JPH03239334A - Semiconductor device - Google Patents
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
この発明は、集積回路装置等の半導体装置に関し、特に
シリサイド及びAn又はAu合金の積層からなる配線構
造の改良に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to semiconductor devices such as integrated circuit devices, and particularly relates to an improvement in a wiring structure consisting of a laminated layer of silicide and an An or Au alloy.
[発明の概要コ
この発明は、シソサイド層にAu又はAj2合金層を積
層して成る配線層において、An又はAf1合金層に他
のAn又はへ□合金層を積層したことにより低抵抗で信
頼性の高い配線を実現したものである。[Summary of the Invention] This invention provides low resistance and reliability in a wiring layer formed by laminating an Au or Aj2 alloy layer on a siloside layer, by laminating another An or Aj2 alloy layer on the An or Af1 alloy layer. This realizes high wiring.
[従来の技術]
従来、集積回路装置等の多層配線構造としては、第5図
に示すものが知られている。[Prior Art] Conventionally, as a multilayer wiring structure of an integrated circuit device, etc., the structure shown in FIG. 5 is known.
第5図において、10はシリコン等からなる半導体基板
であり、その表面の一部には導電型決定不純物を含む不
純物ドープ領域12が形成されている。In FIG. 5, reference numeral 10 denotes a semiconductor substrate made of silicon or the like, and an impurity doped region 12 containing a conductivity type determining impurity is formed in a part of the surface thereof.
基板lOの表面には、不純物トープ領域12の一部に対
応したコンタクト孔を有するS i 02等の下地絶縁
膜14が形成されると共に、この下地絶縁膜J4上には
、シリサイド層16及びAr2又はAu合金層18を順
次に積層して成る第1配線層W1が形成され、第1配線
層W1は、下地絶縁膜14のコンタクト孔を介して不純
物ドープ領域工2の一部にオーミック接触している。A base insulating film 14 such as Si02 having a contact hole corresponding to a part of the impurity doped region 12 is formed on the surface of the substrate IO, and a silicide layer 16 and an Ar2 base insulating film 14 are formed on the base insulating film J4. Alternatively, a first wiring layer W1 is formed by sequentially stacking Au alloy layers 18, and the first wiring layer W1 is in ohmic contact with a part of the impurity-doped region 2 through a contact hole in the base insulating film 14. ing.
下地絶縁膜14上には、第1配線層W、の一部に対応し
たコンタクト孔を有するPSG (リンケイ酸ガラス)
等の層間絶縁膜20が第1配線層W、をおおうように形
成されると共に、層間絶縁膜20上には、八□又はA、
f1合金等の第2配線層W2が形成され、第2配線層W
2は、層間絶縁膜20のコンタクト孔を介して第1配線
層W1の一部にオーミック接触している。On the base insulating film 14, PSG (phosphosilicate glass) having a contact hole corresponding to a part of the first wiring layer W is formed.
An interlayer insulating film 20 such as 8□ or A, etc. is formed to cover the first wiring layer W, and on the interlayer insulating film 20, 8□ or A,
A second wiring layer W2 made of f1 alloy or the like is formed, and the second wiring layer W
2 is in ohmic contact with a part of the first wiring layer W1 through a contact hole in the interlayer insulating film 20.
配線層W、又はW2を形成するためのAf1合金として
は、Ar2にSi、Cu、Ti等の金属のうちの1又は
複数のものを混入したものが通常用いられる。As the Af1 alloy for forming the wiring layer W or W2, one in which Ar2 is mixed with one or more of metals such as Si, Cu, and Ti is usually used.
AIl又はAf1合金層18の下層としてシリサイド層
16を設けたのは、不純物ドープ領域12に対するコン
タクト抵抗を低減するためである。すなわち、An又は
Al合金層18に固溶度以上にslが含まれている場合
、配線形成後に導電性を向上させるためにあるいはその
他の目的で例えば350℃〜550℃て熱処理を行なう
と、コンタクト部に過剰シリコン塊S2.S3が析出し
、コンタクト抵抗を増大させてしまう。そこで、シリサ
イド層16を設けておくと、過剰シリコン塊52S3は
シリサイドNI6とA、ff又はAJ2合金層工8との
境界部に形成されるようになり、A4又はAu合金層1
8はシリサイド層16を介して低抵抗で不純物ドープ領
域12と電気接続されるようになる。The reason why the silicide layer 16 is provided as a lower layer of the Al or Af1 alloy layer 18 is to reduce the contact resistance to the impurity doped region 12. That is, when the An or Al alloy layer 18 contains sl in an amount higher than the solid solubility, if heat treatment is performed at, for example, 350°C to 550°C to improve conductivity after wiring formation or for other purposes, contact Excess silicon lump S2. S3 precipitates and increases contact resistance. Therefore, if the silicide layer 16 is provided, the excess silicon mass 52S3 will be formed at the boundary between the silicide NI6 and the A, ff or AJ2 alloy layer 8, and the A4 or Au alloy layer 1
8 becomes electrically connected to the impurity doped region 12 through the silicide layer 16 with low resistance.
[発明が解決しようとする課題]
上記した従来技術によると、配線形成後の熱処理工程で
は、S2.33等の過剰シリコン塊の他にも、S+ 、
S、i等の大きな過剰シリコン塊がAl又はA42合金
層18中に析出することが判明した。これは、シリサイ
ド層15中の過剰シリコンに起因するものである。[Problems to be Solved by the Invention] According to the above-described conventional technology, in the heat treatment process after wiring formation, in addition to excess silicon lumps such as S2.33, S+,
It has been found that large excess silicon lumps such as S, i, etc. are precipitated into the Al or A42 alloy layer 18. This is due to excess silicon in the silicide layer 15.
S、、S、等の過剰シリコン塊が第2配線層W2とのコ
ンタクト部に析出すると、層間コンタクト抵抗が増大し
たり、層間コンタクトがとれなかったりする不都合があ
る。また、S、、S、等の過剰シリコン塊が第1配線層
W、の延長途中に析出すると、実効的な配線断面積が減
少するため配線抵抗が増大したり、電流密度が増大する
ためエレクトロマイグレーション耐性が劣化したりする
不都合がある。If excessive silicon lumps such as S, , S, etc. are deposited at the contact portion with the second wiring layer W2, there is a problem that interlayer contact resistance increases or interlayer contact cannot be established. In addition, if excess silicon lumps such as S, S, etc. are deposited during the extension of the first wiring layer W, the effective wiring cross-sectional area decreases, resulting in an increase in wiring resistance, and the current density increases. There is an inconvenience that migration resistance may deteriorate.
この発明の目的は、上記のような不都合をなくし、低抵
抗で高信頼な配線を実現することにある。An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned inconveniences and realize low-resistance, highly reliable wiring.
[課題を解決するための手段コ
この発明による半導体装置は、絶縁膜上に順次に積層さ
れたシリサイド層、第1の八2又はA2合金層及び第2
のAr1又はAff合金層の3層で配線層を構成したこ
とを特徴とするものである。[Means for Solving the Problems] A semiconductor device according to the present invention includes a silicide layer, a first 82 or A2 alloy layer, and a second A2 alloy layer, which are sequentially stacked on an insulating film.
The wiring layer is characterized by comprising three layers of Ar1 or Aff alloy layers.
また、このような3層構造の配線層は、多層配線構造に
おいて、上下の配線層のうち下層配線層として用いるこ
ともできる。Further, such a three-layer wiring layer can also be used as a lower wiring layer among upper and lower wiring layers in a multilayer wiring structure.
[作用]
この発明の構成によると、シリサイド層からの過剰シリ
コンの析出は、第1のAr2又はAJ2合金層内に限ら
れ、第2のAn又はAj2合金層には及ばない。従って
、第2のAll又はAI1合金層はそのまま配線の用を
なすので、第2のAA又はAl1合金層を設けなかった
場合に比べて配線抵抗を低減できると共にエレクトロマ
イグレーション耐性を向上させることができる。[Function] According to the configuration of the present invention, excessive silicon precipitation from the silicide layer is limited to the first Ar2 or AJ2 alloy layer and does not extend to the second An or Aj2 alloy layer. Therefore, since the second All or AI1 alloy layer serves as a wiring as it is, it is possible to reduce wiring resistance and improve electromigration resistance compared to the case where the second AA or Al1 alloy layer is not provided. .
また、上記したように3層構造の配線層を上下の配線層
のうちの下層配線層として用いると、上下の配線層のコ
ンタクト部では、過剰シリコンが析出しても第2のAr
2又はAj2合金層にまで及ばないので層間コンタクト
がふさがれることがなく、上層配線層は下層配線層の第
2のAn又はA42合金層と低抵抗でオーミック接触す
る。従って、眉間コンタクト不良の発生を回避できると
共にコンタクト抵抗を低減することができる。Furthermore, when a three-layer wiring layer is used as the lower wiring layer of the upper and lower wiring layers as described above, even if excess silicon precipitates in the contact portions of the upper and lower wiring layers, the second Ar
2 or Aj2 alloy layer, the interlayer contact is not blocked, and the upper wiring layer makes ohmic contact with the second An or A42 alloy layer of the lower wiring layer with low resistance. Therefore, occurrence of glabellar contact failure can be avoided and contact resistance can be reduced.
[実施例コ
第1図乃至第4図は、この発明の一実施例による多層配
線形成工程を示すもので、各々の図に対応する工程(1
)〜(4)を順次に説明する。[Example 1] Figures 1 to 4 show the multilayer wiring forming process according to an embodiment of the present invention, and the steps (1) corresponding to each figure are
) to (4) will be explained in order.
(1)シリコン等の半導体基板10の表面に不純物トー
プ領域12及びS i O2等の下地絶縁1]i14を
いずれも公知の方法で形成した後、ホトリソグラフィ技
術により領域12の一部に対応したコンタクト孔14a
を絶縁II! 14に形成する。そして、基板上面には
、例えばスパッタ法によりシリサイド層16を被着する
。ここで、シリサイド層16を構成するシリサイドとし
ては、WS i、、MoS i、1等を用いることがで
きる。(1) After forming an impurity doped region 12 and a base insulating layer 14 such as SiO2 on the surface of a semiconductor substrate 10 made of silicon or the like by a known method, a part of the region 12 is formed using a photolithography technique. Contact hole 14a
Insulate II! 14. Then, a silicide layer 16 is deposited on the upper surface of the substrate by, for example, sputtering. Here, as the silicide constituting the silicide layer 16, WS i, MoSi, 1, etc. can be used.
(2)次に、基板上面には、例えばスパッタ法により第
1のAn又はA、e合金層18A及び第2のAl、又は
Au合金層18Bを順次に被着する。ここで、Af1合
金層を構成する合金材料としては、Al−3i An
−3i−Cu、Al、−CuAll−St−Ti等を用
いることができる。また、スパッタリングは、層18A
の形成後−旦中断するが、その後真空を破ることなく同
一のスパッタ装置内で層18Bを形成してもよいし、あ
るいは真空を破った後間−又は別のスパッタ装置で層1
8Bを形成してもよい。(2) Next, the first An, A, or E alloy layer 18A and the second Al or Au alloy layer 18B are sequentially deposited on the upper surface of the substrate by, for example, sputtering. Here, the alloy material constituting the Af1 alloy layer is Al-3i An
-3i-Cu, Al, -CuAll-St-Ti, etc. can be used. In addition, sputtering is performed on layer 18A.
After the formation of layer 18B, layer 18B may be formed in the same sputtering apparatus without breaking the vacuum, or layer 18B may be formed in the same sputtering apparatus after the vacuum is broken - or in a separate sputtering apparatus.
8B may be formed.
(3)次に、シリサイド層16、Al2又はAl、合金
層18A及び18Bの積層をホトリソグラフィ技術によ
り所望の配線パターンに従ってバターニングして第1配
線層W、を形成する。(3) Next, the laminated layer of the silicide layer 16, Al2 or Al, and the alloy layers 18A and 18B is patterned according to a desired wiring pattern using photolithography technology to form a first wiring layer W.
(4)この後、基板上面には、第1配線層W1をおおっ
てPSG等の層間絶縁膜20を気相堆積法等により形成
する。そして、第1配線層W、の一部に対応したコンタ
クト孔20aを絶縁11!20に形成した後、Au又は
Al2合金等の配線金属を基板上面にン皮着してからパ
ターニングすることにより第2配線層W2を形成する。(4) Thereafter, an interlayer insulating film 20 such as PSG is formed on the upper surface of the substrate by a vapor deposition method or the like, covering the first wiring layer W1. After forming a contact hole 20a corresponding to a part of the first wiring layer W in the insulation 11!20, a wiring metal such as Au or Al2 alloy is coated on the upper surface of the substrate and then patterned. 2 wiring layer W2 is formed.
この結果、第2配線層W2は、コンタクト孔20aを介
して第1配線層WIとオーミック接触するようになる。As a result, the second wiring layer W2 comes into ohmic contact with the first wiring layer WI via the contact hole 20a.
この後、従来例に関して前述したように導電性向上等の
目的で熱処理を行なうと、S、〜S4°等の過剰シリコ
ン塊がAl又はAu合金層18A中に析出することがあ
るが、このような析出は層18A内に限られ、層18B
には及ばない。After this, when heat treatment is performed for the purpose of improving conductivity as described above with respect to the conventional example, excess silicon lumps such as S, ~S4°, etc. may be precipitated in the Al or Au alloy layer 18A. The precipitation is limited to layer 18A, and layer 18B
It doesn't come close to that.
従って、第1及び第2配線層間のコンタクト抵抗は第5
図の場合に比べて低減されると共に、第1配線層の配線
抵抗も第5図の場合に比べてAn又はAu合金層18B
による抵抗減少に対応して低減され、さらにはエレクト
ロマイグレーション耐性も向上する。Therefore, the contact resistance between the first and second wiring layers is
In addition to being reduced compared to the case shown in the figure, the wiring resistance of the first wiring layer is also lower than that of the case shown in FIG.
In addition, resistance to electromigration is also improved.
」二記のように過剰シリコンの析出が第2のAn又はA
u合金層18Bにまで及ばないのは、次のようなメカニ
ズムによるものと推測される。すなわち、第6図に第1
配線層W、の拡大断面を示すようにAl2又はA42合
金層18A及び18Bは互いに接する界面BAにて各々
のグレイン境界Ga及びGbが不連続になっており、シ
リサイド層16から118Aのグレイン境界Gaに沿っ
て生ずるシリコン析出は界面BAで阻止されるものと考
えられる。” 2, the precipitation of excess silicon causes the second An or A
It is presumed that the reason why it does not reach the u alloy layer 18B is due to the following mechanism. In other words, the first
As shown in the enlarged cross section of the wiring layer W, the grain boundaries Ga and Gb of the Al2 or A42 alloy layers 18A and 18B are discontinuous at the interface BA where they touch each other, and the grain boundaries Ga of the silicide layers 16 to 118A are discontinuous. It is considered that silicon precipitation occurring along the interface BA is blocked by the interface BA.
第7図は、この発明による上下配線層間の配線抵抗(こ
れにはコンタクト抵抗も含まれる)の低減効果を確認す
るために用いられる比較試料のコンタクト部配置を示す
もので、この比較試料では、下方の第1配線層W、及び
上方の第2配線層W2に関するコンタクト部C,,C2
・・・Cn−ICnが直列接続された形で基板上面に配
置され、コンタクト部CI及びCnにそれぞれ接続され
た端子T1及びT2の間の電気抵抗を測定するようにな
っている。上下配線層間のコンタクト抵抗(通称ビア抵
抗)は、数10mΩと低いので、1個当りのビア抵抗と
してではなく、第7図に示すようにビアチェーン抵抗と
して測定するのが通常である。FIG. 7 shows the contact portion arrangement of a comparative sample used to confirm the effect of reducing wiring resistance (including contact resistance) between upper and lower wiring layers according to the present invention. Contact portions C, , C2 regarding the lower first wiring layer W and the upper second wiring layer W2
. . . Cn-ICn are arranged in series connection on the upper surface of the substrate, and the electrical resistance between the terminals T1 and T2 connected to the contact portions CI and Cn, respectively, is measured. Since the contact resistance (commonly known as via resistance) between the upper and lower wiring layers is as low as several tens of mΩ, it is usually measured not as the via resistance per piece but as the via chain resistance as shown in FIG.
比較に当っては、CI−Cnの各コンタクト部が第8図
に示すような構成の比較試料Iと、01〜coの各コン
タクト部が第9図に示すような構成の比較試料IIとを
用意した。第8図において、16A、 16Bはタング
ステンシリサイド層、18はAl1−Cu合金層、20
は層間絶縁膜、W1W2は第1.第2配線層である。ま
た、第9図において、第8図と同様の符号は同様の部分
を示す一方、16はタングステンシリサイド層、18A
。For comparison, a comparative sample I, in which each contact part of CI-Cn has a configuration as shown in FIG. 8, and a comparative sample II, in which each contact part of 01 to co has a configuration as shown in FIG. 9, were used. Prepared. In FIG. 8, 16A and 16B are tungsten silicide layers, 18 is an Al1-Cu alloy layer, and 20
is an interlayer insulating film, and W1W2 is the first. This is the second wiring layer. In FIG. 9, the same reference numerals as in FIG. 8 indicate the same parts, 16 is a tungsten silicide layer, 18A is
.
18BはAl−Cu合金層を示す。18B indicates an Al-Cu alloy layer.
第8図の構成は、本件と同一出願人による先行特許出願
(特願平1−4284ft号)において、本件の発明と
同様な目的を達成するために提案したものである。また
、第9図の構成は、本件の発明に係るものである。The configuration shown in FIG. 8 was proposed in an earlier patent application (Japanese Patent Application No. 1-4284ft) by the same applicant as the present invention in order to achieve the same object as the present invention. Further, the configuration shown in FIG. 9 is related to the present invention.
比較試料I及びIIについて、C1〜C0の各コンタク
ト部の平面寸法を1.0μmX1.0μmとし、C3〜
c、の個数nを10000とした場合、比較試料I及び
11で測定された抵抗値はそれぞれ2000Ω及び18
00Ωであった。従って、コンタクト抵抗を含む配線抵
抗は、先行特許出願に係るものニ比べてこの発明に係る
ものの方が10%低し)ことになる。Regarding comparative samples I and II, the planar dimensions of each contact part of C1 to C0 are 1.0 μm x 1.0 μm, and the planar dimensions of each contact part of C1 to C0 are 1.0 μm
When the number n of c, is 10000, the resistance values measured for comparative samples I and 11 are 2000 Ω and 18 Ω, respectively.
It was 00Ω. Therefore, the wiring resistance including contact resistance is 10% lower in the invention according to the invention than in the previous patent application.
なお、上記実施例では、2層配線構造において下層配線
層にこの発明を適用したが、この発明は、これに限らす
、3層以上の多層配線構造において、2層目以上の配線
にも適用可能である。In addition, in the above embodiment, the present invention was applied to the lower wiring layer in a two-layer wiring structure, but the present invention is not limited to this, but can also be applied to the second or higher wiring layer in a multilayer wiring structure with three or more layers. It is possible.
[発明の効果]
以上のように、この発明によれば、シリサイド層に第1
のAl、又はAf1合金層及び第2のAn又はAu合金
層を順次に積層して3層構造の配線層を構成し、シリサ
イド層からの過剰シリコンの析出が第2のAJ2又はA
l合金層にまで及ばないようにしたので、低抵抗で高信
頼な配線を実現てきる効果が得られるものである。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the silicide layer has the first
An Al or Af1 alloy layer and a second An or Au alloy layer are sequentially laminated to form a three-layer wiring layer, and the excess silicon precipitated from the silicide layer becomes the second AJ2 or A
Since it is made so that it does not reach the L alloy layer, it is possible to achieve the effect of realizing a highly reliable wiring with low resistance.
その上、多層配線構造において、上下の配線層のうちの
下層配線層としてこの発明の3層構造の配線層を用いる
と、層間コンタクト不良の発生やコンタクト抵抗の増大
を防止できる付加的効果も得られる。Furthermore, in a multilayer wiring structure, when the three-layer wiring layer of the present invention is used as the lower wiring layer of the upper and lower wiring layers, an additional effect of preventing the occurrence of interlayer contact failure and increase in contact resistance can be obtained. It will be done.
第1図乃至第4図は、この発明の一実施例による多層配
線形成工程を示す基板断面図、第5図は、従来の多層配
線構造の一例を示す基板断面図、
第6図は、第1配線層の拡大断面図、
第7図は、配線抵抗測定用の比較試料のコンタ1
2
クト部配置を示す平面図、
第8図及び第9図は、比較試料I及びIIのコンタクト
部をそれぞれ示す断面図である。
10・・・半導体基板、12・・・不純物トープ領域、
14・・・下地絶縁膜、16・・・シリサイド層、18
A 、 18B・・・第1.第2のAj2又はAu合金
層、20・・・層間絶縁膜、w、、w2・・・第1.第
2配線層。1 to 4 are cross-sectional views of a substrate showing a multilayer wiring formation process according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view of a substrate showing an example of a conventional multilayer wiring structure, and FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a wiring layer, FIG. 7 is a plan view showing the contact part arrangement of a comparison sample for wiring resistance measurement, and FIGS. 8 and 9 are a plan view showing the contact part arrangement of comparative samples I and II. FIG. 10... Semiconductor substrate, 12... Impurity tope region,
14... Base insulating film, 16... Silicide layer, 18
A, 18B...1st. Second Aj2 or Au alloy layer, 20... interlayer insulating film, w,, w2... first. Second wiring layer.
Claims (1)
Al又はAl合金層及び第2のAl又はAl合金層を含
む配線層をそなえたことを特徴とする半導体装置。 2、多層配線構造を有する半導体装置において、該多層
配線構造は、 (a)第1の絶縁膜と、 (b)この第1の絶縁膜上に順次に積層されたシリサイ
ド層、第1のAl又はAl合金層及び第2のAl又はA
l合金層を含む第1の配線層と、(c)この第1の配線
層をおおって形成され、該第1の配線層の一部に対応し
たコンタクト孔を有する第2の絶縁膜と、 (d)この第2の絶縁膜上に形成され、前記コンタクト
孔を介して前記第1の配線層の一部にオーミック接触す
る第2の配線層と をそなえていることを特徴とする半導体装置。[Claims] 1. A semiconductor characterized by comprising a wiring layer including a silicide layer, a first Al or Al alloy layer, and a second Al or Al alloy layer, which are sequentially stacked on an insulating film. Device. 2. In a semiconductor device having a multilayer wiring structure, the multilayer wiring structure includes (a) a first insulating film, (b) a silicide layer and a first Al layer sequentially stacked on the first insulating film. or Al alloy layer and second Al or A
(c) a second insulating film formed to cover the first wiring layer and having a contact hole corresponding to a part of the first wiring layer; (d) a second wiring layer formed on the second insulating film and in ohmic contact with a part of the first wiring layer via the contact hole; .
Priority Applications (1)
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| JPH03239334A true JPH03239334A (en) | 1991-10-24 |
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