JPH0714838A - Formation of al wiring - Google Patents

Formation of al wiring

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JPH0714838A
JPH0714838A JP14651193A JP14651193A JPH0714838A JP H0714838 A JPH0714838 A JP H0714838A JP 14651193 A JP14651193 A JP 14651193A JP 14651193 A JP14651193 A JP 14651193A JP H0714838 A JPH0714838 A JP H0714838A
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JP
Japan
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layer
wiring
underlayer
connection hole
forming
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JP14651193A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Taguchi
充 田口
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH0714838A publication Critical patent/JPH0714838A/en
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to embed favorably an Al wiring material layer in a connection hole, which has a high aspect ratio and is microscopic, and to form a highly reliable Al wiring. CONSTITUTION:A process for opening a connection hole 3W in an insulating layer 3 on a semiconductor substrate 2, a process for forming a base layer 4, which has a good wettability with Al, on at least the side-wall surface and bottom in the interior of the hole 3W, a process for forming an Al base material layer in the hole 3W, a heat treating process, in which the substrate 2 is heated to form the layer 4 and the Al base material layer into an alloy layer 8, and a process in which an Al wiring material layer 5 is deposited by a high- temperature sputtering method after the heat treating process to fill the hole 3W, are employed.

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、例えば大
集積回路装置LSI,VLSI,ULSI等の製造に適
用して好適なAl配線(本明細書においてAl配線とは
Al単体のみならずAl合金配線をも含む)形成方法に
係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to Al wiring suitable for manufacturing semiconductor devices such as large scale integrated circuit devices LSI, VLSI, ULSI (Al wiring in this specification means not only Al alone but also Al wiring. (Including alloy wiring).

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置、特にLSI,VLSI,U
LSI等において、半導体基板上に形成された表面絶縁
層あるいは層間絶縁層等の絶縁層例えば酸化シリコン等
の絶縁層に貫通して開口形成された接続孔を通じて、下
層の半導体領域、電極、配線等(以下これらを下層配線
という)と上層配線の接続を行う多層配線構造が採られ
るが、この構造において、そのデザイン・ルールの高度
の縮小化に伴い、接続孔の開口径も微細化され、そのア
スペクト比が1を越えるようになってきていて、この微
細接続孔への配線材料の埋込み技術が重要になってい
る。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices, especially LSI, VLSI, and U
In an LSI or the like, a lower semiconductor layer, an electrode, a wiring, etc. are formed through a connection hole formed through an insulating layer such as a surface insulating layer or an interlayer insulating layer formed over a semiconductor substrate, for example, an insulating layer such as silicon oxide. A multi-layer wiring structure for connecting (hereinafter referred to as lower layer wiring) and upper layer wiring is adopted. In this structure, the opening diameter of the connection hole is also miniaturized as the design rule is highly sophisticated. Since the aspect ratio has exceeded 1, the technique of embedding a wiring material in this fine connection hole has become important.

【0003】この配線材料としてのAlあるいはAl合
金によるAl系材料を埋込む方法として、例えば基板上
に形成された下層配線上の、これを覆って形成した上述
の絶縁層に接続孔を開口し、この接続孔内に先ずAl系
材料とのいわゆるぬれが良いTi、TiN等の下地層を
形成し、これの上に、基板をAl系配線材料の融点付近
の温度に高温加熱した状態でAl系配線材料を高温スパ
ッタし、接続孔内にAl系材料を流入させながらその成
膜を行って、このAl系配線材料によって接続孔内の埋
込みと表面の平坦性にすぐれた配線層の形成とを同時に
行う高温スパッタ法が知られている。
As a method of burying an Al-based material of Al or an Al alloy as the wiring material, for example, a connection hole is opened in the above-described insulating layer formed on the lower wiring formed on the substrate so as to cover the lower wiring. First, an underlayer of Ti, TiN or the like, which is so-called wettable with an Al-based material, is formed in the connection hole, and the substrate is heated to a temperature near the melting point of the Al-based wiring material at a high temperature. A high-temperature sputter of a system wiring material is performed while the Al-based material is introduced into the connection hole to form a film, and the Al-based wiring material is used to form a wiring layer with excellent filling of the connection hole and surface flatness. A high-temperature sputtering method is known in which both of the above are simultaneously performed.

【0004】この高温スパッタ法は、配線層の形成と、
接続孔の埋込みすなわちいわゆるプラグ形成とを同時に
行うことができ、プロセスの簡便性や、Alが低抵抗材
料である等の点でCVD(化学的気相成長)法によるタ
ングステンWによるプラグを用いる方法に比し、有利で
あると考えられている。
This high temperature sputtering method involves forming a wiring layer and
A method of using a plug made of tungsten W by a CVD (chemical vapor deposition) method because it is possible to simultaneously embed a connection hole, that is, so-called plug formation, and to simplify the process and because Al is a low resistance material. Is considered to be advantageous over the.

【0005】ところで、このAl系配線材料の埋込み特
性は、このAl系配線材料層の下地材料に大きく影響さ
れことが知られている。
By the way, it is known that the embedding characteristics of the Al-based wiring material are greatly influenced by the base material of the Al-based wiring material layer.

【0006】このAl系配線材料の下地材料としてはT
iやTiN等の、Alとのぬれ性の良好、すなわちAl
系材料との反応性が良好で合金を作り易い材料が用いら
れる。
As a base material for this Al-based wiring material, T
Good wettability with Al such as i and TiN, that is, Al
A material that has good reactivity with the system material and is easy to form an alloy is used.

【0007】図10は、この高温スパッタによってAl
配線形成を行った場合の略線的断面図を示すもので、こ
の場合下層配線1例えばAl配線が形成された基板2上
にその下層配線1を覆うように形成されたSiO2 酸化
物による絶縁層3が形成され、これに接続孔3Wを開口
し、この接続孔3W内に、TiもしくはTiNによる下
地層4を形成し、これの上に上述の高温スパッタにより
AlもしくはAl合金によるAl系配線材料層5を成膜
する。
FIG. 10 shows that Al is formed by this high temperature sputtering.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a case where wiring is formed, in which case insulation of SiO 2 oxide formed on the substrate 2 on which the lower wiring 1 such as Al wiring is formed so as to cover the lower wiring 1. A layer 3 is formed, a connection hole 3W is opened therein, an underlayer 4 made of Ti or TiN is formed in the connection hole 3W, and Al-based wiring made of Al or an Al alloy is formed thereon by the high temperature sputtering. The material layer 5 is formed.

【0008】このようにすると、Al系配線材料層5の
高温スパッタと同時に、この材料層5とAlと下地層4
との界面においてこれらのAlとTiとの合金Al−T
iによる合金層8が形成され、これに伴いAlが接続孔
内に引き込まれ、良好な埋込みが達成される。
By doing so, at the same time as the high temperature sputtering of the Al-based wiring material layer 5, this material layer 5, Al and the underlying layer 4 are formed.
Al-T alloy of Al and Ti at the interface with
The alloy layer 8 of i is formed, and along with this, Al is drawn into the connection hole, and good burying is achieved.

【0009】とこが、接続孔のアスペクト比が更に高め
られると、このような下地層4を形成しても、その埋込
みが次第に困難となり、図11にその略線的断面図を示
すように、接続孔3W内に埋込み不良の空洞13が発生
し、Al系配線材料層5によって形成される上層配線の
下層配線1に対する電気的、機械的接続が不充分とな
り、不良品の発生率を高めたり、信頼性の低下を来す。
However, if the aspect ratio of the connection hole is further increased, even if such an underlayer 4 is formed, it becomes difficult to embed it, and as shown in its schematic cross-sectional view in FIG. Cavity 13 with poor embedding occurs in the connection hole 3W, electrical and mechanical connection to the lower layer wiring 1 of the upper layer wiring formed by the Al-based wiring material layer 5 becomes insufficient, and the occurrence rate of defective products is increased. , Come with a decrease in reliability.

【0010】また、このような埋込み不良が生じる一因
として、絶縁層3がSiO2 酸化物等の酸素を含む絶縁
層である場合、高温スパッタ時の加熱に際してこの絶縁
層3の酸素が、下地層4のTiもしくはTiNに拡散し
て、接続孔3Wの側壁面の下地層4が酸化しAl系配線
材料層5とのぬれが劣化し、これによってAl材料の表
面張力による凝縮よって接続孔3WからAl系配線材料
層5とのぬれ性、反応性の低下を来すものであることが
究明された。
Further, as one of the causes of such a filling failure, when the insulating layer 3 is an insulating layer containing oxygen such as SiO 2 oxide, the oxygen in the insulating layer 3 is reduced during heating during high temperature sputtering. The base layer 4 on the side wall surface of the connection hole 3W is oxidized by being diffused into Ti or TiN of the formation layer 4 and the wettability with the Al-based wiring material layer 5 is deteriorated. From the above, it was found that the wettability and the reactivity with the Al-based wiring material layer 5 are deteriorated.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した高
温スパッタによるAl配線形成方法において、半導体基
板上の絶縁層に形成するアスペクト比が高い微細な接続
孔に対しても良好にAl配線材料層を埋込み形成するこ
とができるようにし、信頼性の高いAl配線を形成する
ことができるようにしたAl配線形成方法を提供する。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention, in the above-described Al wiring forming method by high-temperature sputtering, is suitable for an Al wiring material which is formed in an insulating layer on a semiconductor substrate and has a high aspect ratio. Provided is an Al wiring forming method capable of forming a buried layer and forming a highly reliable Al wiring.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】第1の本発明は、半導体
基板上の絶縁層に接続孔を開口する工程と、接続孔内部
の少なくとも側壁面および底面にAlとぬれ性の良い下
地層を形成する工程と、接続孔にAl系下地材料層を形
成する工程と、半導体基板を加熱して上記下地層と上記
Al系下地材料層とを合金化する熱処理工程と、その後
高温スパッタ法によりAl系配線材料層を堆積して接続
孔を埋込む工程とを採る。
According to a first aspect of the present invention, a step of forming a connection hole in an insulating layer on a semiconductor substrate, and an underlayer having a good wettability with Al are formed on at least a side wall surface and a bottom surface inside the connection hole. A step of forming, an step of forming an Al-based underlayer material layer in the connection hole, a heat treatment step of heating the semiconductor substrate to alloy the underlayer and the Al-based underlayer material layer, and then Al by a high temperature sputtering method. A step of depositing a system wiring material layer and filling the connection hole.

【0013】第2の本発明は、上述の本発明方法におい
て、下地層の形成に先立って接続孔の少なくとも側壁面
に、下地層の酸化防止膜を形成する工程を採る。
In a second aspect of the present invention, in the above-described method of the present invention, a step of forming an antioxidant film of the underlayer on at least the side wall surface of the connection hole is formed prior to the formation of the underlayer.

【0014】第3の本発明は、下地層の酸化防止膜が半
導体層もしくは金属層とする。
According to a third aspect of the present invention, the antioxidation film of the underlayer is a semiconductor layer or a metal layer.

【0015】第4の本発明は、下地層の酸化防止膜を構
成する半導体層もしくは金属層をアモルファスSi、多
結晶Si、Pt、Cu、またはPdとする。
According to a fourth aspect of the present invention, the semiconductor layer or metal layer constituting the underlayer anti-oxidation film is made of amorphous Si, polycrystalline Si, Pt, Cu or Pd.

【0016】第5の本発明は、下地層の形成に先立って
接続孔の側壁面に選択的に絶縁層よりなる下地層の酸化
防止膜を形成する工程を採る。
The fifth aspect of the present invention employs a step of selectively forming an antioxidation film of an underlayer made of an insulating layer on the side wall surface of the connection hole before forming the underlayer.

【0017】[0017]

【作用】上述の本発明によれば、Alとのぬれ性の良い
下地層の上にAl系下地材料層を形成し、これを下地層
と合金化させて後、Al系配線材料層の高温スパッタを
行うものであるが、このようにするときは、接続孔内に
良好にAl系配線材料層の流入を行うことができ、アス
ペクト比の高い接続孔内にも良好にAl系配線材料層の
埋込みを行うことができた。
According to the present invention described above, an Al-based underlayer is formed on an underlayer having good wettability with Al, and this is alloyed with the underlayer, and then the Al-based wiring material layer is heated to a high temperature. Sputtering is performed. In this case, the Al-based wiring material layer can be satisfactorily introduced into the connection hole, and the Al-based wiring material layer can be satisfactorily introduced into the connection hole having a high aspect ratio. Could be embedded.

【0018】また、絶縁層が酸素を含む絶縁層である場
合において、特に絶縁層の接続孔内の下地層が被着され
る側壁面に下地層の酸化防止膜すなわち下地層に対する
酸素の導入を隔離する隔壁層を設けたので、酸素を含む
酸化物絶縁層から下地層に対する酸素の拡散を阻止する
ことができる。
Further, when the insulating layer is an insulating layer containing oxygen, an antioxidant film of the underlying layer, that is, oxygen is introduced into the underlying layer, especially on the side wall surface of the insulating layer where the underlying layer is deposited. Since the partition layer for isolation is provided, diffusion of oxygen from the oxide insulating layer containing oxygen to the base layer can be prevented.

【0019】したがって、本発明方法においては、Al
系下地層と下地層との合金化の熱処理、Al系配線材料
層の高温スパッタを行う高温加熱処理を伴うにもかかわ
らず、下地層に酸素が拡散して、下地層を酸化させてそ
のAl系配線材料層とのぬれを劣化させるような不都合
を回避できるものである。
Therefore, in the method of the present invention, Al
In spite of the heat treatment for alloying the base underlayer and the high temperature heat treatment for high temperature sputtering of the Al based wiring material layer, oxygen diffuses into the underlayer and oxidizes the underlayer to form Al. It is possible to avoid the inconvenience of deteriorating the wetting with the system wiring material layer.

【0020】したがって、Al系配線材料層、したがっ
てこれによって形成する上層配線を良好に絶縁層の接続
孔内に充填させることができ、下層配線に良好にコンタ
クトさせることができ、信頼性の高いAl配線を形成す
ることができるものである。
Therefore, the Al-based wiring material layer, and thus the upper wiring formed by the Al-based wiring material layer, can be satisfactorily filled in the connection hole of the insulating layer, and the lower wiring can be satisfactorily contacted. The wiring can be formed.

【0021】[0021]

【実施例】本発明は、前述したように、半導体基板上の
絶縁層に接続孔を開口する工程と、接続孔内部の少なく
とも側壁面および底面にAlとぬれ性の良い下地層を形
成する工程と、接続孔にAl系下地材料層を形成する工
程と、半導体基板を加熱して上記下地層と上記Al系下
地材料層とを合金化する熱処理工程と、その後高温スパ
ッタ法によりAl系配線材料層を堆積して接続孔を埋込
む工程とを採る。
EXAMPLE As described above, the present invention includes the step of forming a contact hole in an insulating layer on a semiconductor substrate and the step of forming an underlayer having good wettability with Al on at least the side wall surface and the bottom surface inside the contact hole. And a step of forming an Al-based underlayer material layer in the connection hole, a heat treatment step of heating the semiconductor substrate to alloy the underlayer and the Al-based underlayer material layer, and then an Al-based wiring material by high-temperature sputtering. Depositing layers to fill the contact holes.

【0022】またこの方法において、下地層の形成に先
立って接続孔の少なくとも側壁面に、下地層の酸化防止
膜を形成する工程を採る。
Further, in this method, a step of forming an antioxidant film of the underlayer on at least the side wall surface of the connection hole is formed prior to the formation of the underlayer.

【0023】図1〜図5を参照して本発明の一実施例を
詳細に説明する。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

【0024】この例では、下層配線1例えばAl下層配
線が形成された基板2上に、下層配線1を覆うように、
絶縁層3が形成され、下層配線1に対して上層配線を構
成するAl系配線材料層5をオーミックコンタクトする
場合である。
In this example, the lower layer wiring 1, for example, the Al lower layer wiring is formed on the substrate 2 so as to cover the lower layer wiring 1.
This is a case where the insulating layer 3 is formed and the Al-based wiring material layer 5 forming the upper layer wiring is in ohmic contact with the lower layer wiring 1.

【0025】実施例1 この場合、図1に示すように、下層配線1が形成された
基板1上にSiO2すなわち酸素を含む絶縁層3がCV
D(化学的気相成長)法によって形成した。
Example 1 In this case, as shown in FIG. 1, on the substrate 1 on which the lower layer wiring 1 is formed, the insulating layer 3 containing SiO 2 or oxygen is CV.
It was formed by the D (chemical vapor deposition) method.

【0026】この絶縁層3に対してフォトリソグラフィ
によるRIE(反応性イオンエッチング)によって下層
配線1の上層配線との接続部に接続孔3Wを貫通開口す
る。この絶縁層3の厚さすなわち接続孔3Wの深さは
0.8μm、接続孔3Wの開口径は0.5μmとした。
A contact hole 3W is formed through the insulating layer 3 by RIE (reactive ion etching) by photolithography at a connection portion with the upper layer wiring of the lower layer wiring 1. The thickness of the insulating layer 3, that is, the depth of the connection hole 3W was 0.8 μm, and the opening diameter of the connection hole 3W was 0.5 μm.

【0027】次に通常のマグネトロン・スパッタ法によ
り下地層4としてのTiと、続いて真空中で連続的にA
l系下地材料層7としてのSi1%のAl−Si合金と
をそれぞれ100nmの膜厚に順次成膜した。
Next, Ti as the underlayer 4 is continuously formed by the usual magnetron sputtering method, and then A is continuously formed in vacuum.
An Al-Si alloy containing 1% of Si as the 1-based base material layer 7 was sequentially formed to have a film thickness of 100 nm.

【0028】Ti下地層4と、Al−Si配線材料層5
の成膜条件は次のように選定した。 Ti下地層4の成膜条件: DCパワー 4 kW ガス系とその供給量 Ar 100sccm 圧力 0.4Pa 成長温度 150℃
Ti underlayer 4 and Al--Si wiring material layer 5
The film forming conditions of were selected as follows. Film formation conditions for Ti underlayer 4: DC power 4 kW Gas system and supply amount Ar 100 sccm Pressure 0.4 Pa Growth temperature 150 ° C.

【0029】Al−Si系下地材料層7の成膜条件: DCパワー 20 kW ガス系とその供給量 Ar 100sccm 圧力 0.4Pa 成長温度 室温〜150℃Film forming conditions for the Al-Si base material layer 7: DC power 20 kW Gas system and its supply amount Ar 100 sccm Pressure 0.4 Pa Growth temperature Room temperature to 150 ° C.

【0030】この場合、Al合金の段差被覆性は、Ti
に比して乏しいので、Alの被着は、ほぼ絶縁層3の上
面上と接続孔3Wの開口周縁部と、接続孔3Wの底面に
堆積し接続孔の側壁面には殆ど堆積しない。
In this case, the step coverage of the Al alloy is Ti
In comparison with the above, Al is deposited almost on the upper surface of the insulating layer 3, the opening peripheral portion of the connection hole 3W, and the bottom surface of the connection hole 3W, and hardly deposited on the side wall surface of the connection hole.

【0031】次に、大気開放することなく、連続して基
板加熱を行って、下地材料層7のAl−Siと、下地層
4のTiとの合金化処理を行って、図2に示すように、
合金層8を形成する。
Next, without heating to the atmosphere, the substrate is continuously heated to alloy the Al—Si of the base material layer 7 with the Ti of the base layer 4, and as shown in FIG. To
The alloy layer 8 is formed.

【0032】この基板加熱は、基板裏面に設置したヒー
タブロックと、基板裏面との間にArのアシスト・ガス
を導入して基板加熱を行うガス伝導加熱方式によった。
この基板加熱条件は次のように選定した。 基板加熱条件: ガス系とその供給量 Ar 100sccm 基板背圧 8 Torr 圧力 0.4Pa 加熱温度 500℃ 加熱時間 40 秒
The substrate heating is performed by a gas conduction heating system in which an assist gas of Ar is introduced between the heater block installed on the back surface of the substrate and the back surface of the substrate to heat the substrate.
The substrate heating conditions were selected as follows. Substrate heating conditions: Gas system and its supply amount Ar 100 sccm Substrate back pressure 8 Torr pressure 0.4 Pa Heating temperature 500 ° C. Heating time 40 seconds

【0033】次に図5に示すように、真空中で連続的に
Al系配線材料層5を500nmに高温スパッタによっ
て成膜する。この成膜条件は次のように選定した。 Al−Si系配線材料層5の成膜条件: DCパワー 10 kW ガス系とその供給量 Ar 100sccm 圧力 0.4Pa 成長温度 500℃
Next, as shown in FIG. 5, an Al-based wiring material layer 5 is continuously formed in vacuum to a thickness of 500 nm by high temperature sputtering. The film forming conditions were selected as follows. Film-forming conditions for the Al-Si based wiring material layer 5: DC power 10 kW Gas system and supply amount Ar 100 sccm Pressure 0.4 Pa Growth temperature 500 ° C.

【0034】図3及び図4は、このときのAl系配線材
料層5の図5で示す接続孔3Wに対する埋込みに至る過
程を示すもので、この場合、配線材料層5のAl−Si
が、下地層4のTiに対するぬれ性より、合金層8のA
l−Si−Tiに対するぬれ性の方がより優れているの
で、成膜初期の配線材料層5のAl−Siは容易にAl
−Si−Ti合金層8上をぬれ進み、接続孔3W内に入
り込んでくる。そしてその後、配線材料層5のAl−S
iは、接続孔3Wの内周の側壁面に存在する下地層4の
Tiとの界面で更に合金層8を形成し、この合金層8の
形成に伴ってさらに接続孔3W内に深く入り込んで遂に
は図5に示すように、接続孔3Wを埋込む。しかもこの
とき、その表面は平坦となる。ここで、図3で示したA
l−Siがぬれ進みながら接続孔3W内に入りかける形
状は、その後のAl −Siが図4の過程を経て接続孔
3W内に引き込まれる事を極めて容易にするものであ
る。
FIGS. 3 and 4 show the process of filling the Al-based wiring material layer 5 into the connection hole 3W shown in FIG. 5 at this time. In this case, the Al-Si of the wiring material layer 5 is formed.
However, due to the wettability of the underlayer 4 with Ti, A of the alloy layer 8
Since the wettability with respect to 1-Si-Ti is better, the Al-Si of the wiring material layer 5 at the initial stage of film formation is easily Al.
Wetting proceeds on the -Si-Ti alloy layer 8 and enters into the connection hole 3W. Then, after that, Al-S of the wiring material layer 5
i further forms the alloy layer 8 at the interface with the Ti of the underlayer 4 existing on the side wall surface of the inner periphery of the connection hole 3W, and further penetrates deeply into the connection hole 3W as the alloy layer 8 is formed. Finally, as shown in FIG. 5, the connection hole 3W is embedded. Moreover, at this time, the surface becomes flat. Here, A shown in FIG.
The shape in which l-Si enters the inside of the connection hole 3W while it is wetted makes it extremely easy for the subsequent Al-Si to be drawn into the connection hole 3W through the process of FIG.

【0035】次に、図6及び図7を参照して他の本発明
の一実施例(実施例2)を説明する。
Next, another embodiment (second embodiment) of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

【0036】この例でも、下層配線1例えばAl下層配
線が形成された基板2上に、下層配線1を覆うように、
絶縁層3が形成されるものであるが、この場合絶縁層3
が例えばSiO2 酸化物絶縁層すなわち酸素を含む絶縁
層であってこよりの酸素の拡散が問題となる場合であ
る。
Also in this example, the lower layer wiring 1 is covered on the substrate 2 on which, for example, the Al lower layer wiring is formed so as to cover the lower layer wiring 1.
The insulating layer 3 is formed. In this case, the insulating layer 3 is formed.
Is a SiO 2 oxide insulating layer, that is, an insulating layer containing oxygen, and the diffusion of oxygen from this is a problem.

【0037】実施例2 この実施例においては、酸素を含む絶縁層3の接続孔3
W内に下地層の酸化防止膜6を形成するものであるが、
この酸化防止膜6が絶縁性のSiNを用いた場合であ
る。
Example 2 In this example, the connection hole 3 of the insulating layer 3 containing oxygen was used.
The underlayer of the antioxidant film 6 is formed in W.
This is the case where the anti-oxidation film 6 uses insulating SiN.

【0038】この場合、SiN酸化防止膜6をプラズマ
CVD法によって全面的に膜厚150nmに成膜した。
続いてこの酸化防止膜6を基板2の板面に垂直に異方性
エッチングによるエッチバックを行って、図6に示すよ
うに、このエッチング方向に対して実質的膜厚が大とな
っている接続孔3Wの内壁面への被着部のみをサイドウ
ォールとして残して接続孔3Wの底面と、絶縁層3の上
面の酸化防止膜6をエッチング除去する。
In this case, the SiN oxidation preventing film 6 was formed on the entire surface to a film thickness of 150 nm by the plasma CVD method.
Subsequently, this antioxidant film 6 is etched back by anisotropic etching perpendicularly to the plate surface of the substrate 2, and as shown in FIG. 6, the substantial film thickness becomes large in this etching direction. The bottom surface of the connection hole 3W and the antioxidant film 6 on the upper surface of the insulating layer 3 are removed by etching, leaving only the portion of the connection hole 3W to be adhered to the inner wall surface as a sidewall.

【0039】SiN酸化防止膜6の成膜条件及びエッチ
バック条件は、次のように選定した。 SiN酸化防止膜6の成膜条件: ガス系とその供給量 SiH4 180sccm NH3 500sccm N2 720sccm 成長温度 250℃ 圧力 40Pa
The conditions for forming the SiN oxidation preventing film 6 and the conditions for etching back were selected as follows. Deposition conditions of the SiN anti-oxidation film 6: Gas system and supply amount SiH 4 180 sccm NH 3 500 sccm N 2 720 sccm Growth temperature 250 ° C. Pressure 40 Pa

【0040】SiN酸化防止膜6のエッチング条件: ガス系とその流量 CHF3 75sccm O2 35sccm RFパワー 600W 圧力 5.3PaEtching conditions of SiN oxidation preventing film 6: Gas system and its flow rate CHF 3 75 sccm O 2 35 sccm RF power 600 W Pressure 5.3 Pa

【0041】その後は、実施例1におけると同様に、す
なわち図1〜図5で示したと同様の工程を採って下地層
4及びAl系下地材料層7の形成、基板加熱による合金
層8の形成、高温スパッタによるAl系配線材料層5の
形成を行って図7に示すように、Al系配線材料層5の
接続孔3Wへの埋込みを行う。
After that, the underlayer 4 and the Al-based underlayer 7 are formed in the same manner as in Example 1, that is, the steps similar to those shown in FIGS. 1 to 5 are taken, and the alloy layer 8 is formed by heating the substrate. Then, the Al-based wiring material layer 5 is formed by high temperature sputtering, and the Al-based wiring material layer 5 is embedded in the connection hole 3W as shown in FIG.

【0042】このように形成したAl系配線材料層5
は、絶縁性のSiN酸化防止膜6が存在してもこれが接
続孔3Wの側壁面すなわち周側面に選択的に形成するも
のであって接続孔3Wの底面にはこの酸化防止膜6の形
成を排除したので、このAl系配線材料層5の下層配線
1との電気的コンタクトが阻害されることはない。
The Al-based wiring material layer 5 thus formed
Even if the insulating SiN oxidation preventing film 6 is present, it is selectively formed on the side wall surface, that is, the peripheral side surface of the connection hole 3W. The oxidation prevention film 6 is formed on the bottom surface of the connection hole 3W. Since it is eliminated, the electrical contact with the lower wiring 1 of the Al-based wiring material layer 5 is not hindered.

【0043】次に、導電性を有する酸化防止膜6を形成
する場合について説明する。先ず図8及び図9を参照し
て更に他の実施例(実施例3)を説明する。 実施例3 この実施例では酸化防止膜6としてアモルファスSiを
用いた。この場合、SiO2 絶縁層3に形成した接続孔
3W内に、図8に示すように、マグネトロン・スパッタ
法によって接続孔3Wの底面をも含んですなわち下層配
線2上にも形成し得る。このアモルファスSiによる酸
化防止膜6を膜厚50nmに成膜した。その成膜条件
は、次のように選定した。 アモルファスSiの成膜条件: DCパワー 10 kW ガス系とその供給量 Ar 100sccm 圧力 0.4Pa 成長温度 150℃
Next, the case of forming the conductive anti-oxidation film 6 will be described. First, still another embodiment (third embodiment) will be described with reference to FIGS. 8 and 9. Example 3 In this example, amorphous Si was used as the antioxidant film 6. In this case, as shown in FIG. 8, the bottom surface of the connection hole 3W can be formed in the connection hole 3W formed in the SiO 2 insulating layer 3 by magnetron sputtering, that is, on the lower layer wiring 2. The anti-oxidation film 6 made of amorphous Si was formed to a film thickness of 50 nm. The film forming conditions were selected as follows. Amorphous Si film forming conditions: DC power 10 kW gas system and supply amount Ar 100 sccm pressure 0.4 Pa growth temperature 150 ° C.

【0044】その後は、実施例1におけると同様に、す
なわち図1〜図5で示したと同様の工程を採って下地層
4及びAl系下地材料層7の形成、基板加熱による合金
層8の形成、高温スパッタによるAl系配線材料層5の
形成を行って図9に示すように、Al系配線材料層5の
接続孔3Wへの埋込みを行う。
After that, the underlayer 4 and the Al-based underlayer 7 are formed in the same manner as in Example 1, that is, the steps similar to those shown in FIGS. 1 to 5 are taken, and the alloy layer 8 is formed by heating the substrate. Then, the Al-based wiring material layer 5 is formed by high temperature sputtering, and the Al-based wiring material layer 5 is embedded in the connection hole 3W as shown in FIG.

【0045】これら実施例2及び3においても、実施例
1で説明したと同様に成膜初期の配線材料層5のAl−
Siは容易にAl−Si−Ti合金層8上をぬれ進み、
接続孔3W内に入り込み、更に接続孔3Wの内周の側壁
面に存在する下地層4のTiとの界面で合金層8を形成
し、この合金層8の形成に伴ってさらに接続孔3W内に
深く入り込んで遂には接続孔3Wを埋込む。しかもこの
とき、その表面は平坦となる。
In these Examples 2 and 3 as well, as in the case of Example 1, Al- of the wiring material layer 5 at the initial stage of film formation was used.
Si easily wets on the Al-Si-Ti alloy layer 8,
The alloy layer 8 is formed at the interface with Ti of the underlayer 4 existing on the side wall surface of the inner periphery of the connection hole 3W, and the alloy layer 8 is formed along with the formation of the alloy layer 8. Then, the contact hole 3W is finally buried. Moreover, at this time, the surface becomes flat.

【0046】そして、これら実施例2及び3において
は、下地層4と、酸素を含む絶縁層3との間に介在され
ていることによって下地層4は合金層8の形成の合金化
処理時の加熱、配線材料層5の高温スパッタ等の加熱に
よっても絶縁層3からの酸素の拡散が阻止されるので、
この酸化によってこの下地層4とのぬれが低下する不都
合が回避される。
In the second and third embodiments, since the base layer 4 and the insulating layer 3 containing oxygen are interposed, the base layer 4 is formed during the alloying process for forming the alloy layer 8. Since the diffusion of oxygen from the insulating layer 3 is prevented even by heating or heating the wiring material layer 5 by high-temperature sputtering,
This oxidation avoids the inconvenience that the wettability with the underlayer 4 is lowered.

【0047】そして、このようにして接続孔3W内を埋
込んで形成したAl系配線材料層5は、例えばフォトリ
ソグラフィによる選択的エッチングによって所要のパタ
ーンとされて上層配線としてのAl配線を形成する。
The Al-based wiring material layer 5 thus formed by burying the inside of the connection hole 3W is formed into a desired pattern by, for example, selective etching by photolithography to form an Al wiring as an upper wiring. .

【0048】尚、実施例3においては、酸化防止膜6と
してアモルファスSiを用いた場合であるが、これに代
えて多結晶Siあるいは金属層のPt、Cu、またはP
d等を用いることができる。
In the third embodiment, amorphous Si is used as the anti-oxidation film 6, but instead of this, polycrystalline Si or a metal layer of Pt, Cu, or P is used.
d or the like can be used.

【0049】また、基板加熱は、上述したガス伝導加熱
方式に限られる物ではなく例えばランプ加熱、エキマ・
レーザ照射による加熱等種々の方法を適用できる。
Further, the substrate heating is not limited to the above-mentioned gas conduction heating method, and for example, lamp heating, excimer heating,
Various methods such as heating by laser irradiation can be applied.

【0050】また、上述した例では、下地層4としてT
iを用いた場合であるが、そのほか、TiN,TiO
N,TiWもしくはこれらの積層構造とすることもでき
る。
Further, in the above-mentioned example, T is used as the base layer 4.
When i is used, other than that, TiN, TiO
N, TiW, or a laminated structure of these may be used.

【0051】また、配線材料層は、上述したAl−Si
に限らず、Al単体あるいはAl−Si−Cu,Al−
Cu,Al−Ge等のAl系材料を用いることができ
る。
The wiring material layer is made of Al-Si described above.
Not limited to Al alone or Al-Si-Cu, Al-
An Al-based material such as Cu or Al-Ge can be used.

【0052】[0052]

【発明の効果】上述の本発明によれば、Alとのぬれ性
の良い下地層の上にAl系下地材料層を形成し、これを
下地層と合金化させて後、Al系配線材料層の高温スパ
ッタを行うものであるが、このようにするときは、接続
孔内に良好にAl系配線材料層の流入を行うことがで
き、アスペクト比の高い接続孔内にも良好にAl系配線
材料層の埋込みを行うことができる。
According to the present invention described above, an Al-based undercoating material layer is formed on an undercoating layer having good wettability with Al, and this is alloyed with the undercoating layer, and then the Al-based wiring material layer is formed. The high temperature sputtering is performed, but in this case, the Al-based wiring material layer can be satisfactorily introduced into the connection hole, and the Al-based wiring can be satisfactorily injected into the connection hole having a high aspect ratio. The material layer can be embedded.

【0053】また、絶縁層が酸素を含む絶縁層である場
合において、特に絶縁層の接続孔内の下地層が被着され
る側壁面に下地層の酸化防止膜すなわち下地層に対する
酸素の導入を隔離する隔壁層を設けたので、酸素を含む
酸化物絶縁層から下地層に対する酸素の拡散を阻止する
ことができる。
When the insulating layer is an insulating layer containing oxygen, the antioxidant film of the underlayer, that is, the introduction of oxygen into the underlayer, is particularly formed on the side wall surface of the insulating layer which is covered with the underlayer. Since the partition layer for isolation is provided, diffusion of oxygen from the oxide insulating layer containing oxygen to the base layer can be prevented.

【0054】したがって、本発明方法においては、Al
系下地層と下地層との合金化の熱処理、Al系配線材料
層の高温スパッタを行う高温加熱処理を伴うにもかかわ
らず、下地層に酸素が拡散して、下地層を酸化させてそ
のAl系配線材料層とのぬれを劣化させるような不都合
を回避できるものである。
Therefore, in the method of the present invention, Al
In spite of the heat treatment for alloying the base underlayer and the high temperature heat treatment for high temperature sputtering of the Al based wiring material layer, oxygen diffuses into the underlayer and oxidizes the underlayer to form Al. It is possible to avoid the inconvenience of deteriorating the wetting with the system wiring material layer.

【0055】したがって、Al系配線材料層、したがっ
てこれによって形成する上層配線を良好に絶縁層の接続
孔内に充填させることができ、下層配線に良好にコンタ
クトさせることができ、信頼性の高いAl配線を形成す
ることができるものである。
Therefore, it is possible to satisfactorily fill the Al-based wiring material layer, and thus the upper wiring formed by the Al wiring material, into the connection hole of the insulating layer, and to make good contact with the lower wiring. The wiring can be formed.

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

【図1】本発明方法の一例の一製造工程の略線的断面図
である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing process of an example of the method of the present invention.

【図2】本発明方法の一例の一製造工程の略線的断面図
である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing process of an example of the method of the present invention.

【図3】本発明方法の一例の一製造工程の略線的断面図
である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing process of an example of the method of the present invention.

【図4】本発明方法の一例の一製造工程の略線的断面図
である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an example manufacturing process of the method of the present invention.

【図5】本発明方法の一例の一製造工程の略線的断面図
である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing process of an example of the method of the present invention.

【図6】本発明方法の他の例の一製造工程の略線的断面
図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing process of another example of the method of the present invention.

【図7】本発明方法の他の例の一製造工程の略線的断面
図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing process of another example of the method of the present invention.

【図8】本発明方法の更に他の例の一製造工程の略線的
断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing process of yet another example of the method of the present invention.

【図9】本発明方法の更に他の例の一製造工程の略線的
断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing process of yet another example of the method of the present invention.

【図10】従来方法によるAl配線部の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of an Al wiring portion formed by a conventional method.

【図11】従来方法によるAl配線部の断面図である。FIG. 11 is a sectional view of an Al wiring portion formed by a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 下層配線 2 基板 3 酸素を含む絶縁層 3W 接続孔 4 下地層 5 Al系配線材料層 6 酸化防止膜 7 Al系下地材料層 8 合金層 1 Lower Layer Wiring 2 Substrate 3 Insulating Layer Containing Oxygen 3 W Connection Hole 4 Underlayer 5 Al-based Wiring Material Layer 6 Antioxidant Film 7 Al-based Underlayer 8 Alloy Layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上の絶縁層に接続孔を開口す
る工程と、 上記接続孔内部の少なくとも側壁面および底面にAlと
ぬれ性の良い下地層を形成する工程と、 上記接続孔にAl系下地材料層を形成する工程と、 上記半導体基板を加熱して上記下地層と上記Al系下地
材料層とを合金化する熱処理工程と、 その後高温スパッタ法によりAl系配線材料層を堆積し
て上記接続孔を埋込む工程とを採ることを特徴とするA
l配線形成方法。
1. A step of forming a connection hole in an insulating layer on a semiconductor substrate, a step of forming an underlayer having a good wettability with Al on at least a side wall surface and a bottom surface inside the connection hole, and Al in the connection hole. System underlayer material layer, heat treatment step of heating the semiconductor substrate to alloy the underlayer layer with the Al underlayer material layer, and then depositing an Al based wiring material layer by high temperature sputtering. A step of burying the connection hole
l Wiring forming method.
【請求項2】 上記下地層の形成に先立って上記接続孔
の少なくとも側壁面に上記下地層の酸化防止膜を形成す
る工程を採ることを特徴とする請求項1に記載のAl配
線形成方法。
2. The method for forming an Al wiring according to claim 1, further comprising a step of forming an antioxidant film of the underlayer on at least a side wall surface of the connection hole before forming the underlayer.
【請求項3】 上記下地層の酸化防止膜が半導体層もし
くは金属層とすることを特徴とする請求項2に記載のA
l配線形成方法。
3. The A according to claim 2, wherein the antioxidant film of the underlayer is a semiconductor layer or a metal layer.
l Wiring forming method.
【請求項4】 上記下地層の酸化防止膜を構成する半導
体層もしくは金属層をアモルファスSi、多結晶Si、
Pt、Cu、またはPdとすることを特徴とする請求項
2に記載のAl配線形成方法。
4. A semiconductor layer or a metal layer forming the anti-oxidation film of the underlayer is formed of amorphous Si, polycrystalline Si,
The Pt, Cu, or Pd is used, and the Al wiring forming method according to claim 2.
【請求項5】 上記下地層の形成に先立って上記接続孔
の側壁面に選択的に絶縁層よりなる上記下地層の酸化防
止膜を形成する工程を採ることを特徴とする請求項1に
記載のAl配線形成方法。
5. The method according to claim 1, wherein a step of selectively forming an antioxidant film of the underlayer made of an insulating layer on a side wall surface of the connection hole is formed prior to the formation of the underlayer. Al wiring forming method.
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