JPH1140516A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

Info

Publication number
JPH1140516A
JPH1140516A JP20862497A JP20862497A JPH1140516A JP H1140516 A JPH1140516 A JP H1140516A JP 20862497 A JP20862497 A JP 20862497A JP 20862497 A JP20862497 A JP 20862497A JP H1140516 A JPH1140516 A JP H1140516A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
hole
film
thickness
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP20862497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Miura
博 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP20862497A priority Critical patent/JPH1140516A/en
Publication of JPH1140516A publication Critical patent/JPH1140516A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a void of an Al plug from occurring by, after a hole is formed at an insulating film formed on a lower layer wiring, forming a titanium thin film of specified film thickness by sputtering method and a titanium nitride thin film of specific film thickness over it, forming a wetting layer, and then forming an Al thin film. SOLUTION: After a hole 22 is formed at an insulating film formed on a lower-layer wiring 21, a titanium thin film 23 of such possible film thickness as equal to or less than 30 nm is formed by sputtering method, and over it, a titanium nitride thin film 24 is so formed by sputtering method as to be one and a half times or more of the titanium thin film 23 in film thickness. Then, the hole 22 is filled and an Al thin film which is to be an upper layer wiring is formed by sputtering method, and the Al thin film is patterned. Here, the film thickness of the titanium nitride thin film 24 is preferred to be 45 nm or more. Preferably a high-pressure aluminum embedding method may be applied. after the Al thin film is formed, a wafer is kept for a specified time in a high-pressure atmosphere of inert gas before patterned.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に高アスペクト比の微細ホールを介して
下層と上層の配線を接続するのに好都合な配線形成工程
を含む半導体装置の製造方法に関に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a wiring forming step which is convenient for connecting a lower layer and an upper layer via fine holes having a high aspect ratio. Related to.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置においては、上下配線は配線
間に形成された接続孔(以下、ヴィアホールと記載す
る)で連結する。近年、プロセスコスト低減、ヴィアホ
ール抵抗低減の要求から、配線と同一材料であるアルミ
ニウム又はアルミニウム合金(アルミニウム及びアルミ
ニウム合金を含めてAlと記載することもある。)でホ
ールを埋め込むAlプラグ方法が採用されている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device, upper and lower wirings are connected by connection holes (hereinafter referred to as via holes) formed between the wirings. In recent years, due to the demand for reduction of process cost and reduction of via hole resistance, an Al plug method of filling a hole with aluminum or an aluminum alloy (sometimes described as Al including aluminum and aluminum alloy), which is the same material as the wiring, has been adopted. Have been.

【0003】Alプラグの形成方法として、高温アルミ
ニウムスパッタ法や高温リフロー法、高圧アルミニウム
埋込み法があげられる。高温アルミニウムスパッタ法
は、Al薄膜を成膜する際に、基板温度を400〜55
0℃の高温に維持し、Alの流動性を利用してホール内
に充填する手法である。高圧アルミニウム埋込み法は、
第1ステップでホール上にAl薄膜を橋渡し状に成膜
し、第2ステップでウェハを不活性ガスの高圧雰囲気中
で一定時間保持し、ホール内にAlを充填する手法であ
る。いずれの手法も配線とプラグの同時形成が可能であ
り、従来から用いられてきたCVD法によるタングステ
ンプラグ法に対して、工程数や原材料面での製造コスト
削減を図ることができるという利点を備えている。
As a method for forming an Al plug, there are a high-temperature aluminum sputtering method, a high-temperature reflow method, and a high-pressure aluminum embedding method. The high-temperature aluminum sputtering method uses a substrate temperature of 400 to 55 when forming an Al thin film.
This is a method of maintaining a high temperature of 0 ° C. and filling the holes using the fluidity of Al. The high-pressure aluminum embedding method is
In this method, an Al thin film is formed in a bridging manner on a hole in a first step, and the wafer is held in a high-pressure atmosphere of an inert gas for a certain time in a second step to fill the hole with Al. Either method allows simultaneous formation of wiring and plugs, and has the advantage of reducing the number of steps and manufacturing costs in terms of raw materials compared to the conventionally used tungsten plug method by CVD. ing.

【0004】これらのいずれの手法でも、Al薄膜をホ
ール内に充填する際に、予めホールをチタン(Ti)薄
膜もしくは窒化チタン(TiN)薄膜で被覆する。チタ
ン薄膜及び窒化チタン薄膜はホールに充填されるAlの
流動性を確保するために形成されるものであるため、以
下の説明ではこのTi薄膜又はTiN薄膜をウェッティ
ング(Wetting)層と呼ぶ。ウエッティング層はAl薄
膜の流動性を確保するうえで重要であり、ウエッティン
グ層の状態によっては図1に示す空孔(以下ボイドと記
載する)がホール底部に発生することがある。図1中、
11は下層メタル配線、12は上下配線を分離する層間
絶縁膜、13は上下配線を接続するヴィアホール、14
は上層メタル配線、15はウエッティング層、16は上
層配線をヴィアホールに埋め込む際に発生したボイドを
示している。ボイドの発生原因として以下の3点が挙げ
られる。
In any of these methods, the hole is previously covered with a titanium (Ti) thin film or a titanium nitride (TiN) thin film when filling the hole with the Al thin film. Since the titanium thin film and the titanium nitride thin film are formed in order to secure the fluidity of Al filled in the holes, the Ti thin film or the TiN thin film will be referred to as a wetting layer in the following description. The wetting layer is important for ensuring the fluidity of the Al thin film, and depending on the state of the wetting layer, holes (hereinafter referred to as voids) shown in FIG. 1 may be generated at the bottom of the hole. In FIG.
11 is a lower metal wiring, 12 is an interlayer insulating film separating the upper and lower wirings, 13 is a via hole connecting the upper and lower wirings, 14
Denotes an upper metal wiring, 15 denotes a wetting layer, and 16 denotes a void generated when the upper wiring is embedded in a via hole. The following three points can be cited as the causes of void generation.

【0005】(1) ホールのアスペクト(深さ/径)
比が大きい場合、ホール底部もしくは側壁でウエッティ
ング層で被覆されない部分が発生して酸化膜が露出す
る。その酸化膜が露出した部分ではAlが流動せず、ホ
ール底部にボイドが発生する。
(1) Hole aspect (depth / diameter)
When the ratio is large, a portion not covered with the wetting layer occurs at the bottom or the side wall of the hole, and the oxide film is exposed. Al does not flow in a portion where the oxide film is exposed, and a void is generated at the bottom of the hole.

【0006】(2) スパッタ室もしくはウェハの搬送
室に残留水分量が多い場合、ウエッティング層の表面が
酸化する。ウエッティング層が酸化した状態ではAl薄
膜の流動性が低下する。このために、ホール内部にボイ
ドが発生する。
(2) If the amount of residual moisture is large in the sputtering chamber or the wafer transfer chamber, the surface of the wetting layer is oxidized. When the wetting layer is oxidized, the fluidity of the Al thin film decreases. For this reason, voids are generated inside the holes.

【0007】(3) 層間絶縁膜が水分等の不純物を多
く含有する状態であると、高温雰囲気中でAlをリフロ
ーする際に層間絶縁膜から不純物が放出される。この不
純物が層間絶縁膜に接触するウエッティング層に取り込
まれ、Al薄膜の流動性が低下し同様にボイドが発生す
る。
(3) If the interlayer insulating film contains a large amount of impurities such as moisture, the impurities are released from the interlayer insulating film when Al is reflowed in a high-temperature atmosphere. These impurities are taken into the wetting layer in contact with the interlayer insulating film, and the fluidity of the Al thin film is reduced, and voids are similarly generated.

【0008】ホール内部にボイドが存在すると、ホール
抵抗の増加、均一性の低下、エレクトロマイグレーショ
ン耐性劣化等の諸問題が起こる。埋込み不良のないAl
プラグを形成するにはウエッティング層の形成方法が重
要であり、上記問題を回避するための手法が提案されて
いる。
[0008] If a void exists inside the hole, various problems such as an increase in hole resistance, a decrease in uniformity, and a deterioration in electromigration resistance occur. Al with no poor embedding
A method of forming a wetting layer is important for forming a plug, and a method for avoiding the above problem has been proposed.

【0009】特開平6−275555号公報には、高温
Alスパッタ法においてウエッティング層であるTi合
金をコリメートスパッタ法で形成する手法が開示されて
いる。コリメートスパッタ法によりウエッティング層の
ホールカバレージが改善でき、上記の問題が解決できる
とされている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-275555 discloses a method of forming a Ti alloy, which is a wetting layer, by a collimated sputtering method in a high-temperature Al sputtering method. It is said that the collimated sputtering method can improve the hole coverage of the wetting layer and can solve the above problem.

【0010】特開平5−166750号公報でも、ウエ
ッティング層のホールカバレージ改善方法が開示されて
いる。そこでは、形成したウエッティング層をいったん
全面エッチバックしてホール側壁にのみウエッティング
層をテーパ形状に残した後、ウエッティング層を再度形
成する。エッチバックによりホール断面をテーパ形状に
することにより、その後に再度形成するウエッティング
層のカバレージが向上するとされている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-166750 also discloses a method for improving the hole coverage of a wetting layer. In this case, the formed wetting layer is once etched back to leave a tapered shape only on the side wall of the hole, and then the wetting layer is formed again. It is said that by making the cross section of the hole into a tapered shape by the etch back, the coverage of the wetting layer formed again thereafter is improved.

【0011】特開平5−235179号公報には、ウエ
ッティング層にTiAl合金を用いる手法が開示されて
いる。Alプラグとウエッティング層の組成を近づける
ことでボイドの発生が回避されるとされている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-235179 discloses a method using a TiAl alloy for a wetting layer. It is said that the generation of voids is avoided by making the compositions of the Al plug and the wetting layer close to each other.

【0012】特開平7−58199号公報には、高温リ
フロー法において、Al成膜と絶縁膜形成を連続で行
い、その後に高温でAlをホール内に流動させる手法が
開示されている。絶縁膜でAlの表面を被覆することで
酸化が防がれ、流動性が高まるとされている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-58199 discloses a technique in which, in a high-temperature reflow method, an Al film and an insulating film are continuously formed, and thereafter, Al is flowed into the hole at a high temperature. It is said that by covering the surface of Al with an insulating film, oxidation is prevented and fluidity is increased.

【0013】特開平6−310458号公報では、まず
ホール内をカバレージが良い多結晶シリコンで充填し、
その後Alを成膜し、熱処理を行なってAlとホール内
の多結晶シリコンを反応させることによりホール内にA
lを充填する手法が開示されている。
In JP-A-6-310458, first, the inside of a hole is filled with polycrystalline silicon having good coverage.
Thereafter, an Al film is formed, and a heat treatment is performed to cause Al to react with polycrystalline silicon in the hole, thereby forming A in the hole.
A method of filling 1 is disclosed.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】引用した文献に記載さ
れているように、アルミニウムプラグのボイド発生を抑
制するために各種手法が提案されている。しかし、提案
されている手法の多くは、今後の高アスペクト比化に対
して不十分である。高アスペクト比の微細ホールへの埋
込みは、CVD法や特開平6−310458号公報に開
示されているような手法が有効であると考えられる。し
かし、これらの手法では、形成工程が複雑になり、アル
ミニウムプラグの製造コスト低減という本来の利点を十
分に活かすことができない。製造コストを考慮した場
合、スパッタ法を主体とした高アスペクト比対応のアル
ミニウムプラグ形成技術が必要である。そこで、本発明
はスパッタ法を主体とした簡便な手法で、ボイドが発生
しない高信頼性を有するアルミニウムプラグ形成手法を
取り入れた配線形成方法を含む半導体装置の製造方法を
提供することを目的とするものである。
As described in the cited documents, various methods have been proposed for suppressing the generation of voids in aluminum plugs. However, many of the proposed methods are insufficient for increasing the aspect ratio in the future. For embedding in fine holes having a high aspect ratio, a CVD method or a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-310458 is considered to be effective. However, these methods complicate the formation process and cannot fully utilize the original advantage of reducing the manufacturing cost of the aluminum plug. When manufacturing costs are taken into consideration, an aluminum plug forming technology that supports a high aspect ratio, mainly using a sputtering method, is required. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device including a wiring forming method employing a highly reliable aluminum plug forming method with no voids, which is a simple method mainly using a sputtering method. Things.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、先に記載した
ウエッティング層に起因するAl薄膜の埋込み不良を回
避するためのウエッティング層を用いた製造方法であ
る。高アスペクト比対応のAlプラグ形成技術として
は、従来技術の説明で記載した高圧アルミニウム埋込み
法が有用である。この手法では、スパッタ法でAl薄膜
をホール上部に形成する。その時点ではホール内部にボ
イドが存在している。つまり、ホールがAl薄膜で塞が
れている状態にある。以下の説明ではこの状態をブリッ
ヂ形状と記載する。Al薄膜をブリッヂ形状に成膜した
後に、別チャンバーにウェハーを移動した後、そのチャ
ンバーにアルゴンガスなどの不活性ガスを導入し、60
0〜800kg/cm2の高圧雰囲気を形成してブリッ
ヂ状のAl薄膜をホール内部に押し込んで充填する。高
圧アルミニウム埋込み法においても、Al薄膜をホール
内に流動させる為にウエッティング層が必要である。以
下にウエッティング層の問題点と,その解決方法を示
す。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a manufacturing method using a wetting layer for avoiding the embedding failure of an Al thin film caused by the above-mentioned wetting layer. As a technique for forming an Al plug compatible with a high aspect ratio, the high-pressure aluminum embedding method described in the description of the prior art is useful. In this method, an Al thin film is formed on a hole by a sputtering method. At that time, a void exists inside the hole. In other words, the holes are closed by the Al thin film. In the following description, this state is described as a bridge shape. After the Al thin film is formed in a bridge shape, the wafer is moved to another chamber, and an inert gas such as an argon gas is introduced into the chamber.
A high-pressure atmosphere of 0 to 800 kg / cm 2 is formed, and a bridge-like Al thin film is pressed into the inside of the hole to be filled. Even in the high-pressure aluminum embedding method, a wetting layer is necessary for flowing the Al thin film into the hole. The problems of the wetting layer and the solution are described below.

【0016】高圧アルミニウム埋込み法では、Al薄膜
をブリッヂ状に形成するために、高温(300〜500
℃)でAl薄膜を成膜し粒径増大を図る。ウエッティン
グ層がTi単層膜であると、この様な成膜条件下ではA
l薄膜とTi薄膜の合金化反応が起こり、Alの流動性
が低下する。したがって、高圧アルミニウム埋込み法で
は、ウエッティング層としてにTi層上にTiN層を積
層したTiN/Ti積層膜が用いられる。高アスペクト
比の微細ホールにウエッティング層をスパッタ法で形成
するためには、コリメートスパッタ法や、ロングスロー
スパッタ法が有効とされている。これらの手法はスパッ
タ粒子の指向性を向上させることで、高アスペクト比の
ホールでも被覆性が確保できている。一般的なコリメー
トスパッタ又はロングスロースパッタ法では、アスペク
ト比が2〜3のホールにおいて、ホール底部で20〜4
0%のガバレージ(表面に形成される膜厚に対する当該
部分の膜厚の割合を示したもので、この場合はホール底
部での膜厚が表面での膜厚の20〜40%であることを
示している。)が確保できる。しかし、スパッタ粒子の
指向性(直進性)が高いことから、側壁のカバレージが
低下する。前記アスペクト比のホールにおいては、10
〜20%程度になる。従来の方法では、下層Ti膜の膜
厚として例えば50nmというような比較的厚いものが
使用されているが、特にホールが垂直に近い形状の場合
は、下層Ti膜の膜厚が厚くなると、ホール開口部分の
Ti膜も厚くなり、実効的なホール開口径が減少する。
そして、ホール開口部分のTiがシャドーになり、その
後に成膜するTiN膜の側壁被覆性がさらに低下する。
この傾向が顕著になると、ホール底部に向かう程、側壁
のTiN膜のカバレージが低下し、被覆できない部分も
生じる。ホール側壁にTiが露出していると、Al薄膜
とTi薄膜の合金化反応が起こってAlの流動性が低下
し、ボイドが発生する。
In the high-pressure aluminum embedding method, a high temperature (300 to 500) is used to form an Al thin film in a bridge shape.
C) to increase the particle size. If the wetting layer is a Ti single layer film, A
An alloying reaction occurs between the l thin film and the Ti thin film, and the fluidity of Al decreases. Therefore, in the high-pressure aluminum embedding method, a TiN / Ti laminated film in which a TiN layer is laminated on a Ti layer is used as a wetting layer. In order to form a wetting layer in a fine hole having a high aspect ratio by a sputtering method, a collimated sputtering method or a long throw sputtering method is considered to be effective. These techniques improve the directivity of sputtered particles, so that even holes with a high aspect ratio can ensure coverage. In general collimated sputtering or long throw sputtering, in a hole having an aspect ratio of 2 to 3, 20 to 4 at the bottom of the hole.
0% coverage (shows the ratio of the thickness of the portion to the thickness formed on the surface, in which case the thickness at the bottom of the hole is 20 to 40% of the thickness at the surface) Is shown). However, since the directivity (straightness) of the sputtered particles is high, the coverage of the side wall is reduced. In the hole of the above aspect ratio, 10
About 20%. In the conventional method, a relatively thick film such as 50 nm is used as the thickness of the lower Ti film. Particularly, when the hole has a nearly vertical shape, when the thickness of the lower Ti film is increased, The thickness of the Ti film in the opening is also increased, and the effective hole opening diameter is reduced.
Then, the Ti in the hole opening becomes a shadow, and the sidewall coverage of the TiN film formed thereafter is further reduced.
If this tendency becomes remarkable, the coverage of the TiN film on the side wall is reduced toward the bottom of the hole, and some portions cannot be covered. If Ti is exposed on the side wall of the hole, an alloying reaction occurs between the Al thin film and the Ti thin film, whereby the fluidity of Al decreases and voids are generated.

【0017】本発明者は、このような不具合は、ウエッ
ティング層を構成する下層Ti膜と上層TiN膜の膜厚
比、及び各薄膜の膜厚を調整することにより回避できる
ことを見いだした。つまり、下層Ti膜厚は30nm以
下であること、そして下層Ti膜厚を厚くする場合に
は、それに合わせてTiN膜厚も厚くすることがスパッ
タ法を用いる場合は必要である。実施例に示すように、
TiN膜厚/Ti膜厚(膜厚比)≧1.5であり、望まし
くはTi膜厚≦30nm、TiN膜厚≧45nmに設定
することである。このような条件に設定することによ
り、埋込み不良のないAlプラグがスパッタ法にて実現
できる。
The present inventor has found that such problems can be avoided by adjusting the thickness ratio between the lower Ti film and the upper TiN film constituting the wetting layer and the thickness of each thin film. In other words, the lower Ti film thickness is 30 nm or less, and when the lower Ti film thickness is increased, it is necessary to increase the TiN film thickness accordingly when using the sputtering method. As shown in the examples,
TiN film thickness / Ti film thickness (film thickness ratio) ≧ 1.5, preferably, Ti film thickness ≦ 30 nm and TiN film thickness ≧ 45 nm. By setting such conditions, an Al plug having no embedding defect can be realized by the sputtering method.

【0018】本発明をまとめて示すと、その配線形成工
程として、下層配線上に形成された絶縁膜にホールを形
成した後、30nm以下で製膜可能な膜厚のチタン薄膜
をスパッタ法により形成し、続いてその上に窒化チタン
薄膜をチタン薄膜の1.5倍以上の膜厚になるようにス
パッタ法により形成する工程と、その後、そのホールを
充填するとともに上層配線となるAl薄膜をスパッタ法
により形成する工程と、そのAl薄膜をパターン化する
工程とを備えている。そして、好ましくは、窒化チタン
薄膜の膜厚は45nm以上である。
According to the present invention, as a wiring forming step, a hole is formed in an insulating film formed on a lower wiring, and then a titanium thin film having a film thickness of 30 nm or less is formed by sputtering. Then, a titanium nitride thin film is formed thereon by a sputtering method so as to have a thickness of 1.5 times or more the thickness of the titanium thin film, and thereafter, the hole is filled and an Al thin film serving as an upper wiring is formed by sputtering. And a step of patterning the Al thin film. Preferably, the thickness of the titanium nitride thin film is 45 nm or more.

【0019】また、好ましい方法は高圧アルミニウム埋
込み法を適用することであり、Al薄膜を形成した後、
パターン化する前にウェハを不活性ガスの高圧雰囲気中
に一定時間保持する。以下に実施例にて、本発明による
Alプラグの構成及びその製造方法を具体的に示す。
A preferred method is to apply a high-pressure aluminum embedding method, and after forming an Al thin film,
Before patterning, the wafer is kept in a high-pressure atmosphere of an inert gas for a certain time. Hereinafter, the structure of the Al plug according to the present invention and the method of manufacturing the same will be specifically described in Examples.

【0020】[0020]

【実施例】図2は本実施例の製造工程を示している。
(a)はヴィアホール開口後の断面である。図中21は
下層メタル配線(AiSiCu)、20は層間絶縁膜、2
2は下層メタル配線21上の位置で層間絶縁膜20に開
けられたヴィアホールである。
FIG. 2 shows a manufacturing process of this embodiment.
(A) is a cross section after opening the via hole. In the figure, 21 is a lower metal wiring (AiSiCu), 20 is an interlayer insulating film, 2
Reference numeral 2 denotes a via hole formed in the interlayer insulating film 20 at a position on the lower metal wiring 21.

【0021】(b)はウエッティング層成膜後の状態を
示している。図中23はTi薄膜であり、24はTiN
薄膜である。各々の膜厚はTi;30nm、TiN;5
0nmであり、その膜厚比はTiN/Ti=1.67にな
っている。ここでの膜厚は、ヴィアホール22内の膜厚
ではなく、層間絶縁膜20上のフィールド部分fでの膜
厚を示している。
FIG. 2B shows a state after the formation of the wetting layer. In the figure, 23 is a Ti thin film and 24 is TiN
It is a thin film. Each film thickness is Ti; 30 nm, TiN: 5
0 nm, and the film thickness ratio is TiN / Ti = 1.67. Here, the film thickness is not the film thickness in the via hole 22 but the film thickness in the field portion f on the interlayer insulating film 20.

【0022】(c)は上層配線のAlSiCu薄膜成膜
後の状態を示す。25はAlSiCu薄膜であり、この
段階ではホール内部にはボイド26が存在する。(d)
は高圧アルゴン雰囲気を形成し、AlSiCu薄膜をホ
ール内に流動させた後の形態を示す。27はホール内に
流動したAlSiCu薄膜を示している。
(C) shows a state after the AlSiCu thin film is formed on the upper wiring. Reference numeral 25 denotes an AlSiCu thin film. At this stage, a void 26 exists inside the hole. (D)
Shows the configuration after forming a high-pressure argon atmosphere and flowing the AlSiCu thin film into the holes. Reference numeral 27 denotes an AlSiCu thin film flowing into the hole.

【0023】いずれの薄膜もスパッタ法を用いて形成
し、真空中の搬送経路を移動して大気暴露することなく
連続で成膜している。成膜条件は以下の通りである。 Ti成膜 ; 成膜温度400℃ ターゲットパワー6kW Ar流量50sccm TiN成膜; 成膜温度400℃ ターゲットパワー12kW Ar流量20sccm N2流量70sccm AlSiCu成膜; 成膜温度450℃ ターゲットパワー15kW Ar流量100sccm 膜厚600nm 高圧埋込み; 埋込み温度450℃ 圧力(Ar雰囲気)700kg/cm2 保持時間90秒
Each of the thin films is formed by a sputtering method, and is continuously formed without moving to the atmosphere by moving along a transfer path in a vacuum. The film forming conditions are as follows. Ti film formation; film formation temperature 400 ° C. Target power 6 kW Ar flow rate 50 sccm TiN film formation; film formation temperature 400 ° C. target power 12 sccm N 2 flow rate 70 sccm AlSiCu film formation; film formation temperature 450 ° C. target power 15 kW Ar flow rate 100 sccm film 600 nm thickness high pressure embedding; embedding temperature 450 ° C. pressure (Ar atmosphere) 700 kg / cm 2 holding time 90 seconds

【0024】図3にウエッティング層のTiN/Ti膜
厚比とヴィアホール抵抗の関係を示す。抵抗を調べたヴ
ィアチェイン(ヴィアホールの状態を電気特性から調べ
るテストパターンであり、上層配線と下層配線をヴィア
ホールで連結した構造を複数回繰り返したものであ
る。)は、ホール径0.4μm、アスペクト比≒2のウ
ィアホールが3600個存在するチェインパターンであ
る。抵抗値は、ホール1個あたりに換算した値であり、
エラーバー(図中の縦線)はウエハ面内の抵抗値のバラ
ツキを示している。図には、ウエッティング層構成がT
i単層、TiN/Ti積層、TiN単層であるサンプル
の抵抗値を示している。また、TiN/Ti積層のサン
プルでは、膜厚比を0.63から2.67の範囲で変えて
比較した。
FIG. 3 shows the relationship between the TiN / Ti film thickness ratio of the wetting layer and the via hole resistance. The via chain whose resistance was checked (a test pattern for checking the state of a via hole from electrical characteristics, in which a structure in which an upper layer wiring and a lower layer wiring are connected by a via hole, is repeated a plurality of times) has a hole diameter of 0.4 μm. , A chain pattern having 3600 weir holes having an aspect ratio of ≒ 2. The resistance value is a value converted per hole,
Error bars (vertical lines in the figure) indicate variations in the resistance value within the wafer surface. In the figure, the wetting layer configuration is T
The figure shows the resistance values of samples having i single layer, TiN / Ti lamination, and TiN single layer. In the TiN / Ti laminated sample, the film thickness ratio was changed in the range of 0.63 to 2.67 for comparison.

【0025】図示の様に、先の製造方法で示したTiN
/Ti=1.67のサンプル、及びTiN/Ti=2.6
7、TiN単層のサンプルでは、抵抗値が低く、ウエハ
面内のバラツキも低く抑えられていること分かる。これ
に対して、ウエッティング層がTi単層である場合、も
しくはTiN/Ti積層で膜厚比が1.0以下である場合
には、抵抗値が高く、面内バラツキも大きい。これらの
サンプルでは、ホール内にボイドが発生して抵抗値が増
加している。
As shown in the figure, the TiN shown in the previous manufacturing method is used.
/Ti=1.67 sample and TiN / Ti = 2.6
7. In the TiN single layer sample, it can be seen that the resistance value is low and the variation in the wafer surface is suppressed to a low level. On the other hand, when the wetting layer is a single Ti layer, or when the thickness ratio of the TiN / Ti laminate is 1.0 or less, the resistance value is high and the in-plane variation is large. In these samples, voids are generated in the holes and the resistance value increases.

【0026】この様子をさらに図4に示す。図4は抵抗
測定を行ったチェインパターンをFIB(Focused Ion
Beam)加工し、断面観察からボイド発生状況を調べた結
果である。FIB加工は微細領域をエッチング加工する
手法であり、ここでは電気抵抗を測定したチェインパタ
ーンの断面を露出させるために行なった。図中、41は
下層配線(AlSiCu)、42はホール内に存在するボ
イド、43はTi薄膜、44はTiN薄膜、45は上層
配線(AlSiCu)を示している。ここで、Xはホー
ル内に存在するボイドの高さ、Yはホールの高さを表し
ている。表中ボイドの大きさは、ホール深さに対する比
(ボイド高さX/ホール深さY)で表している。X/Y
=0はボイドが存在しないことを示し,X/Yの値が1
に近づく程、ボイドが大きいことを示している。ウエッ
ティング層がTi単層の場合は、殆どのホールで大きな
ボイドが発生し,AlSiCu薄膜が流動し難いことが
わかる。TiN/Ti積層構成でもその膜厚比が1.0以
下の場合も、Ti単層と同様にボイドが発生し、その大
きさはTiN/Ti膜厚比に応じて変化する。TiN/T
i積層構成でその膜厚比が1.67以上である場合には
ボイドは発生しない。
This situation is further shown in FIG. FIG. 4 shows a chain pattern for which resistance measurement has been performed using FIB (Focused Ion
Beam) processing and the result of examining the state of void generation from cross-section observation. FIB processing is a method of etching a fine region, and is performed here to expose a cross section of a chain pattern whose electric resistance is measured. In the figure, 41 is a lower wiring (AlSiCu), 42 is a void existing in the hole, 43 is a Ti thin film, 44 is a TiN thin film, and 45 is an upper wiring (AlSiCu). Here, X represents the height of the void existing in the hole, and Y represents the height of the hole. In the table, the size of the void is represented by a ratio to the hole depth (void height X / hole depth Y). X / Y
= 0 indicates that no void exists, and the value of X / Y is 1
The closer to, the larger the void. It can be seen that when the wetting layer is a single Ti layer, large voids are generated in most holes, and the AlSiCu thin film is less likely to flow. Even in the case of the TiN / Ti laminated structure, when the film thickness ratio is 1.0 or less, voids are generated as in the case of the Ti single layer, and the size changes according to the TiN / Ti film thickness ratio. TiN / T
When the film thickness ratio is 1.67 or more in the i-layer structure, no void occurs.

【0027】以上のように、ウエッティング層をTiN
/Ti積層構成にする場合、その薄厚比を1.5以上にす
ることで、ボイドが発生しないAlプラグがスパッタ法
を主体とした手法で実現できることがわかる。
As described above, the wetting layer is made of TiN
In the case of the / Ti laminated structure, it can be seen that by setting the thinness ratio to 1.5 or more, an Al plug that does not generate voids can be realized by a method mainly using the sputtering method.

【0028】実施例では、アスペクト比が約2のホール
について記載した。さらに高アスペクト比のホールに対
応するには,設定膜厚を変える必要がある。この場合
は、膜厚比1.5以上を維持し、Ti膜厚及びTiN膜
厚を調整する。アスペクト比が高くなるに従って、ホー
ル側壁でのTi薄膜及びTiN薄膜の被覆性が低下する
が、上記範囲で膜厚の設定値を適時調整することでホー
ル側壁でのTiの露出が回避でき、実施例1と同様に本
発明の目的を達成することができる。実施例は本発明を
高圧アルミニウム埋込み法に適用しているが、本発明は
高温リフロー法など他の方法に適用しても改良されたウ
エッティング層の効果を発揮することができる。
In the embodiment, a hole having an aspect ratio of about 2 has been described. To cope with holes with a higher aspect ratio, it is necessary to change the set film thickness. In this case, the film thickness ratio is maintained at 1.5 or more, and the Ti film thickness and the TiN film thickness are adjusted. As the aspect ratio increases, the coverage of the Ti thin film and the TiN thin film on the side wall of the hole decreases. However, by appropriately adjusting the set value of the film thickness in the above range, the exposure of Ti on the side wall of the hole can be avoided. As in Example 1, the object of the present invention can be achieved. Although the embodiments apply the present invention to the high-pressure aluminum embedding method, the present invention can exhibit the effect of the improved wetting layer even when applied to other methods such as a high-temperature reflow method.

【0029】実施例に示したアスペクト比が約2のホー
ルでは、図3に示されるようにTiN単層膜でも小さい
ヴィア抵抗値を示していて問題はない。しかし、ウエハ
内には他にもアスペクト比の異なるヴィアホールが存在
している。TiN単層膜の場合、特にアスペクト比の小
さいヴィアホールで問題が発生し、抵抗値がばらつく。
その様子を図5に示す。Aは図3中に示されたデータで
あり、B〜Eは同一ウエハ内の他の場所のチェインパタ
ーンの測定結果である。
In the hole having an aspect ratio of about 2 shown in the embodiment, even a single-layer TiN film shows a small via resistance as shown in FIG. 3, and there is no problem. However, other via holes having different aspect ratios exist in the wafer. In the case of a TiN single layer film, a problem occurs particularly in a via hole having a small aspect ratio, and the resistance value varies.
This is shown in FIG. A is the data shown in FIG. 3, and B to E are the results of the measurement of the chain pattern at another location in the same wafer.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明では、下層配線上に形成された絶
縁膜にホールを形成した後、30nm以下のチタン薄膜
及びその上にチタン薄膜の1.5倍以上の膜厚をもつ窒
化チタン薄膜を形成してTiN/Ti積層構造のウエッ
ティング層を形成し、その後に、ホールを充填するとと
もに上層配線となるAl薄膜を形成するようにしたの
で、微細ホールにおいてもボイドの発生が抑制でき、ヴ
ィアホール抵抗の低減、面内均一性の向上を図ることが
できる。ウエッティング層の単純な厚膜化は、その後の
メタルエッチングプロセスに対する負荷を増長するが、
チタン薄膜の膜厚を薄く抑えることにより、その後のエ
ッチングプロセスへの負荷が低減でき、高信頼性を有す
る配線プロセスが実現できる。微細ホールへのAl埋込
み手法としての高圧アルミニウム埋込み法と組み合わる
ことで、高アスペクト比の微細ホールでのAlプラグ形
成がスパッタ法を主体とする手法で実現しやすくなり、
製造コストの増加を招くことなく今後の微細化に対応で
きる。
According to the present invention, after a hole is formed in an insulating film formed on a lower wiring, a titanium thin film having a thickness of 30 nm or less and a titanium nitride thin film having a thickness of 1.5 times or more the thickness of the titanium thin film are formed thereon. Is formed to form a wetting layer having a TiN / Ti laminated structure, and thereafter, holes are filled and an Al thin film serving as an upper layer wiring is formed. Therefore, generation of voids can be suppressed even in minute holes. Via hole resistance can be reduced and in-plane uniformity can be improved. Simple thickening of the wetting layer increases the load on the subsequent metal etching process,
By reducing the thickness of the titanium thin film, the load on the subsequent etching process can be reduced, and a highly reliable wiring process can be realized. In combination with the high-pressure aluminum embedding method as a method for embedding Al in fine holes, the formation of Al plugs in fine holes with a high aspect ratio can be easily achieved by a method mainly using sputtering.
It is possible to respond to future miniaturization without increasing the manufacturing cost.

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

【図1】Alプラグの埋込み不良の状態を示すヴィアホ
ール部分の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a via hole showing an embedding failure of an Al plug.

【図2】実施例の製造方法を示す工程断面図である。FIG. 2 is a process sectional view illustrating the manufacturing method of the example.

【図3】実施例におけるウエッティング層構成とヴィア
ホール抵抗の関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a wetting layer configuration and via hole resistance in an example.

【図4】実施例におけるウエッティング層構成、膜厚比
及びヴィアホール抵抗の関係を示す図表と、抵抗測定を
行ったチェインパターンの1つのホールの断面図であ
る。
FIG. 4 is a table showing a relationship between a wetting layer configuration, a film thickness ratio, and a via hole resistance in the example, and a cross-sectional view of one hole of a chain pattern in which resistance measurement was performed.

【図5】TiN単層膜の場合と実施例のTiN/Ti積
層膜の場合のウエハ内のいくつかの場所でのチェインパ
ターンのヴィア抵抗のバラツキを比較して示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a comparison of variations in via resistance of a chain pattern at several places in a wafer in the case of a TiN single layer film and in the case of a TiN / Ti laminated film of an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 下層メタル配線(AlSiCu) 22 ヴィアホール 23,43 Ti薄膜 24,44 TiN薄膜 25 AlSiCu薄膜 26 ボイド 27 Alプラグ 41 下層配線(AlSiCu) 42 ホール内に存在するボイド 45 上層配線(AlSiCu) X ホール内に存在するボイドの高さ Y ホールの高さ Reference Signs List 21 lower metal wiring (AlSiCu) 22 via hole 23, 43 Ti thin film 24, 44 TiN thin film 25 AlSiCu thin film 26 void 27 Al plug 41 lower wiring (AlSiCu) 42 void existing in hole 45 upper wiring (AlSiCu) X inside of hole Height of void existing in hole Y Height of hole

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体ウエハに形成された下層配線上に
絶縁膜を形成し、その絶縁膜にホールを設け、そのホー
ルを介して下層の配線と接続される上層の配線をその絶
縁膜上に形成する配線形成工程を含む半導体装置の製造
方法において、 前記配線形成工程は、下層配線上に形成された絶縁膜に
ホールを形成した後、30nm以下で製膜可能な膜厚の
チタン薄膜をスパッタ法により形成し、続いてその上に
窒化チタン薄膜をチタン薄膜の1.5倍以上の膜厚にな
るようにスパッタ法により形成する工程と、 その後、前記ホールを充填するとともに上層配線となる
アルミニウム薄膜又はアルミニウム合金薄膜をスパッタ
法により形成する工程と、 そのアルミニウム薄膜又はアルミニウム合金薄膜をパタ
ーン化する工程とを備えていることを特徴とする半導体
装置の製造方法。
An insulating film is formed on a lower wiring formed on a semiconductor wafer, a hole is provided in the insulating film, and an upper wiring connected to the lower wiring via the hole is formed on the insulating film. In the method of manufacturing a semiconductor device including a wiring forming step of forming, the wiring forming step includes forming a hole in an insulating film formed on a lower layer wiring, and then sputtering a titanium thin film having a thickness capable of forming a film having a thickness of 30 nm or less. Forming a titanium nitride thin film thereon by a sputtering method so as to have a thickness of 1.5 times or more the thickness of the titanium thin film. It is characterized by comprising a step of forming a thin film or an aluminum alloy thin film by a sputtering method, and a step of patterning the aluminum thin film or the aluminum alloy thin film. The method of manufacturing a semiconductor device to be.
【請求項2】 前記窒化チタン薄膜の膜厚を45nm以
上とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the thickness of the titanium nitride thin film is 45 nm or more.
【請求項3】 前記アルミニウム薄膜又はアルミニウム
合金薄膜を形成した後、パターン化する前に前記ウェハ
を不活性ガスの高圧雰囲気中に一定時間保持する請求項
1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the wafer is held in a high-pressure atmosphere of an inert gas for a predetermined time after forming the aluminum thin film or the aluminum alloy thin film and before patterning. .
JP20862497A 1997-07-16 1997-07-16 Manufacture of semiconductor device Pending JPH1140516A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20862497A JPH1140516A (en) 1997-07-16 1997-07-16 Manufacture of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20862497A JPH1140516A (en) 1997-07-16 1997-07-16 Manufacture of semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1140516A true JPH1140516A (en) 1999-02-12

Family

ID=16559314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP20862497A Pending JPH1140516A (en) 1997-07-16 1997-07-16 Manufacture of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1140516A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7176127B2 (en) 2002-10-18 2007-02-13 Oki Electric Industry Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device having through hole with adhesion layer thereon
JP2007266073A (en) * 2006-03-27 2007-10-11 Toshiba Corp Semiconductor device and its fabrication process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7176127B2 (en) 2002-10-18 2007-02-13 Oki Electric Industry Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device having through hole with adhesion layer thereon
JP2007266073A (en) * 2006-03-27 2007-10-11 Toshiba Corp Semiconductor device and its fabrication process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3729882B2 (en) Aluminum contact formation method
JP4555540B2 (en) Semiconductor device
US4937652A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US7671470B2 (en) Enhanced mechanical strength via contacts
US11881432B2 (en) Interconnect wires including relatively low resistivity cores
US6274486B1 (en) Metal contact and process
US6492267B1 (en) Low temperature nitride used as Cu barrier layer
US7098537B2 (en) Interconnect structure diffusion barrier with high nitrogen content
US6617231B1 (en) Method for forming a metal extrusion free via
JP3133842B2 (en) Method of manufacturing multilayer wiring structure
US20020027291A1 (en) Semiconductor device for preventing corrosion of metallic featues
JPH1140516A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH1116914A (en) Mutual connection method for semiconductor device and constitution body
JPH09172017A (en) Semiconductor device manufacturing method
TW413917B (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JPH10335461A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JP3087692B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH08139190A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2004274065A (en) Method of forming via hole without void
JPH05299418A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2674473B2 (en) Wiring structure
JP3329148B2 (en) Wiring formation method
JPH0637042A (en) Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method
JPH1167903A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH08255833A (en) Manufacture of semiconductor device