JP3219573B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、詳しくは、アルミニウムを用いた配線層の製造
方法に関するものである。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a wiring layer using aluminum.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在もなお半導装置の高速化および高集
積化が進展しており、これを実現する手段として、素子
の微細化が積極的に導入されている。このような素子の
微細化に伴い、配線をシリコン基板や他の配線などに接
続(コンタクト)する技術が困難なものとなっている。2. Description of the Related Art Higher speed and higher integration of semiconductor devices are still in progress at present, and miniaturization of elements is actively introduced as a means for realizing this. With such miniaturization of elements, it has become difficult to connect (contact) wiring to a silicon substrate or another wiring.
【0003】半導体装置(特にLSI)の配線材料とし
て最も多く使用されるのはアルミニウム合金である。そ
のアルミニウム合金を用いた配線は、層間絶縁膜に開口
されたコンタクトホールを介して基板や他の配線などに
接続される。しかし、微細化に伴ってコンタクトホール
のアスペクト比(ホールの深さ÷ホールの口径)が増大
すると、スパッタリング法を代表とする従来のアルミニ
ウム合金の成膜技術では、十分なステップカバレージ
(段差被覆性)を得ることができなくなる。その結果、
コンタクトホール内にアルミニウム合金を十分に埋め込
むことができず、良好なコンタクトが得られなくなって
しまう。An aluminum alloy is most frequently used as a wiring material for semiconductor devices (particularly LSIs). The wiring using the aluminum alloy is connected to a substrate or another wiring via a contact hole opened in the interlayer insulating film. However, when the aspect ratio of a contact hole (hole depth / hole diameter) increases with miniaturization, conventional aluminum alloy film forming techniques, such as sputtering, require sufficient step coverage (step coverage). ) Can not be obtained. as a result,
The aluminum alloy cannot be sufficiently buried in the contact hole, and a good contact cannot be obtained.
【0004】そこで、ステップカバレージを向上させて
良好なコンタクトを得ることが可能な配線層の成膜方法
について種々の提案がなされている。例えば、ブランケ
ット・タングステン−CVD法を用いたタングステンプ
ラグ技術が検討されている。Therefore, various proposals have been made on a method of forming a wiring layer capable of improving the step coverage and obtaining a good contact. For example, a tungsten plug technology using a blanket tungsten-CVD method is being studied.
【0005】また、アルミニウムとゲルマニウムの合金
を用いたリフロースパッタリング法が検討されている
(K.Kikuta et al;Proc.of 1991 Symp. on VLSI Tech.,
pp35-36.参照)。以下、同方法による配線層の製造工程
の概略を、図2に示す断面図に従って順次説明する。Further, a reflow sputtering method using an alloy of aluminum and germanium has been studied (K. Kikuta et al; Proc. Of 1991 Symp. On VLSI Tech.,
pp35-36.). Hereinafter, the outline of the manufacturing process of the wiring layer by the same method will be sequentially described with reference to the cross-sectional view shown in FIG.
【0006】工程1〔図2(a)参照〕;単結晶シリコ
ン基板21の表面に、素子分離領域22およびMOSト
ランジスタ23を形成する。尚、MOSトランジスタ2
3は、ゲート酸化膜23a,ポリシリコンによるゲート
電極23b,ソース領域およびドレイン領域23cから
構成される。次に、素子分離領域22およびMOSトラ
ンジスタ23を含むシリコン基板21の全体表面に、シ
リコン酸化膜による層間絶縁膜24を堆積させる。そし
て、ソース領域およびドレイン領域23c上の層間絶縁
膜24にコンタクトホール25を開口する。Step 1 (see FIG. 2A): An element isolation region 22 and a MOS transistor 23 are formed on the surface of a single crystal silicon substrate 21. Note that MOS transistor 2
Reference numeral 3 denotes a gate oxide film 23a, a gate electrode 23b made of polysilicon, a source region and a drain region 23c. Next, an interlayer insulating film 24 of a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the silicon substrate 21 including the element isolation region 22 and the MOS transistor 23. Then, a contact hole 25 is opened in the interlayer insulating film 24 on the source region and the drain region 23c.
【0007】工程2〔図2(b)参照〕;マグネトロン
スパッタ法を用いて、コンタクトホール25を含むシリ
コン基板21の全体表面に、チタン層26とチタンナイ
トライド(TiN)層27とを順次堆積させる。このチ
タン層26とチタンナイトライド層27とでバリアメタ
ル層が構成される。Step 2 (see FIG. 2B): A titanium layer 26 and a titanium nitride (TiN) layer 27 are sequentially deposited on the entire surface of the silicon substrate 21 including the contact holes 25 by using magnetron sputtering. Let it. The titanium layer 26 and the titanium nitride layer 27 constitute a barrier metal layer.
【0008】工程3〔図2(c)参照〕;シリコン基板
21の温度(以下、基板温度という)が300°C程度
になるように加熱する。そして、加熱しながら、アルミ
ニウムとゲルマニウムの合金(Al−5%Ge)ターゲ
ットを用いたマグネトロンスパッタ法により、チタンナ
イトライド層27の上にアルミ合金層28を堆積させ
る。その結果、MOSトランジスタ23のソース領域お
よびドレイン領域23cは、コンタクトホール25にお
いて、バリアメタル層(チタン層26およびチタンナイ
トライド層27)を介してアルミ合金層28とコンタク
トされる。Step 3 (see FIG. 2C): The silicon substrate 21 is heated so that the temperature thereof (hereinafter referred to as the substrate temperature) becomes about 300 ° C. Then, while heating, an aluminum alloy layer 28 is deposited on the titanium nitride layer 27 by a magnetron sputtering method using an aluminum-germanium alloy (Al-5% Ge) target. As a result, the source and drain regions 23c of MOS transistor 23 are in contact with aluminum alloy layer 28 via barrier metal layers (titanium layer 26 and titanium nitride layer 27) in contact hole 25.
【0009】このとき、アルミニウムとゲルマニウムの
合金における共晶温度は、アルミニウム単体の融点に比
べて十分に低い。そのため、300°C程度の基板温度
でアルミ合金層28のスパッタ成膜を行っても、そのア
ルミ合金層28は高い流動性を示し、微細なコンタクト
ホール25内にも十分な埋め込みがなされる。従って、
コンタクトホール25におけるアルミ合金層28のステ
ップカバレージを十分に確保することができ、良好なコ
ンタクトを得ることが可能になる。At this time, the eutectic temperature of the alloy of aluminum and germanium is sufficiently lower than the melting point of aluminum alone. Therefore, even if the aluminum alloy layer 28 is formed by sputtering at a substrate temperature of about 300 ° C., the aluminum alloy layer 28 exhibits high fluidity and is sufficiently embedded in the fine contact holes 25. Therefore,
The step coverage of the aluminum alloy layer 28 in the contact hole 25 can be sufficiently ensured, and a good contact can be obtained.
【0010】ここで、バリアメタル層(チタン層26お
よびチタンナイトライド層27)を設けているのは、コ
ンタクトホール25におけるアルミ合金層28とシリコ
ン基板21との反応を抑制し、接合層の破壊を防止する
ためである。また、アルミ合金層28のストレスマイグ
レーション(層間絶縁膜24がアルミ合金層28に及ぼ
す応力(主として熱応力)によりアルミ合金層28が移
動して断線に至る不良)を防止するためである。The reason why the barrier metal layers (titanium layer 26 and titanium nitride layer 27) are provided is that the reaction between the aluminum alloy layer 28 and the silicon substrate 21 in the contact hole 25 is suppressed and the bonding layer is broken. This is to prevent Also, this is to prevent stress migration of the aluminum alloy layer 28 (a defect in which the aluminum alloy layer 28 moves and breaks due to stress (mainly thermal stress) exerted on the aluminum alloy layer 28 by the interlayer insulating film 24).
【0011】ところで、アルミニウム単体を用いたリフ
ロースパッタリング法でも、500°C以上の基板温度
でスパッタ成膜を行えば高い流動性を示すことが知られ
ている。例えば、バリアメタル層としてチタンまたはチ
タンナイトライドを用い、500°C程度の基板温度で
アルミニウムとシリコンの合金(Al−1%Si)をス
パッタ成膜することにより、ホール径0.25μm ,ア
スペクト比3.2のコンタクトホールを埋め込んだ例が
報告されている(小山 他;信学技報 SDM91-130,Vol.9
1,No.332,pp1-6,1991.参照)。この例では、アルミニウ
ム単体ではなく1%シリコンを含有したアルミニウム合
金を用いているが、ここでシリコンを添加しているのは
アロイスパイクの発生を防止するためであり、流動性に
ついてはアルミニウム単体と同等であると考えてよい。By the way, it is known that even in the reflow sputtering method using aluminum alone, a high fluidity is exhibited when a sputter film is formed at a substrate temperature of 500 ° C. or more. For example, titanium or titanium nitride is used as a barrier metal layer, and an alloy of aluminum and silicon (Al-1% Si) is formed by sputtering at a substrate temperature of about 500 ° C., so that the hole diameter is 0.25 μm and the aspect ratio is It has been reported that 3.2 contact holes are embedded (Koyama et al .; IEICE Technical Report SDM91-130, Vol.9)
1, No.332, pp1-6, 1991.). In this example, an aluminum alloy containing 1% silicon is used instead of aluminum alone, but silicon is added here to prevent the generation of alloy spikes. They may be considered equivalent.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では以下のような問題点がある。ブランケット・タ
ングステン−CVD法を用いたタングステンプラグ技術
では、タングステン層の成膜工程を追加する必要がある
ため工程が複雑化する上に、タングステンのCVD装置
が必要であるため製造設備が大規模化する。However, the conventional method has the following problems. In the tungsten plug technology using the blanket tungsten-CVD method, it is necessary to add a step of forming a tungsten layer, which complicates the process, and requires a CVD apparatus for tungsten, thus increasing the scale of manufacturing equipment. I do.
【0013】また、図2に示したアルミニウムとゲルマ
ニウムの合金を用いたリフロースパッタリング法では、
流動性を利用して微細なコンタクトホールへの埋め込み
を実現するには、成膜速度を0.1μm /min 程度と遅
く設定する必要がある。そのため、スループットが悪化
する。例えば、膜厚1μm のアルミ合金層28を成膜す
るのに10分もの時間を要し、実用的ではない。さら
に、5%ものゲルマニウムを添加しているため、アルミ
ニウム単体を用いた場合と比べて配線層全体の比抵抗が
約15%も上昇し、素子の高速化にとって不利となる。In the reflow sputtering method using an alloy of aluminum and germanium shown in FIG.
In order to realize filling in fine contact holes using fluidity, it is necessary to set the film formation rate as low as about 0.1 μm / min. Therefore, the throughput is deteriorated. For example, it takes 10 minutes to form the aluminum alloy layer 28 having a thickness of 1 μm, which is not practical. Further, since as much as 5% of germanium is added, the specific resistance of the entire wiring layer is increased by about 15% as compared with the case of using aluminum alone, which is disadvantageous for increasing the speed of the element.
【0014】また、ゲルマニウムを添加しないアルミニ
ウム単体(またはアルミニウムとシリコンの合金)を用
いたリフロースパッタリング法においては、基板温度を
500°C以上に設定する必要があるため、アロイスパ
イクが発生しやすくなる。そこで、前記例のように、シ
リコンを添加したりバリアメタル層を設けたりすること
が考えられるが、それでもアロイスパイクの発生を完全
に抑えることはできず、コンタクトホールにおける接合
リークをもたらす恐れがある。Further, in the reflow sputtering method using aluminum alone (or an alloy of aluminum and silicon) to which germanium is not added, since the substrate temperature needs to be set to 500 ° C. or higher, alloy spikes are easily generated. . Therefore, as in the above example, it is conceivable to add silicon or provide a barrier metal layer. However, it is still impossible to completely suppress the generation of alloy spikes, which may cause a junction leak in a contact hole. .
【0015】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、ステップカバレージが良好で低抵抗
な配線層を、短時間に成膜することができる簡単な製造
方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has good step coverage and low resistance.
Simple manufacturing that can form a simple wiring layer in a short time
It is to provide a method.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]
【0017】請求項1に記載の発明は、スパッタリング
法により、アルミニウムと固相反応を起こす温度が30
0℃未満である金属層を形成する工程と、前記固相反応
を起こす温度を用いたスパッタリング法により、前記金
属層の上にアルミニウム単独層またはアルミニウム合金
層を形成する工程と、前記固相反応を起こさない温度を
用いたスパッタリング法により、上記の工程で得られた
配線層の上にアルミニウム単独層またはアルミニウム合
金層を前記配線層よりも厚く形成する工程とを備えたこ
とをその要旨とする。According to the first aspect of the present invention, the temperature at which a solid phase reaction with aluminum is caused by sputtering is 30 ° C.
Forming a metal layer is less than 0 ° C., the solid phase reaction
Forming a single aluminum layer or an aluminum alloy layer on the metal layer by a sputtering method using a temperature at which the solid phase reaction does not occur.
A step of forming an aluminum single layer or an aluminum alloy layer thicker than the wiring layer on the wiring layer obtained in the above step by the used sputtering method.
【0018】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の半導体装置の製造方法において、前記金属層を形成す
る工程に先立ち、バリアメタル層を形成する工程を備え
たことをその要旨とする。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1.
Forming the metal layer.
Prior to the step of forming a barrier metal layer
That is the gist.
【0019】[0019]
【0020】[0020]
【作用】[Action]
【0021】請求項1に記載の発明において、スパッタ
リング法により、前記金属層の上にアルミニウム単独層
(またはアルミニウム合金層)を形成する工程では、前
記金属層とアルミニウムとが固相反応を起こし、ステッ
プカバレージが良好なアルミニウム合金層が形成され
る。According to the first aspect of the present invention, in the step of forming an aluminum single layer (or an aluminum alloy layer) on the metal layer by a sputtering method, a solid phase reaction occurs between the metal layer and aluminum, An aluminum alloy layer having good step coverage is formed.
【0022】このとき、当該アルミニウム合金層のステ
ップカバレージを向上させるためには、成膜速度を遅く
する必要がある。しかし、当該アルミニウム合金層の膜
厚は薄いため、成膜時間が長くなることはない。逆に言
うと、当該アルミニウム合金層は、ステップカバレージ
を確保できる必要最小限の膜厚だけ成膜すればよい。そ
して、当該薄いアルミニウム合金層の上に、アルミニウ
ム単独層(またはアルミニウム合金層)を厚く成膜する
ことにより、配線層全体を所望の膜厚にする。このと
き、アルミニウム単独層(またはアルミニウム合金層)
はステップカバレージに影響しないため、成膜速度を速
くしてもよい。そのため、アルミニウム単独層(または
アルミニウム合金層)の膜厚が厚くても、その成膜時間
が長くなることはない。従って、配線層全体を短時間に
成膜することができる。At this time, in order to improve the step coverage of the aluminum alloy layer, it is necessary to reduce the film forming speed. However, since the thickness of the aluminum alloy layer is small, the deposition time does not increase. Conversely, the aluminum alloy layer may be formed to have a minimum necessary film thickness for ensuring step coverage. Then, an aluminum single layer (or an aluminum alloy layer) is formed thick on the thin aluminum alloy layer, so that the entire wiring layer has a desired thickness. At this time, aluminum alone layer (or aluminum alloy layer)
Does not affect the step coverage, so that the film formation speed may be increased. Therefore, even if the thickness of the aluminum single layer (or aluminum alloy layer) is large, the film formation time does not become long. Therefore, the entire wiring layer can be formed in a short time.
【0023】[0023]
【0024】請求項2に記載の発明においては、バリア
メタル層を追加することにより、配線層の特性をより高
めることができる。According to the second aspect of the present invention, the characteristics of the wiring layer can be further improved by adding a barrier metal layer.
【0025】[0025]
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例による配
線層の製造工程を、図1に示す断面図に従って順次説明
する。尚、本実施例において、図2に示した従来例と同
じ構成部材については符号を等しくしてその詳細な説明
を省略する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing a process of manufacturing a wiring layer according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the same components as those of the conventional example shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0026】工程1〔図1(a)参照〕;単結晶シリコ
ン基板21の表面に、素子分離領域22およびMOSト
ランジスタ23を形成する。尚、MOSトランジスタ2
3は、ゲート酸化膜23a,ポリシリコンによるゲート
電極23b,ソース領域およびドレイン領域23cから
構成される。次に、CVD法を用いて、素子分離領域2
2およびMOSトランジスタ23を含むシリコン基板2
1の全体表面に、シリコン酸化膜による層間絶縁膜24
(膜厚600nm)を堆積させる。そして、ソース領域お
よびドレイン領域23c上の層間絶縁膜24にコンタク
トホール25を開口する。続いて、マグネトロンスパッ
タ法を用いて、コンタクトホール25を含むシリコン基
板21の全体表面に、チタン層26(膜厚50nm)とチ
タンナイトライド(TiN)層27(膜厚100nm)と
を順次堆積させる。このチタン層26とチタンナイトラ
イド層27とでバリアメタル層が構成される。Step 1 (see FIG. 1A): An element isolation region 22 and a MOS transistor 23 are formed on the surface of a single crystal silicon substrate 21. Note that MOS transistor 2
Reference numeral 3 denotes a gate oxide film 23a, a gate electrode 23b made of polysilicon, a source region and a drain region 23c. Next, the element isolation region 2 is formed using the CVD method.
Substrate 2 including MOS transistor 2 and MOS transistor 23
1, an interlayer insulating film 24 made of a silicon oxide film
(Thickness: 600 nm) is deposited. Then, a contact hole 25 is opened in the interlayer insulating film 24 on the source region and the drain region 23c. Subsequently, a titanium layer 26 (thickness: 50 nm) and a titanium nitride (TiN) layer 27 (thickness: 100 nm) are sequentially deposited on the entire surface of the silicon substrate 21 including the contact holes 25 by magnetron sputtering. . The titanium layer 26 and the titanium nitride layer 27 constitute a barrier metal layer.
【0027】工程2〔図1(b)(c)参照〕;マグネ
トロンスパッタ法により、チタンナイトライド層27の
上にゲルマニウム層11を堆積させる。次に、基板温度
が300°C程度になるように加熱する。そして、加熱
しながら、アルミニウムとシリコンと銅の合金(Al−
1%Si−0.5%Cu)ターゲットを用いたマグネト
ロンスパッタ法により、ゲルマニウム層11の上にアル
ミ合金層12(膜厚100nm)を成膜速度0.1μm /
min 程度で堆積させる。Step 2 (see FIGS. 1B and 1C): A germanium layer 11 is deposited on the titanium nitride layer 27 by magnetron sputtering. Next, heating is performed so that the substrate temperature becomes about 300 ° C. Then, while heating, an alloy of aluminum, silicon and copper (Al-
An aluminum alloy layer 12 (film thickness 100 nm) was formed on the germanium layer 11 by a magnetron sputtering method using a 1% Si-0.5% Cu) target at a deposition rate of 0.1 μm /
Deposit about min.
【0028】このとき、図1(b)では、分かりやすい
ように、ゲルマニウム層11とアルミ合金層12とが2
層構造で積層されるように示している。しかし、実際に
は、図1(c)に示すように、アルミ合金層12の成膜
時に、ゲルマニウム層11中のゲルマニウムとアルミ合
金層12中のアルミニウムとが反応しながら堆積が進
み、ゲルマニウムを含む単層のアルミ合金層13が形成
される。At this time, in FIG. 1B, the germanium layer 11 and the aluminum alloy layer 12 are
It is shown as being stacked in a layered structure. However, actually, as shown in FIG. 1C, when the aluminum alloy layer 12 is formed, the deposition proceeds while the germanium in the germanium layer 11 reacts with the aluminum in the aluminum alloy layer 12, and the germanium is removed. A single aluminum alloy layer 13 is formed.
【0029】このアルミ合金層13はゆっくりと成膜さ
れるため(成膜速度0.1μm /min 程度)高い流動性
を示し、コンタクトホール25の内壁に沿ってマイグレ
ートしながら成長してゆく。従って、アルミ合金層13
においては、ゲルマニウム層11を設けずにアルミ合金
層12だけを堆積させた場合におけるようなステップカ
バレージに悪化は見られない。すなわち、アルミ合金層
13の膜厚は場所に関係なく均一になり、層間絶縁膜2
4上に形成されたアルミ合金層13の膜厚と、コンタク
トホール25の内壁および底部に形成されたアルミ合金
層13の膜厚とはほほ等しくなる。The aluminum alloy layer 13 is formed slowly (at a film forming rate of about 0.1 μm / min), exhibits high fluidity, and grows along the inner wall of the contact hole 25 while being migrated. Therefore, the aluminum alloy layer 13
Does not show any deterioration in step coverage as in the case where only the aluminum alloy layer 12 is deposited without providing the germanium layer 11. That is, the thickness of the aluminum alloy layer 13 becomes uniform regardless of the location, and the interlayer insulating film 2
The thickness of the aluminum alloy layer 13 formed on the substrate 4 is substantially equal to the thickness of the aluminum alloy layer 13 formed on the inner wall and the bottom of the contact hole 25.
【0030】工程3〔図1(d)参照〕;基板温度が1
50°C程度(アルミニウムとゲルマニウムとの固相反
応がみられない温度)になるように加熱する。そして、
加熱しながら、アルミニウムとシリコンと銅の合金(A
l−1%Si−0.5%Cu)ターゲットを用いたマグ
ネトロンスパッタ法により、アルミ合金層13の上にア
ルミ合金層14(膜厚500nm)を成膜速度1μm /mi
n 程度で堆積させる。その後、通常のフォトリソグラフ
ィ工程によってパターニングを行い、上記各工程によっ
て形成された配線層(チタン層26,チタンナイトライ
ド層27,アルミ合金層13,14)をエッチングする
ことにより、配線の製造工程を終了する。その結果、M
OSトランジスタ23のソース領域およびドレイン領域
23cは、コンタクトホール25において、バリアメタ
ル層(チタン層26およびチタンナイトライド層27)
とアルミ合金層13とを介してアルミ合金層14とコン
タクトされる。Step 3 (see FIG. 1 (d));
Heat to about 50 ° C. (temperature at which no solid-state reaction between aluminum and germanium is observed). And
While heating, an alloy of aluminum, silicon and copper (A
An aluminum alloy layer 14 (thickness: 500 nm) is formed on the aluminum alloy layer 13 by a magnetron sputtering method using a (1-1% Si-0.5% Cu) target at a deposition rate of 1 μm / mi.
Deposit about n. Thereafter, patterning is performed by a normal photolithography process, and the wiring layers (titanium layer 26, titanium nitride layer 27, and aluminum alloy layers 13 and 14) formed in the above-described steps are etched to perform a wiring manufacturing process. finish. As a result, M
The source region and the drain region 23c of the OS transistor 23 are connected to the barrier metal layer (the titanium layer 26 and the titanium nitride layer 27) in the contact hole 25.
And an aluminum alloy layer 13 via the aluminum alloy layer 13.
【0031】このように、本実施例においては、バリア
メタル層の上に、まず、ゲルマニウム層11(膜厚50
nm)を形成する。次に、基板温度を300°C程度にし
た高温スパッタリング法により、ゲルマニウム層11の
上に薄いアルミ合金層12(Al−1%Si−0.5%
Cu、膜厚100nm)をゆっくりと形成する(成膜速度
0.1μm /min 程度)。このとき、ゲルマニウム層1
1とアルミ合金層12とが反応し、高い流動性を示すア
ルミ合金層13が形成されるため、微細なコンタクトホ
ール25内にも十分な埋め込みがなされる。続いて、基
板温度を150°C程度にした通常のスパッタリング法
により、アルミ合金層13の上に厚いアルミ合金層14
(Al−1%Si−0.5%Cu、膜厚500nm)を急
速に形成する(成膜速度1μm /min 程度)。As described above, in this embodiment, first, the germanium layer 11 (film thickness 50) is formed on the barrier metal layer.
nm). Next, a thin aluminum alloy layer 12 (Al-1% Si-0.5%) was formed on the germanium layer 11 by a high-temperature sputtering method at a substrate temperature of about 300 ° C.
(Cu, film thickness: 100 nm) is formed slowly (film formation rate: about 0.1 μm / min). At this time, the germanium layer 1
1 reacts with the aluminum alloy layer 12 to form the aluminum alloy layer 13 having high fluidity, so that the fine contact holes 25 are sufficiently filled. Subsequently, a thick aluminum alloy layer 14 is formed on the aluminum alloy layer 13 by a normal sputtering method at a substrate temperature of about 150 ° C.
(Al-1% Si-0.5% Cu, film thickness 500 nm) is rapidly formed (film formation speed is about 1 μm / min).
【0032】つまり、本実施例では、高い流動性を示す
反面、成膜速度が遅く、ゲルマニウムを含むため高抵抗
なアルミ合金層13を予め薄く形成することにより、ス
テップカバレージを十分に確保している。その後、成膜
速度が速く、ゲルマニウムを含まないため低抵抗な反
面、流動性が低いアルミ合金層14を厚く形成すること
により、配線層の膜厚を十分に確保している。That is, in the present embodiment, although high fluidity is exhibited, the film formation rate is low, and a high-resistance aluminum alloy layer 13 containing germanium is formed thin beforehand, thereby ensuring sufficient step coverage. I have. Thereafter, the film thickness is high and the aluminum alloy layer 14 with low fluidity is low because of low resistance because it does not contain germanium, so that the film thickness of the wiring layer is sufficiently ensured.
【0033】その結果、本実施例によれば、ホール径
0.6μm ,アスペクト比1のコンタクトホール25に
対して、その内壁に少なくとも膜厚120nmのアルミ合
金層13を堆積させることができる。勿論、ゲルマニウ
ム層11およびアルミ合金層12の膜厚を変化させれ
ば、コンタクトホール25の内壁におけるアルミ合金層
13の膜厚を任意に変更することができる。As a result, according to this embodiment, the aluminum alloy layer 13 having a thickness of at least 120 nm can be deposited on the inner wall of the contact hole 25 having a hole diameter of 0.6 μm and an aspect ratio of 1. Of course, by changing the thickness of the germanium layer 11 and the aluminum alloy layer 12, the thickness of the aluminum alloy layer 13 on the inner wall of the contact hole 25 can be arbitrarily changed.
【0034】また、本実施例によれば、以下の効果を得
ることができる。 成膜速度が速いアルミ合金層14を厚く形成すること
により、図2に示した従来の方法に比べ、約1/5の時
間で配線層の製造を完了することができる。According to the present embodiment, the following effects can be obtained. By forming the aluminum alloy layer 14 having a high film forming speed to be thick, the production of the wiring layer can be completed in about 1/5 of the conventional method shown in FIG.
【0035】低抵抗なアルミ合金層14を厚く形成す
ることにより、図2に示した従来の方法に比べ、配線層
全体の比抵抗を約10%低減することができ、素子の高
速化にとって有利となる。ちなみに、ゲルマニウム層1
1およびアルミ合金層14を省いて、アルミ合金層12
だけで配線層を形成した場合と比べても、本実施例によ
る比抵抗の増加は3%程度に止まり、実用上の問題は全
く無い。By forming the low-resistance aluminum alloy layer 14 thicker, the specific resistance of the entire wiring layer can be reduced by about 10% as compared with the conventional method shown in FIG. Becomes By the way, germanium layer 1
1 and the aluminum alloy layer 14 are omitted.
In comparison with the case where only the wiring layer is formed, the increase in the specific resistance according to the present embodiment is only about 3%, and there is no practical problem at all.
【0036】配線層を構成する各層(チタン層26,
チタンナイトライド層27,アルミ合金層13,14)
を全てスパッタリング法によって形成可能なため、工程
が複雑化することはなく、製造設備が大規模化すること
もない。Each layer constituting the wiring layer (titanium layer 26,
(Titanium nitride layer 27, aluminum alloy layers 13, 14)
Can be formed by a sputtering method, so that the process is not complicated and the manufacturing equipment is not enlarged.
【0037】基板温度を300°C以上にしないた
め、アロイスパイクが発生しにくい。そのため、アルミ
ニウムにシリコンを添加し(アルミ合金層11、1
4)、バリアメタル層(チタン層26およびチタンナイ
トライド層27)を設けるだけで、アロイスパイクの発
生を完全に抑えることができる。従って、コンタクトホ
ール25における接合リークをもたらす恐れがない。Since the substrate temperature is not set to 300 ° C. or higher, alloy spikes are less likely to occur. Therefore, silicon is added to aluminum (aluminum alloy layers 11, 1).
4) Only by providing the barrier metal layers (titanium layer 26 and titanium nitride layer 27), the generation of alloy spikes can be completely suppressed. Therefore, there is no possibility of causing a junction leak in the contact hole 25.
【0038】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、以下のように実施してもよい。 1)バリアメタル層を構成するチタン層26およびチタ
ンナイトライド層27のうち一方を省く。また、バリア
メタル層として他の適当な薄膜(例えば、チタンタング
ステン、モリブデンシリサイド、等)を適宜に組み合わ
せて用いる。上記実施例において、バリアメタル層を設
けているのは、コンタクトホール25におけるアルミ合
金層13,14とシリコン基板21との反応を抑制し、
接合層の破壊を防止するためである。また、アルミ合金
層13,14のストレスマイグレーション(層間絶縁膜
24がアルミ合金層13,14に及ぼす応力(主として
熱応力)によりアルミ合金層13,14が移動して断線
に至る不良)を防止するためである。そのため、バリア
メタル層を省いても、上記実施例と同様の効果(ステッ
プカバレージが良好で低抵抗な配線層を形成できる)を
得ることができる。The present invention is not limited to the above embodiment, but may be implemented as follows. 1) One of the titanium layer 26 and the titanium nitride layer 27 constituting the barrier metal layer is omitted. In addition, another appropriate thin film (for example, titanium tungsten, molybdenum silicide, or the like) is appropriately combined and used as the barrier metal layer. In the above embodiment, the reason why the barrier metal layer is provided is that the reaction between the aluminum alloy layers 13 and 14 and the silicon substrate 21 in the contact hole 25 is suppressed,
This is for preventing the destruction of the bonding layer. Further, stress migration of the aluminum alloy layers 13 and 14 (a defect that the aluminum alloy layers 13 and 14 move due to stress (mainly thermal stress) exerted on the aluminum alloy layers 13 and 14 by the interlayer insulating film 24 and leads to disconnection) is prevented. That's why. Therefore, even if the barrier metal layer is omitted, it is possible to obtain the same effect as that of the above-described embodiment (a wiring layer having good step coverage and low resistance can be formed).
【0039】2)アルミ合金層11,14からシリコン
および銅の一方を省く。上記実施例において、アルミ合
金層11,14にシリコンを添加しているのは、アロイ
スパイクの発生を抑えるためである。また、アルミ合金
層11,14に銅を添加しているのは、エレクトロマイ
グレーションおよびストレスマイグレーションに対する
耐性を向上させるためである。そのため、シリコンおよ
び銅を省いても、上記実施例と同様の効果を得ることが
できる。2) One of silicon and copper is omitted from the aluminum alloy layers 11 and 14. In the above embodiment, the reason why silicon is added to the aluminum alloy layers 11 and 14 is to suppress the generation of alloy spikes. The reason why copper is added to the aluminum alloy layers 11 and 14 is to improve resistance to electromigration and stress migration. Therefore, even if silicon and copper are omitted, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
【0040】3)アルミ合金層11,14に配線層の特
性を高めるための適当な物質(チタン、パラジウム、ス
カンジウム、等)を添加する。また、アルミ合金層1
1,14をアルミニウム単体に置き代える。3) An appropriate substance (titanium, palladium, scandium, or the like) for improving the characteristics of the wiring layer is added to the aluminum alloy layers 11 and 14. Aluminum alloy layer 1
Replace 1,14 with aluminum alone.
【0041】4)コンタクトホール以外の段差部の配線
層に適用する。 5)ゲルマニウム層11を、低融点かつ低抵抗でアルミ
ニウムと固相反応を起こす適宜な金属層に置き代える。4) The present invention is applied to a wiring layer at a step portion other than a contact hole. 5) The germanium layer 11 is replaced with an appropriate metal layer that causes a solid-phase reaction with aluminum at a low melting point and low resistance.
【0042】6)ゲルマニウム層11とアルミ合金層1
2とを順次堆積させるのではなく、アルミニウムとゲル
マニウムの合金ターゲットを用いたリフロ−スパッタ法
(基板温度300°C程度)により、チタンナイトライ
ド層27の上にアルミニウムとゲルマニウムの合金層で
あるアルミ合金層13をゆっくりと薄く堆積させる。そ
の後、上記実施例と同様に、アルミ合金層13の上に厚
いアルミ合金層14を急速に堆積させる。つまり、図2
に示した従来例において、アルミ合金層28を薄く堆積
させ、次に、当該アルミ合金層28の上に厚いアルミ合
金層14を急速に堆積させる。この場合も、上記実施例
と同様の効果を得ることができる。6) Germanium layer 11 and aluminum alloy layer 1
2 is not sequentially deposited, but is formed on the titanium nitride layer 27 by a reflow-sputtering method (substrate temperature: about 300 ° C.) using an alloy target of aluminum and germanium. The alloy layer 13 is slowly and thinly deposited. Thereafter, a thick aluminum alloy layer 14 is rapidly deposited on the aluminum alloy layer 13 as in the above embodiment. That is, FIG.
In the conventional example shown in FIG. 1, an aluminum alloy layer 28 is deposited thinly, and then a thick aluminum alloy layer 14 is rapidly deposited on the aluminum alloy layer 28. In this case, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
【0043】7)上記1)〜6)を適宜に組み合わせて
実施する。7) The above-mentioned items 1) to 6) are appropriately combined.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ス
テップカバレージが良好で低抵抗な配線層を、簡単な製
造方法によって短時間に形成することができるという優
れた効果がある。As described above in detail, according to the present invention, there is an excellent effect that a wiring layer having good step coverage and low resistance can be formed in a short time by a simple manufacturing method.
【図1】本発明を具体化した一実施例の製造工程を説明
するための断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
【図2】従来例の製造工程を説明するための断面図であ
る。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a conventional example.
11 低抵抗かつ低融点でアルミニウムと固相反応を起
こす金属層としてのゲルマニウム層 12,14 アルミ合金層(Al−1%Si−0.5%
Cu) 13 ゲルマニウムを含むアルミ合金層 26 バリアメタル層を構成するチタン層 27 バリアメタル層を構成するチタンナイトライド層11 Germanium layer as metal layer which causes solid phase reaction with aluminum at low resistance and low melting point 12, 14 Aluminum alloy layer (Al-1% Si-0.5%
Cu) 13 Aluminum alloy layer containing germanium 26 Titanium layer forming barrier metal layer 27 Titanium nitride layer forming barrier metal layer
Claims (2)
と固相反応を起こす温度が300℃未満である金属層
(11)を形成する工程と、前記固相反応を起こす温度を用いた スパッタリング法に
より、前記金属層(11)の上にアルミニウム単独層ま
たはアルミニウム合金層(12)を形成する工程と、前記固相反応を起こさない温度を用いた スパッタリング
法により、上記の工程で得られた配線層の上にアルミニ
ウム単独層またはアルミニウム合金層(14)を前記配
線層よりも厚く形成する工程とを備えたことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。1. A step of forming a metal layer (11) having a temperature at which a solid phase reaction with aluminum is lower than 300 ° C. by a sputtering method, and forming the metal layer by a sputtering method using the temperature at which the solid phase reaction is caused. A step of forming an aluminum single layer or an aluminum alloy layer (12) on the layer (11), and a sputtering method using a temperature that does not cause the solid phase reaction, on the wiring layer obtained in the above step. Forming a single aluminum layer or an aluminum alloy layer (14) thicker than the wiring layer.
において、前記金属層(11)を形成する工程に先立
ち、バリアメタル層(26,27)を形成する工程を備
えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming barrier metal layers (26, 27) prior to the step of forming said metal layer (11). Semiconductor device manufacturing method.
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