JP2000183063A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number
JP2000183063A
JP2000183063A JP10353029A JP35302998A JP2000183063A JP 2000183063 A JP2000183063 A JP 2000183063A JP 10353029 A JP10353029 A JP 10353029A JP 35302998 A JP35302998 A JP 35302998A JP 2000183063 A JP2000183063 A JP 2000183063A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
aluminum alloy
titanium
titanium nitride
alloy 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
JP10353029A
Other languages
English (en)
Inventor
Kunihiro Fujii
邦宏 藤井
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC 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 NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP10353029A priority Critical patent/JP2000183063A/ja
Priority to KR1019990056197A priority patent/KR20000048042A/ko
Publication of JP2000183063A publication Critical patent/JP2000183063A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置に用いるアルミ配線構造におい
て、アルミニウム合金膜とこの膜に接するチタン膜との
反応による高抵抗化を抑制し、良好な電気特性を有する
半導体装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 アルミニウム合金膜203に接して上層
に、チタン膜204と、このチタン膜204に接して上層に窒
化チタン膜205を有するアルミ配線であって、アルミニ
ウム合金膜204の上表面を酸化処理することにより、チ
タン膜204とアルミニウム合金膜203の間に酸化層206を
設けたことを特徴とするアルミ配線。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に用い
られるアルミ配線の構造及びその形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の多層配線に用いるア
ルミ配線構造としては、上層から窒化チタン膜/アルミ
ニウム合金膜/窒化チタン膜/チタン膜の積層構造が用
いられてきた。この配線構造では、スルーホールによ
り、下層に設けられた第1の配線と上層に設ける第2の
配線を接続する場合、第1の配線の上部の窒化チタン膜
を、スルーホール開孔時に、エッチングし、アルミニウ
ム合金膜の表面を露出させる必要があった。これは、窒
化チタン膜とアルミニウム合金膜の界面には、高抵抗の
アルミニウムの窒化物が形成されているので、アルミニ
ウム合金膜の上部の窒化チタン膜を残存させると、スル
ーホール抵抗が高抵抗化するためである。
【0003】このアルミニウムの窒化物は、アルミニウ
ム合金膜を堆積後、窒化チタン膜を堆積するときに形成
される。窒化チタン膜は、通常、チタンをターゲット材
としてアルゴンと窒素の混合ガスによりプラズマ放電さ
せて、スパッタ形成されている。従って、窒化チタン膜
の成膜初期には、アルミニウム合金膜の表面が、窒素プ
ラズマにさらされており、この時、このアルミニウムの
窒化物が形成されるのである。
【0004】一方、アルミニウム合金膜の下層にも、窒
化チタン膜が存在するが、アルミニウム合金膜の下層
は、窒素プラズマにされされないので、アルミニウムの
窒化物は形成されない。
【0005】一方、スルーホールの開孔のためには、層
間絶縁膜であるシリコン酸化膜をエッチングするガスで
あるCF4、CHF3、C48等が用いられており、これ
らのガスで、窒化チタン膜をエッチングする場合、窒化
チタン膜のエッチング速度が、シリコン酸化膜の1/1
0程度と遅く、エッチング時間が増加し、また、それと
ともに、エッチング時に発生する堆積物も増加し、その
後、その堆積物を除去することが困難となっていた。
【0006】近年、本問題を解決するために、アルミ配
線構造として、窒化チタン膜とアルミニウム合金膜間に
チタン膜を挟んだ、窒化チタン膜/チタン膜/アルミニ
ウム合金膜/窒化チタン膜/チタン膜の積層構造が用い
られるようになった。
【0007】本構造では、アルミニウム合金膜上部の窒
化チタン膜とアルミニウム合金膜が、直接接触しない構
造となっているので、アルミニウム合金膜の表面に高抵
抗のアルミニウムの窒化物が形成されず、スルーホール
開孔時に、配線上部の窒化チタン膜をエッチングせず
に、残存させても、低いスルーホール抵抗が得られる。
【0008】しかしながら、本配線構造では、400℃以
上の熱処理が加わった場合、配線上部のチタン膜とアル
ミニウム合金膜が反応し、アルミニウムとチタンの化合
物である高抵抗のAl3Tiを形成し、配線自体が高抵
抗化してしまう問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題に
鑑みなされたものであり、アルミ配線構造において、ア
ルミニウム合金膜とこれと接する金属との反応による高
抵抗化を抑制し、良好な電気特性を有する半導体装置を
提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニウム
合金膜に接して上層に、チタン膜と、このチタン膜に接
して上層に窒化チタン膜を有するアルミ配線であって、
アルミニウム合金膜の上表面を酸化処理することによ
り、チタン膜とアルミニウム合金膜の間に酸化層を設け
たことを特徴とするアルミ配線に関する。
【0011】このアルミニウム合金膜の下層に、窒化チ
タン膜が形成される。さらに、この窒化チタン膜の下層
にチタン膜が形成されていてもよい。
【0012】さらに本発明は、半導体基板上の任意の層
に形成された絶縁膜を貫通し、第2の配線と第1の配線
とを電気的に接続する導電性接続孔を有する半導体装置
の第1の配線に、上記アルミニウム配線を用いたことを
特徴とする半導体装置に関する。
【0013】さらに本発明は、半導体基板上に絶縁膜を
形成する工程と、該絶縁膜上に窒化チタン膜を形成する
工程と、該窒化チタン膜上にアルミニウム合金膜を形成
する工程と、該アルミニウム合金膜の上表面を酸化処理
する工程と、前記酸化処理したアルミニウム合金膜上に
チタン膜を形成する工程と、前記チタン膜上に窒化チタ
ン膜を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法に
関する。
【0014】このアルミニウム合金膜の上表面の酸化処
理としては、大気暴露による酸化処理が好ましい。
【0015】上述のように、本発明の特徴は、アルミニ
ウム合金膜のを形成後に、このアルミニウム合金膜の上
表面を酸化処理することにより、アルミニウム合金膜と
その上層であるところのチタン膜の間に酸化層を介在さ
せることにある。この酸化層の存在により後工程での熱
処理においても、アルミニウム合金膜とチタン膜の反応
を抑制され、配線抵抗の増加を抑えることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】図2に本発明の一実施形態である
アルミ配線の断面図を示す。アルミニウム合金膜203の
上表面は、酸化処理されることにより、主に酸化アルミ
ニウムであるところの酸化層が形成されており、酸化層
が設けられたアルミニウム合金膜の上表面に接して、チ
タン膜が形成され、このチタン膜の上表面に接して、窒
化チタン膜が形成された構造となっている。このよう
に、チタン膜がアルミニウム合金膜中のアルミ金属と直
接接しないために、後工程での熱処理においても、高抵
抗のAl3Tiの生成が抑制でき、配線抵抗の増加を防
ぐことができる。
【0017】アルミニウム合金膜は、アルミニウムを主
成分として含有する半導体の配線に用いるできるアルミ
ニウム系の金属膜を意味し、アルミニウム単体、アルミ
ニウムに微量の例えば銅等の金属や、非金属元素を含む
もの等が例示される。
【0018】酸化層は、400℃〜450℃程度の加熱
処理において、チタンとアルミニウムとの合金化反応を
抑えることができる程度の厚みがあれば十分であり、例
えば、20Å〜50Å程度の厚みに形成されていれば良
い。このような厚みの酸化層を形成するためには、例え
ばアルミニウム合金膜を形成後に大気暴露を行う程度の
ものでよく、この方法が最も簡便であり、好ましい。
【0019】また、アルミニウム合金膜の下層について
は、窒化チタン膜または、窒化チタン膜の下層にさらに
チタン膜が形成されていても良い。窒化チタン膜とアル
ミニウム合金膜の界面については、先に述べた理由によ
り、酸化処理は必要がない。
【0020】以下、本発明のアルミ配線を用いた例とし
て、半導体基板上の任意の層に設けられらコンタクトプ
ラグの第1の配線として用いる場合について図1を用い
て説明を行う。
【0021】尚、以下に示す各層の厚みについては、一
例として挙げたに過ぎず、それらに限定されるものでは
ない。図1(a)に示すように、既に、トランジスタ等
が形成された基板101上に、絶縁膜としてのシリコン
酸化膜102を堆積し、更に、30nmの膜厚のチタン
膜103a、50nmの膜厚の窒化チタン膜103bを
スパッタ堆積する。次に、450nmの膜厚のアルミニ
ウム合金膜103cをスパッタ堆積する。次いで、大気
暴露により、アルミニウム合金膜103c表面に、酸化
層(主に酸化アルミニウム)を形成する。次いで、25
nmの膜厚のチタン膜103d、50nmの膜厚の窒化
チタン膜103eを順にスパッタ堆積し、第1の配線1
03をドライエッチングによりパターン形成する。次い
で、高密度プラズマCVD法によりシリコン酸化膜から
なる層間絶縁膜104を1.8μm堆積後、CMP(C
hemical Mechanical Polish
ing)技術を用いて層間絶縁膜の平坦化を行う。次い
で、ドライエッチングにより層間絶縁膜104の一部を
選択的に除去し、第1の配線103の一部に達する接続
孔105を形成する。この時、接続孔105の底部の第
1の配線103表面の窒化チタン膜103eは、エッチ
ングせずに残しておく。
【0022】次いで、図1(b)に示すように、Ar逆
スパッタにより、接続孔105の底部の窒化チタン膜1
03eを10nmの膜厚分のみエッチングした後、50
nmの膜厚の窒化チタン膜106をスパッタ堆積する。
この時も、Ar逆スパッタ後に、接続孔105の底部の
窒化チタン膜103eの一部は残るようにする。次い
で、ブランケットタングステンCVD法により、450
℃程度に基板を加熱して、WF6、SiH4、H2ガスに
より、タングステン膜107aを堆積し、接続孔105
を埋設すると共に層間絶縁膜104の上を覆う。
【0023】次いで、図1(c)に示すように、接続孔
105を除く層間絶縁膜104上のタングステン膜と窒
化チタン膜をCMPにより除去し、接続孔105内にタ
ングステンプラグ107bを残す。次いで、30nmの
膜厚のチタン膜108a、50nmの膜厚の窒化チタン
膜108b、450nmの膜厚のアルミニウム合金膜1
08c、50nmの膜厚の窒化チタン膜108dを順に
堆積後、第2の配線108をドライエッチングによりパ
ターン形成する。
【0024】本発明の効果を以下の試料を用いて評価を
行った。シリコン基板上にシリコン酸化膜を堆積したも
のの上に、50nmの膜厚の窒化チタン膜、450nm
の膜厚のAl-0.5wt%Cu合金膜、25nmの膜厚のチタン
膜、50nmの膜厚の窒化チタン膜を、順にスパッタ堆
積した。Al-0.5wt%Cu合金膜の下層の窒化チタン膜堆積
後は、大気暴露した。
【0025】また、Al-0.5wt%Cu膜堆積後、大気暴露を
行ったものと、行わなかったものを用意した。また、そ
れぞれの試料に、450℃、30分間の窒素雰囲気中で
の熱処理を施した。
【0026】その結果、熱処理前の層抵抗値は、大気暴
露の有無に依らず、67mΩ/□であった。一方、熱処
理後では、大気暴露を行わなかった試料の層抵抗は、7
8mΩ/□であるのに対し、大気暴露を行った試料の層
抵抗は、73mΩ/□と低い値となった。大気暴露が行
った場合も、熱処理により、層抵抗が増加しているの
で、Al-0.5wt%Cu合金膜とチタン膜の反応を完全に阻止
できているわけではないが、大気暴露が無い場合に比
べ、層抵抗の増加を明らかに低く抑えることができる。
【0027】これらの結果から、Al-0.5wt%Cu膜をスパ
ッタ堆積後に、大気暴露を行うことにより、Al-0.5wt%C
u合金膜の表面が酸化され、この酸化層が、Al-0.5wt%Cu
合金膜とチタン膜の反応を抑制し、配線の高抵抗化が抑
制できていることは明らかである。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、アルミニウム合金膜を
形成後に、アルミニウム合金膜の表面を酸化処理し、チ
タン膜との間に酸化層を介在させることにより、アルミ
ニウム合金膜とチタン膜との反応を防ぎ、後工程におい
て熱処理を施しても、配線抵抗の増加を抑えることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態であるアルミ配線を半導体
基板上の任意の層に設けられらコンタクトプラグの第1
の配線として用いる場合の製造工程を示す。
【図2】本発明の一実施形態であるアルミ配線の断面図
を示す。
【符号の説明】
101 トランジスタ等が形成された基板 102 シリコン酸化膜 103 第1の配線 103a チタン膜 103b 窒化チタン膜 103c アルミニウム合金膜 103d チタン膜 103e 窒化チタン膜 104 層間絶縁膜 105 接続孔 106 窒化チタン膜 107a タングステン膜 107b タングステンプラグ 108 第2の配線 108a チタン膜 108b 窒化チタン膜 108c アルミニウム合金膜 108d 窒化チタン膜 109 酸化層 201 チタン膜 202 窒化チタン膜 203 アルミニウム合金膜 204 チタン膜 205 窒化チタン膜 206 酸化層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // H01L 21/203 H01L 21/90 A L Fターム(参考) 4M104 BB02 BB03 BB14 BB18 BB30 CC01 DD08 DD16 DD37 DD46 DD89 FF07 FF08 FF13 FF17 FF18 FF22 FF27 HH05 HH15 5F004 AA11 AA16 DB03 DB09 DB12 EB01 EB02 EB03 FA01 5F033 HH08 HH09 HH18 HH33 JJ19 JJ33 KK08 KK09 KK18 KK33 MM05 MM08 MM15 NN06 PP07 PP15 QQ08 QQ11 QQ37 QQ48 QQ73 QQ89 RR03 RR04 SS15 SS26 XX09 5F103 AA08 DD28 HH03 PP03 PP06 PP07 PP12 PP15

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム合金膜に接して上層に、チ
    タン膜と、このチタン膜に接して上層に窒化チタン膜を
    有するアルミ配線であって、 アルミニウム合金膜の上表面を酸化処理することによ
    り、チタン膜とアルミニウム合金膜の間に酸化層を設け
    たことを特徴とするアルミ配線。
  2. 【請求項2】 前記アルミニウム合金膜に接して下層が
    窒化チタン膜であることを特徴とする請求項1記載のア
    ルミ配線。
  3. 【請求項3】 前記窒化チタン膜に接して下層がチタン
    膜であることを特徴とする請求項2記載のアルミ配線。
  4. 【請求項4】 前記アルミニウム合金膜の上表面の酸化
    処理が大気暴露による酸化処理であることを特徴とする
    請求項1〜3のいずれかに記載のアルミ配線。
  5. 【請求項5】 半導体基板上の任意の層に形成された絶
    縁膜を貫通し、前記絶縁層の下層に設けられた第1の配
    線と前記絶縁層の上層に設けられた第2の配線とを電気
    的に接続する導電性接続孔を有する半導体装置であっ
    て、 少なくとも第1の配線が、請求項1〜4のいずれかに記
    載のアルミ配線であることを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記導電性接続孔が、タングステンプラ
    グであることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
    と、該絶縁膜上に窒化チタン膜を形成する工程と、該窒
    化チタン膜上にアルミニウム合金膜を形成する工程と、
    該アルミニウム合金膜の上表面を酸化処理する工程と、
    前記酸化処理したアルミニウム合金膜上にチタン膜を形
    成する工程と、前記チタン膜上に窒化チタン膜を形成す
    る工程と、を含む半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記絶縁膜上に窒化チタン膜を形成する
    工程において、前記絶縁膜上に、チタン膜を形成してか
    ら、このチタン膜上に窒化チタン膜を形成することを特
    徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記アルミニウム合金膜の上表面の酸化
    処理が、大気暴露であることを特徴とする請求項7また
    は8記載の半導体装置の製造方法。
JP10353029A 1998-12-11 1998-12-11 半導体装置及びその製造方法 Pending JP2000183063A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10353029A JP2000183063A (ja) 1998-12-11 1998-12-11 半導体装置及びその製造方法
KR1019990056197A KR20000048042A (ko) 1998-12-11 1999-12-09 알루미늄 배선과 반도체 장치 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10353029A JP2000183063A (ja) 1998-12-11 1998-12-11 半導体装置及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000183063A true JP2000183063A (ja) 2000-06-30

Family

ID=18428093

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10353029A Pending JP2000183063A (ja) 1998-12-11 1998-12-11 半導体装置及びその製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2000183063A (ja)
KR (1) KR20000048042A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007081020A (ja) * 2005-09-13 2007-03-29 Denso Corp 半導体装置の製造方法
CN113169055A (zh) * 2018-12-05 2021-07-23 三菱电机株式会社 半导体装置及半导体装置的制造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007081020A (ja) * 2005-09-13 2007-03-29 Denso Corp 半導体装置の製造方法
CN113169055A (zh) * 2018-12-05 2021-07-23 三菱电机株式会社 半导体装置及半导体装置的制造方法
DE112018008193T5 (de) 2018-12-05 2021-10-14 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitereinheit und verfahren zur herstellung einer halbleitereinheit
US11482607B2 (en) 2018-12-05 2022-10-25 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
CN113169055B (zh) * 2018-12-05 2023-08-08 三菱电机株式会社 半导体装置及半导体装置的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000048042A (ko) 2000-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8035230B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing same
JP5103914B2 (ja) 半導体装置の製造方法及び半導体装置
JP3216345B2 (ja) 半導体装置及びその作製方法
US20040004288A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2845788B2 (ja) コンタクトホールのプラグ形成方法
JP2000183168A (ja) 半導体装置の配線構造及びその形成方法
JPH05206135A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2701751B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPH02125447A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2000183063A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2000068269A (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
JPS5910064B2 (ja) 多層配線構造の製造方法
KR20100011799A (ko) 반도체 소자의 제조방법
JPS61214538A (ja) 配線構造体の製造方法
JPH0992649A (ja) 半導体装置の配線構造およびその製造方法
JP3339901B2 (ja) 多層配線構造の半導体装置及びその製造方法
JPH04242960A (ja) 集積回路用配線
JP2001127153A (ja) 半導体装置およびその製法
JP3592209B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP3731497B2 (ja) 半導体装置及びその作製方法
JP2723023B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2000277522A (ja) 半導体装置とその製造方法
JPH0529258A (ja) 半導体装置の製造方法
JPS62235775A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPH01270333A (ja) 半導体装置の製造方法