JPH0521434A - Pattern formation method of semiconductor device - Google Patents

Pattern formation method of semiconductor device

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JPH0521434A
JPH0521434A JP17669891A JP17669891A JPH0521434A JP H0521434 A JPH0521434 A JP H0521434A JP 17669891 A JP17669891 A JP 17669891A JP 17669891 A JP17669891 A JP 17669891A JP H0521434 A JPH0521434 A JP H0521434A
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JP
Japan
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film
aluminum
cvd
semiconductor device
wiring
Prior art date
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Pending
Application number
JP17669891A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Sekiguchi
満 関口
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To increase the reliability of an interconnection by a method wherein a film is formed of a specific metal element on a CVD-Al film in such a way that the element is set at a specific composition ratio to the CVD-Al film in terms of its weight ratio. CONSTITUTION:A LOCOS oxide film 2 and an interlayer insulating film 3 are formed on an Si semiconductor substrate 1; a CVD-Al film 4 is formed on them; an Si film 5 is formed on it by a sputtering method in such a way that it is set at 0.8% to the CVD-Al film in terms of its weight ratio. Then, the Si film 5 is coated with a resist film 6; an exposure operation is execute by exposure light 8 through a mask 7; the CVD-Al film 4 and the Si film 5 are etched by using the patterned resist film 6 as a mask; the resist film 6 is removed; an Al interconnection is formed. Then, when a heat treatment is executed at 500 deg.C, an Al-0.8% Si interconnection 9 is formed. Thereby, it is possible to prevent a bonded part from being spiked, and the interconnection whose reliability against an electromigration is high, can be formed.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置とそのパター
ン形成方法に関し、特に半導体集積回路の配線技術に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a pattern forming method thereof, and more particularly to a wiring technique for a semiconductor integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】Si基板を用いた半導体装置の配線は、
マイグレーションを低減するためにCu,Ti,Pd等
の元素、熱処理時の接合のスパイクを防ぐためにSiが
添加された低抵抗なアルミニウム合金配線が一般に用い
られている。現在、配線にもちいられるアルミニウム合
金膜は、主にスパッタ蒸着法により形成されている。こ
れは、Si,Cu,Ti,Pd等の元素が添加されたア
ルミニウム合金ターゲットをつくることが比較的容易で
あり、マイグレーションを低減したり、熱処理時の接合
のスパイクを防ぐためのSi,Cu,Ti,Pd等の元
素が添加されたアルミニウム合金膜を簡単に成膜するこ
とができるためである。
2. Description of the Related Art The wiring of a semiconductor device using a Si substrate is
A low resistance aluminum alloy wiring to which elements such as Cu, Ti, and Pd are added to reduce migration and Si is added to prevent junction spikes during heat treatment is generally used. At present, the aluminum alloy film used for wiring is mainly formed by the sputter deposition method. This is because it is relatively easy to make an aluminum alloy target to which elements such as Si, Cu, Ti, and Pd are added, and Si, Cu, for reducing migration and preventing spiking of bonding during heat treatment, This is because it is possible to easily form an aluminum alloy film to which an element such as Ti or Pd is added.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらスパッタ
蒸着法では、半導体装置の微細化がすすむにつれ、段差
部でのアルミニウム合金膜のカバレッジが悪く、プロセ
ス、信頼性上の問題となっている。これに対し、近年新
しく開発された一方法として、アルミニウムの化学的気
相成長法(以下「CVC−Al法」と称す。)がある。
これはCVD法を用いるため、段差部でのアルミニウム
膜のカバレッジはよいが、適当なソースガスがないた
め、マイグレーションを低減するため、ないしは熱処理
時の接合のスパイクを防ぐためSi,Cu,Ti,Pd
等の元素を添加することができないという問題点を有し
ている。
However, in the sputter deposition method, as the miniaturization of the semiconductor device progresses, the coverage of the aluminum alloy film at the step portion is poor, which is a problem in terms of process and reliability. On the other hand, as a newly developed method in recent years, there is a chemical vapor deposition method of aluminum (hereinafter referred to as “CVC-Al method”).
Since this method uses the CVD method, the coverage of the aluminum film at the step portion is good, but since there is no suitable source gas, Si, Cu, Ti, Pd
However, there is a problem that it is impossible to add elements such as.

【0004】本発明は上記問題点に鑑み、CVD−Al
法で成膜したAl膜にマイグレーションを低減するた
め、ないしは熱処理時の接合のスパイクを防ぐためのS
i,Cu,Ti,Pd等の元素を添加し、かつフォトリ
ソグラフィ法適用時の露光波長でのアルミニウム膜の反
射率を下げ、下地段差がある場合でも、その反射光によ
り配線のレジストパターンが断線する確率の少ない、エ
レクトロマイグレーション、ストレスマイグレーション
に対する信頼性の高い配線を持つ半導体装置のパターン
形成方法を提供するものである。
In view of the above problems, the present invention is a CVD-Al.
S for reducing migration in the Al film formed by the method or for preventing spiking of the junction during heat treatment.
Even if an element such as i, Cu, Ti, or Pd is added, and the reflectance of the aluminum film at the exposure wavelength when the photolithography method is applied is lowered, and even if there is a step on the underlying layer, the reflected light causes the wiring resist pattern to break Provided is a method for forming a pattern of a semiconductor device having a wiring having a high reliability against electromigration and stress migration, which has a low probability of occurrence.

【0005】[0005]

【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のパターン形成方法は、マイグ
レーションを低減する元素が添加されたアルミニウム配
線を備えた半導体装置の製造方法において、半導体装置
全面に、アルミニウム膜を形成した後、該アルミニウム
膜上にマイグレーションを低減するためないしは熱処理
時の接合のスパイクを防ぐための元素を前記アルミニウ
ム膜に対して、重量比で数%以下になるように成膜する
工程と、フォトリソグラフィ法により全記マイグレーシ
ョンを低減する元素の膜と前記アルミニウム膜を同時に
所定の形状にエッチングしアルミニウム配線を形成する
工程と、その後熱処理により、前記マイグレーションを
低減するためないしは熱処理時の接合のスパイクを防ぐ
ための元素を前記アルミニウム膜に拡散し、アルミニウ
ム合金配線を形成する工程を備えたものである。
In order to solve the above problems, a method for forming a pattern of a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device provided with aluminum wiring to which an element for reducing migration is added. After forming an aluminum film on the entire surface of the device, an element for reducing migration on the aluminum film or for preventing a junction spike during heat treatment is contained in an amount of several% or less by weight ratio with respect to the aluminum film. In order to reduce the migration by a step of forming a film, a step of forming an aluminum wiring by simultaneously etching the film of the element for reducing the migration and the aluminum film into a predetermined shape by a photolithography method, and then performing a heat treatment. Or the above-mentioned elements for preventing spiking of the junction during heat treatment Diffused into aluminum film, those having a step of forming an aluminum alloy wiring.

【0006】[0006]

【作用】本発明によれば、成膜したアルミニウム膜上に
マイグレーションを低減するためないしは熱処理時の接
合のスパイクを防ぐための元素を前記アルミニウム膜に
対して、重量比で数%以下になるように成膜する。熱処
理時の接合のスパイクを防ぐためにはSi,エレクトロ
マイグレーション,ストレスマイグレーションを低減す
るためにはCu,Ti等の元素が効果があることが知ら
れており、フォトリソグラフィ法で用いられる193〜
436mmの波長において、こらら元素の反射率は純アル
ミニウムに比べて低い。
According to the present invention, the element for reducing migration on the formed aluminum film or for preventing the spike of the junction during the heat treatment is contained in the aluminum film in a weight ratio of several% or less. To form a film. Elements such as Si, electromigration, and Cu, Ti are known to be effective in reducing the junction spike during heat treatment, and are known to be effective in reducing the stress migration.
At a wavelength of 436 mm, the reflectance of these elements is lower than that of pure aluminum.

【0007】従ってフォトリソグラフィ法の適用時に下
地段差がある場合でも、その反射光により配線のレジス
トパターンが断線したり、細ったりする効果を抑制する
ことができる。
Therefore, even if there is a step difference in the underlying layer when the photolithography method is applied, the effect of breaking or thinning the resist pattern of the wiring due to the reflected light can be suppressed.

【0008】また、配線パターン形成後に、通常、結晶
欠陥の回復のため、400〜500℃の熱処理が行われ
るが、この時前記元素はCVDにより成膜された純アル
ミニウム層に拡散し、エレクトロマイグレーション,ス
トレスマイグレーションに対する信頼性の高いアルミニ
ウム合金膜を形成する。従って本発明によれば、段差部
でのカバレッジのよい、マイグレーション耐性が高く、
熱処理時の接合のスパイク、下地段差からの反射光によ
る断線のない配線を持つ、半導体装置のパターン形成方
法が得られる。
Further, after the wiring pattern is formed, a heat treatment is usually carried out at 400 to 500 ° C. for recovery of crystal defects. At this time, the element diffuses into a pure aluminum layer formed by CVD and electromigration is performed. , Form an aluminum alloy film with high reliability against stress migration. Therefore, according to the present invention, good coverage at the step portion, high migration resistance,
It is possible to obtain a method for forming a pattern of a semiconductor device, which has a wiring having no junction spike during heat treatment and no disconnection due to light reflected from the underlying step.

【0009】[0009]

【実施例】以下本発明の実施例の工程の断面図につい
て、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の第1
の実施例における工程の断面図を示すものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A cross-sectional view of steps of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the first of the present invention.
7A to 7C are cross-sectional views of steps in the example of FIG.

【0010】本発明においては、第1図aに示すように
Siからなる半導体基板1上にLOCOS酸素膜2、層
間絶縁膜3を形成した上に例えばCVD法によりCVD
−Al膜4を形成し、その上にスパッタ法によりSi膜
5をCVD−Al膜に対して重量比で0.8%になるよ
うに堆積する。ここで0.8%としたのは、配線形成後
の熱処理温度におけるアルミニウム中へのSiの溶解度
以下の量になるようにするためである。Siの場合はそ
れ以上の量を添加すると、熱処理時にSi析出の原因と
なり信頼性低下の原因となる可能性があるためである。
In the present invention, a LOCOS oxygen film 2 and an interlayer insulating film 3 are formed on a semiconductor substrate 1 made of Si as shown in FIG.
The -Al film 4 is formed, and the Si film 5 is deposited thereon by a sputtering method so as to have a weight ratio of 0.8% with respect to the CVD-Al film. Here, 0.8% is set so that the solubility of Si in aluminum is equal to or less than the solubility at the heat treatment temperature after wiring formation. This is because if Si is added in an amount larger than that, it may cause precipitation of Si during heat treatment, resulting in a decrease in reliability.

【0011】次に第1図bに示すように、Si膜5上に
フォトレジスト膜6を塗布し、フォトマスク7を通して
露光光8で露光する。この時、Si膜5はアルミニウム
膜より反射率が低いため、下地段差がある場合でも、そ
の反射光により、配線のレジストパターンが細ったり、
断線してしまうという効果を抑制することができる。
Next, as shown in FIG. 1B, a photoresist film 6 is applied on the Si film 5 and exposed through a photomask 7 with exposure light 8. At this time, since the Si film 5 has a lower reflectance than the aluminum film, even if there is a step difference in the underlying layer, the reflected light of the Si film 5 may cause the resist pattern of the wiring to become thin,
The effect of breaking the wire can be suppressed.

【0012】次に、第1図cに示すようにフォトレジス
ト膜6を現像して、パターニングされたフォトレジスト
膜6をマスクにCVD−Al膜4とSi膜5をエッチン
グし、フォトレジスト膜6を除去してアルミニウム配線
を形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, the photoresist film 6 is developed, and the CVD-Al film 4 and the Si film 5 are etched by using the patterned photoresist film 6 as a mask to etch the photoresist film 6. Are removed to form aluminum wiring.

【0013】次に第1図dに示すように、結晶欠落の回
復のため、500℃の熱処理が行う。これは一般に必要
な工程であり、本発明のために特に導入したものではな
い。この時Siは重量比で0.8%まで溶解できるの
で、Si膜5は全てCVD−Al膜4に拡散してしまい
Al−0.8%Si配線9が形成される。CVDにより
成膜された膜よりも優れている。しかしCVDにより形
成できるアルミニウムは不純物添加のない純アルミニウ
ムでありこのままでは熱処理時に半導体基板1からSi
が拡散するため、半導体装置の接合部にアルミニウムが
入りスパイクをおこす恐れがある。このようにCVD−
Al膜4上にもSiの拡散源があるため、本実施例では
熱処理時の半導体基板1からのSiの拡散を抑制し、半
導体装置の接合部のスパイクを防ぐことができる。ま
た、Siは120℃以上でエレクトロマイグレーション
を抑制する効果があるので、本実施例によれば、エレク
トロマイグレーションに対する信頼性の高い配線も得ら
れる。
Next, as shown in FIG. 1D, a heat treatment at 500 ° C. is performed to recover the crystal loss. This is generally a necessary step and not specifically introduced for the present invention. At this time, since Si can be dissolved up to 0.8% by weight, the Si film 5 is entirely diffused into the CVD-Al film 4 and the Al-0.8% Si wiring 9 is formed. It is superior to the film formed by CVD. However, the aluminum that can be formed by CVD is pure aluminum with no added impurities.
Are diffused, aluminum may enter the junction of the semiconductor device and cause a spike. Thus CVD-
Since there is a Si diffusion source also on the Al film 4, in the present embodiment, it is possible to suppress the diffusion of Si from the semiconductor substrate 1 during the heat treatment and prevent the spikes at the junction of the semiconductor device. Further, since Si has an effect of suppressing electromigration at 120 ° C. or higher, according to this embodiment, a wiring having high reliability against electromigration can be obtained.

【0014】図2は本発明の第2の実施例における工程
の断面図を示すものである。本実施例においては、第1
の実施例におけるSi膜5の代わりにCu膜10をCV
D−Al膜4にたいして、重量比で4%分堆積してい
る。他の工程は第1の実施例と全く同じである。Cu膜
10もアルミニウム膜より反射率が低いため、下地段差
がある場合でも、その反射光により、配線のレジストパ
ターンが細ったり、断線するのを防ぐことができる。本
実施例では第1図dに示すように最後にAl−4%Cu
合金配線が形成されている。Cuはエレクトロマイグレ
ーション、ストレスマイグレーションの両方を抑制する
効果があるので、本実施例によれば、エレクトロマイグ
レーション,ストレスマイグションに対する信頼性の高
い配線が得られる。
FIG. 2 is a sectional view showing the steps in the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the first
In place of the Si film 5 in the embodiment of FIG.
4% by weight of the D-Al film 4 is deposited. The other steps are exactly the same as in the first embodiment. Since the Cu film 10 also has a lower reflectance than the aluminum film, it is possible to prevent the resist pattern of the wiring from being thinned or broken due to the reflected light even when there is a step difference in the base. In the present example, as shown in FIG.
Alloy wiring is formed. Since Cu has the effect of suppressing both electromigration and stress migration, according to the present embodiment, a highly reliable wiring against electromigration and stress migration can be obtained.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、成膜した
アルミニウム膜上にマイグレーションを低減するためな
いしは熱処理時の接合のスパイクを防ぐための元素を前
記アルミニウム膜に対して、重量比で数%以下になるよ
うに成膜する。これら元素の反射率は純アルミニウムに
比べて低い。従ってフォトリソグラフィ法の適用時に下
地段差がある場合でも、その反射光により配線のレジス
トパターンが断線したり、細ったりする効果を抑制する
ことができる。また、配線パターン形成後に、通常、結
晶欠陥の回復のため、400〜500℃の熱処理が行わ
れるが、この時前記元素は成膜された純アルミニウム層
に拡散し、エレクトロマイグレーション、ストレスマイ
グレーションに対する信頼性の高いアルミニウム合金膜
を形成する。従って本発明によれば、段差部でのカバレ
ッジのよい、マイグレーション耐性が高く、熱処理時の
接合のスパイク、下地段差さらの反射光による断線のな
い配線を持つ、半導体装置のパターン形成方法が得られ
る。
As described above, according to the present invention, an element for reducing migration on the deposited aluminum film or for preventing a junction spike during heat treatment is added in a weight ratio to the aluminum film. The film is formed so as to be several percent or less. The reflectance of these elements is lower than that of pure aluminum. Therefore, even if there is a base step when the photolithography method is applied, it is possible to suppress the effect of breaking or thinning the resist pattern of the wiring due to the reflected light. In addition, after the wiring pattern is formed, a heat treatment at 400 to 500 ° C. is usually performed to recover crystal defects. At this time, the element diffuses into the deposited pure aluminum layer, and reliability against electromigration and stress migration is increased. An aluminum alloy film having high properties is formed. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a method for forming a pattern of a semiconductor device, which has good coverage at a step portion, has a high migration resistance, and has a wiring having a junction spike during heat treatment and a wiring line which is not broken due to reflected light from the underlying step. .

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

【図1】本発明の第1の実施例における工程の断面図FIG. 1 is a sectional view of a step in a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例における工程の断面図FIG. 2 is a sectional view of a process in a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 LOCOS酸化膜 3 層間絶縁膜 4 CVD−Al膜 5 Si膜 6 フォトレジスト膜 7 フォトマスク 8 露光光 9 Al−0.8%Si合金膜 10 Cu膜 11 Al−4%Cu合金配線 1 Semiconductor substrate 2 LOCOS oxide film 3 Interlayer insulation film 4 CVD-Al film 5 Si film 6 Photoresist film 7 Photomask 8 exposure light 9 Al-0.8% Si alloy film 10 Cu film 11 Al-4% Cu alloy wiring

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 いわゆるマイグレーションを低減する元
素が添加されたアルミニウム配線を備えた半導体装置の
製造方法において、半導体装置全面に形成したアルミニ
ウム膜上にマイグレーションを低減するためないしは熱
処理時の接合のスパイクを防ぐための元素を前記アルミ
ニウム膜に対して重量比で数パーセントの量になるよう
に成膜する工程と、フォトリソグラフィにより前記マイ
グレーションを低減する元素の膜と前記アルミニウム膜
の双方を所定の形状にエッチングしアルミニウム配線を
形成する工程と、その後熱処理により前記マイグレーシ
ョンを低減するためないしは熱処理時の接合のスパイク
を防ぐための元素を前記アルミニウム膜に拡散し、アル
ミニウム合金配線を形成する工程とを備えたことを特徴
とする半導体装置のパターン形成方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device having an aluminum wiring to which a so-called migration-reducing element is added. A step of forming an element for preventing the aluminum film so that the weight ratio thereof is several percent with respect to the aluminum film, and forming both the aluminum film and the element film for reducing the migration by photolithography into predetermined shapes. The method includes a step of forming an aluminum wiring by etching, and then a step of forming an aluminum alloy wiring by diffusing into the aluminum film an element for reducing the migration by heat treatment or for preventing a junction spike during the heat treatment. Of the semiconductor device characterized in that Pattern formation method.
【請求項2】 前記請求項1において、化学的気相成長
法(以下「CVD」と称す。)によりアルミニウム膜を
形成したことを特徴とする半導体装置のパターン形成方
法。
2. The pattern forming method for a semiconductor device according to claim 1, wherein the aluminum film is formed by a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as “CVD”).
【請求項3】 前記請求項1において、マイグレーショ
ンを低減するためないしは熱処理時の接合のスパイクを
防ぐための元素がSi,Su,Ti,Pd等であること
を特徴とする半導体装置のパターン形成方法。
3. The method for forming a pattern of a semiconductor device according to claim 1, wherein the element for reducing migration or for preventing junction spikes during heat treatment is Si, Su, Ti, Pd or the like. .
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