ル25の内面を含む第2の層間絶縁膜24上にアルゴンスパ
ッタ法により上層配線の一部になるTa層26Aと残部にな
るAl−Cu−Ti合金層26Bを形成し、エッチング手段にCl
系のガスによるリアクティブイオンエッチング法を用い
る通常のフォトリソグラフィにより上記Al−Cu−Ti合金
層26BとTa層26Aを連続してエッチングし、第2の層間絶
縁膜24の配線コンタクトホール25を介し下層の配線例え
ばドレイン配線23DのAl−Cu−Ti合金層23Bに、下層部の
Ta層26Aを直に接触させて接続するTa層26AとAl−Cu−Ti
合金層26Bとの積層構造を有する上層配線26を形成す
る。このような方法により形成される上記一実施例に係
る金属配線層においては、作用の欄で説明したように、
下地金属層にTiを用いた従来のAl−Cu−Ti/Ti配線層と
同様に高温におけるストレスマイグレーションによる断
線率は減少し、且つ配線幅の広い場合のエレクトロマイ
グレーション寿命も向上して信頼性の高い金属配線が形
成されると同時に、絶縁膜成長等の高温処理において下
地金属とAlとの高抵抗な金属間化合物の生成も殆どなく
なって低抵抗の金属配線層が形成され、金属配線による
RC遅延が減少して半導体装置の高速化が図れる。
Next, a second interlayer insulating film 24 made of PSG or the like is formed on the surface on which the source wiring 23S and the drain wiring 23D are formed by the CVD method.
After forming a wiring contact hole 25 by ordinary photolithography, a Ta layer which becomes a part of the upper wiring by argon sputtering is formed on the second interlayer insulating film 24 including the inner surface of the wiring contact hole 25. 26A and the remaining Al-Cu-Ti alloy layer 26B are formed.
The Al-Cu-Ti alloy layer 26B and the Ta layer 26A are successively etched by ordinary photolithography using a reactive ion etching method with a system gas, and are etched through the wiring contact holes 25 of the second interlayer insulating film 24. In the lower wiring, for example, the Al-Cu-Ti alloy layer 23B of the drain wiring 23D,
Ta-layer 26A and Al-Cu-Ti, which are connected by directly contacting Ta-layer 26A
The upper wiring 26 having a laminated structure with the alloy layer 26B is formed. In the metal wiring layer according to the one embodiment formed by such a method, as described in the operation section,
As with the conventional Al-Cu-Ti / Ti wiring layer using Ti as the base metal layer, the disconnection rate due to stress migration at high temperatures is reduced, and the electromigration life when the wiring width is wide is also improved. At the same time as the formation of the high metal wiring, the formation of the high resistance intermetallic compound between the base metal and Al in the high temperature treatment such as the growth of the insulating film almost disappears, and the low resistance metal wiring layer is formed.
The RC delay is reduced, and the speed of the semiconductor device can be increased.

なお本発明に係る金属配線において、主たる導電層に
は、上記Al−Cu−Ti合金層以外にAl−Cu合金層、Al−Si
合金層等も適用できる。
In the metal wiring according to the present invention, the main conductive layer, other than the Al-Cu-Ti alloy layer, Al-Cu alloy layer, Al-Si
An alloy layer or the like can also be applied.

また、半導体基体との接続部に介在せしめるバリアメ
タル層は、上記実施例の構成に限られるものではない。
Further, the barrier metal layer interposed in the connection portion with the semiconductor substrate is not limited to the configuration of the above embodiment.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明のように、本発明によれば、金属配線層のス
トレスマイグレーション耐性、及びエレクトロマイグレ
ーション耐性を向上し、且つ配線抵抗を減少することが
でき、金属配線層の信頼性が向上し、且つRC遅延が減少
する。
As described above, according to the present invention, the resistance to stress migration and the resistance to electromigration of a metal wiring layer can be improved, the wiring resistance can be reduced, the reliability of the metal wiring layer can be improved, and RC can be improved. Delay is reduced.

従って本発明は、高集積化される半導体集積回路装置
の信頼性向上及び高速化に有効である。
Therefore, the present invention is effective for improving the reliability and increasing the speed of a highly integrated semiconductor integrated circuit device.

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

第1図は本発明の原理説明用模式断面図、 第2図は本発明に係るAl−Cu−Ti/Ta配線層の熱処理時
間とシート抵抗との関係図、 第3図は本発明の一実施例の模式側断面図 である。 図において、 1は半導体基板、 2は層間絶縁膜、 3は金属(Al)配線層、 3AはTa層、 3BはAl−0.1%Cu−0.15%Ti合金層、 4は被覆絶縁膜 を示す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the principle of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between heat treatment time and sheet resistance of an Al—Cu—Ti / Ta wiring layer according to the present invention, and FIG. It is a schematic side sectional view of an Example. In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2 is an interlayer insulating film, 3 is a metal (Al) wiring layer, 3A is a Ta layer, 3B is an Al-0.1% Cu-0.15% Ti alloy layer, and 4 is a coating insulating film.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】タンタル層上に、主成分にアルミニウムを
含み、銅及びチタンをともに含んでなる合金層が積層さ
れてなる2層構造の金属配線層を具備することを特徴と
する半導体装置。
1. A semiconductor device comprising a two-layer metal wiring layer in which an alloy layer containing aluminum as a main component and both copper and titanium is laminated on a tantalum layer.
【請求項2】請求項(1)記載の2層構造の金属配線層
が、バリアメタル層を介して半導体基体に電気的に接続
していることを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor device according to claim 1, wherein the metal wiring layer having a two-layer structure is electrically connected to a semiconductor base via a barrier metal layer.
【請求項3】前記バリアメタル層がチタン層とその上に
積層された窒化チタン層とからなることを特徴とする請
求項(2)記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said barrier metal layer comprises a titanium layer and a titanium nitride layer laminated thereon.
【請求項4】請求項(1)記載の2層構造の金属配線層
が、コンタクトホールを介し下層の金属配線層に直に接
続してことを特徴とする半導体装置。
4. A semiconductor device according to claim 1, wherein the metal wiring layer having a two-layer structure is directly connected to a lower metal wiring layer via a contact hole.
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