JPH03250627A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH03250627A
JPH03250627A JP30171190A JP30171190A JPH03250627A JP H03250627 A JPH03250627 A JP H03250627A JP 30171190 A JP30171190 A JP 30171190A JP 30171190 A JP30171190 A JP 30171190A JP H03250627 A JPH03250627 A JP H03250627A
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JP
Japan
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layer
titanium
wiring
copper
aluminum alloy
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Application number
JP30171190A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tamaki Mizushima
水嶋 環
Tsutomu Hosoda
勉 細田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve electromigration resistance and stress migration resistance by providing metal interconnections of a 2-layer structure in which an aluminum alloy layer containing titanium and copper is laminated on a titanium layer. CONSTITUTION:Metal interconnections 13S, 13D of a 2-layer structure in which an aluminum alloy layer 13b containing titanium and copper is laminated on a titanium layer 13A are provided. Metal interconnection 20 of a structure in which an aluminum layer 18 containing copper is laminated on a titanium layer 17 through aluminum alloy layer 19 containing titanium and copper is provided. After the layer 18 is deposited on the layer 17, it is heat treated, and a step of forming the layer 19 containing the titanium and copper to be sequentially transited to an aluminum alloy composition containing copper from titanium composition by reaction in a boundary of the layer 18 containing the copper to the layer 17 is provided, and the interconnection 20 made of the layer 17, the layer 19 containing the titanium and aluminum and the layer 18 containing the copper is formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置及びその製造方法に係り、特に半導体集積回
路等に使用される金属配線の構造の改良に関し。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention relates to semiconductor devices and methods of manufacturing the same, and particularly to improvements in the structure of metal wiring used in semiconductor integrated circuits.

金属配線のエレクトロマイグレーション耐性及びストレ
スマイグレーション耐性を一層高めて半導体装置の信頼
性を向上することを目的としチタン層上にチタンと銅を
含むアルミニウム合金層が積層されてなる2層構造の金
属配線を具備する半導体装置により構成する。
In order to improve the reliability of semiconductor devices by further increasing the electromigration resistance and stress migration resistance of metal wiring, we have developed a two-layer metal wiring structure in which an aluminum alloy layer containing titanium and copper is laminated on a titanium layer. It is constituted by a semiconductor device provided.

また、チタン層上にチタンと銅を含むアルミニウム合金
層を介して銅を含むアルミニウム合金層が積層されてな
る構造の金属配線を具備する半導体装置により構成する
Further, the semiconductor device includes a metal wiring having a structure in which an aluminum alloy layer containing copper is laminated on a titanium layer via an aluminum alloy layer containing titanium and copper.

また、チタン層上に銅を含むアルミニウム合金層を堆積
した後熱処理し、前記チタン層と前記録を含むアルミニ
ウム合金層の境界に9反応によりチタン組成から銅を含
むアルミニウム合金組成に漸次遷移するチタンと銅を含
むアルミニウム合金層を形成する工程を有し、前記チタ
ン層と前記チタンと銅を含むアルミニウム合金層と前記
録を含むアルミニウム合金層とからなる金属配線を形成
する半導体装置の製造方法により構成する。
In addition, after depositing an aluminum alloy layer containing copper on the titanium layer, heat treatment is performed, and titanium composition is gradually transitioned from a titanium composition to an aluminum alloy composition containing copper by a 9 reaction at the boundary between the titanium layer and the aluminum alloy layer containing the previous recording. and a step of forming an aluminum alloy layer containing copper, and forming a metal wiring comprising the titanium layer, the aluminum alloy layer containing titanium and copper, and the aluminum alloy layer containing the prerecording. Configure.

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

本発明は半導体装置及びその製造方法に係り。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

特に半導体集積回路等に使用される金属配線の構造の改
良に関する。
In particular, it relates to improvements in the structure of metal wiring used in semiconductor integrated circuits and the like.

半導体集積回路装置の内部配線には、従来から低比抵抗
を有するアルミニウム単体若しくはアルミニウムを主成
分とする合金からなるいわゆるアルミニウム配線が多く
用いられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, so-called aluminum wiring made of simple aluminum or an alloy mainly composed of aluminum, which has a low specific resistance, has been often used for internal wiring of semiconductor integrated circuit devices.

一方、半導体集積回路装置の高集積化を図るためには、
半導体素子の微細化たけてなく、」−記アルミニウム配
線の幅も1μm或いはそれ以下に微細化する必要かあり
、これに伴って、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か多発するように
なってきており半導体集積回路等の信頼性を高めるため
にはマイグレーション耐性に優れたアルミニウム配線か
望まれている。
On the other hand, in order to achieve higher integration of semiconductor integrated circuit devices,
With the continued miniaturization of semiconductor devices, the width of aluminum wiring must also be miniaturized to 1 μm or less, and as a result, disconnections due to electromigration and stress migration are becoming more common. In order to improve the reliability of semiconductor integrated circuits and the like, aluminum wiring with excellent migration resistance is desired.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

エレクトロマイグレーション耐性及びストレスマイグレ
ーション耐性を向上する方法として、アルミニウム(A
I)を主成分としこれに銅(Cu)とチタン(Ti)を
添加したA1合金を配線に用いる方法か提案されている
。このA1合金においては、配線層をスパッタリングで
形成した際、TIの作用によりAIの結晶粒か小さく抑
えられ、且つその結晶粒界をCuが埋めることによって
微細配線形成時におけるマイグレーション耐性か向上す
る(時開昭和62114241参照)。
As a method to improve electromigration resistance and stress migration resistance, aluminum (A
A method has been proposed in which an A1 alloy containing A1 as a main component and to which copper (Cu) and titanium (Ti) are added is used for wiring. In this A1 alloy, when a wiring layer is formed by sputtering, the crystal grains of AI are kept small by the action of TI, and the grain boundaries are filled with Cu, which improves migration resistance when forming fine wiring ( (See Jikai Showa 62114241).

しかし、この方法には以下゛に示すような問題点かある
ことか見出された。
However, it was discovered that this method has the following problems.

(1)  200°C以上の高温放置でストレスマイク
レージョンによる断線不良か生じ易くなる。第3図はこ
の断線不良の発生状況を、配線幅D、8μm、配線厚さ
D、7μm、配線長15mの特別な試験用試料について
行った加速試験における放置温度をパラメータにした放
置時間に対するストレスマイクレージョン断線不良率の
関係図で、この図から200 ’Cpl上の高温放置に
おいて断線不良か急激に増加することがわかる。
(1) If the wire is left at high temperatures of 200°C or higher, it is more likely to cause wire breakage due to stress micration. Figure 3 shows the occurrence of this disconnection failure under stress with respect to the standing time using the leaving temperature as a parameter in an accelerated test conducted on a special test sample with a wiring width D of 8 μm, a wiring thickness D of 7 μm, and a wiring length of 15 m. This is a relational diagram of the microcrash breakage failure rate. From this figure, it can be seen that the rate of breakage failures increases rapidly when left at a high temperature of 200'Cpl.

(2)配線幅か広い配線でエレクトロマイクし−ノヨン
による断線か生じ易くなる。第4図は純AI配線とAt
−0,1%Cu−0,15%TI合金配線で配線幅を1
μmから8μmまで変化させた時のエレクトロマイグレ
ーション加速試験における平均寿命を同じ配線幅の純A
I配線の平均寿命に対する比率で示したものである。試
験条件は放置温度200 ’C電流密度3 X 10 
’A/cm2である。この図の結果から配線幅が1〜4
μmの時Al−0,1%Cu−0,15%T合金配線は
純AI配線に比へて50倍以上の寿命を持つか、配線幅
か8μmの時は純AIより寿命か短くなることかわかる
(2) If the wiring is wide or the electromic is used, disconnection due to noise is likely to occur. Figure 4 shows pure AI wiring and At
-0,1%Cu-0,15%TI alloy wiring with wiring width of 1
The average life in electromigration accelerated tests when changing from μm to 8 μm is pure A with the same wiring width.
It is expressed as a ratio to the average lifespan of I wiring. The test conditions were: storage temperature: 200'C, current density: 3 x 10
'A/cm2. From the results in this figure, the wiring width is 1 to 4.
When the wiring width is 8 μm, the life of Al-0,1%Cu-0,15%T alloy wiring is more than 50 times that of pure AI wiring, or when the wiring width is 8 μm, the lifespan is shorter than that of pure AI. I understand.

〔発明か解決しようとする課題〕[Invention or problem to be solved]

上記のようにエレクトロマイグレーション耐性やストレ
スマイグレーション耐性かあるといわれているAt−0
,1%Cu−0,15%TI合金も、この合金層単層の
みて配線を構成した際には、200°C以上の高温放置
でストレスマイグレーションによる断線不良が発生し易
くなり、且つ破線幅か広い配線てはエレクトロマイグレ
ーションによる断線も生し易くなるという問題があった
As mentioned above, At-0 is said to have electromigration resistance and stress migration resistance.
, 1% Cu-0, 15% TI alloy also tends to cause disconnection defects due to stress migration when left at high temperatures of 200°C or higher when wiring is constructed using only a single layer of this alloy layer. If the wiring is too wide, there is a problem in that wire breakage is more likely to occur due to electromigration.

そこで本発明は、Al−Cu−Ti合金層を主たる導電
層として用いて従来よりエレクトロマイクレージョン耐
性及びストレスマイグレーション耐性に優れた金属配線
及びその製造方法を提供し、半導体装置の信頼性を向上
することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a metal interconnection that uses an Al-Cu-Ti alloy layer as a main conductive layer and has better electromicrition resistance and stress migration resistance than before, and a method for manufacturing the same, thereby improving the reliability of semiconductor devices. The purpose is to

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

上記課題は、チタン層1.3A上にチタンと銅を含むア
ルミニウム合金層13Bか積層されてなる2層構造の金
属配線13S、 13Dを具備する半導体装置によって
解決される。
The above problem is solved by a semiconductor device including metal wirings 13S and 13D having a two-layer structure in which an aluminum alloy layer 13B containing titanium and copper is laminated on a titanium layer 1.3A.

また、チタン層17上にチタンと銅を含むアルミニウム
合金層19を介して銅を含むアルミニウム合金層18か
積層されてなる構造の金属配線20を具備する半導体装
置によって解決される。
Further, the problem is solved by a semiconductor device having a metal wiring 20 having a structure in which an aluminum alloy layer 18 containing copper is laminated on a titanium layer 17 via an aluminum alloy layer 19 containing titanium and copper.

また、チタン層エフ上に銅を含むアルミニウム合金層1
8を堆積した後熱処理し、前記チタン層17と前記銅を
含むアルミニウム合金層I8の境界に1反応によりチタ
ン組成から銅を含むアルミニウム合金組成に漸次遷移す
るチタンと銅を含むアルミニウム合金層19を形成する
工程を有し、前記チタン層17と前記チタンと銅を含む
アルミニウム合金層19と前記銅を含むアルミニウム合
金層18とからなる金属配線20を形成する半導体装置
の製造方法によって解決される。
In addition, aluminum alloy layer 1 containing copper on titanium layer F
8 is heat-treated, and an aluminum alloy layer 19 containing titanium and copper is formed at the boundary between the titanium layer 17 and the aluminum alloy layer I8 containing copper, which gradually transitions from a titanium composition to an aluminum alloy composition containing copper by one reaction. The problem is solved by a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of forming a metal wiring 20 including the titanium layer 17, the aluminum alloy layer 19 containing titanium and copper, and the aluminum alloy layer 18 containing copper.

〔作用〕[Effect]

第1表にAl−Cu−Ti合金単層構造の配線、及びT
i層とAl−Cu−Ti合金層か積層されてなる2層構
造の配線のストレスマイグレーション試験の結果を示す
。試験条件は、放置温度150°C,200°C125
0°C9配線幅D、8μm、配線厚さD、7μm、配線
長15mである。また、T1層の厚さは200〜300
人程度である。
Table 1 shows the wiring of the Al-Cu-Ti alloy single layer structure and the T
The results of stress migration tests are shown for wiring having a two-layer structure in which an i-layer and an Al-Cu-Ti alloy layer are laminated. The test conditions were a storage temperature of 150°C, 200°C and 125°C.
0°C9 wiring width D is 8 μm, wiring thickness D is 7 μm, and wiring length is 15 m. In addition, the thickness of the T1 layer is 200 to 300
It is about the size of a person.

この表に示されるように、Al−Cu−Ti合金単層配
線の場合は放置温度か200°C以上でかなりの断線不
良か発生しているのに対して、11層とAl−Cu−T
i合金層の積層配線においては200°C以上の放置温
度でも断線不良は発生していない。このことはストレス
マイグレーション耐性が大幅に向上したことを示してい
る。
As shown in this table, in the case of the Al-Cu-Ti alloy single-layer wiring, considerable disconnection failures occurred at the storage temperature of 200°C or higher, whereas the 11-layer and Al-Cu-Ti alloy
In the laminated wiring of the i-alloy layer, no disconnection failure occurred even at a temperature of 200° C. or more. This indicates that stress migration resistance has been significantly improved.

第1表 放置温度 Ti層   累計不良率(%)(’C)  
     360時間放置 2000時間放置150 
   有     00 150    無     1.2      12.
0200    有     00 200    無     7.7      23.
6250    有      00 250   無   50以上   50以−Fまた。
Table 1: Leaving temperature Ti layer Cumulative defective rate (%) ('C)
Leave for 360 hours Leave for 2000 hours 150
Yes 00 150 No 1.2 12.
0200 Yes 00 200 No 7.7 23.
6250 Yes 00 250 No 50 or more 50 or more -F.

第2表はエレクトロマイグレーションによる平均寿命と
配線幅との関係を、従来のAl−Cu−Ti合金単層配
線と1本発明に係るTi層とAl−Cu−Ti合金層と
の積層構造を有する金属配線について示したエレクトロ
マイグレーション試験の結果である。
Table 2 shows the relationship between the average lifespan due to electromigration and the wiring width for a conventional Al-Cu-Ti alloy single-layer wiring and for a laminated structure of a Ti layer and an Al-Cu-Ti alloy layer according to the present invention. These are the results of an electromigration test shown for metal wiring.

この表によると配線幅か2μmの場合はエレクトロマイ
グレーション寿命は両者間で大きな相違はないか、配線
幅が8μmの場合、従来のAl−CuTi合金単層配線
では大幅な平均寿命の低下か生ずるのに対して1本発明
に係るT1層とAl−Cu−Ti合金層との積層構造配
線においては全熱平均寿命の低下を生じない。
According to this table, if the wiring width is 2 μm, there is no big difference in the electromigration life between the two, but if the wiring width is 8 μm, the average life of conventional Al-CuTi alloy single layer wiring will be significantly reduced. On the other hand, in the laminated wiring structure of the T1 layer and the Al--Cu--Ti alloy layer according to the present invention, there is no decrease in the total thermal life expectancy.

第2表 配線幅 Ti層 試験温度 (μm)     (’C) 2   有   250 2   無   250 8   有   250 8   無   250 電流密度 平均寿命 (A/crn−2)  ()I) 2 X 10’   3000 2 X 10’   2500 2 X 1.0’   4000 2X]0’    70 このことはTi層とAl−Cu−Ti合金層との積層構
造にすることによってエレクトロマイグレーション耐性
が大幅に向上したことを示している。
2nd table wiring width Ti layer Test temperature (μm) ('C) 2 Yes 250 2 No 250 8 Yes 250 8 No 250 Current density Average life (A/crn-2) ()I) 2 X 10' 3000 2 X 10' 2500 2 x 1.0' 4000 2

以上の試験結果に基づいて本発明においては。In the present invention, based on the above test results.

金属配線をTi層とAl−Cu−Ti合金層との積層構
造により構成し、これによって従来のAl−Cu−Ti
合金単層構造の配線に比へて、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大幅に改
善し、半導体装置の信頼性を一層向上するものである。
The metal wiring is constructed with a laminated structure of a Ti layer and an Al-Cu-Ti alloy layer.
The stress migration resistance and electromigration resistance are significantly improved compared to interconnects having a single-layer alloy structure, and the reliability of semiconductor devices is further improved.

なお、上記試験試料におけるAl−Cu−Ti合金層は
Al−0,1%Cu−0,15%Tiの組成を有する。
Note that the Al-Cu-Ti alloy layer in the above test sample has a composition of Al-0.1% Cu-0.15% Ti.

さらに、T1層とAl−Cu−Ti合金層との積層構造
に代えて、 Ti層とAl−Cu−Ti合金層とAl−
Cu合金層かこの順に積層された積層構造にしても、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
ション耐性が改良できることか示される。
Furthermore, instead of the laminated structure of the T1 layer and the Al-Cu-Ti alloy layer, a Ti layer, an Al-Cu-Ti alloy layer and an Al-
It has been shown that stress migration resistance and electromigration resistance can be improved even when the Cu alloy layer is laminated in this order.

このような構造は、Ti層上にAl−Cu合金層を堆積
した後熱処理し、Ti層とAI −Cu合金層の境界に
拡散により、Ti組成からAI −Cu組成に漸次遷移
するAl−Cu−Ti合金層を形成することにより実現
することができる。
In such a structure, an Al-Cu alloy layer is deposited on the Ti layer and then heat-treated, and the Al-Cu alloy gradually changes from the Ti composition to the AI-Cu composition by diffusion at the boundary between the Ti layer and the AI-Cu alloy layer. This can be realized by forming a -Ti alloy layer.

〔実施例〕 以下2本発明の一実施例について、第1図を参照して具
体的に説明する。
[Embodiment] Two embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to FIG.

第1図は本発明に係るTi層とAl−Cu−Ti合金層
との2層構造を有する金属配線を、半導体基板と接続す
る下層の配線と、下層の配線に接続する上層の配線とに
用いたMO3型半導体装置の一実施例である。
FIG. 1 shows a metal wiring having a two-layer structure of a Ti layer and an Al-Cu-Ti alloy layer according to the present invention, with a lower layer wiring connected to a semiconductor substrate and an upper layer wiring connected to the lower layer wiring. This is an example of the MO3 type semiconductor device used.

図において。In fig.

lは例えばp−型シリコン(Sl)基板。l is, for example, a p-type silicon (Sl) substrate.

2は素子形成領域。2 is an element forming area.

3はフィールド酸化膜。3 is a field oxide film.

4よp型チャネルストッパ。4 p-type channel stopper.

5はゲート酸化膜。5 is a gate oxide film.

6まポリSi等からなるゲート電極。6. Gate electrode made of poly-Si or the like.

7はn++ソース領域。7 is an n++ source region.

8はn+型トドレイン領域 9よ不純物ブロック用酸化膜。8 is an n+ type drain region 9. Oxide film for blocking impurities.

10は燐珪酸ガラス(PSG)等からなる厚さ8000
人程度0第1の層間絶縁膜。
10 is made of phosphosilicate glass (PSG) and has a thickness of 8000 mm.
The first interlayer insulating film is approximately zero.

11A、 IIBは第1のコンタクト窓。11A and IIB are the first contact windows.

12は厚さ200人程0のTiコンタクト層12Aと厚
さ1000人程度0窒化チタン(TiN)バリア層12
Bとからなるバリアメタル層。
12 is a Ti contact layer 12A with a thickness of about 200 mm and a titanium nitride (TiN) barrier layer 12 with a thickness of about 1000 mm.
A barrier metal layer consisting of B.

13は下層配線。13 is the lower layer wiring.

13Sは厚さ250人程0のTi層と厚さ5000人程
度0Al−0,1%Cu−0,1,5%Ti組成を有す
るAl−Cu−Ti合金層13Bとからなる2層構造の
ソース配線130は同じ<Ti層13AとAl−Cu−
Ti合金層13Bとからなる2層構造のドレイン配線。
13S has a two-layer structure consisting of a Ti layer with a thickness of approximately 250 mm and an Al-Cu-Ti alloy layer 13B having a thickness of approximately 5000 mm with a composition of 0Al-0.1% Cu-0.1.5% Ti. The source wiring 130 is the same <Ti layer 13A and Al-Cu-
The drain wiring has a two-layer structure including a Ti alloy layer 13B.

14はPSG等からなる厚さ8000人程度0第2の層
間絶縁膜。
14 is a second interlayer insulating film made of PSG or the like and having a thickness of about 8,000.

I5は配線コンタクト窓。I5 is the wiring contact window.

16は厚さ250人程0のTi層16Aと厚さ5000
人程度0Al−0,1%Cu−0,15%Ti組成を有
するAI −Cu−Ti合金層16Bとからなる2層構
造の上層配線を表す。
16 is a Ti layer 16A with a thickness of about 250 mm and a thickness of 5000 mm.
The upper layer wiring has a two-layer structure consisting of an AI-Cu-Ti alloy layer 16B having a composition of about 0Al-0.1% Cu-0.15% Ti.

この実施例に示すように本発明に係る金属配線を用いて
Si基板1(詳しくはソース領域7及びドレイン領域8
)にコンタクトする下層のソース配線13S及びドレイ
ン配線13Dを形成するに際しては、配線内への81の
吸い上げによるソース・ドし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1例えばT1コン
タクト層12AとTiNバリ7層12Bとからなる周知
のバリアメタル層12を介在せしめることか望ましい。
As shown in this embodiment, a Si substrate 1 (specifically, a source region 7 and a drain region 8
) When forming the lower layer source wiring 13S and drain wiring 13D in contact with 81, in order to prevent destruction of the source/drain junction due to suction of 81 into the wiring, 1, for example, is added to the contact portion as shown in the figure. It is desirable to interpose a well-known barrier metal layer 12 consisting of a T1 contact layer 12A and a TiN burr layer 12B.

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9層間絶縁膜14の配線コ
ンタクト窓15を介し、下層配線13をなす例えはl・
レイン配線13DのAl−Cu−Ti合金層13B上に
上層配線16のTi層16Aを直に接触せしめればよい
In addition, in the interlayer connection between wirings, there is no need for the barrier metal layer, and as shown in the figure, the lower wiring 13 is formed through the wiring contact window 15 of the nine interlayer insulating film 14.
The Ti layer 16A of the upper layer wiring 16 may be brought into direct contact with the Al-Cu-Ti alloy layer 13B of the rain wiring 13D.

上記実施例に示す半導体装置は2例えば次の様な方法に
より形成される。
The semiconductor device shown in the above embodiment is formed by, for example, the following method.

即ち2通常のMOSプロセスに従ってp−型S1基板1
にフィールド酸化膜3及びp型チャネルストッパ4によ
って画定された素子形成領域2に。
That is, 2 p-type S1 substrate 1 according to the normal MOS process.
to an element formation region 2 defined by a field oxide film 3 and a p-type channel stopper 4.

ゲート酸化膜5.ゲート電極6.  n“型ソース領域
7.  n”型ドレイン領域8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811表面上に
熱酸化等により不純物ブロック用酸化膜9を形成し1次
いで基板上にCVD法によりPSG等からなる第1の層
間絶縁膜10を形成し、この層間絶縁膜10に通常のフ
ォトリソグラフィによりソース領域7及びドレイン領域
8を表出するコンタクト窓11A及びIIBを形成する
Gate oxide film 5. Gate electrode6. After forming a MOS transistor consisting of an n-type source region 7 and an n-type drain region 8, an impurity blocking oxide film 9 is formed on the surface of the transistor by thermal oxidation or the like, and then a CVD method is applied to the substrate. A first interlayer insulating film 10 made of PSG or the like is formed, and contact windows 11A and IIB exposing the source region 7 and drain region 8 are formed in this interlayer insulating film 10 by ordinary photolithography.

次いて上記コンタクト窓11A及びIIBの内面を含む
第1の層間絶縁膜10上に、アルゴンスパッタ法によっ
てTiコンタクト層12Aを形成し1次いてリアクティ
ブスパッタ法によりTiN897層12Bを形成する。
Next, on the first interlayer insulating film 10 including the inner surfaces of the contact windows 11A and IIB, a Ti contact layer 12A is formed by argon sputtering, and then a TiN897 layer 12B is formed by reactive sputtering.

これらはバリアメタル層12になる。These become the barrier metal layer 12.

次いで上記バリアメタル層12の形成に引き続いて、上
記TiN897層12B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Ti層13Aを形
成し9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13Bを形成し、
エツチング手段に塩素(CI)系のカスによるリアクテ
ィブイオンエツ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13B、 T
i層13A、 TiN897層12B、 Tiコンタク
ト層12Aを連続してパターニングし、下部に TiN
897層12BとTiコンタクト層12Aからなるバリ
アメタル層12を有し、このバリアメタル層12を介し
てソース領域7及びドレイン領域8に接続するTi層1
3A、  Al−Cu−Ti合金層13Bの積層構造を
有するソース配線13S及びドレイン配線13Dを形成
する。
Next, following the formation of the barrier metal layer 12, a Ti layer 13A, which will become part of the source and drain wiring, is formed on the TiN897 layer 12B by argon sputtering. forming an Al-Cu-Ti alloy layer 13B;
The Al-Cu-Ti alloy layers 13B, T
The i layer 13A, the TiN897 layer 12B, and the Ti contact layer 12A are successively patterned, and a TiN layer is formed at the bottom.
The Ti layer 1 has a barrier metal layer 12 consisting of an 897 layer 12B and a Ti contact layer 12A, and is connected to the source region 7 and drain region 8 via this barrier metal layer 12.
3A, a source wiring 13S and a drain wiring 13D having a laminated structure of an Al-Cu-Ti alloy layer 13B are formed.

次いで上記ソース配線13s及びドレイン配線13D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14を形成し7通常のフォトリソグラフィにより
配線コンタクト窓15を形成した後。
Next, a second interlayer insulating film 14 made of PSG or the like is formed by CVD on the surface where the source wiring 13s and drain wiring 13D are formed, and a wiring contact window 15 is formed by ordinary photolithography.

この配線コンタクト窓15の内面を含む第2の層間絶縁
膜14上にアルゴンスパッタ法により上層配線の一部に
なる71層16Aと残部になるAl−Cu−Ti合金層
16Bを形成し、エツチング手段にC1系のガスによる
リアクティブイオンエツ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16B
、 71層16Aを連続してバターニングし。
On the second interlayer insulating film 14 including the inner surface of the wiring contact window 15, a 71 layer 16A, which will become a part of the upper layer wiring, and an Al-Cu-Ti alloy layer 16B, which will be the remaining part, are formed by argon sputtering, and etching means is applied. The Al-Cu-Ti alloy layer 16B is etched by ordinary photolithography using a reactive ion etching method using a C1-based gas.
, Continuously buttering 71 layers 16A.

第2の層間絶縁膜14の配線コンタクト窓15を介し。Through the wiring contact window 15 of the second interlayer insulating film 14.

下層配線13をなす例えばドレイン配線13DのAl−
Cu−Ti合金層13B上に、71層16Aを直に接触
させて接続するTi#16AとAl−Cu−Ti合金層
16Bとの積層構造を有する上層配線16を形成する。
For example, the Al-
On the Cu-Ti alloy layer 13B, an upper layer wiring 16 having a laminated structure of Ti#16A and Al-Cu-Ti alloy layer 16B is formed, which connects the 71 layer 16A by directly contacting it.

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
属配線においては、前述した試験結果に示されるように
、下層のTI層13A、  1.6Aの機能により主た
る導電層である上層のAl−Cu−Ti合金層1.3B
、 16Bに発生するストレスマイグレーションやエレ
クトロマイグレーションによる断線は防止される。
In the metal wiring according to the above embodiment formed by such a method, as shown in the above-mentioned test results, the function of the lower TI layers 13A and 1.6A allows the upper Al- Cu-Ti alloy layer 1.3B
, 16B due to stress migration or electromigration is prevented.

なお、Al−Cu−Ti合金層のCu及びTiの含有率
は。
In addition, the contents of Cu and Ti in the Al-Cu-Ti alloy layer are as follows.

上記実施例の値に限られるものではない。The values are not limited to those in the above embodiments.

第2図(a)〜(e)は他の実施例を示す工程順断面図
であり、以下、これらの図を参照しながら。
FIGS. 2(a) to 2(e) are process-order sectional views showing another embodiment, and these figures will be referred to below.

Si基板に金属配線を形成する工程を説明する。The process of forming metal wiring on a Si substrate will be explained.

第2図(a)参照 Si基板1上にCVD法によりPSG等からなる厚さ8
000人の層間絶縁膜lOを形成し、この層間絶縁膜1
0に通常のフォトリソグラフィによりS】基板lに接続
する配線を形成する領域を表出するコンタクト窓11を
形成する。
Refer to FIG. 2(a) A thickness 8 made of PSG or the like is formed by CVD on a Si substrate 1.
000 interlayer insulating film lO is formed, and this interlayer insulating film 1
A contact window 11 exposing a region in which wiring to be connected to the substrate 1 is to be formed is formed by normal photolithography on the substrate 1.

第2図(b)参照 上記コンタクト窓11の内面を含む眉間絶縁膜10上に
、アルゴンスパッタ法によって厚さ200人のTiコン
タクト層!2Aを形成し1次いでリアクティブスパッタ
法により厚さ1000人のTiN897層12Bを形成
する。これらはバリアメタル層12になる。
Refer to FIG. 2(b) A Ti contact layer with a thickness of 200 layers is formed on the glabella insulating film 10 including the inner surface of the contact window 11 by argon sputtering! 2A is formed, and then a TiN897 layer 12B with a thickness of 1000 layers is formed by reactive sputtering. These become the barrier metal layer 12.

第2図(c)参照 上記TiN897層12B上にアルゴンスパッタ法によ
り配線の一部になる厚さ500人のTi層17を形成し
9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0、1%Cuを含むAI −Cu合金層18を
5000〜10000人の厚さに形成する。
Refer to FIG. 2(c). On the TiN897 layer 12B, a Ti layer 17 with a thickness of 500 layers, which will become a part of the wiring, is formed by argon sputtering. Then, by the same argon sputtering method, a Ti layer 17 of 500 thickness, which will become the remaining part of the wiring, is formed. % Cu is formed to a thickness of 5,000 to 10,000 wafers.

第2図(d)参照 窒素雰囲気または窒素と水素の混合雰囲気中で450°
C930分の熱処理を行う。この熱処理はAl−Cu合
金層18に悪影響がでないように500°C以下で行う
必要がある。
450° in a nitrogen atmosphere or a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen (see Figure 2(d))
Heat treatment is performed for C930 minutes. This heat treatment must be performed at 500° C. or lower so as not to have any adverse effects on the Al-Cu alloy layer 18.

この熱処理によりTiJif17とAl−Cu合金層1
8の境界において相互拡散が生じ、Ti組成からAI 
−Cu合金組成に漸次遷移するAl−Cu−Ti合金層
19が形成される。
Through this heat treatment, TiJif17 and Al-Cu alloy layer 1
Interdiffusion occurs at the boundary of 8, and the Ti composition changes to AI
An Al-Cu-Ti alloy layer 19 is formed which gradually changes to a -Cu alloy composition.

第2図(e)参照 塩素系のガスによるリアクティブイオンエツチング法を
用いる通常のフォトリソグラフィにより上記AI −C
u合金層18. Al−Cu−Ti合金層19. Ti
層17、 TiNバリア層12B、 Ti コンタクト
層12Aを連続してパターニングし、下部にT1コンタ
クト層12A、 TiNバリア層12Bとからなるバリ
アメタル層12を有し、このバリアメタル層12の上に
Ti層17. Al−Cu−Ti合金層19. Al−
Cu合金層18とからなる積層構造を有する金属配線2
0を形成する。
Refer to FIG. 2(e) The above AI-C was etched by ordinary photolithography using a reactive ion etching method using chlorine-based gas
u alloy layer 18. Al-Cu-Ti alloy layer 19. Ti
The layer 17, the TiN barrier layer 12B, and the Ti contact layer 12A are successively patterned to form a barrier metal layer 12 consisting of the T1 contact layer 12A and the TiN barrier layer 12B at the bottom. Layer 17. Al-Cu-Ti alloy layer 19. Al-
Metal wiring 2 having a laminated structure consisting of a Cu alloy layer 18
form 0.

かくして、SL基板jに接続する金属配線か実現する。In this way, metal wiring connected to the SL board j is realized.

なお、この金属配線を下層配線とし、その上に上層配線
を形成する場合は、バリアメタル層の必要はなく、下層
の配線上に1例えばPSG膜の第2の層間絶縁膜を形成
し、配線コンタクト窓を開口した後、下層配線上に直に
Ti層17.  AI −Cu−Ti合金層19. A
l−Cu合金層18とからなる積層構造を有する上層配
線を、上記の方法により形成すれはよい。
Note that when this metal wiring is used as a lower layer wiring and an upper layer wiring is formed on it, there is no need for a barrier metal layer, and a second interlayer insulating film such as a PSG film is formed on the lower layer wiring. After opening the contact window, a Ti layer 17. is formed directly on the lower wiring. AI-Cu-Ti alloy layer 19. A
The upper layer wiring having a laminated structure including the l-Cu alloy layer 18 may be formed by the method described above.

このような方法により形成される金属配線においても、
下層のT1層17.中間層のAl−Cu−Ti合金層1
9の機能により、主たる導電層である上層のAl−Cu
合金層20に発生するストレスマイグレーションやエレ
クトロマイグレーションによる断線は防止される。
Even in metal wiring formed by such a method,
Lower T1 layer 17. Intermediate Al-Cu-Ti alloy layer 1
9, the upper layer Al-Cu, which is the main conductive layer,
Disconnection due to stress migration or electromigration occurring in the alloy layer 20 is prevented.

なお、Al−Cu合金層18のCuの含有率は、上記実
施例に示した値D、1%に限られるものではない。
Note that the Cu content of the Al--Cu alloy layer 18 is not limited to the value D, 1%, shown in the above embodiment.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明のように本発明によれば、半導体装置か具備す
る金属配線のストレスマイグレーションやエレクトロマ
イグレーションによる断線か防止されるので、半導体集
積回路等の信頼性を向上することかできる。
As described above, according to the present invention, disconnection due to stress migration or electromigration of metal wiring included in a semiconductor device is prevented, so that reliability of semiconductor integrated circuits and the like can be improved.

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

第1図は本発明の一実施例の模式側断面図。 第2図(a)〜(e)は他の実施例を示す工程順断面図
。 第3図はAl−Cu−Ti合金配線の放置温度をパラメ
ータにした放置時間に対する断線不良率の関係図。 第4図はAl−Cu−Ti合金配線のエレクトロマイグ
レーション寿命 である。 図において。 1は半導体基体でありSi基板であってp−型Si基板 2は素子形成領域。 3まフィールド酸化膜。 4はp型チャネルストッパ 5はゲート酸化膜。 6はゲート電極。 7は半導体基体であってn“型ソース領域。 8は半導体基体であってn“型ドルイン領域9は不純物
ブロック用酸化膜。 10は眉間絶縁膜であって第1の眉間絶縁膜。 11はコンタクト窓。 IA、 11Bは第1のコンタクト窓。 2はバリアメタル層。 2AはTi層であってTIコンタクト層。 2BはTiN層てあってTiNバリア層。 3は金属配線であって下層配線。 3AはTi層。 13BはAl−Cu−Ti合金層。 13sは金属配線であってソース配線。 13Dは金属配線であってドレイン配線。 14は層間絶縁膜てあって第2の層間絶縁膜15は配線
コンタクト窓。 16は金属配線であって上層配線。 16AはTi層。 16BはAl−Cu−Ti合金層。 17はTi層。 18はAl−Cu合金層。 19はA1.−Cu−T1合金層。 20は金属配線 木づご8月の 尖オ色脅゛jの横人(i9゛廖m旬図 第 図 イt  ’)’!’ 7E  9・l  2  x  
”(L  7L  ’ifl ’Jff  7  ’!
第 図
FIG. 1 is a schematic side sectional view of an embodiment of the present invention. FIGS. 2(a) to 2(e) are process-order sectional views showing another embodiment. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the disconnection defect rate and the leaving time using the leaving temperature of the Al-Cu-Ti alloy wiring as a parameter. FIG. 4 shows the electromigration life of the Al-Cu-Ti alloy wiring. In fig. 1 is a semiconductor substrate, which is a Si substrate, and a p-type Si substrate 2 is an element forming region. 3. Field oxide film. 4, p-type channel stopper 5 is a gate oxide film. 6 is a gate electrode. Reference numeral 7 indicates a semiconductor substrate, which is an n" type source region. Reference numeral 8 indicates a semiconductor substrate, and an n" type drain region 9 is an oxide film for impurity blocking. 10 is a first glabellar insulating film. 11 is the contact window. IA and 11B are the first contact windows. 2 is the barrier metal layer. 2A is a Ti layer, which is a TI contact layer. 2B is a TiN layer and is a TiN barrier layer. 3 is metal wiring, which is lower layer wiring. 3A is a Ti layer. 13B is an Al-Cu-Ti alloy layer. 13s is a metal wiring and is a source wiring. 13D is a metal wiring, which is a drain wiring. 14 is an interlayer insulating film, and a second interlayer insulating film 15 is a wiring contact window. 16 is a metal wiring, which is an upper layer wiring. 16A is a Ti layer. 16B is an Al-Cu-Ti alloy layer. 17 is a Ti layer. 18 is an Al-Cu alloy layer. 19 is A1. -Cu-T1 alloy layer. 20 is a metal wiring tree in August's sharp-throated threat (i9゛゛廖m 連 G G G t')'! '7E 9・l 2 x
”(L 7L 'ifl 'Jff 7'!
Diagram

Claims (1)

【特許請求の範囲】 〔1〕チタン層(13A)上にチタンと銅を含むアルミ
ニウム合金層(13B)が積層されてなる2層構造の金
属配線(13S、13D)を具備することを特徴とする
半導体装置。 〔2〕チタン層(17)上にチタンと銅を含むアルミニ
ウム合金層(19)を介して銅を含むアルミニウム合金
層(18)が積層されてなる構造の金属配線(20)を
具備することを特徴とする半導体装置。 〔3〕請求項1或いは請求項2記載の金属配線(13S
、13D、20)か、バリアメタル層(12)を介して
半導体基体(7、8、1)に接続していることを特徴と
する半導体装置。 〔4〕前記バリアメタル層(12)がチタン層(12A
)とその上に積層された窒化チタン層(12B)とから
なることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。 〔5〕請求項1或いは請求項2記載の金属配線が、下層
の金属配線(13)にコンタクト窓(15)を介して直
に接続していることを特徴とする半導体装置。 〔6〕チタン層(17)上に銅を含むアルミニウム合金
層(18)を堆積した後熱処理し、前記チタン層(17
)と前記銅を含むアルミニウム合金層(18)の境界に
、反応によりチタン組成から銅を含むアルミニウム合金
組成に漸次遷移するチタンと銅を含むアルミニウム合金
層(19)を形成する工程を有し、前記チタン層(17
)と前記チタンと銅を含むアルミニウム合金層(19)
と前記銅を含むアルミニウム合金層(18)とからなる
金属配線(20)を形成することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
[Claims] [1] A metal wiring (13S, 13D) having a two-layer structure in which an aluminum alloy layer (13B) containing titanium and copper is laminated on a titanium layer (13A). semiconductor devices. [2] A metal wiring (20) having a structure in which an aluminum alloy layer (18) containing copper is laminated on a titanium layer (17) via an aluminum alloy layer (19) containing titanium and copper. Characteristic semiconductor devices. [3] Metal wiring according to claim 1 or claim 2 (13S
, 13D, 20) or a semiconductor substrate (7, 8, 1) via a barrier metal layer (12). [4] The barrier metal layer (12) is a titanium layer (12A
) and a titanium nitride layer (12B) laminated thereon. [5] A semiconductor device characterized in that the metal wiring according to claim 1 or 2 is directly connected to the underlying metal wiring (13) via a contact window (15). [6] After depositing the copper-containing aluminum alloy layer (18) on the titanium layer (17), heat treatment is performed to form the titanium layer (17).
) and the aluminum alloy layer (18) containing copper, forming an aluminum alloy layer (19) containing titanium and copper that gradually transitions from a titanium composition to an aluminum alloy composition containing copper by reaction, The titanium layer (17
) and the aluminum alloy layer (19) containing titanium and copper.
and the copper-containing aluminum alloy layer (18).
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