JPH0697169A - Fabrication of semiconductor device - Google Patents

Fabrication of semiconductor device

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JPH0697169A
JPH0697169A JP24509592A JP24509592A JPH0697169A JP H0697169 A JPH0697169 A JP H0697169A JP 24509592 A JP24509592 A JP 24509592A JP 24509592 A JP24509592 A JP 24509592A JP H0697169 A JPH0697169 A JP H0697169A
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JP
Japan
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aluminum
film
layer
alloy layer
titanium
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP24509592A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Endo
浩二 遠藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a method for fabricating semiconductor having a fabrication step for improving coverage of an upper layer winding being formed in contact with a lower layer wiring through a contact hole. CONSTITUTION:An alloy layer 8 of aluminium 6 and high melting point metal 7 is formed on a surface having a recess exposing an aluminium wiring layer on the bottom face thereof while copying the profile of the recess and then an aluminium containing layer is formed on the alloy layer 8 while filling the recess through sputtering at a temperature of 300-600 deg.C.

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、特に、コンタクトホールを介して下層配線に接して
形成される上層配線のカバレージ率を良好にする製造工
程を有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 of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having a manufacturing process for improving the coverage ratio of an upper layer wiring formed in contact with a lower layer wiring through a contact hole. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】図4に示すように、シリコン基板1上に
絶縁膜2を介して形成された下層アルミニウム配線3上
に絶縁膜4を形成してこれにコンタクトホール5を形成
し、コンタクトホール5の内面を含む絶縁膜4上にスパ
ッタ法を使用してチタン膜7を形成する。次いで、30
0〜600℃の温度でアルミニウムをスパッタし、コン
タクトホール5を埋めてチタン膜7上にアルミニウム含
有層を形成し、これをパターニングして上層配線9を形
成する。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 4, an insulating film 4 is formed on a lower aluminum wiring 3 formed on a silicon substrate 1 with an insulating film 2 interposed therebetween, and a contact hole 5 is formed in the insulating film 4. A titanium film 7 is formed on the insulating film 4 including the inner surface 5 by a sputtering method. Then 30
Aluminum is sputtered at a temperature of 0 to 600 ° C. to fill the contact hole 5 to form an aluminum-containing layer on the titanium film 7, and this is patterned to form the upper wiring 9.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】アルミニウム含有層9
を形成するときに、図5に示すように、シャドウイング
作用によってコンタクトホール5内部に巣10が発生す
るという問題は、アルミニウムを300〜600℃とい
う高温でスパッタすることによって解決されるようにな
った。しかし、コンタクトホール5上の上層配線9に、
図4に示すようにくぼみが発生してカバレージ率が低く
なり、膜厚の薄い部分で断線が生ずるという問題は解決
されていない。こゝで、カバレージ率とは、図4におい
て、平坦部に形成された膜厚をAとし、くぼみの部分の
最低膜厚をBとしたときに、式
Aluminum-containing layer 9
As shown in FIG. 5, the problem that the cavities 10 are generated inside the contact hole 5 when forming the Al is solved by sputtering aluminum at a high temperature of 300 to 600 ° C. It was However, in the upper wiring 9 on the contact hole 5,
As shown in FIG. 4, the problem that the dent occurs and the coverage rate decreases and the disconnection occurs in the thin film portion has not been solved. Here, the coverage rate is an expression when the thickness formed on the flat portion is A and the minimum thickness of the concave portion is B in FIG.

【0004】[0004]

【数1】カバレージ率(%)=(B/A)×100 で与えられる。## EQU1 ## Coverage rate (%) = (B / A) × 100

【0005】本発明の目的は、この欠点を解消すること
にあり、コンタクトホールを介して下層配線に接して形
成される上層配線のカバレージ率を良好にする製造工程
を有する半導体装置の製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to eliminate this drawback, and to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a manufacturing process for improving the coverage ratio of an upper wiring formed in contact with a lower wiring through a contact hole. To provide.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、アルミニ
ウム配線層が底面に露出した凹部を有する表面に、この
凹部の形状を反映するようにアルミニウムと高融点金属
との合金層を形成し、この合金層上に前記の凹部を埋め
てアルミニウム含有層を300〜600℃の温度でスパ
ッタリング形成する工程を有する半導体装置の製造方法
によって達成される。なお、アルミニウムと高融点金属
との合金層の形成は、アルミニウム含有膜を100〜2
000Åの厚さに堆積し、このアルミニウム含有膜上に
高融点金属膜を300〜500℃の温度で100〜20
00Åの厚さに堆積するか、または、アルミニウムと高
融点金属とを含むターゲットを使用してスパッタをする
とよい。
The above-mentioned object is to form an alloy layer of aluminum and a refractory metal on a surface of an aluminum wiring layer having a recess exposed at the bottom so as to reflect the shape of the recess, This is achieved by a method for manufacturing a semiconductor device, which has a step of filling the above-mentioned recesses on this alloy layer and forming an aluminum-containing layer by sputtering at a temperature of 300 to 600 ° C. In addition, the formation of the alloy layer of aluminum and the refractory metal is performed by forming the aluminum-containing film in 100 to 2
A high melting point metal film is deposited on the aluminum-containing film at a temperature of 300 to 500 ° C. for 100 to 20
It may be deposited to a thickness of 00Å or sputtered using a target containing aluminum and a refractory metal.

【0007】[0007]

【作用】凹部を有する表面、例えば、図1に示すよう
に、シリコン基板1上に絶縁膜2を介して下層配線3が
形成され、その上に絶縁膜4が形成され、その絶縁膜4
にコンタクトホール5が形成されている表面に、アルミ
ニウムと高融点金属との合金層8を形成し、コンタクト
ホール5を埋めて合金層8上にアルミニウム含有層9を
300〜600℃の温度で堆積すると、アルミニウム含
有層9のカバレージ率が大幅に改善されることを本発明
の発明者は見出した。これは、アルミニウムと高融点金
属との合金層の方がチタン等の高融点金属単独膜よりも
アルミニウムの表面移動度が大きくなるためと考えられ
る。
As shown in FIG. 1, the lower wiring 3 is formed on the silicon substrate 1 with the insulating film 2 interposed therebetween, and the insulating film 4 is formed on the lower wiring 3.
An alloy layer 8 of aluminum and a refractory metal is formed on the surface where the contact hole 5 is formed, the contact hole 5 is filled, and an aluminum-containing layer 9 is deposited on the alloy layer 8 at a temperature of 300 to 600 ° C. Then, the inventor of the present invention has found that the coverage rate of the aluminum-containing layer 9 is significantly improved. It is considered that this is because the alloy layer of aluminum and the refractory metal has a higher surface mobility of aluminum than the film of the refractory metal alone such as titanium.

【0008】ところで、アルミニウムと高融点金属とが
合金化するときには体積収縮が発生する。したがって、
最初に高融点金属膜を形成してその上にアルミニウム膜
を形成して合金化すると、アルミニウムの方が高融点金
属よりも軟らかいため高融点金属膜が浮き上がり、下層
配線との間に間隙が生じてコンタクト抵抗が増大すると
いう問題が発生する。よって、本発明のように最初にア
ルミニウム膜を形成し、その上に高融点金属膜を形成し
て合金化することが重要である。なお、300〜500
℃の温度で高融点金属膜を堆積すれば、先に堆積されて
いるアルミニウム膜と反応してアルミニウムと高融点金
属との合金層が形成されることが実験により確認され
た。
By the way, when aluminum and refractory metal are alloyed, volume contraction occurs. Therefore,
When a refractory metal film is formed first and then an aluminum film is formed on it and alloyed, aluminum is softer than refractory metal, so the refractory metal film floats up and a gap is formed between it and the underlying wiring. As a result, there arises a problem that the contact resistance increases. Therefore, like the present invention, it is important to first form an aluminum film and then form a refractory metal film on the aluminum film for alloying. Incidentally, 300 to 500
It was confirmed by experiments that if a refractory metal film is deposited at a temperature of ° C, it reacts with the previously deposited aluminum film to form an alloy layer of aluminum and refractory metal.

【0009】また、アルミニウムと高融点金属とを有す
るターゲットを使用してスパッタをなし、アルミニウム
と高融点金属との合金層を形成する方法に代えて、アル
ミニウムと高融点金属との合金をターゲットに使用して
スパッタする方法があるが、この場合には堆積する合金
層中のパーティクルが増加するという問題があるので、
この問題さえ解決されゝば実施可能である。
Further, instead of a method of forming an alloy layer of aluminum and a refractory metal by sputtering using a target having aluminum and a refractory metal, an alloy of aluminum and a refractory metal is used as a target. There is a method of using and sputtering, but in this case there is a problem that particles in the deposited alloy layer increase, so
Even if this problem is solved, it can be implemented.

【0010】また、上層のアルミニウム含有層を堆積す
るときの下限温度300℃は凹部内にシャドウイング作
用による巣が発生しないための条件から決められ、上限
温度600℃はアルミニウムの融点以下の条件から決め
られたものである。
Further, the lower limit temperature of 300 ° C. when depositing the upper aluminum-containing layer is determined by the condition that no nest is generated in the recess due to the shadowing action, and the upper limit temperature of 600 ° C. is the condition below the melting point of aluminum. It was decided.

【0011】なお、アルミニウムと高融点金属との合金
層がアルミニウム配線層の下面に形成されることによ
り、マイグレーション耐性が向上するという効果もあ
る。
The formation of an alloy layer of aluminum and a refractory metal on the lower surface of the aluminum wiring layer also has the effect of improving migration resistance.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
係る多層配線の形成方法について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method of forming a multi-layer wiring according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】図1(a)参照 シリコン基板1上に二酸化シリコン膜2を形成し、この
二酸化シリコン膜2上に200℃の温度でアルミニウム
をスパッタして7000Å厚のアルミニウム含有層を形
成し、これをパターニングして下層配線3を形成する。
Referring to FIG. 1 (a), a silicon dioxide film 2 is formed on a silicon substrate 1, and aluminum is sputtered on the silicon dioxide film 2 at a temperature of 200 ° C. to form an aluminum-containing layer having a thickness of 7000Å. Is patterned to form the lower layer wiring 3.

【0014】図1(b)参照 CVD法を使用してPSG膜4を1μm厚に形成し、こ
れをパターニングして1μm□のコンタクトホール5を
形成する。次に、200℃の温度でアルミニウムをスパ
ッタし、500〜1000Å厚のアルミニウム膜6を形
成し、次いで、300〜500℃の温度でチタンをスパ
ッタして500〜1000Å厚のチタン膜7を形成す
る。このスパッタ工程中に、先に形成されたアルミニウ
ム膜6とチタンとが反応してアルミニウム・チタン合金
層8が形成される。
Referring to FIG. 1B, the PSG film 4 is formed to a thickness of 1 μm by the CVD method, and the PSG film 4 is patterned to form a contact hole 5 of 1 μm □. Next, aluminum is sputtered at a temperature of 200 ° C. to form an aluminum film 6 having a thickness of 500 to 1000 Å, and then titanium is sputtered at a temperature of 300 to 500 ° C. to form a titanium film 7 having a thickness of 500 to 1000 Å. . During this sputtering step, the aluminum film 6 previously formed reacts with titanium to form the aluminum-titanium alloy layer 8.

【0015】図1(c)参照 コンタクトホール5を埋めてアルミニウム・チタン合金
層8上に300〜600℃の温度でアルミニウムをスパ
ッタして7000〜10000Å厚のアルミニウム含有
層を形成し、これをパターニングして上層配線9を形成
する。コンタクトホール5上にはくぼみが殆ど発生せ
ず、平坦な上層配線が形成された。
Referring to FIG. 1C, aluminum is sputtered on the aluminum / titanium alloy layer 8 at a temperature of 300 to 600 ° C. to fill the contact hole 5 to form an aluminum containing layer having a thickness of 7,000 to 10,000 Å and patterned. Then, the upper wiring 9 is formed. Almost no dent was formed on the contact hole 5, and a flat upper wiring was formed.

【0016】なお、実施例においては高融点金属として
チタンを使用する場合について説明したが、その他の高
融点金属を使用した場合にも同一の効果が得られた。ま
た、アルミニウム・チタン合金層を形成するときに堆積
するアルミニウム膜6は必ずしも純粋なアルミニウムの
必要はなく、銅・シリコン等を含有していてもよい。具
体的には、シリコンを1%含むアルミニウム膜、また
は、アルミニウムと銅との合金膜でもよい。また、アル
ミニウム膜6とチタン膜7の堆積方法はスパッタ法に限
定されるものではなく、CVD法を使用してもよい。
In the examples, the case where titanium is used as the refractory metal has been described, but the same effect can be obtained when other refractory metals are used. Further, the aluminum film 6 deposited when forming the aluminum / titanium alloy layer does not necessarily need to be pure aluminum, and may contain copper / silicon or the like. Specifically, an aluminum film containing 1% of silicon or an alloy film of aluminum and copper may be used. The method for depositing the aluminum film 6 and the titanium film 7 is not limited to the sputtering method, and the CVD method may be used.

【0017】図2参照 アルミニウム膜6上に堆積するチタン膜7の堆積温度と
アルミニウム・チタン合金の形成状況との関係を調べる
ために、X線回折によりアルミニウム3チタン(Al3
Ti)合金の強度(KCPS(キロカウント/秒))を
測定した。その結果を図2に示す。
Referring to FIG. 2, in order to investigate the relationship between the deposition temperature of the titanium film 7 deposited on the aluminum film 6 and the formation state of the aluminum-titanium alloy, aluminum 3 titanium (Al 3
The strength of the Ti) alloy (KCPS (kilo counts / second)) was measured. The result is shown in FIG.

【0018】チタンの堆積温度を300℃以上にすれば
Al3 Ti合金が形成され、堆積温度の上昇とゝもにA
3 Ti合金の生成量が増加することが確認された。
If the deposition temperature of titanium is set to 300 ° C. or higher, an Al 3 Ti alloy is formed, and when the deposition temperature rises, A
It was confirmed that the amount of l 3 Ti alloy produced increased.

【0019】図3参照 チタンの堆積温度とコンタクトホールを埋めて形成され
る上層配線のカバレージ率との関係を図3に示す。チタ
ン堆積温度が300℃以下の場合は、図2において説明
したようにアルミニウム・チタン合金層が生成されない
ためカバレージ率は低い。チタンの堆積温度が300℃
を越えて高くなるに従って、図2に示すように、アルミ
ニウム・チタン合金層の生成量が増加し、それに伴って
カバレージ率が大幅に改善されることが確認された。
FIG. 3 shows the relationship between the deposition temperature of titanium and the coverage ratio of the upper wiring formed by filling the contact hole. When the titanium deposition temperature is 300 ° C. or lower, the coverage ratio is low because the aluminum-titanium alloy layer is not formed as described in FIG. Titanium deposition temperature is 300 ℃
As shown in FIG. 2, it was confirmed that the production rate of the aluminum-titanium alloy layer increased with the increase of the value over the range, and the coverage rate was significantly improved accordingly.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る半導
体装置の製造方法においては、凹部を有する表面にアル
ミニウムと高融点金属との合金層を形成し、その合金層
上に300〜500℃の温度でアルミニウム含有層を高
温堆積することによって、アルミニウムの表面移動度が
向上してカバレージ率が改善され、表面が平坦なアルミ
ニウム含有層が形成されるようになり、LSIの集積度
向上に寄与するところが大きい。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an alloy layer of aluminum and a refractory metal is formed on the surface having a recess, and the alloy layer of 300 to 500 ° C. is formed on the alloy layer. By depositing the aluminum-containing layer at a high temperature, the surface mobility of aluminum is improved, the coverage ratio is improved, and the aluminum-containing layer having a flat surface is formed, which contributes to the improvement of the integration degree of LSI. However, it is big.

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

【図1】多層配線の形成工程図である。FIG. 1 is a process drawing of forming a multilayer wiring.

【図2】アルミニウム膜とチタン膜とを続けて堆積した
ときに生成されるAl3 TiのX線回折強度とチタン堆
積温度との関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the X-ray diffraction intensity of Al 3 Ti produced when an aluminum film and a titanium film are successively deposited and the titanium deposition temperature.

【図3】アルミニウム膜とチタン膜とを続けて堆積して
アルミニウム・チタン合金層を形成し、その上にアルミ
ニウム含有層を形成したときのカバレージ率とチタン堆
積温度との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a coverage ratio and a titanium deposition temperature when an aluminum / titanium alloy layer is formed by successively depositing an aluminum film and a titanium film, and an aluminum-containing layer is formed thereon. .

【図4】従来の多層配線の形成工程図である。FIG. 4 is a process drawing of a conventional multilayer wiring.

【図5】コンタクトホール内に発生する巣の説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a nest generated in a contact hole.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 絶縁膜 3 下層配線 4 絶縁膜 5 コンタクトホール 6 アルミニウム膜 7 チタン膜 8 アルミニウム・チタン合金層 9 上層配線 10 巣 1 Silicon substrate 2 Insulating film 3 Lower layer wiring 4 Insulating film 5 Contact hole 6 Aluminum film 7 Titanium film 8 Aluminum / titanium alloy layer 9 Upper layer wiring 10 Nest

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルミニウム配線層が底面に露出した凹
部を有する表面に、該凹部の形状を反映するようにアル
ミニウムと高融点金属との合金層を形成し、 該合金層上に前記凹部を埋めてアルミニウム含有層を3
00〜600℃の温度でスパッタリング形成する工程を
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. An aluminum wiring layer is formed with an alloy layer of aluminum and a refractory metal on a surface having a recess exposed at the bottom so as to reflect the shape of the recess, and the recess is filled on the alloy layer. Aluminum containing layer 3
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming by sputtering at a temperature of 00 to 600 ° C.
【請求項2】 アルミニウム含有膜を100〜2000
Åの厚さに堆積し、該アルミニウム含有膜上に高融点金
属膜を300〜500℃の温度で100〜2000Åの
厚さに堆積してアルミニウムと高融点金属との合金層を
形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
製造方法。
2. An aluminum-containing film having a thickness of 100-2000.
A high melting point metal film is deposited on the aluminum-containing film at a temperature of 300 to 500 ° C. to a thickness of 100 to 2000 Å to form an alloy layer of aluminum and a high melting point metal. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is manufactured.
【請求項3】 アルミニウム含有物と高融点金属とを含
むターゲットを使用してスパッタをなし、アルミニウム
と高融点金属との合金層を形成することを特徴とする請
求項1記載の半導体装置の製造方法。
3. The manufacturing of a semiconductor device according to claim 1, wherein sputtering is performed using a target containing an aluminum-containing material and a refractory metal to form an alloy layer of aluminum and the refractory metal. Method.
JP24509592A 1992-09-14 1992-09-14 Fabrication of semiconductor device Withdrawn JPH0697169A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5633199A (en) * 1995-11-02 1997-05-27 Motorola Inc. Process for fabricating a metallized interconnect structure in a semiconductor device

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Effective date: 19991130