JPH05102150A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents
Semiconductor device and its manufactureInfo
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- JPH05102150A JPH05102150A JP25754491A JP25754491A JPH05102150A JP H05102150 A JPH05102150 A JP H05102150A JP 25754491 A JP25754491 A JP 25754491A JP 25754491 A JP25754491 A JP 25754491A JP H05102150 A JPH05102150 A JP H05102150A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の多層配線
における接続孔(ビアホール)の構造、及びその製造方
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a connection hole (via hole) in a multi-layer wiring of a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体装置の高密度化に伴い、配
線の信頼性、すなわちエレクトロマイグレーションやス
トレスマイグレーションが問題となっている。通常、配
線金属としては、スパッタリング法を用いて堆積したA
lもしくはSi、Ti、Cu、Ge、Hf、B等を含有
したAl合金が用いられている(以下、特に理由のない
限り、AlまたはAl合金をAlと呼ぶことにする)。
従来、半導体装置におけるビアホールの構造を形成する
方法として、図2に示すように、半導体素子を形成した
シリコン基板1上に絶縁膜2を介して第1層配線3、4
を形成した後、層間絶縁膜5の堆積及び平坦化を行い、
該層間絶縁膜5にビアホール20を形成して、第2層配
線6を形成する方法が用いられている。しかし、半導体
装置の高密度化に伴い、接続孔の径に対する層間絶縁膜
厚の比(アスペクト比)が高くなり、ビアホール20は
深くなる。この結果、スパッタリング法により堆積した
Al配線は、ビアホール20において段差被覆性(ステ
ップカバレジ)が低下し、初期の段階で断線に至った
り、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレー
ションにより断線を引き起こすという問題があった。2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in density of semiconductor devices, reliability of wiring, that is, electromigration and stress migration has become a problem. Usually, as the wiring metal, A deposited by the sputtering method is used.
1 or an Al alloy containing Si, Ti, Cu, Ge, Hf, B, etc. is used (hereinafter, Al or Al alloy will be referred to as Al unless otherwise specified).
As a conventional method of forming a via hole structure in a semiconductor device, as shown in FIG. 2, first layer wirings 3, 4 are formed on a silicon substrate 1 on which a semiconductor element is formed, with an insulating film 2 interposed therebetween.
After forming, the interlayer insulating film 5 is deposited and flattened,
A method of forming a via hole 20 in the interlayer insulating film 5 and forming a second layer wiring 6 is used. However, as the density of semiconductor devices increases, the ratio of the interlayer insulating film thickness to the diameter of the connection hole (aspect ratio) increases, and the via hole 20 becomes deeper. As a result, the Al wiring deposited by the sputtering method has a problem that the step coverage (step coverage) in the via hole 20 is deteriorated, which leads to disconnection in the initial stage, or electromigration or stress migration causes disconnection.
【0003】上記のような問題を解決する方法として、
図3に示すように、選択CVD法を用いて金属膜7をビ
アホール20に埋め込む方法がある(例えば、アイ.イ
ー.イー.イー.プロシーディング オブ ヴイ.エ
ル.エス.アイ.マルチレベルインターコネクション
コンファレンス (1989年)113頁から121頁(IEEE,Proc
eeding of VLSI Multilevel Interconnection Con
ference (1989) pp.113〜121)。As a method for solving the above problems,
As shown in FIG. 3, there is a method of embedding the metal film 7 in the via hole 20 by using the selective CVD method (for example, I.E.E.I.E. Proceeding of V.L.S.I.M.
Conference (1989), pages 113-121 (IEEE, Proc
eeding of VLSI Multilevel Interconnection Con
ference (1989) pp.113-121).
【0004】この金属膜7の埋め込みには、WF6ガス
を用いたWの選択CVD法が広く用いられている。この
ような方法を用いれば、ビアホールにおける配線のステ
ップカバレジの低下がなくなること、また、W膜が高融
点金属であることにより、エレクトロマイグレーション
やストレスマイグレーションによる断線不良を防止する
ことができると考えられる。A W selective CVD method using a WF 6 gas is widely used for burying the metal film 7. If such a method is used, it is considered that the step coverage of the wiring in the via hole is not reduced, and that the W film is a refractory metal, so that a disconnection defect due to electromigration or stress migration can be prevented. ..
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、Wを選択的にビアホールに堆積させると
き、堆積初期の段階でWF6とAlの反応によりWとA
lの界面にAlのフッ化物が生じること、また、第1層
Al配線と第2層Al配線の間に存在するW膜の比抵抗
がAlと比較して高いことにより、ビアホール抵抗の増
大が生じる。その結果、デバイスの動作速度の低下やそ
の特性のばらつきの増大を引き起こすという問題があっ
た。However, in the above structure, when W is selectively deposited in the via hole, W and A are caused by the reaction of WF 6 and Al in the initial stage of deposition.
Since the fluoride of Al is generated at the interface of l and the specific resistance of the W film existing between the first layer Al wiring and the second layer Al wiring is higher than that of Al, the via hole resistance is increased. Occurs. As a result, there has been a problem that the operating speed of the device is lowered and the variation of its characteristics is increased.
【0006】本発明は上記問題点に鑑み、半導体装置の
多層配線において、低い抵抗を有し、かつエレクトロマ
イグレーションやストレスマイグレーションによる断線
不良を防止することのできるビアホールの構造を備えた
半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とす
る。In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a semiconductor device having a via hole structure having a low resistance in a multilayer wiring of a semiconductor device and capable of preventing disconnection failure due to electromigration or stress migration, and the same. It is intended to provide a manufacturing method.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の半導体装置は、第1の配線が形成された半
導体基板と、その半導体基板上に被着した絶縁膜に設け
られた接続孔の側壁に形成された導電膜と、前記第1の
配線及び導電膜に接続されるようにして前記接続孔に埋
め込まれた第2の配線とを備えたことを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a semiconductor device of the present invention is provided on a semiconductor substrate having a first wiring formed thereon and an insulating film deposited on the semiconductor substrate. A conductive film formed on a sidewall of the connection hole and a second wiring embedded in the connection hole so as to be connected to the first wiring and the conductive film are provided.
【0008】また本発明の半導体装置の製造方法は、第
1の配線が形成された半導体基板上に接続孔を有する絶
縁膜を設ける工程と、前記絶縁膜上に導電膜を形成する
工程と、前記導電膜をドライエッチング法により除去
し、前記接続孔の側壁部にのみ前記導電膜を残置させる
工程と、前記接続孔を介して前記第1の配線及び導電膜
と接続された第2の配線を形成する工程と備えたことを
特徴とする。Further, the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention comprises the steps of providing an insulating film having a connection hole on the semiconductor substrate on which the first wiring is formed, and forming a conductive film on the insulating film. A step of removing the conductive film by a dry etching method and leaving the conductive film only on the side wall of the connection hole; and a second wiring connected to the first wiring and the conductive film through the connection hole. And a step of forming.
【0009】[0009]
【作用】本発明は上記した構成によって、第1の配線と
第2の配線が直接接続されるためにビアホール抵抗を低
くすることができるので、高速動作の半導体装置を製造
することが可能となる。また、ビアホール内の第2の配
線が周囲の導電膜により補強されるので、エレクトロマ
イグレーションやストレスマイグレーションによる断線
を防止することができる。According to the present invention, since the first wiring and the second wiring are directly connected to each other by the structure described above, the via hole resistance can be reduced, so that a high-speed operation semiconductor device can be manufactured. .. In addition, since the second wiring in the via hole is reinforced by the surrounding conductive film, disconnection due to electromigration or stress migration can be prevented.
【0010】[0010]
【実施例】本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。図1は本発明の一実施例における工程断面図を示す
ものである。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process sectional view showing an embodiment of the present invention.
【0011】まず、図1aでは、半導体素子を形成した
シリコン基板8上に厚さ0.8μmのB及びPを含んだシ
リコン酸化膜9を介して第1層Al配線10,11を厚
さが0.8μmになるように形成する。第1層Al配線1
0,11の形成方法としては、スパッタリング法を用
い、材料としては、Siを1%、Cuを0.5%含有したA
l合金を用いる。また、Ti、Ge、Hf、B等の元素
を添加したAl合金を用いても良い。第1層Al配線1
0,11の構造は、上部や下部にTi、TiN、Ti
W、TiSi2、WSi2、Mo、MoSi2等の膜を形
成した構造でもよい。次に、全面にプラズマCVD法に
よりシリコン酸化膜12を形成し、ドライエッチング法
によりシリコン酸化膜12にビアホール20を形成す
る。この場合、シリコン酸化膜12の平坦化はレジスト
エッチバック法により行なう。First, in FIG. 1a, first layer Al wirings 10 and 11 having a thickness of 0.8 μm are formed on a silicon substrate 8 on which semiconductor elements are formed with a silicon oxide film 9 containing B and P having a thickness of 0.8 μm interposed. It is formed to have a thickness of μm. First layer Al wiring 1
The sputtering method was used to form 0 and 11, and the material was A containing 1% of Si and 0.5% of Cu.
1 alloy is used. Alternatively, an Al alloy containing an element such as Ti, Ge, Hf, or B may be used. First layer Al wiring 1
The structure of 0, 11 has Ti, TiN, Ti on the top and bottom.
A structure in which a film of W, TiSi 2 , WSi 2 , Mo, MoSi 2 or the like is formed may be used. Next, the silicon oxide film 12 is formed on the entire surface by the plasma CVD method, and the via hole 20 is formed in the silicon oxide film 12 by the dry etching method. In this case, the silicon oxide film 12 is flattened by the resist etch back method.
【0012】次に、図1bでは、全面にW膜を形成した
後、Arガスを用いたスパッタエッチ法によりシリコン
酸化膜12上のW膜を除去し、ビアホールの側壁にのみ
W膜13、14を残すようにする。この時、ビアホール
底部におけるWとAlの界面に存在するAlのフッ化物
も除去されるので、ビアホール抵抗が高くなることはな
い。また、この場合、W膜は、WF6及びSiH4または
H2を用いたCVD法により堆積する。W膜を堆積する
場合、密着層としてTiNやTi等の膜を用いても良
い。また、W膜のかわりに、TiWやTi膜を用いても
良い。特に、TiW膜は、スパッタ法により形成した場
合、ステップカバレジが良好なため、信頼性の高いビア
ホール構造を形成するのに有効である。Next, in FIG. 1b, after the W film is formed on the entire surface, the W film on the silicon oxide film 12 is removed by the sputter etching method using Ar gas, and the W films 13 and 14 are formed only on the sidewalls of the via holes. To leave. At this time, since the fluoride of Al existing at the interface between W and Al at the bottom of the via hole is also removed, the via hole resistance does not increase. In this case, the W film is deposited by the CVD method using WF 6 and SiH 4 or H 2 . When depositing the W film, a film of TiN, Ti, or the like may be used as the adhesion layer. Further, TiW or Ti film may be used instead of the W film. In particular, when the TiW film is formed by the sputtering method, it has good step coverage and is therefore effective in forming a highly reliable via hole structure.
【0013】次に、図1cでは、全面に第2層Al配線
15を形成し、ビアホール20にAl膜15を埋め込
む。第2層Al配線15の材料としては、Siを1%、
Cuを0.5%含有したAl合金を用い、形成方法として
は、基板温度を400〜500℃に設定したスパッタリング法
を用いると完全な埋め込みが達成される。第2層Al配
線15の構造は、上部や下部にTi、TiN、TiW、
TiSi2、WSi2、Mo、MoSi2等の膜を形成し
た構造でもよい。Next, in FIG. 1c, the second layer Al wiring 15 is formed on the entire surface, and the Al film 15 is embedded in the via hole 20. The material of the second layer Al wiring 15 is 1% of Si,
Complete filling can be achieved by using an Al alloy containing 0.5% Cu and using a sputtering method in which the substrate temperature is set to 400 to 500 ° C. The structure of the second layer Al wiring 15 includes Ti, TiN, TiW
A structure in which a film of TiSi 2 , WSi 2 , Mo, MoSi 2 or the like is formed may be used.
【0014】以上のように本実施例の半導体装置及びそ
の製造方法を用いれば、W膜が介在することなく、第1
層Al配線10と第2層Al配線15を接続することが
可能となるので、低いビアホール抵抗が得られる。ま
た、ビアホール内のAl膜をW膜との積層構造にするこ
とができるので、高い信頼性を有するビアホールを形成
することが可能となる。As described above, when the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to this embodiment are used, the first film can be formed without interposing the W film.
Since the layer Al wiring 10 and the second layer Al wiring 15 can be connected, a low via hole resistance can be obtained. In addition, since the Al film in the via hole can have a laminated structure with the W film, it is possible to form the via hole with high reliability.
【0015】尚、W膜の形成、Arスパッタエッチ、第
2層配線の形成は、真空状態を保持できる同一装置で行
なうのが望ましい。なぜならば、第2層配線の形成時、
W膜が空気にさらされて酸化されていると、Al膜のぬ
れが悪くなり、ビアホールへの完全な埋め込みが達成さ
れないからである。The formation of the W film, the Ar sputter etching, and the formation of the second layer wiring are preferably performed by the same apparatus which can maintain a vacuum state. Because, when forming the second layer wiring,
This is because if the W film is exposed to air and oxidized, the wettability of the Al film deteriorates and complete filling of the via hole cannot be achieved.
【0016】[0016]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、第1の配
線と第2の配線が直接接続されるためにビアホール抵抗
を低くすることができるので、高速動作の半導体装置を
製造することが可能となる。また、ビアホール内の第2
の配線が周囲の導電膜により補強されるので、エレクト
ロマイグレーションやストレスマイグレーションによる
断線を防止することができる。As described above, according to the present invention, since the first wiring and the second wiring are directly connected to each other, the via hole resistance can be reduced, so that a high-speed operation semiconductor device can be manufactured. Is possible. In addition, the second in the via hole
Since the wiring is reinforced by the surrounding conductive film, it is possible to prevent disconnection due to electromigration or stress migration.
【図1】本発明の実施例における工程断面図FIG. 1 is a process sectional view in an embodiment of the present invention.
【図2】従来の多層配線構造の断面図FIG. 2 is a sectional view of a conventional multilayer wiring structure.
【図3】従来の多層配線構造の断面図FIG. 3 is a sectional view of a conventional multilayer wiring structure.
8 シリコン基板 9 B及びPを含んだシリコン酸化膜 10,11 第1層Al配線 12 シリコン酸化膜 13,14 W膜 15 第2層Al配線 20 ビアホール 8 Silicon Substrate 9 Silicon Oxide Film Containing B and P 10,11 First Layer Al Wiring 12 Silicon Oxide Film 13,14 W Film 15 Second Layer Al Wiring 20 Via Hole
Claims (2)
の半導体基板上に被着した絶縁膜に設けられた接続孔の
側壁に形成された導電膜と、前記第1の配線及び導電膜
に接続されるようにして前記接続孔に埋め込まれた第2
の配線とを備えたことを特徴とする半導体装置。1. A semiconductor substrate on which a first wiring is formed, a conductive film formed on a side wall of a connection hole formed in an insulating film deposited on the semiconductor substrate, the first wiring and the conductive material. A second embedded in the connection hole so as to be connected to the membrane
And a wiring of the semiconductor device.
続孔を有する絶縁膜を設ける工程と、前記絶縁膜上に導
電膜を形成する工程と、前記導電膜をドライエッチング
法により除去し、前記接続孔の側壁部にのみ前記導電膜
を残置させる工程と、前記接続孔を介して前記第1の配
線及び導電膜と接続された第2の配線を形成する工程と
備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。2. A step of providing an insulating film having a connection hole on a semiconductor substrate having a first wiring formed thereon, a step of forming a conductive film on the insulating film, and removing the conductive film by a dry etching method. And a step of leaving the conductive film only on the side wall of the connection hole, and a step of forming a second wiring connected to the first wiring and the conductive film through the connection hole. A method of manufacturing a semiconductor device, which is characterized.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25754491A JPH05102150A (en) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | Semiconductor device and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25754491A JPH05102150A (en) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | Semiconductor device and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05102150A true JPH05102150A (en) | 1993-04-23 |
Family
ID=17307760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25754491A Pending JPH05102150A (en) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | Semiconductor device and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05102150A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07161813A (en) * | 1993-12-08 | 1995-06-23 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
-
1991
- 1991-10-04 JP JP25754491A patent/JPH05102150A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07161813A (en) * | 1993-12-08 | 1995-06-23 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
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