JPS61207032A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPS61207032A
JPS61207032A JP4771585A JP4771585A JPS61207032A JP S61207032 A JPS61207032 A JP S61207032A JP 4771585 A JP4771585 A JP 4771585A JP 4771585 A JP4771585 A JP 4771585A JP S61207032 A JPS61207032 A JP S61207032A
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JP
Japan
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film
layer
wiring
wiring layer
aluminum
Prior art date
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Pending
Application number
JP4771585A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaharu Yorikane
頼金 雅春
Isao Kano
鹿野 功
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS61207032A publication Critical patent/JPS61207032A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To prevent any cavities from being produced in wiring layers by a method wherein an impurity added layer is formed at least on the surface part of wiring to be coated with electric insulating film. CONSTITUTION:After forming a P-type, N-type impurity conductive layer 2 on a main surface of e.g. Si substrate 1, an Si oxide film 3 is formed on overall surface to open a contact hole 4 into the connecting part to the impurity conductive layer 2 and then an Al film 5 is deposited on overall surface. Next an impurity e.g. As ion is added to the film 5 while an As added layer 6 is formed on the surface part of film 5. Then the film 5 is formed into specified wiring pattern to form the first Al wiring layer 7 while an SiN2 film 8 as an interlayer insulating film is deposited for coating the surface. Next a through hole 9 is opened into the film 8 to expose a part of wiring layer 7 and then another Al film 10 is formed again to pattern-form the second Al wiring layer 2 by selective etching process further forming an SiN2 film 13 as a passivation film on the wiring layer 12. Through these procedures, no cavities may be produced in the wiring layers at all.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気絶縁膜で核種した配M層を有する半導体装
置に関し、特に配線層における断線、短絡を防止して信
頼性の向上を図った半導体装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device having an M wiring layer made of nuclide with an electrical insulating film, and in particular aims at improving reliability by preventing disconnections and short circuits in the wiring layer. Related to semiconductor devices.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般にIC,L8I等の半導体装置では1回路素子相互
間や素子と外部接続用端子間を接続するための配線層を
形成しており、この配線層にはアルミニウム或いはアル
ミニウムを主体とした合金を材料として使用し、更には
アルミニウム層を含む多層膜等を用いている。そして、
この配線層には電気絶縁膜を被覆形成しており、例えは
多層配線構造では上下配線1間を絶縁するための層間絶
縁膜を、また最上層の配線層や1層配線構造では外部環
境からの保護を目的としたパッシベーション膜を夫々形
成している。
In general, semiconductor devices such as ICs and L8Is have a wiring layer for connecting circuit elements and between elements and external connection terminals, and this wiring layer is made of aluminum or an alloy mainly composed of aluminum. In addition, a multilayer film including an aluminum layer is used. and,
This wiring layer is coated with an electrical insulating film.For example, in a multilayer wiring structure, an interlayer insulating film is used to insulate the upper and lower wirings, and in the case of a topmost wiring layer or a single layer wiring structure, an electrical insulation film is formed to insulate the upper and lower wirings from the external environment. A passivation film is formed for the purpose of protection.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

前述した様な配線層について、本発明者が種々の検討を
行なったところ、配線層を形成した後にこれを被覆すべ
く電気絶縁膜をその上に被着すると、配線層の一部に空
洞が発生することが明らかにされた。この空洞は、更に
熱処理を施すと発生数及び面積がともに増加し、著しい
ときには配線層を切断することもある。
The present inventor has conducted various studies regarding the wiring layer as described above, and has found that when the wiring layer is formed and then an electrical insulating film is deposited on it to cover it, a cavity is formed in a part of the wiring layer. It has been revealed that this will occur. When heat treatment is further performed, the number and area of cavities increase, and in severe cases, the wiring layer may be cut.

例えば、第2図のように半導体基板21の表面シリコン
酸化膜22上に形成したアルミニウム配線層23上に電
気絶縁膜としてシリコン窒化膜24を被着すると、この
シリコン窒化膜24の形成後にアルミニウム配線層23
内に空洞25が発生し、更に続く後工程での熱榎歴によ
って空洞25が拡大し、アルミニウム配線層23を切断
することになる。
For example, if a silicon nitride film 24 is deposited as an electrical insulating film on an aluminum wiring layer 23 formed on a surface silicon oxide film 22 of a semiconductor substrate 21 as shown in FIG. layer 23
A cavity 25 is generated within the aluminum wiring layer 23, and the cavity 25 is enlarged due to heat treatment in a subsequent process, and the aluminum wiring layer 23 is cut.

一方、第3図のように、この空洞25が上層のアルミニ
ウム配線Nl26との接続箇所、つまりシリコン窒化膜
24のスルーホール27箇所に発生した場合には、スル
ーホール27形成時のエツチング液が空洞25を通して
下層のシリコン酸化膜22をエツチングし、ここに半導
体基板210表面を露呈させる欠陥28を形成してしま
う。このため、上層のアルミニウム配線層26の一部が
前記スルーホール27.空洞25および欠陥28内に侵
入し、半導体基板21との間で短絡事故を発生すること
になる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, if this cavity 25 is generated at the connection point with the upper layer aluminum wiring Nl26, that is, at the 27 through holes in the silicon nitride film 24, the etching solution used to form the through hole 27 may The underlying silicon oxide film 22 is etched through the etching hole 25, thereby forming a defect 28 that exposes the surface of the semiconductor substrate 210. For this reason, a portion of the upper aluminum wiring layer 26 is connected to the through hole 27. It will invade the cavity 25 and the defect 28 and cause a short circuit accident with the semiconductor substrate 21.

この空洞25の発生原因は未だ明らかにされてはいない
が、本発明者の考察によれば、アルミニウム中の残留ガ
ス、結晶性、結晶粒界などの膜質とストレスが影響する
ものと考えられる。
The cause of the formation of the cavities 25 has not yet been clarified, but according to the inventor's considerations, it is thought that stress and film quality such as residual gas in aluminum, crystallinity, and grain boundaries have an effect.

いずれにしても、空洞により配線層の断線、短絡等所望
の回路特性が得られなくなるという問題がある。
In any case, there is a problem in that desired circuit characteristics such as disconnections and short circuits in the wiring layer cannot be obtained due to the cavities.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の半導体装置は、電気絶縁膜で核種する配線の少
なくとも表面部位に不純物添加層を形成することにより
、配線層における空洞の発生を防止する。
The semiconductor device of the present invention prevents the formation of cavities in the wiring layer by forming an impurity-doped layer on at least the surface portion of the wiring that contains nuclide in the electrical insulating film.

配線層の材料には、アルミニウムはもとより、アルばニ
ウムを主体とした合金、アルミニウムを一部に含む多1
膜が適用できる。
Materials for the wiring layer include not only aluminum, but also alloys mainly composed of aluminium, and polyesters containing aluminum in part.
Membranes can be applied.

また、不純物添加層の形成に際しては、イオン注入法を
オU用できる。
Furthermore, when forming the impurity-doped layer, ion implantation can be used.

本発明者の考察によれば、不純物添加層におい 。According to the inventor's considerations, in the impurity-doped layer.

て配線層材料と不純物とが合金比され、これが空洞の発
生防止に有効とされる。また、不純物をイオン注入する
ことにより配線層材料の結晶性が損なわれて非晶質にな
ること、結晶粒界に不純物が入シ込み膜質が改善される
こと、イオン注入時の温度上昇によって配線層中のガス
郷が放出されることなども複合的に作用される。
The wiring layer material and the impurity are alloyed together, which is said to be effective in preventing the formation of cavities. In addition, ion implantation of impurities impairs the crystallinity of the wiring layer material and makes it amorphous, impurities enter the grain boundaries and improve film quality, and temperature rise during ion implantation causes wiring to become amorphous. The release of gas in the layer also acts in a complex manner.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図(A)〜(E)は、本発明を2層配線構造の半導
体装置に適用した実施例であり、その製造工程に従って
示した図である。
FIGS. 1A to 1E show an embodiment in which the present invention is applied to a semiconductor device with a two-layer wiring structure, and are diagrams showing the manufacturing process thereof.

先ず、第1図(A)のように、拡散、酸化、蝕刻等の処
理を用いてシリコン基板1の一生面にP型。
First, as shown in FIG. 1(A), a P type is formed on the entire surface of a silicon substrate 1 using treatments such as diffusion, oxidation, and etching.

N型の不純物導電層2を形成した後、熱酸化法等により
シリコン酸化膜3を全面に形成する。そして、前記不純
物導電層2の接続箇所にコンタクトホール4を開設した
上で、真空蒸着法によってアルミニウム膜5を全面に堆
積する。
After forming the N-type impurity conductive layer 2, a silicon oxide film 3 is formed over the entire surface by thermal oxidation or the like. Then, after forming contact holes 4 at connection points of the impurity conductive layer 2, an aluminum film 5 is deposited over the entire surface by vacuum evaporation.

次いで、同図(B)のように、イオン注入法によってこ
のアルミニウム膜5に不純物、例えばヒ素イオンを添加
し、アルミニウム膜50表面部にヒ素添加層6を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 5B, impurities such as arsenic ions are added to the aluminum film 5 by ion implantation to form an arsenic-doped layer 6 on the surface of the aluminum film 50.

次に、同図(C)のように、常法のフォトリソグラフィ
とエツチング技術を用いて前記アルミニウム膜5を所要
の配線パターンに形成し、第1アルミニウム配線層7,
7を構成する。そして、その上KCVD法により層間絶
縁膜としてのシリコン窒化膜8を堆積被着する。
Next, as shown in FIG. 3C, the aluminum film 5 is formed into a desired wiring pattern using conventional photolithography and etching techniques, and the first aluminum wiring layer 7,
7. Then, a silicon nitride film 8 as an interlayer insulating film is deposited thereon by the KCVD method.

更に、同図(D)のように、シリコン窒化膜8にスルー
ホール9を開設して前記第1アルミニウム配線層7の一
部を露呈させ、その上に再びアルミニウム膜10を形成
し、更に前述と同様にその表面にヒ素イオンをイオン注
入してヒ素添加層11を形成する。
Furthermore, as shown in FIG. 3(D), a through hole 9 is formed in the silicon nitride film 8 to expose a part of the first aluminum wiring layer 7, and an aluminum film 10 is formed thereon again. Similarly, arsenic ions are implanted into the surface to form an arsenic-doped layer 11.

次いで、同図(E)のように、アルミニウム膜10を選
択エツチングして第2アルミニウム配線層12をパター
ン形成し、その上にパツシベーシヨン膜としてのシリコ
ン窒化膜13を形成する。
Next, as shown in FIG. 1E, the aluminum film 10 is selectively etched to form a pattern of the second aluminum wiring layer 12, and a silicon nitride film 13 as a passivation film is formed thereon.

以下、必要に応じて外部接続用の窓をシリコン窒化膜1
3に開設する。更に、400℃、30分程度の熱処理を
施して工程を終了する。
Below, windows for external connections are made using silicon nitride film 1 as necessary.
It will open on 3rd. Further, heat treatment is performed at 400° C. for about 30 minutes to complete the process.

このようにして構成された2層配線構造によれば、第1
アルミニウム配線層7,7を形成した後にシリコン窒化
膜8を形成した時点でも、更にその後における熱処理工
程を経た時点でのいずれにおいても配線層中には全く空
洞の発生がないことが確認でき。また、このことは、第
2アルミニウム配線層12においても同じであり、シリ
コン窒化膜13の形成およびその後の熱処理によっても
空洞の発生はみられない。
According to the two-layer wiring structure constructed in this way, the first
It was confirmed that no cavities were formed in the wiring layer either when the silicon nitride film 8 was formed after forming the aluminum wiring layers 7 and 7, or when the subsequent heat treatment process was performed. The same is true for the second aluminum wiring layer 12, and no cavities are observed even after the formation of the silicon nitride film 13 and the subsequent heat treatment.

したがって、この2層配線構造では、第1.第2の各ア
ルミニウム配線層7.7.12の断線が防止でき、また
これらと基板lとの短絡も防止でき、所望の回路特性を
高信頼度で得ることができる。
Therefore, in this two-layer wiring structure, the first. Breaking of each of the second aluminum wiring layers 7, 7, 12 can be prevented, and short circuits between them and the substrate 1 can also be prevented, and desired circuit characteristics can be obtained with high reliability.

ここで、前記実施例ではアルミニウム膜にヒ素を添加し
た後にパターニングしてアルミニウム配線層を形成して
いるが、先にパターニングヲ行なった後にヒ素の添加を
行なうようにしてもよい。
Here, in the above embodiment, the aluminum wiring layer is formed by adding arsenic to the aluminum film and then patterning it, but it is also possible to do the patterning first and then add arsenic.

また、添加不純物はヒ素以外にもボロン、リン。In addition to arsenic, added impurities include boron and phosphorus.

アルゴン、窒素等を用いてもよい。Argon, nitrogen, etc. may also be used.

史に、配線材料としては、1例のような純アルミニウム
の他に、アルミニウムーシリコン、アルミニウムー銅、
アルミニウムー銅−シリコン等を含めたアルミニウムを
主体とする合金であってもよく、或いは多結晶シリコン
−アルミニウム、タングステン−アルミニウム等のアル
ミニウムをその一部に含む多層膜であってもよい。
Historically, in addition to pure aluminum, aluminum-silicon, aluminum-copper,
It may be an alloy mainly composed of aluminum, such as aluminum-copper-silicon, or it may be a multilayer film containing aluminum as a part, such as polycrystalline silicon-aluminum or tungsten-aluminum.

なお、層間絶縁膜やパッシベーション膜としてのシリコ
ン窒化膜は、シリコン酸化膜、アルミニウム酸化膜その
他の絶縁膜に代えてもよく、これらの膜を用いたときに
も同様の効果が得られる。
Note that the silicon nitride film used as an interlayer insulating film or a passivation film may be replaced with a silicon oxide film, an aluminum oxide film, or other insulating film, and similar effects can be obtained when these films are used.

更に、イオン注入法は半導体製造工程に広く利用されて
いる方法であり、本発明の半導体装置の製造に容易に適
用できる。
Furthermore, the ion implantation method is a method widely used in semiconductor manufacturing processes, and can be easily applied to manufacturing the semiconductor device of the present invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、電気絶縁膜で被覆される
配線層の少なくとも表面部に不純物添加層を形成してい
るので、電気絶縁膜の被着やその後の熱処理によっても
配線層中に空洞が発生することがなく、この空洞に起因
した配線層の断線や配線層間或いは配線層と基板との間
の短絡を防止でき、所望の回路特性が得られる等半導体
装置の信頼性を向上することができる。また、空洞によ
る配線層の断面積減少による配線寿命の低下をも防止で
き、8頼性の向上を更に高めることができるという効果
がある。
As explained above, since the present invention forms an impurity-doped layer on at least the surface portion of the wiring layer covered with the electrical insulating film, cavities may be formed in the wiring layer even when the electrical insulating film is deposited and the subsequent heat treatment is performed. It is possible to prevent disconnections in the wiring layer and short circuits between the wiring layers or between the wiring layer and the substrate due to the cavity, thereby improving the reliability of the semiconductor device such as obtaining desired circuit characteristics. I can do it. Further, it is possible to prevent a decrease in the life of the wiring due to a reduction in the cross-sectional area of the wiring layer due to the cavity, and it is possible to further improve the reliability.

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

第1図(A)〜(E)は本発明の一実施例を製造工程に
従って示す断面図、第2図および第3図は従来の問題点
を説明するための断面図である。 l・・・・・・半導体基板、2・・・・・・不純物導電
層、3・・・・・・シリコン酸化膜、5・・・・・・ア
ルミニウム膜、6・・。 °゛°ヒ素添加層、7−−−−−゛第1アルミニウム配
線層、8・・・・・・シリコン窒化膜、10・・・・・
・アルミニウム膜、11・・・・・・ヒ素添加層、12
・・・・・・第2アルミニウム配線膚、13・・・・・
・シリコン窒化膜。 ′( φ 第1図(A) す 第1図(B) 7−−−胃シL力関ニウム自乙C〜1 1−−−シリコ
ン頁化形(す 清シl 図(E) 7.5−−シリコン1「ノヒII炙 第Z図 第3図
FIGS. 1A to 1E are cross-sectional views showing one embodiment of the present invention according to the manufacturing process, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views for explaining the problems of the prior art. 1... Semiconductor substrate, 2... Impurity conductive layer, 3... Silicon oxide film, 5... Aluminum film, 6... °゛°Arsenic-doped layer, 7------゛First aluminum wiring layer, 8...Silicon nitride film, 10...
・Aluminum film, 11... Arsenic added layer, 12
...Second aluminum wiring layer, 13...
・Silicon nitride film. '(φ Fig. 1 (A) Fig. 1 (B) 7---Stomach pressure function C~1 1---Silicon page form (S) Fig. (E) 7. 5--Silicon 1 "Nohi II Broiled Figure Z Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に配設し、かつその表面を電気絶縁膜
で被覆した配線層を有する半導体装置であって、前記配
線層の少なくとも表面部に不純物添加層を形成したこと
を特徴とする半導体装置。 2、配線層はアルミニウム又はアルミニウムを主体とし
た合金若しくはアルミニウムを含む多層膜からなる特許
請求の範囲第1項記載の半導体装置。
[Claims] 1. A semiconductor device having a wiring layer disposed on a semiconductor substrate and whose surface is covered with an electrical insulating film, wherein an impurity-doped layer is formed on at least a surface portion of the wiring layer. A semiconductor device characterized by: 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the wiring layer is made of aluminum, an alloy mainly composed of aluminum, or a multilayer film containing aluminum.
JP4771585A 1985-03-11 1985-03-11 Semiconductor device Pending JPS61207032A (en)

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JP4771585A JPS61207032A (en) 1985-03-11 1985-03-11 Semiconductor device

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63228627A (en) * 1987-03-04 1988-09-22 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレーテッド System for manufacture of integrated circuit structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63228627A (en) * 1987-03-04 1988-09-22 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレーテッド System for manufacture of integrated circuit structure

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