JPH06252269A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH06252269A
JPH06252269A JP3364993A JP3364993A JPH06252269A JP H06252269 A JPH06252269 A JP H06252269A JP 3364993 A JP3364993 A JP 3364993A JP 3364993 A JP3364993 A JP 3364993A JP H06252269 A JPH06252269 A JP H06252269A
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JP
Japan
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tungsten
wiring layer
layer
aluminum alloy
aluminum
Prior art date
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Application number
JP3364993A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Kasuya
良和 糟谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Publication of JPH06252269A publication Critical patent/JPH06252269A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve resistance to electromigration in the vicinity of an alloy wiring layer interface, by forming an alloy layer composed of aluminum and tungsten between tungsten and an aluminum alloy wiring layer. CONSTITUTION:At least tungsten is buried in a connection hole which connects a semiconductor layer or a metal wiring layer 101 with an aluminum alloy wiring layer 105 positioned above the semiconductor layer or the metal wiring layer 101. Between the tungsten 104 and the aluminum alloy wiring layer 105, an alloy layer 106 composed of at least aluminum and tungsten is formed. Since the aluminum alloy does not directly come into contact with the tungsten 104, resistance to electromigration in the vicinity of the interface between the tungsten 104 and the aluminum alloy wiring layer 105 is improved. Generation of voids in aluminum alloy or tungsten can be prevented.

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、半導体装置の接続孔部
に於ける配線構造及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wiring structure in a connection hole portion of a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体層あるいは金属配線層と、
半導体層あるいは金属配線層より上部に位置するアルミ
ニウム合金配線層とを接続する接続孔内に化学的気相蒸
着法(以下、CVD法と記す)を用いてタングステンを
埋め込んだ後、タングステンと絶縁膜上にアルミニウム
合金配線層を形成し、半導体層あるいは金属配線層とア
ルミニウム合金配線層とを接続する場合、タングステン
とアルミニウム合金配線層との間にアルミニウムとタン
グステンからなる合金層を形成させることなく、接続を
行なっていた。以下に、金属配線層とAl合金配線接続
する場合を例として例を示す。
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor layer or a metal wiring layer,
After tungsten is embedded by chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD method) in a connection hole that connects an aluminum alloy wiring layer located above a semiconductor layer or a metal wiring layer, tungsten and an insulating film When an aluminum alloy wiring layer is formed on the semiconductor layer or the metal wiring layer and the aluminum alloy wiring layer are connected to each other, without forming an alloy layer made of aluminum and tungsten between the tungsten and the aluminum alloy wiring layer, I was making a connection. Below, an example will be shown as an example in which a metal wiring layer and an Al alloy wiring are connected.

【0003】従来法による金属配線層とその上部に位置
するアルミニウム合金配線層の接続部の断面構造を図2
に示す。201は金属配線層、202は絶縁膜、203
はチタン、204はタングステン、205はアルミニウ
ム合金配線層である。まず、膜厚が0.4μmの金属配
線層上201に膜厚が1.0μmの絶縁膜202を形成
する。絶縁膜202は原料ガスとしてシランと酸素を使
用し、コールドウォールタイプの減圧CVD装置を用い
て、熱CVD法で形成した二酸化珪素である。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of a connecting portion between a metal wiring layer and an aluminum alloy wiring layer located thereabove according to a conventional method.
Shown in. 201 is a metal wiring layer, 202 is an insulating film, 203
Is titanium, 204 is tungsten, and 205 is an aluminum alloy wiring layer. First, an insulating film 202 having a thickness of 1.0 μm is formed on a metal wiring layer 201 having a thickness of 0.4 μm. The insulating film 202 is silicon dioxide formed by thermal CVD using a cold wall type low pressure CVD apparatus using silane and oxygen as source gases.

【0004】次に、絶縁膜202に金属配線層201と
絶縁膜202上に形成するアルミニウム合金配線層20
5との接続孔を開孔する。開孔方法は、ウェハー全面に
フォトレジストを塗布し、接続孔のパターンを露光転
写、現像した後、レジストをマスクとし、エッチングガ
スとして四弗化炭素と酸素を用いた反応性イオンエッチ
ング法で開孔する。なお、接続孔の直径は0.6μmで
ある。
Next, the metal wiring layer 201 is formed on the insulating film 202 and the aluminum alloy wiring layer 20 formed on the insulating film 202.
The connection hole with 5 is opened. The method of opening the holes is to apply a photoresist to the entire surface of the wafer, expose and transfer the pattern of the connecting holes, and develop it, and then use the resist as a mask and the reactive ion etching method using carbon tetrafluoride and oxygen as etching gas. Make a hole. The diameter of the connection hole is 0.6 μm.

【0005】そして、接続孔内及び絶縁膜202上全面
にマグネトロンスパッタリング法で膜厚0.1μmのチ
タン203を形成し、このチタン203上の全面に膜厚
0.4μmのタングステンを形成する。タングステン2
04は原料ガスとして六弗化タングステンと水素を使用
し、コールドウォールタイプの減圧CVD装置を用い
て、熱CVD法で形成する。なお、熱CVD法で形成す
るタングステン204は絶縁膜202である二酸化珪素
との密着性が劣悪であり、絶縁膜202上にタングステ
ン204を堆積した場合、膜剥がれを起こし易い。また
チタン203と熱CVD法で形成するタングステン20
4との密着性は良好である。そこで、タングステン20
4の膜剥がれを防止する目的で、絶縁膜202上全面に
マグネトロンスパッタリング法でチタン203を形成し
た後、このチタン203上の全面にタングステン204
を堆積する。
Then, titanium 203 having a film thickness of 0.1 μm is formed in the connection hole and on the entire surface of the insulating film 202 by a magnetron sputtering method, and tungsten having a film thickness of 0.4 μm is formed on the entire surface of the titanium 203. Tungsten 2
Reference numeral 04 is formed by a thermal CVD method using a cold wall type low pressure CVD apparatus using tungsten hexafluoride and hydrogen as source gases. Note that tungsten 204 formed by a thermal CVD method has poor adhesion to silicon dioxide which is the insulating film 202, and when tungsten 204 is deposited on the insulating film 202, film peeling easily occurs. In addition, titanium 203 and tungsten 20 formed by the thermal CVD method
Adhesion with No. 4 is good. Therefore, tungsten 20
In order to prevent the film peeling of No. 4, titanium 203 is formed on the entire surface of the insulating film 202 by magnetron sputtering, and then tungsten 204 is formed on the entire surface of the titanium 203.
Deposit.

【0006】更に、反応性イオンエッチング装置を用い
て、接続孔外に存在するタングステン及びチタンを完全
に除去する。タングステンのエッチングには六弗化硫黄
をチタンのエッチングには塩素を用い、両者の場合とも
レジスト等のマスクは用いずに、プラズマの発光強度の
変化によにりエッチングの終点を検出し、接続孔内にの
みチタン203及びタングステン204が残留するよう
にエッチングする。
Further, the reactive ion etching apparatus is used to completely remove the tungsten and titanium existing outside the contact hole. Sulfur hexafluoride is used for etching tungsten, and chlorine is used for etching titanium. In both cases, the end point of etching is detected by the change in the emission intensity of plasma and the connection is made without using a mask such as a resist. Etching is performed so that titanium 203 and tungsten 204 remain only in the holes.

【0007】最後に、タングステン204及び絶縁膜2
02上全面に膜厚0.4μmのアルミニウム合金薄膜を
マグネトロンスパッタリング法で成膜した後、ウェハー
全面にフォトレジストを塗布し、配線パターンを露光転
写、現像した後、このレジストをマスクとしてエッチン
グガスに塩素を使用して反応性イオンエッチング装置を
用いエッチングを行い、その後フォトレジストを剥離
し、アルミニウム合金配線層205を形成する。
Finally, the tungsten 204 and the insulating film 2
After forming an aluminum alloy thin film with a film thickness of 0.4 μm on the entire surface of 02 by magnetron sputtering, a photoresist is applied on the entire surface of the wafer, the wiring pattern is exposed and transferred, and developed, and the resist is used as a mask for etching gas. Etching is performed using chlorine using a reactive ion etching apparatus, and then the photoresist is peeled off to form an aluminum alloy wiring layer 205.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
技術ではアルミニウム合金とタングステンが直接接触し
ているため、アルミニウム合金からタングステンへ、あ
るいはタングステンからアルミニウム合金へ電流を流し
た場合、エレクトロマイグレーションにより、各々の原
子がアルミニウム合金とタングステンの界面を超え、他
方へ流れ込む現象が生じる。この原子の移動により、ア
ルミニウム合金あるいはタングステンにはボイドが発生
し、ついにはアルミニウム金属配線あるいはタングステ
ンを断線するという問題を有する。そこで本発明はこの
様な問題点を解決しようとするもので、その目的とする
ところは半導体層あるいは金属配線層と半導体層あるい
は金属配線層より上部に位置するアルミニウム合金配線
層とを接続する接続孔内に少なくともタングステンが充
填されているような構造をもつ半導体装置に於て、タン
グステンとアルミニウム合金配線層との界面近傍でのエ
レクトロマイグレーション耐性の優れた半導体装置及び
その製造方法を供するところにある。
However, since the aluminum alloy and tungsten are in direct contact with each other in the above-mentioned technique, when a current is passed from the aluminum alloy to the tungsten or from the tungsten to the aluminum alloy, electromigration causes A phenomenon occurs in which the atoms of A cross over the interface between the aluminum alloy and tungsten and flow into the other. Due to the movement of the atoms, a void is generated in the aluminum alloy or tungsten, and finally there is a problem that the aluminum metal wiring or the tungsten is disconnected. Therefore, the present invention is intended to solve such a problem, and its purpose is to connect a semiconductor layer or a metal wiring layer to an aluminum alloy wiring layer located above the semiconductor layer or the metal wiring layer. In a semiconductor device having a structure in which at least tungsten is filled in the hole, a semiconductor device having excellent electromigration resistance in the vicinity of an interface between tungsten and an aluminum alloy wiring layer and a method for manufacturing the same are provided. .

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体層あるいは金属配線層と該半導体層あるいは該金
属配線層より上部に位置するアルミニウム合金配線層と
を接続する接続孔内に少なくともタングステンが充填さ
れており、該タングステンと該アルミニウム合金配線層
との間に、少なくともアルミニウムとタングステンから
なる合金層が存在することを特徴とするまた、本発明の
半導体装置の製造方法は以下に示す二通りの方法のいず
れかである。第一の製造方法は半導体層あるいは金属配
線層上に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜に接続孔を
形成する工程と、該接続孔にタングステンを充填する工
程と、該タングステンと該絶縁膜上に、アルミニウム合
金配線層を形成する工程と、加熱、保持により該タング
ステンと該アルミニウム合金配線層との間にアルミニウ
ムとタングステンからなる合金層を形成する工程を含む
ことを特徴とする。第二の製造方法は半導体層あるいは
金属配線層上に絶縁膜を形成する工程と、該接続孔に接
続孔を形成する工程と、該接続孔にタングステンを充填
する工程と、該タングステンと該絶縁膜上に、加熱を行
いながらアルミニウム合金配線層を形成することによ
り、該アルミニウム合金配線層の形成と、該タングステ
ンと該アルミニウム合金配線層との間にアルミニウムと
タングステンからなる合金層の形成を同時に行う工程を
含むことを特徴とする。
The semiconductor device of the present invention comprises:
At least tungsten is filled in a connection hole that connects the semiconductor layer or the metal wiring layer and the aluminum alloy wiring layer located above the semiconductor layer or the metal wiring layer, and the tungsten and the aluminum alloy wiring layer are connected to each other. An alloy layer made of at least aluminum and tungsten is present between the two. The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is one of the following two methods. The first manufacturing method includes a step of forming an insulating film on a semiconductor layer or a metal wiring layer, a step of forming a connection hole in the insulating film, a step of filling the connection hole with tungsten, the tungsten and the insulating layer. The method is characterized by including a step of forming an aluminum alloy wiring layer on the film and a step of forming an alloy layer of aluminum and tungsten between the tungsten and the aluminum alloy wiring layer by heating and holding. A second manufacturing method is a step of forming an insulating film on a semiconductor layer or a metal wiring layer, a step of forming a connection hole in the connection hole, a step of filling the connection hole with tungsten, the tungsten and the insulation By forming the aluminum alloy wiring layer on the film while heating, the formation of the aluminum alloy wiring layer and the formation of the alloy layer of aluminum and tungsten between the tungsten and the aluminum alloy wiring layer are simultaneously performed. It is characterized by including the step of performing.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。図
1(a)〜図1(h)に金属配線層とアルミニウム合金
配線層とを接続する場合の各工程の断面図を工程順に示
す。101は金属配線層、102は層間絶縁膜、103
はチタン、104はタングステン、105はアルミニウ
ム合金配線層、106はアルミニウムとタングステンか
らなる合金層である。まず、膜厚が0.4μmの金属配
線層101上に膜厚が1.0μmの絶縁膜102を形成
する。絶縁膜102は原料ガスとしてシランと酸素を使
用し、コールドウォールタイプの減圧CVD装置を用い
て、熱CVD法で形成した二酸化珪素である(図1
(a)参照)。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below. 1A to 1H show cross-sectional views of respective steps in the case of connecting the metal wiring layer and the aluminum alloy wiring layer in the order of the steps. 101 is a metal wiring layer, 102 is an interlayer insulating film, 103
Is titanium, 104 is tungsten, 105 is an aluminum alloy wiring layer, and 106 is an alloy layer made of aluminum and tungsten. First, the insulating film 102 having a thickness of 1.0 μm is formed on the metal wiring layer 101 having a thickness of 0.4 μm. The insulating film 102 is silicon dioxide formed by a thermal CVD method using a cold wall type low pressure CVD apparatus using silane and oxygen as source gases (FIG. 1).
(See (a)).

【0011】次に、絶縁膜102に金属配線層101と
絶縁膜上に形成するアルミニウム合金配線層105との
接続孔を開孔する。開孔方法は、ウェハー全面にフォト
レジストを塗布し、接続孔のパターンを露光転写、現像
した後、レジストをマスクとし、エッチングガスとして
四弗化炭素と酸素を用いた反応性イオンエッチング法で
開孔する。なお、接続孔の直径は0.6μmである(図
1(b)参照)。
Next, a connection hole between the metal wiring layer 101 and the aluminum alloy wiring layer 105 formed on the insulating film is opened in the insulating film 102. The method of opening the holes is to apply a photoresist to the entire surface of the wafer, expose and transfer the pattern of the connecting holes, and develop it, and then use the resist as a mask and the reactive ion etching method using carbon tetrafluoride and oxygen as etching gas. Make a hole. The diameter of the connection hole is 0.6 μm (see FIG. 1 (b)).

【0012】そして、接続孔内及び絶縁膜102上全面
にマグネトロンスパッタリング法で膜厚0.1μmのチ
タン103を形成する(図1(c)参照)。
Then, a titanium film 103 having a thickness of 0.1 μm is formed in the contact hole and on the entire surface of the insulating film 102 by a magnetron sputtering method (see FIG. 1C).

【0013】次に、このチタン103上の全面に膜厚
0.4μmのタングステンを形成する。タングステン1
04は原料ガスとして六弗化タングステンと水素を使用
し、コールドウォールタイプの減圧CVD装置を用い
て、熱CVD法で形成する。なお、熱CVD法で形成す
るタングステン104は絶縁膜102である二酸化珪素
との密着性が劣悪であり、絶縁膜102上タングステン
104を堆積した場合、膜剥がれを起こし易い。またチ
タン103と熱CVD法で形成するタングステン104
との密着性は良好である。そこで、タングステン104
の膜剥がれを防止する目的で、絶縁膜102上全面にマ
グネトロンスパッタリング法でのチタン103を形成し
た後、このチタン上の全面にタングステン104を堆積
する(図1(d)参照)。
Next, a tungsten film having a thickness of 0.4 μm is formed on the entire surface of the titanium 103. Tungsten 1
Reference numeral 04 is formed by a thermal CVD method using a cold wall type low pressure CVD apparatus using tungsten hexafluoride and hydrogen as source gases. Note that tungsten 104 formed by a thermal CVD method has poor adhesion to silicon dioxide which is the insulating film 102, and thus when the tungsten 104 is deposited over the insulating film 102, film peeling easily occurs. In addition, titanium 103 and tungsten 104 formed by a thermal CVD method
Adhesion with is good. Therefore, tungsten 104
In order to prevent the film peeling, the titanium 103 is formed on the entire surface of the insulating film 102 by the magnetron sputtering method, and then the tungsten 104 is deposited on the entire surface of the titanium (see FIG. 1D).

【0014】更に、反応性イオンエッチング装置を用い
て、接続孔外に存在するタングステン及びチタンを完全
に除去する。タングステンのエッチングには六弗化硫黄
をチタンのエッチングには塩素を用い、両者の場合とも
レジスト等のマスクは用いずに、プラズマの発光強度の
変化によにりエッチングの終点を検出し、接続孔内にの
みチタン103及びタングステン104が残留するよう
にエッチングする(図1(e)参照)。
Further, the reactive ion etching apparatus is used to completely remove the tungsten and titanium existing outside the connection hole. Sulfur hexafluoride is used for etching tungsten, and chlorine is used for etching titanium. In both cases, the end point of etching is detected by the change in the emission intensity of plasma and the connection is made without using a mask such as a resist. Etching is performed so that titanium 103 and tungsten 104 remain only in the holes (see FIG. 1E).

【0015】次に、タングステン104及び絶縁膜10
3上全面に膜厚0.4μmのアルミニウム合金薄膜をマ
グネトロンスパッタリング法で成膜する。成膜時のシリ
コンウエハー基板の温度は概ね150℃から250℃で
ある(図1(f)参照)。
Next, the tungsten 104 and the insulating film 10 are formed.
An aluminum alloy thin film having a film thickness of 0.4 μm is formed on the entire surface of 3 by magnetron sputtering. The temperature of the silicon wafer substrate during film formation is approximately 150 ° C. to 250 ° C. (see FIG. 1 (f)).

【0016】次に、このウエハーを電気抵抗炉により、
一定時間加熱するこれにより、タングステン104とア
ルミニウム合金配線105との界面では相互拡散が生
じ、アルミニウムとタングステンからなる合金層106
が生成する。このアルミニウムとタングステンからなる
合金層106の組成は温度と加熱時間に依存するが、通
電時のアルミニウム原子並びにタングステン原子の移動
を抑制するには、タングステンとアルミニウムの金属間
化合物WAl12が存在することが望ましい。また、過度
に高温で長時間の加熱を行なった場合、アルミニウム並
びにタングステンの拡散距離が長くなり広範囲にわたっ
て固溶体が形成され、配線抵抗の上昇を招く。図3には
アルミミウムとタングステンからなる合金層を形成する
熱処理に於ける保持時間とWAl12層の厚さとの関係を
示す。これによると、厚さが0.1μmのWAl12を形
成するためには加熱温度が550℃の場合でも30分間
保持する必要があることが知られる。また、いずれの処
理温度に於いても保持時間が60分以上になるとWAl
12の成長速度は遅くなる。更に、アルミニウムの融点が
660℃であることを考え併せると、処理温度は450
℃から550℃、処理時間は20分から60分が適当で
ある(図1(g)参照)。
Next, this wafer is subjected to an electric resistance furnace.
By heating for a certain period of time, mutual diffusion occurs at the interface between the tungsten 104 and the aluminum alloy wiring 105, and the alloy layer 106 made of aluminum and tungsten.
Is generated. The composition of the alloy layer 106 composed of aluminum and tungsten depends on the temperature and the heating time, but in order to suppress the movement of aluminum atoms and tungsten atoms during energization, the intermetallic compound WAl 12 of tungsten and aluminum must be present. Is desirable. Further, when heating is performed at an excessively high temperature for a long time, the diffusion distance of aluminum and tungsten becomes long, a solid solution is formed over a wide range, and the wiring resistance increases. FIG. 3 shows the relationship between the holding time and the thickness of the WAl 12 layer in the heat treatment for forming the alloy layer of aluminum and tungsten. According to this, it is known that in order to form WAl 12 having a thickness of 0.1 μm, it is necessary to hold it for 30 minutes even if the heating temperature is 550 ° C. If the holding time is 60 minutes or more at any processing temperature, WAl
12 grows slower. Furthermore, considering that the melting point of aluminum is 660 ° C., the processing temperature is 450
C. to 550.degree. C., and a treatment time of 20 minutes to 60 minutes is suitable (see FIG. 1 (g)).

【0017】最後に、ウェハー全面にフォトレジストを
塗布し、配線パターンを露光転写、現像した後、このレ
ジストをマスクとしてエッチングガスに塩素を用い、反
応性イオンエッチング装置でエッチングを行い、その後
フォトレジストを剥離し、アルミニウム合金配線層20
5を形成する(図1(h)参照)。
Finally, a photoresist is applied to the entire surface of the wafer, the wiring pattern is transferred by exposure and developed, and then chlorine is used as an etching gas with this resist as a mask to perform etching with a reactive ion etching apparatus, and then the photoresist is used. The aluminum alloy wiring layer 20
5 is formed (see FIG. 1 (h)).

【0018】他の実施例としては次の様なものがある。
金属配線層上に堆積した絶縁膜に接続孔を開孔した後、
チタン、続いてタングステンを形成し、反応性イオンエ
ッチングにより接続孔外に存在するタングステン及びチ
タンを完全に除去する。次に、タングステン及び絶縁膜
上全面に膜厚0.4μmのアルミニウム合金薄膜をマグ
ネトロンスパッタリング法で成膜する。この成膜時のシ
リコンウエハー基板の温度を500℃から600℃にす
ることにより、タングステン及び絶縁膜上にアルミニウ
ム合金薄膜が堆積すると同時に、タングステンとアルミ
ニウム合金との間で相互拡散により、アルミニウムとタ
ングステンからなる合金層が生成する。最後に、レジス
トをマスクとして塩素を用い、反応性イオンエッチング
装置でエッチングを行い、アルミニウム合金配線層を形
成する。
Another embodiment is as follows.
After opening a connection hole in the insulating film deposited on the metal wiring layer,
Titanium and then tungsten are formed, and the tungsten and titanium existing outside the contact hole are completely removed by reactive ion etching. Next, an aluminum alloy thin film having a thickness of 0.4 μm is formed on the entire surface of tungsten and the insulating film by magnetron sputtering. By setting the temperature of the silicon wafer substrate during the film formation to 500 ° C. to 600 ° C., an aluminum alloy thin film is deposited on the tungsten and the insulating film, and at the same time, aluminum and tungsten are formed by mutual diffusion between tungsten and the aluminum alloy. An alloy layer consisting of is formed. Finally, using a resist as a mask and using chlorine as a mask, etching is performed by a reactive ion etching apparatus to form an aluminum alloy wiring layer.

【0019】また、加速試験によりタングステンとアル
ミニウム合金配線層との界面近傍でのエレクトロマイグ
レーション耐性比較したところ、本実施例の方法を用い
タングステンとアルミニウム合金配線層との間に0.0
2μm以上のWAl3層を形成した場合の寿命は、WA
3層が全く存在しない場合の約2倍に向上することが
知られた。
Further, when the electromigration resistance near the interface between the tungsten and the aluminum alloy wiring layer was compared by an acceleration test, it was found that 0.0 was obtained between the tungsten and the aluminum alloy wiring layer using the method of this embodiment.
The life when a WAl 3 layer of 2 μm or more is formed is WA
It has been known to increase about two times the case where l 3-layer does not exist at all.

【0020】なお、接続孔の下層に存在する金属配線層
に代わり、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルフ
ァスシリコン及び高融点金属シリサイドが存在する場合
も、前記実施例と同様の方法で処理が可能である。
Even when single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon or refractory metal silicide is present instead of the metal wiring layer existing under the contact hole, the same process as in the above embodiment can be performed. Is.

【0021】また、前記実施例では、熱CVD法でタン
グステンを堆積させる場合の密着層として形成したチタ
ンのうち、接続孔外に存在するチタンは、タングステン
のエッチングに引続き行なう、塩素によるエッチングに
より除去したが、タングステンをエッチング後、チタン
は残留させたままで、チタン上にアルミニウム合金を堆
積し、レジストをマスクとして塩素を用いてアルミニウ
ム合金をエッチングし、アルミニウム合金配線層形成す
る際に、アルミニウム合金のエッチングに引続きチタン
をエッチングすることも可能である。
Further, in the above-mentioned embodiment, among the titanium formed as the adhesion layer when tungsten is deposited by the thermal CVD method, titanium existing outside the connection hole is removed by etching with chlorine, which is carried out subsequent to the etching of tungsten. However, after etching the tungsten, while leaving the titanium remaining, deposit the aluminum alloy on the titanium, etch the aluminum alloy with chlorine using the resist as a mask, and form the aluminum alloy wiring layer when forming the aluminum alloy wiring layer. It is also possible to etch titanium subsequent to etching.

【0022】なお、熱CVD法でタングステンを堆積さ
せる場合の密着層としては、前記実施例で示したチタン
の他に、スパッタリング法で成膜したチタンナイトライ
ド、チタンタングステン、タングステン及びCVD法で
成膜したチタンナイトライドを単層で使用することも可
能である。加えて、スパッタリング法で成膜したチタ
ン、チタンナイトライド、チタンタングステン、タング
ステン及びCVD法で成膜したチタンナイトライドのう
ち、2種類以上を選択し、積層膜として使用することも
可能である。
As the adhesion layer in the case of depositing tungsten by the thermal CVD method, in addition to titanium shown in the above-mentioned embodiment, titanium nitride formed by the sputtering method, titanium tungsten, tungsten, and the CVD method are used. It is also possible to use the filmed titanium nitride in a single layer. In addition, it is also possible to select two or more kinds of titanium, titanium nitride, titanium tungsten, tungsten formed by the sputtering method, and titanium nitride formed by the CVD method and use them as a laminated film.

【0023】更に、前記実施例では、接続孔内及び絶縁
膜上全面にマグネトロンスパッタリング法でチタンを形
成し、このチタン上の全面にタングステンを形成した
後、タングステン及びチタンをエッチングし、接続孔内
のみにタングステン及びチタンを残留させたが、選択C
VD法を使用すれば接続孔内にのみにタングステンを形
成することが可能である。この選択CVD法を使用すれ
ば、チタン等の密着層は不要である。選択CVDを行な
うには原料ガスとしてシランと六弗化タングステンを使
用し、これらのガス流量比が概ね1:1になり、更に、
圧力が1torr以下、温度が200℃から350℃の
範囲で成膜を行なう必要がある。
Further, in the above-described embodiment, titanium is formed by magnetron sputtering in the connection hole and on the entire surface of the insulating film, and tungsten is formed on the entire surface of this titanium. Then, tungsten and titanium are etched to form the inside of the connection hole. Only tungsten and titanium remained, but the selection C
By using the VD method, it is possible to form tungsten only in the connection hole. If this selective CVD method is used, an adhesion layer such as titanium is unnecessary. To perform selective CVD, silane and tungsten hexafluoride are used as source gases, and the flow rate ratio of these gases is approximately 1: 1.
It is necessary to form a film at a pressure of 1 torr or less and a temperature of 200 ° C to 350 ° C.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、半導体層あ
るいは金属配線層と、該半導体層あるいは該金属配線層
より上部に位置するアルミニウム合金配線層とを接続す
る接続孔内に少なくともタングステンが充填されている
ような構造をもつ半導体装置に於て、該タングステンと
該アルミニウム合金配線層と間にアルミニウムとタング
ステンからなる合金層を形成することによりのタングス
テンとアルミニウム合金配線層界面近傍でのエレクトロ
マイグレーションが向上するという効果を有する。
According to the present invention described above, at least tungsten is contained in the connection hole that connects the semiconductor layer or the metal wiring layer and the aluminum alloy wiring layer located above the semiconductor layer or the metal wiring layer. In a semiconductor device having a filled structure, an electro-luminescence near the interface between tungsten and an aluminum alloy wiring layer is achieved by forming an alloy layer made of aluminum and tungsten between the tungsten and the aluminum alloy wiring layer. This has the effect of improving migration.

【0025】[0025]

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

【図1】(a)〜(h)は本発明の実施例に於ける金属
配線層とアルミニウム合金配線層との接合部の工程毎の
断面図。
1A to 1H are cross-sectional views of each step of a joining portion between a metal wiring layer and an aluminum alloy wiring layer in an embodiment of the present invention.

【図2】従来法に於ける金属配線層とアルミニウム合金
配線層との接合部の断面図。
FIG. 2 is a sectional view of a joint portion between a metal wiring layer and an aluminum alloy wiring layer in a conventional method.

【図3】アルミミウムとタングステンからなる合金層を
形成する熱処理に於ける保持時間とWAl12層の厚さと
の関係を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the holding time and the thickness of the WAl 12 layer in the heat treatment for forming the alloy layer of aluminum and tungsten.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・金属配線層 102・・・絶縁膜 103・・・チタン 104・・・タングステン 105・・・アルミニウム合金配線層 106・・・アルミニウムとタングステンからなる合金
層 201・・・金属配線層 202・・・絶縁膜 203・・・チタン 204・・・タングステン 205・・・アルミニウム合金配線層
101 ... Metal wiring layer 102 ... Insulating film 103 ... Titanium 104 ... Tungsten 105 ... Aluminum alloy wiring layer 106 ... Alloy layer made of aluminum and tungsten 201 ... Metal wiring layer 202 ... Insulating film 203 ... Titanium 204 ... Tungsten 205 ... Aluminum alloy wiring layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体層あるいは金属配線層と該半導体層
あるいは該金属配線層より上部に位置するアルミニウム
合金配線層とを接続する接続孔内に少なくともタングス
テンが充填されており、該タングステンと該アルミニウ
ム合金配線層との間に、少なくともアルミニウムとタン
グステンからなる合金層が存在することを特徴とする半
導体装置。
1. A connection hole for connecting a semiconductor layer or a metal wiring layer to an aluminum alloy wiring layer located above the semiconductor layer or the metal wiring layer is filled with at least tungsten, and the tungsten and the aluminum are provided. A semiconductor device characterized in that an alloy layer made of at least aluminum and tungsten exists between the alloy wiring layer and the alloy wiring layer.
【請求項2】半導体層あるいは金属配線層上に絶縁膜を
形成する工程と、該絶縁膜に接続孔を開孔する工程と、
該接続孔にタングステンを充填する工程と、該タングス
テンと該絶縁膜上に、アルミニウム合金配線層を形成す
る工程と、加熱、保持により該タングステンと該アルミ
ニウム合金配線層との間にアルミニウムとタングステン
からなる合金層を形成する工程を含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
2. A step of forming an insulating film on a semiconductor layer or a metal wiring layer, and a step of forming a connection hole in the insulating film,
A step of filling the connection hole with tungsten, a step of forming an aluminum alloy wiring layer on the tungsten and the insulating film, and a step of heating and holding the aluminum and tungsten between the tungsten and the aluminum alloy wiring layer. And a step of forming an alloy layer of
【請求項3】半導体層あるいは金属配線層上に絶縁膜を
形成する工程と、該絶縁膜に接続孔を開孔する工程と、
該接続孔にタングステンを充填する工程と、該タングス
テンと該絶縁膜上に、加熱を行いながらアルミニウム合
金配線層を形成することにより、該アルミニウム合金配
線層の形成と、該タングステンと該アルミニウム合金配
線層との間にアルミニウムとタングステンからなる合金
層の形成とを同時に行う工程を含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
3. A step of forming an insulating film on a semiconductor layer or a metal wiring layer, and a step of forming a connection hole in the insulating film,
Forming the aluminum alloy wiring layer by filling the connection hole with tungsten and forming an aluminum alloy wiring layer on the tungsten and the insulating film while heating the tungsten and the aluminum alloy wiring. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of simultaneously forming an alloy layer made of aluminum and tungsten between the layer and the layer.
【請求項4】加熱温度を450℃から550℃、保持時
間を20分から60分とするところの該請求項2記載の
半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the heating temperature is 450 ° C. to 550 ° C. and the holding time is 20 minutes to 60 minutes.
【請求項5】加熱温度を500℃から600℃とすると
ころの該請求項3記載の半導体装置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the heating temperature is 500 ° C. to 600 ° C.
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