JPH0228320A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0228320A
JPH0228320A JP8728089A JP8728089A JPH0228320A JP H0228320 A JPH0228320 A JP H0228320A JP 8728089 A JP8728089 A JP 8728089A JP 8728089 A JP8728089 A JP 8728089A JP H0228320 A JPH0228320 A JP H0228320A
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JP
Japan
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layer
titanium
contact hole
melting point
high melting
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JP8728089A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasunari Abe
泰成 安部
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

PURPOSE:To form as electrode and wiring with reliability improved by a method wherein an amorphous monocrystal silicon layer is filled in a contact hole, and after forming a conductor layer containing titanium on the surface of a high melting point metal silicide layer and an amorphous monocrystal silicon layer, a conductor layer containing aluminum is formed on the surface of the conductor layer containing titanium. CONSTITUTION:After cladding an insulation film 2 having a contact hole 3 on a semiconductor substrate 1, a high melting point metal silicide layer 4 is cladded so that it extends to the inner of the contact hole and the surface of the insulation film 2, and an amorphous monocrystal silicon layer 5 is filled in the contact hole 3. A conductor layer 6 containing titanium is formed on the surface of the high melting point metal silicide layer 4 and the amorphous monocrystal silicon layer 5, and a conductor layer 7 containing aluminum is formed on the surface of the conductor layer 6 containing titanium. This enables an electrode wiring layer good in coverage, barrier capacity and resistance to stress migration, preventing failure in manufacturing semiconductor devices due to defect in the electrode wiring layer and improving reliability.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 絶縁膜に開口したコンタクトホールを介して電気的接続
をとる電極配線構造の形成方法の改良に関し、 簡単且つ容易に実施し得る工程により、微細なコンタク
トホールを介して電気的接続をとる電極・配線構造でカ
バレッジ、バリア性ともに良好で、ストレスマイグレー
ション等解消して信頼性を向上させた電極・配線を形成
できる半導体装置の製造方法の提供を目的とし、 半導体基板上に開口を有する絶縁膜を被着形成した後、
前記開口の内面と前記絶縁膜の表面に延在するように高
融点金属シリサイド層を被着形成する工程と、前記開口
内に非単結晶シリコン層を充填する工程と、前記高融点
金属シリサイド層及び非単結晶シリコン層の表面にチタ
ン含有導電物層を形成する工程と、前記チタン含有導電
物層の表面にアルミニウムを含む導電物層を形成する工
程とを含むよう構成する。また好ましくは、前記高融点
金属シリサイド層を、モリブデンシリサイド(MoSi
) 、プラチナシリサイド(PtSi) 、タングステ
ンシリサイド(WSi ) 、タンタルシリサイド(T
aSi )で形成する。あるいは前記高融点金属シリサ
イド層に代えて、チタン層(Ti)とチタンナイトライ
ド層(TiN )の積層膜(Ti/TiN) 、あるい
はチタンタングステン層(TiW )を用いる。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding the improvement of a method for forming an electrode wiring structure that establishes electrical connection through a contact hole opened in an insulating film, the present invention relates to an improvement in a method for forming an electrode wiring structure that makes electrical connection through a contact hole opened in an insulating film. The purpose is to provide a method for manufacturing semiconductor devices that can form electrodes and wiring structures that have good coverage and barrier properties and improve reliability by eliminating stress migration, etc., with electrode and wiring structures that make electrical connections through semiconductors. After depositing and forming an insulating film having an opening on the substrate,
a step of depositing and forming a high melting point metal silicide layer so as to extend on the inner surface of the opening and a surface of the insulating film; a step of filling a non-single crystal silicon layer in the opening; and a step of filling the high melting point metal silicide layer in the opening. and a step of forming a titanium-containing conductive layer on the surface of the non-single crystal silicon layer, and a step of forming a conductive layer containing aluminum on the surface of the titanium-containing conductive layer. Preferably, the high melting point metal silicide layer is made of molybdenum silicide (MoSi).
), platinum silicide (PtSi), tungsten silicide (WSi), tantalum silicide (T
aSi). Alternatively, a laminated film (Ti/TiN) of a titanium layer (Ti) and a titanium nitride layer (TiN) or a titanium tungsten layer (TiW) is used instead of the high melting point metal silicide layer.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は半導体装置の製造方法に係り、絶縁膜に開口し
たコンタクトホールを介して電気的接続をとる電極配線
構造の形成方法の改良に関するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an improvement in a method for forming an electrode wiring structure that establishes electrical connection through a contact hole opened in an insulating film.

半導体装置の高集積化に伴い、半導体装置で配線接続の
ために設けられるコンタクトホールは益々微細化してお
り、既にその開口部の寸法が1μm以下のものも実用さ
れるにいたっている。絶縁耐圧確保の上から絶縁膜は一
定以上の厚さが要求されるため、開口部寸法の微細化に
伴い、開口部寸法に対する開口深さの比で定義されるア
スペクト比が増大する傾向にある。この極めて微細なコ
ンタクトホールの中に電気的接続をとるだめの導電物層
を形成しなければならず、この接続に関して例えばカバ
レンジやバリア性、それにストレスマイグレーションの
問題が発生している。以下ではこれらの問題について個
別に触れることにする。
As semiconductor devices become more highly integrated, contact holes provided in semiconductor devices for wiring connections are becoming increasingly finer, and contact holes with openings of 1 μm or less are already in practical use. Insulating films are required to be thicker than a certain level in order to ensure dielectric strength, so as opening dimensions become smaller, the aspect ratio, defined as the ratio of opening depth to opening dimension, tends to increase. . A conductive layer must be formed in this extremely fine contact hole to establish an electrical connection, and problems with this connection, such as coverage, barrier properties, and stress migration, arise. We will touch on these issues individually below.

微細化したコンタクトホール内に形成すべき電極の材料
としては、低抵抗であることからアルミニウム、あるい
はアルミニウムを含む合金が用いられるのが一般的であ
るが、このアルミニウム層の形成にはスパッタリング法
が広く利用される。
As the material for the electrodes to be formed in the miniaturized contact holes, aluminum or an alloy containing aluminum is generally used because of its low resistance, but the sputtering method is used to form this aluminum layer. Widely used.

ところが、微細なコンタクトホール内にスパッタリング
法でアルミニウム層を形成しようと試みると、いわゆる
shadow効果によりコンタクトホールの隅がうまく
埋まらず、いわゆるカバレッジが悪くなるという現象が
生じる。
However, when an attempt is made to form an aluminum layer in a fine contact hole by sputtering, the corners of the contact hole are not filled properly due to the so-called shadow effect, resulting in a phenomenon of poor coverage.

また、配線材料としてアルミニウムを用いると、コンタ
クトホールの底部では半導体基板をなす物質1例えばシ
リコンと電極材料のアルミニウムとが接触するが、アル
ミニウムをスパッタ形成した後の熱処理によってシリコ
ン基板中のシリコンがアルミ丑つムに吸い上げられ、シ
リコン−アルミニウム界面に析出する。コンタクト窓の
面積が極めて小さいために、析出したシリコンがコンタ
クト窓に占める面積の割合が大きくなり、コンタクト抵
抗の増大を惹起する。このシリコン析出と同時に、アル
ミニウムがシリコン基板中にスパイク状に入り込んで不
純物層の下にまで達してpn接合を破壊するという、い
わゆるアロイスパイクの問題もある。
In addition, when aluminum is used as the wiring material, the substance 1 that makes up the semiconductor substrate, for example, silicon, and the aluminum that is the electrode material come into contact at the bottom of the contact hole, but the heat treatment after sputtering the aluminum causes the silicon in the silicon substrate to It is sucked up and deposited on the silicon-aluminum interface. Since the area of the contact window is extremely small, the proportion of the area occupied by the deposited silicon in the contact window increases, causing an increase in contact resistance. At the same time as this silicon precipitation, there is also the problem of so-called alloy spikes in which aluminum penetrates into the silicon substrate in a spike shape and reaches below the impurity layer, destroying the pn junction.

またストレスマイグレーション、すなわちアルミニウム
配線層が微細になると、経時的に加わる応力によって突
然断線するという問題も発生していて、信頼性向上のた
めにも是非克服しなければならない。以上各問題を解決
する他に、電極としては導電性が良い、すなわち低抵抗
でなければならない。
There is also the problem of stress migration, that is, when the aluminum wiring layer becomes finer, the stress applied over time causes sudden disconnection, which must be overcome in order to improve reliability. In addition to solving the above problems, the electrode must have good conductivity, that is, low resistance.

このような状況から微細なコンタクトホールを介して電
気的接続をとる電極・配線構造でカバレッジ、バリア性
ともに良好で、ストレスマイグレーション等解消して信
頼性を向上させた電極・配線を形成することが可能な半
導体装置の製造方法が要望されている。
Under these circumstances, it is possible to form electrodes and wiring structures that make electrical connections through fine contact holes, have good coverage and barrier properties, eliminate stress migration, and improve reliability. There is a need for a method for manufacturing semiconductor devices that is possible.

〔従来の技術] 以下では、第4図を参照しながらコンタクトホールを介
して電気的接続をとる電極・配線構造を形成する従来技
術を工程順に説明する。
[Prior Art] Hereinafter, a conventional technique for forming an electrode/wiring structure for electrical connection through contact holes will be explained in order of process with reference to FIG.

第4図は、従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す
側断面図である。図中の半導体装置は、半導体基板11
表面に燐・シリケートガラス(PSG)膜12.コンタ
クトホール13が設けられ、これらに重ねてアルミニウ
ム配線層17が設けられてなるものである。
FIG. 4 is a side sectional view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device in order of steps. The semiconductor device in the figure is a semiconductor substrate 11
Phosphorous silicate glass (PSG) film on the surface12. Contact holes 13 are provided, and an aluminum wiring layer 17 is provided overlapping these.

先ず第4図(a)に示すように、半導体基板110表面
に絶縁膜、例えばPSG膜12を形成し、レジストを用
いるリソグラフィー技術によりコンタクトホール13を
形成する。次に第4図(b)に示すように、全面にアル
ミニウム配線層17をスパッタ技術により形成する。こ
の際、コンタクトホール13が1μmφ以下の極めて微
細な半導体装置では、アルミニウム配線層17をスパッ
タ形成すると、shadow効果によって図示のような
形状になりアルミニウム配線層のカバレッジが悪くなっ
ている。
First, as shown in FIG. 4(a), an insulating film, for example, a PSG film 12, is formed on the surface of a semiconductor substrate 110, and a contact hole 13 is formed by lithography using a resist. Next, as shown in FIG. 4(b), an aluminum wiring layer 17 is formed over the entire surface by sputtering technology. At this time, in an extremely fine semiconductor device in which the contact hole 13 is 1 μm or less, when the aluminum wiring layer 17 is formed by sputtering, the shadow effect results in a shape as shown in the figure, resulting in poor coverage of the aluminum wiring layer.

一方でアルミニウムのようなスパッタ膜よりカバレッジ
がいいCVD膜2例えば不純物をドープしたポリシリコ
ンを配線材料に用いる方法もとりうる。しかしシリコン
はアルミニウムより高抵抗であり配線の微細化に限界が
ある。
On the other hand, it is also possible to use a CVD film 2, such as polysilicon doped with impurities, which has better coverage than a sputtered film such as aluminum, as the wiring material. However, silicon has a higher resistance than aluminum, and there is a limit to the miniaturization of wiring.

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

以上説明の従来の半導体装置の製造方法においては、コ
ンタクトホールの形状が微細化した場合には、アルミニ
ウム等、スパッタリング法による電極・配線層形成では
、ホール内で極端に膜厚が薄い部分ができカバレッジが
悪化する。またアルミニウムをシリコン表面で直に接触
させると界面で両者が合金化し高抵抗化するが、接触面
が微細化しているので抵抗は一層高くなり無視しえなく
なっている。さらにまたストレスマイグレーション発生
による信頼性低下の問題や、電極・配線層自体を低抵抗
な材料で形成しなければならないという制約もある。
In the conventional semiconductor device manufacturing method described above, when the shape of the contact hole is miniaturized, forming an electrode/wiring layer using a sputtering method using aluminum or the like creates an extremely thin part within the hole. Coverage deteriorates. Furthermore, when aluminum is brought into direct contact with the silicon surface, the two become alloyed at the interface, resulting in a high resistance, but since the contact surface is miniaturized, the resistance becomes even higher and cannot be ignored. Furthermore, there is also the problem of reduced reliability due to the occurrence of stress migration, and the restriction that the electrode/wiring layer itself must be formed of a low-resistance material.

本発明は以上のような状況から、簡単且つ容易に実施し
得る工程により、微細なコンタクトホールを介して電気
的接続をとる電極・配線構造でカバレッジ、バリア性と
もに良好で、ストレスマイグレーション等解消して信頼
性を向上させた電極・配線を形成できる半導体装置の製
造方法の提供を目的としたものである。
In view of the above-mentioned circumstances, the present invention has been developed to provide an electrode/wiring structure that achieves electrical connection through fine contact holes through a simple and easily implementable process, has good coverage and barrier properties, and eliminates stress migration. The object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can form electrodes and wiring with improved reliability.

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

上記問題点は、半導体基板上に開口を有する絶縁膜を被
着形成した後、前記開口の内面と前記絶縁膜の表面に延
在するように高融点金属シリサイド層を被着形成する工
程と、前記開口内に非単結晶シリコン層を充填する工程
と、前記高融点金属シリサイド層及び非単結晶シリコン
層の表面にチタン含有導電物層を形成する工程と、前記
チタン含有導電物層の表面にアルミニウムを含む導電物
層を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法によっ
て解決される。
The above problem is solved by the step of depositing an insulating film having an opening on a semiconductor substrate, and then depositing a high melting point metal silicide layer so as to extend on the inner surface of the opening and the surface of the insulating film. filling the opening with a non-single-crystal silicon layer; forming a titanium-containing conductive layer on the surfaces of the high-melting-point metal silicide layer and the non-single-crystal silicon layer; The problem is solved by a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a conductive layer containing aluminum.

〔作用〕[Effect]

本発明では、コンタクトホール内をポリシリコン等、非
単結晶シリコン層で埋める前に、ホール内壁にモリブデ
ンシリサイド(にosi)i等、高融点金属シリサイド
層を被着する構成であるので、ポリシリコンを直にホー
ルに形成するのに比べて抵抗を低くできる。この高融点
金属シリサイド層をスパッタリング法によって形成して
、コンタクトホール全部を埋めるとカバレッジの悪化が
懸念される。そこで本発明はこの高融点金属シリサイド
層を被着したコンタクトホールをCVD等でよりカバレ
ッジ良好に形成しうる非単結晶シリコン層で埋める。ポ
リシリコン等非単結晶シリコンは形成が容易でありカバ
レッジは良好である。またポリシリコンでコンタクトホ
ールを埋めることで、基板面を容易に平坦化できるとの
効果もある。しかしシリコンは不純物をドープしたとし
ても高抵抗であり、配線の微細化に限界がある。そこで
、このポリシリコン、高融点金属シリサイド層と電気的
に接続する配線材料としてはアルミニウムを用いる。と
ころが、コンタクトホール内に埋め込むポリシリコンと
アルミニウムとが直接接すると、その界面では加熱処理
によるアルミ−シリコン合金化が起こり、配線の信頼性
が低下するが、本願ではポリシリコン、シリサイドの上
にこれらとA2との反応を抑えるように働(バリアメタ
ルとなるチタン含有導電物層を形成し、この上にA!を
含む配線層を形成しているので、上述のような不都合は
生じない。また、配線層が少なくともチタンナイトライ
ド(TiN )等とアルミニウムとの多層構造となって
機械的強度が増大するので応力に対する耐性が向上する
In the present invention, a high melting point metal silicide layer such as molybdenum silicide (OSI) is deposited on the inner wall of the hole before filling the contact hole with a non-single crystal silicon layer such as polysilicon. The resistance can be lowered compared to forming the hole directly. If this refractory metal silicide layer is formed by sputtering to fill all the contact holes, there is a concern that coverage will deteriorate. Therefore, in the present invention, the contact hole covered with the refractory metal silicide layer is filled with a non-single crystal silicon layer that can be formed with better coverage by CVD or the like. Non-single crystal silicon such as polysilicon is easy to form and has good coverage. Also, by filling the contact holes with polysilicon, the substrate surface can be easily flattened. However, silicon has high resistance even when doped with impurities, and there is a limit to the miniaturization of wiring. Therefore, aluminum is used as the wiring material electrically connected to the polysilicon and the high melting point metal silicide layer. However, when the polysilicon buried in the contact hole and aluminum come into direct contact, heat treatment causes aluminum-silicon alloying to occur at the interface, reducing the reliability of the wiring. Since a titanium-containing conductive layer that acts as a barrier metal is formed and a wiring layer containing A! is formed on top of the titanium-containing conductive layer that acts to suppress the reaction between Since the wiring layer has a multilayer structure of at least titanium nitride (TiN) and aluminum, the mechanical strength is increased and the resistance to stress is improved.

以上のような構成をとることによって、カバレッジ良く
形成できるという非単結晶シリコンの特徴と低抵抗であ
るというアルミニウムの特徴とから従来の欠点を埋め合
わせて、従来の課題を解決できる。
By employing the above configuration, the conventional problems can be solved by offsetting the conventional drawbacks from the characteristics of non-single-crystal silicon, which allows formation with good coverage, and the characteristics of aluminum, which has low resistance.

〔実施例〕〔Example〕

(第1の実施例) 以下、第1図を参照して本発明の第1の実施例を工程順
に説明する。
(First Example) Hereinafter, a first example of the present invention will be described in order of steps with reference to FIG.

第1図中の半導体装置では、半導体基板1の表面にPS
GS2O2けられ、このPSGS2O2部を開孔してで
きるコンタクトホール3内には、モリブデンシリサイド
(Host)層4.ポリシリコン層5.チタンナイトラ
イド(TiN ) 層6 、  アルミニウム配線層7
が重ねて設けられる。
In the semiconductor device shown in FIG.
A molybdenum silicide (Host) layer 4. Polysilicon layer 5. Titanium nitride (TiN) layer 6, aluminum wiring layer 7
are provided one on top of the other.

先ず第1図(a)に示すように、半導体基板1の表面に
絶縁膜、例えば膜厚io、ooo人のPSGS2O2V
Dで形成し、レジストを用いるリソグラフィー技術によ
りコンタクトホール3を形成する。
First, as shown in FIG. 1(a), an insulating film, for example PSGS2O2V with a film thickness of io and ooo, is formed on the surface of a semiconductor substrate 1.
D, and a contact hole 3 is formed by a lithography technique using a resist.

次に第1図(b)に示すように、全面に膜厚2,000
人のモリブデンシリサイド(MoSi ) N 4を下
記の条件のスパッタにより形成する。
Next, as shown in Figure 1(b), a film with a thickness of 2,000 was applied to the entire surface.
Molybdenum silicide (MoSi) N4 is formed by sputtering under the following conditions.

ターゲット・・・・・・モリブデンシリサイド(MoS
i)雰囲気 ・・・・・・・・・アルゴン(Ar)処理
室内圧・・・・・・5 X 1O−3Torr印加電圧
 ・・・・・−500V 印加電力 ・・・・・・2Kw 次いでコンタクトホール3内を含む全面に膜厚14.0
00人のポリシリコン層をCVD法により形成し、RF
パワー150W、処理室内圧0.23Torrの条件で
の六弗化イオウと窒素の混合ガス(SF6 +Nz)の
RIE(リアクティブ・イオン・エツチング)処理によ
りエッチバンクを行って第1図(C)に示すように、ポ
リシリコン層5をコンタクトホール3内に形成する。但
し本実施例ではコンタクトホール内にのみ形成するとし
たが、ポリシリコンがコンタクトホール外にまで張り出
した構造であっても構わない。
Target: Molybdenum silicide (MoS)
i) Atmosphere: Argon (Ar) Processing chamber internal pressure: 5 X 1O-3Torr Applied voltage: -500V Applied power: 2Kw Next, contact Film thickness 14.0 on the entire surface including inside hole 3
000 polysilicon layer is formed by CVD method, and RF
An etch bank was performed by RIE (reactive ion etching) using a mixed gas of sulfur hexafluoride and nitrogen (SF6 +Nz) under the conditions of a power of 150 W and a processing chamber pressure of 0.23 Torr, as shown in Figure 1 (C). As shown, a polysilicon layer 5 is formed within the contact hole 3. However, in this embodiment, the polysilicon is formed only inside the contact hole, but a structure in which the polysilicon extends outside the contact hole may also be used.

その後第1図(d)に示すように、全面に膜厚400人
のチタンナイトライド(TiN ) N 6を下記の条
件のスパッタにより形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 1(d), a film of titanium nitride (TiN)N6 having a thickness of 400 nm is formed on the entire surface by sputtering under the following conditions.

ターゲット・・・・・・チタン(Ti)雰囲気 ・・・
・・・・・・アルゴン(Ar) 50%+ 窒素(Nり
 50% 処理室内圧・・・・・・2.5X10−’ Torr印
加電圧 ・・・・・・500v 印加電力 ・・・・・・5Kw 次いで第1図(e)に示すように、全面に膜厚10.0
00人のアルミニウム配線層7を下記の条件のスパッタ
により形成する。
Target... Titanium (Ti) atmosphere...
...Argon (Ar) 50% + Nitrogen (N 50%) Processing chamber pressure ...2.5X10-' Torr Applied voltage ...500v Applied power ...・5Kw Then, as shown in Figure 1(e), a film thickness of 10.0 is applied to the entire surface.
The aluminum wiring layer 7 of 0.000000000000000000000000000000000 wiring layers 7 is formed by sputtering under the following conditions.

ターゲット・・・・・・アルミニウム(A1)雰囲気 
・・・・・・・・・アルゴン(Ar)処理室内圧・・・
・・・5 Xl0−3Torr印加電圧 ・・・・・・
500 V 印加電力 ・・・・・・7b+ このようにモリブデンシリサイド(Host) N 4
、チタンナイトライド(TiN )層6及びアルミニラ
lt&9j!i7の多層構造とするので、カバレッジの
良い電極を形成でき、モリブデンシリサイド(N。
Target: Aluminum (A1) atmosphere
......Argon (Ar) processing chamber pressure...
...5 Xl0-3Torr applied voltage ......
500 V Applied power...7b+ Like this, molybdenum silicide (Host) N 4
, titanium nitride (TiN) layer 6 and aluminium lt&9j! Since it has a multilayer structure of i7, it is possible to form an electrode with good coverage, and molybdenum silicide (N.

St)層4とアルミニウム配線層7の間にチタンナイト
ライド(TiN ) N6を設けているので、モリプデ
ンシリサイド(MoSi ) N4中のシリコンがアル
ミニウム配線層7に拡散することを防止でき、更に多層
構造にすることによりアルミニウム配線層のみの場合に
比し、ストレスマイグレーションに対して抵抗力の高い
電極配線層を形成することが可能となる。
Since titanium nitride (TiN ) N6 is provided between the St) layer 4 and the aluminum wiring layer 7, it is possible to prevent the silicon in the molybdenum silicide (MoSi) N4 from diffusing into the aluminum wiring layer 7. By forming a multilayer structure, it becomes possible to form an electrode wiring layer that has higher resistance to stress migration than when only an aluminum wiring layer is used.

(第2の実施例) 続いて以下では、第2図を参照しながら本発明の第2の
実施例を工程順に説明する。この第2の実施例では、コ
ンタクトホール内壁に形成するバリアメタル4として、
高融点金属シリサイドよりモサラにカバレッジが良好で
あるチタン(Ti) 40゜チタンナイトライド(Ti
N ) 41の積層膜(以下ではこの積層膜をTi/T
iNと略記する。)を選んだ。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described in order of steps with reference to FIG. 2. In this second embodiment, as the barrier metal 4 formed on the inner wall of the contact hole,
Titanium (Ti) has better coverage than high melting point metal silicide 40°Titanium nitride (Ti)
N) 41 laminated films (hereinafter, this laminated film will be referred to as Ti/T
It is abbreviated as iN. ) was selected.

先ず第2図(a)に示すように、半導体基板1の表面に
絶縁膜、例えば膜厚io、ooo人のPSG膜2を形成
し、レジストを用いるリソグラフィー技術によりコンタ
クトホール3を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, an insulating film, for example, a PSG film 2 having a thickness of io or oo, is formed on the surface of a semiconductor substrate 1, and a contact hole 3 is formed by lithography using a resist.

次に第2図(b)に示すように、全面に膜厚200人の
チタン(Ti) 40.膜厚2 、000人のチタンナ
イトライド(TiN ) 41の積層膜4を下記の条件
のスパッタにより順次形成する。
Next, as shown in FIG. 2(b), a titanium (Ti) film with a thickness of 200 mm is applied to the entire surface. A laminated film 4 of titanium nitride (TiN) 41 with a film thickness of 2,000 is sequentially formed by sputtering under the following conditions.

*チタン(Ti )スパッタ時の条件 ターゲット・・・・・・チタン(Ti)雰囲気 ・・・
・・・・・・アルゴン(Ar)処理室内圧・・・・・・
5 Xl0−3Torr印加電圧 ・・・・・・500
■ 印加電力 ・・・・・・IKw *チタンナイトライド(TiN )スパッタ時の条件タ
ーゲット・・・・・・チタン(Ti)雰囲気 ・・・・
・・・・・アルゴン(Ar) 50%+ 窒素(Nz)
 50% 処理室内圧・・・・・・2.5X10−3Torr印加
電圧 ・・・・・・500■ 印加電力 ・・・・・・5Kw 続く以下の各工程は、第1の実施例で示したのと同様の
要領に従う。まずコンタクトホール3内を含む全面に膜
厚14,000人のポリシリコン層をCVD法により形
成し、第1の実施例と同じ条件のエッチバックを行って
第2図(C)に示すように、ポリシリコン層5をコンタ
クトホール3内にのみ形成する。その後第2図(d)に
示すように、全面に膜厚400人のチタンナイトライド
(TiN ’)層6を第1の実施例と同じ条件のスパッ
タにより形成する。次いで第2図(e)に示すように、
全面に膜厚10,000人のアルミニウム配線層7を第
1の実施例と同じ条件のスパッタにより形成する。
*Titanium (Ti) sputtering conditions Target: Titanium (Ti) atmosphere...
...Argon (Ar) processing chamber pressure...
5 Xl0-3Torr applied voltage...500
■ Applied power...IKw *Titanium nitride (TiN) sputtering conditions Target...Titanium (Ti) atmosphere...
...Argon (Ar) 50% + Nitrogen (Nz)
50% Processing chamber pressure...2.5X10-3Torr Applied voltage...500■ Applied power...5Kw The following steps are the same as those shown in the first example. Follow the same instructions as in . First, a polysilicon layer with a thickness of 14,000 wafers was formed on the entire surface including the inside of the contact hole 3 by the CVD method, and etched back under the same conditions as in the first embodiment to form a polysilicon layer as shown in FIG. 2(C). , a polysilicon layer 5 is formed only within the contact hole 3. Thereafter, as shown in FIG. 2(d), a titanium nitride (TiN') layer 6 with a thickness of 400 layers is formed on the entire surface by sputtering under the same conditions as in the first embodiment. Then, as shown in FIG. 2(e),
An aluminum wiring layer 7 having a thickness of 10,000 wafers is formed over the entire surface by sputtering under the same conditions as in the first embodiment.

このTi/TiN層4、チタンナイトライド(TiN 
)層6及びアルミニウム配線層7の多層構造では、第1
の実施例に比べてさらに良好にカバレンジできる。
This Ti/TiN layer 4, titanium nitride (TiN
) layer 6 and aluminum wiring layer 7, the first
Even better coverage can be achieved than in the embodiment.

(第3の実施例) 続いて以下では、第3図を参照しながら本発明の第3の
実施例を工程順に説明する。この第3の実施例では、コ
ンタクトホール内壁に形成するバリアメタル4として、
高融点金属シリナイドよりもさらにカバレッジが良好で
ありかつ自身の電気抵抗も小さい金属としてチタンタン
グステン(TiW)を選んだ。工程は、このバリアメタ
ル4のスパッタ条件が異なる他は、概ね第1の実施例と
同じである。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described in order of steps with reference to FIG. 3. In this third embodiment, as the barrier metal 4 formed on the inner wall of the contact hole,
Titanium tungsten (TiW) was selected as a metal that has better coverage than the high melting point metal silinide and also has lower electrical resistance. The process is generally the same as the first embodiment except that the sputtering conditions for the barrier metal 4 are different.

先ず第3図(a)に示すように、半導体基板1の表面に
絶縁膜、例えば膜厚10,000人のPSG膜2を形成
し、レジストを用いるリソグラフィー技術によりコンタ
クトホール3を形成する。
First, as shown in FIG. 3(a), an insulating film, for example a PSG film 2 having a thickness of 10,000, is formed on the surface of a semiconductor substrate 1, and a contact hole 3 is formed by lithography using a resist.

次に第3図(b)に示すように、全面に膜厚2゜000
人のチタンタングステン(TiW ) N 4を下記の
条件のスパッタにより順次形成する。
Next, as shown in Figure 3(b), a film with a thickness of 2°000 was applied to the entire surface.
Titanium tungsten (TiW) N4 was sequentially formed by sputtering under the following conditions.

ターゲット・・・・・・チタンタングステン(TiW 
)雰囲気 ・・・・・・・・・アルゴン(Ar)処理室
内圧・・・・・・5 Xl0−’ Torr印加電圧 
・・・・・・500■ 印加電力 ・・・・・・5Kw 続く以下の工程は、第1の実施例で示したのと同様の要
領に従う。まずコンタクトホール3内を含む全面に膜厚
14,000人のポリシリコン層をCVD法により形成
し、第1の実施例と同じ条件のエッチバックを行って第
3図(c)に示すように、ポリシリコン層5をコンタク
トホール3内にのみ形成する。その後第3図(d)に示
すように、全面に膜厚400人のチタンナイトライド(
TiN )層6を第1の実施例と同じ条件のスパッタに
より形成する。次いで第3図(e)に示すように、全面
に膜厚10,000人のアルミニウム配線層7を第1の
実施例と同じ条件のスパッタにより形成する。
Target: Titanium tungsten (TiW)
) Atmosphere: Argon (Ar) Processing chamber internal pressure: 5 Xl0-' Torr applied voltage
...500 ■ Applied power ...5 Kw The following steps follow the same procedure as shown in the first embodiment. First, a polysilicon layer with a thickness of 14,000 wafers was formed on the entire surface including the inside of the contact hole 3 by the CVD method, and etched back under the same conditions as in the first embodiment to form a polysilicon layer as shown in FIG. 3(c). , a polysilicon layer 5 is formed only within the contact hole 3. After that, as shown in Figure 3(d), a film of titanium nitride (400% thick) was applied to the entire surface.
TiN ) layer 6 is formed by sputtering under the same conditions as in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 3(e), an aluminum wiring layer 7 with a thickness of 10,000 wafers is formed over the entire surface by sputtering under the same conditions as in the first embodiment.

このようにチタンタングステン(TiW ) 、チタン
ナイトライド(TiN )層6及びアルミニウム配線N
7の多層構造では、第1の実施例に比べてさらにカバレ
ッジが良好になる。チタンタングステン(TV )は、
第1の実施例で示した高融点金属シリサイド同様に被膜
面に垂直に柱状結晶になって被着するためにカバレッジ
がいい他、高融点金属シリサイドよりも小さい電気抵抗
が特徴となっている。
In this way, titanium tungsten (TiW), titanium nitride (TiN) layer 6 and aluminum wiring N
In the multilayer structure No. 7, the coverage is even better than that in the first embodiment. Titanium tungsten (TV) is
Like the high melting point metal silicide shown in the first embodiment, it is deposited in the form of columnar crystals perpendicular to the coating surface, providing good coverage, and is also characterized by lower electrical resistance than the high melting point metal silicide.

なお本発明は、以上の三つの実施例に限定されず種々の
変更が可能である。例えば1.コンタクトホール3内壁
に被着形成される高融点金属シリサイド(あるいはその
代替物)は、アルミニウム(AI)とシリコン(Si)
との相互反応を防ぐことができ、かつシリコン(St)
と十分に低いオーミックコンタクトを示すものであれば
よく、記述のモリブデンシリサイド(Host) 、チ
タンタングステン(TiW )の他、プラチナシリサイ
ド(PtSt) 。
Note that the present invention is not limited to the above three embodiments, and various modifications are possible. For example 1. The high melting point metal silicide (or its substitute) deposited on the inner wall of the contact hole 3 is made of aluminum (AI) and silicon (Si).
can prevent interaction with silicon (St)
In addition to molybdenum silicide (Host) and titanium tungsten (TiW), platinum silicide (PtSt) may be used as long as it exhibits a sufficiently low ohmic contact.

タングステンシリサイド(IJJSi ) 、タンタル
シリサイド(TaSi)等、他の高融点金属シリサイド
を用いることができる。これらの材料は、カバーすべき
コンタクトホール内壁に垂直に柱状結晶となって付着す
ることが実験で明らかとなっており、柱状結晶となりう
るもののカバレッジが特に良好である点が指摘できる。
Other refractory metal silicides such as tungsten silicide (IJJSi) and tantalum silicide (TaSi) can be used. Experiments have shown that these materials adhere vertically to the inner wall of the contact hole to be covered in the form of columnar crystals, and it can be pointed out that the coverage of what can become columnar crystals is particularly good.

またコンタクトホール上部のバリアメタルには、バリア
性が良好でかつ低抵抗な物質が適しているが、例えばチ
タンナイトライド(TiN )の他、チタンタングステ
ン(TiW)を利用できることを実験で確認した。しか
しこれら二つの物質のバリア性が良好である定性的理由
は明らかでない。
In addition, a material with good barrier properties and low resistance is suitable for the barrier metal above the contact hole, and it has been confirmed through experiments that titanium tungsten (TiW) can be used in addition to titanium nitride (TiN). However, the qualitative reason why these two substances have good barrier properties is not clear.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、カバ
レッジ、バリア性が良好でありストレスマイグレーショ
ンに強い電極配線層を形成することが可能となり、電極
配線層の欠陥による半導体装置の製造障害を防止しうる
等の利点があり、著しい経済的及び、信頼性向上の効果
が期待でき工業的には極めて有用なものである。
As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to form an electrode wiring layer that has good coverage and barrier properties and is resistant to stress migration, thereby preventing manufacturing failures in semiconductor devices due to defects in the electrode wiring layer. It has advantages such as being able to prevent damage, and can be expected to have significant economical and reliability-improving effects, making it extremely useful industrially.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による第1の実施例を工程順に示す側断
面図、 第2図は本発明による第2の実施例を工程順に示す側断
面図、 第3図は本発明による第3の実施例を工程順に示す側断
面図、 第4図は従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す側
断面図である。 図中、1・・・半導体基板、2・・・絶縁膜(PSG膜
)、3・・・開口(コンタクトホール)、4・・・高融
点金属シリサイド層(モリブデンシリサイド層)。 5・・・非単結晶シリコン層(ポリシリコン層)、6・
・・チタン化合物層(チタンナイトライド層)、7・・
・アルミニウムを含む導電物層(アルミニウム配線層)
を示す。 ((1)コ〉5クトネールの?3N 岸ζ・)シリコ シ1if)形声父 本発明(てXるも1の莢旋、イテ11と工程11頃に元
すイ則釘面図飄 1 図(々の1) 本売朗区Xるめ1の夫美、4り11と工程1゛頂[;ホ
す側体1面閉結 1 図 (イの2) (α)コシフクトホールの形成 本発明による菊2の笑施イデ1と工程)頃I;ホす棚1
1鮫面図名2図(イの1) (d)+タンナイトライド層の形成 (e) アルミニウム配線層の@戊 本発明による名2め大流4刊左工程))引;、f、す狽
ll酢面図尾 2 図(ゴの2) コ〉タクトネールの形成 (b)千フユタン9″ステじ(11g)層めf多、友(
C) ホ゛リシリコン月央のf5成 本発明1;よる第3の賞砲例と工程順(味す伊・1断面
図53図(マの1) (d)千フシナイトライY層/)f5成本発明LτXる
躬3の失施俊■工fp庚に示す便1断面図第3図−の2
FIG. 1 is a side sectional view showing a first embodiment according to the present invention in order of steps; FIG. 2 is a side sectional view showing a second embodiment according to the present invention in order of steps; FIG. FIG. 4 is a side sectional view showing an example in order of steps; FIG. 4 is a sectional side view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device in order of steps; In the figure, 1... semiconductor substrate, 2... insulating film (PSG film), 3... opening (contact hole), 4... high melting point metal silicide layer (molybdenum silicide layer). 5... Non-single crystal silicon layer (polysilicon layer), 6.
...Titanium compound layer (titanium nitride layer), 7...
・Conductor layer containing aluminum (aluminum wiring layer)
shows. ((1) KO〉5 Kutonair's ?3N Kishi ζ・) Silico SI1if) Form voice father This invention (te (No. 1) Fumi of Honuriro-ku Chrysanthemum 2 according to the present invention (1) and process) (1);
1 Name of the figure 2 Figure (1 of A) (d) + Formation of tannitride layer (e) Formation of aluminum wiring layer Figure 2 (Go's 2) Formation of Tactnail (b) 1,000 Fuyutan 9'' Stage (11g) Layered, Tomo (
C) Polysilicon middle f5 fabrication Invention 1; Third example and process order (Miss Italy 1 sectional view 53 (Main 1) (d) 1,000Fushinitry Y layer/) f5 fabrication Invention LτX Figure 3 - No. 2
)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板(1)上に開口(3)を有する絶縁膜
(2)を被着形成した後、前記開口(3)の内面と前記
絶縁膜(2)の表面に延在するように高融点金属シリサ
イド層(4)を被着形成する工程と、前記開口(3)内
に非単結晶シリコン層(5)を充填する工程と、 前記高融点金属シリサイド層(4)及び非単結晶シリコ
ン層(5)の表面にチタン含有導電物層(6)を形成す
る工程と、 前記チタン含有導電物層(6)の表面にアルミニウムを
含む導電物層(7)を形成する工程とを含むことを特徴
とする半導体装置の製造方法。
(1) After depositing an insulating film (2) having an opening (3) on a semiconductor substrate (1), the insulating film (2) is formed so as to extend on the inner surface of the opening (3) and the surface of the insulating film (2). a step of depositing and forming a high melting point metal silicide layer (4); a step of filling the opening (3) with a non-single crystal silicon layer (5); and a step of depositing the high melting point metal silicide layer (4) and the non-single crystal silicon layer. A step of forming a titanium-containing conductive layer (6) on the surface of the silicon layer (5), and a step of forming an aluminum-containing conductive layer (7) on the surface of the titanium-containing conductive layer (6). A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that:
(2)高融点金属シリサイド層(4)が、モリブデンシ
リサイド(MoSi)、プラチナシリサイド(PtSi
)、タングステンシリサイド(WSi)、タンタルシリ
サイド(TaSi)の中から選ばれた一つからなること
を特徴とする請求項(1)記載の半導体装置の製造方法
(2) The high melting point metal silicide layer (4) is composed of molybdenum silicide (MoSi), platinum silicide (PtSi)
), tungsten silicide (WSi), and tantalum silicide (TaSi).
(3)高融点金属シリサイド層(4)に代えて、チタン
層(Ti)とチタンナイトライド層(TiN)の積層膜
(Ti/TiN)を用いることを特徴とする請求項(1
)記載の半導体装置の製造方法。
(3) Claim (1) characterized in that a laminated film (Ti/TiN) of a titanium layer (Ti) and a titanium nitride layer (TiN) is used in place of the high melting point metal silicide layer (4).
) A method for manufacturing a semiconductor device according to the method.
(4)高融点金属シリサイド層(4)に代えて、チタン
タングステン層(TiW)を用いることを特徴とする請
求項(1)記載の半導体装置の製造方法。
(4) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim (1), characterized in that a titanium tungsten layer (TiW) is used in place of the high melting point metal silicide layer (4).
(5)チタン含有導電物層(6)が、チタンナイトライ
ド(TiN)、もしくはチタンタングステン(TiW)
からなることを特徴とする請求項(1)記載の半導体装
置の製造方法。
(5) The titanium-containing conductive layer (6) is made of titanium nitride (TiN) or titanium tungsten (TiW).
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising:
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