JPH07130854A - Wiring structure body and its forming method - Google Patents

Wiring structure body and its forming method

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JPH07130854A
JPH07130854A JP30116693A JP30116693A JPH07130854A JP H07130854 A JPH07130854 A JP H07130854A JP 30116693 A JP30116693 A JP 30116693A JP 30116693 A JP30116693 A JP 30116693A JP H07130854 A JPH07130854 A JP H07130854A
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JP
Japan
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aluminum
layer
forming
connection hole
lower wiring
Prior art date
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Application number
JP30116693A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Maeda
圭一 前田
Takaaki Miyamoto
孝章 宮本
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Abstract

PURPOSE:To suppress the movement to aluminum plug of aluminum of a lower- layer wiring layer without forming barrier metal layer consisting of TiON or TiN with a high specific resistance between aluminum lower-layer wiring layer and the aluminum plug when electrically connecting the aluminum plug to the aluminum lower-layer wiring layer. CONSTITUTION:In the title wiring structure body which is constituted of aluminum lower-layer wiring layer 1, an insulation layer 2 which is formed on it and has a connection hole A for electrical connection to the aluminum lower- layer wiring layer 1, TiAl3 layer 7 is formed between the aluminum lower-layer wiring layer 1 at the bottom of at least the connection hole A and the aluminum plug 4a.

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、半導体装置内に形成す
る配線構造体に関する。より詳しくは、アルミニウム系
下層配線層上に絶縁層が形成されており、その絶縁層に
アルミニウム系プラグが形成されている配線構造体にお
いて、アルミニウム系下層配線層とアルミニウム系プラ
グとの間のボイドを解消した配線構造体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wiring structure formed in a semiconductor device. More specifically, in a wiring structure in which an insulating layer is formed on an aluminum-based lower wiring layer and an aluminum-based plug is formed on the insulating layer, a void between the aluminum-based lower wiring layer and the aluminum-based plug is formed. The present invention relates to a wiring structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体装置の配線層や接続孔
を埋め込んでいるメタルプラグは、比抵抗が低く、材料
コストも低いアルミニウム系材料を用いて、常温スパッ
タ法により形成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a metal plug filling a wiring layer or a connection hole of a semiconductor device is formed by an ambient temperature sputtering method using an aluminum material having a low specific resistance and a low material cost.

【0003】ところで、半導体装置の高集積化が進展す
るにつれ、半導体装置の下層配線層と上層配線層とを導
通させるための接続孔の孔径が微細化し、そのアスペク
ト比も高くなっている。このような微細な接続孔にアル
ミニウム系材料を埋め込む場合に、従来と同様に単に常
温スパッタ法によりアルミニウム系材料を埋め込むので
は、十分なステップカバレージを達成できないという問
題があった。
Meanwhile, as the degree of integration of semiconductor devices has advanced, the diameter of the connection holes for conducting the lower wiring layer and the upper wiring layer of the semiconductor device has become finer and the aspect ratio thereof has become higher. When an aluminum-based material is embedded in such a fine connection hole, sufficient step coverage cannot be achieved by simply embedding the aluminum-based material by a room temperature sputtering method as in the conventional case.

【0004】このため、微細な接続孔へアルミニウム系
材料を埋め込む方法として、メタルプラグの形成と平坦
な上層配線層とを同時に形成できる高温スパッタ法とリ
フロー法とが注目されている。高温スパッタ法は、アル
ミニウム系材料をスパッタする際に、半導体基板をアル
ミニウム系材料の融点付近に加熱しながら行うことによ
り、半導体基板に被着したアルミニウム系材料をリフロ
ーさせて接続孔に充填する技術であり、リフロー法は、
半導体基板を通常のスパッタ温度でアルミニウム系材料
をスパッタし、その後に半導体基板をアルミニウム系材
料の融点付近に加熱して被着したアルミニウム系材料を
リフローさせて接続孔に充填する技術である。この場
合、アルミニウム系材料の埋め込み性を向上させるため
に、下層配線層と絶縁層との全面にアルミニウム系材料
と濡性の良好なTi層を下地として形成することが一般
に行われている。
Therefore, as a method of burying an aluminum-based material in a fine connection hole, attention has been paid to a high temperature sputtering method and a reflow method capable of simultaneously forming a metal plug and a flat upper wiring layer. The high-temperature sputtering method is a technique for reflowing the aluminum-based material deposited on the semiconductor substrate to fill the connection holes by heating the semiconductor substrate near the melting point of the aluminum-based material when sputtering the aluminum-based material. And the reflow method is
This is a technique in which a semiconductor substrate is sputtered with an aluminum-based material at a normal sputtering temperature, and then the semiconductor substrate is heated to near the melting point of the aluminum-based material to reflow the deposited aluminum-based material to fill the connection holes. In this case, in order to improve the embedding property of the aluminum-based material, a Ti layer having a good wettability with the aluminum-based material is generally formed as a base over the entire surface of the lower wiring layer and the insulating layer.

【0005】このようにアルミニウム系材料を微細な接
続孔に埋め込んで形成される配線構造体を図7に示す。
同図に示すように、この配線構造体は、下層配線層1、
接続孔Aを有するSiOやPSGなどからなる絶縁層
2、絶縁層2の表面と接続孔Aの内面に形成されたTi
層3、及び接続孔Aに埋め込まれたアルミニウム系プラ
グ4aとアルミニウム系上層配線層4bとからなる。そ
してTi層3とアルミニウム系プラグ4a又はアルミニ
ウム系上層配線層4bとの境界部分にはTiとAlとの
反応により生成したTiAl合金層5が形成されてい
る。
FIG. 7 shows a wiring structure formed by embedding an aluminum-based material in fine connection holes in this way.
As shown in the figure, this wiring structure has a lower wiring layer 1,
Insulating layer 2 made of SiO 2 or PSG having connection hole A, Ti formed on the surface of insulating layer 2 and the inner surface of connection hole A
The layer 3 and the aluminum-based plug 4a embedded in the connection hole A and the aluminum-based upper wiring layer 4b are included. A TiAl alloy layer 5 formed by the reaction of Ti and Al is formed at the boundary between the Ti layer 3 and the aluminum-based plug 4a or the aluminum-based upper wiring layer 4b.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
示すような配線構造体の形成時に、下層配線層1がアル
ミニウム系材料から構成されている場合に、下層配線層
1とTi層3とを両者が反応してしまうような条件下に
置くと、例えばアルミニウム系プラグを高温スパッタ法
やリフロー法を利用して形成しようとすると、以下に説
明するように、下層配線層1にボイドが形成され配線の
信頼性を確保できなくなるという問題がある。即ち、図
8(a)に示すように、アルミニウム系材料からなる下
層配線層1に接続孔Aを有するSiOなどからなる絶
縁層2を形成し、全面に下地層としてTi層3を形成し
た後、アルミニウム系合金を高温スパッタ法で成膜する
と、高温スパッタ時に図8(b)に示すように、下層配
線層1を構成するアルミニウム系材料が加熱により膨脹
しながらTi層3に拡散し、ついにはTi層3の表面に
まで達し、更に図中矢印に示すように下層配線層1を構
成するアルミニウム系材料がアルミニウム系プラグ4a
に拡散し吸い上げられ、図8(c)に示すように、下層
配線層1にボイドBが形成されてしまうという問題があ
った。
However, when forming the wiring structure as shown in FIG. 7, when the lower wiring layer 1 is made of an aluminum-based material, the lower wiring layer 1 and the Ti layer 3 are separated from each other. Under the condition that they react with each other, for example, when an aluminum-based plug is formed by using a high temperature sputtering method or a reflow method, voids are formed in the lower wiring layer 1 as described below. There is a problem that the reliability of wiring cannot be ensured. That is, as shown in FIG. 8A, an insulating layer 2 made of SiO 2 or the like having a connection hole A is formed on a lower wiring layer 1 made of an aluminum material, and a Ti layer 3 is formed on the entire surface as a base layer. After that, when an aluminum-based alloy is formed by high-temperature sputtering, the aluminum-based material forming the lower wiring layer 1 diffuses into the Ti layer 3 while expanding due to heating, as shown in FIG. Finally, the aluminum-based material that reaches the surface of the Ti layer 3 and further constitutes the lower wiring layer 1 is the aluminum-based plug 4a as shown by the arrow in the figure.
There is a problem in that the voids B are diffused and sucked up by the voids and voids B are formed in the lower wiring layer 1 as shown in FIG. 8C.

【0007】同様に、リフロー法においても、アルミニ
ウム系プラグ4a形成後のリフロー処理の加熱により下
層配線層1にボイドBが形成されてしまうという問題が
あった。
Similarly, the reflow method also has a problem that voids B are formed in the lower wiring layer 1 by heating in the reflow process after forming the aluminum type plug 4a.

【0008】この問題を解決するために、図9に示すよ
うに、アルミニウム系下層配線層1とTi層3bとの反
応を防止するために、従来から反射防止膜の材料として
用いられているTiON又はTiNからなるバリヤメタ
ル層6を、アルミニウム系下層配線層1とアルミニウム
系プラグ4aとの間で且つTi層3a及び3bとに挟持
されるように配することが提案されている(特願平5−
173701号明細書)。ここで、バリヤメタル層6及
びTi層3aは接続孔Aが絶縁層2に形成される前に予
めアルミニウム下層配線層1上に形成されている。な
お、Ti層3aは、バリヤメタル層6によりアルミニウ
ム系下層配線層1が不導態化しないようにするための層
であり、Ti層3bはアルミウム材料の埋め込み特性を
向上させるために設けられている。
In order to solve this problem, as shown in FIG. 9, in order to prevent the reaction between the aluminum-based lower wiring layer 1 and the Ti layer 3b, TiON conventionally used as a material for an antireflection film. Alternatively, it is proposed that the barrier metal layer 6 made of TiN is arranged so as to be sandwiched between the aluminum-based lower wiring layer 1 and the aluminum-based plug 4a and also between the Ti layers 3a and 3b (Japanese Patent Application No. Hei 5 (1999) -135242). −
173701 specification). Here, the barrier metal layer 6 and the Ti layer 3a are formed in advance on the aluminum lower wiring layer 1 before the connection hole A is formed in the insulating layer 2. The Ti layer 3a is a layer for preventing the aluminum-based lower wiring layer 1 from being rendered nonconductive by the barrier metal layer 6, and the Ti layer 3b is provided for improving the burying property of the aluminum material. .

【0009】しかしながら、バリヤメタル層6を構成す
るTiONやTiNなどは比抵抗が高いので、配線抵抗
の増大を抑制するためにその厚みを大きくすることがで
きず、また、配線層厚の抑制の点から、その厚みは下層
配線層1とTi層3bとの反応防止に必要な厚みとされ
る。このため、バリヤメタル層6の厚みは通常約20〜
30nmと非常に薄いものとされる。従って、接続孔を
エッチングで形成する際にバリヤメタル層6でエッチン
グを止めることが非常に困難であり、接続孔Aがバリヤ
メタル層6を貫通する場合があった。また、バリヤメタ
ル層6にストレスによりクラックが生じる場合もあり、
その場合にはクラックを通じて、アルミニウム系下層配
線層1とTi層3bとが反応し、結果的に下層配線層1
にボイドが形成されるという問題があった。
However, since TiON, TiN and the like which form the barrier metal layer 6 have a high specific resistance, their thickness cannot be increased in order to suppress an increase in wiring resistance, and the wiring layer thickness must be suppressed. Therefore, the thickness is set to a thickness necessary for preventing the reaction between the lower wiring layer 1 and the Ti layer 3b. Therefore, the thickness of the barrier metal layer 6 is usually about 20-
It is very thin, 30 nm. Therefore, it is very difficult to stop the etching at the barrier metal layer 6 when the connection hole is formed by etching, and the connection hole A may penetrate the barrier metal layer 6. Further, the barrier metal layer 6 may be cracked due to stress,
In that case, the aluminum-based lower wiring layer 1 and the Ti layer 3b react with each other through cracks, and as a result, the lower wiring layer 1
There was a problem that voids were formed in the.

【0010】また、バリヤメタル層6上のTi層3bの
アルミニウム系材料の濡れ性は、バリヤメタル層6が存
在しない場合よりも低下するという問題もあった。
There is also a problem that the wettability of the aluminum-based material of the Ti layer 3b on the barrier metal layer 6 is lower than that when the barrier metal layer 6 is not present.

【0011】ところで、図9において、バリヤメタル層
6は接続孔Aが形成される前に予めTi層3a上に形成
されているが、接続孔亜を絶縁層2に形成した後にバリ
ヤメタル層6を接続孔内部にCVD法などを利用して形
成することも考えられる。しかし、バリヤメタル層の微
細な接続孔の底部へのカバレージ性は十分とはいえず、
従って、アルミニウム系下層配線層とTi層との反応を
有効に防止することができないという問題があった。
By the way, in FIG. 9, the barrier metal layer 6 is formed on the Ti layer 3a in advance before the connection hole A is formed, but the barrier metal layer 6 is connected after the connection hole sub-portion is formed in the insulating layer 2. It is also possible to form it inside the hole by using the CVD method or the like. However, the coverage to the bottom of the fine connection hole of the barrier metal layer is not sufficient,
Therefore, there is a problem that the reaction between the aluminum-based lower wiring layer and the Ti layer cannot be effectively prevented.

【0012】本発明は、以上の述べた従来技術の問題的
を解決しようとするものであり、アルミニウム系下層配
線層にアルミニウム系プラグを導通させる際に、それら
の間に高い比抵抗を有するTiON又はTiNからなる
バリヤメタル層を形成することなく、下層配線層のアル
ミニウムのアルミニウム系プラグへの移動を抑制できる
ようにして下層配線層にボイドを持たず、Al配線の断
線のない低抵抗の配線構造体及びその形成方法を提供す
ることを目的とする。
The present invention is intended to solve the above-mentioned problems of the prior art, and when the aluminum-based plug is electrically connected to the aluminum-based lower wiring layer, TiON has a high specific resistance therebetween. Alternatively, it is possible to suppress the movement of aluminum of the lower wiring layer to the aluminum-based plug without forming a barrier metal layer made of TiN, so that there is no void in the lower wiring layer and there is no disconnection of the Al wiring. It is an object to provide a body and a method for forming the body.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者は、接続孔底部
のアルミニウム系下層配線層とアルミニウム系プラグと
の間に、予めTiAl層を形成しておくことにより上
述の目的が達成できることを見出し、本発明を完成させ
るに至った。
Means for Solving the Problems The present inventor has achieved the above-mentioned object by forming a TiAl 3 layer in advance between the aluminum-based lower wiring layer at the bottom of the connection hole and the aluminum-based plug. Heading out, the present invention has been completed.

【0014】即ち、本発明は、アルミニウム系下層配線
層と、その上に積層された絶縁層であって、アルミニウ
ム系下層配線層への導通をとるための接続孔を有する絶
縁層と、接続孔に埋め込まれたアルミニム系プラグとか
ら構成される配線構造体において、少なくとも接続孔の
底部のアルミニウム系下層配線層とアルミニウム系プラ
グとの間にTiAl層が形成されていることを特徴と
する配線構造体を提供する。
That is, according to the present invention, an aluminum-based lower wiring layer, an insulating layer laminated on the aluminum-based lower wiring layer, and an insulating layer having a connection hole for establishing conduction to the aluminum-based lower wiring layer, and a connection hole. In a wiring structure including an aluminum-based plug embedded in the wiring, a TiAl 3 layer is formed at least between the aluminum-based lower wiring layer at the bottom of the connection hole and the aluminum-based plug. Provide a structure.

【0015】また、本発明は、上述の配線構造体の形成
方法において:アルミニウム系下層配線層上にTiAl
層を形成する工程;TiAl層上に絶縁層を形成す
る工程;絶縁層に、アルミニウム系下層配線層への導通
をとるための接続孔をTiAl層に達するまで開孔す
る工程;そして接続孔にアルミニウム系材料を埋め込ん
でアルミニウム系プラグを形成する工程を含んでなるこ
とを特徴とする形成方法を提供する。
The present invention also provides a method of forming a wiring structure as described above, wherein: TiAl is formed on the aluminum-based lower wiring layer.
A step of forming three layers; a step of forming an insulating layer on the TiAl 3 layer; a step of forming a connection hole in the insulating layer for establishing conduction to the aluminum-based lower wiring layer until reaching the TiAl 3 layer; and There is provided a forming method including a step of burying an aluminum-based material in a connection hole to form an aluminum-based plug.

【0016】本発明は、更に、上述の配線構造体の形成
方法において:アルミニウム系下層配線層上にTi層を
形成する工程;アルミニウム系下層配線層とTi層とを
加熱し反応させてTi層をTiAl層とする工程;生
成したTiAl層上に絶縁層を形成する工程;絶縁層
に、アルミニウム系下層配線層への導通をとるための接
続孔をTiAl層に達するまで開孔する工程;及び接
続孔にアルミニウム系材料を埋め込んでアルミニウム系
プラグを形成する工程を含んでなることを特徴とする形
成方法を提供する。
The present invention further provides the above-mentioned method for forming a wiring structure: a step of forming a Ti layer on an aluminum-based lower wiring layer; the aluminum-based lower wiring layer and the Ti layer are heated to react with each other to form a Ti layer. step of forming an insulating layer on the generated TiAl 3 layer on; the processes and TiAl 3-layer insulating layer and openings to the connection hole to obtain conductivity to aluminum-based lower wiring layers reaches the TiAl 3 layers And a step of burying an aluminum-based material in the connection hole to form an aluminum-based plug.

【0017】また、本発明は、上述の配線構造体の形成
方法において:アルミニウム系下層配線層上に絶縁層を
形成する工程;絶縁層に、アルミニウム系下層配線層へ
の導通をとるための接続孔をアルミニウム系下層配線層
に達するまで開孔する工程;接続孔の少なくとも底部
に、Ti層をCVD法により形成する工程;アルミニウ
ム系下層配線層とTi層とを加熱し反応させて接続孔の
底部のTi層をTiAl層とする工程;及び接続孔に
アルミニウム系材料を埋め込んでアルミニウム系プラグ
を形成する工程を含んでなることを特徴とする形成方法
を提供する。
Further, the present invention provides the above-described method for forming a wiring structure: a step of forming an insulating layer on the aluminum-based lower wiring layer; connecting the insulating layer to the aluminum-based lower wiring layer for electrical connection. A step of forming a hole until reaching the aluminum-based lower wiring layer; a step of forming a Ti layer at least at the bottom of the connection hole by a CVD method; heating the aluminum-based lower wiring layer and the Ti layer to react with each other There is provided a forming method characterized by including a step of forming a Ti layer at the bottom portion into a TiAl 3 layer; and a step of burying an aluminum material in a connection hole to form an aluminum plug.

【0018】更に、本発明は、上述の配線構造体の形成
方法において:アルミニウム系下層配線層上に絶縁層を
形成する工程;絶縁層に、アルミニウム系下層配線層へ
の導通をとるための接続孔をアルミニウム系下層配線層
に達するまで開孔する工程;接続孔の少なくとも底部
に、TiAl層をCVD法により形成する工程;及び
接続孔にアルミニウム系材料を埋め込んでアルミニウム
系プラグを形成する工程を含んでなることを特徴とする
形成方法を提供する。
Further, in the present invention, in the above-described method for forming a wiring structure, the step of forming an insulating layer on the aluminum-based lower wiring layer; connecting the insulating layer to the aluminum-based lower wiring layer for conduction. A step of forming a hole until reaching the aluminum-based lower wiring layer; a step of forming a TiAl 3 layer by a CVD method on at least the bottom of the connection hole; and a step of burying an aluminum-based material in the connection hole to form an aluminum-based plug The present invention provides a forming method comprising:

【0019】以下、本発明を図面を参照しながら詳細に
説明する。なお、図面において、同一の符号は同一又は
同等の構成要素を表す。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals represent the same or equivalent constituent elements.

【0020】まず、好ましい態様の本発明の配線構造体
の断面図を図1に示す。この配線構造体は、アルミニウ
ム系下層配線層1、接続孔Aを有するSiOなどから
なる絶縁層2、接続孔Aの底部に形成されたTiAl
層7、絶縁層2の表面と接続孔Aの内面に形成されたT
i層3、及び接続孔Aに埋め込まれたアルミニウム系プ
ラグ4aとアルミニウム系上層配線層4bとからなる。
また、アルミニウム系上層配線層4b上には、必要に応
じて設けられるTiONやTiN等の反射防止膜9が形
成されている。
First, FIG. 1 shows a sectional view of a wiring structure of the present invention in a preferred embodiment. This wiring structure includes an aluminum-based lower wiring layer 1, an insulating layer 2 made of SiO 2 having a connection hole A, and TiAl 3 formed on the bottom of the connection hole A.
T formed on the surfaces of the layer 7 and the insulating layer 2 and the inner surface of the connection hole A
The i-layer 3 includes an aluminum-based plug 4a embedded in the connection hole A and an aluminum-based upper wiring layer 4b.
Further, an antireflection film 9 such as TiON or TiN, which is provided as necessary, is formed on the aluminum-based upper wiring layer 4b.

【0021】このように、本発明の配線構造体において
は、アルミニウム系下層配線層1とアルミニウム形プラ
グ4aの間にTiAl層7を有する。このTiAl
層7は、チタンとアルミニウムとが反応して形成される
安定な化合物であり、TiAl層7はこれ以上アルミ
ニウムと反応しない。従って、アルミニウム系下層配線
層1がアルミニウム系合金の融点付近に加熱されても、
その中のアルミニウムがTiAl層7と反応すること
はなく、そのため、アルミニウム系プラグ4aへ拡散す
ることもない。これにより、TiON又はTiNからな
るバリヤメタル層を形成しなくても、アルミニウム系下
層配線層1にボイドを発生させることを防止し、アルミ
ニウム系配線層の断線を抑制することができ、耐熱性を
向上させることができる。また、TiAlはTiON又
はTiNに比べて比抵抗が著しく小さいので、TiON
又はTiNにからなるバイヤメタル層を形成する場合に
比べ、低抵抗の配線構造となる。また、アルミニウム系
材料のTi層に対する濡れ性を向上させることもでき
る。
As described above, the wiring structure of the present invention has the TiAl 3 layer 7 between the aluminum-based lower wiring layer 1 and the aluminum type plug 4a. This TiAl 3
Layer 7 is a stable compound formed by the reaction of titanium and aluminum, the TiAl 3 layer 7 no longer reacts with aluminum. Therefore, even if the aluminum-based lower wiring layer 1 is heated near the melting point of the aluminum-based alloy,
Aluminum contained therein does not react with the TiAl 3 layer 7 and therefore does not diffuse into the aluminum-based plug 4a. As a result, it is possible to prevent the occurrence of voids in the aluminum-based lower wiring layer 1 and prevent disconnection of the aluminum-based wiring layer without forming a barrier metal layer made of TiON or TiN, thereby improving heat resistance. Can be made. In addition, TiAl has a significantly smaller specific resistance than TiON or TiN, so TiON
Alternatively, the wiring structure has a low resistance as compared with the case where a via metal layer made of TiN is formed. Also, the wettability of the aluminum-based material with respect to the Ti layer can be improved.

【0022】なお、図1の態様においては、TiAl
層7はアルミニウム系下層配線層1上のみに存在する
が、図2に示すように、絶縁層2の表面と側面、即ち接
続孔Aの内壁にも存在してもよい。また、アルミニウム
系上層配線層4b上に更に接続孔を介して上層配線層を
積層する場合には、アルミニウム系上層配線層4b上に
TiAl層を再度積層することが好ましい。
In the embodiment shown in FIG. 1, TiAl 3
Although the layer 7 exists only on the aluminum-based lower wiring layer 1, it may also exist on the surface and side surfaces of the insulating layer 2, that is, on the inner wall of the connection hole A, as shown in FIG. When the upper wiring layer is further laminated on the aluminum upper wiring layer 4b via the connection hole, it is preferable that the TiAl 3 layer is laminated again on the aluminum upper wiring layer 4b.

【0023】この他、本発明の配線構造体の態様として
は、図1及び図2に示した態様において、アルミニウム
系上層配線層4bは省略することもできる。
In addition to the above, as an aspect of the wiring structure of the present invention, the aluminum-based upper wiring layer 4b may be omitted in the aspects shown in FIGS.

【0024】また、アルミニウム系材料を接続孔Aに埋
め込む場合に、高温スパッタ法やリフロー法を利用する
場合には、アルミニウム系プラグ4a及びアルミニウム
系上層配線層4bとTi層3との境界部分にはTiとA
lとの反応によるTiAl合金層が形成されるが、本発
明の配線構造体としては、このようなTiAl合金層が
形成されていてもよい。
When a high temperature sputtering method or a reflow method is used to fill the connection hole A with an aluminum-based material, the aluminum-based plug 4a, the aluminum-based upper wiring layer 4b, and the Ti layer 3 are bordered with each other. Is Ti and A
A TiAl alloy layer is formed by the reaction with 1, but such a TiAl alloy layer may be formed in the wiring structure of the present invention.

【0025】次に、本発明の配線構造体の形成方法を図
3〜6に従って説明する。
Next, a method of forming the wiring structure of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0026】図3は、接続孔Aを形成する前に、TiA
をターゲットとするスパッタ法などにより、アルミ
ニウム系下層配線層1上に予めTiAl層を形成する
ことを特徴とする方法であり、図4は、接続孔Aを形成
する前に、アルミニウム系下層配線層1上にまずTiを
ターゲットとするスパッタ法などによりTi層3cを形
成し、そのTi層3cとアルミニウム系下層配線層1と
を反応させて予めTiAl層7を形成することを特徴
とする方法であり、図5は、アルミニウム系下層配線層
1上の絶縁層2に接続孔Aを形成した後に、Ti層3c
をCVD法により全面に形成し、そのTi層3cとアル
ミニウム系下層配線層1とを反応させてTiAl層7
を形成することを特徴とする方法であり、そして図6
は、アルミニウム系下層配線層上1の絶縁層2に接続孔
Aを形成した後に、接続孔Aの底部にTiAl層7を
CVD法により形成することを特徴とする方法である。
FIG. 3 shows that before the connection hole A is formed, TiA is formed.
This is a method characterized in that a TiAl 3 layer is formed in advance on the aluminum-based lower wiring layer 1 by a sputtering method with a target of l 3 as a target. A Ti layer 3c is first formed on the lower wiring layer 1 by a sputtering method using Ti as a target, and the Ti layer 3c and the aluminum-based lower wiring layer 1 are reacted to form a TiAl 3 layer 7 in advance. 5 is a method of forming a connection hole A in the insulating layer 2 on the aluminum-based lower wiring layer 1 and then forming the Ti layer 3c.
Is formed on the entire surface by the CVD method, and the Ti layer 3c is reacted with the aluminum-based lower wiring layer 1 to form the TiAl 3 layer 7
And a method of forming
Is a method characterized in that after the connection hole A is formed in the insulating layer 2 on the aluminum-based lower wiring layer 1, the TiAl 3 layer 7 is formed at the bottom of the connection hole A by the CVD method.

【0027】図3の形成方法の場合、まず、アルミニウ
ム系下層配線層1上に、TiAlをターゲットとする
スパッタ法やCVD法等によりTiAl層7を形成す
る。なお、このTiAl層7上には、絶縁層2を形成
し、フォトリソグラフ法により開孔するが、その際のパ
ターニング性を向上させるため、TiAl層7上に
は、TiON又はTiNなどからなる反射防止膜9を形
成することが好ましい(図3(a))。
In the case of the forming method shown in FIG. 3, first, the TiAl 3 layer 7 is formed on the aluminum-based lower wiring layer 1 by a sputtering method or a CVD method using TiAl 3 as a target. The insulating layer 2 is formed on the TiAl 3 layer 7 and the holes are formed by photolithography, but in order to improve the patterning property at that time, on the TiAl 3 layer 7, TiON or TiN is used. It is preferable to form an antireflection film 9 (FIG. 3A).

【0028】次に、TiAl層7上にSiOなどか
らなる絶縁層2をスパッタ法などにより形成する(図3
(b))。
Next, the insulating layer 2 made of SiO 2 or the like is formed on the TiAl 3 layer 7 by the sputtering method or the like (FIG. 3).
(B)).

【0029】次に、絶縁層2に、アルミニウム系下層配
線層1への導通をとるための接続孔AをTiAl層7
に達するまで、フォトリソグラフ法により開孔する(図
3(c))。
Next, the TiAl 3 layer 7 is formed with a connection hole A in the insulating layer 2 for establishing electrical connection to the aluminum-based lower wiring layer 1.
The holes are opened by the photolithography method until the temperature reaches (Fig. 3 (c)).

【0030】次に、接続孔Aにアルミニウム系材料を埋
め込んでアルミニウム系プラグ4aを形成するが、埋め
込み前に、埋め込み特性を向上させる目的で全面、即ち
接続孔Aの内面及び絶縁層2の表面にTi層3を形成し
ておくことが好ましい(図3(d))。そして、このT
i層3が形成された接続孔Aに、アルミニウム系材料を
スパッタ法などにより埋め込み、アルミニウム系プラグ
4aを形成する。この時、同時にアルミニウム系上層配
線層4bを形成してもよい。また、アルミニウム系上層
配線層4b上に必要に応じて、TiON又はTiNなど
からなる反射防止膜8を形成してもよい(図3
(e))。このようにして本発明の配線構造体が得られ
る。
Next, an aluminum-based material is embedded in the connection hole A to form an aluminum-based plug 4a. Before the filling, the entire surface, that is, the inner surface of the connection hole A and the surface of the insulating layer 2 is improved for the purpose of improving the filling characteristics. It is preferable to form the Ti layer 3 on the substrate (FIG. 3D). And this T
An aluminum material is embedded in the connection hole A in which the i layer 3 is formed by a sputtering method or the like to form an aluminum plug 4a. At this time, the aluminum-based upper wiring layer 4b may be simultaneously formed. If necessary, an antireflection film 8 made of TiON or TiN may be formed on the aluminum-based upper wiring layer 4b (FIG. 3).
(E)). In this way, the wiring structure of the present invention is obtained.

【0031】なお、図3の方法において、接続孔Aにア
ルミニウム系材料を埋め込んでアルミニウム系プラグ4
aを形成する際に、高温スパッタ法又はリフロー法によ
り行うことにより、高アスペクト比の微細な接続孔にも
アルミニウム系材料をカバレージよく埋め込むことがで
きる。
In the method shown in FIG. 3, the aluminum-based material is embedded in the connection hole A and the aluminum-based plug 4 is used.
By performing the high temperature sputtering method or the reflow method when forming a, it is possible to bury the aluminum-based material in the fine connection holes having a high aspect ratio with good coverage.

【0032】図4の形成方法の場合、図3の形成方法と
異なる点は、アルミニウム系下層配線層1上に、直接T
iAl層を形成するのではなく、先ずTi層3cを形
成し、更にTiON又はTiN等からなる反射防止膜9
を形成し(図4(a))、それに加熱処理、例えばRT
A(ラピッドサーマルアニーリング)処理を施してTi
層3cとアルミニウム系下層配線層1とを反応させ、図
4(b)に示すように、TiAl層7を形成する点で
ある。このような工程とすることにより、TiAl
が自己形成されるという効果が得られる。この後は、図
3(b)〜(e)と同様な工程に従って本発明の配線構
造体が得られる。なお、Ti層3cの形成は、Tiをタ
ーゲットとするスパッタ法やCVD法などにより行うこ
とができる。
In the case of the forming method of FIG. 4, the difference from the forming method of FIG. 3 is that the T-layer is directly formed on the aluminum-based lower wiring layer 1.
Instead of forming the iAl 3 layer, the Ti layer 3c is first formed, and then the antireflection film 9 made of TiON or TiN is formed.
(FIG. 4 (a)) and heat-treated, eg RT
Ti after A (Rapid Thermal Annealing) treatment
The point is to react the layer 3c with the aluminum-based lower wiring layer 1 to form a TiAl 3 layer 7 as shown in FIG. 4 (b). With such a process, the effect that the TiAl 3 layer is self-formed is obtained. After that, the wiring structure of the present invention is obtained by following the same steps as those shown in FIGS. The Ti layer 3c can be formed by a sputtering method or a CVD method using Ti as a target.

【0033】図5の形成方法の場合には、先ず、アルミ
ニウム系下層配線層1上に常法により絶縁層2を形成す
る(図5(a))。
In the case of the forming method of FIG. 5, first, the insulating layer 2 is formed on the aluminum-based lower wiring layer 1 by a conventional method (FIG. 5A).

【0034】次に、絶縁層2に、アルミニウム系下層配
線層1への導通をとるための接続孔Aをフォトリソグラ
フ法によりアルミニウム系下層配線層1に達するまで開
孔する(図5(b))。
Next, a connection hole A for establishing electrical connection to the aluminum-based lower wiring layer 1 is formed in the insulating layer 2 by photolithography until it reaches the aluminum-based lower wiring layer 1 (FIG. 5B). ).

【0035】次に、接続孔Aの少なくとも底部にTi層
3cをCVD法により形成する。この場合、一般には全
面にTi層3cを形成する(図5(c))。
Next, a Ti layer 3c is formed on at least the bottom of the connection hole A by the CVD method. In this case, generally, the Ti layer 3c is formed on the entire surface (FIG. 5C).

【0036】次に、アルミニウム系下層配線層1とTi
層3cとを、RTA処理などにより加熱し反応させて接
続孔Aの底部のTi層をTiAl層7とする(図5
(d))。
Next, the aluminum-based lower wiring layer 1 and Ti
The layer 3c and the layer 3c are heated and reacted by RTA treatment or the like to form the Ti layer at the bottom of the connection hole A as the TiAl 3 layer 7 (FIG. 5).
(D)).

【0037】次に、接続孔Aにアルミニウム系材料を埋
め込んでアルミニウム系プラグ4aを形成するが、埋め
込み前に、オーバーハング部を除去するために余剰のT
i層3cを選択エッチングで除去し(図5(e))、再
度、アルミニウム系材料の埋め込み特性を向上させる目
的で全面、即ち接続孔Aの内面及び絶縁層2の表面にT
i層3を形成しておくことが好ましい(図5(f))。
そして、このTi層3が形成された接続孔Aに、アルミ
ニウム系材料をスパッタ法などにより埋め込み、アルミ
ニウム系プラグ4aを形成する。この時、同時にアルミ
ニウム系上層配線層4bも形成してもよい。また、アル
ミニウム系上層配線層4b上に必要に応じて、TiON
又はTiNなどからなる反射防止膜8を形成してもよい
(図5(g))。このようにして本発明の配線構造体が
得られる。
Next, an aluminum-based material is embedded in the connection hole A to form an aluminum-based plug 4a. Before the filling, an excess T is formed to remove the overhang portion.
The i layer 3c is removed by selective etching (FIG. 5 (e)), and T is again formed on the entire surface, that is, the inner surface of the contact hole A and the surface of the insulating layer 2 for the purpose of improving the filling characteristics of the aluminum-based material.
It is preferable to form the i layer 3 (FIG. 5F).
Then, an aluminum material is embedded in the connection hole A in which the Ti layer 3 is formed by a sputtering method or the like to form an aluminum plug 4a. At this time, the aluminum-based upper wiring layer 4b may also be formed at the same time. If necessary, TiON may be formed on the aluminum-based upper wiring layer 4b.
Alternatively, the antireflection film 8 made of TiN or the like may be formed (FIG. 5G). In this way, the wiring structure of the present invention is obtained.

【0038】なお、図5の方法において、接続孔Aにア
ルミニウム系材料を埋め込んでアルミニウム系プラグ4
aを形成する際に、高温スパッタ法又はリフロー法によ
り行うことにより、高アスペクト比の微細な接続孔にも
アルミニウム系材料をカバレージよく埋め込むことがで
きる。
In the method shown in FIG. 5, the aluminum-based material is embedded in the connection hole A and the aluminum-based plug 4 is used.
By performing the high temperature sputtering method or the reflow method when forming a, it is possible to bury the aluminum-based material in the fine connection holes having a high aspect ratio with good coverage.

【0039】図6に示した方法の場合、図5の形成方法
と異なる点は、アルミニウム系下層配線層1上に絶縁層
2を形成し、接続孔Aを形成した後に、アルミニウム系
下層配線層1上にTi層を形成するのではなく、TiA
層7を少なくとも接続孔Aの底部に直接形成する点
である(図6)。このような工程とすることにより、配
線抵抗値が上昇するのを抑制するという効果が得られ
る。この後は、図5(f)〜(g)と同様な工程に従っ
て本発明の配線構造体が得られる。
The method shown in FIG. 6 differs from the method shown in FIG. 5 in that the insulating layer 2 is formed on the aluminum-based lower wiring layer 1 and the connection hole A is formed, and then the aluminum-based lower wiring layer is formed. 1. Instead of forming a Ti layer on
in that formed directly on the bottom of at least the connection hole A to l 3-layer 7 (Fig. 6). With such a process, an effect of suppressing an increase in wiring resistance value can be obtained. After that, the wiring structure of the present invention is obtained according to the same steps as those in FIGS.

【0040】以上説明した本発明の配線構造体及びその
形成方法は、高い集積度の半導体装置の内部のアルミニ
ウム系下層配線層とを微細で高アスペクト比のアルミニ
ウム系プラグで導通させる場合に特に適したものであ
る。
The wiring structure and the method of forming the same according to the present invention described above are particularly suitable for the case where an aluminum-based lower wiring layer inside a highly integrated semiconductor device is electrically connected by a fine and high aspect ratio aluminum-based plug. It is a thing.

【0041】[0041]

【作用】本発明においては、アルミニウム系下層配線層
とアルミニウム系プラグとの間に、TiAl層が形成
される。このTiAl層は、チタンとアルミニウムと
が反応することにより形成された安定な化合物であり、
アルミニウムともはや反応しない。従って、アルミニウ
ム系下層配線層がアルミニウム系合金の融点付近に加熱
されても、そのアルミニウム系下層配線層中のアルミニ
ウムがTiAl層と反応することはなく、そのため、
アルミニウム系下層配線層がアルミニウム系プラグへ拡
散することもない。これにより、アルミニウム系下層配
線層1にボイドが発生することを防止することが可能と
なる。また、TiON又はTiNからなるバイヤメタル
層を形成しないために低抵抗の配線構造体を実現するこ
とが可能となる。
In the present invention, the TiAl 3 layer is formed between the aluminum-based lower wiring layer and the aluminum-based plug. This TiAl 3 layer is a stable compound formed by the reaction of titanium and aluminum,
No longer reacts with aluminum. Therefore, even if the aluminum-based lower wiring layer is heated to near the melting point of the aluminum-based alloy, the aluminum in the aluminum-based lower wiring layer does not react with the TiAl 3 layer, and therefore,
The aluminum-based lower wiring layer does not diffuse into the aluminum-based plug. This makes it possible to prevent the occurrence of voids in the aluminum-based lower wiring layer 1. Further, since the via metal layer made of TiON or TiN is not formed, it is possible to realize a wiring structure having low resistance.

【0042】[0042]

【実施例】以下、本発明を実施例に従ってより詳細に説
明する。
The present invention will be described in more detail below with reference to examples.

【0043】実施例1 枚葉式マグネトロンスパッタ装置によりシリコン基板上
に、以下に示す成膜条件で、100nm厚のTi層(シ
リコン基板へのAlの拡散防止のための層)層を積層
し、更に500nm厚のAlSi層(アルミニウム系下
層配線層)を形成した。
Example 1 A 100-nm-thick Ti layer (a layer for preventing Al diffusion into a silicon substrate) layer was laminated on a silicon substrate under the following film forming conditions by a single-wafer type magnetron sputtering apparatus. Further, an AlSi layer (aluminum-based lower wiring layer) having a thickness of 500 nm was formed.

【0044】Ti層(シリコン基板へのAlの拡散防止
のための層) スパッタ成膜条件 ターゲット Ti DCパワー 4kW ガス系 Ar,100SCCM 圧力 0.4Pa 基板加熱温度 150℃ AlSi層(アルミニウム系下層配線層) スパッタ成膜条件(高温スパッタ法) ターゲット Al−1%Si DCパワー 10kW ガス系 Ar,100SCCM 成膜速度 0.6μm/min. 圧力 0.4Pa 基板加熱温度 500℃ このAlSi層上に、図3に示す工程に従って、以下の
成膜条件で70nm厚のTiAl層を成膜し、更にT
iON層(反射防止膜)を成膜した。
Ti layer (layer for preventing diffusion of Al into silicon substrate) Sputtering film forming conditions Target Ti DC power 4 kW Gas type Ar, 100 SCCM pressure 0.4 Pa Substrate heating temperature 150 ° C. AlSi layer (aluminum type lower wiring layer) ) Sputtering film forming conditions (high temperature sputtering method) Target Al-1% Si DC power 10 kW Gas system Ar, 100 SCCM Film forming rate 0.6 μm / min. Pressure 0.4 Pa Substrate heating temperature 500 ° C. A 70 nm thick TiAl 3 layer was formed on this AlSi layer under the following film forming conditions according to the process shown in FIG.
An iON layer (antireflection film) was formed.

【0045】TiAl層(TiとAlとの反応防止
層) スパッタ成膜条件 ターゲット TiAl DCパワー 10kW ガス系 Ar,100SCCM 圧力 0.4Pa 基板加熱温度 150℃ TiON層(反射防止膜) スパッタ成膜条件 ターゲット TiON DCパワー 5kW ガス系 Ar,30SCCM N+6%O,70SCCM 圧力 0.4Pa 基板加熱温度 150℃ このようにして形成されたTiON層上に、常法に従っ
てSiO絶縁層を形成し、TiAl層に達する接続
孔をフォトリソグラフ法により開孔した。接続孔の深さ
は0.5μmで開孔径は0.7μmであった。
TiAl 3 layer (reaction preventing layer of Ti and Al) Sputtering film forming conditions Target TiAl 3 DC power 10 kW Gas system Ar, 100 SCCM pressure 0.4 Pa Substrate heating temperature 150 ° C. TiON layer (antireflection film) Sputtering film formation Conditions Target TiON DC power 5 kW Gas system Ar, 30 SCCM N 2 + 6% O 2 , 70 SCCM Pressure 0.4 Pa Substrate heating temperature 150 ° C. A SiO 2 insulating layer is formed on the TiON layer thus formed by a conventional method. , TiAl 3 layer was opened by photolithography. The depth of the connection hole was 0.5 μm and the opening diameter was 0.7 μm.

【0046】続いて、枚葉式マグネトロンスパッタ装置
により、上述と同様の成膜条件でアルミニウム系材料の
濡れ性向上のためのTi層を形成し、続いてAlSi層
を積層してアルミニウム系プラグを形成するとともにア
ルミニウム系上層配線層を形成し、更にTiONからな
る反射防止膜を形成し、図3(e)に示した構造の配線
構造体を得た。得られた配線構造体のアルミニウム系下
層配線層にはボイドがなく、耐熱性に優れた高い信頼性
で且つ低抵抗のアルミニウム系配線構造体であった。
Then, a Ti layer for improving the wettability of the aluminum-based material is formed by the single-wafer type magnetron sputtering apparatus under the same film forming conditions as described above, and then an AlSi layer is laminated to form an aluminum-based plug. Along with the formation, an aluminum-based upper wiring layer was formed, and an antireflection film made of TiON was further formed to obtain a wiring structure having the structure shown in FIG. 3 (e). The aluminum-based lower wiring layer of the obtained wiring structure had no voids, and was a highly reliable and low-resistance aluminum-based wiring structure having excellent heat resistance.

【0047】なお、アルミニウム系下層配線層、アルミ
ニウム系プラグあるいはアルミニウム系上層配線層を形
成するAlSi層の高温スパッタの際にシリコン基板に
バイアス電圧を印加してもよい。また、高温スパッタ法
に代えてリフロー法を採用してもよく、その場合の成膜
条件は以下の通りである。
A bias voltage may be applied to the silicon substrate during high temperature sputtering of the AlSi layer forming the aluminum-based lower wiring layer, the aluminum-based plug or the aluminum-based upper wiring layer. Further, the reflow method may be adopted instead of the high temperature sputtering method, and the film forming conditions in that case are as follows.

【0048】AlSi層(リフロー法) スパッタ成膜条件 ターゲット Al−1%Si DCパワー 20kW ガス系 Ar,100SCCM 成膜速度 1.2μm/min. 圧力 0.4Pa 基板加熱温度 150℃ リフロー条件 加熱方法 基板裏面ガス加
熱法 加熱温度 500℃ 加熱時間 2min. ガス系 Ar,100SCCM 基板裏面圧力 1064Pa(8.0Torr) なお、基板裏面ガス加熱法とは、基板裏面に設置したヒ
ーターブロックを所定の温度に加熱し、このヒーターブ
ロックと基板の裏面との間にAr等のアシストガスを導
入することにより基板を加熱する方法である。基板裏面
ガス加熱法に代えてランプ加熱方法などの一般的な方法
を利用することもできる。
AlSi layer (reflow method) Sputtering film forming conditions Target Al-1% Si DC power 20 kW Gas system Ar, 100 SCCM Film forming rate 1.2 μm / min. Pressure 0.4Pa Substrate heating temperature 150 ° C Reflow condition Heating method Substrate backside gas heating method Heating temperature 500 ° C Heating time 2 min. Gas system Ar, 100 SCCM Substrate backside pressure 1064 Pa (8.0 Torr) In addition, the substrate backside gas heating method is that a heater block installed on the backside of the substrate is heated to a predetermined temperature, and between this heater block and the backside of the substrate. This is a method of heating the substrate by introducing an assist gas such as Ar. A general method such as a lamp heating method may be used instead of the substrate backside gas heating method.

【0049】実施例2 図4の工程に従って、TiAl層をスパッタ法により
形成することに代えて実施例1に示した成膜条件で30
nm厚のTi層を形成し、更にランプアニール処理(加
熱温度500℃、加熱時間1分、ガス系Ar5リットル
/分)を施すことによりTiAl層を形成する以外は
実施例1を繰り返すことにより本発明の配線構造体を得
た。得られた配線構造体のアルミニウム系下層配線層に
はボイドがなく、耐熱性に優れた高い信頼性で且つ低抵
抗のアルミニウム系配線構造体であった。
Example 2 Instead of forming the TiAl 3 layer by the sputtering method according to the process of FIG.
By repeating Example 1 except that a Ti layer with a thickness of nm is formed and a TiAl 3 layer is formed by further performing a lamp annealing treatment (heating temperature 500 ° C., heating time 1 minute, gas-based Ar 5 liter / minute). The wiring structure of the present invention was obtained. The aluminum-based lower wiring layer of the obtained wiring structure had no voids, and was a highly reliable and low-resistance aluminum-based wiring structure having excellent heat resistance.

【0050】実施例3 実施例2のランプアニール処理に代えて、ファーネスア
ニール処理(加熱温度500℃、加熱時間30分、ガス
系Nリットル/分)を施す以外は実施例2を繰り返す
ことにより本発明の配線構造体を得た。得られた配線構
造体のアルミニウム系下層配線層にはボイドがなく、耐
熱性に優れた高い信頼性で且つ低抵抗のアルミニウム系
配線構造体であった。
Example 3 By repeating the example 2 except that a furnace annealing treatment (heating temperature of 500 ° C., heating time of 30 minutes, gas system N 2 liter / minute) is performed instead of the lamp annealing treatment of the embodiment 2. The wiring structure of the present invention was obtained. The aluminum-based lower wiring layer of the obtained wiring structure had no voids, and was a highly reliable and low-resistance aluminum-based wiring structure having excellent heat resistance.

【0051】実施例4 実施例2のプロセスを、図10に示すような、Tiスパ
ッタチャンバー100、Al合金スパッタチャンバー1
01、RTA複数のチャンバー102、プレクリーンチ
ャンバー103、ロードロックチャンバー104、搬送
室105及び106を有するマルチチャンバータイプの
装置(クラスターツール)を用いて行うことにより、大
気に暴露することなく各層を連続的に形成した。これに
より、Ti層などに対する酸素の悪影響を排除でき、よ
り高い信頼性を有する配線構造体を得た。
Example 4 The process of Example 2 was performed by using the Ti sputtering chamber 100 and the Al alloy sputtering chamber 1 as shown in FIG.
01, RTA By using a multi-chamber type device (cluster tool) having a plurality of chambers 102, a pre-clean chamber 103, a load lock chamber 104, and transfer chambers 105 and 106, each layer is continuously exposed without being exposed to the atmosphere. Formed. As a result, the adverse effect of oxygen on the Ti layer and the like can be eliminated, and a wiring structure having higher reliability was obtained.

【0052】実施例5 図5の工程に従って、実施例1と同様にして形成される
AlSi層(アルミニウム系下層配線層)上に、実施例
1と同様に絶縁層を形成し、更にAlSi層に達する接
続孔を形成する。
Example 5 According to the process of FIG. 5, an insulating layer is formed in the same manner as in Example 1 on the AlSi layer (aluminum-based lower wiring layer) formed in the same manner as in Example 1, and the AlSi layer is further formed. Form a connecting hole that reaches.

【0053】次に、Ar逆スパッタ法によりAl表面上
の自然酸化物(アルミナ)をスパッタエッチング除去し
た後に、連続的に以下のスパッタ条件のコリメーション
スパッタ法又は通常のスパッタ法により接続孔の底部に
5〜50nm厚のTi層を成膜する。
Next, after removing the natural oxide (alumina) on the Al surface by sputter etching by Ar reverse sputtering, the bottom of the connection hole is continuously formed by collimation sputtering under the following sputtering conditions or ordinary sputtering. A Ti layer having a thickness of 5 to 50 nm is formed.

【0054】Tiスパッタ条件 ターゲット
Ti DCパワー 3〜10kW ガス系 Ar,50〜100SCCM 圧力 0.5Pa 基板加熱温度 200〜400℃ 次に、400〜500℃でAr又はH雰囲気中で30
〜120秒間、熱処理を行うことにより、接続孔底部の
Ti層をアルミニム系下層配線層中のAlと反応させて
TiAl層に変化させる。
Ti sputter condition target
Ti DC power 3 to 10 kW Gas system Ar, 50 to 100 SCCM Pressure 0.5 Pa Substrate heating temperature 200 to 400 ° C. Next, at 400 to 500 ° C. in Ar or H 2 atmosphere 30
By performing heat treatment for 120 seconds, the Ti layer at the bottom of the contact hole reacts with Al in the aluminum-based lower wiring layer to change into a TiAl 3 layer.

【0055】次に絶縁層表面と接続孔側壁の未反応のT
i層を、アンモニア過水(NH:H:H0=
1:2:2)で選択的にエッチング除去する。
Next, unreacted T on the surface of the insulating layer and on the side wall of the contact hole.
The i layer was treated with ammonia hydrogen peroxide (NH 3 : H 2 0 2 : H 2 0 =
It is selectively etched away at 1: 2: 2).

【0056】次に、実施例1と同様にして、アルミニウ
ム系材料の濡れ性向上のためのTi層を形成し、続いて
AlSi層を積層してアルミニウム系プラグを形成する
とともに上層配線層を形成し、更にTiONからなる反
射防止膜を形成し、図5(f)に示した構造の配線構造
体を得る。このようにして得られる配線構造体も、アル
ミニウム系下層配線層にボイドがなく、耐熱性に優れた
高い信頼性で且つ低抵抗のものとなる。
Next, in the same manner as in Example 1, a Ti layer for improving the wettability of the aluminum-based material is formed, and then an AlSi layer is laminated to form an aluminum-based plug and an upper wiring layer. Then, an antireflection film made of TiON is further formed to obtain the wiring structure having the structure shown in FIG. The wiring structure obtained in this manner also has no voids in the aluminum-based lower wiring layer, is highly reliable in heat resistance, and has low resistance.

【0057】実施例6 図6で説明した工程に従って、Ar逆スパッタ法により
Al表面上の自然酸化物(アルミナ)をスパッタエッチ
ング除去した後に、Ti層に代えてTiAl層を連続
的に接続孔の底部にスパッタ法により成膜し且つ熱処理
を行わない以外は、実施例5を繰り返すことにより図2
に示すような本発明の配線構造体を得る。このようにし
て得られる配線構造体も、アルミニウム系下層配線層に
ボイドがなく、耐熱性に優れた高い信頼性で且つ低抵抗
のものとなる。
Example 6 After the natural oxide (alumina) on the Al surface was sputter-etched and removed by Ar reverse sputtering according to the process described in FIG. 6, a TiAl 3 layer instead of the Ti layer was continuously formed in the connection hole. 2 is repeated except that a film is formed on the bottom of the substrate by a sputtering method and no heat treatment is performed.
A wiring structure of the present invention as shown in is obtained. The wiring structure obtained in this manner also has no voids in the aluminum-based lower wiring layer, is highly reliable in heat resistance, and has low resistance.

【0058】実施例7 Ar逆スパッタ法によりAl表面上の自然酸化物(アル
ミナ)をスパッタエッチング除去した後に、TiAl
層を連続的に接続孔の底部にスパッタ法により成膜する
ことに代えて、連続的に[(i−CAlH]
もしくは[(CHAlH]とTiClとH
を用いる以下の条件のCVD法によりTiAl層を成
膜する以外は、実施例6と同様にして本発明の配線構造
体を得る。このようにして得られる配線構造体も、アル
ミニウム系下層配線層にボイドがなく、耐熱性に優れた
高い信頼性で且つ低抵抗のものとなる。
Example 7 After natural oxide (alumina) on the Al surface was removed by sputter etching by Ar reverse sputtering, TiAl 3
Instead of depositing by sputtering a layer on the bottom of the continuously connecting hole, continuously [(i-C 4 H 9 ) 3 AlH]
Alternatively, a wiring structure of the present invention is obtained in the same manner as in Example 6 except that a TiAl 3 layer is formed by a CVD method using [(CH 3 ) 2 AlH], TiCl 4 and H 2 under the following conditions. . The wiring structure obtained in this manner also has no voids in the aluminum-based lower wiring layer, is highly reliable in heat resistance, and has low resistance.

【0059】TiAlCVD成膜条件 基板温度 400〜500℃ [(i−CAlH]又は[(CHAl
H]流量 5〜50SCCM TiCl流量 5〜30SCCM H流量 50〜300SCCM
TiAl 3 CVD film forming conditions Substrate temperature 400 to 500 ° C. [(i-C 4 H 9 ) 3 AlH] or [(CH 3 ) 2 Al
H] flow rate 5 to 50 SCCM TiCl 4 flow rate 5 to 30 SCCM H 2 flow rate 50 to 300 SCCM

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によれば、アルミニウム系下層配
線層にアルミニウム系プラグを導通させる際に、それら
の間に高い比抵抗を有するTiON又はTiNからなる
バリヤメタル層を形成することなく、アルミニウム系下
層配線層のアルミニウムのアルミニウム系プラグへの移
動を抑制し、アルミニウム系下層配線層にボイドを発生
させず、断線のない低抵抗のアルミニウム系配線の配線
構造体を実現できる。
According to the present invention, when an aluminum-based plug is electrically connected to an aluminum-based lower wiring layer, a barrier metal layer made of TiON or TiN having a high specific resistance is not formed between them to form an aluminum-based plug. It is possible to suppress the movement of the aluminum of the lower wiring layer to the aluminum-based plug, prevent the occurrence of voids in the lower wiring layer of the aluminum-based wiring layer, and realize a wiring structure of low-resistance aluminum-based wiring without disconnection.

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

【図1】本発明の配線構造体の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a wiring structure of the present invention.

【図2】本発明の配線構造体の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a wiring structure of the present invention.

【図3】本発明の配線構造体の形成方法の工程図であ
る。
FIG. 3 is a process drawing of a method for forming a wiring structure of the present invention.

【図4】本発明の配線構造体の形成方法の工程図であ
る。
FIG. 4 is a process drawing of the method for forming a wiring structure of the present invention.

【図5】本発明の配線構造体の形成方法の工程図であ
る。
FIG. 5 is a process drawing of the method for forming a wiring structure of the present invention.

【図6】本発明の配線構造体の形成方法の説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a method for forming a wiring structure of the present invention.

【図7】従来のシリコン基板上の配線構造体の断面図で
ある。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional wiring structure on a silicon substrate.

【図8】従来の配線構造体の問題点の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a problem of a conventional wiring structure.

【図9】従来の配線構造体の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional wiring structure.

【図10】クラスターツールの概略平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view of a cluster tool.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アルミニウム系下層配線層 2 絶縁層 3,3a,3b,3c Ti層 4a アルミニウム系プラグ 4b アルミニウム系上層配線層 5 TiAl合金層 6 バリヤメタル層 7 TiAl層 8,9 反射防止膜 A 接続孔 B ボイド1 Aluminum-based lower wiring layer 2 Insulating layer 3, 3a, 3b, 3c Ti layer 4a Aluminum-based plug 4b Aluminum-based upper wiring layer 5 TiAl alloy layer 6 Barrier metal layer 7 TiAl 3 layer 8, 9 Antireflection film A Connection hole B Void

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年7月20日[Submission date] July 20, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0055[Correction target item name] 0055

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0055】 次に絶縁層表面と接続孔側壁の未反応の
Ti層を、アンモニア過水(NHOH:H:H
0=1:2:2)で選択的にエッチング除去する。
Next, the unreacted Ti layer on the surface of the insulating layer and the sidewall of the contact hole is treated with ammonia hydrogen peroxide (NH 4 OH : H 2 0 2 : H
20 : 1: 2: 2) selectively removes by etching.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/88 R ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/88 R

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルミニウム系下層配線層と、その上に
積層された絶縁層であって、アルミニウム系下層配線層
への導通をとるための接続孔を有する絶縁層と、接続孔
に埋め込まれたアルミニム系プラグとから構成される配
線構造体において、少なくとも接続孔の底部のアルミニ
ウム系下層配線層とアルミニウム系プラグとの間にTi
Al層が形成されていることを特徴とする配線構造
体。
1. An aluminum-based lower wiring layer and an insulating layer laminated on the aluminum-based lower wiring layer, the insulating layer having a connection hole for electrically connecting to the aluminum-based lower wiring layer, and embedded in the connection hole. In a wiring structure including an aluminum-based plug, at least Ti is provided between the aluminum-based lower wiring layer at the bottom of the connection hole and the aluminum-based plug.
A wiring structure, wherein an Al 3 layer is formed.
【請求項2】 アルミニウム系プラグ上にアルミニウム
系上層配線層が形成されている請求項1記載の配線構造
体。
2. The wiring structure according to claim 1, wherein an aluminum-based upper wiring layer is formed on the aluminum-based plug.
【請求項3】 請求項1記載の配線構造体の形成方法に
おいて:アルミニウム系下層配線層上にTiAl層を
形成する工程;TiAl層上に絶縁層を形成する工
程;絶縁層に、アルミニウム系下層配線層への導通をと
るための接続孔をTiAl層に達するまで開孔する工
程;及び接続孔にアルミニウム系材料を埋め込んでアル
ミニウム系プラグを形成する工程を含んでなることを特
徴とする形成方法。
3. The method for forming a wiring structure according to claim 1, wherein a step of forming a TiAl 3 layer on the aluminum-based lower wiring layer; a step of forming an insulating layer on the TiAl 3 layer; and an aluminum layer on the insulating layer. A step of forming a connection hole for establishing electrical connection to the lower wiring layer of the system until reaching the TiAl 3 layer; and a step of burying an aluminum material in the connection hole to form an aluminum plug. Forming method.
【請求項4】 接続孔にアルミニウム系材料を埋め込ん
でアルミニウム系プラグを形成する際に、高温スパッタ
法又はリフロー法により行う請求項3記載の形成方法。
4. The forming method according to claim 3, wherein when the aluminum-based material is embedded in the connection hole to form the aluminum-based plug, the high-temperature sputtering method or the reflow method is used.
【請求項5】 請求項1記載の配線構造体の形成方法に
おいて:アルミニウム系下層配線層上にTi層を形成す
る工程;アルミニウム系下層配線層とTi層とを加熱し
反応させてTi層をTiAl層とする工程;生成した
TiAl層上に絶縁層を形成する工程;絶縁層に、ア
ルミニウム系下層配線層への導通をとるための接続孔を
TiAl層に達するまで開孔する工程;及び接続孔に
アルミニウム系材料を埋め込んでアルミニウム系プラグ
を形成する工程を含んでなることを特徴とする形成方
法。
5. The method for forming a wiring structure according to claim 1, wherein the step of forming a Ti layer on the aluminum-based lower wiring layer; the aluminum-based lower wiring layer and the Ti layer are heated to react with each other to form a Ti layer. step of forming an insulating layer on the generated TiAl 3 layer on; step of the TiAl 3-layer insulating layer, the step of opening a connection hole for taking conduction to an aluminum-based lower wiring layers to reach the TiAl 3 layers And a step of burying an aluminum-based material in the connection hole to form an aluminum-based plug.
【請求項6】 接続孔にアルミニウム系材料を埋め込ん
でアルミニウム系プラグを形成する際に、高温スパッタ
法又はリフロー法により行う請求項5記載の形成方法。
6. The forming method according to claim 5, wherein when the aluminum-based material is embedded in the connection hole to form the aluminum-based plug, the high-temperature sputtering method or the reflow method is used.
【請求項7】 請求項1記載の配線構造体の形成方法に
おいて:アルミニウム系下層配線層上に絶縁層を形成す
る工程;絶縁層に、アルミニウム系下層配線層への導通
をとるための接続孔をアルミニウム系下層配線層に達す
るまで開孔する工程;接続孔の少なくとも底部に、Ti
層をCVD法により形成する工程;アルミニウム系下層
配線層とTi層とを加熱し反応させて接続孔の底部のT
i層をTiAl層とする工程;及び接続孔にアルミニ
ウム系材料を埋め込んでアルミニウム系プラグを形成す
る工程を含んでなることを特徴とする形成方法。
7. The method of forming a wiring structure according to claim 1, wherein: a step of forming an insulating layer on the aluminum-based lower wiring layer; a connection hole for electrically connecting the insulating layer to the aluminum-based lower wiring layer. To form a hole until it reaches the aluminum-based lower wiring layer; Ti is formed on at least the bottom of the connection hole.
A step of forming a layer by the CVD method; the aluminum-based lower wiring layer and the Ti layer are heated to react with each other to form T
A forming method comprising: a step of forming the i layer as a TiAl 3 layer; and a step of burying an aluminum material in a connection hole to form an aluminum plug.
【請求項8】 接続孔にアルミニウム系材料を埋め込ん
でアルミニウム系プラグを形成する際に、高温スパッタ
法又はリフロー法により行う請求項7記載の形成方法。
8. The forming method according to claim 7, wherein when the aluminum-based material is embedded in the connection hole to form the aluminum-based plug, the high-temperature sputtering method or the reflow method is used.
【請求項9】 請求項1記載の配線構造体の形成方法に
おいて:アルミニウム系下層配線層上に絶縁層を形成す
る工程;絶縁層に、アルミニウム系下層配線層への導通
をとるための接続孔をアルミニウム系下層配線層に達す
るまで開孔する工程;接続孔の少なくとも底部に、Ti
Al層をCVD法により形成する工程;及び接続孔に
アルミニウム系材料を埋め込んでアルミニウム系プラグ
を形成する工程を含んでなることを特徴とする形成方
法。
9. The method for forming a wiring structure according to claim 1, wherein: a step of forming an insulating layer on the aluminum-based lower wiring layer; a connection hole for electrically connecting the insulating layer to the aluminum-based lower wiring layer. To form a hole until it reaches the aluminum-based lower wiring layer; Ti is formed on at least the bottom of the connection hole.
A method of forming, comprising a step of forming an Al 3 layer by a CVD method; and a step of burying an aluminum material in a connection hole to form an aluminum plug.
【請求項10】 接続孔にアルミニウム系材料を埋め込
んでアルミニウム系プラグを形成する際に、高温スパッ
タ法又はリフロー法により行う請求項9記載の形成方
法。
10. The forming method according to claim 9, wherein the aluminum-based material is embedded in the connection hole to form the aluminum-based plug by a high temperature sputtering method or a reflow method.
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