JPH06310508A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device

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JPH06310508A
JPH06310508A JP9908693A JP9908693A JPH06310508A JP H06310508 A JPH06310508 A JP H06310508A JP 9908693 A JP9908693 A JP 9908693A JP 9908693 A JP9908693 A JP 9908693A JP H06310508 A JPH06310508 A JP H06310508A
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JP
Japan
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alloy
temperature
wiring
copper
semiconductor device
Prior art date
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Application number
JP9908693A
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Japanese (ja)
Inventor
Takenao Nemoto
剛直 根本
Takeshi Aoki
武志 青木
Takeshi Nogami
毅 野上
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance a step coverage and EM resistance and SM resistance by a method wherein, after an Al alloy is vapor-deposited at a substrate temperature of a specific value or more and the Al alloy is patterned to form a wire, it is left as it is at a constant temperature at a temperature of a solution limit value or less of a metal included in the Al alloy to Al. CONSTITUTION:After an oxide film 2 is formed on a semiconductor substrate 1, a contact hole 4 is opened in a specific location of the oxide film 2. A reflow sputter method of 400 deg.C or more is executed for the semiconductor substrate 1 opening this contact hole 4 and a lower wire 3 composed of an Al-Cu alloy is formed on the entire surface. Thereafter, an interlayer insulation film 5 is formed on the lower layer wire 3 and the oxide film 2. Further, a through hole 6 is opened in the interlayer insulation film 5 and the reflow sputter method of 400 deg.C or more is executed for the substrate 1 to form an upper layer wire 7 which is electrically connected with the lower layer wire 3. Thereafter, a passivation film 8 is formed thereon and left as it is at a constant temperature. Thus, a step coverage of a wire can be enhanced.

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、半導体装置の製造方法
に係り、特に、配線のエレクトロマイグレーション耐性
(以下、『EM耐性』という)及びストレスマイグレー
ション耐性(以下、『SM耐性』という)を向上する半
導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to improving the electromigration resistance (hereinafter referred to as "EM resistance") and stress migration resistance (hereinafter referred to as "SM resistance") of wiring. To a method for manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、半導体装置の微細化及び高集
積化に伴って、半導体基板との電気的な接続を行うコン
タクトホール、または、下地金属との電気的な接続を行
うスルーホール等のサイズが減少し、ステップカバレッ
ジを十分に確保する金属配線形成技術が要求されてきて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, with the miniaturization and high integration of semiconductor devices, contact holes for electrically connecting to a semiconductor substrate or through holes for electrically connecting to a base metal have been formed. There is a demand for a metal wiring forming technique that reduces the size and sufficiently secures step coverage.

【0003】この金属配線形成技術の一つとして、金属
配線材料を400℃以上の温度で蒸着したり、金属配線
材料を蒸着した後、500℃以上の温度で当該金属配線
材料を加熱することで、該金属配線材料をコンタクトホ
ールやスルーホール内に流れ込ませるリフロースパッタ
法が提案されている。また、半導体装置の微細化及び高
集積化に伴って、素子の微細化が進むと、配線の電流密
度が大きくなり、局所的な断線や抵抗の増加が生じ易く
なり、EM耐性やSM耐性が低下するという問題が生じ
る。このエレクトロマイグレーションは、金属イオンに
電子が衝突してボイドを発生させ、断線に至らしめる現
象であり、ストレスマイグレーションは、半導体装置の
製造工程中に配線に発生した応力により、該配線が断線
する現象である。
As one of the techniques for forming metal wiring, a metal wiring material is vapor-deposited at a temperature of 400 ° C. or higher, or after the metal wiring material is vapor-deposited, the metal wiring material is heated at a temperature of 500 ° C. or higher. A reflow sputtering method has been proposed in which the metal wiring material is caused to flow into a contact hole or a through hole. Further, with the miniaturization and high integration of semiconductor devices, the miniaturization of elements progresses, the current density of wiring increases, local disconnection and resistance increase easily occur, and EM resistance and SM resistance are increased. The problem of lowering occurs. This electromigration is a phenomenon in which electrons collide with metal ions to generate voids, which leads to disconnection. Stress migration is a phenomenon in which the wiring is disconnected due to stress generated in the wiring during the manufacturing process of a semiconductor device. Is.

【0004】そこで、配線のEM耐性を向上する方法の
一つとして、例えば、金属配線材料として、アルミニウ
ム(以下、『Al』という)に所望量の銅(以下、『C
u』という)を添加したAl合金(以下、『Al−Cu
合金』という)を使用する方法が紹介されている。この
Al−Cu合金からなる配線は、所望の熱処理を行うこ
とで、当該配線膜の粒界等に、Al−Cu系合金を析出
させ、これをボイドのシンクとして働かせることで、E
M耐性を向上している(例えば、特願平4−34938
2号)。
Therefore, as one of the methods for improving the EM resistance of wiring, for example, as a metal wiring material, aluminum (hereinafter referred to as "Al") and a desired amount of copper (hereinafter referred to as "C") are used.
u ”) added Al alloy (hereinafter referred to as“ Al—Cu
The method of using "alloy" is introduced. The wiring made of this Al-Cu alloy is subjected to a desired heat treatment to precipitate an Al-Cu-based alloy at the grain boundaries of the wiring film and the like, and this is used as a sink for voids.
M resistance is improved (for example, Japanese Patent Application No. 4-34938).
No. 2).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記リ
フロースパッタ法により形成された配線は、400℃以
上の温度で蒸着されたり、500℃以上の熱処理が施さ
れるため、前記Al−Cu系合金が配線金属中に固溶さ
れた状態になり、該配線の粒界等にAl−Cu系合金を
十分に析出させることが困難であるという問題があっ
た。
However, the wiring formed by the reflow sputtering method is vapor-deposited at a temperature of 400 ° C. or higher, or is heat-treated at 500 ° C. or higher. There is a problem that it becomes a solid solution in the wiring metal and it is difficult to sufficiently deposit the Al—Cu based alloy on the grain boundaries of the wiring.

【0006】また、前記リフロースパッタ法により、A
l単一金属配線を形成した場合は、該配線中に結晶欠陥
が存在し易くなるという問題があった。本発明は、この
ような従来の問題点を解決することを課題とするもので
あり、ステップカバレッジを向上すると共に、EM耐性
及びSM耐性が向上した配線を備えた半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。
Further, according to the reflow sputtering method, A
l When a single metal wiring is formed, there is a problem that crystal defects are likely to exist in the wiring. An object of the present invention is to solve such a conventional problem, and to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a wiring with improved step coverage and improved EM resistance and SM resistance. The purpose is to

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、Al合金を400℃以上の基板温度で蒸
着し、当該Al合金をパターニングして配線を形成した
後、当該Al合金に含有されている金属のAlに対する
固溶限以下の温度で恒温放置することを特徴とする半導
体装置の製造方法を提供するものである。
In order to achieve this object, according to the present invention, an Al alloy is vapor-deposited at a substrate temperature of 400 ° C. or higher, and the Al alloy is patterned to form a wiring. The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, which is characterized in that the metal contained in (1) is kept at a temperature not higher than the solid solubility limit for Al.

【0008】そして、所定量のCuと、該Cuの含有量
以下のシリコン(以下、『Si』という)とを含有した
合金を400℃以上の基板温度で蒸着し、当該合金をパ
ターニングして配線を形成した後、当該Cuの前記合金
に対する固溶限以下の温度で恒温放置することを特徴と
する半導体装置の製造方法を提供するものである。ま
た、所定量のCuを含有した合金であって、Cu以外の
金属を、後に行う恒温放置処理温度における当該合金に
対する該金属の固溶限以下の濃度で含む合金を400℃
以上の基板温度で蒸着し、当該合金をパターニングして
配線を形成した後、当該Cuの前記合金に対する固溶限
以下の温度で恒温放置することを特徴とする半導体装置
の製造方法を提供するものである。
Then, an alloy containing a predetermined amount of Cu and silicon (hereinafter referred to as "Si") having a Cu content or less is vapor-deposited at a substrate temperature of 400 ° C. or more, and the alloy is patterned to form wiring. After the formation of Cu, a method for manufacturing a semiconductor device is provided, which is characterized by incubating the Cu at a temperature not higher than a solid solution limit of the alloy. In addition, an alloy containing a predetermined amount of Cu, which contains a metal other than Cu at a concentration not higher than the solid solubility limit of the metal with respect to the alloy at a constant temperature treatment temperature to be performed later is 400 ° C.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising vapor-depositing at the above substrate temperature, patterning the alloy to form a wiring, and then incubating the Cu at a temperature not higher than a solid solution limit of the alloy. Is.

【0009】そしてまた、蒸着したAl合金に、500
℃以上の温度で熱処理を行った後、当該Al合金に含有
されている金属のAlに対する固溶限以下の温度で恒温
放置することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供
するものである。そして、所定量のCuと、該Cuの含
有量以下のSiとを含有した合金を蒸着し、当該合金に
500℃以上の温度で熱処理を行った後、当該Cuの前
記合金に対する固溶限以下の温度で恒温放置することを
特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものであ
る。
[0009] Also, the deposited Al alloy contains 500
The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises performing a heat treatment at a temperature of not less than ° C and then allowing the metal contained in the Al alloy to be kept at a temperature not higher than a solid solution limit for Al. Then, after depositing an alloy containing a predetermined amount of Cu and Si of the Cu content or less and subjecting the alloy to a heat treatment at a temperature of 500 ° C. or higher, the Cu is less than the solid solubility limit of the alloy. The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, which is characterized by incubating at a constant temperature.

【0010】さらにまた、所定量のCuを含有した合金
であって、Cu以外の金属を、後に行う恒温放置処理温
度における当該合金に対する該金属の固溶限以下の濃度
で含む合金を蒸着し、当該合金に500℃以上の温度で
熱処理を行った後、当該Cuの前記合金に対する固溶限
以下の温度で恒温放置することを特徴とする半導体装置
の製造方法を提供するものである。
Furthermore, an alloy containing a predetermined amount of Cu, which contains a metal other than Cu at a concentration not higher than the solid solution limit of the metal with respect to the alloy at the temperature of the subsequent incubating treatment, is vapor-deposited. The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises subjecting the alloy to a heat treatment at a temperature of 500 ° C. or higher, and then keeping the Cu at a temperature not higher than the solid solution limit of the alloy.

【0011】そしてさらに、前記恒温放置を300℃以
下の温度で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法
を提供するものである。
Further, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, which is characterized in that the isothermal standing is performed at a temperature of 300 ° C. or lower.

【0012】[0012]

【作用】本発明によれば、Al合金を400℃以上の基
板温度で蒸着し、当該Al合金をパターニングして配線
を形成した後、前記Al合金に含有されている金属のA
lに対する固溶限以下の温度で恒温放置するため、ステ
ップカバレッジ、EM耐性及びSM耐性が向上した配線
を形成することができる。
According to the present invention, an Al alloy is vapor-deposited at a substrate temperature of 400 ° C. or higher, and the Al alloy is patterned to form wiring.
Since it is kept at a temperature not higher than the solid solubility limit for l, the wiring having improved step coverage, EM resistance and SM resistance can be formed.

【0013】即ち、先ず、Al合金を400℃以上の基
板温度で蒸着することで、コンタクトホールやスルーホ
ール内に当該Al合金を流れ込ませて、配線のステップ
カバレッジを向上させる。その後、前記Al合金に含有
されている金属のAlに対する固溶限以下の温度で恒温
放置することで、前記400℃以上の温度での蒸着によ
り、配線中に生じた結晶欠陥を回復させたり、配線中に
固溶していたAl合金を、配線の粒界等に十分に析出さ
せることができる。従って、配線のステップカバレッ
ジ、EM耐性及びSM耐性を向上することができる。
That is, first, by depositing an Al alloy at a substrate temperature of 400 ° C. or higher, the Al alloy is caused to flow into the contact holes or through holes, and the step coverage of wiring is improved. Then, by incubating at a temperature not higher than the solid solution limit of the metal contained in the Al alloy with respect to Al, by vapor deposition at the temperature of 400 ° C. or higher, the crystal defects generated in the wiring are recovered, The Al alloy dissolved in the wiring can be sufficiently deposited at the grain boundaries of the wiring. Therefore, the step coverage, EM resistance, and SM resistance of the wiring can be improved.

【0014】そして、所定量のCuと、該Cuの含有量
以下のSiとを含有した合金を400℃以上の基板温度
で蒸着し、当該合金をパターニングして配線を形成した
後、当該Cuの前記合金に対する固溶限以下の温度で恒
温放置することで、配線の粒界等に、Cuを含有した合
金を十分に析出させることができる。また、Siの含有
量を、Cuの含有量より少なくしているため、配線中に
Siが析出して、該配線の実質的な配線幅を狭くするこ
とを抑制することができる結果、EM耐性を低下させる
ことがない。従って、配線のステップカバレッジ、EM
耐性及びSM耐性を向上することができる。
Then, an alloy containing a predetermined amount of Cu and Si of the Cu content or less is vapor-deposited at a substrate temperature of 400 ° C. or higher, and the alloy is patterned to form wiring. By incubating at a temperature not higher than the solid solubility limit for the alloy, the alloy containing Cu can be sufficiently precipitated at the grain boundaries of the wiring. Further, since the content of Si is smaller than the content of Cu, it is possible to prevent Si from being deposited in the wiring and narrowing the substantial wiring width of the wiring, resulting in EM resistance. Does not decrease. Therefore, wiring step coverage, EM
Resistance and SM resistance can be improved.

【0015】また、所定量のCuを含有した合金であっ
て、Cu以外の金属を、後に行う恒温放置処理温度にお
ける当該合金に対する該金属の固溶限以下の濃度で含む
合金を400℃以上の基板温度で蒸着し、当該合金をパ
ターニングして配線を形成した後、当該Cuの前記合金
に対する固溶限以下の温度で恒温放置することで、配線
の粒界等に、Cuを含有した合金を十分に析出させるこ
とができる。従って、配線のステップカバレッジ、EM
耐性及びSM耐性を向上することができる。
Further, an alloy containing a predetermined amount of Cu and containing a metal other than Cu at a concentration not higher than the solid solubility limit of the metal with respect to the alloy at a temperature of the subsequent incubating treatment is 400 ° C. or higher. After vapor deposition at a substrate temperature and patterning of the alloy to form wiring, the alloy containing Cu in the grain boundaries of the wiring is kept at a temperature not higher than the solid solubility limit of Cu with respect to the alloy. It can be sufficiently deposited. Therefore, wiring step coverage, EM
Resistance and SM resistance can be improved.

【0016】そしてまた、蒸着したAl合金に、500
℃以上の温度で熱処理を行った後、当該Al合金に含有
されている金属のAlに対する固溶限以下の温度で恒温
放置することで、ステップカバレッジ、EM耐性及びS
M耐性が向上した配線を形成することができる。即ち、
先ず、蒸着したAl合金に500℃以上の温度で熱処理
を行うことで、コンタクトホールやスルーホール内に当
該Al合金を流れ込ませて、配線のステップカバレッジ
を向上させる。その後、前記Al合金に含有されている
金属のAlに対する固溶限以下の温度で恒温放置するこ
とで、前記高温(500℃以上)熱処理により、配線中
に生じた結晶欠陥を回復させたり、配線中に固溶してい
たAl合金を、配線の粒界等に十分に析出させることが
できる。従って、配線のステップカバレッジ、EM耐性
及びSM耐性を向上することができる。
[0016] Also, the deposited Al alloy contains 500
After performing the heat treatment at a temperature of ℃ or more, by allowing the metal contained in the Al alloy to be kept at a temperature not higher than the solid solubility limit for Al, step coverage, EM resistance and S
Wiring with improved M resistance can be formed. That is,
First, the vapor-deposited Al alloy is heat-treated at a temperature of 500 ° C. or higher to cause the Al alloy to flow into the contact holes and the through holes to improve the step coverage of the wiring. Thereafter, by keeping the metal contained in the Al alloy at a temperature not higher than the solid solubility limit of Al in Al, the crystal defects generated in the wiring are recovered by the high temperature (500 ° C. or higher) heat treatment, or The Al alloy that has been solid-solved therein can be sufficiently precipitated at the grain boundaries of the wiring. Therefore, the step coverage, EM resistance, and SM resistance of the wiring can be improved.

【0017】また、所定量のCuと、該Cuの含有量以
下のSiとを含有した合金を蒸着し、当該合金に500
℃以上の温度で熱処理を行った後、当該Cuの前記合金
に対する固溶限以下の温度で恒温放置することで、配線
の粒界等に、Cuを含有した合金を十分に析出させるこ
とができる。また、Siの含有量を、Cuの含有量より
少なくしているため、配線中にSiが析出して、該配線
の実質的な配線幅を狭くすることを抑制することができ
る結果、EM耐性を低下させることがない。従って、配
線のステップカバレッジ、EM耐性及びSM耐性を向上
することができる。
Further, an alloy containing a predetermined amount of Cu and Si whose content is equal to or lower than the Cu content is vapor-deposited, and the alloy is deposited with 500
After the heat treatment is performed at a temperature of ℃ or more, the Cu-containing alloy can be sufficiently precipitated in the grain boundaries of the wiring by incubating the Cu at a temperature not higher than the solid solubility limit of the alloy. . Further, since the content of Si is smaller than the content of Cu, it is possible to prevent Si from being deposited in the wiring and narrowing the substantial wiring width of the wiring, resulting in EM resistance. Does not decrease. Therefore, the step coverage, EM resistance, and SM resistance of the wiring can be improved.

【0018】さらにまた、所定量のCuを含有した合金
であって、Cu以外の金属を、後に行う恒温放置処理温
度における当該合金に対する該金属の固溶限以下の濃度
で含む合金を蒸着し、当該合金に500℃以上の温度で
熱処理を行った後、当該Cuの前記合金に対する固溶限
以下の温度で恒温放置することで、配線の粒界等に、C
uを含有した合金を十分に析出させることができる。従
って、配線のステップカバレッジ、EM耐性及びSM耐
性を向上することができる。
Furthermore, an alloy containing a predetermined amount of Cu, which contains a metal other than Cu at a concentration not higher than the solid solubility limit of the metal with respect to the alloy at the temperature of the subsequent incubating, is vapor-deposited. After heat-treating the alloy at a temperature of 500 ° C. or higher, the Cu is allowed to stand at a temperature not higher than the solid solubility limit of the Cu with respect to the alloy so that C
The alloy containing u can be sufficiently precipitated. Therefore, the step coverage, EM resistance, and SM resistance of the wiring can be improved.

【0019】そしてさらに、前記恒温放置を300℃以
下の温度で行うことで、前記作用に加え、配線の粒界等
に、Al合金(Al−Cu等)をさらに効率よく析出さ
せることができる。また、前記恒温放置処理は、例え
ば、組み立て工程終了後等、該恒温放置処理が終了した
後に、再び前記固溶限以上の温度がかかる熱処理が施さ
れない時に行うことが望ましい。これは、前記恒温処理
により、析出させたAl合金(Al−Cu等)が、後の
熱処理により再び配線中に固溶してしまうことを防止す
るためである。
Further, by performing the above-mentioned constant temperature incubation at a temperature of 300 ° C. or lower, in addition to the above-mentioned action, an Al alloy (Al—Cu etc.) can be more efficiently deposited on the grain boundaries of the wiring. Further, it is desirable that the isothermal treatment is performed, for example, after completion of the assembling step, and after the isothermal treatment is completed, when the heat treatment at a temperature higher than the solid solubility limit is not performed again. This is to prevent the Al alloy (Al—Cu or the like) precipitated by the above-mentioned constant temperature treatment from becoming a solid solution again in the wiring due to the subsequent heat treatment.

【0020】[0020]

【実施例】次に、本発明に係る実施例について、図面を
参照して説明する。図1は、本発明の実施例に係る半導
体装置の製造工程の一部を示す部分断面図である。図1
(1)に示す工程では、所望の処理が行われた半導体基
板1上に酸化膜2を形成した後、当該酸化膜2の所定位
置にコンタクトホール4を開口し、この部分の半導体基
板1を露出する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the invention. Figure 1
In the step shown in (1), after the oxide film 2 is formed on the semiconductor substrate 1 which has been subjected to a desired treatment, a contact hole 4 is opened at a predetermined position of the oxide film 2 and the semiconductor substrate 1 at this portion is opened. Exposed.

【0021】次に、前記コンタクトホール4が開口され
た半導体基板1を500℃程度に加温したリフロースパ
ッタ法を行い、全面に、Al=99.5%、Cu=0.
5%の組成を備えたAl−Cu合金からなる配線膜を、
0.8μm程度の膜厚で蒸着する。このように、リフロ
ースパッタ法により配線膜を蒸着することで、前記Al
−Cu合金がコンタクトホール4内に十分に流れ込ませ
ることができるため、該配線膜のステップカバレッジを
向上することができる。
Next, the semiconductor substrate 1 having the contact holes 4 opened is subjected to a reflow sputtering method in which the temperature is raised to about 500 ° C., and Al = 99.5%, Cu = 0.
A wiring film made of an Al-Cu alloy having a composition of 5%
Deposition is performed with a film thickness of about 0.8 μm. Thus, by depositing the wiring film by the reflow sputtering method, the Al
Since the Cu alloy can sufficiently flow into the contact hole 4, the step coverage of the wiring film can be improved.

【0022】次いで、前記配線膜をパターニングし、前
記コンタクトホール4を介して、前記半導体基板1と電
気的に接続する下層配線3A及び後に形成する上層配線
と電気的に接続する下層配線3Bを形成する。その後、
前記下層配線3A及び3B上及び酸化膜2上に、層間絶
縁膜5を形成する。
Next, the wiring film is patterned to form a lower layer wiring 3A electrically connected to the semiconductor substrate 1 and a lower layer wiring 3B electrically connected to an upper layer wiring formed later through the contact hole 4. To do. afterwards,
An interlayer insulating film 5 is formed on the lower wirings 3A and 3B and the oxide film 2.

【0023】次に、図1(2)に示す工程では、図1
(1)に示す工程で得た層間絶縁膜5に、前記下層配線
3Bと電気的接続を行うためのスルーホール6を開口
し、この部分の下層配線3Bを露出させる。次いで、前
記スルーホール6が開口された半導体基板1を500℃
程度に加温したリフロースパッタ法を行い、全面に、A
l=99.5%、Cu=0.5%の組成を備えたAl−
Cu合金からなる配線膜を、0.8μm程度の膜厚で蒸
着する。このように、リフロースパッタ法により配線膜
を蒸着することで、前記Al−Cu合金がスルーホール
6内に十分に流れ込ませることができるため、該配線膜
のステップカバレッジを向上することができる。
Next, in the step shown in FIG.
A through hole 6 for electrically connecting with the lower layer wiring 3B is opened in the interlayer insulating film 5 obtained in the step (1), and the lower layer wiring 3B in this portion is exposed. Then, the semiconductor substrate 1 having the through holes 6 is opened at 500 ° C.
Perform reflow sputtering with moderate heating, and
Al-with a composition of l = 99.5%, Cu = 0.5%
A wiring film made of a Cu alloy is vapor-deposited with a film thickness of about 0.8 μm. As described above, by vapor-depositing the wiring film by the reflow sputtering method, the Al—Cu alloy can be made to sufficiently flow into the through hole 6, so that the step coverage of the wiring film can be improved.

【0024】次に、この配線膜をパターニングし、前記
スルーホール6を介して、前記下層配線3Bと電気的に
接続する上層配線7を形成する。次いで、前記上層配線
7上及び層間絶縁膜5上に、パッシベーション膜8を形
成する。その後、前記パッシンベーション膜8が形成さ
れた半導体基板1を、250℃で10時間、恒温放置す
る。この恒温放置により、下層配線3A及び3B、及び
上層配線7の粒界等に、Al−Cu系合金を十分に析出
させることができる。
Next, this wiring film is patterned to form the upper layer wiring 7 electrically connected to the lower layer wiring 3B through the through hole 6. Then, a passivation film 8 is formed on the upper wiring 7 and the interlayer insulating film 5. After that, the semiconductor substrate 1 on which the passivation film 8 is formed is left at a constant temperature of 250 ° C. for 10 hours. By this constant temperature standing, the Al—Cu based alloy can be sufficiently deposited on the grain boundaries of the lower layer wirings 3A and 3B and the upper layer wiring 7.

【0025】なお、本実施例では、配線材料として、A
l=99.5%、Cu=0.5%の組成を備えたAl−
Cu合金を使用したが、これに限らず、Al−Cu合金
の各成分の組成比は、所望により決定してよい。また、
本実施例では、配線材料として、Al−Cu合金を使用
したが、これに限らず、Al−Sc合金、Al−Pd合
金、Al−Hf合金等、他のAl合金を使用してもよ
い。そしてこの場合は、前記Al合金に含有されている
金属のAlに対する固溶限以下の温度で恒温放置を行え
ばよい。
In this embodiment, the wiring material is A
Al-with a composition of l = 99.5%, Cu = 0.5%
Although the Cu alloy is used, the composition ratio of each component of the Al-Cu alloy is not limited to this, and may be determined as desired. Also,
Although the Al—Cu alloy is used as the wiring material in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and other Al alloys such as an Al—Sc alloy, an Al—Pd alloy, and an Al—Hf alloy may be used. In this case, the temperature of the metal contained in the Al alloy may be kept at a temperature not higher than the solid solubility limit for Al.

【0026】またさらに、配線材料としては、所定量の
Cuと、該Cuの含有量以下のSiとを含有した合金を
使用してもよく、また、所定量のCuを含有した合金で
あって、Cu以外の金属を、後に行う恒温放置処理温度
における当該合金に対する該金属の固溶限以下の濃度で
含む合金を使用してもよい。そして、この場合は、前記
Cuの当該合金に対する固溶限以下の温度で恒温放置す
ればよい。
Further, as the wiring material, an alloy containing a predetermined amount of Cu and Si whose content is equal to or less than the Cu content may be used, and an alloy containing a predetermined amount of Cu may be used. An alloy containing a metal other than Cu at a concentration not higher than the solid solution limit of the metal with respect to the alloy at the isothermal treatment temperature to be performed later may be used. In this case, the Cu may be allowed to stand at a temperature not higher than the solid solution limit of the alloy.

【0027】そして、本実施例では、半導体基板1を5
00℃で加熱したリフロースパッタ法により、配線膜を
蒸着しが、これに限らず、半導体基板1の加熱温度は、
400℃以上であればよい。また、配線膜を蒸着した
後、500℃以上の温度で熱処理を行ってもよい。次
に、配線材料として、Al単独、Al=95.5%、C
u=0.5%の組成を備えたAl−Cu合金、Al=9
7%、Cu=2%、Si=1%の組成を備えたAl−C
u−Si合金を使用し、本実施例と同様の方法で配線を
形成したサンプルと、同配線材料を使用し、本実施例と
同様の方法で配線を形成した後、前記恒温放置を行わな
いサンプルを製造し、両者のEM耐性を以下に示す条件
で評価した。 (EM耐性試験) 環境温度 200℃ 電流密度 5×105 A/cm2 評価方法 恒温放置を行わないサンプルの50%が
断線するまでの時間/恒温放置を行ったサンプルの50
%が断線するまでの時間 この結果を表1に示す。
Then, in this embodiment, the semiconductor substrate 1 is made of 5
The wiring film is vapor-deposited by the reflow sputtering method heated at 00 ° C., but the heating temperature of the semiconductor substrate 1 is not limited to this.
It may be 400 ° C. or higher. Further, after the wiring film is deposited, heat treatment may be performed at a temperature of 500 ° C. or higher. Next, as the wiring material, Al alone, Al = 95.5%, C
Al-Cu alloy with composition of u = 0.5%, Al = 9
Al-C with composition of 7%, Cu = 2%, Si = 1%
A sample in which wiring is formed in the same manner as in this embodiment using a u-Si alloy, and wiring is formed in the same manner as in this embodiment using the same wiring material, and then the incubating is not performed. Samples were manufactured and the EM resistance of both was evaluated under the conditions shown below. (EM resistance test) Environmental temperature 200 ° C. Current density 5 × 10 5 A / cm 2 Evaluation method Time until 50% of the sample that was not incubated for a period of time was broken / 50 of the sample that was incubated for a period of time
Time until disconnection of% This result is shown in Table 1.

【0028】次に、前記と同様の配線材料を使用し、基
板温度を200℃としたスパッタ法により配線を形成し
た後、本実施例と同様の恒温放置を行ったサンプルと、
前記と同様の配線材料を使用し、基板温度を200℃と
した通常のスパッタ法により配線を形成した後、前記恒
温放置を行わないサンプルを製造し、両者のEM耐性を
前記と同様の条件で評価した。この結果を表1に示す。
Next, using a wiring material similar to that described above, a wiring was formed by a sputtering method at a substrate temperature of 200 ° C., and then the sample was subjected to the same incubation as in the present embodiment,
After the wiring was formed by the usual sputtering method using the same wiring material as the above and the substrate temperature was 200 ° C., a sample without the above-mentioned constant temperature incubation was manufactured, and the EM resistance of both was set under the same conditions as above. evaluated. The results are shown in Table 1.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】表1から、リフロースパッタ法で形成した
サンプルは、通常のスパッタ法で形成したサンプルと比
較して、恒温放置によりEM耐性の向上が顕著であるこ
とが判る。これは、リフロースパッタ法は、高温で配線
膜を蒸着するため、通常のスパッタ法で蒸着した配線膜
より結晶欠陥の数が多くなったり、Al−Cu系合金の
析出が少ない状態となっているためである。即ち、前記
恒温放置による結晶欠陥の回復効果やAl−Cu系合金
の析出効果が顕著に現れたためである。
From Table 1, it can be seen that the sample formed by the reflow sputtering method is significantly improved in EM resistance by being left at a constant temperature as compared with the sample formed by the normal sputtering method. This is because the reflow sputtering method deposits a wiring film at a high temperature, so that the number of crystal defects is larger than that of a wiring film deposited by a normal sputtering method and the precipitation of Al-Cu alloy is less. This is because. That is, the effect of recovering the crystal defects and the effect of precipitating the Al—Cu based alloy by the above-mentioned standing at a constant temperature were remarkably exhibited.

【0031】次に、前記と同様の配線材料を使用し、基
板温度を200℃とした通常スパッタ法により配線を蒸
着し、500℃の熱処理を行った後、250℃で10時
間、恒温放置したサンプルと、前記500℃の熱処理
後、当該恒温放置を行わないサンプルを製造し、両者の
EM耐性を前記と同様の条件で評価した。この結果を表
2に示す。
Next, using the same wiring material as described above, wiring was vapor-deposited by a normal sputtering method at a substrate temperature of 200 ° C., heat treated at 500 ° C., and then kept at 250 ° C. for 10 hours. After the heat treatment at 500 ° C. and the sample, the sample without the incubating was manufactured, and the EM resistance of both was evaluated under the same conditions as described above. The results are shown in Table 2.

【0032】次に、前記と同様の配線材料を使用し、基
板温度を200℃とした通常スパッタ法により配線を蒸
着した後、500℃の熱処理を行わずに、250℃で1
0時間、恒温放置したサンプルと、基板温度を200℃
とした通常スパッタ法により配線を蒸着した後、500
℃の熱処理及び恒温放置を行わないサンプルを製造し、
両者のEM耐性を前記と同様の条件で評価した。この結
果を表2に示す。
Next, after using the same wiring material as described above and depositing the wiring by the usual sputtering method with the substrate temperature of 200 ° C., the heat treatment at 500 ° C. is not performed and the temperature is set to 1 ° C. at 250 ° C.
Samples that have been allowed to incubate for 0 hours and the substrate temperature at 200 ° C
After depositing the wiring by the normal sputtering method,
Manufacture samples without heat treatment at ℃ and constant temperature,
Both EM resistances were evaluated under the same conditions as above. The results are shown in Table 2.

【0033】[0033]

【表2】 [Table 2]

【0034】表2から、500℃の熱処理を行ったサン
プルは、行わなかったサンプルと比較して、恒温放置に
よりEM耐性の向上が顕著であることが判る。以上よ
り、本発明に係る半導体装置の製造方法により形成した
配線は、ステップカバレッジ及びEM耐性が向上するこ
とが立証された。
It can be seen from Table 2 that the sample which has been heat-treated at 500 ° C. has a remarkable improvement in EM resistance by being left at a constant temperature as compared with the sample which has not been heat-treated. From the above, it was proved that the wiring formed by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention has improved step coverage and EM resistance.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体装置の製造方法は、Al合金を400℃以上の基板温
度で蒸着し、当該Al合金をパターニングして配線を形
成した後、前記Al合金に含有されている金属のAlに
対する固溶限以下の温度で恒温放置するため、Al合金
を400℃以上の基板温度で蒸着することで、コンタク
トホールやスルーホール内に当該Al合金を流れ込ませ
て、配線のステップカバレッジを向上させることができ
ると共に、配線中に生じた結晶欠陥を回復させたり、配
線中に固溶していたAl合金を、配線の粒界等に十分に
析出させることができる。この結果、配線のステップカ
バレッジ、EM耐性及びSM耐性を向上することができ
る。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an Al alloy is vapor-deposited at a substrate temperature of 400 ° C. or higher, the Al alloy is patterned to form a wiring, and then the Al is formed. Since the metal contained in the alloy is left to incubate at a temperature below the solid solubility limit for Al, the Al alloy is vapor-deposited at a substrate temperature of 400 ° C. or higher to cause the Al alloy to flow into the contact holes and through holes. As a result, the step coverage of the wiring can be improved, the crystal defects generated in the wiring can be recovered, and the Al alloy dissolved in the wiring can be sufficiently precipitated at the grain boundaries of the wiring. it can. As a result, it is possible to improve the step coverage of wiring, the EM resistance, and the SM resistance.

【0036】そして、所定量のCuと、該Cuの含有量
以下のSiとを含有した合金を使用した場合にも前記と
同様の効果を得ることができる。また、所定量のCuを
含有した合金であって、Cu以外の金属を、後に行う恒
温放置処理温度における当該合金に対する該金属の固溶
限以下の濃度で含む合金を使用した場合にも前記と同様
の効果を得ることができる。
The same effect as described above can be obtained when an alloy containing a predetermined amount of Cu and Si having a Cu content less than that is used. Also, when an alloy containing a predetermined amount of Cu and containing a metal other than Cu at a concentration not higher than the solid solubility limit of the metal with respect to the alloy at the isothermal treatment temperature to be performed later is used, The same effect can be obtained.

【0037】そしてまた、蒸着したAl合金に、500
℃以上の温度で熱処理を行った後、当該Al合金に含有
されている金属のAlに対する固溶限以下の温度で恒温
放置することで、コンタクトホールやスルーホール内に
当該Al合金を流れ込ませて、配線のステップカバレッ
ジを向上させることができると共に、配線中に生じた結
晶欠陥を回復させたり、配線中に固溶していたAl合金
を、配線の粒界等に十分に析出させることができる。こ
の結果、配線のステップカバレッジ、EM耐性及びSM
耐性を向上することができる。
Further, the deposited Al alloy is coated with 500
After heat treatment at a temperature of ℃ or more, by allowing the metal contained in the Al alloy to be kept at a temperature not higher than the solid solubility limit for Al, the Al alloy is allowed to flow into the contact holes and through holes. The step coverage of the wiring can be improved, the crystal defects generated in the wiring can be recovered, and the Al alloy dissolved in the wiring can be sufficiently precipitated at the grain boundaries of the wiring. . As a result, wiring step coverage, EM resistance and SM
Resistance can be improved.

【0038】また、所定量のCuと、該Cuの含有量以
下のSiとを含有した合金を使用した場合にも前記と同
様の効果を得ることができる。さらにまた、所定量のC
uを含有した合金であって、Cu以外の金属を、後に行
う恒温放置処理温度における当該合金に対する該金属の
固溶限以下の濃度で含む合金を使用した場合にも前記と
同様の効果を得ることができる。
The same effect as described above can be obtained when an alloy containing a predetermined amount of Cu and Si having a Cu content not more than the above is used. Furthermore, a certain amount of C
The same effect as described above is obtained when an alloy containing u, which contains a metal other than Cu at a concentration not higher than the solid solubility limit of the metal with respect to the alloy at the temperature of the subsequent incubation treatment is used. be able to.

【0039】そしてさらに、前記恒温放置を300℃以
下の温度で行うことで、前記効果に加え、配線の粒界等
に、Al合金(Al−Cu等)をさらに効率よく析出さ
せることができる。
Further, by performing the above-mentioned constant temperature incubation at a temperature of 300 ° C. or lower, in addition to the above effects, Al alloy (Al—Cu etc.) can be more efficiently deposited at the grain boundaries of the wiring.

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

【図1】本発明の一実施例にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a part of a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体装置 2 酸化膜 3 下層配線 4 コンタクトホール 5 層間絶縁膜 6 スルーホール 7 上層配線 8 パッシベーション膜 1 Semiconductor Device 2 Oxide Film 3 Lower Layer Wiring 4 Contact Hole 5 Interlayer Insulation Film 6 Through Hole 7 Upper Layer Wiring 8 Passivation Film

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルミニウム合金を400℃以上の基板
温度で蒸着し、当該アルミニウム合金をパターニングし
て配線を形成した後、当該アルミニウム合金に含有され
ている金属のアルミニウムに対する固溶限以下の温度で
恒温放置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. An aluminum alloy is vapor-deposited at a substrate temperature of 400 ° C. or higher, the aluminum alloy is patterned to form wiring, and the temperature of the metal contained in the aluminum alloy is lower than the solid solubility limit for aluminum. A method of manufacturing a semiconductor device, which is characterized by allowing to stand at a constant temperature.
【請求項2】 所定量の銅と、該銅の含有量以下のシリ
コンとを含有した合金を400℃以上の基板温度で蒸着
し、当該合金をパターニングして配線を形成した後、当
該銅の前記合金に対する固溶限以下の温度で恒温放置す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. An alloy containing a predetermined amount of copper and silicon having a content not higher than the copper content is vapor-deposited at a substrate temperature of 400 ° C. or higher, and the alloy is patterned to form wiring. A method for manufacturing a semiconductor device, which is characterized by incubating at a temperature equal to or lower than a solid solubility limit for the alloy.
【請求項3】 所定量の銅を含有した合金であって、銅
以外の金属を、後に行う恒温放置処理温度における当該
合金に対する該金属の固溶限以下の濃度で含む合金を4
00℃以上の基板温度で蒸着し、当該合金をパターニン
グして配線を形成した後、当該銅の前記合金に対する固
溶限以下の温度で恒温放置することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
3. An alloy containing a predetermined amount of copper, the alloy containing a metal other than copper at a concentration not higher than the solid solubility limit of the metal with respect to the alloy at a temperature of a subsequent incubating treatment.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising vapor-depositing at a substrate temperature of 00 ° C. or higher, patterning the alloy to form wiring, and then keeping the copper at a temperature not higher than a solid solution limit of the alloy.
【請求項4】 蒸着したアルミニウム合金に、500℃
以上の温度で熱処理を行った後、当該アルミニウム合金
に含有されている金属のアルミニウムに対する固溶限以
下の温度で恒温放置することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
4. The vapor-deposited aluminum alloy has a temperature of 500 ° C.
After the heat treatment is performed at the above temperature, the method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the metal contained in the aluminum alloy is allowed to stand at a temperature not higher than a solid solution limit for aluminum.
【請求項5】 所定量の銅と、該銅の含有量以下のシリ
コンとを含有した合金を蒸着し、当該合金に500℃以
上の温度で熱処理を行った後、当該銅の前記合金に対す
る固溶限以下の温度で恒温放置することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
5. An alloy containing a predetermined amount of copper and silicon having a content of copper or less is vapor-deposited, the alloy is heat-treated at a temperature of 500 ° C. or more, and then the copper is solidified with respect to the alloy. A method for manufacturing a semiconductor device, which is characterized by incubating at a temperature below the melting limit.
【請求項6】 所定量の銅を含有した合金であって、銅
以外の金属を、後に行う恒温放置処理温度における当該
合金に対する該金属の固溶限以下の濃度で含む合金を蒸
着し、当該合金に500℃以上の温度で熱処理を行った
後、当該銅の前記合金に対する固溶限以下の温度で恒温
放置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. An alloy containing a predetermined amount of copper, which comprises depositing a metal other than copper at a concentration not higher than the solid solubility limit of the metal with respect to the alloy at a temperature of the subsequent incubation treatment, A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises subjecting an alloy to a heat treatment at a temperature of 500 ° C. or higher and then keeping the copper at a temperature not higher than a solid solution limit of the alloy.
【請求項7】 前記恒温放置を300℃以下の温度で行
うことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか
一項に記載の半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the isothermal standing is performed at a temperature of 300 ° C. or lower.
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