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JPH06151429A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

Info

Publication number
JPH06151429A
JPH06151429A JP30353592A JP30353592A JPH06151429A JP H06151429 A JPH06151429 A JP H06151429A JP 30353592 A JP30353592 A JP 30353592A JP 30353592 A JP30353592 A JP 30353592A JP H06151429 A JPH06151429 A JP H06151429A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
alloy
films
connection hole
semiconductor device
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
JP30353592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Nishimura
宏 西村
Tatsuya Yamada
達也 山田
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial 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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP30353592A priority Critical patent/JPH06151429A/en
Publication of JPH06151429A publication Critical patent/JPH06151429A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide wirings which have a high reliability in connection holes. CONSTITUTION:First and second hafnium(Hf) films 29 and 34 are provided as base films of Al alloy films (first and second Al-Si-Cu alloy wirings) 31 and 36 buried in first and second connection holes 27 and 33 by a high- temperature sputtering method. As the Hf films, which are low in an activation energy which reacts with the Al alloy films for producing a compound, are used as the base films, interfacial energies between the alloy films and the base films are lowered and the wettability of the alloy films can be improved. Accordingly, as a complete embedding of the Hf films in the connection holes can be achieved without generating a cavity in the connection holes, it becomes possible to prevent the generation of a defective semiconductor device due to an electro-migration and a stress migration.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高信頼性を有する多層
配線を形成することができる、半導体装置およびその製
造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device capable of forming multi-layer wiring having high reliability and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の微細化・高集積化に
伴い、配線の信頼性、すなわちエレクトロマイグレーシ
ョンやストレスマイグレーションが問題となっている。
配線材料としては、スパッタリング法を用いて堆積した
純アルミニウム(Al)、またはシリコン(Si)、チ
タン(Ti)、銅(Cu)、Ge、Hf、B、Pd等を
含有したAl合金が用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, with miniaturization and high integration of semiconductor devices, reliability of wiring, that is, electromigration and stress migration has become a problem.
As the wiring material, pure aluminum (Al) deposited by sputtering or an Al alloy containing silicon (Si), titanium (Ti), copper (Cu), Ge, Hf, B, Pd, or the like is used. ing.

【0003】従来、半導体装置における多層配線を形成
する方法として、図2に示すように、半導体基板1上に
形成された第1の絶縁膜2に第1の接続孔3を形成し、
さらに第1の配線4、5を形成する。また同様に第1の
配線8、9を第2の絶縁膜6上に形成するという方法が
用いられている。ここで10はパッシベーション膜を示
す。
Conventionally, as a method of forming a multilayer wiring in a semiconductor device, as shown in FIG. 2, a first connection hole 3 is formed in a first insulating film 2 formed on a semiconductor substrate 1,
Further, first wirings 4 and 5 are formed. Similarly, a method of forming the first wirings 8 and 9 on the second insulating film 6 is used. Here, 10 indicates a passivation film.

【0004】しかし、半導体装置の微細化・高集積化に
伴い、接続孔の径に対する接続孔の深さの比(アスペク
ト比)が高くなる。この結果、スパッタリング法により
堆積した配線は、接続孔において段差被覆性(ステップ
カバレジ)が低下するため初期の段階で断線に至った
り、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレー
ションにより断線を引き起こすという信頼性上の問題が
あった。
However, with the miniaturization and higher integration of semiconductor devices, the ratio of the depth of the connection hole to the diameter of the connection hole (aspect ratio) becomes higher. As a result, the wiring deposited by the sputtering method has a problem in reliability that the step coverage (step coverage) in the connection hole is deteriorated, resulting in disconnection at an early stage, or electromigration or stress migration. there were.

【0005】上記のような問題を解決する方法として、
図3に示すように、半導体基板11上に、第1の接続孔
13を有した第1の絶縁膜12を形成し、さらにAl−
Si−Cu合金膜のぬれ性を改善するために第1のTi
膜14、15を堆積した後、第1のAl−Si−Cu合
金膜16、17を基板温度500℃でスパッタリング法に
より堆積し、第1のAl−Si−Cu合金膜16、17
を流動させて第1の接続孔13に埋め込む。また同様に
第2の接続孔19を有した第2の絶縁膜18を形成し、
さらにAl−Si−Cu合金膜のぬれ性を改善するため
に第2のTi膜20、21を堆積した後、第2のAl−
Si−Cu合金膜22、23を基板温度500℃でスパッ
タリング法により堆積し、第2のAl−Si−Cu合金
膜22、23を流動させて第2の接続孔19に埋め込む
という方法がある。ここで24はパッシベーション膜を
示す(例えば、アイ・イー・イー・イー・ヴィー・エル
・エス・アイ・マルチレベル・インターコネクション・
コンファレンス(1991)第170頁から第176頁(IEEE VLSI
Multilevel Interconnection Conference (1991) pp.17
0-176))。
As a method for solving the above problems,
As shown in FIG. 3, a first insulating film 12 having a first connection hole 13 is formed on a semiconductor substrate 11, and Al-
In order to improve the wettability of the Si-Cu alloy film, the first Ti
After depositing the films 14 and 15, first Al—Si—Cu alloy films 16 and 17 are deposited by a sputtering method at a substrate temperature of 500 ° C., and the first Al—Si—Cu alloy films 16 and 17 are deposited.
To be embedded in the first connection hole 13. Similarly, a second insulating film 18 having a second connection hole 19 is formed,
Further, after the second Ti films 20 and 21 are deposited in order to improve the wettability of the Al-Si-Cu alloy film, the second Al-
There is a method in which the Si—Cu alloy films 22 and 23 are deposited by a sputtering method at a substrate temperature of 500 ° C., and the second Al—Si—Cu alloy films 22 and 23 are fluidized to be embedded in the second connection hole 19. Here, 24 indicates a passivation film (for example, I E E V E L S I multi-level interconnection.
Conference (1991) pp. 170-176 (IEEE VLSI
Multilevel Interconnection Conference (1991) pp.17
0-176)).

【0006】この場合のTi膜は、Al−Si−Cu合
金膜とTi膜を反応させることにより界面エネルギーを
低下させ、Al−Si−Cu合金膜のぬれ性を改善し、
接続孔への埋め込みを容易にするという効果がある。
The Ti film in this case lowers the interfacial energy by reacting the Al-Si-Cu alloy film with the Ti film to improve the wettability of the Al-Si-Cu alloy film,
This has the effect of facilitating embedding in the connection hole.

【0007】このような方法を用いれば、接続孔におけ
る配線のステップカバレジの低下を防止できるので、エ
レクトロマイグレーションやストレスマイグレーション
による断線不良を防止することができる。
By using such a method, it is possible to prevent the step coverage of the wiring in the connection hole from being lowered, so that it is possible to prevent disconnection defects due to electromigration or stress migration.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、Al−Si−Cu合金膜とTi膜の反応
が不十分となり、ぬれ性が悪くなることがあるために、
接続孔へのAl−Si−Cu合金膜の埋め込みの再現性
に問題があった。つまり、接続孔内に空洞が発生し、信
頼性が低下するという問題があった。
However, in the above-mentioned structure, the reaction between the Al-Si-Cu alloy film and the Ti film becomes insufficient, and the wettability may deteriorate.
There was a problem in the reproducibility of embedding the Al-Si-Cu alloy film in the connection hole. That is, there is a problem that a cavity is generated in the connection hole and reliability is lowered.

【0009】本発明は上記の問題点に鑑み、接続孔への
Al合金膜の完全埋め込みの再現性を確保することがで
きる半導体装置を提供することを目的とする。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of ensuring the reproducibility of complete embedding of an Al alloy film in a connection hole.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、接続孔に埋め込まれたAl合金膜の下地に
ハフニウム(Hf)膜を有するという構成を備えたもの
である。
In order to solve the above problems, the present invention has a structure in which a hafnium (Hf) film is provided as a base of an Al alloy film embedded in a connection hole.

【0011】[0011]

【作用】本発明は上記した構成によって、Ti膜とAl
合金膜の反応に比べて、Hf膜とAl合金膜の方が反応
が容易であり、Al合金膜と下地膜との間の界面エネル
ギーが低下するため、Al合金膜の下地膜に対するぬれ
性を改善することができる。したがって、空洞が発生す
ることなく、Al合金膜の接続孔への完全埋め込みが可
能となり、エレクトロマイグレーションやストレスマイ
グレーションによる断線不良を防止することができる。
The present invention has a Ti film and an Al by the above-mentioned structure.
Compared with the reaction of the alloy film, the reaction between the Hf film and the Al alloy film is easier and the interfacial energy between the Al alloy film and the underlying film is lowered, so that the wettability of the Al alloy film with respect to the underlying film is reduced. Can be improved. Therefore, it is possible to completely embed the Al alloy film in the connection hole without generating a cavity, and it is possible to prevent disconnection failure due to electromigration or stress migration.

【0012】[0012]

【実施例】本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0013】図1は、本発明の実施例における半導体装
置の製造方法の工程断面図を示すものである。
FIG. 1 is a sectional view showing the steps of a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【0014】まず図1aでは、半導体素子を形成したシ
リコン基板25上に、第1の絶縁膜26を形成し、900
℃の雰囲気中で熱処理を行う。次にフォトリソグラフィ
ー法とドライエッチング法を用いて第1の接続孔27を
開口する。第1の絶縁膜26には、CVD法によるB及
びPを含んだシリコン酸化膜を用いる。
First, in FIG. 1a, a first insulating film 26 is formed on a silicon substrate 25 having a semiconductor element formed thereon, and a 900
Heat treatment is performed in an atmosphere of ° C. Next, the first connection hole 27 is opened by using the photolithography method and the dry etching method. As the first insulating film 26, a silicon oxide film containing B and P by the CVD method is used.

【0015】次に図1bでは、第1の絶縁膜26上に第
1のHf膜28、29を形成し、さらに第1のAl−S
i−Cu合金配線30、31を形成する。Al−Si−
Cu合金配線30、31の形成には、基板温度を300℃
から550℃の間に保持した状態で堆積を行うスパッタリ
ング法を用いる(高温スパッタ法)。この形成法を用い
た場合、Al−Si−Cu合金膜が高温にさらされなが
ら堆積されるため、堆積の過程でAl−Si−Cu合金
膜の流動が起こり、第1の接続孔27に第1のAl−S
i−Cu合金配線31を完全に埋め込むことが可能にな
る。また、第1のHf膜28、29も同様にスパッタリ
ング法を用いて形成する。このHf膜は、Al−Si−
Cu合金膜と反応することによって、接続孔側壁に対す
るAl−Si−Cu合金膜のぬれを改善して、埋め込み
を容易にする効果がある。Hf膜とAl膜が反応して化
合物を生成するための活性化エネルギーは1.5 eVであ
り、Ti膜とAl膜の場合の1.8 eVという値よりも小さ
いので、Ti膜よりもHf膜を下地膜として用いたほう
が反応しやすく、界面エネルギーを下げることができ
る。したがって、Al−Si−Cu膜のぬれ性が良くな
り、接続孔へのAl−Si−Cu合金膜の埋め込みが容
易となる。Al−Si−Cu合金配線30、31は、フ
ォトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いて形
成する。
Next, in FIG. 1b, first Hf films 28 and 29 are formed on the first insulating film 26, and further the first Al--S film is formed.
The i-Cu alloy wirings 30 and 31 are formed. Al-Si-
The substrate temperature is 300 ° C. to form the Cu alloy wirings 30 and 31.
A sputtering method is used in which deposition is performed while maintaining the temperature between 1 to 550 ° C (high temperature sputtering method). When this forming method is used, since the Al-Si-Cu alloy film is deposited while being exposed to high temperature, the flow of the Al-Si-Cu alloy film occurs during the deposition process, and the first connection hole 27 receives the first Al-S of 1
It becomes possible to completely embed the i-Cu alloy wiring 31. Further, the first Hf films 28 and 29 are similarly formed by using the sputtering method. This Hf film is Al-Si-
By reacting with the Cu alloy film, there is an effect that the wetting of the Al—Si—Cu alloy film on the side wall of the connection hole is improved and the filling is facilitated. The activation energy for reacting the Hf film with the Al film to generate a compound is 1.5 eV, which is smaller than the value of 1.8 eV for the Ti film and the Al film. It is easier to react and the interfacial energy can be lowered. Therefore, the wettability of the Al-Si-Cu film is improved, and the Al-Si-Cu alloy film can be easily embedded in the connection hole. The Al-Si-Cu alloy wirings 30 and 31 are formed by using a photolithography method and a dry etching method.

【0016】次に図1cでは、第1の絶縁膜26及びA
l−Si−Cu合金配線30、31上に第2の絶縁膜3
2を形成し、第2の絶縁膜32の平坦化を行う。第2の
絶縁膜32にはプラズマCVD法を用いたシリコン酸化
膜を使用し、平坦化には、レジストを用いたエッチバッ
ク法を使用している。次にフォトリソグラフィー法とド
ライエッチング法を用いて第2の接続孔33を開口す
る。
Next, referring to FIG. 1c, the first insulating film 26 and A
The second insulating film 3 is formed on the l-Si-Cu alloy wirings 30 and 31.
2 is formed, and the second insulating film 32 is flattened. A silicon oxide film using a plasma CVD method is used for the second insulating film 32, and an etchback method using a resist is used for planarization. Next, the second connection hole 33 is opened by using the photolithography method and the dry etching method.

【0017】次に図1dでは、スパッタリング装置内で
Arスパッタエッチングを行うことにより、第2の接続
孔33の底部の表面処理を行い、その後、第2の絶縁膜
32上に第2のHf膜34、35をスパッタリング法に
より形成し、さらに第2のAl−Si−Cu合金配線3
6、37を形成する。
Next, in FIG. 1d, the surface of the bottom of the second connection hole 33 is surface-treated by performing Ar sputter etching in the sputtering apparatus, and then the second Hf film is formed on the second insulating film 32. 34 and 35 are formed by a sputtering method, and the second Al-Si-Cu alloy wiring 3 is further formed.
6 and 37 are formed.

【0018】第2のAl−Si−Cu合金配線36、3
7の形成には、Al−Si−Cu合金配線30、31の
形成方法について示したように、基板温度を300℃から5
50℃の間に保持した状態で堆積を行うスパッタリング法
を用いる。この形成法を用いた場合、Al−Si−Cu
合金膜が高温にさらされながら堆積されるため、堆積の
過程でAl−Si−Cu合金膜の流動が起こり、第2の
接続孔33に第2のAl−Si−Cu合金配線36を完
全に埋め込むことが可能になる。第2のAl−Si−C
u合金配線36、37は、フォトリソグラフィー法とド
ライエッチング法を用いて形成する。
Second Al--Si--Cu alloy wiring 36, 3
7 is formed by changing the substrate temperature from 300 ° C. to 5 ° C. as described in the method of forming the Al—Si—Cu alloy wirings 30 and 31.
A sputtering method is used in which deposition is performed while maintaining the temperature at 50 ° C. When this forming method is used, Al-Si-Cu
Since the alloy film is deposited while being exposed to high temperature, the Al-Si-Cu alloy film flows during the deposition process, and the second Al-Si-Cu alloy wiring 36 is completely formed in the second connection hole 33. It becomes possible to embed. Second Al-Si-C
The u alloy wirings 36 and 37 are formed by using a photolithography method and a dry etching method.

【0019】最後に図1eでは、Pを含んだシリコン酸
化膜とシリコン窒化膜の積層構造から成るパッシベーシ
ョン膜38を全面に形成する。
Finally, in FIG. 1e, a passivation film 38 having a laminated structure of a silicon oxide film containing P and a silicon nitride film is formed on the entire surface.

【0020】なお、本実施例においては、2層配線の構
造を示したが、3層以上の多層配線構造においても同様
の効果がある。
Although the structure of the two-layer wiring is shown in this embodiment, the same effect can be obtained in the multi-layer wiring structure of three or more layers.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上のように本発明は、Al合金膜と反
応して化合物を生成するための活性化エネルギーが低い
Hf膜を下地膜として用いるため、Al合金膜と下地膜
との間の界面エネルギーを下げ、Al合金膜のぬれ性を
改善することができる。したがって、接続孔内に空洞が
生じることなく完全埋め込みを達成できるので、エレク
トロマイグレーションやストレスマイグレーションによ
る不良を防止することが可能となる。
As described above, according to the present invention, since the Hf film having a low activation energy for reacting with the Al alloy film to generate a compound is used as the underlayer film, the Hf film between the Al alloy film and the underlayer film is The interface energy can be lowered and the wettability of the Al alloy film can be improved. Therefore, complete burying can be achieved without forming a cavity in the connection hole, so that defects due to electromigration or stress migration can be prevented.

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

【図1】本発明の第1の実施例における半導体装置の製
造方法の工程断面図
FIG. 1 is a process sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】従来技術における半導体装置の製造方法の工程
断面図
FIG. 2 is a process sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device according to a conventional technique.

【図3】従来技術における半導体装置の製造方法の工程
断面図
FIG. 3 is a process cross-sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

25 シリコン基板 26 第1の絶縁膜 27 第1の接続孔 28,29 第1のHf膜 30,31 第1のAl−Si−Cu合金配線 32 第2の絶縁膜膜 33 第2の接続孔 34,35 第2のHf膜 36,37 第2のAl−Si−Cu合金配線 38 パッシベーション膜 25 Silicon Substrate 26 First Insulating Film 27 First Connection Hole 28,29 First Hf Film 30,31 First Al-Si-Cu Alloy Wiring 32 Second Insulating Film Film 33 Second Connection Hole 34 , 35 Second Hf film 36, 37 Second Al-Si-Cu alloy wiring 38 Passivation film

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上の、接続孔を設けた絶縁膜
と、 前記接続孔の内部、および前記絶縁膜上に形成されたハ
フニウム膜と、 前記接続孔の内部に埋め込まれたアルミニウム合金膜と
を備えた半導体装置。
1. An insulating film having a connection hole formed on a semiconductor substrate, a hafnium film formed inside the connection hole and on the insulating film, and an aluminum alloy film embedded inside the connection hole. A semiconductor device comprising:
【請求項2】半導体基板上に設けられた絶縁膜に接続孔
を設ける工程と、 前記接続孔の内部および前記絶縁膜上にハフニウム膜を
形成する工程と、 前記ハフニウム膜上にアルミニウム合金膜形成し、前記
接続孔内部にアルミニウム合金膜を埋め込む工程と、を
備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A step of forming a connection hole in an insulating film provided on a semiconductor substrate, a step of forming a hafnium film inside the connection hole and on the insulating film, and an aluminum alloy film formation on the hafnium film. And a step of burying an aluminum alloy film inside the connection hole.
JP30353592A 1992-11-13 1992-11-13 Semiconductor device and manufacture thereof Pending JPH06151429A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100363976B1 (en) * 1998-11-27 2002-12-11 샤프 가부시키가이샤 Process for manufacturing a semiconductor device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100363976B1 (en) * 1998-11-27 2002-12-11 샤프 가부시키가이샤 Process for manufacturing a semiconductor device

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