JP2001168101A - 窒化アルミニウム障壁を形成する方法 - Google Patents

窒化アルミニウム障壁を形成する方法

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JP2001168101A
JP2001168101A JP2000360952A JP2000360952A JP2001168101A JP 2001168101 A JP2001168101 A JP 2001168101A JP 2000360952 A JP2000360952 A JP 2000360952A JP 2000360952 A JP2000360952 A JP 2000360952A JP 2001168101 A JP2001168101 A JP 2001168101A
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aluminum
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wiring
barrier layer
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JP2000360952A
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J Blankner Keith
ジェイ、ブランクナー ケイス
Yan Shii Wei
− ヤン シー ウェイ
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Texas Instruments Inc
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Texas Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体デバイスの配線間隔を増大すると共に
性能を改善する。 【解決手段】 第1の障壁層(106)と、第1の障壁
層(106)に重なるアルミニウムをベースとした層
(108)と、アルミニウムをベースとした層(10
8)に重なる第2の障壁層(110)を含む配線層(1
04)を有する集積回路。アルミニウム−窒化物層(1
12)が、アルミニウムをベースとした層(108)の
側壁に置かれる。AlN層(112)は、NH3又はN2
雰囲気のプラズマを用いて自然アルミニウム−酸化物層
をAlNに変換することによって形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は全般的に半導体デ
バイスの配線層の分野、更に具体的に言えば、アルミニ
ウム配線層に関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】半導体デバイスの密度が高
くなるにつれて、半導体デバイスを互いに接続するため
の配線層に対する要求が強まっている。従来の配線プロ
セスでは、アルミニウムを(並びに障壁金属がある場合
はそれを)デポジットし、パターンぎめし、エッチング
して、配線用の線を形成する。次に配線用の線の上に厚
手の酸化物ライナをデポジットして、金属線の間にスピ
ン・オン低−k誘電体又は蒸着誘電体を使うときの金属
線の腐食又は線の間の漏洩をなくす。このようにデポジ
ットされる酸化物ライナは典型的には厚さが300Å程
度である。必要な障壁の保護を確実にするためには、こ
ういう厚さが必要である。酸化物ライナをデポジットし
た後、配線用の線の間に層間誘電体(ILD)を形成す
る。配線用の線の性能要求(即ち静電容量を小さくする
こと)を満たすために、ILDの少なくともある部分に
は、スピン・オン低誘電率(低−k)材料及び蒸着誘電
体が使われている。低−kの材料は、一般的に、二酸化
シリコンよりも誘電率の低い材料と定義されている。半
導体デバイスの密度が高くなるにつれて、配線用の線の
間の間隔を減らしたいという希望がある。アルミニウム
の配線用の線の側壁上にデポジットされた拡散障壁が、
配線用の線の間の間隔を更に小さくする。これによっ
て、配線用の線の間の隙間を埋めるために使うことがで
きる低−k材料の量が減る。
【0003】
【課題を達成するための手段及び作用】この発明は、改
良された拡散障壁を有するアルミニウムの配線用の線、
及びその製造方法である。アルミニウムをベースとした
層及び任意の所望の障壁層がデポジットされ、パターン
ぎめされ、エッチングされた後、アルミニウムをベース
とした層の側壁に生じる自然(native)酸化アルミニウ
ム(Al23)がアルミニウム−窒化物(AlN)に変
換される。この発明の利点は、配線用の線の間の間隔を
増加すると共に性能を改善するために、その側壁の上に
薄手の拡散障壁を持つアルミニウム配線を提供すること
である。この利点並びにその他の利点は、以下図面につ
いて明細書を読めば、当業者に明らかになろう。
【0004】
【実施例】この発明の実施例による配線用の線102が
図1に示されている。配線用の線102は半導体基板1
00の上に形成される。既知のように、半導体基板10
0は、トランジスタ及びその他のデバイスをその中に形
成した基板で構成することができる。配線用の線102
は第1の又はその後の任意の配線層の一部分であってよ
い。配線層104が複数個の配線用の線102を有す
る。各々の配線用の線102が1つ又は更に多くの障壁
層106をその下に持っている。この発明の好ましい実
施例では、障壁層106はTi/TiNの積重ねで構成
される。この他の多くの障壁層及び障壁層の組合せが既
知であり、この発明に関連して使うことができる。障壁
層106の厚さは、使われる技術及びプロセスに応じて
変わり得る。一例として、厚さは1500Å未満であっ
てよい。各々の配線用の線102は、障壁層106の上
にアルミニウムをベースとした金属108をも有する。
例えば、Al−Cu合金のようなAl合金を使うことが
できる。適当なアルミニウムをベースとした金属も周知
である。金属108の厚さは、使われる技術及びプロセ
スに応じて変わり得る。一例として、その厚さは500
0Å程度であってよい。別の障壁層110が金属108
に重なっている。好ましい実施例において、障壁層11
0はTiNを含む。この他の適当な障壁層は周知であ
る。一例として、障壁層110の厚さは500Å未満で
あってよい。配線用の線102の側壁に薄手のAlN層
112がある。AlN層112は100Å程度の厚さを
有する。これは従来の側壁拡散障壁よりかなり薄手であ
る。従来の側壁拡散障壁は、要求される障壁保護を提供
するために、300Å程度の厚さにする必要があるのが
典型的であった。しかし、AlN層112は、それがデ
ポジットされた拡散障壁よりかなり稠密であるため、わ
ずか100Åの厚さでも、要求される障壁の保護を行
う。
【0005】次に図2A−Eを参照して、配線用の線1
02を形成する方法を説明する。半導体基板100は、
既知のように、隔離構造(図に示していない)、トラン
ジスタ(図に示していない)及びその他のデバイス(こ
れも示していない)を形成することを含めて、層間誘電
体114を形成することによって処理される。半導体基
板100は、1つ又は更に多くの配線層を形成すること
によって処理されていてもよい。層間誘電体(ILD)
114には、トランジスタ、デバイス又はその他の配線
に対して配線用の線102を接続するためのバイア又は
接触開口116が形成され得る。図2Aについて説明す
ると、障壁層106が、開口116の中を含めて、IL
D 114の上にデポジットされる。多くの適当な障壁
層が既知である。一例として、障壁層106は1500
Å未満の厚さを持つTi/TiNの積重ねで構成するこ
とができる。金属108が、開口116の中を含めて、
障壁層106の上にデポジットされる。金属108はア
ルミニウムをベースとした材料で構成される。例えば、
5000Å程度の厚さを持つAlCu合金を使うことが
できる。金属108の上に重なる障壁層110がデポジ
ットされる。重なる障壁層110に対する適当な材料も
既知である。例えば、重なる障壁層110は500Å未
満の厚さを持つTiNで構成することができる。図2B
について説明すると、障壁層110、金属108及び障
壁層106がパターンぎめされると共にエッチングされ
て、配線用の線102を形成する。適当なエッチングは
周知である。その後、標準的な清浄化プロセスを実施す
る。配線エッチング及び清浄化の後、図2Cに示すよう
に、自然酸化物120が金属108の露出された側壁上
に形成される。自然酸化物120は、酸化アルミニウム
(Al23)である。自然酸化物120は、金属108
が酸素にさらされるとき必ず自然に生じる。
【0006】図2Dについて説明すると、プラズマ及び
窒素含有雰囲気を用いて、自然酸化物120がAlN層
112に変換される。例えば、アンモニア(NH3)又
は窒素(N2)が用いられ得る。イオン・アシスト変換
は、化学的蒸着(CVD)プラズマ・チャンバ又はアッ
シュ・チャンバで実施され得る。プロセス条件は、シラ
ン・ガスが取除かれることを除けば、窒化シリコン(S
34)を形成するために用いられるものと類似してい
てよい。このプロセスは、窒化又は酸化シリコンチャン
バで成され得る。結果のAlN層112は、100Å程
度の厚さであり得る。AlN層112を形成するプロセ
スの一例は以下の通りである:2000sccm程度の流量
のNH3、300℃程度の温度、1.62torr程度の圧
力、50ワット程度のRF電力を用いてPECVDチャ
ンバでプラズマ処理をする。これらのプロセス条件は、
例として挙げただけであり、本発明の範囲を限定するこ
とは意図していない。AlN層112を形成した後、図
2Eに示すように、配線用の線102の間に金属内誘電
体(IMD)122を形成する。この発明は、少なくと
も部分的には低−k誘電体材料で構成されるIMD層に
とって特に適している。これは、隙間を埋める材料のよ
り多くを低−k材料にすることができるからである。例
えば、FSG(フッ素ドープ珪酸塩硝子)のようなスピ
ン・オン低−k誘電体を使うことができる。しかし、P
SG、BPSG、又はTEOS酸化物など従来の誘電体
材料を用いることもできる。上に述べたプロセスをこの
後の金属配線層に繰り返すことができる。この発明は集
積回路の1つ又は更に多く(又は全部)の配線層に適用
することができる。本発明を実施例に関連して説明した
が、本説明はこの発明を制約する意味に解してはならな
い。以上の説明から当業者には実施例の種々の変更や組
合せ、並びにこの発明のその他の実施例が容易に考えら
れよう。したがって、添付の特許請求の範囲はこのよう
な全ての変更又は実施例を含むことを承知されたい。
【0007】以上の説明に関し、更に以下の項目を開示
する。 (1) 集積回路を形成する方法であって、プラズマ及
び窒素含有雰囲気を用いて、酸化アルミニウム層を窒化
アルミニウム層に変換する工程を含む方法。 (2) 第1項に記載の方法であって、半導体基板の上
に第1の障壁層を形成し、前記第1の障壁層の上にアル
ミニウムをベースとした層を形成し、前記アルミニウム
をベースとした層の上に第2の障壁層を形成し、前記第
1の障壁層、前記アルミニウムをベースとした層、及び
前記第2の障壁層をパターンぎめ及びエッチングして配
線層を形成し、ここで、前記酸化アルミニウム層が前記
配線層の側壁に置かれる工程を更に含む方法。 (3) 第1項に記載の方法であって、前記窒素含有雰
囲気がアンモニア(NH3)を含む方法。 (4) 第1項に記載の方法であって、前記窒素含有雰
囲気が窒素(N2)を含む方法。 (5) 第1項に記載の方法であって、前記窒化アルミ
ニウム層が100Å程度の厚さである方法。
【0008】(6) 配線層を形成する方法であって、
半導体基板の上に第1の障壁層を形成し、前記第1の障
壁層の上にアルミニウムをベースとした層を形成し、前
記アルミニウムをベースとした層の上に第2の障壁層を
形成し、前記第1の障壁層、前記アルミニウムをベース
とした層、及び前記第2の障壁層をパターンぎめ及びエ
ッチングして配線層を形成し、ここで、前記アルミニウ
ムをベースとした層の露出された側壁にアルミニウム−
酸化物層が生じ、前記アルミニウム−酸化物層をプラズ
マ窒化にさらして、前記アルミニウム−酸化物層をアル
ミニウム−窒化物に変換する工程を含む方法。 (7) 第6項に記載の方法であって、前記さらす工程
は、アンモニア(NH3)を流す工程を含む方法。 (8) 第6項に記載の方法であって、前記さらす工程
は、窒素(N2)を流す工程を含む方法。 (9) 第6項に記載の方法であって、前記窒化アルミ
ニウム層が100Å程度の厚さである方法。
【0009】(10) 配線層を有する集積回路であっ
て、第1の障壁層と、前記第1の障壁層の上の、側壁を
有するアルミニウムをベースとした層と、前記アルミニ
ウムをベースとした層の上の第2の障壁層と、前記アル
ミニウムをベースとした層の前記側壁上のアルミニウム
−窒化物層とを含む集積回路。 (11) 第10項に記載の集積回路であって、前記ア
ルミニウム−窒化物層は、100Å程度の厚さである集
積回路。 (12) 第1の障壁層(106)と、第1の障壁層
(106)に重なるアルミニウムをベースとした層(1
08)と、アルミニウムをベースとした層(108)に
重なる第2の障壁層(110)を含む配線層(104)
を有する集積回路。アルミニウム−窒化物層(112)
が、アルミニウムをベースとした層(108)の側壁に
置かれる。AlN層(112)は、NH3又はN2雰囲気
のプラズマを用いて自然アルミニウム−酸化物層をAl
Nに変換することによって形成される。
【0010】
【関連出願との関係】下記の係属中の出願はこの発明と
関係があり、ここで引用することによってこの出願に取
り入れる。 通し番号 出願日 発明者 60/167,790(TI−25512)1999年11月29日 ルットマー(Luttmer)他
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従った配線層の断面図。
【図2】図1の配線層の種々の製造段階の断面図。
【符号の説明】
100 半導体基板 102 配線用の線 104 配線層 106 第1の障壁層 108 アルミニウムをベースとした層 110 第2の障壁層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 集積回路を形成する方法であって、 プラズマ及び窒素含有雰囲気を用いて、酸化アルミニウ
    ム層を窒化アルミニウム層に変換する工程を含む方法。
  2. 【請求項2】 配線層を有する集積回路であって、 第1の障壁層と、 前記第1の障壁層の上の、側壁を有するアルミニウムを
    ベースとした層と、 前記アルミニウムをベースとした層の上の第2の障壁層
    と、 前記アルミニウムをベースとした層の前記側壁上のアル
    ミニウム−窒化物層とを含む集積回路。
JP2000360952A 1999-11-29 2000-11-28 窒化アルミニウム障壁を形成する方法 Pending JP2001168101A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6573194B2 (en) * 1999-11-29 2003-06-03 Texas Instruments Incorporated Method of growing surface aluminum nitride on aluminum films with low energy barrier
KR100430579B1 (ko) * 2001-06-27 2004-05-10 동부전자 주식회사 반도체 소자용 금속 배선의 후처리 방법
US6844627B2 (en) 2002-09-14 2005-01-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Metal film semiconductor device and a method for forming the same

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