JPH0529253A - Wiring formation method - Google Patents

Wiring formation method

Info

Publication number
JPH0529253A
JPH0529253A JP3206120A JP20612091A JPH0529253A JP H0529253 A JPH0529253 A JP H0529253A JP 3206120 A JP3206120 A JP 3206120A JP 20612091 A JP20612091 A JP 20612091A JP H0529253 A JPH0529253 A JP H0529253A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
tin
contact hole
wafer
film
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
JP3206120A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Taguchi
充 田口
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP3206120A priority Critical patent/JPH0529253A/en
Publication of JPH0529253A publication Critical patent/JPH0529253A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バリヤメタル構造を有する高アスペクト比の
接続孔にAl系材料を均一に埋め込む。 【構成】 SiO2 層間絶縁膜3に開口されたコンタク
ト・ホール3aの内部をスパッタリング法等により薄い
Ti層4で被覆した後、たとえばジシクロペンタジエニ
ルチタニウムジアジドを原料物質とする光アシストLP
CVD法によりTiNx 層4を成膜する。このTiNx
層4は、スパッタリング法により形成されるものよりも
段差被覆性に優れ、コンタクト・ホール3aの内奥部に
も十分な厚さに形成される。この後、高温スパッタリン
グによりAl−1%Si層6を成膜すると、該Al−1
%Si層6はTiNx層4との界面反応によりコンタク
ト・ホール3aの内部へ引き込まれてゆき、最後には鬆
(す)を発生させることなくこれを均一に埋め込む。
(57) [Abstract] [Purpose] An Al-based material is uniformly embedded in a high-aspect-ratio contact hole having a barrier metal structure. The photo-assisted LP using, for example, dicyclopentadienyl titanium diazide as a raw material after the inside of the contact hole 3a opened in the SiO 2 interlayer insulating film 3 is covered with a thin Ti layer 4 by a sputtering method or the like.
The TiN x layer 4 is formed by the CVD method. This TiN x
The layer 4 has better step coverage than that formed by the sputtering method, and is formed to have a sufficient thickness even in the inner part of the contact hole 3a. After that, when the Al-1% Si layer 6 is formed by high temperature sputtering, the Al-1
The% Si layer 6 is drawn into the inside of the contact hole 3a due to the interfacial reaction with the TiN x layer 4, and is finally buried uniformly without generating a void.

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、半導体装置の製造等に
適用される配線形成方法に関し、特にバリヤメタル構造
を有するコンタクト部にアルミニウム(Al)系材料を
均一に埋め込む方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wiring forming method applied to the manufacture of semiconductor devices and the like, and more particularly to a method for uniformly burying an aluminum (Al) -based material in a contact portion having a barrier metal structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のVLSI,ULSI等にみられる
ように、半導体装置のデザイン・ルールが高度に縮小さ
れるに伴い、下層配線と上層配線の接続を図るために層
間絶縁膜に開口される接続孔の開口径も微細化し、アス
ペクト比が1を越えるようになってきている。上層配線
は一般にスパッタリング法によりAl系材料を被着させ
ることにより形成されているが、かかる高アスペクト比
を有する接続孔を埋め込むにはもはや十分な段差被覆性
(ステップ・カバレッジ)が達成されにくく、断線を生
ずる原因ともなっている。
2. Description of the Related Art As seen in recent VLSI, ULSI, etc., as the design rule of semiconductor devices is highly reduced, an opening is formed in an interlayer insulating film for connecting a lower layer wiring and an upper layer wiring. The opening diameter of the connection hole is also miniaturized, and the aspect ratio is becoming larger than 1. The upper layer wiring is generally formed by depositing an Al-based material by a sputtering method, but it is difficult to achieve sufficient step coverage (step coverage) to fill a connection hole having such a high aspect ratio. It is also a cause of disconnection.

【0003】そこで、段差被覆性の不足を改善するため
の対策として、近年、高温スパッタリング法が提案され
ている。これは、ウェハをヒータ・ブロック等を介して
数百℃に加熱しながらスパッタリングを行うものであ
る。この方法によれば、高温によるAl系材料層のリフ
ロー効果により段差被覆性を改善することができる。高
温スパッタリング法では、Al系材料層の下地としてチ
タン(Ti)層あるいは窒化チタン(TiNx )層を設
けた場合に、接続孔が良好に埋め込まれることが知られ
ている。これは、Ti層もしくはTiNx 層とAl系材
料層との間で界面反応が起こりながら埋め込みが進行す
るためであると説明されている。この過程については、
後述の実施例において図面を参照しながら説明するが、
要約すると以下のとおりである。膜成長の初期にウェハ
の平坦面上で成長したAl系材料層が接続孔のエッジ部
に迫り出し、この迫り出し部の先端はやがて融合して接
続孔を塞ぐ。接続孔の内部は空洞となるが、Al系材料
層は接続孔の内壁を被覆しているTi層もしくはTiN
x 層との間で界面反応を起こしながら徐々に内部へ引き
込まれて行き、最終的には接続孔が隙間なく埋め込まれ
るのである。
Therefore, a high temperature sputtering method has been proposed in recent years as a measure for improving the lack of step coverage. In this method, sputtering is performed while heating the wafer to several hundreds of degrees Celsius through a heater block or the like. According to this method, the step coverage can be improved by the reflow effect of the Al-based material layer due to the high temperature. It is known that in the high temperature sputtering method, when a titanium (Ti) layer or a titanium nitride (TiN x ) layer is provided as a base of the Al-based material layer, the connection hole is well filled. It is explained that this is because the filling proceeds while the interface reaction occurs between the Ti layer or the TiN x layer and the Al-based material layer. For this process,
In the examples described below, with reference to the drawings,
The summary is as follows. At the initial stage of film growth, the Al-based material layer grown on the flat surface of the wafer squeezes out to the edge portion of the connection hole, and the tip of this squeezed portion eventually fuses to close the connection hole. Although the inside of the connection hole is hollow, the Al-based material layer is a Ti layer or TiN coating the inner wall of the connection hole.
Interfacial reaction with the x- layer occurs, and it is gradually drawn into the inside, and finally the connection holes are filled without gaps.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の埋め込みの機構
から考えて、Ti層もしくはTiNx 層を下地とするA
lの高温スパッタリングは、かなり高いアスペクト比を
有する接続孔の埋め込みにも対応できる技術として期待
されている。しかし、これはあくまでもTi層,TiN
x 層等の下地が良好な段差被覆性をもって形成されてい
ることが前提となる。これらの下地は通常スパッタリン
グ法により形成されているが、接続孔のアスペクト比が
将来さらに増大した場合には下地の段差被覆性が劣化
し、このことがプロセスの実用性を制限する虞れが大き
い。この問題点を、図12を参照しながら説明する。
Considering the above-mentioned embedding mechanism, A having a Ti layer or a TiN x layer as an underlayer is used.
The high temperature sputtering of 1 is expected as a technology that can also be applied to the filling of connection holes having a considerably high aspect ratio. However, this is only Ti layer, TiN
It is premised that the underlayer such as the x layer is formed with good step coverage. These underlayers are usually formed by the sputtering method. However, if the aspect ratio of the connection hole is further increased in the future, the step coverage of the underlayer is deteriorated, and this is likely to limit the practicality of the process. .. This problem will be described with reference to FIG.

【0005】図12(a)は、予め不純物拡散領域32
が下層配線として形成された半導体基板31上に層間絶
縁膜33が形成され、該層間絶縁膜33に不純物拡散領
域32に臨むコンタクト・ホール33aが開口され、さ
らにウェハの全面がTi層34とTiNx 層35からな
る2層構造のバリヤメタルで被覆された状態を示してい
る。このようにバリヤメタルを2層構造としているの
は、低抵抗のオーミック・コンタクトをTi層34によ
り達成し、そのバリヤ性の不足をTiNx 層35で補う
ためである。
FIG. 12A shows the impurity diffusion region 32 in advance.
An interlayer insulating film 33 is formed on the semiconductor substrate 31 formed as a lower layer wiring, a contact hole 33a facing the impurity diffusion region 32 is opened in the interlayer insulating film 33, and the entire surface of the wafer is covered with the Ti layer 34 and TiN. It shows a state of being covered with a barrier metal having a two-layer structure composed of the x layer 35. The reason why the barrier metal has a two-layer structure is that the Ti layer 34 achieves a low resistance ohmic contact and the TiN x layer 35 compensates for the insufficient barrier property.

【0006】しかしながら、コンタクト・ホール33a
のアスペクト比が高くなると、上記バリヤメタルの段差
被覆性は顕著に劣化する。Ti層34は、元来薄くしか
形成されないために、コンタクト・ホール33aの底
部、および底部付近の側壁部では層厚が極めて薄くなっ
ている。一方のTiNx 層35は、Ti層34よりはや
や厚く形成されるが、コンタクト・ホール33aの開口
端付近においてオーバーハング部35aが先に形成され
てしまうため、コンタクト・ホール33aの内奥部では
極端に膜成長が阻害される。つまり、下地の成膜をスパ
ッタリング法のみに頼る限りは、アスペクト比の高いコ
ンタクト・ホール33aの内奥部にまで十分な量のTi
層34やTiNx 層35を形成することはできない。
However, the contact hole 33a
When the aspect ratio of the barrier metal becomes higher, the step coverage of the barrier metal deteriorates significantly. Since the Ti layer 34 is originally formed only thinly, the layer thickness is extremely thin at the bottom of the contact hole 33a and the side wall near the bottom. One of the TiN x layers 35 is formed to be slightly thicker than the Ti layer 34, but the overhang portion 35a is formed first near the opening end of the contact hole 33a, so that the inner deep portion of the contact hole 33a is formed. Then, film growth is extremely hindered. That is, as long as the underlying film is formed only by the sputtering method, a sufficient amount of Ti is reached to the inner depth of the contact hole 33a having a high aspect ratio.
The layer 34 and the TiN x layer 35 cannot be formed.

【0007】このような状態でAl系材料層36を高温
スパッタリング法により成膜したとしても、下地との界
面反応が進行しにくくなった時点でコンタクト・ホール
33aの埋め込みは停止してしまい、図12(b)に示
されるように、該コンタクト・ホール33aの底部には
鬆(す)37が残存してしまう。そこで本発明は、バリ
ヤメタルの段差被覆性を改善し、高温スパッタリング法
により鬆を発生させることなくAl系材料層で接続孔を
埋め込むことを可能とする方法を提供することを目的と
する。
Even if the Al-based material layer 36 is formed by the high temperature sputtering method in such a state, the filling of the contact hole 33a is stopped when the interface reaction with the base becomes difficult to proceed, As shown in FIG. 12 (b), a void 37 remains at the bottom of the contact hole 33a. Therefore, it is an object of the present invention to provide a method of improving the step coverage of a barrier metal and making it possible to fill a connection hole with an Al-based material layer by the high temperature sputtering method without generating voids.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の配線形成方法は
上述の目的を達成するために提案されるものであり、基
板上の絶縁膜に開口された接続孔の少なくとも底面およ
び側壁面にCVD法によりTiNx 層を成膜する工程
と、前記基板を加熱しながら少なくとも前記接続孔を充
填するごとくAl系材料層を成膜する工程とを有するこ
とを特徴とする。
The wiring forming method of the present invention is proposed in order to achieve the above-mentioned object, and CVD is formed on at least the bottom surface and side wall surface of the connection hole formed in the insulating film on the substrate. a step of forming the TiN x layer by law, characterized by a step of forming an Al-based material layer as to fill at least the connection hole while heating the substrate.

【0009】[0009]

【作用】本発明者は上述の目的を達成するために検討を
行った結果、TiNx 層を形成する方法として、スパッ
タリング法よりは段差被覆性に優れるCVD法を採用す
ることを考えた。CVD法によるTiNx 層の形成につ
いては、近年研究が端緒に着いたばかりであり、原料物
質も確立されているとは言い難い。しかし、たとえば月
刊セミコンダクターワールド1991年1月号,130
〜132ページ(プレスジャーナル社刊)には、原料物
質としてビスシクロペンタジエニルチタニウムジアジド
〔以下、Cp2 Ti(N3 2 と称する。〕を用いて光
アシストLPCVDを行うことにより、0.5μm径の
コンタクト・ホールを良好な段差被覆性をもってTiN
x 層で被覆した例が報告されている。
As a result of studies to achieve the above object, the present inventor considered that a CVD method, which is superior in step coverage than the sputtering method, was adopted as a method for forming the TiN x layer. Regarding the formation of the TiN x layer by the CVD method, research has just started in recent years, and it cannot be said that the raw material has been established. However, for example, Monthly Semiconductor World January 1991 issue, 130
On pages 132 to 132 (published by Press Journal), biscyclopentadienyl titanium diazide [hereinafter referred to as Cp 2 Ti (N 3 ) 2 is used as a raw material. ] By performing photo-assisted LPCVD with a TiN film having a good step coverage of 0.5 μm diameter contact holes.
An example of coating with x layers has been reported.

【0010】TiNx 層の段差被覆性が良好であれば、
その上にAl系材料層が成膜される際にも接続孔の開口
端から底部に至るまでTiNx 層とAl系材料層との界
面反応が円滑に進行し、接続孔を均一に埋め込むことが
可能となる。
If the step coverage of the TiN x layer is good,
Even when the Al-based material layer is formed thereon, the interface reaction between the TiN x layer and the Al-based material layer proceeds smoothly from the opening end to the bottom of the connection hole, so that the connection hole is uniformly filled. Is possible.

【0011】[0011]

【実施例】実施例1 本実施例は、Ti層/TiNx 層の2層構造を有するバ
リヤメタルのうち、TiNx 層をCp2 Ti(N3 2
を原料物質とする光アシストLPCVD法により成膜し
た後、高温スパッタリング法によりAl−1%Si層で
コンタクト・ホールを埋め込んだ例である。このプロセ
スを、図1ないし図5を参照しながら説明する。
EXAMPLE 1 In this example, of the barrier metal having a two-layer structure of Ti layer / TiN x layer, the TiN x layer was Cp 2 Ti (N 3 ) 2
In this example, a contact hole is filled with an Al-1% Si layer by a high temperature sputtering method after a film is formed by a photo-assisted LPCVD method using as a raw material. This process will be described with reference to FIGS.

【0012】まず、図1に示されるように、予め不純物
拡散領域2が形成されたシリコン基板1上にCVD法等
により層厚約0.8μmのSiO2 層間絶縁膜3が形成
され、該SiO2 層間絶縁膜3に上記不純物拡散領域2
に臨んで直径約0.4μmのコンタクト・ホール4が開
口されたウェハを用意し、その全面にTi層4およびT
iNx 層5を順次成膜した。
First, as shown in FIG. 1, an SiO 2 interlayer insulating film 3 having a layer thickness of about 0.8 μm is formed by a CVD method or the like on a silicon substrate 1 on which an impurity diffusion region 2 is formed in advance. 2 The above-mentioned impurity diffusion region 2 is formed in the interlayer insulating film 3.
A wafer having a contact hole 4 with a diameter of about 0.4 μm is prepared so that the Ti layer 4 and T
The iN x layer 5 was sequentially formed.

【0013】ここで、上記Ti層4は、一例としてAr
流量100SCCM,ガス圧0.47Pa(3.5mT
orr),DCスパッタ・パワー4kW,ウェハ加熱温
度約150℃の条件でスパッタリングを行うことによ
り、約0.03μmの厚さに形成した。また、上記Ti
x 層5は、減圧下で約150℃にて加熱昇華されたC
2 Ti(N3 2 の蒸気に紫外線ランプで光照射を行
いながら、約400℃の温度に保持されたウェハ上に約
0.07μmの厚さに成膜した。このとき、シクロペン
タジエニル(Cp)基は共鳴により安定化されているた
め、光励起により切断される結合はCp基とTi原子と
の間の結合である。この結果、気相中にはTiNx の構
成元素のみを含む化学種が生成し、該化学種が減圧下で
加熱されたウェハの表面で十分にマイグレーションを起
こすことにより、良好な段差被覆性をもってTiNx
5が成膜された。このTiNx 層5には炭素がほとんど
混入しておらず、膜質,バリヤ性共に良好であった。
Here, the Ti layer 4 is made of Ar as an example.
Flow rate 100SCCM, gas pressure 0.47Pa (3.5mT
orr), DC sputtering power 4 kW, and wafer heating temperature of about 150 ° C. Sputtering was performed to form a film having a thickness of about 0.03 μm. In addition, the above Ti
The N x layer 5 was C sublimated by heating at about 150 ° C. under reduced pressure.
A film of about 0.07 μm was formed on a wafer held at a temperature of about 400 ° C. while irradiating a vapor of p 2 Ti (N 3 ) 2 with an ultraviolet lamp. At this time, since the cyclopentadienyl (Cp) group is stabilized by resonance, the bond cleaved by photoexcitation is the bond between the Cp group and the Ti atom. As a result, a chemical species containing only the constituent elements of TiN x is generated in the vapor phase, and the chemical species sufficiently migrates on the surface of the wafer heated under reduced pressure, so that good step coverage is obtained. The TiN x layer 5 was deposited. Carbon was hardly mixed in the TiN x layer 5, and the film quality and the barrier property were good.

【0014】次に、一例としてAr流量100SCC
M,ガス圧0.47Pa(3.5mTorr),DCス
パッタ・パワー4.5kW,ウェハ加熱温度500℃の
条件で高温スパッタリングを行うことにより、Al−1
%Si層6を形成した。上記の条件では成膜速度が約
0.3μm/分となるが、このように成膜速度を比較的
低速とするのは、TiNx 層5とAl−1%Si層6と
の接触時間を長く確保して界面反応を十分に進行させる
ためである。
Next, as an example, Ar flow rate 100 SCC
Al, by performing high temperature sputtering under the conditions of M, gas pressure 0.47 Pa (3.5 mTorr), DC sputtering power 4.5 kW, and wafer heating temperature 500 ° C.
% Si layer 6 was formed. Under the above conditions, the film formation rate is about 0.3 μm / min. The reason why the film formation rate is relatively low is that the contact time between the TiN x layer 5 and the Al-1% Si layer 6 is This is for ensuring a long time and allowing the interfacial reaction to proceed sufficiently.

【0015】この過程では、Al−1%Si層6がまず
ウェハの平坦面上で成長を始め、図2に示されるように
コンタクト・ホール3aの開口端においてオーバーハン
グを形成する。このオーバーハングはやがて図3に示さ
れるように周囲から融合するが、Al−1%Si層6は
図4に示されるようにコンタクト・ホール3aの内壁部
に沿って下降を続け、最終的には図5に示されるように
コンタクト・ホール3aを均一に埋め込んだ。
In this process, the Al-1% Si layer 6 first starts to grow on the flat surface of the wafer and forms an overhang at the open end of the contact hole 3a as shown in FIG. This overhang eventually merges from the surroundings as shown in FIG. 3, but the Al-1% Si layer 6 continues to descend along the inner wall of the contact hole 3a as shown in FIG. Filled the contact hole 3a uniformly as shown in FIG.

【0016】なお、上記Al−1%Si層6の成膜条件
は上記の条件に限定されるものではなく、たとえばウェ
ハ加熱温度は470〜530℃程度、ガス圧は0.27
〜0.53Pa(2〜4mTorr)程度の範囲で適宜
設定することができる。DCスパッタ・パワーは成膜速
度が0.3μm/分程度となるように設定することが望
ましく、通常は5kW程度あるいはそれ以下である。R
Fバイアスはおおよそ200〜450V(13.56M
Hzの場合)の範囲で印加しても、あるいは印加しなく
ても良い。
The film formation conditions for the Al-1% Si layer 6 are not limited to the above conditions. For example, the wafer heating temperature is about 470 to 530 ° C. and the gas pressure is 0.27.
It can be appropriately set within a range of about 0.53 Pa (2 to 4 mTorr). The DC sputtering power is preferably set so that the film forming rate is about 0.3 μm / minute, and is usually about 5 kW or less. R
F bias is approximately 200-450V (13.56M
(In the case of Hz), or may not be applied.

【0017】実施例2 本実施例は、チタン・シリサイド(TiSi2 )層に臨
んで開口されたコンタクト・ホールをCp2 Ti
(N3 2 を原料物質とする光アシストLPCVD法に
より成膜されるTiNx 層で被覆した後、高温スパッタ
リング法によりコンタクト・ホールをAl層で埋め込ん
だ例である。このプロセスを、図6ないし図11を参照
しながら説明する。
Embodiment 2 In this embodiment, a contact hole opened to face a titanium silicide (TiSi 2 ) layer is formed by Cp 2 Ti.
This is an example in which a contact hole is filled with an Al layer by a high temperature sputtering method after being covered with a TiN x layer formed by a photo-assisted LPCVD method using (N 3 ) 2 as a raw material. This process will be described with reference to FIGS.

【0018】まず、図6に示されるように、シリコン基
板11上にたとえばLOCOS法によりフィールド酸化
膜12を形成し、該フィールド酸化膜12により規定さ
れる素子形成領域にゲート絶縁膜13を介してDOPO
S等からなるゲート電極14を形成した。次に、上記ゲ
ート電極14をマスクとしてソース/ドレイン領域15
を形成するための1回目のイオン注入を行った後、CV
D法およびRIE等により常法にしたがって酸化シリコ
ン等からなるサイドウォール16を形成した。
First, as shown in FIG. 6, a field oxide film 12 is formed on a silicon substrate 11 by, for example, the LOCOS method, and an element formation region defined by the field oxide film 12 is provided with a gate insulating film 13 interposed therebetween. DOPO
The gate electrode 14 made of S or the like was formed. Next, using the gate electrode 14 as a mask, the source / drain regions 15 are formed.
CV after the first ion implantation for forming
The side wall 16 made of silicon oxide or the like was formed by a conventional method such as D method and RIE.

【0019】さらに、素子形成領域の表面に存在する自
然酸化膜を希フッ酸で除去した後、たとえば熱酸化によ
り素子形成領域およびゲート電極14上にそれぞれ50
Å厚のSiO2 層17,18を形成した。ここで自然酸
化膜を予め除去しているのは、素子形成領域上における
SiO2 層17の厚さを均一とするためである。またS
iO2 層17,18は、上述のように基体の表面酸化に
より形成するのではなく、たとえば基体の全面に多結晶
シリコン層を被着形成した後に熱酸化を行って一旦厚い
SiO2 層を形成し、続いて希フッ酸でエッチングを行
ってその層厚を所望の厚さに減ずることにより形成して
も良い。
Further, after removing the natural oxide film existing on the surface of the element forming region with dilute hydrofluoric acid, 50 are respectively formed on the element forming region and the gate electrode 14 by thermal oxidation, for example.
Å thick SiO 2 layers 17 and 18 were formed. Here, the natural oxide film is removed in advance in order to make the thickness of the SiO 2 layer 17 on the element formation region uniform. Also S
The iO 2 layers 17 and 18 are not formed by surface oxidation of the substrate as described above, but, for example, a polycrystalline silicon layer is deposited on the entire surface of the substrate and then thermally oxidized to form a thick SiO 2 layer. Alternatively, it may be formed by subsequently performing etching with dilute hydrofluoric acid to reduce the layer thickness to a desired thickness.

【0020】さらに、前記ゲート電極14およびサイド
ウォール16とをマスクとし、前記ソース/ドレイン領
域15の一部において不純物濃度を高めるための2回目
のイオン注入を前記SiO2 層17を介して行った。こ
のようにして、LDD構造が達成される。このとき、ゲ
ート電極14上のSiO2層18は、注入イオンによる
チャネリングの防止層としても機能する。
Further, using the gate electrode 14 and the sidewall 16 as a mask, a second ion implantation for increasing the impurity concentration in a part of the source / drain region 15 was performed through the SiO 2 layer 17. .. In this way, the LDD structure is achieved. At this time, the SiO 2 layer 18 on the gate electrode 14 also functions as a layer for preventing channeling due to implanted ions.

【0021】次に、一例としてアルゴン流量100SC
CM,ガス圧0.47Pa(3.5mTorr),DC
スパッタ・パワー4kW,ウェハ加熱温度温度300℃
の条件でTiのスパッタリングを行い、図7に示される
ように、基体の全面にTi層19を約0.03μmの厚
さに形成した。
Next, as an example, an argon flow rate of 100 SC
CM, gas pressure 0.47Pa (3.5mTorr), DC
Sputtering power 4kW, Wafer heating temperature 300 ℃
Then, Ti was sputtered under the above conditions, and as shown in FIG. 7, a Ti layer 19 was formed to a thickness of about 0.03 μm on the entire surface of the substrate.

【0022】次に、図7に示されるウェハに対してAr
雰囲気中,650℃,30秒間のランプ・アニールを行
い、上記Ti層19の一部とシリコン基板11(正確に
はソース/ドレイン領域15)およびゲート電極14と
をそれぞれ上記SiO2 層17,18を介して反応さ
せ、それぞれTiSi層(図示せず。)を形成した。続
いて、ウェハをたとえばH2 2 :NH4 OH:H2
=2:1:2(モル比)の混合溶液に10分間浸漬する
ことにより、上記Ti層19の未反応部分を選択的にエ
ッチング除去した。
Next, Ar is applied to the wafer shown in FIG.
Lamp annealing is performed at 650 ° C. for 30 seconds in an atmosphere, and a part of the Ti layer 19, the silicon substrate 11 (accurately, the source / drain region 15) and the gate electrode 14 are respectively subjected to the SiO 2 layers 17 and 18. To form TiSi layers (not shown). Subsequently, the wafer is, for example, H 2 O 2 : NH 4 OH: H 2 O.
= 2: 1: 2 (molar ratio) was immersed in the mixed solution for 10 minutes to selectively remove the unreacted portion of the Ti layer 19 by etching.

【0023】さらに、N2 雰囲気中,900℃,30秒
間のランプ・アニールを行って上記TiSi層とシリコ
ン基板11およびゲート電極14とをさらに反応させ、
図8に示されるように、それぞれTiSi2 層17a,
18aを形成した。ここで、上述のようにシリサイド化
のためのランプ・アニールを2段階に分けて行っている
のは、TiSi2 層17a,18aを素子形成領域およ
びゲート電極上に選択性良く形成させるためである。最
初から900℃付近でシリサイド化を行うと、フィール
ド酸化膜12やサイドウォール16の上にまでTiSi
2 層7a,8aが延在して形成され、ゲート電極14と
ソース/ドレイン領域15との間のリーク電流を増大さ
せる虞れが大きい。
Further, lamp annealing is performed at 900 ° C. for 30 seconds in an N 2 atmosphere to further react the TiSi layer with the silicon substrate 11 and the gate electrode 14.
As shown in FIG. 8, the TiSi 2 layer 17a,
18a was formed. Here, the reason why the lamp annealing for silicidation is performed in two steps as described above is to form the TiSi 2 layers 17a and 18a on the element formation region and the gate electrode with good selectivity. .. If silicidation is performed near 900 ° C. from the beginning, TiSi is even deposited on the field oxide film 12 and the sidewalls 16.
Since the two layers 7a and 8a are formed to extend, there is a high possibility that the leak current between the gate electrode 14 and the source / drain regions 15 will increase.

【0024】なお、上述のSiO2 層17,18の形成
からTiSi2 層17a,18aの形成に至る一連のプ
ロセスは、本願出願人が先に特開平3−38823号公
報において提案し、また月刊セミコンダクターワールド
1991年6月号,44〜48ページ(プレスジャーナ
ル社刊)にも紹介されているものである。このプロセス
に関しては、シリサイド化反応が酸化物層を介して行わ
れることから、SITOX(=silicidatio
n through oxide)という呼称が提唱さ
れている。従来の一般的なサリサイド(SALICID
E=selfaligned silicide)法に
比べ、TiSi2 層を素子形成領域にのみ選択的に形成
することができるので、接合リーク特性に優れたMOS
トランジスタを作成できる。また、成膜時のシリサイド
化反応速度が小さいため、膜質も極めて緻密かつ均一で
あり高いバリヤ性が得られる他、高温アニールを経ても
シート抵抗が低く保たれるという特長を有している。
A series of processes from the above-mentioned formation of the SiO 2 layers 17 and 18 to the formation of the TiSi 2 layers 17a and 18a was first proposed by the applicant of the present application in Japanese Patent Laid-Open No. 3-38823 and published monthly. It is also introduced in the June 1991 issue of Semiconductor World, pages 44-48 (published by Press Journal). With respect to this process, since the silicidation reaction is performed through the oxide layer, the SITO X (= silicidatio)
The name "n through oxide" has been proposed. Conventional general salicide (SALICID
Since the TiSi 2 layer can be selectively formed only in the element formation region as compared with the E = selfaligned silicide) method, a MOS having excellent junction leakage characteristics can be obtained.
You can create transistors. Further, since the silicidation reaction rate at the time of film formation is small, the film quality is extremely dense and uniform, and high barrier property is obtained, and further, the sheet resistance is kept low even after high temperature annealing.

【0025】次に、図9に示されるように、ウェハの全
面にたとえばCVD法によりSiO2 層間絶縁膜20を
形成し、続いて該SiO2 層間絶縁膜20をパターニン
グしてソース/ドレイン領域15上のTiSi2 層17
aに臨む直径約0.4μmのコンタクト・ホール20a
を開口した。さらに、実施例1と同じ条件で光アシスト
CVDを行うことにより、ウェハの全面に厚さ約0.0
7μmのTiNx 層21を成膜した。上記TiNx 層2
1の段差被覆性は極めて良好であった。
Next, as shown in FIG. 9, an SiO 2 interlayer insulating film 20 is formed on the entire surface of the wafer by, for example, the CVD method, and then the SiO 2 interlayer insulating film 20 is patterned to form the source / drain regions 15. Top TiSi 2 layer 17
Contact hole 20a with a diameter of about 0.4 μm facing a
Opened. Further, by performing photo-assisted CVD under the same conditions as in Example 1, a thickness of about 0.0 is formed on the entire surface of the wafer.
A 7 μm TiN x layer 21 was formed. The TiN x layer 2
The step coverage of No. 1 was extremely good.

【0026】なお、本実施例のようにコンタクト・ホー
ル20aの下地がTiSi2 層17aである場合には、
該TiSi2 層17により十分に低いシート抵抗と高い
バリヤ性とが達成されるため、TiNx 層21の下地と
して実施例1のようにTi層を設ける必要はない。
When the underlying layer of the contact hole 20a is the TiSi 2 layer 17a as in this embodiment,
Since the TiSi 2 layer 17 achieves a sufficiently low sheet resistance and a high barrier property, it is not necessary to provide a Ti layer as a base of the TiN x layer 21 as in Example 1.

【0027】次に、実施例1と同様の条件で高温スパッ
タリングを行い、ウェハの全面にAl層22を成膜し
た。このとき、下地となるTiNx 層21がコンタクト
・ホール20aの内壁部を良好に被覆しているため、図
10に示されるようにコンタクト・ホール20aの埋め
込みはAl膜22とTiNx層21との間の界面反応に
より円滑に進行した。最終的には、図11に示されるよ
うに、コンタクト・ホール20aは均一にAl膜22で
埋め込まれた。
Next, high temperature sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 to form an Al layer 22 on the entire surface of the wafer. At this time, since the underlying TiN x layer 21 satisfactorily covers the inner wall portion of the contact hole 20a, the contact hole 20a is filled with the Al film 22 and the TiN x layer 21 as shown in FIG. The reaction proceeded smoothly due to the interfacial reaction between. Finally, as shown in FIG. 11, the contact hole 20a was uniformly filled with the Al film 22.

【0028】なお、本実施例ではコンタクト・ホール2
0aの埋め込みに純Alを使用したが、これはSITO
X法により形成された極めてバリヤ性に優れるTiSi
2 層17aを下地とすることにより得られるメリットで
ある。従来、半導体装置の配線材料としては、Al−1
%Si合金が広く使用されてきた。これは、Al中へ予
めSiを固溶限界まで含有させておくことで、下地のシ
リコン基板へのAlの固溶を防止するという考え方にも
とづいている。しかし、半導体装置の製造工程において
種々の熱処理を経た場合に、Siが偏析してコンタクト
抵抗の上昇や接続不良の発生を招く虞れが大きく、コン
タクト・ホールの直径の縮小に伴って深刻な問題となる
ことが懸念されていた。しかし、本実施例のように純A
lを使用することができれば、このような問題は生じな
いわけである。
In this embodiment, the contact hole 2
Pure Al was used for embedding 0a, but this is SITO.
TiSi formed by the X method and having excellent barrier properties
This is an advantage obtained by using the two layers 17a as a base. Conventionally, Al-1 has been used as a wiring material for semiconductor devices.
% Si alloys have been widely used. This is based on the idea that the solid solution of Al to the underlying silicon substrate is prevented by preliminarily containing Si up to the solid solution limit in Al. However, when various heat treatments are performed in the manufacturing process of a semiconductor device, there is a great possibility that Si may be segregated to cause an increase in contact resistance or occurrence of connection failure, which is a serious problem as the diameter of the contact hole is reduced. It was feared that However, as in this example, pure A
If l can be used, such a problem does not occur.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば高アスペクト比を有する接続孔にもAl
系材料層を均一に埋め込むことができ、低抵抗で信頼性
の高い配線を形成することが可能となる。したがって、
本発明は微細なデザイン・ルールにもとづき設計され高
集積度および高性能を有する半導体装置の製造に極めて
好適である。
As is apparent from the above description, when the present invention is applied, Al is used even in a connection hole having a high aspect ratio.
The system material layer can be uniformly embedded, and a wiring with low resistance and high reliability can be formed. Therefore,
The present invention is extremely suitable for manufacturing a semiconductor device which is designed based on a fine design rule and has a high degree of integration and high performance.

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

【図1】 本発明を2層構造のバリヤメタルを有する配
線の形成に適用したプロセス例において、コンタクト・
ホールを有するウェハの全面にスパッタリング法により
Ti層が、また光アシストLPCVD法によりTiNx
層が順次成膜された状態を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a process of applying a contact
A Ti layer is formed on the entire surface of the wafer having holes by a sputtering method, and TiN x is formed by a photo-assisted LPCVD method.
It is a schematic sectional drawing which shows the state in which layers were sequentially formed.

【図2】 図1に示されるウェハ上にAl−1%Si層
が成長する初期状態を示す概略断面図である。
2 is a schematic cross-sectional view showing an initial state in which an Al-1% Si layer grows on the wafer shown in FIG.

【図3】 Al−1%Si層の成長がさらに進んだ状態
を示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the growth of the Al-1% Si layer has further advanced.

【図4】 Al−1%Si層がさらにコンタクト・ホー
ルの内部まで引き込まれた状態を示す概略断面図であ
る。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an Al-1% Si layer is further drawn inside the contact hole.

【図5】 コンタクト・ホールがAl−1%Si層で完
全に埋め込まれた状態を示す概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a contact hole is completely filled with an Al-1% Si layer.

【図6】 本発明をTiSi2 層により低抵抗化された
MOSトランジスタの配線形成に適用したプロセス例に
おいて、素子形成領域上およびゲート電極上にSiO2
層が形成された状態を示す概略断面図である。
FIG. 6 is a view showing an example of a process in which the present invention is applied to the wiring formation of a MOS transistor whose resistance is reduced by a TiSi 2 layer, in which SiO 2 is formed on the element formation region and the gate electrode.
It is a schematic sectional drawing which shows the state in which the layer was formed.

【図7】 図6に示されるウェハの全面にTi層が形成
された状態を示す概略断面図である。
7 is a schematic cross-sectional view showing a state where a Ti layer is formed on the entire surface of the wafer shown in FIG.

【図8】 シリサイド化反応によりソース・ドレイン領
域上とゲート電極上に選択的にTiSi2 層が形成され
た状態を示す概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a TiSi 2 layer is selectively formed on a source / drain region and a gate electrode by a silicidation reaction.

【図9】 層間絶縁膜のパターニングによりTiSi2
層に臨むコンタクト・ホールが開口され、ウェハの全面
にCVD法によりTiNx 層が形成された状態を示す概
略断面図である。
FIG. 9: TiSi 2 is formed by patterning the interlayer insulating film.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a contact hole facing the layer is opened and a TiN x layer is formed on the entire surface of the wafer by a CVD method.

【図10】 ウェハの全面にAl層が成膜される途中状
態を示す概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an Al layer is being formed on the entire surface of a wafer.

【図11】 コンタクト・ホールがAl層で完全に埋め
込まれた状態を示す概略断面図である。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a contact hole is completely filled with an Al layer.

【図12】 従来のコンタクト・ホールの埋め込みにお
ける問題点を説明するための概略断面図であり、(a)
はTiNx 層の段差被覆性が劣化した状態、(b)はコ
ンタクト・ホールがAl系材料層で完全に埋め込まれ
ず、鬆が発生した状態をそれぞれ表す。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining a problem in embedding a conventional contact hole, FIG.
Indicates a state in which the step coverage of the TiN x layer is deteriorated, and (b) indicates a state in which the contact hole is not completely filled with the Al-based material layer and a void is generated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11 ・・・シリコン基板 2 ・・・不純物拡散領域 3,20 ・・・SiO2 層間絶縁膜 3a,20a・・・コンタクト・ホール 4 ・・・Ti層 5,21 ・・・TiNx 層 6 ・・・Al−1%Si層 15 ・・・ソース/ドレイン領域 17a ・・・TiSi2 層 22 ・・・Al層1, 11 ・ ・ ・ Silicon substrate 2 ・ ・ ・ Impurity diffusion region 3, 20 ・ ・ ・ SiO 2 interlayer insulating film 3a, 20a ・ ・ ・ Contact hole 4 ・ ・ ・ Ti layer 5, 21 ・ ・ ・ TiN x layer 6 ··· Al-1% Si layer 15 ... source / drain regions 17a ... TiSi 2 layer 22 ... Al layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 基板上の絶縁膜に開口された接続孔の少
なくとも底面および側壁面にCVD法により窒化チタン
層を成膜する工程と、 前記基板を加熱しながら少なくとも前記接続孔を充填す
るごとくアルミニウム系材料層を成膜する工程とを有す
ることを特徴とする配線形成方法。
Claim: What is claimed is: 1. A step of depositing a titanium nitride layer on at least a bottom surface and a side wall surface of a connection hole opened in an insulating film on a substrate by a CVD method, and at least heating the substrate while heating the substrate. And a step of forming an aluminum-based material layer so as to fill the connection hole.
JP3206120A 1991-07-24 1991-07-24 Wiring formation method Pending JPH0529253A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3206120A JPH0529253A (en) 1991-07-24 1991-07-24 Wiring formation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3206120A JPH0529253A (en) 1991-07-24 1991-07-24 Wiring formation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0529253A true JPH0529253A (en) 1993-02-05

Family

ID=16518128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3206120A Pending JPH0529253A (en) 1991-07-24 1991-07-24 Wiring formation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0529253A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0594969A (en) * 1991-10-01 1993-04-16 Sharp Corp Method for manufacturing semiconductor device
JP2001524754A (en) * 1997-11-26 2001-12-04 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド New hole filling technology using CVD aluminum and PVD aluminum integration
JP2023005533A (en) * 2021-06-29 2023-01-18 富士電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63174319A (en) * 1987-01-14 1988-07-18 Hitachi Ltd Manufacturing method of semiconductor device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63174319A (en) * 1987-01-14 1988-07-18 Hitachi Ltd Manufacturing method of semiconductor device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0594969A (en) * 1991-10-01 1993-04-16 Sharp Corp Method for manufacturing semiconductor device
JP2001524754A (en) * 1997-11-26 2001-12-04 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド New hole filling technology using CVD aluminum and PVD aluminum integration
JP2023005533A (en) * 2021-06-29 2023-01-18 富士電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US12550693B2 (en) 2021-06-29 2026-02-10 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5397744A (en) Aluminum metallization method
JPH0529254A (en) Wiring formation method
JP3625652B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP3201061B2 (en) Manufacturing method of wiring structure
JP2000188333A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6022798A (en) Method of forming an interconnect using thin films of Ti and TiN
JPH07254574A (en) Electrode forming method
JP3208599B2 (en) Connection hole filling method
JP3252397B2 (en) Wiring formation method
JPH0529253A (en) Wiring formation method
JP3211374B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JPH0888224A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3360835B2 (en) Wiring formation method
JPH11274287A (en) Method of forming element isolation region
JP2733396B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3201318B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH05144951A (en) Wiring formation method
JP3451634B2 (en) Metal material deposition method
JPH053170A (en) Blanket tungsten plug formation method
JPH11330365A (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JPH0562929A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH10125623A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH06196439A (en) Contact hole and method of forming the same
JPH053171A (en) Method of forming tungsten plug
JPH09246522A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19971028