JPH1167903A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH1167903A
JPH1167903A JP21675697A JP21675697A JPH1167903A JP H1167903 A JPH1167903 A JP H1167903A JP 21675697 A JP21675697 A JP 21675697A JP 21675697 A JP21675697 A JP 21675697A JP H1167903 A JPH1167903 A JP H1167903A
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JP
Japan
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wiring
film
forming
plug
wafer
Prior art date
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Application number
JP21675697A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Kudo
義弘 工藤
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Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To properly maintain connection characteristic between wiring layers, even when a high current is applied at a high temperature, by decreasing the contact resistance between a wiring plug and a wiring layer. SOLUTION: After a tungsten plug 51 is formed on a lower-layer wiring 10, the surface of the tungsten plug 51 is cleaned by sputtering etching. Then, a wafer if moved to the sputtering part to be used for formation of a titanium film in a vacuum-retained state, and a titanium film 9 is formed on the tungsten plug 51 using a sputtering method. Then, the vacuum-retained wafer is moved to the sputtering part to be used for the formation of an aluminum alloy film, and an aluminum alloy film 6 is formed on the titanium film 9.

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
方法における配線形成工程に関する。
The present invention relates to a wiring forming step in a method for manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年における半導体集積回路の高密度化
に伴い、配線についても微細化および多層化が進んでい
る。従来の多層配線構造の半導体装置の製造方法では、
下部配線層の上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜にフォト
リソグラフィー工程およびドライエッチング工程によっ
てコンタクトホールを形成した後、上部配線層をなすア
ルミニウム(Al)合金からなる膜をスパッタリング法
により堆積することで、絶縁膜上への薄膜形成と同時に
コンタクトホール内にもアルミニウム合金を埋め込むこ
とが行われていた。
2. Description of the Related Art With the recent increase in the density of semiconductor integrated circuits, finer wiring and multi-layer wiring have been developed. In a conventional method for manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure,
After forming an insulating film on the lower wiring layer and forming a contact hole in the insulating film by a photolithography process and a dry etching process, a film made of an aluminum (Al) alloy forming an upper wiring layer is deposited by a sputtering method. As a result, an aluminum alloy is embedded in the contact hole simultaneously with the formation of the thin film on the insulating film.

【0003】しかしながら、微細化が進んでコンタクト
ホールの寸法が著しく小さくなると、通常のスパッタリ
ング法により絶縁膜上への薄膜形成と同時にコンタクト
ホール内にアルミニウム合金を埋める方法では、配線層
間の接続不良が生じやすいという問題がある。そのた
め、近年では、絶縁膜のコンタクトホール内に「配線プ
ラグ」としてタングステン(W)を存在させる工程(配
線プラグ形成工程)を行った後に、その上にアルミニウ
ム合金薄膜を形成することが行われている。
However, when the size of the contact hole becomes extremely small due to the progress of miniaturization, the method of forming a thin film on the insulating film by the ordinary sputtering method and filling the contact hole with an aluminum alloy at the same time causes poor connection between wiring layers. There is a problem that it is easy to occur. Therefore, in recent years, after performing a step of forming tungsten (W) as a “wiring plug” in a contact hole of an insulating film (wiring plug forming step), an aluminum alloy thin film is formed thereon. I have.

【0004】ここで、配線プラグ形成工程は例えば以下
のようにして行われる。すなわち、コンタクトホールが
形成された絶縁膜上とコンタクトホールの壁面および底
面とに、先ず、タングステンと絶縁膜との密着性を向上
させる密着層を形成した後、その上にCVD法によりタ
ングステン膜を堆積する。その後、プラズマエッチング
法により絶縁膜上のタングステン膜を除去して、コンタ
クトホール内にのみタングステンを残してタングステン
プラグとする。
Here, a wiring plug forming step is performed, for example, as follows. That is, first, an adhesion layer for improving the adhesion between tungsten and an insulating film is formed on the insulating film on which the contact hole is formed and on the wall surface and bottom surface of the contact hole, and then a tungsten film is formed thereon by a CVD method. accumulate. Thereafter, the tungsten film on the insulating film is removed by a plasma etching method, leaving tungsten only in the contact hole to form a tungsten plug.

【0005】このようにしてタングステンプラグが形成
されたウエハを、プラズマエッチング装置から取り出し
てスパッタリング装置内に入れ、ウエハ上面のタングス
テンプラグを含む面にアルミニウム合金膜および反射防
止膜(窒化チタン等)を順次形成し、フォトリソグラフ
ィーおよびエッチングでパターニングすることにより配
線層を形成する。
The wafer on which the tungsten plug is formed is taken out of the plasma etching apparatus and put into a sputtering apparatus. An aluminum alloy film and an anti-reflection film (such as titanium nitride) are formed on the surface of the wafer including the tungsten plug. A wiring layer is formed by sequentially forming and patterning by photolithography and etching.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術においては、タングステンプラグと配線層
との間の接触抵抗が高いため、高温で大電流を通電させ
た場合に、発熱によりエレクロトマイグレーションが加
速されて、配線層間の接続特性が低下するという問題点
がある。
However, in such a conventional technique, since the contact resistance between the tungsten plug and the wiring layer is high, when a large current is applied at a high temperature, heat is generated by electromigration. Is accelerated, and the connection characteristics between the wiring layers deteriorate.

【0007】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、前述のような配線プラグ
形成工程の後に配線層の形成を行う半導体装置の製造方
法において、配線プラグと配線層との間の接触抵抗を低
下させて、高温で大電流を通電させた場合でも配線層間
の接続特性が良好に保持されるようにすることを課題と
する。
The present invention has been made in view of such a problem of the prior art. In a method of manufacturing a semiconductor device in which a wiring layer is formed after the wiring plug forming step as described above, a wiring plug is provided. It is an object to reduce the contact resistance between the wiring layer and the wiring layer so that the connection characteristics between the wiring layers can be maintained well even when a large current is applied at a high temperature.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討した結果、タングステンプラグ
と配線層との間の接触抵抗が高いのは、配線プラグ形成
工程により形成された配線プラグの表面に、絶縁膜上の
導電性材料をエッチングにより除去する際に生じるエッ
チング残留物や、配線プラグをなす導電性材料の酸化物
等が存在するためであることを見いだして本発明を完成
させた。
The inventors of the present invention have made intensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, the fact that the contact resistance between the tungsten plug and the wiring layer was high was determined by the wiring plug forming step. The present invention was found to be due to the presence of etching residues generated when the conductive material on the insulating film is removed by etching on the surface of the wiring plug and oxides of the conductive material forming the wiring plug. Completed.

【0009】すなわち、本発明は、上側に配線層が形成
される絶縁膜にコンタクトホールを形成し、このコンタ
クトホール内と絶縁膜上に導電性材料を堆積した後に、
絶縁膜上の導電性材料を除去することにより、コンタク
トホール内に配線プラグをなす導電性材料を存在させる
配線プラグ形成工程と、この配線プラグ形成工程後のウ
エハ上に配線材料からなる薄膜を形成し、この薄膜に対
してフォトリソグラフィおよびエッチングにより配線パ
ターンを形成する配線層形成工程とを含む半導体装置の
製造方法において、配線プラグ形成工程後のウエハの少
なくとも配線プラグの表面をスパッタエッチングにより
クリーニングした後、真空または不活性ガス雰囲気を保
持した状態で配線層形成工程の薄膜形成工程に移行する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
That is, according to the present invention, a contact hole is formed in an insulating film on which a wiring layer is formed, and a conductive material is deposited in the contact hole and on the insulating film.
By removing the conductive material on the insulating film, a wiring plug forming step in which a conductive material forming a wiring plug is present in the contact hole, and forming a thin film made of the wiring material on the wafer after the wiring plug forming step Then, in a method of manufacturing a semiconductor device including a wiring layer forming step of forming a wiring pattern on the thin film by photolithography and etching, at least the surface of the wiring plug of the wafer after the wiring plug forming step is cleaned by sputter etching. Thereafter, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the method proceeds to a thin film forming step of a wiring layer forming step while maintaining a vacuum or an inert gas atmosphere.

【0010】本発明の方法によれば、配線プラグの表面
に存在するエッチング残留物や酸化物等がスパッタエッ
チングによりクリーニングされた後に、配線層形成工程
の薄膜形成が行われる。また、このスパッタエッチング
工程の後、真空または不活性ガス雰囲気を保持した状態
で配線層形成工程の薄膜形成工程に移行するため、クリ
ーニングされた配線プラグの表面が他の雰囲気に晒され
ない状態で、その上に配線層をなす薄膜形成が行われ
る。これらのことから、配線プラグの配線層との間に介
装物が存在し難くなる。
According to the method of the present invention, a thin film is formed in a wiring layer forming step after etching residues, oxides and the like existing on the surface of the wiring plug are cleaned by sputter etching. Further, after this sputter etching step, the process proceeds to the thin film forming step of the wiring layer forming step while maintaining a vacuum or an inert gas atmosphere, so that the surface of the cleaned wiring plug is not exposed to another atmosphere, A thin film forming a wiring layer is formed thereon. For these reasons, it is difficult for an interposed object to exist between the wiring plug and the wiring layer.

【0011】また、スパッタエッチング工程後に真空ま
たは不活性ガス雰囲気を保持した状態でチタン膜形成工
程に移行し、このチタン膜形成工程で、スパッタエッチ
ングされたウエハ表面の少なくとも配線プラグの表面に
チタン膜を形成した後、真空または不活性ガス雰囲気を
保持した状態で配線層形成工程の薄膜形成工程に移行す
ることが好ましい。
After the sputter etching step, the process proceeds to a titanium film forming step while maintaining a vacuum or an inert gas atmosphere. In this titanium film forming step, a titanium film is formed on at least the surface of the wiring plug on the wafer surface sputter-etched. It is preferable that the process proceeds to the thin film forming step of the wiring layer forming step after maintaining the vacuum or the inert gas atmosphere after the formation.

【0012】また、配線プラグをなす主たる導電性材料
としては、タングステン、多結晶シリコン、アルミニウ
ム等が挙げられるが、特にタングステンが好ましい。
The main conductive material forming the wiring plug includes tungsten, polycrystalline silicon, aluminum and the like, and tungsten is particularly preferable.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図1〜4は、本発明の第一実施形態の方法を
工程順に説明するための、ウエハの部分断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below. 1 to 4 are partial cross-sectional views of a wafer for describing the method of the first embodiment of the present invention in the order of steps.

【0014】先ず、シリコン基板上に所定のプロセスを
施すことにより、表面に下層配線10を有するウエハ1
を形成し、このウエハ1の表面に、シリコン酸化膜(絶
縁膜)2を形成する。
First, by subjecting a silicon substrate to a predetermined process, a wafer 1 having a lower wiring 10 on its surface is obtained.
Is formed, and a silicon oxide film (insulating film) 2 is formed on the surface of the wafer 1.

【0015】ここで、下層配線10は、膜厚300Åの
チタン(Ti)膜11、膜厚1000Åの窒化チタン
(TiN)膜12、膜厚200Åのチタン膜13、膜厚
4000Åのアルミニウム合金膜(Si含有率:1wt
%、Cu含有率:0.5wt%)14、膜厚300Åの
チタン膜15、および膜厚300Åの窒化チタン膜16
を順次スパッタリング法により形成した後、これらの積
層膜に対してフォトレジストをマスクとしたドライエッ
チングを施すことにより形成される。
The lower wiring 10 is made of a titanium (Ti) film 11 having a thickness of 300 、, a titanium nitride (TiN) film 12 having a thickness of 1000 、, a titanium film 13 having a thickness of 200 、, and an aluminum alloy film having a thickness of 4000 Å. Si content: 1wt
%, Cu content: 0.5 wt%) 14, a titanium film 15 having a thickness of 300Å, and a titanium nitride film 16 having a thickness of 300Å
Are sequentially formed by a sputtering method, and then the stacked films are formed by performing dry etching using a photoresist as a mask.

【0016】シリコン酸化膜2は、CVD法とスピンオ
ングラス法との併用で、表面が平坦になるように形成す
る。また、シリコン酸化膜2の膜厚は下層配線10の上
部で10000Åとする。
The silicon oxide film 2 is formed so as to have a flat surface by using both the CVD method and the spin-on-glass method. The thickness of the silicon oxide film 2 is set to 10000 ° above the lower wiring 10.

【0017】次に、このシリコン酸化膜2に対して、フ
ォトレジストをマスクとしたドライエッチングを施すこ
とにより、上下の配線を接続するコンタクトホール(バ
イアホール)21を形成する。
Next, the silicon oxide film 2 is subjected to dry etching using a photoresist as a mask to form a contact hole (via hole) 21 for connecting upper and lower wirings.

【0018】次に、コンタクトホール21の壁面および
底面(下層配線10をなす窒化チタン膜16の表面)を
含むウエハ全面に、スパッタリング法によりチタン膜3
を300Åの膜厚で形成した後、窒化チタン膜4を10
00Åの膜厚で形成する。
Next, the titanium film 3 is formed on the entire surface of the wafer including the wall surface and the bottom surface of the contact hole 21 (the surface of the titanium nitride film 16 forming the lower wiring 10) by the sputtering method.
Is formed to a thickness of 300 °, and the titanium nitride film 4 is
It is formed with a thickness of 00 °.

【0019】次に、窒化チタン膜4の上に、WF6 とH
2 とSiH4 を主たる原料ガスとしたCVD法により、
シリコン酸化膜2上での膜厚が6000Åとなるよう
に、タングステン膜5を形成する。これにより、コンタ
クトホール21内とシリコン酸化膜2上に、密着層(チ
タン膜3および窒化チタン膜4)を介してタングステン
が堆積される。図1はこの状態を示す。
Next, WF 6 and H are formed on the titanium nitride film 4.
By CVD method using 2 and SiH 4 as main source gases,
Tungsten film 5 is formed such that the film thickness on silicon oxide film 2 becomes 6000 °. Thereby, tungsten is deposited in the contact hole 21 and on the silicon oxide film 2 via the adhesion layer (the titanium film 3 and the titanium nitride film 4). FIG. 1 shows this state.

【0020】次に、SF6 とArとを主たるエッチング
ガスとする反応性イオンエッチングにより、タングステ
ン膜5をエッチバックする。これにより、コンタクトホ
ール21内にのみタングステンが埋め込まれて、タング
ステンプラグ51が形成される。図2はこの状態を示
す。
Next, the tungsten film 5 is etched back by reactive ion etching using SF 6 and Ar as main etching gases. Thereby, tungsten is buried only in the contact hole 21 to form a tungsten plug 51. FIG. 2 shows this state.

【0021】以上が配線プラグ形成工程である。次に、
スパッタエッチング部と、ターゲットとしてアルミニウ
ム合金(Si含有率:1wt%、Cu含有率:0.5w
t%)が設置されたAlスパッタリング部と、ターゲッ
トとしてチタンが設置されたTiスパッタリング部とを
備え、各部間のウエハの移動が真空を保持した状態でで
きるようになっている成膜装置により、以下の工程を行
った。
The above is the wiring plug forming step. next,
An aluminum alloy (Si content: 1 wt%, Cu content: 0.5 w
t%), and a Ti sputtering unit on which titanium is installed as a target, and a film forming apparatus capable of moving a wafer between each unit while maintaining a vacuum. The following steps were performed.

【0022】すなわち、先ず、この成膜装置のスパッタ
エッチング部内の陰極側に、配線プラグ形成工程後のウ
エハを設置し、陽極側にはターゲットを設置しない状態
で、真空中でアルゴンガスを導入し電極間に電圧を印加
することにより、ウエハ表面全体に対してスパッタエッ
チングを行う。このスパッタエッチングは、シリコン熱
酸化膜が15nmエッチングされる条件で行う。これに
より、タングステンプラグ51の表面を含むウエハ表面
全体がクリーニングされる。
That is, first, the wafer after the wiring plug forming step is set on the cathode side in the sputter etching section of the film forming apparatus, and argon gas is introduced in vacuum without setting the target on the anode side. By applying a voltage between the electrodes, sputter etching is performed on the entire wafer surface. This sputter etching is performed under the condition that the silicon thermal oxide film is etched by 15 nm. Thereby, the entire wafer surface including the surface of the tungsten plug 51 is cleaned.

【0023】次に、このウエハを、スパッタエッチング
部からAlスパッタリング部へ真空を保持した状態で移
動させ、Alスパッタリング部内にアルゴンガスを導入
して電極間に電圧を印加することにより、通常のスパッ
タリング法でウエハ上に膜厚7000Åのアルミニウム
合金膜6を形成する。
Next, the wafer is moved from the sputter etching section to the Al sputtering section while maintaining a vacuum, and argon gas is introduced into the Al sputtering section to apply a voltage between the electrodes, so that normal sputtering is performed. An aluminum alloy film 6 having a thickness of 7000 ° is formed on a wafer by a method.

【0024】次に、このウエハを、Alスパッタリング
部からTiスパッタリング部へ真空を保持した状態で移
動させ、Tiスパッタリング部内で窒素ガスを用いた反
応性スパッタリングを行うことにより、アルミニウム合
金膜6の上に膜厚300Åの窒化チタン膜7を形成す
る。図3はこの状態を示す。
Next, the wafer is moved from the Al sputtering section to the Ti sputtering section while maintaining a vacuum, and reactive sputtering using nitrogen gas is performed in the Ti sputtering section, so that the upper surface of the aluminum alloy film 6 is formed. A titanium nitride film 7 having a thickness of 300.degree. FIG. 3 shows this state.

【0025】次に、この窒化チタン膜7およびアルミニ
ウム合金膜6に対して、フォトレジストをマスクとした
ドライエッチングを施すことにより、上層配線8が形成
されて、下層配線10と上層配線8とがタングステンプ
ラグ51で接続される。図4はこの状態を示す。
Next, the titanium nitride film 7 and the aluminum alloy film 6 are subjected to dry etching using a photoresist as a mask to form an upper wiring 8, and the lower wiring 10 and the upper wiring 8 are separated from each other. They are connected by a tungsten plug 51. FIG. 4 shows this state.

【0026】その後、保護膜形成およびボンディングパ
ッド部の開口形成等を行うことにより、2層配線構造の
MOS形LSI(半導体装置)を得る。また、第二実施
形態として、前述のスパッタエッチング後であって、ア
ルミニウム合金膜6を形成する前のウエハ表面にチタン
膜9を形成して、これを含むものを上層配線8Aとした
以外は、第一実施形態と同様にしてMOS形LSIを作
製する。
Thereafter, a MOS type LSI (semiconductor device) having a two-layer wiring structure is obtained by forming a protective film, forming an opening in a bonding pad portion, and the like. As a second embodiment, a titanium film 9 is formed on the wafer surface after the above-described sputter etching and before the aluminum alloy film 6 is formed, and a titanium film 9 including the titanium film 9 is used as an upper wiring 8A. A MOS LSI is manufactured in the same manner as in the first embodiment.

【0027】すなわち、第一実施形態と同様のスパッタ
エッチング後に、先ず、ウエハをスパッタエッチング部
からTiスパッタリング部へ真空を保持した状態で移動
させ、Tiスパッタリング部内で通常のスパッタリング
法によりウエハ上にチタン膜9を200Åで形成する。
次に、このウエハをTiスパッタリング部からAlスパ
ッタリング部へ真空を保持した状態で移動させ、このA
lスパッタリング部内でチタン膜9の上に、第一実施形
態と同様に膜厚7000Åのアルミニウム合金膜6を形
成する。
That is, after the same sputter etching as in the first embodiment, first, the wafer is moved from the sputter etching section to the Ti sputtering section while maintaining a vacuum, and titanium is deposited on the wafer in the Ti sputtering section by a normal sputtering method. A film 9 is formed at 200 °.
Next, the wafer is moved from the Ti sputtering section to the Al sputtering section while maintaining a vacuum, and the A
An aluminum alloy film 6 having a film thickness of 7000 ° is formed on the titanium film 9 in the sputtering section in the same manner as in the first embodiment.

【0028】次に、このウエハを、Alスパッタリング
部からTiスパッタリング部へ真空を保持した状態で移
動させ、このTiスパッタリング部内で第一実施形態と
同様に、アルミニウム合金膜6の上に膜厚300Åの窒
化チタン膜7を形成する。図5はこの状態を示す。
Next, the wafer is moved from the Al sputtering section to the Ti sputtering section while maintaining a vacuum, and a 300 .mu.m thick film is formed on the aluminum alloy film 6 in the Ti sputtering section as in the first embodiment. Is formed. FIG. 5 shows this state.

【0029】次に、このチタン膜9、アルミニウム合金
膜6、および窒化チタン膜7に対して、フォトレジスト
をマスクとしたドライエッチングを施すことにより、上
層配線8Aが形成されて、下層配線10と上層配線8A
とがタングステンプラグ51で接続される。図6はこの
状態を示す。
Next, the titanium film 9, the aluminum alloy film 6, and the titanium nitride film 7 are subjected to dry etching using a photoresist as a mask, thereby forming an upper wiring 8A. Upper layer wiring 8A
Are connected by a tungsten plug 51. FIG. 6 shows this state.

【0030】このようにして得られた第一実施形態およ
び第二実施形態のMOS形LSIと、スパッタエッチン
グを行わない以外は全て第一実施形態と同じ方法で形成
されたMOS形LSI(従来例)について、同一構造の
バイアチェーン(タングステンプラグにより20箇所で
連結されている2層配線)の抵抗値を、それぞれ40サ
ンプル以上について測定して、各場合毎の平均抵抗値、
標準偏差、最大抵抗値を導出した。
The MOS LSIs of the first and second embodiments obtained in this way and the MOS LSIs formed by the same method as the first embodiment except that sputter etching is not performed (conventional example) ), The resistance values of via chains of the same structure (two-layer wiring connected at 20 locations by tungsten plugs) were measured for each of 40 samples or more, and the average resistance value in each case was measured.
The standard deviation and maximum resistance were derived.

【0031】これらの結果を下記の表1に示す。The results are shown in Table 1 below.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】表1に示すように、従来例と比較して第一
実施形態は、平均抵抗値および最大抵抗値の両方とも低
いことから、タングステンプラグの表面をスパッタエッ
チングした後に真空状態を保持したまま配線層の成膜を
行うことで、タングステンプラグと上層配線との間の接
触抵抗を低くできることが分かる。また、標準偏差が低
いことから、タングステンプラグと上層配線との間の接
触状態を安定化できることが分かる。
As shown in Table 1, in the first embodiment, both the average resistance value and the maximum resistance value are lower than those of the conventional example. Therefore, a vacuum state was maintained after the surface of the tungsten plug was sputter-etched. It can be seen that the contact resistance between the tungsten plug and the upper layer wiring can be reduced by forming the wiring layer as it is. Further, since the standard deviation is low, it can be seen that the contact state between the tungsten plug and the upper wiring can be stabilized.

【0034】さらに、第二実施形態は第一実施形態より
いずれの値も低くなっているため、タングステンプラグ
の表面をスパッタエッチングした後に真空状態を保持し
たままチタン膜および配線層の成膜を順次行うことで、
タングステンプラグと上層配線との間の接触特性をより
一層良好なものにできることが分かる。
Further, since the values of the second embodiment are lower than those of the first embodiment, the titanium film and the wiring layer are sequentially formed while maintaining the vacuum state after the surface of the tungsten plug is sputter-etched. By doing
It can be seen that the contact characteristics between the tungsten plug and the upper wiring can be further improved.

【0035】また、同じバイアチェーンに、温度:24
0℃、電流:4mAの条件でストレスを負荷し、所定時
間経過後の抵抗値を測定して、ストレス負荷前の抵抗値
からの変化率を算出した。図7はその結果を示すグラフ
であって、抵抗値変化率とストレス負荷時間との関係を
示す。
In the same via chain, the temperature: 24
A stress was applied under the conditions of 0 ° C. and a current of 4 mA, a resistance value after a predetermined time had elapsed was measured, and a rate of change from the resistance value before the stress load was calculated. FIG. 7 is a graph showing the results, and shows the relationship between the resistance value change rate and the stress load time.

【0036】このグラフから、従来例より第一実施形態
の方が、第一実施形態より第二実施形態の方が、それぞ
れストレス負荷時間の増加に伴う抵抗値変化率の増加量
が小さくなっていることが分かる。すなわち、タングス
テンプラグの表面のスパッタエッチング後に真空状態を
保持したまま配線層の成膜を行うことで、エレクトロマ
イグレーションが起こり難い信頼性の高い配線構造とな
ることが分かる。また、タングステンプラグの表面をス
パッタエッチングした後に真空状態を保持したままチタ
ン膜および配線層の成膜を順次行うことで、より信頼性
の高い配線構造が得られることが分かる。
From this graph, it can be seen that the rate of change in the resistance value with the increase in the stress load time is smaller in the first embodiment than in the conventional example and in the second embodiment than in the first embodiment. You can see that there is. That is, it can be seen that by forming the wiring layer while maintaining the vacuum state after the sputter etching of the surface of the tungsten plug, a highly reliable wiring structure in which electromigration hardly occurs is obtained. Further, it can be seen that a more reliable wiring structure can be obtained by sequentially forming the titanium film and the wiring layer while maintaining the vacuum state after sputter etching the surface of the tungsten plug.

【0037】なお、前記各実施形態では、スパッタエッ
チング部とAlスパッタリング部とTiスパッタリング
部とを備え、各部間のウエハの移動が真空を保持した状
態でできるようになっている成膜装置により、同一装置
内でスパッタエッチングと配線用薄膜形成を行っている
が、本発明の方法は、このような成膜装置を使用しない
で行うこともできる。
In each of the above embodiments, a film forming apparatus including a sputter etching unit, an Al sputtering unit, and a Ti sputtering unit, and capable of moving a wafer between the units while maintaining a vacuum, Although the sputter etching and the formation of the wiring thin film are performed in the same apparatus, the method of the present invention can be performed without using such a film forming apparatus.

【0038】すなわち、例えば、1対の電極を備えたス
パッタリング装置を1台用い、スパッタエッチングモー
ドとスパッタリング成膜モードを切り換えることによ
り、スパッタエッチング工程から成膜工程への移行を行
ってもよい。ただし、その場合には、ウエハおよびター
ゲットの付け外しを真空または不活性ガス雰囲気を保持
したまま行う機構が必要となる。
That is, for example, the transition from the sputter etching step to the film forming step may be performed by using one sputtering apparatus having a pair of electrodes and switching between the sputter etching mode and the sputtering film forming mode. However, in that case, a mechanism for attaching and detaching the wafer and the target while maintaining a vacuum or an inert gas atmosphere is required.

【0039】また、スパッタエッチング装置と配線層形
成用の成膜装置がそれぞれ独立した別の装置であって
も、ウエハを真空または不活性ガス雰囲気で装置間を移
動させる手段を設ければ、本発明の方法は実施できる。
In addition, even if the sputter etching apparatus and the film forming apparatus for forming the wiring layer are separate apparatuses, if the means for moving the wafer between the apparatuses in a vacuum or an inert gas atmosphere is provided, The method of the invention can be practiced.

【0040】また、配線層形成工程の薄膜形成方法はス
パッタリング法に限定されない。また、前記各実施形態
では、2層配線構造の半導体装置の上下の配線層間の配
線プラグについて述べてあるが、本発明の方法は、半導
体基板上の不純物拡散層とその上の配線層とを接続する
配線プラグについても適用可能である。
The method for forming a thin film in the wiring layer forming step is not limited to the sputtering method. In each of the above embodiments, the wiring plug between the upper and lower wiring layers of the semiconductor device having the two-layer wiring structure is described. However, the method of the present invention relates to the method of forming the impurity diffusion layer on the semiconductor substrate and the wiring layer thereover. The present invention is also applicable to connecting wiring plugs.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1〜3に係
る方法によれば、配線プラグと上層配線との間の接触抵
抗が低くなるため、高温で大電流を通電させた場合でも
発熱が抑えられて、配線層間の接続特性が良好に保持さ
れる。これにより、信頼性の高い配線構造を有する半導
体装置が得られる。特に、請求項2の方法は前記効果が
より高いものとなる。
As described above, according to the method according to the first to third aspects, the contact resistance between the wiring plug and the upper layer wiring is reduced, so that even when a large current is applied at a high temperature, heat is generated. Is suppressed, and the connection characteristics between the wiring layers are favorably maintained. Thus, a semiconductor device having a highly reliable wiring structure can be obtained. In particular, the method according to claim 2 has a higher effect.

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

【図1】本発明の第一および第二実施形態の方法を工程
順に説明するための、ウエハの部分断面図であって、タ
ングステン膜形成後の状態を示す。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a wafer for describing a method according to first and second embodiments of the present invention in the order of steps, showing a state after a tungsten film is formed.

【図2】本発明の第一および第二実施形態の方法を工程
順に説明するための、ウエハの部分断面図であって、絶
縁膜上のタングステン膜を除去した後の状態を示す。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a wafer for explaining a method according to first and second embodiments of the present invention in the order of steps, showing a state after a tungsten film on an insulating film is removed.

【図3】本発明の第一実施形態の方法を工程順に説明す
るための、ウエハの部分断面図であって、上層配線用の
薄膜を形成した後の状態を示す。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the wafer for explaining the method of the first embodiment of the present invention in the order of steps, showing a state after a thin film for an upper wiring is formed.

【図4】本発明の第一実施形態の方法を工程順に説明す
るための、上層配線のパターン形成後の状態を示す。
FIG. 4 shows a state after forming a pattern of an upper layer wiring for explaining the method of the first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図5】本発明の第二実施形態の方法を工程順に説明す
るための、ウエハの部分断面図であって、上層配線用の
薄膜を形成した後の状態を示す。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a wafer for illustrating a method of a second embodiment of the present invention in the order of steps, and shows a state after a thin film for an upper layer wiring is formed.

【図6】本発明の第二実施形態の方法を工程順に説明す
るための、上層配線のパターン形成後の状態を示す。
FIG. 6 shows a state after an upper layer wiring pattern is formed, for explaining the method of the second embodiment of the present invention in the order of steps.

【図7】実施形態で測定を行った、ストレス負荷による
抵抗値変化率とストレス負荷時間との関係を示すグラフ
である。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a resistance change rate due to a stress load and a stress load time measured in the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 表面に下層配線を有するウエハ 10 下層配線 11 チタン膜 12 窒化チタン膜 13 チタン膜 14 アルミニウム合金膜 15 チタン膜 16 窒化チタン膜 2 シリコン酸化膜(絶縁膜) 21 コンタクトホール 3 チタン膜 4 窒化チタン膜 5 タングステン膜 51 タングステンプラグ 6 アルミニウム合金膜 7 窒化チタン膜 8 上層配線 8A 上層配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer which has a lower wiring on the surface 10 Lower wiring 11 Titanium film 12 Titanium nitride film 13 Titanium film 14 Aluminum alloy film 15 Titanium film 16 Titanium nitride film 2 Silicon oxide film (insulating film) 21 Contact hole 3 Titanium film 4 Titanium nitride film Reference Signs List 5 tungsten film 51 tungsten plug 6 aluminum alloy film 7 titanium nitride film 8 upper wiring 8A upper wiring

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 上側に配線層が形成される絶縁膜にコン
タクトホールを形成し、このコンタクトホール内と絶縁
膜上に導電性材料を堆積した後に、絶縁膜上の導電性材
料を除去することにより、コンタクトホール内に配線プ
ラグをなす導電性材料を存在させる配線プラグ形成工程
と、この配線プラグ形成工程後のウエハ上に配線材料か
らなる薄膜を形成し、この薄膜に対してフォトリソグラ
フィおよびエッチングにより配線パターンを形成する配
線層形成工程とを含む半導体装置の製造方法において、 配線プラグ形成工程後のウエハの少なくとも配線プラグ
の表面をスパッタエッチングによりクリーニングした
後、真空または不活性ガス雰囲気を保持した状態で配線
層形成工程の薄膜形成工程に移行することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
1. A method according to claim 1, further comprising: forming a contact hole in an insulating film on which a wiring layer is formed, depositing a conductive material in the contact hole and on the insulating film, and then removing the conductive material on the insulating film. Forming a wiring plug in which a conductive material forming a wiring plug is present in a contact hole, forming a thin film made of a wiring material on a wafer after the wiring plug forming step, and performing photolithography and etching on the thin film. A wiring layer forming step of forming a wiring pattern according to the method described above, wherein at least a surface of the wiring plug of the wafer after the wiring plug forming step is cleaned by sputter etching, and then a vacuum or an inert gas atmosphere is held. Wherein the process proceeds to a thin film forming step of a wiring layer forming step in a state. .
【請求項2】 スパッタエッチング工程後に真空または
不活性ガス雰囲気を保持した状態でチタン膜形成工程に
移行し、このチタン膜形成工程で、スパッタエッチング
されたウエハ表面の少なくとも配線プラグの表面にチタ
ン膜を形成した後、真空または不活性ガス雰囲気を保持
した状態で配線層形成工程の薄膜形成工程に移行するこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. After the sputter etching step, the process proceeds to a titanium film forming step while maintaining a vacuum or an inert gas atmosphere. In the titanium film forming step, a titanium film is formed on at least the surface of the wiring plug on the wafer surface sputter-etched. 2. The method according to claim 1, wherein after forming, the process is shifted to a thin film forming step in a wiring layer forming step while maintaining a vacuum or an inert gas atmosphere.
【請求項3】 配線プラグをなす主たる導電性材料はタ
ングステンであることを特徴とする請求項1または2記
載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the main conductive material forming the wiring plug is tungsten.
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