JPH0661228A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH0661228A
JPH0661228A JP21310092A JP21310092A JPH0661228A JP H0661228 A JPH0661228 A JP H0661228A JP 21310092 A JP21310092 A JP 21310092A JP 21310092 A JP21310092 A JP 21310092A JP H0661228 A JPH0661228 A JP H0661228A
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Abstract

PURPOSE:To improve coating of difference in level of a wiring layer of the lamination structure having a barrier metal in the lower layer while guaranteeing good wiring contact in order to prevent deterioration in performance and reliability of a semiconductor device with reference to the structure and the formation method of a laminated wiring layer containing a barrier metal to be used for a inner wiring of a semiconductor device. CONSTITUTION:This semiconductor device and manufacturing method thereof has a semiconductor device having an inner wiring of the lamination structure where a barrier metal layer 5, a silicon layer 6 and a main conductive layer 7 consisting of aluminum or its alloy or a high melting point metal are by turns laminated from a lower layer and a process for forming the barrier metal layer 5 on a substrate by a sputtering method. Next, this is a manufacturing method of a semiconductor device having a process for forming the silicon layer 6 by an overall chemical gas phase growth means and a process for forming the main conductive layer 7 consisting of aluminum or its alloy or a high melting point metal by a sputtering method.

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及びその製造
方法、特に半導体装置の内部配線に用いるバリアメタル
を含む積層配線層の構造及び形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a structure and a forming method of a laminated wiring layer containing a barrier metal used for internal wiring of a semiconductor device.

【0002】近年、LSIの集積度がますます高まり、
その内部配線や、配線接続用のコンタクトホールやスル
ーホール等も極度に微細化されてきている。このような
状況において、配線抵抗やコンタクト抵抗を低減して半
導体装置の特性劣化を防止する必要があるのは勿論であ
るが、配線層の段差被覆性を向上してエレクトロマイグ
レーション、ストレスマイグレーション、段切れ等に起
因する断線を防止することが、半導体装置の信頼性を維
持するために特に重要になってきている。
In recent years, the degree of integration of LSI has been increasing,
The internal wiring, contact holes for wiring connection, through holes, etc. have been extremely miniaturized. In such a situation, it is of course necessary to reduce the wiring resistance and the contact resistance to prevent the characteristic deterioration of the semiconductor device, but it is necessary to improve the step coverage of the wiring layer to improve the electromigration, the stress migration, and the step. Preventing disconnection due to breakage or the like has become particularly important for maintaining reliability of the semiconductor device.

【0003】一方、上記のように集積度が高まり素子の
微細化が進むと、それに伴って素子を構成する不純物拡
散層の接合もスケーリング則に基づいて浅く形成される
ようになるので、基板シリコンとの相互拡散により接合
が破壊されるのを防止するために、下層にバリアメタル
層を有する積層構造の内部配線を用いる必要が生じてく
る。そのため、上記バリアメタル層を有する積層構造の
配線層の段差被覆性を向上することが強く要望されてい
る。
On the other hand, as the degree of integration is increased and the element is miniaturized as described above, the junction of the impurity diffusion layers constituting the element is also formed shallowly based on the scaling law, so that the substrate silicon is formed. In order to prevent the junction from being destroyed due to the mutual diffusion with, it becomes necessary to use the internal wiring of the laminated structure having the barrier metal layer as the lower layer. Therefore, it is strongly desired to improve the step coverage of the wiring layer having the laminated structure having the barrier metal layer.

【0004】[0004]

【従来の技術】従来、下層にバリアメタル層を有する内
部配線に用いる積層配線層の形成手段には、スパッタリ
ング法が用いられており、特にアルミニウム(Al)若しく
はその合金等よりなる主導電層のコンタクトホールやス
ルーホール部における段差被覆性を高めるためには、高
温のバイアススパッタ法が用いられていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a sputtering method has been used as a means for forming a laminated wiring layer used for an internal wiring having a barrier metal layer as a lower layer, and in particular, a main conductive layer made of aluminum (Al) or an alloy thereof is used. A high temperature bias sputtering method has been used to improve the step coverage in the contact holes and through holes.

【0005】しかし、この方法においても、優れた段差
被覆性を得るためには上記主導電層が堆積される面が完
全にチタン(Ti)や窒化チタン(TiN) 等の、表面にアルミ
ニウム等の主導電層の材料との合金層を形成し易くて主
導電層の表面移動度の高い、いわゆる濡れ性のよい下地
膜が存在することが必要になる。(月刊 Semiconductor
World 1989.12,富士通 渡部 潔,他 参照)ところ
が、積層配線の下層に、一般に用いられるTi層とTiN 層
との積層膜等からなるバリアメタル層は、前記のように
通常のスパッタリング法により形成されるために、段差
被覆性に乏しく、微細化されアスペクト比が大きくなっ
たコンタクトホールやスルーホール等においては、その
側壁にバリアメタル層の形成されない部分が存在するよ
うになり、バリアメタル層上に例えば高温バイアススパ
ッタ法で形成される上記Al若しくはAl合金等の主導電層
も必然的に段差被覆性が劣化する。この状態を示したの
が図4の従来の問題点を示す模式断面図である。
However, even in this method, in order to obtain excellent step coverage, the surface on which the main conductive layer is deposited is completely made of titanium (Ti), titanium nitride (TiN) or the like, and aluminum or the like is formed on the surface. It is necessary that there is a base film that is easy to form an alloy layer with the material of the main conductive layer and has high surface mobility of the main conductive layer, that is, so-called good wettability. (Monthly Semiconductor
(See World 1989.12, Kiyoshi Watanabe, et al.) However, a barrier metal layer consisting of a Ti layer and a TiN layer, which is generally used, is formed under the laminated wiring by the normal sputtering method as described above. Therefore, in a contact hole, a through hole, or the like, which has poor step coverage and has a small aspect ratio and a large aspect ratio, there is a portion where the barrier metal layer is not formed on the side wall thereof. The step coverage of the main conductive layer such as Al or Al alloy formed by the high temperature bias sputtering is necessarily deteriorated. This state is shown in the schematic sectional view of FIG. 4 showing the conventional problem.

【0006】この図に示されるように、半導体或いは下
層配線等からなる導電性基板51上の絶縁膜52に形成され
たアスペクト比の大きいコンタクトホール(スルーホー
ル)53内にスパッタリング法により堆積される前記バリ
アメタル層54は、段差被覆性に乏しいために側壁の一部
にバリアメタル層54の堆積されないバリアメタル層欠如
部55を生ずる。そして、その後に高温バイアススパッタ
法で生成されるAl若しくはAl合金等の主導電層56は濡れ
性のよいバリアメタル層54に沿って堆積して行くため
に、コンタクトホール(スルーホール)53を埋めるよう
に形成した主導電層56内には前記コンタクトホール(ス
ルーホール)53側壁のバリアメタル層欠如部55を起点に
したボイド57が形成され、抵抗の増大や断線等のコンタ
クト不良を生じ、良好なコンタクトが保証されず、半導
体装置の性能及び信頼性が低下するという問題があっ
た。
As shown in this figure, a contact hole (through hole) 53 having a large aspect ratio is formed in an insulating film 52 on a conductive substrate 51 made of a semiconductor or lower wiring by a sputtering method. Since the barrier metal layer 54 has poor step coverage, a barrier metal layer lacking portion 55 where the barrier metal layer 54 is not deposited is formed on a part of the side wall. Then, after that, the main conductive layer 56 such as Al or Al alloy generated by the high temperature bias sputtering method is deposited along the barrier metal layer 54 having good wettability so that the contact hole (through hole) 53 is filled. In the main conductive layer 56 thus formed, a void 57 starting from the barrier metal layer lacking portion 55 on the side wall of the contact hole (through hole) 53 is formed, resulting in a contact failure such as an increase in resistance or disconnection. However, there is a problem in that the performance and reliability of the semiconductor device are deteriorated because a reliable contact is not guaranteed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、下層
にバリアメタル層を有する積層構造の配線層の段差被覆
性を向上し、良好な配線コンタクトを保証して半導体装
置の性能及び信頼性劣化を防止することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention improves the step coverage of a wiring layer having a laminated structure having a barrier metal layer as an underlying layer, guarantees good wiring contact, and deteriorates the performance and reliability of a semiconductor device. The purpose is to prevent.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題の解決は、下層
から例えばチタンと窒化チタンの積層膜等からなるバリ
アメタル層、シリコン層、アルミニウム若しくはその合
金或いは高融点金属よりなる主導電層が順次積層されて
なる積層構造の内部配線を有する本発明による半導体装
置、若しくは、下層からバリアメタル層、シリコン層、
アルミニウム若しくはその合金或いは高融点金属よりな
る主導電層が順次積層されてなる積層構造の内部配線に
用いる積層配線層を形成するに際して、基板上にスパッ
タ手段により例えばチタンと窒化チタンの積層膜等から
なるバリアメタル層を形成する工程、次いで全面化学気
相成長手段によりシリコン層を形成する工程、次いで例
えば高温バイアススパッタ等のスパッタ手段によりアル
ミニウム若しくはその合金或いは高融点金属からなる主
導電層を形成する工程を有する本発明による半導体装置
の製造方法によって達成される。
To solve the above problems, a barrier metal layer made of, for example, a laminated film of titanium and titanium nitride, a silicon layer, an aluminum or its alloy, or a main conductive layer made of a refractory metal is formed in order from the lower layer. A semiconductor device according to the present invention, which has internal wiring of a laminated structure formed by stacking layers, or a barrier metal layer, a silicon layer from the bottom,
When forming a laminated wiring layer used for internal wiring of a laminated structure in which main conductive layers made of aluminum or its alloy or refractory metal are sequentially laminated, a sputtering method is used to form a laminated film of titanium and titanium nitride on a substrate. Forming a barrier metal layer, then forming a silicon layer by means of chemical vapor deposition over the entire surface, and then forming a main conductive layer made of aluminum or its alloy or refractory metal by means of sputtering such as high temperature bias sputtering. This is achieved by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, which has steps.

【0009】[0009]

【作用】即ち本発明は、非晶質或いは多結晶質のシリコ
ン(Si)層上にAl、Alを主成分とするAl合金、高融点金属
等の主導電層を高温バイアススパッタ法で堆積した際、
Si層の表層部が上記主導電層と合金化することによって
非常に表面移動性(濡れ性)がよく、そのために上記主
導電層の堆積厚さの均一化が図れること、及び、上記Si
層を全面化学気相成長(CVD)法で形成すると、段差
被覆性が極めてよく、アスペクト比の高いコンタクトホ
ール(スルーホール)の側壁面や底面にもほぼ一様な厚
さにSi被膜を成長できることの二つの事実に基づいてな
された。
In other words, the present invention deposits a main conductive layer of Al, an Al alloy containing Al as a main component, a refractory metal or the like on an amorphous or polycrystalline silicon (Si) layer by a high temperature bias sputtering method. When
The surface layer portion of the Si layer is alloyed with the main conductive layer to have very good surface mobility (wettability), and therefore the deposition thickness of the main conductive layer can be made uniform, and
When the layer is formed by chemical vapor deposition (CVD) over the entire surface, the step coverage is extremely good, and the Si film is grown to a substantially uniform thickness on the side wall surface and bottom surface of the contact hole (through hole) with a high aspect ratio. It was based on two facts that could be done.

【0010】そして具体的には、コンタクトホール(ス
ルーホール)内を含む絶縁膜上にバリアメタル層を従来
通りスパッタリング法により被着した後、このコンタク
トホール(スルーホール)内を含む絶縁膜上に全面CV
D法により非晶質若しくは多結晶質等のSi層を成長させ
る。この気相成長Si層は前記のように段差被覆性が極め
てよいので、コンタクトホール(スルーホール)の内面
即ち側壁面及び底面は総てほぼ均一な厚さのSi層に覆わ
れ、Si層欠如部が発生することはない。
Specifically, after a barrier metal layer is deposited on the insulating film including the inside of the contact hole (through hole) by a conventional sputtering method, the barrier metal layer is formed on the insulating film including inside of the contact hole (through hole). Full surface CV
An amorphous or polycrystalline Si layer is grown by the D method. As described above, since the vapor phase grown Si layer has an excellent step coverage, the inner surface of the contact hole (through hole), that is, the side wall surface and the bottom surface are all covered with the Si layer having a substantially uniform thickness, and the Si layer is absent. No part is generated.

【0011】次いで、例えば平坦性に優れた高温バイア
ススパッタ法により、Al、Al合金、高融点金属等の主導
電層を堆積する。ここで、Siに対して濡れ性のよい主導
電層はSi層に沿って表面移動してSi層を有するコンタク
トホール(スルーホール)の側壁面及び底面上にも均一
なレートで堆積される。そしてこの際、前記のようにSi
層がコンタクトホール(スルーホール)の側壁面及び底
面にほぼ均一な厚さに形成されその欠如部が存在しない
ので、主導電層の堆積はコンタクトホール(スルーホー
ル)の内面全域から均一になされ、内部にボイドを残さ
ず主導電層により均一に埋められる。。
Next, a main conductive layer of Al, Al alloy, refractory metal or the like is deposited by, for example, a high temperature bias sputtering method excellent in flatness. Here, the main conductive layer having good wettability with respect to Si moves along the surface of the Si layer and is deposited on the side wall surface and the bottom surface of the contact hole (through hole) having the Si layer at a uniform rate. And at this time, as described above, Si
Since the layer is formed on the sidewall surface and the bottom surface of the contact hole (through hole) to have a substantially uniform thickness and there is no lack thereof, the main conductive layer is uniformly deposited from the entire inner surface of the contact hole (through hole). It is uniformly filled with the main conductive layer without leaving voids inside. .

【0012】かくて、コンタクトホール(スルーホー
ル)部における配線抵抗、コンタクト抵抗の増大や、断
線(マイグレーションや段切れによる)は回避され、配
線やコンタクトホール(スルーホール)が微細化される
高集積度の半導体装置の性能及び信頼性の劣化は防止さ
れる。
Thus, increase in wiring resistance and contact resistance in the contact hole (through hole) portion, disconnection (due to migration and step break) are avoided, and wiring and contact hole (through hole) are miniaturized to achieve high integration. Degradation of the performance and reliability of the semiconductor device is prevented.

【0013】[0013]

【実施例】以下本発明を、図示実施例により具体的に説
明する。図1は本発明の構造の一実施例の模式断面図、
図2及び図3は本発明の方法の一実施例の工程断面図で
ある。全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to illustrated examples. FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of the structure of the present invention,
2 and 3 are process sectional views of an embodiment of the method of the present invention. The same object is denoted by the same reference numeral throughout the drawings.

【0014】図1において、1はp若しくはnの一導電
型を有するSi基板、2は浅い接合を有しn+ 若しくはp
+ の反対導電型を有する不純物拡散領域、3は酸化シリ
コン(SiO2)等よりなり厚さ6000〜8000Å程度の下層絶縁
膜、4は径 8000 Å程度のコンタクトホール、5は例え
ば下部より膜厚 300Å程度のTi膜と膜厚1000〜1500Å程
度のTiN 膜が積層されてなる厚さ1300〜1800Å程度の第
1のバリアメタル層、6は各部ほぼ均一な 100〜200 Å
程度の膜厚を有する非晶質若しくは多結晶質の第1のSi
層、7は例えばAl-1%Si 合金からなる厚さ6000〜7000Å
程度の第1層Al配線、8は厚さ1μm程度の燐珪酸ガラ
ス(PSG) 等からなる層間絶縁膜、9は径8000 Å程度の
スルーホール、10は第1のバリアメタル層と同様の構成
を有する第2のバリアメタル層、11は第1のSi層と同様
の厚さを有する非晶質若しくは多結晶質の第2のSi層、
12は例えばAl-0.5%Cu 合金からなる厚さ1μm程度の第
2層Al配線を示す。
In FIG. 1, 1 is a Si substrate having one conductivity type of p or n, and 2 is n + or p having a shallow junction.
Impurity diffusion region having opposite conductivity type of + , 3 is a lower layer insulating film made of silicon oxide (SiO 2 ) or the like and having a thickness of about 6000 to 8000Å, 4 is a contact hole having a diameter of about 8000Å, 5 is a film thickness from the lower part A first barrier metal layer with a thickness of 1300 to 1800 Å consisting of a Ti film with a thickness of 300 Å and a TiN film with a film thickness of 1000 to 1500 Å, 6 is 100 to 200 Å which is almost uniform in each part.
Amorphous or polycrystalline first Si having a thickness of about 1
Layer, 7 is, for example, made of Al-1% Si alloy and has a thickness of 6000 to 7000Å
1st layer Al wiring, 8 is an interlayer insulating film made of phosphosilicate glass (PSG) with a thickness of about 1 μm, 9 is a through hole with a diameter of about 8000 Å, 10 is the same structure as the first barrier metal layer A second barrier metal layer having 11; an amorphous or polycrystalline second Si layer having the same thickness as the first Si layer;
Reference numeral 12 indicates a second layer Al wiring made of, for example, Al-0.5% Cu alloy and having a thickness of about 1 μm.

【0015】本発明に係る半導体装置は、例えば上記図
1に示すような構造を有しており、以下に、図2及び図
3を参照し一実施例について述べるような、本発明に係
る製造方法により形成される。
The semiconductor device according to the present invention has, for example, a structure as shown in FIG. 1 described above, and is manufactured according to the present invention as described below with reference to FIGS. 2 and 3. Formed by the method.

【0016】図2(a) 参照 即ち、一導電型を有するSi基板1の表面部に例えば2000
Å程度の浅い接合を有する反対導電型の不純物拡散領域
2が形成され、この基板1上を例えばCVD-SiO2からなる
厚さ6000〜8000Å程度の下層絶縁膜3で覆い、この下層
絶縁膜3に前記不純物拡散領域2を表出する径8000Å程
度のコンタクトホール4を周知の方法により形成してな
る従来同様の被処理基板を用い、先ず、この基板上に、
従来同様に通常のスパッタリング法により、厚さ 300Å
程度のTi膜と厚さ1000〜1500Å程度のTiN 膜を順次堆積
することにより厚さ1300〜1800Å程度の Ti/TiN 構成の
第1のバリアメタル層5を形成する。ここで、通常のス
パッタリング法による前記Ti膜とTiN 膜の段差被覆性は
充分でないので上記のようにアスペクト比が1程度ある
コンタクトホール4の側壁面には第1のバリアメタル層
5の欠如部13を生ずる。
Referring to FIG. 2A, that is, 2000 is formed on the surface of the Si substrate 1 having one conductivity type.
An impurity diffusion region 2 of opposite conductivity type having a shallow junction of about Å is formed, and this substrate 1 is covered with a lower layer insulating film 3 made of, for example, CVD-SiO 2 and having a thickness of about 6000 to 8000Å. In the substrate to be processed, the contact hole 4 having a diameter of about 8000Å which exposes the impurity diffusion region 2 is formed by a known method, and first, on the substrate,
The thickness is 300Å by the usual sputtering method as before.
A Ti film having a thickness of about 1300 to 1800Å is formed by sequentially depositing a Ti film having a thickness of about 1000 to 1500Å and a first barrier metal layer 5 having a Ti / TiN structure having a thickness of about 1300 to 1800Å. Here, since the step coverage of the Ti film and the TiN film by the usual sputtering method is not sufficient, the side wall surface of the contact hole 4 having an aspect ratio of about 1 as described above has a lacking portion of the first barrier metal layer 5. Yields 13.

【0017】図2(b) 参照 次いで、上記基板上にモノシラン(SiH4)或いはジシラン
(Si2H6) を成長ガスに用いる通常の全面CVD 法により、
厚さ 100〜200 Å程度の薄い非晶質若しくは多結晶質の
第1のSi層6を形成する。ここで、上記CVD 法によるSi
層の段差被覆性は非常に優れているので、上記第1のSi
層6は前記第1のバリアメタル層5を有する下層絶縁膜
3上は勿論のこと、第1のバリアメタル層5の欠如部13
を有するコンタクトホール4の内面即ち側壁面及び底面
にも、ほぼ均一な厚さに形成される。
Then, referring to FIG. 2 (b), monosilane (SiH 4 ) or disilane is formed on the substrate.
By a normal full-scale CVD method using (Si 2 H 6 ) as a growth gas,
A thin amorphous or polycrystalline first Si layer 6 having a thickness of about 100 to 200 Å is formed. Here, Si by the above CVD method
Since the step coverage of the layer is very excellent,
The layer 6 is not only on the lower insulating film 3 having the first barrier metal layer 5, but also on the lacking portion 13 of the first barrier metal layer 5.
The inner surface of the contact hole 4 having the above, that is, the side wall surface and the bottom surface are also formed with a substantially uniform thickness.

【0018】なお、上記Siの全面CVD における成長条件
は例えば下記による。 成長ガス Si2H6 60 sccm キャリアガス N2 100 sccm 成長圧力 0.4 Torr 成長温度 450 ℃ 図2(c) 参照 次いで、上記基板上に高温バイアススパッタ法により例
えばAl-1%Si 合金からなる厚さ6000〜7000Å程度の第1
のAl配線層107 を堆積する。高温バイアススパッタの条
件は、基板加熱温度: 400〜500 ℃、基板バイアス:−
400 〜−600 V程度に設定する。
The growth conditions in the above-mentioned full-face CVD of Si are as follows, for example. Growth gas Si 2 H 6 60 sccm Carrier gas N 2 100 sccm Growth pressure 0.4 Torr Growth temperature 450 ° C See Fig. 2 (c) Next, the thickness of Al-1% Si alloy is formed on the above substrate by high temperature bias sputtering method. The first of about 6000-7000Å
The Al wiring layer 107 is deposited. The conditions for high temperature bias sputtering are: substrate heating temperature: 400 to 500 ° C, substrate bias: −
Set to about 400 to -600V.

【0019】ここで、第1のAl配線層107 は前記第1の
Si層5に沿って表面移動しながら均一な厚さに堆積され
るので、欠如部が存在せず均一な厚さに第1のSi層6が
形成されているコンタクトホール4の側壁面及び底面に
も均一なレートでAl層107 が堆積され、コンタクトホー
ル4の内部はボイドを残さずに均一にAl層107 で埋めら
れる。なお、通常のスパッタリング法を用いてもボイド
の発生をさけることはできるが、上記高温バイアススパ
ッタのほうがより完全である。
Here, the first Al wiring layer 107 is the same as the first Al wiring layer 107.
Since the surface is moved along the Si layer 5 to be deposited to a uniform thickness, the side wall surface and the bottom surface of the contact hole 4 in which the first Si layer 6 is formed to have a uniform thickness without any missing portion. Also, the Al layer 107 is deposited at a uniform rate, and the inside of the contact hole 4 is uniformly filled with the Al layer 107 without leaving a void. Although the generation of voids can be avoided by using a normal sputtering method, the high temperature bias sputtering is more complete.

【0020】なおまた、上記第1のAl配線層107 は全面
化学気相成長手段で形成してもよい。この場合、化学気
相成長の殆どが表面反応であるためSi層5に対する密着
性が高まるので、Si層5が密着層として使われる場合に
は一層望ましい。
Further, the first Al wiring layer 107 may be formed by whole surface chemical vapor deposition. In this case, since most of the chemical vapor deposition is a surface reaction, the adhesion to the Si layer 5 is enhanced, so that it is more desirable when the Si layer 5 is used as an adhesion layer.

【0021】図2(d) 参照 次いで、通常通りフォトプロセスを用いて形成した図示
しないレジストパターンをマスクにし、塩素系のガスに
よるリアクティブイオンエッチング(RIE) 処理によりAl
層107 をパターニングし、引き続いて弗素系のガスによ
るRIE 処理により第1のSi層6及び第1のバリアメタル
層5をパターニングして、バリアメタル層5と第1のSi
層6及び第1のAl配線層107 が順次積層されてなる第1
層Al配線7を形成する。なおここで、コンタクトホール
4の底部に存在する第1のバリアメタル層5はAlと基板
Siとの相互拡散のバリアとなる。
Next, referring to FIG. 2 (d), a resist pattern (not shown) formed by a usual photo process is used as a mask to perform Al by a reactive ion etching (RIE) process using a chlorine-based gas.
The layer 107 is patterned, and then the first Si layer 6 and the first barrier metal layer 5 are patterned by the RIE process using a fluorine-based gas to form the barrier metal layer 5 and the first Si layer.
A first layer 6 and a first Al wiring layer 107, which are sequentially stacked.
The layer Al wiring 7 is formed. Here, the first barrier metal layer 5 existing at the bottom of the contact hole 4 is made of Al and the substrate.
It serves as a barrier to mutual diffusion with Si.

【0022】図2(e) 参照 次いで、通常のCVD 法により上記基板上に厚さ1μm程
度のPSG 等からなる層間絶縁膜8を形成し、次いでこの
層間絶縁膜8に通常のフォトリソグラフィにより第1層
Al配線7を表出する径8000Å程度のスルーホール9を形
成する。
Next, as shown in FIG. 2E, an interlayer insulating film 8 made of PSG or the like having a thickness of about 1 μm is formed on the above-mentioned substrate by a normal CVD method. 1 layer
A through hole 9 having a diameter of about 8000Å is formed to expose the Al wiring 7.

【0023】図3(a) 参照 次いで、上記基板上に、第1層Al配線7を形成した際と
同様に、通常のスパッタリング法により厚さ 300Å程度
のTi膜と厚さ1000〜1500Å程度のTiN 膜とからなる厚さ
1300〜1800Å程度の第2のバリアメタル層10を形成し、
次いで前記同様の条件による全面CVD 法により厚さ 100
〜200 Å程度の薄い非晶質若しくは多結晶質の第2のSi
層11を形成する。ここで、通常のスパッタリング法によ
る前記Ti膜とTiN 膜の段差被覆性は充分でないので上記
のようにアスペクト比が1以上あるスルーホール9の側
壁面には第2のバリアメタル層10の欠如部14を生ずる。
また、CVD 法によるSi層11の段差被覆性は非常に優れて
いるので、上記第2のSi層11は前記第2のバリアメタル
層10を有する層間絶縁膜8上は勿論のこと、第2のバリ
アメタル層10の欠如部14を有するスルーホール9の内面
即ち側壁面及び底面にも、ほぼ均一な厚さに形成され
る。
Next, as shown in FIG. 3 (a), a Ti film having a thickness of about 300 Å and a thickness of about 1000 to 1500 Å are formed by an ordinary sputtering method in the same manner as when the first layer Al wiring 7 is formed on the substrate. Thickness consisting of TiN film
Form the second barrier metal layer 10 of about 1300 to 1800Å,
Next, a thickness of 100
~ 200 Å thin amorphous or polycrystalline second Si
Form layer 11. Here, since the step coverage of the Ti film and the TiN film by the ordinary sputtering method is not sufficient, the portion where the second barrier metal layer 10 is absent on the side wall surface of the through hole 9 having the aspect ratio of 1 or more as described above. Yields 14.
Further, since the step coverage of the Si layer 11 by the CVD method is very excellent, the second Si layer 11 can be formed not only on the interlayer insulating film 8 having the second barrier metal layer 10 but also on the second layer. The inner surface, that is, the side wall surface and the bottom surface of the through hole 9 having the lacking portion 14 of the barrier metal layer 10 is also formed to have a substantially uniform thickness.

【0024】図3(b) 参照 次いで、上記基板上に高温バイアススパッタ法によりAl
-0.5%Cu 合金からなる厚さ1μm程度の第2層Al配線層
112 を堆積する。高温バイアススパッタの条件は、第1
層Al配線層の場合と同様に基板加熱温度: 400〜500
℃、基板バイアス:−400 〜−600 V程度に設定する。
Then, referring to FIG. 3 (b), Al is formed on the substrate by a high temperature bias sputtering method.
-Second layer Al wiring layer made of 0.5% Cu alloy and having a thickness of about 1 μm
Deposit 112. The conditions for high temperature bias sputtering are:
Substrate heating temperature: 400 to 500 as in the case of Al wiring layer
C, substrate bias: set to about -400 to -600V.

【0025】この第2のAl配線層112 も第2のSi層10に
沿って表面移動しながら均一な厚さに堆積されるので、
欠如部が存在せず均一な厚さに第2のSi層10が形成され
ているスルーホール9の側壁面及び底面にも均一にAl層
112 が堆積され、スルーホール9は内部にボイドを残さ
ずにAl層112 により均一に埋められる。
Since the second Al wiring layer 112 also moves along the surface of the second Si layer 10 and is deposited to have a uniform thickness,
Al layer is evenly formed on the side wall surface and the bottom surface of the through hole 9 in which the second Si layer 10 is formed to have a uniform thickness without any missing portion.
112 is deposited, and the through hole 9 is uniformly filled with the Al layer 112 without leaving a void inside.

【0026】図1参照 次いで、通常通りフォトプロセスを用いて形成した図示
しないレートパターンをマスクにし、塩素系のガスによ
るリアクティブイオンエッチング(RIE) 処理により第2
のAl配線層112 をパターニングし、引き続いて弗素系の
ガスによるRIE処理により第2のSi層11及び第2のバリ
アメタル層10をパターニングして、第2のバリアメタル
層10と第2のSi層11及び第2のAl配線層112 が順次積層
されてなる第2層Al配線12を形成し、以後図示しない被
覆絶縁膜の形成等がなされて、本発明に係る多層Al配線
構造の半導体装置が完成する。なおここで、スルーホー
ル9の底部に存在する第2のバリアメタル層10はAl中の
Si及びCuが相互に拡散するのを防ぐバリアとなる。
Next, referring to FIG. 1, a rate pattern (not shown) formed by a usual photo process is used as a mask to perform a second reactive ion etching (RIE) process using a chlorine-based gas.
Patterning the Al wiring layer 112, and then patterning the second Si layer 11 and the second barrier metal layer 10 by RIE processing with a fluorine-based gas, and then the second barrier metal layer 10 and the second Si layer. The second layer Al wiring 12 is formed by sequentially laminating the layer 11 and the second Al wiring layer 112, and thereafter, a coating insulating film (not shown) is formed to form a semiconductor device having a multilayer Al wiring structure according to the present invention. Is completed. Here, the second barrier metal layer 10 existing at the bottom of the through hole 9 is made of Al
It serves as a barrier that prevents Si and Cu from diffusing each other.

【0027】以上実施例に示したような本発明に係る製
造方法により形成される本発明の下層にバリアメタル層
を有する積層Al配線においては、主導電層となる Al-1%
Si合金或いは Al-5%Cu合金等からなるAl配線層(107 、
112 等)とバリアメタル層(4、10等)との間に、段差
被覆性が非常によく、コンタクトホール4やスルーホー
ル9の側壁面及び底面にも均一な厚さに形成されるCVD-
Si層(6、11等)を設ける。それにより、その上部に高
温バイアススパッタ法等のスパッタリング手段により堆
積される前述のようにSiに対して濡れ性のよい上記Al配
線層(107 、112 等)は、Si層に沿って表面移動してコ
ンタクトホール4或いはスルーホール9の側壁面及び底
面からほぼ均一なレートで堆積される。そして、コンタ
クトホール4或いはスルーホール9内は内部にボイドを
残すことなくAl配線層(107 、112 等)等により均一に
埋め込まれる。
In the laminated Al wiring having the barrier metal layer as the lower layer of the present invention formed by the manufacturing method according to the present invention as shown in the above examples, Al-1% serving as the main conductive layer is formed.
Al wiring layer made of Si alloy or Al-5% Cu alloy (107,
112) and the barrier metal layer (4, 10 etc.) have a very good step coverage and are formed on the sidewalls and bottom surfaces of the contact hole 4 and the through hole 9 with a uniform thickness.
A Si layer (6, 11 etc.) is provided. As a result, the Al wiring layers (107, 112, etc.) having a high wettability with respect to Si, which are deposited on the upper portion thereof by a sputtering method such as a high temperature bias sputtering method, move on the surface along the Si layer. Are deposited from the side wall surface and the bottom surface of the contact hole 4 or the through hole 9 at a substantially uniform rate. Then, the contact hole 4 or the through hole 9 is uniformly filled with an Al wiring layer (107, 112, etc.) without leaving a void inside.

【0028】なお上記実施例においては、下層及び上層
の内部配線の主導電層に Al-Si、Al-Cu 等のAl合金を用
いたが、主導電層に純Alを用いても勿論さしつかえな
く、また主導電層にスパッタ堆積による高融点金属を用
いる際にも有効である。また、上記CVD-Si層は、全面気
相成長手段によりタングステン等の主導電層を形成する
際に、絶縁膜上への密着層としても寄与する。
Although Al alloys such as Al-Si and Al-Cu are used for the main conductive layers of the lower and upper internal wirings in the above embodiments, pure Al may be used for the main conductive layers, as a matter of course. It is also effective when using a refractory metal by sputter deposition for the main conductive layer. The CVD-Si layer also serves as an adhesion layer on the insulating film when the main conductive layer of tungsten or the like is formed by the entire surface vapor phase growth means.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
層にバリアメタル層を有する積層構造の内部配線を用い
る際に、微細なコンタクトホールやスルーホール内に例
えばAl合金等の主導電層をボイドを残さず均一に埋込む
ことができ、コンタクトホールやスルーホール部におけ
る配線抵抗やコンタクト抵抗の増大が防止されると共
に、段切れやエレクトロマイグレーション、ストレスマ
イグレーション等による断線も防止される。
As described above, according to the present invention, when the internal wiring having the laminated structure having the barrier metal layer as the lower layer is used, the main conductive layer of, for example, an Al alloy is formed in the fine contact holes or through holes. Can be buried uniformly without leaving voids, and increase in wiring resistance or contact resistance in the contact hole or through hole portion can be prevented, and disconnection due to step disconnection, electromigration, stress migration, etc. can be prevented.

【0030】従って本発明は、コンタクトホールやスル
ーホールが微細化され、且つ下層にバリアメタル層を有
する積層構造の内部配線が用いられる高集積度の半導体
装置の、性能及び信頼性の劣化防止に寄与するところが
大きい。
Therefore, the present invention is intended to prevent deterioration of performance and reliability of a highly integrated semiconductor device in which contact holes and through holes are miniaturized and internal wiring having a laminated structure having a barrier metal layer as an underlying layer is used. There is a big contribution.

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

【図1】 本発明の構造の一実施例の模式断面図FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of the structure of the present invention.

【図2】 本発明の方法の一実施例の工程断面図(その
1)
FIG. 2 is a process sectional view (1) of an embodiment of the method of the present invention.

【図3】 本発明の方法の一実施例の工程断面図(その
2)
FIG. 3 is a process sectional view of an embodiment of the method of the present invention (No. 2)

【図4】 従来の問題点を示す模式断面図FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a conventional problem

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 不純物拡散領域 3 下層絶縁膜 4 コンタクトホール 5 第1のバリアメタル層 6 第1のSi層 7 第1層Al配線 8 層間絶縁膜 9 スルーホール 10 第2のバリアメタル層 11 第2のSi層 12 第2層Al配線 13、14 バリアメタル層欠如部 107 第1のAl配線層 112 第2のAl配線層 1 Si Substrate 2 Impurity Diffusion Region 3 Lower Layer Insulation Film 4 Contact Hole 5 First Barrier Metal Layer 6 First Si Layer 7 First Layer Al Wiring 8 Interlayer Insulation Film 9 Through Hole 10 Second Barrier Metal Layer 11 Second Si layer 12 Second layer Al wiring 13, 14 Barrier metal layer lacking portion 107 First Al wiring layer 112 Second Al wiring layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下層からバリアメタル層、シリコン層、
アルミニウム若しくはその合金或いは高融点金属よりな
る主導電層が順次積層されてなる積層構造の内部配線を
有することを特徴とする半導体装置。
1. A barrier metal layer, a silicon layer, and
A semiconductor device having internal wiring of a laminated structure in which main conductive layers made of aluminum or its alloy or refractory metal are sequentially laminated.
【請求項2】 前記バリアメタル層がチタンと窒化チタ
ンとの積層膜よりなることを特徴とする請求項1記載の
半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier metal layer is made of a laminated film of titanium and titanium nitride.
【請求項3】 下層からバリアメタル層、シリコン層、
アルミニウム若しくはその合金或いは高融点金属よりな
る主導電層が順次積層されてなる積層構造の内部配線に
用いる積層配線層を形成するに際して、 基板上にスパッタ手段によりバリアメタル層を形成する
工程、次いで全面化学気相成長手段によりシリコン層を
形成する工程、次いでスパッタ手段若しくは全面化学気
相成長手段によりアルミニウム若しくはその合金或いは
高融点金属からなる主導電層を形成する工程を有するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A barrier metal layer, a silicon layer,
When forming a laminated wiring layer used for internal wiring of a laminated structure in which main conductive layers made of aluminum or its alloy or refractory metal are sequentially laminated, a step of forming a barrier metal layer on a substrate by sputtering means, and then the whole surface A semiconductor device comprising a step of forming a silicon layer by chemical vapor deposition means, and then a step of forming a main conductive layer made of aluminum or its alloy or refractory metal by sputtering means or whole surface chemical vapor deposition means. Manufacturing method.
【請求項4】 前記主導電層を形成する際のスパッタ手
段が、高温バイアススパッタ法によることを特徴とする
請求項3記載の半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the sputtering means for forming the main conductive layer is a high temperature bias sputtering method.
【請求項5】 前記バリアメタル層がチタンと窒化チタ
ンとの積層膜よりなることを特徴とする請求項3若しく
は4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 barrier metal layer is made of a laminated film of titanium and titanium nitride.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4880593A (en) * 1988-01-11 1989-11-14 Plasticon Patents, S.A. Method for preparing blow molded plastic container
US5851915A (en) * 1993-11-30 1998-12-22 Nec Corporation Method of manufacturing a semiconductor device through a reduced number of simple processes at a relatively low cost
JPH1154606A (en) * 1997-08-04 1999-02-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor device

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