JPH06349833A - Aluminum wiring in semiconductor device - Google Patents

Aluminum wiring in semiconductor device

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JPH06349833A
JPH06349833A JP15632293A JP15632293A JPH06349833A JP H06349833 A JPH06349833 A JP H06349833A JP 15632293 A JP15632293 A JP 15632293A JP 15632293 A JP15632293 A JP 15632293A JP H06349833 A JPH06349833 A JP H06349833A
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JP
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aluminum
titanium
wiring
formed
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Application number
JP15632293A
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Inventor
Kazuhide Koyama
Yukiyasu Sugano
Mitsuru Taguchi
一英 小山
充 田口
幸保 菅野
Original Assignee
Sony Corp
ソニー株式会社
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Abstract

PURPOSE: To improve reliability regarding electrical connection with a lower conductor layer without generating cracks in an insulation layer formed on a wiring when applying thermal treatment to a semiconductor device after wiring formation by laminating an aluminum layer and a titanium-aluminum alloy layer.
CONSTITUTION: While an aluminum layer 20 is deposited by high temperature aluminum sputtering method, a titanium-aluminum alloy 30 is formed. The titanium-aluminum alloy layer 30 has γ phase structure which contains aluminum of 50 to 58 atomic %. An aluminum wiring 22 has two-layer structure of the the titanium-aluminum alloy 30 and the aluminum layer 20 formed thereon. A titanium layer does not thereby exist unlike a wiring structure formed by a conventional aluminum sputtering method, and generation of cracks of an upper layer insulation layer or lowering of reliability of electrical connection between the lower layer conductor line and a connection hole can be prevented.
COPYRIGHT: (C)1994,JPO

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、アルミニウムスパッタ法によって形成された半導体装置におけるアルミニウム系配線に関する。 The present invention relates to a relates to an aluminum-based wiring in a semiconductor device formed by aluminum sputtering.

【0002】 [0002]

【従来の技術】半導体装置には多数のコンタクトホール、スルーホールあるいはビヤホール(以下、これらを総称して接続孔ともいう)が形成されている。 Number of the contact holes in a semiconductor device, the through hole or via hole (hereinafter, also referred to as connection holes these are collectively) are formed. 通常、接続孔は、半導体基板から成る基体に形成された拡散層、 Usually, the connection hole includes a diffusion layer formed on a substrate made of a semiconductor substrate,
各種電極あるいは下層配線層(以下、これらを総称して下層導体層ともいう)上に絶縁層を形成し、かかる絶縁層に開口部を設けた後、開口部に金属配線材料を埋め込むことによって形成される。 Various electrode or the lower wiring layer (hereinafter, also referred to as lower conductor layer these are collectively) formed by embedding an insulating layer is formed over, after providing an opening in such an insulating layer, the metal wiring material in the opening It is. 半導体装置の高集積化に伴い、半導体製造プロセスの寸法ルールも微細化しつつあり、高いアスペクト比を有する開口部を金属配線材料で埋め込む技術が重要な課題となっている。 Along with high integration of semiconductor devices, are becoming even finer dimensions rules semiconductor manufacturing process, a technique of embedding an opening having a high aspect ratio metal wiring material is an important issue.

【0003】開口部を金属配線材料で埋め込む方法として、一般には、純アルミニウムあるいはアルミニウム合金(以下、Al系合金ともいう)を用いたスパッタ法が採用されている。 As a method of embedding the opening with a metal wire material, in general, pure aluminum or aluminum alloy sputtering method using a (hereinafter, also referred to as Al alloy) is employed. 然るに、このスパッタ法においては、 However, in this sputtering method,
開口部のアスペクト比が高くなるに従い、Al系合金から成るスパッタ粒子が所謂シャドウイング効果によって開口部底部あるいはその近傍の開口部側壁に堆積し難くなる。 According the aspect ratio of the opening is increased, the sputtered particles of Al-based alloy is not easily deposited on the opening side wall of the opening bottom portion or in the vicinity of the so-called shadowing effect. ここで、シャドウイング効果とは、Al系合金から成るスパッタ粒子が開口部の側壁あるいは底部に形成される光学的に影の部分には堆積され難い現象を指す。 Here, the shadowing effect, the optically shaded areas sputtering particles made of Al-based alloy is formed on the side wall or the bottom of the opening refers to a hard phenomenon is deposited.
その結果、開口部底部あるいはその近傍の開口部側壁におけるAl系合金のステップカバレッジが悪くなり、かかる部分で断線不良が発生し易くなるという問題がある。 As a result, poor step coverage of the Al-based alloy at the opening side wall of the opening bottom portion or in the vicinity thereof there is a problem that defective disconnection tends to occur in such a portion.

【0004】このような問題を解決する一手段として、 [0004] As a means for solving such a problem,
Al系合金を金属配線材料として用いる所謂高温アルミニウムスパッタ法が検討されている。 So-called high-temperature aluminum sputtering using an Al alloy as a metal wiring material have been studied. この高温アルミニウムスパッタ法は、Al系合金をスパッタする際、半導体基板等の基体を高温(400゜C〜500゜Cの温度)に加熱しておき、絶縁層上に堆積したAl系合金を流動状態とさせて開口部内に流入させ、開口部をAl系合金で埋め込む技術である。 The high temperature aluminum sputtering, when sputtering the Al-based alloy, kept heated the substrate such as a semiconductor substrate to a high temperature (temperature of 400 ° C~500 ° C), flow of the Al alloy deposited on the insulating layer it is a state to flow into the opening, a technique for embedding the opening with Al-based alloy. 尚、基体にバイアス電圧を印加しながら高温スパッタを行う高温バイアススパッタ法も、本明細書における高温アルミニウムスパッタ法に包含される。 Incidentally, the high-temperature bias sputtering method in which a high-temperature sputtering while applying a bias voltage to the substrate are also included in the high-temperature aluminum sputtering herein. これらを総称して単に高温アルミニウムスパッタ法ともいう。 Simply collectively referred to also referred to as high temperature aluminum sputtering.

【0005】高温アルミニウムスパッタ法において、チタン(Ti)等のAl系合金と濡れ性の良い材料を下地として形成すると、成膜中のAl系合金と下地であるT [0005] In the high-temperature aluminum sputtering, to form an Al-based alloy and wettable material such as titanium (Ti) as a base, an Al-based alloy and the underlying during deposition T
i層との間の界面反応が良好に進行するため、Al系合金の開口部への埋め込み特性が向上することが知られている。 Since the interfacial reaction between the i layer progresses favorably, filling property of the opening of the Al-based alloy is known to be improved.

【0006】従来の高温アルミニウムスパッタ法による絶縁層上のアルミニウム系配線の形成及び接続孔の形成方法の概要を、半導体素子の模式的な一部断面図である図4を参照して、以下、説明する。 [0006] The outline of the conventional method of forming a high-temperature aluminum sputtering by formation and connection holes of the aluminum-based wiring on the insulating layer, with reference to FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device, hereinafter, explain.

【0007】[工程−10]先ず、絶縁層から成る基体10上に、SiO 2から成る厚さ500nmの絶縁層1 [0007] [Step -10] First, on a substrate 10 made of an insulating layer, a thickness of 500nm of SiO 2 insulating layer 1
4をCVD法にて形成し、次いで、下層導体層上の絶縁層14に例えばRIE法で開口部16を形成する(図4 4 was formed by a CVD method, then forming an opening 16 in the insulating layer 14 on the lower conductor layer RIE, for example (FIG. 4
の(A)参照)。 Of (A) see). 尚、絶縁層から成る基体10には、A Incidentally, the substrate 10 made of an insulating layer, A
l系合金から構成された下層配線層である下層導体層1 Lower conductor layer is a lower wiring layer composed of l alloy 1
2が形成されている。 2 is formed.

【0008】[工程−20]その後、次の工程で形成されるアルミニウム層の濡れ性改善のために、下地層18 [0008] [Step -20] After that, in order to improve wettability of the aluminum layer to be formed in the next step, the underlying layer 18
をスパッタ法にて開口部16内を含む絶縁層14全面に形成する。 To form the insulating layer 14 over the entire surface including the inside of the opening portion 16 by sputtering. 下地層18は、例えば、100nm厚さのT Underlayer 18, for example, 100 nm thickness T
i膜から成る(図4の(B)参照)。 i consisting film (see (B) in FIG. 4).

【0009】[工程−30]次いで、基体10を例えば約480゜Cに加熱した状態で、高温アルミニウムスパッタ法にてアルミニウム層(例えばAl−1%Si)2 [0009] [Step -30] Then, while heating the substrate 10, for example to about 480 ° C, the aluminum layer at a high temperature aluminum sputtering (e.g. Al-1% Si) 2
0を開口部16内を含む全面に堆積させる。 0 is deposited on the entire surface including the inside of the opening 16. 絶縁層14 Insulating layer 14
上に堆積したアルミニウム層20は流動状態となり、開口部16内に流入し、開口部16はAl系合金で確実に埋め込まれる。 Aluminum layer 20 deposited on top becomes fluidized state, flows into the opening 16, the opening 16 is embedded securely in the Al-based alloy. この際、下地層18中のTiとAl系合金中のAlとが反応して、下地層18とアルミニウム層20の間にはTiAl 3から成る合金層18Aが形成される。 At this time, the reaction with Al of Ti and Al-based alloy in the underlying layer 18, an alloy layer 18A made of TiAl 3 between the base layer 18 and the aluminum layer 20 is formed. こうして、絶縁層14上には、Tiから成る下地層18、TiAl 3から成る合金層18A、及びアルミニウム層20が積層されたアルミニウム系配線22が形成される(図4の(C)参照)。 Thus, on the insulating layer 14, an alloy layer 18A made of the base layer 18, TiAl 3 consisting of Ti, and aluminum-based wiring 22 of aluminum layer 20 are laminated is formed (see FIG. 4 (C)). また、開口部16内に下地層18、合金層18A、及びアルミニウム層20が埋め込まれた接続孔16Aが形成される。 The base layer in the opening 16 18, alloy layers 18A, and the connection hole 16A of the aluminum layer 20 is embedded is formed. 次いで、アルミニウム系配線22をパターニングして所望の配線24 Then, desired wiring by patterning the aluminum-based wiring 22 24
を完成させる(図4の(D)参照)。 The complete (see (D) in FIG. 4).

【0010】このような配線構造は、配線24の信頼性向上の観点からも好ましい。 [0010] Such wiring structure is preferable from the viewpoint of improving the reliability of the wiring 24. 即ち、アルミニウム層20 That is, the aluminum layer 20
に断線が発生しても、下地層18によって導通がとれるので、完全な断線には至らない。 Since even breakage occurs, is conducted by the underlying layer 18 taken in, it does not lead to complete disconnection.

【0011】 [0011]

【発明が解決しようとする課題】アルミニウムスパッタ法においては、下地層18が不可欠である。 In the aluminum sputtering [0004], it is essential underlayer 18. ところが、 However,
下地層18中のTiとアルミニウム層20中のAlとの反応によって生じたTiAl 3から成る合金層18Aには引っ張り応力が発生する。 Tensile stress is generated in the alloy layer 18A made of TiAl 3 produced by the reaction between Al in the underlying layer 18 Ti and aluminum layer of 20. また、この反応における拡散種はAlである。 Further, diffusing species in this reaction is Al.

【0012】従って、図5に示すように、配線24を形成し、その上に上層絶縁層26を形成した後に、熱処理を行うと、下地層18中のTiとアルミニウム層20中のAlとの反応が進行し、合金層18Aによる引っ張り応力によって上層絶縁層26にクラックが発生するという問題がある。 Accordingly, as shown in FIG. 5, to form the wiring 24, after forming the upper insulating layer 26 thereon, when the heat treatment, the Al in Ti and in the aluminum layer 20 in the underlayer 18 reaction proceeds, there is a problem that cracks occur in the upper insulating layer 26 by the tensile stress due to the alloy layer 18A. また、下層導体層12がAl系合金から成る場合には、例えば信頼性試験において、かかる下層導体層12中のAlが下地層18中のTiと反応し、下層導体層12中のAlが下地層18に引き上げられる。 Under Further, when the lower conductor layer 12 is made of Al-based alloy, for example in a reliability test, Al of such lower conductor layer 12 reacts with Ti in the underlying layer 18, Al in lower conductor layer 12 is It is pulled into the formation 18.
その結果、下層導体層12にはボイド12Aが形成され、下層導体層12と接続孔16Aとの間の電気的な接続の信頼性が低下するという問題もある。 As a result, voids 12A are formed in the lower conductor layer 12, the reliability of the electrical connection between the connection hole 16A and the lower conductor layer 12 is also lowered.

【0013】従って、本発明の目的は、アルミニウムスパッタ法によって形成される半導体装置におけるアルミニウム系配線であって、配線形成後に半導体装置に熱処理を施した時、かかる配線上に形成された絶縁層にクラックが発生することがなく、しかも下層導体層との電気的接続に関して高い信頼性を有するアルミニウム系配線を提供することにある。 [0013] Therefore, an object of the present invention is to provide an aluminum-based wiring in a semiconductor device which is formed by aluminum sputtering, when subjected to heat treatment to the semiconductor device after the wiring formation, an insulating layer formed on such wire without cracks, yet it is to provide an aluminum-based wiring with high reliability with respect to the electrical connection between the lower conductor layer.

【0014】 [0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、アルミニウム層及びチタン−アルミニウム合金層が積層されて成ることを特徴とする、本発明の半導体装置におけるアルミニウム系配線によって達成することができる。 [Means for Solving the Problems] The above object, the aluminum layer and the titanium - wherein the aluminum alloy layer is formed by laminating, can be accomplished by an aluminum-based wiring in the semiconductor device of the present invention. 尚、ここで、アルミニウム層は、純アルミニウムあるいはAl Here, the aluminum layer, pure aluminum or Al
−Si、Al−Si−Cu等のアルミニウム合金から構成することができる。 -Si, it can be made of aluminum alloy such as Al-Si-Cu.

【0015】本発明においては、前記チタン−アルミニウム合金層は、アルミニウムを50乃至58atomic%含むγ相構造を有することが望ましい。 In the present invention, the titanium - aluminum alloy layer preferably has a γ phase structure including aluminum 50 to 58atomic%.

【0016】アルミニウム系配線の構造は、アルミニウム層の上にチタン−アルミニウム合金層が積層された構造、あるいは、チタン−アルミニウム合金層の上にアルミニウム層が積層された構造、あるいは、チタン−アルミニウム合金層の上にアルミニウム層が積層され、更にその上にチタン−アルミニウム合金層が積層された構造である。 The structure of the aluminum-based wiring, titanium on the aluminum layer - structural aluminum alloy layer is laminated or titanium - structure aluminum layer is laminated on the aluminum alloy layer or a titanium - aluminum alloy aluminum layer is laminated on the layer, further titanium thereon - is a structure in which an aluminum alloy layer is laminated.

【0017】 [0017]

【作用】本発明においては、従来のアルミニウムスパッタ法にて形成される配線構造のようにチタン層が存在しない。 According to the present invention, there is no titanium layer as a wiring structure formed by conventional aluminum sputtering. 従って、配線を形成した後に半導体装置に熱処理を施しても、チタンとアルミニウム層中のアルミニウムが反応することがない。 Therefore, even when subjected to heat treatment to the semiconductor device after forming the wiring, aluminum titanium and aluminum layer is not able to react. それ故、従来の技術において説明した、上層絶縁層におけるクラックの発生、あるいは下層導体線と接続孔との間の電気的接続の信頼性の低下を防止することができる。 Therefore, as described in the prior art, it is possible to prevent a decrease in reliability of electrical connection between the connection holes occurs, or the lower conductor line of cracks in the upper insulating layer.

【0018】 [0018]

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。 EXAMPLES Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, illustrating the present invention based on examples.

【0019】(実施例1)実施例1においては、高温アルミニウムスパッタ法によるアルミニウム層の堆積と同時に、チタン−アルミニウム合金層を形成する。 [0019] In Example 1 Example 1, simultaneously with the deposition of the aluminum layer by high-temperature aluminum sputtering, titanium - to form an aluminum alloy layer. アルミニウム系配線は、チタン−アルミニウム合金、及びその上に形成されたアルミニウム層の2層構造を有する。 Aluminum-based wiring, titanium - has a two-layer structure of an aluminum alloy, and aluminum layer formed thereon. 実施例1のアルミニウム系配線の形成方法を、半導体素子の模式的な一部断面図である図1を参照して、以下、説明する。 The method of forming an aluminum-based wiring of Example 1, with reference to FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device, it will be described below.

【0020】[工程−100]従来の方法で、シリコン半導体基板上に各種半導体素子を形成し、かかる半導体素子上に絶縁層を形成した後、絶縁層上にAl系合金から構成された下層配線層である下層導体層12を形成する。 [0020] In [Step-100] conventional method, the various semiconductor devices formed on a silicon semiconductor substrate, according after forming an insulating layer on a semiconductor device, lower layer wirings composed of Al-based alloy on the insulating layer forming the lower conductive layer 12 is a layer. 次いで、下層導体層12が形成されたかかる絶縁層から成る基体10上に、SiO 2から成る例えば厚さ5 Then, on the substrate 10 made of such insulating layers lower conductor layer 12 is formed, made of SiO 2 a thickness of, for example 5
00nmの絶縁層14をCVD法にて形成し、次いで、 The insulating layer 14 of 00nm was formed by a CVD method, then,
下層導体層12上の絶縁層14に例えばRIE法で開口部16を形成する(図1の(A)参照)。 In the insulating layer 14 on the lower conductor layer 12 for example, RIE method to form openings 16 (of (A) see Figure 1). 開口部の直径を0.6μmとした。 The diameter of the opening was set to 0.6 .mu.m.

【0021】[工程−110]その後、次の工程で形成されるアルミニウム層の濡れ性改善のために、下地層1 [0021] [Step-110] Thereafter, in order to improve wettability of the aluminum layer to be formed in the next step, the underlying layer 1
8をスパッタ法にて開口部16内を含む絶縁層14全面に形成する(図1の(B)参照)。 8 is formed in the insulating layer 14 over the entire surface including the inside of the opening portion 16 by sputtering (in (B) refer to FIG. 1). 下地層18は、例えば、100nm厚さのTi膜から成る。 Underlayer 18 is made of, for example, a Ti film of 100nm thickness. 枚葉式マルチチャンバスパッタ装置を用いて、下地層18を例えば以下の条件で形成する。 Using single wafer multi-chamber sputtering apparatus, a base layer 18, for example under the following conditions. プロセスガス : Ar=100sccm DCパワー : 4kW スパッタ圧力 : 0.4Pa 基体加熱温度 : 150゜C Process Gas: Ar = 100 sccm DC power: 4 kW sputtering pressure: 0.4 Pa substrate heating temperature: 150 ° C

【0022】[工程−120]引き続き、下地層18が酸化されないように、真空下で別のチャンバ内に半導体基板を搬送し、所謂高温アルミニウムスパッタ法にて下地層18上にアルミニウム層20(例えばAl−1%S [0022] [Step-120] Then, as the underlying layer 18 is not oxidized, and transferring the semiconductor substrate into another chamber under vacuum, the aluminum layer 20 on the underlayer 18 by so-called high-temperature aluminum sputtering (e.g. Al-1% S
iから成る)を堆積させる。 Consisting i) depositing. 絶縁層14上のアルミニウム層20の厚さを600nmとした。 The thickness of the aluminum layer 20 on the insulating layer 14 was set to 600 nm. この高温アルミニウムスパッタ法においては、基体10の温度を500〜 In the high-temperature aluminum sputtering, 500 the temperature of the substrate 10
600゜Cに制御する。 Controlled to 600 ° C. 高温アルミニウムスパッタの条件を、例えば以下のとおりとした。 The condition of high temperature aluminum sputtering, for example were as follows. プロセスガス : Ar=100sccm DCパワー : 10kW スパッタ圧力 : 0.4Pa 基体加熱温度 : 550゜C 成膜速度 : 600nm/分 Process Gas: Ar = 100 sccm DC Power: 10 kW sputtering pressure: 0.4 Pa substrate heating temperature: 550 ° C film formation rate: 600 nm / min

【0023】絶縁層14上に堆積したアルミニウム層は流動状態となり、開口部16内に流入し、開口部16はAl系合金で確実に埋め込まれる。 The aluminum layer deposited on the insulating layer 14 becomes a fluidized state and flows into the opening 16, the opening 16 is embedded securely in the Al-based alloy. しかも、アルミニウム層20の成膜速度を300〜600nm/分とすれば、成膜に要する時間は1〜2分である。 Moreover, if the deposition rate of the aluminum layer 20 and the 300 to 600 nm / min, the time required for film formation was 1-2 minutes. 基体10の温度を500〜600゜Cに制御することによって、この時間内に下地層18中の全てのTiがAl系合金中のA By controlling the temperature of the substrate 10 to 500 to 600 ° C, all of the Ti is A in the Al-based alloy underlayer 18 in this time
lと反応して、チタン−アルミニウム合金層30となる。 React with l, titanium - the aluminum alloy layer 30. 尚、このチタン−アルミニウム合金層30は、アルミニウムを50乃至58atomic%含むγ相構造を有する。 Incidentally, the titanium - aluminum alloy layer 30 has a γ phase structure including aluminum 50 to 58atomic%. γ相構造であるかの分析は、オージェ電子分光法(AES)あるいはX線光電子分光法(XPS)にて行うことができる。 Of analysis, a γ phase structure may be carried out by Auger electron spectroscopy (AES) or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

【0024】高温アルミニウムスパッタ法において、基体10の温度が600゜Cを越えると、堆積中のアルミニウム層の一部が液相となり、アルミニウム層の表面が荒れるために好ましくない。 [0024] In the high-temperature aluminum sputtering, the temperature of the substrate 10 exceeds 600 ° C, a portion of the aluminum layer during the deposition is a liquid phase, is not preferable because the roughened surface of the aluminum layer. また、基体10の温度が5 In addition, the temperature of the substrate 10 is 5
00゜C未満では、下地層18中の全てのTiがAl系合金中のAlとは反応せずに、図4の(C)に示したように、チタンから成る下地層18が残ってしまう。 If it is less than 00 ° C, and does not react with any of Ti is Al in the Al-based alloy in the underlying layer 18, as shown in (C) of FIG. 4, it leaves a base layer 18 made of titanium .

【0025】こうして、チタン−アルミニウム合金層3 [0025] Thus, titanium - aluminum alloy layer 3
0及びその上に積層されたアルミニウム層20から成るアルミニウム系配線22が絶縁層14上に形成される(図1の(C)参照)。 0 and an aluminum-based wiring 22 made of laminated aluminum layer 20 thereon is formed on the insulating layer 14 (the (C) see Figure 1). また、開口部16内にチタン− Further, the titanium in the opening 16 -
アルミニウム合金層30及びアルミニウム層20が埋め込まれた接続孔16Aが形成される。 Connecting hole 16A of the aluminum alloy layer 30 and the aluminum layer 20 is embedded is formed. 次いで、アルミニウム系配線22をパターニングして所望の配線24を完成させる(図1の(D)参照)。 Then, an aluminum-based wiring 22 is patterned to complete the desired wiring 24 (the (D) see Figure 1).

【0026】以上のように、下地層18中の全てのTi [0026] As described above, all of the Ti in the base layer 18
を、アルミニウム層20の堆積時に安定なチタン−アルミニウム合金層30とすることによって、その後の熱処理工程においてTiとAlの合金化が進行することがない。 The stable titanium during the deposition of the aluminum layer 20 - by the aluminum alloy layer 30, an alloy of Ti and Al is not to proceed in the subsequent heat treatment step.

【0027】(実施例2)実施例2のアルミニウム系配線は実施例1と同様の構造を有する。 The aluminum-based wiring (Example 2) Example 2 has the same structure as in Example 1. 実施例2においては、アルミニウムスパッタ法によるアルミニウム層の形成の後に、チタン−アルミニウム合金層を形成する。 In Example 2, after the formation of the aluminum layer of aluminum sputtering, titanium - to form an aluminum alloy layer. この方法は、開口部の直径が大きな場合に適する。 This method is suitable when the diameter of the opening is large.

【0028】[工程−200]実施例1の[工程−10 [0028] [Step-200] of Example 1 [Step -10
0]と同様に、基体10上に形成された絶縁層14に例えばRIE法で開口部16を形成する。 Similar to 0, to form openings 16 in the insulating layer 14 formed on the substrate 10, for example by RIE.

【0029】[工程−210]その後、実施例1の[工程−110]と同様に、濡れ性改善のための下地層18 [0029] [Step-210] Thereafter, similarly to [Step-110] of Example 1, an underlayer for improving wettability 18
を、スパッタ法にて開口部16内を含む絶縁層14全面に形成する。 And formed on the insulating layer 14 over the entire surface including the inside of the opening portion 16 by sputtering. 下地層18は、例えば、100nm厚さのTi膜から成る。 Underlayer 18 is made of, for example, a Ti film of 100nm thickness.

【0030】[工程−220]引き続き、別のチャンバ内に半導体基板を搬送し、アルミニウムスパッタ法にて、下地層18上にアルミニウム層20(例えばAl− [0030] [Step-220] Subsequently, the transferring the semiconductor substrate into another chamber, of aluminum sputtering, the aluminum layer 20 on the underlayer 18 (e.g. Al-
1%Siから成る)を堆積させる。 Depositing consisting 1% Si). 絶縁層14上のアルミニウム層20の厚さを600nmとした。 The thickness of the aluminum layer 20 on the insulating layer 14 was set to 600 nm. アルミニウムスパッタの条件を、例えば以下のとおりとした。 The aluminum sputtering conditions, for example were as follows. プロセスガス : Ar=100sccm DCパワー : 10kW スパッタ圧力 : 0.4Pa 基体加熱温度 : 150゜C 実施例1と異なり、基体加熱温度を150゜Cとした。 Process Gas: Ar = 100 sccm DC Power: 10 kW sputtering pressure: 0.4 Pa substrate heating temperature: Unlike 150 ° C Example 1, the substrate heating temperature was 150 ° C.
この工程では、基体加熱温度が低いために、チタン−アルミニウム合金層は形成されない。 In this step, since the substrate heating temperature is low, a titanium - aluminum alloy layer is not formed. こうして、図2の(A)に模式的な一部断面図を示す構造を得ることができる。 Thus, it is possible to obtain a structure shown in a schematic partial cross-sectional view in FIG. 2 (A).

【0031】[工程−230]その後、別の熱処理チャンバ内に半導体基板を搬送し、基体10を550゜C [0031] [Step-230] Thereafter, to transport the semiconductor substrate to another heat treatment chamber, the base body 10 550 ° C
(500〜600゜Cの範囲であればよい)にて1分間(1〜2分間の範囲であればよい)加熱する。 At (500 to 600 may be in the range of ° C) (it may be in the range of 1-2 minutes) 1 minute heating. これによって、下地層18中の全てのTiとアルミニウム層20 Thus, all the Ti and the aluminum layer in the underlying layer 18 20
中のAlとが反応し、γ相構造を有する安定なチタン− Al and react, stable titanium having a γ phase structure in -
アルミニウム合金層30が形成される。 Aluminum alloy layer 30 is formed. こうして、チタン−アルミニウム合金層30及びその上に積層されたアルミニウム層20から成るアルミニウム系配線22が絶縁層14上に形成される(図2の(B)参照)。 Thus, a titanium - aluminum-based wiring 22 made of an aluminum alloy layer 30 and the aluminum layer 20 laminated thereon is formed on the insulating layer 14 (see FIG. 2 (B)). また、 Also,
開口部16内にチタン−アルミニウム合金層30及びアルミニウム層20が埋め込まれた接続孔16Aが形成される。 Titanium in the opening 16 - connecting hole 16A of the aluminum alloy layer 30 and the aluminum layer 20 is embedded is formed.

【0032】[工程−240]次いで、アルミニウム系配線22をパターニングして所望の配線を完成させる。 [0032] [Step-240] Then, the aluminum-based wiring 22 is patterned to complete the desired wiring.

【0033】(実施例3)実施例3においては、実施例2と同様に、アルミニウムスパッタ法によるアルミニウム層20の堆積の後に、チタン−アルミニウム合金層3 [0033] Example 3 In Example 3, as in Example 2, after the deposition of the aluminum layer 20 of aluminum sputtering, a titanium - aluminum alloy layer 3
0を形成する。 To form a 0. 実施例3におけるアルミニウム系配線は、チタン−アルミニウム合金層/アルミニウム層/チタン−アルミニウム合金層の3層構造を有する。 Aluminum-based wiring in Example 3, a titanium - having a three-layer structure of an aluminum alloy layer - aluminum alloy layer / aluminum layer / titanium.

【0034】[工程−300]実施例1の[工程−10 [0034] [Step-300] of Example 1 [Step -10
0]と同様に、基体10上に形成された絶縁層14に例えばRIE法で開口部16を形成する。 Similar to 0, to form openings 16 in the insulating layer 14 formed on the substrate 10, for example by RIE.

【0035】[工程−310]その後、実施例1の[工程−110]と同様に、濡れ性改善のための下地層18 [0035] [Step-310] Thereafter, similarly to [Step-110] of Example 1, an underlayer for improving wettability 18
を、スパッタ法にて開口部16内を含む絶縁層14全面に形成する。 And formed on the insulating layer 14 over the entire surface including the inside of the opening portion 16 by sputtering. 下地層18は、例えば、50nm厚さのT Underlayer 18, for example, 50 nm thickness T
i膜から成る。 i made from the membrane.

【0036】[工程−320]引き続き、別のチャンバ内に半導体基板を搬送し、アルミニウムスパッタ法にて、下地層18上にアルミニウム層20(例えばAl− [0036] [Step-320] Subsequently, the transferring the semiconductor substrate into another chamber, of aluminum sputtering, the aluminum layer 20 on the underlayer 18 (e.g. Al-
1%Siから成る)を堆積させる。 Depositing consisting 1% Si). 絶縁層14上のアルミニウム層20の厚さを600nmとした。 The thickness of the aluminum layer 20 on the insulating layer 14 was set to 600 nm. アルミニウムスパッタの条件は、実施例2の[工程−220]と同様とすることができる。 Conditions of aluminum sputtering may be similar to the [Step-220] of Example 2. 実施例2と同様に、基体加熱温度を150゜Cとしたので、この工程ではチタン−アルミニウム合金層は形成されない。 As in Example 2, since the substrate heating temperature was 150 ° C, and this process titanium - aluminum alloy layer is not formed.

【0037】[工程−330]引き続き、下地層18を形成したチャンバ内に半導体基板を再び搬送し、実施例1の[工程−110]と同様に、スパッタ法にてアルミニウム層20の上にTi層32を形成する。 [0037] [Step-330] Subsequently, the semiconductor substrate is again transported to the chamber to form an undercoat layer 18, similarly to [Step-110] of Example 1, Ti on the aluminum layer 20 by a sputtering method to form a layer 32. Ti層32 Ti layer 32
は、例えば、50nm厚さとした。 It is, for example, was 50nm thick. こうして、図3の(A)に模式的な一部断面図を示す構造を得ることができる。 Thus, it is possible to obtain a structure shown in a schematic partial sectional view (A) of FIG.

【0038】[工程−340]その後、別の熱処理チャンバに基板を搬送し、基体10を550゜C(500〜 [0038] [Step -340] Then, the substrate was transported to a different thermal processing chamber, the substrate 10 550 ° C (500 to
600゜Cの範囲であればよい)にて1分間(1〜2分間の範囲であればよい)加熱する。 It is in the range of 1 minute (1-2 min at 600 ° may be in the range of C) may) heating. これによって、下地層18中の全てのTiとアルミニウム層20中のAlとが反応し、γ相構造を有する安定なチタン−アルミニウム合金層30が形成される。 Thus, a reaction of the all Ti and Al of the aluminum layer 20 in the underlying layer 18, a stable titanium having a γ phase structure - aluminum alloy layer 30 is formed. また、アルミニウム層20 Further, the aluminum layer 20
上のTi層32の全てもアルミニウム層20中のAlと反応し、γ相構造を有する安定なチタン−アルミニウム合金層34が形成される。 Also all of the above Ti layer 32 reacts with Al in the aluminum layer 20, a stable titanium having a γ phase structure - aluminum alloy layer 34 is formed. こうして、チタン−アルミニウム合金層34/アルミニウム層20/チタン−アルミニウム合金層30の3層構造のアルミニウム系配線22 Thus, titanium - aluminum alloy layer 34 / aluminum layer 20 / titanium - aluminum-based wiring of a three-layer structure of an aluminum alloy layer 30 22
が絶縁層14上に形成される(図3の(B)参照)。 There is formed on the insulating layer 14 (see (B) in FIG. 3). また、開口部16内にチタン−アルミニウム合金層30及びアルミニウム層20が埋め込まれた接続孔16Aが形成される。 Further, the titanium in the opening 16 - connecting hole 16A of the aluminum alloy layer 30 and the aluminum layer 20 is embedded is formed.

【0039】[工程−350]次いで、アルミニウム系配線22をパターニングして所望の配線を完成させる。 [0039] [Step -350] Then, the aluminum-based wiring 22 is patterned to complete the desired wiring.

【0040】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The invention has been described with reference to preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these examples. 実施例にて説明した各種条件や数値は例示であり、適宜変更することができる。 Various conditions and numerical values ​​described in examples are illustrative and can be appropriately changed. 場合によっては、Ti In some cases, Ti
から成る下地層18の形成を省略し、アルミニウム系配線を、アルミニウム層、及びその上に積層されたチタン−アルミニウム合金層の2層構造とすることもできる。 Omitting the formation of the underlying layer 18 made of an aluminum-based wiring, aluminum layer, and the titanium is laminated on - may be a two-layer structure of an aluminum alloy layer.

【0041】下層導体層として、Al系合金から成る下層配線層だけでなく、タングステン等あるいは各種シリサイドやポリシリコンから成る下層配線層、あるいはゲート電極等の各種電極、場合によっては拡散層を挙げることができる。 [0041] As the lower conductor layer, not only the lower wiring layer made of Al-based alloy, the lower wiring layer made of tungsten or the like or various silicide or polysilicon, or various electrodes such as the gate electrode, in some cases include a diffusion layer can.

【0042】また、Tiから成る下地層18を形成しあるいはアルミニウム層20上にTi層32を形成する代わりに、ジルコニウム(Zr)から成る下地層を形成しあるいはアルミニウム層上にZr層を形成してもよい。 Further, instead of forming the Ti layer 32 on forming the base layer 18 made of Ti or aluminum layer 20, forming the base layer made of zirconium (Zr) or Zr layer was formed on the aluminum layer it may be.

【0043】 [0043]

【発明の効果】本発明のアルミニウム系配線においては、従来技術のようにTiから成る下地層が存在せず、 In the aluminum-based wiring of the present invention, there is no underlying layer made of Ti, as in the prior art,
Tiから成る下地層の全てはチタン−アルミニウム合金層となる。 All of the underlayer made of Ti is titanium - the aluminum alloy layer. その結果、本発明のアルミニウム系配線においては、従来のアルミニウムスパッタ法にて形成される配線構造のようにチタン層が存在せず、従来の技術における上層絶縁層のクラックの発生、あるいは下層導体線と接続孔との間の電気的接続の信頼性の低下を防止することができる。 As a result, in the aluminum-based wiring of the present invention, there is no titanium layer as a wiring structure formed by conventional aluminum sputtering, the generation of cracks in the upper insulating layer in the prior art, or underlying conductor lines a reduction in the reliability of electrical connection between the connection hole can be prevented.

【0044】また、チタン−アルミニウム合金層を、アルミニウムを50乃至58atomic%含む組成的に幅のあるγ相構造を有する合金層とすることによって、安定した合金層を得ることができる。 [0044] Further, titanium - aluminum alloy layer by an alloy layer having a γ phase structure with a compositionally wide aluminum containing 50 to 58Atomic%, it is possible to obtain a stable alloy layer. この場合、γ相のチタン−アルミニウム合金層の抵抗率は30μΩ・cm程度であり、アルミニウムの抵抗率より高いが、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ってアルミニウム層に断線が生じた場合でも、完全断線を防止することができる。 In this case, the γ-phase titanium - resistivity of the aluminum alloy layer is about 30μΩ · cm, but greater than the aluminum resistivity, even when a disconnection in the aluminum layer is caused by electromigration or stress migration, prevent complete disconnection can do. Ti層から生成されるチタン−アルミニウム合金層の厚さは、Ti層の厚さの約2倍となる。 Titanium produced from Ti layer - the thickness of the aluminum alloy layer is about twice the thickness of the Ti layer. また、チタン−アルミニウム合金層の抵抗率はTi Further, titanium - resistivity of the aluminum alloy layer of Ti
層の約1/2である。 It is about 1/2 of the layer. そのため、完全断線の防止はTi Therefore, the prevention of full disconnection Ti
層よりも効果的である。 It is more effective than the layers.

【0045】実施例3にて説明したような、アルミニウム層の上にチタン−アルミニウム合金層を形成すれば、 [0045] as described in Example 3, a titanium on the aluminum layer - by forming an aluminum alloy layer,
このような構造のアルミニウム系配線の上に層間絶縁層を介して更に上層配線を形成し、接続孔でこれらの配線を接続する場合、アルミニウム系配線と上層配線との間の電気的接続の信頼性を一層向上させることができる。 Further forming an upper layer wiring through the interlayer insulating layer on the aluminum-based wiring having such a structure, when connecting these wiring connection hole, reliability of electrical connection between the aluminum-based wiring and the upper wiring sex and can be further improved.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】実施例1のアルミニウム系配線を形成する方法を説明するための各工程における半導体素子等の模式的な一部断面図である。 1 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device in respective steps for explaining a method of forming an aluminum-based wiring of Example 1.

【図2】実施例2のアルミニウム系配線を形成する方法を説明するための各工程における半導体素子等の模式的な一部断面図である。 2 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device in respective steps for explaining a method of forming an aluminum-based wiring of Example 2.

【図3】実施例3のアルミニウム系配線を形成する方法を説明するための各工程における半導体素子等の模式的な一部断面図である。 Figure 3 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device in respective steps for explaining a method of forming an aluminum-based wiring of Example 3.

【図4】従来の高温アルミニウムスパッタ法を説明するための各工程における半導体素子等の模式的な一部断面図である。 4 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device in respective steps for describing a conventional high-temperature aluminum sputtering.

【図5】従来の技術における問題点を説明するための半導体素子等の模式的な一部断面図である。 5 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor element or the like for explaining problems in the prior art.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10 基体 12 下層導体層 14 絶縁層 16 開口部 16A 接続孔 18 下地層 20 アルミニウム層 22 アルミニウム系配線 24 配線 26 上層絶縁層 30,34 チタン−アルミニウム合金層 32 Ti層 10 substrate 12 lower conductor layer 14 insulating layer 16 opening 16A connection hole 18 under layer 20 of aluminum layer 22 of aluminum-based wiring 24 wiring 26 upper insulating layer 30 and 34 titanium - aluminum alloy layer 32 Ti layer

Claims (5)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】アルミニウム層及びチタン−アルミニウム合金層が積層されて成ることを特徴とする、半導体装置におけるアルミニウム系配線。 1. A aluminum layer and a titanium - aluminum alloy layer is equal to or formed by laminating an aluminum-based wiring in a semiconductor device.
  2. 【請求項2】前記チタン−アルミニウム合金層は、アルミニウムを50乃至58atomic%含むγ相構造を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置におけるアルミニウム系配線。 Wherein said titanium - aluminum alloy layer, an aluminum-based wiring in the semiconductor device according to claim 1, characterized in that it comprises a γ phase structure including aluminum 50 to 58atomic%.
  3. 【請求項3】アルミニウム層の上にチタン−アルミニウム合金層が積層されて成ることを特徴とする、請求項1 3. A titanium on an aluminum layer - aluminum alloy layer is equal to or formed by laminating, according to claim 1
    又は請求項2に記載の半導体装置におけるアルミニウム系配線。 Or aluminum-based wiring in the semiconductor device according to claim 2.
  4. 【請求項4】チタン−アルミニウム合金層の上にアルミニウム層が積層されて成ることを特徴とする、請求項1 4. A titanium - aluminum layer is characterized in that formed by laminating on the aluminum alloy layer, according to claim 1
    又は請求項2に記載の半導体装置におけるアルミニウム系配線。 Or aluminum-based wiring in the semiconductor device according to claim 2.
  5. 【請求項5】チタン−アルミニウム合金層の上にアルミニウム層が積層され、更にその上にチタン−アルミニウム合金層が積層されて成ることを特徴とする、請求項1 5. A titanium - aluminum layer is laminated on the aluminum alloy layer, further titanium thereon - aluminum alloy layer is equal to or formed by laminating, according to claim 1
    又は請求項2に記載の半導体装置におけるアルミニウム系配線。 Or aluminum-based wiring in the semiconductor device according to claim 2.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6943105B2 (en) 2002-01-18 2005-09-13 International Business Machines Corporation Soft metal conductor and method of making
JP2007250587A (en) * 2006-03-13 2007-09-27 Denso Corp Method for manufacturing semiconductor device
US7776766B2 (en) 2005-01-19 2010-08-17 Jsr Corporation Trench filling method
US9150962B2 (en) 2011-07-21 2015-10-06 Jsr Corporation Method for producing substrate with metal body

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