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JPH04264720A - Formation of wiring - Google Patents

Formation of wiring

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Publication number
JPH04264720A
JPH04264720A JP4542191A JP4542191A JPH04264720A JP H04264720 A JPH04264720 A JP H04264720A JP 4542191 A JP4542191 A JP 4542191A JP 4542191 A JP4542191 A JP 4542191A JP H04264720 A JPH04264720 A JP H04264720A
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JP
Japan
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layer
material layer
based material
substrate
tisi2
Prior art date
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Application number
JP4542191A
Other languages
Japanese (ja)
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JP3360835B2 (en
Inventor
Hirobumi Sumi
博文 角
Yukiyasu Sugano
菅野 幸保
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Priority to KR1019920002340A priority patent/KR100214036B1/en
Publication of JPH04264720A publication Critical patent/JPH04264720A/en
Priority to US08/283,255 priority patent/US5397744A/en
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form a contact part of low resistance, and good barrier properties and step coating properties by burying an Al material uniformly in a connection hole having a barrier metal structure. CONSTITUTION:A TiSi2 layer 7a is formed on a surface of a source/drain region 5 of an MOS transistor, and an inner wall part of a contact hole 11 which is shaped facing the region is coated with a second Ti layer 12. The TiSi2 layer 7a is formed selfmatchingly by reacting the silicon substrate 11 with a first Ti layer (not illustrated) through a deliberately formed SiO2 layer (not illustrated) and shows low sheet resistance and good barrier properties. The second Ti layer 12 slows high wettability to an Al material and has a prevention effect of stress migration. The contact hole 11 can uniformly be buried without generating whiskers by an Al-1% Si layer 13.

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系材料層を均一に
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 more particularly to a method of uniformly embedding an aluminum material layer 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アルミニウム(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。
[Background Art] As the design rules of semiconductor devices are highly reduced as seen in recent VLSI, ULSI, etc., openings are made in interlayer insulating films to connect lower layer wiring and upper layer wiring. The opening diameter of the connection hole has also become finer, and the aspect ratio has come to exceed 1. Upper layer wiring is generally made of aluminum (Al) by sputtering method.
However, it is difficult to achieve sufficient step coverage to fill a contact hole with such a high aspect ratio, and this can lead to wire breakage.

【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、高温バイアス・スパッタリング法
が提案されている。この技術は、たとえば月刊セミコン
ダクター・ワールド1989年12月号186〜188
ページ(プレスジャーナル社刊)にも紹介されているよ
うに、ウェハをヒータ・ブロック等を介して数百℃に加
熱し、かつ該ヒータ・ブロックを介してRFバイアスを
印加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のリフロー効果とバイアス
印加によるイオン衝撃とにより段差被覆性を改善し、平
坦な表面を有するAl系材料層を形成することができる
。上記論文には、Al系材料層の下地としてTi層を設
けた場合に、該Ti層がAl原子の表面移動(マイグレ
ーション)に寄与して優れた段差被覆性が達成されるこ
とが報告されている。
[0003] Therefore, as a measure to improve the lack of step coverage, a high temperature bias sputtering method has been proposed in recent years. This technology is described in, for example, Monthly Semiconductor World, December 1989 issue 186-188.
As introduced in Page (published by Press Journal), a method in which the wafer is heated to several hundred degrees Celsius via a heater block, etc., and sputtering is performed while applying an RF bias via the heater block. It is. According to this method, the step coverage is improved by the reflow effect of Al due to high temperature and the ion bombardment due to bias application, and an Al-based material layer having a flat surface can be formed. The above paper reports that when a Ti layer is provided as a base for an Al-based material layer, the Ti layer contributes to surface migration of Al atoms and achieves excellent step coverage. There is.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記Al系
材料層の下地として設けられるTi層は、言うまでもな
くバリヤメタルとしての機能を期待されているものであ
る。しかし、Ti層は低抵抗のオーミック・コンタクト
を達成する観点からは優れたコンタクト材料であるもの
の、単独ではバリアメタルとしての機能を十分に果たし
得ない。シリコン(Si)基板とAl系材料層との間に
Ti層が単独で介在されていても、SiとTiの反応,
およびTiとAlの反応の両方が進行するために、Si
基板へのAlスパイクの発生が防止できないからである
。そこで通常は、Ti層の上にさらにたとえばTiN層
を積層した2層構造のバリヤメタル(Ti/TiN系)
が採用されている。さらに近年では、上記TiN層の成
膜時に酸素を導入してTiON層とした2層構造のバリ
ヤメタル(Ti/TiON系)も提案されている。 これは、TiNの粒界に酸素を偏析させることにより、
Alの粒界拡散の防止効果を一層高めることを意図した
ものである。
By the way, it goes without saying that the Ti layer provided as a base for the Al-based material layer is expected to function as a barrier metal. However, although the Ti layer is an excellent contact material from the viewpoint of achieving a low-resistance ohmic contact, it cannot function as a barrier metal sufficiently by itself. Even if a single Ti layer is interposed between the silicon (Si) substrate and the Al-based material layer, the reaction between Si and Ti,
Since both the reactions of Ti and Al proceed, Si
This is because the occurrence of Al spikes on the substrate cannot be prevented. Therefore, a barrier metal with a two-layer structure (Ti/TiN system), in which a TiN layer is further laminated on the Ti layer, is usually used.
has been adopted. Furthermore, in recent years, a two-layer structure barrier metal (Ti/TiON type) has been proposed in which oxygen is introduced during the formation of the TiN layer to form a TiON layer. This is achieved by segregating oxygen at the grain boundaries of TiN.
This is intended to further enhance the effect of preventing grain boundary diffusion of Al.

【0005】ところが、コンタクト部に予めTi/Ti
ON系のバリヤメタルが形成されている場合、Al系材
料層を高温バイアス・スパッタリング法により被着形成
しようとすると、接続孔の均一な埋め込みが困難となる
ことが問題化してきた。たとえば、図7に示されるよう
に、予め不純物拡散領域22が形成されてなるシリコン
基板21上に、該不純物拡散領域22に臨む接続孔24
を有する層間絶縁膜23が積層され、さらに少なくとも
該接続孔24を覆ってTi層25とTiON層26とが
バリヤメタルとして順次積層されてなるウェハを考える
。このウェハについて、高温バイアス・スパッタリング
法によりたとえばAl系材料層27を被着形成しようと
しても、接続孔24を均一に埋め込むことができず、鬆
(す)28が発生し易い。これは、高温バイアス・スパ
ッタリングの過程におけるAlが固体と液体の中間的な
状態にあって下地の表面モホロジーに極めて敏感である
ことによる。すなわち、TiON層26は柱状結晶構造
を有し、しかもその結晶の長手方向が膜面にほぼ垂直に
配向しているため表面モホロジーが粗く、Al系材料に
対する濡れ性および反応性に劣るのである。
However, Ti/Ti is added to the contact portion in advance.
When an ON-based barrier metal is formed and an Al-based material layer is deposited by high-temperature bias sputtering, a problem has arisen in that it becomes difficult to uniformly fill contact holes. For example, as shown in FIG. 7, a connection hole 24 facing the impurity diffusion region 22 is formed on a silicon substrate 21 on which an impurity diffusion region 22 has been formed in advance.
Consider a wafer in which an interlayer insulating film 23 is laminated, and a Ti layer 25 and a TiON layer 26 are sequentially laminated as barrier metals to cover at least the connection hole 24. Even if an attempt is made to deposit, for example, an Al-based material layer 27 on this wafer by high-temperature bias sputtering, the connection holes 24 cannot be uniformly filled, and holes 28 are likely to occur. This is because Al during the high temperature bias sputtering process is in a state intermediate between solid and liquid and is extremely sensitive to the underlying surface morphology. That is, the TiON layer 26 has a columnar crystal structure, and the longitudinal direction of the crystal is oriented almost perpendicular to the film surface, so the surface morphology is rough and the wettability and reactivity with Al-based materials are poor.

【0006】そこで本発明者らは、Al系材料に対する
良好な濡れ性および反応性が既に実証されているTi層
を上記TiON層26の上にさらに積層し、バリヤメタ
ルをTi/TiON/Ti系の3層構造とすることも試
みた。しかし、新たに積層されたTi層によっても表面
モホロジーは十分に改善されず、やはりAl系材料によ
り接続孔24を均一に再現性良く埋め込むには至らなか
った。
Therefore, the present inventors further laminated a Ti layer, which has already been demonstrated to have good wettability and reactivity with Al-based materials, on the TiON layer 26, and formed a barrier metal of Ti/TiON/Ti-based material. We also tried a three-layer structure. However, the surface morphology was not sufficiently improved by the newly laminated Ti layer, and the connection holes 24 were still not filled with the Al-based material uniformly and with good reproducibility.

【0007】このように、従来の技術では低抵抗性、高
いバリヤ性、優れた段差被覆性を同時に満足し得るコン
タクト形成を行うことが困難である。そこで本発明は、
これらの要求を同時に満足し得る配線形成方法を提供す
ることを目的とする。
[0007] As described above, with the conventional techniques, it is difficult to form a contact that can simultaneously satisfy low resistance, high barrier properties, and excellent step coverage. Therefore, the present invention
It is an object of the present invention to provide a wiring forming method that can simultaneously satisfy these requirements.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる配線形成
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、シリコン系基板上にシリコン化合物層と第1のチ
タン系材料層とが順次形成されてなる基体に対して不活
性ガス雰囲気中で熱処理を行うことによりチタン・シリ
サイド系材料層を形成する工程と、前記基体上に層間絶
縁膜を形成し前記チタン・シリサイド系材料層に臨んで
接続孔を開口する工程と、少なくとも前記接続孔の底面
および側壁部を第2のチタン系材料層で被覆する工程と
、少なくとも前記接続孔を充填するごとくアルミニウム
系材料層を形成する工程とを有することを特徴とするも
のである。
[Means for Solving the Problems] A wiring forming method according to the present invention is proposed to achieve the above-mentioned object, and comprises forming a silicon compound layer and a first titanium-based material layer on a silicon-based substrate. A step of forming a titanium/silicide based material layer by performing heat treatment in an inert gas atmosphere on a base material on which are sequentially formed, and forming an interlayer insulating film on the base body to form a titanium/silicide based material layer a step of opening a connection hole facing the connection hole, a step of covering at least the bottom surface and side wall portion of the connection hole with a second titanium-based material layer, and a step of forming an aluminum-based material layer so as to fill at least the connection hole. It is characterized by having the following.

【0009】[0009]

【作用】本発明者らは、バリヤ性をTiON層に求める
限りはAl系材料層による均一な接続孔の埋め込みは困
難であると考え、本願出願人が先に特開平2−2606
30号公報において提案した方法により形成されるTi
Si2 層に着目した。上記公報に開示される方法は、
コンタクト抵抗,拡散層抵抗等の低下を目的として形成
される従来の一般的なサリサイド(SALICIDE=
self  aligned  silicide)の
形成プロセスを改良したものである。すなわち、従来の
ようにシリコン系基板上に直接にTi層を積層して熱処
理を行うのではなく、まずシリコン基板上の自然酸化膜
を除去した後、シリコン化合物層を改めて形成し、さら
にTi層を積層してから不活性ガス雰囲気中で熱処理を
行うことによりシリサイド化を行うのである。特に、上
記シリコン化合物層として熱酸化等により形成される酸
化シリコン層を使用するプロセスについては、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、本願出
願人はSITOX(=silicidation  t
hrough  oxide)という呼称を提唱してい
る。この方法により形成されるTiSi2 層は、フィ
ールド酸化膜上、もしくはMOSトランジスタにおいて
LDD構造を達成するためにゲート電極側壁部に形成さ
れるサイドウォール上へ這い上がることなく素子形成領
域にのみ選択的に存在するので、ソース/ドレイン領域
とゲート電極との間でリークを発生させる虞れがない。 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を発揮する他
、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。
[Operation] The present inventors believed that it would be difficult to uniformly fill the connection hole with an Al-based material layer as long as barrier properties were required for the TiON layer, and the applicant of the present application first published a document in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-2609
Ti formed by the method proposed in Publication No. 30
We focused on the Si2 layer. The method disclosed in the above publication is
Conventional general salicide (SALICIDE) formed for the purpose of reducing contact resistance, diffusion layer resistance, etc.
This is an improved process for forming self-aligned silicide. That is, instead of stacking a Ti layer directly on a silicon-based substrate and performing heat treatment as in the past, the natural oxide film on the silicon substrate is first removed, a silicon compound layer is formed again, and then a Ti layer is layered. After laminating the layers, silicidation is performed by heat treatment in an inert gas atmosphere. In particular, in the process of using a silicon oxide layer formed by thermal oxidation etc. as the silicon compound layer, the silicidation reaction is carried out through the oxide layer, so the applicant of the present application
proposed the name ``rough oxide''. The TiSi2 layer formed by this method does not creep up onto the field oxide film or onto the sidewalls formed on the sidewalls of the gate electrode to achieve an LDD structure in a MOS transistor, but selectively only in the element formation region. Therefore, there is no risk of leakage occurring between the source/drain region and the gate electrode. Furthermore, since the silicidation reaction rate during film formation is low, the film quality is extremely dense and uniform, exhibiting high barrier properties, and has the feature of maintaining low sheet resistance even after high-temperature annealing.

【0010】以上の説明からも明らかなように、上述の
方法により形成されたTiSi2 は、十分に低いシー
ト抵抗と緻密で均一な膜質を有していることから、バリ
ヤメタルとしても優れた性能を発揮し得ることが予想さ
れる。そこで、本発明では第1のチタン系材料層とシリ
コン系基板との間のシリサイド化反応により形成される
チタン・シリサイド系材料層を、バリヤメタルとして使
用するわけである。
[0010] As is clear from the above explanation, TiSi2 formed by the above method has a sufficiently low sheet resistance and a dense and uniform film quality, so it exhibits excellent performance as a barrier metal. It is expected that it will be possible. Therefore, in the present invention, a titanium/silicide material layer formed by a silicidation reaction between the first titanium material layer and a silicon substrate is used as the barrier metal.

【0011】本発明では、次に基体の表面に層間絶縁膜
が形成され、上記チタン・シリサイド系材料層に臨んで
接続孔が開口される。この時点で、接続孔の底面には上
記チタン・シリサイド系材料層が露出することになる。 ただし、上記チタン・シリサイド系材料層は熱応力が大
きいため、このままAl系材料層を被着するとストレス
・マイグレーションを惹起させる原因となる。また、接
続孔の内壁部とAl系材料層との濡れ性も不十分である
。そこで、前記接続孔の底面および内壁部を被覆して第
2のチタン系材料層を形成する。このことにより、接続
孔の内壁部は全てAl系材料層との濡れ性および反応性
が向上し、かつ熱応力が低減された状態となる。しかる
後に基体の全面にAl系材料層を被着すれば、Al系材
料はチタン系材料と界面反応を起こしながら徐々に接続
孔内に侵入し、鬆を発生させることなくこれを均一に充
填する。
In the present invention, an interlayer insulating film is then formed on the surface of the substrate, and a connection hole is opened facing the titanium/silicide material layer. At this point, the titanium-silicide material layer is exposed at the bottom of the connection hole. However, since the titanium/silicide material layer has a large thermal stress, if the Al material layer is deposited as is, it will cause stress migration. Furthermore, the wettability between the inner wall of the connection hole and the Al-based material layer is also insufficient. Therefore, a second titanium-based material layer is formed to cover the bottom surface and inner wall of the connection hole. As a result, the wettability and reactivity of all the inner walls of the connection holes with the Al-based material layer are improved, and thermal stress is reduced. After that, if an Al-based material layer is applied to the entire surface of the substrate, the Al-based material will gradually penetrate into the connection hole while causing an interfacial reaction with the titanium-based material, filling it uniformly without creating a gap. .

【0012】0012

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について説明す
る。本実施例は、本発明をMOSトランジスタの製造に
適用した一例である。このプロセスを図1ないし図6を
参照しながら説明する。
[Embodiments] Preferred embodiments of the present invention will be described below. This example is an example in which the present invention is applied to manufacturing a MOS transistor. This process will be explained with reference to FIGS. 1 to 6.

【0013】まず、図1に示されるように、シリコン基
板1上にたとえばLOCOS法によりフィールド酸化膜
2を形成し、該フィールド酸化膜2により規定される素
子形成領域に酸化シリコン等からなるゲート酸化膜3を
介してDOPOS等からなるゲート電極4を形成した。 次に、上記ゲート電極4をマスクとしてソース/ドレイ
ン領域5を形成するための1回目のイオン注入を行った
後、CVD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6を形成した。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4上にそれぞれ50Å厚のSiO2 
層7,8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7の厚
さを均一とするためである。またSiO2 層7,8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。さらに、前
記ゲート電極4およびサイドウォール6とをマスクとし
、前記ソース/ドレイン領域5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7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4上のSiO2 層8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もの
である。
First, as shown in FIG. 1, a field oxide film 2 is formed on a silicon substrate 1 by, for example, the LOCOS method, and a gate oxide film made of silicon oxide or the like is formed in an element formation region defined by the field oxide film 2. A gate electrode 4 made of DOPOS or the like was formed through the film 3. Next, after performing a first ion implantation to form source/drain regions 5 using the gate electrode 4 as a mask, sidewalls 6 made of silicon oxide or the like are formed in a conventional manner by CVD, RIE, etc. did. Furthermore, after removing the natural oxide film existing on the surface of the element formation region with dilute hydrofluoric acid, a SiO2 film with a thickness of 50 Å is formed on the element formation region and the gate electrode 4 by, for example, thermal oxidation.
Layers 7 and 8 were formed. The reason why the natural oxide film is removed in advance is to make the thickness of the SiO2 layer 7 on the element formation region uniform. Furthermore, the SiO2 layers 7 and 8 are not formed by oxidizing the surface of the substrate as described above, but by, for example, depositing a polycrystalline silicon layer on the entire surface of the substrate and then thermally oxidizing it to form a thick SiO2 layer. , and then etching with dilute hydrofluoric acid to reduce the layer thickness to a desired thickness. Furthermore, using the gate electrode 4 and the sidewalls 6 as masks, a second ion implantation is performed on the SiO2 to increase the impurity concentration in a part of the source/drain region 5.
It went through layer 7. In this way, an LDD structure is achieved. At this time, the SiO2 layer 8 on the gate electrode 4 also functions as a layer to prevent channeling caused by the implanted ions.

【0014】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,基板温度300℃,スパッタ
速度3500Å/分の条件でTiのスパッタリングを行
い、図2に示されるように、基体の全面に第1のTi層
9を約300Åの厚さに形成した。
Next, as an example, the argon flow rate is 100SC.
CM, gas pressure 0.47 Pa (3.5 mTorr), DC
Ti sputtering was performed under the conditions of sputtering power of 4 kW, substrate temperature of 300° C., and sputtering rate of 3500 Å/min to form a first Ti layer 9 with a thickness of about 300 Å on the entire surface of the substrate, as shown in FIG. did.

【0015】次に、図2に示される基体についてAr雰
囲気中,約650℃にてランプ・アニールを行い、上記
第1のTi層9の一部とシリコン基板1(正確にはソー
ス/ドレイン領域5)およびゲート電極4とをそれぞれ
上記SiO2層7,8を介して反応させ、それぞれTi
Si層(図示せず。)を形成した。続いて、たとえばア
ンモニアと過酸化水素水の混合溶液を用いて上記第1の
Ti層9の未反応部分を選択的にエッチング除去した。 さらに、約900℃にて再びランプ・アニールを行って
上記TiSi層とシリコン基板1およびゲート電極4と
をさらに反応させ、図3に示されるように、それぞれT
iSi2 層7a,8a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7a,8a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2やサイドウォール6の上にま
でTiSi2 層7a,8aが延在して形成され、ゲー
ト電極4とソース/ドレイン領域5との間のリーク電流
を増大させる虞れが大きい。
Next, lamp annealing is performed on the substrate shown in FIG. 2 at about 650° C. in an Ar atmosphere, and a part of the first Ti layer 9 and the silicon substrate 1 (more precisely, the source/drain region 5) and the gate electrode 4 through the SiO2 layers 7 and 8, respectively, to form Ti.
A Si layer (not shown) was formed. Subsequently, the unreacted portions of the first Ti layer 9 were selectively etched away using, for example, a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide. Further, lamp annealing is performed again at about 900° C. to further react the TiSi layer with the silicon substrate 1 and gate electrode 4, and as shown in FIG.
iSi2 layers 7a and 8a were formed. Here, the reason why the lamp annealing for silicidation is performed in two stages as described above is to form the TiSi2 layers 7a and 8a with good selectivity on the element formation region and the gate electrode. If silicidation is performed at around 900° C. from the beginning, TiSi2 layers 7a and 8a are formed extending over the field oxide film 2 and sidewalls 6, and the TiSi2 layers 7a and 8a are formed between the gate electrode 4 and the source/drain region 5. There is a large risk of increasing leakage current.

【0016】次に、図4に示されるように、基体の全面
にたとえばCVDにより酸化シリコン等を堆積させて層
間絶縁膜10を形成し、続いて該層間絶縁膜10をパタ
ーニングしてソース/ドレイン領域5上のTiSi2 
層7aに臨むコンタクト・ホール11を開口した。さら
に、たとえば第1のTi層9の成膜時と同じ条件でスパ
ッタリングを行うことにより基体の全面を覆って第2の
Ti層12を約500Åの厚さに形成した。これにより
、少なくとも上記コンタクト・ホール11の底面および
側壁部は第2のTi層12により被覆されたことになり
、後に形成されるAl−1%Si層13(図5参照。)
とコンタクト部との濡れ性および反応性が改善され、か
つTiSi2 層7aとの間の熱応力も緩和される。
Next, as shown in FIG. 4, an interlayer insulating film 10 is formed by depositing silicon oxide or the like on the entire surface of the substrate by CVD, and then the interlayer insulating film 10 is patterned to form source/drain regions. TiSi2 on region 5
A contact hole 11 facing layer 7a was opened. Furthermore, by performing sputtering under the same conditions as when forming the first Ti layer 9, a second Ti layer 12 was formed to a thickness of about 500 Å covering the entire surface of the substrate. As a result, at least the bottom and sidewalls of the contact hole 11 are covered with the second Ti layer 12, and the Al-1%Si layer 13 (see FIG. 5) to be formed later.
The wettability and reactivity between the TiSi2 layer 7a and the TiSi2 layer 7a are improved, and the thermal stress between the TiSi2 layer 7a and the TiSi2 layer 7a is also alleviated.

【0017】次に、2段階のスパッタリングによりAl
−1%Si層13の成膜を行った。スパッタリング雰囲
気はAr流量100SCCM,ガス圧0.47Pa(3
.5mTorr)とし、1段階目として基板加熱および
バイアス印加を行わずにDCスパッタ・パワー22.7
kWにてスパッタリングを行い、Al−1%Si層13
を約1000Åの厚さに成膜した。続いて、2段階目と
して基板の裏面を高温のArガスに接触させることによ
り該基板を約450℃に加熱し、RFバイアス・パワー
300Vを印加しながら高温バイアス・スパッタリング
を行い、Al−1%Si層13をさらに3000Åの厚
さに成膜した。これにより、図5に示されるように、最
終的には4000Åの厚さのAl−1%Si層13が基
体の全面に形成され、上記コンタクト・ホール11は鬆
を発生することなく均一に埋め込まれた。なお、Al−
1%Si層13の成膜は、必ずしも上述のような2段階
プロセスを経る必要はない。しかし、成膜の初期から基
板を高温に加熱すると条件によってはAl−1%Si層
13が島状に成長するので、これを防止するために成膜
工程を2段階に分け、最初の段階を低温プロセスとして
いるわけである。これにより、Al−1%Si層13の
膜質をより一層向上させることができる。さらに、図6
に示されるようにAl−1%Si層13と第2のTi層
12とを塩素系ガス等を使用したドライエッチングによ
りパターニングし、Ti層パターン12aを下地に有す
るAl系電極13aを形成した。
Next, by two-step sputtering, Al
-1% Si layer 13 was formed. The sputtering atmosphere was Ar flow rate 100SCCM, gas pressure 0.47Pa (3
.. 5mTorr), and the DC sputtering power was 22.7 without substrate heating and bias application in the first stage.
Sputtering was performed at kW to form an Al-1%Si layer 13.
A film was formed to a thickness of about 1000 Å. Subsequently, in the second step, the substrate was heated to approximately 450° C. by bringing the back surface of the substrate into contact with high-temperature Ar gas, and high-temperature bias sputtering was performed while applying RF bias power of 300 V to form Al-1% A Si layer 13 was further formed to a thickness of 3000 Å. As a result, as shown in FIG. 5, an Al-1%Si layer 13 with a thickness of 4000 Å is finally formed on the entire surface of the substrate, and the contact hole 11 is filled uniformly without forming a hole. It was. In addition, Al-
The formation of the 1% Si layer 13 does not necessarily need to go through the two-step process as described above. However, if the substrate is heated to a high temperature from the early stage of film formation, the Al-1%Si layer 13 may grow in an island shape depending on the conditions, so in order to prevent this, the film formation process is divided into two stages. This is a low-temperature process. Thereby, the film quality of the Al-1% Si layer 13 can be further improved. Furthermore, Figure 6
As shown in FIG. 1, the Al-1%Si layer 13 and the second Ti layer 12 were patterned by dry etching using a chlorine gas or the like to form an Al-based electrode 13a having a Ti layer pattern 12a as a base.

【0018】本実施例で製造されたMOSトランジスタ
においては、TiSi2 層7a,8aによりソース/
ドレイン領域5およびゲート電極4のシート抵抗が低減
されており、従来のSALICIDE法によりシリサイ
ド層を形成したMOSトランジスタに比べて高温アニー
ル後においても接合リーク電流が著しく低減されていた
。 これは、本実施例のMOSトランジスタにおいて、Ti
Si2 層7a,8aの膜質が優れていることと関連し
ている。図8は、所定のアニール温度にて30分間保持
したMOSトランジスタのゲート電極に−5.5Vの電
圧を印加した場合の接合リーク電流の測定結果を示すグ
ラフである。縦軸は接合リーク電流(A),横軸はアニ
ール温度(℃)を表し、白丸(○)のプロットは従来の
MOSトランジスタ、黒四角(■)のプロットは本実施
例のMOSトランジスタのデータをそれぞれ表す。従来
のMOSトランジスタでは、高温アニールによりTiS
i2 結晶の凝集が生じ、シート抵抗が増大する他、基
板を400℃程度に加熱した時点でAlスパイクに対す
る耐性が劣化し、接合リーク電流が急激に増大した。し
かし、本実施例で製造されたMOSトランジスタでは、
TiSi2 層7a,8aが大きな結晶粒径と緻密な粒
界とを有しているため、500℃に加熱された後でもT
iおよびSiの拡散が抑制されてシート抵抗が低く保た
れる他、接合リーク電流はほとんど変化せず、Alスパ
イクに対しても高い耐性が維持された。このことは、A
l−1%Si層13の成膜工程において高温バイアス・
スパッタリングを経ても、本実施例のMOSトランジス
タが何ら特性の劣化を生じないことを示している。
In the MOS transistor manufactured in this example, the TiSi2 layers 7a and 8a form the source/
The sheet resistance of the drain region 5 and gate electrode 4 was reduced, and the junction leakage current was significantly reduced even after high-temperature annealing compared to a MOS transistor in which a silicide layer was formed by the conventional SALICIDE method. This is because in the MOS transistor of this example, Ti
This is related to the excellent film quality of the Si2 layers 7a and 8a. FIG. 8 is a graph showing the measurement results of junction leakage current when a voltage of -5.5V was applied to the gate electrode of a MOS transistor held at a predetermined annealing temperature for 30 minutes. The vertical axis represents the junction leakage current (A), and the horizontal axis represents the annealing temperature (°C). The plots of white circles (○) represent data for conventional MOS transistors, and the plots of black squares (■) represent data for the MOS transistor of this example. Represent each. In conventional MOS transistors, TiS is
In addition to agglomeration of i2 crystals and an increase in sheet resistance, resistance to Al spikes deteriorated when the substrate was heated to about 400° C., and junction leakage current sharply increased. However, in the MOS transistor manufactured in this example,
Since the TiSi2 layers 7a and 8a have large crystal grain sizes and dense grain boundaries, even after being heated to 500°C, the T
In addition to suppressing the diffusion of i and Si and keeping the sheet resistance low, the junction leakage current hardly changed and high resistance to Al spikes was maintained. This means that A
In the process of forming the l-1% Si layer 13, high temperature bias
This shows that even after sputtering, the MOS transistor of this example does not suffer any deterioration in characteristics.

【0019】なお、本発明は上述の実施例に何ら限定さ
れるものではなく、たとえばシリコン化合物層としては
上述のSiO2 層以外にも、窒化シリコン層(Si3
 N4 )等を使用することができる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments; for example, as the silicon compound layer, in addition to the above-mentioned SiO2 layer, a silicon nitride layer (Si3
N4) etc. can be used.

【0020】[0020]

【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TiSi2 層により低抵抗性と高いバ
リヤ性が保証され、第2のTi層により優れた段差被覆
性が保障されるため、Al系材料による信頼性の高い接
続孔の埋め込みを行うことが可能となる。したがって、
本発明は微細なデザイン・ルールにもとづき高集積度お
よび高性能を要求される半導体装置の製造に極めて好適
である。
[Effects of the Invention] As is clear from the above explanation, by applying the present invention, low resistance and high barrier properties are guaranteed by the TiSi2 layer, and excellent step coverage is guaranteed by the second Ti layer. Therefore, it becomes possible to fill the contact hole with high reliability using an Al-based material. therefore,
The present invention is extremely suitable for manufacturing semiconductor devices that require high integration and high performance based on fine design rules.

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

【図1】  本発明をLDD構造を有するMOSトラン
ジスタの製造に適用した一例を示す概略断面図であり、
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。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example in which the present invention is applied to manufacturing a MOS transistor having an LDD structure;
A state in which a SiO2 layer is formed on the element formation region and the gate electrode is shown.

【図2】  図1に示される基体の全面に第1のTi層
が形成された状態を示す概略断面図である。
2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a first Ti layer is formed on the entire surface of the substrate shown in FIG. 1. FIG.

【図3】  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. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a TiSi2 layer is selectively formed on the source/drain region and the gate electrode by a silicidation reaction.

【図4】  層間絶縁膜のパターニングによりTiSi
2 層に臨むコンタクト・ホールが開口され、基体の全
面に第2のTi層が被着された状態を示す概略断面図で
ある。
[Figure 4] By patterning the interlayer insulating film, TiSi
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a contact hole facing the 2 layer is opened and a second Ti layer is deposited on the entire surface of the substrate.

【図5】  図4に示される基体の全面にAl−1%S
i層が形成された状態を示す概略断面図である。
[Figure 5] Al-1%S is applied to the entire surface of the substrate shown in Figure 4.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an i-layer is formed.

【図6】  パターニングによりAl系電極が形成され
た状態を示す概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an Al-based electrode is formed by patterning.

【図7】  従来のバリヤメタル構造を有するコンタク
ト部において、コンタクト・ホール内にAl系材料が均
一に埋め込まれずに鬆が発生した状態を示す概略断面図
である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state in which Al-based material is not uniformly filled into a contact hole in a contact portion having a conventional barrier metal structure, resulting in a gap.

【図8】  本発明を適用して製造されたMOSトラン
ジスタと従来のMOSトランジスタについて接合リーク
電流のアニール温度依存性を比較して示す特性図である
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a comparison of the annealing temperature dependence of junction leakage current for a MOS transistor manufactured by applying the present invention and a conventional MOS transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1        ・・・シリコン基板4      
  ・・・ゲート電極 5        ・・・ソース/ドレイン領域7,8
    ・・・SiO2 層 7a,8a・・・TiSi2 層 9        ・・・第1のTi層10     
 ・・・層間絶縁膜 11      ・・・コンタクト・ホール12   
   ・・・第2のTi層 13      ・・・Al−1%Si層13a   
 ・・・Al系電極
1...Silicon substrate 4
...Gate electrode 5 ...Source/drain regions 7, 8
...SiO2 layers 7a, 8a...TiSi2 layer 9...first Ti layer 10
...Interlayer insulating film 11 ...Contact hole 12
... Second Ti layer 13 ... Al-1% Si layer 13a
...Al-based electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  シリコン系基板上にシリコン化合物層
と第1のチタン系材料層とが順次形成されてなる基体に
対して不活性ガス雰囲気中で熱処理を行うことによりチ
タン・シリサイド系材料層を形成する工程と、前記基体
上に層間絶縁膜を形成し前記チタン・シリサイド系材料
層に臨んで接続孔を開口する工程と、少なくとも前記接
続孔の底面および側壁部を第2のチタン系材料層で被覆
する工程と、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形成する工程とを有することを特
徴とする配線形成方法。
1. A titanium/silicide based material layer is formed by heat-treating a base body in which a silicon compound layer and a first titanium based material layer are sequentially formed on a silicon based substrate in an inert gas atmosphere. forming an interlayer insulating film on the substrate and opening a connection hole facing the titanium-silicide material layer; and forming at least the bottom and sidewalls of the connection hole with a second titanium-based material layer. 1. A wiring forming method comprising the steps of: coating the contact hole with aluminum; and forming an aluminum-based material layer so as to fill at least the contact hole.
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