JP2004055986A - 半導体装置の製造方法及びその半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】誘電体反射防止膜5の上面、Al配線6の側面、絶縁層1の露出面等の全体にわたって、Ti/TiN膜13を形成する。続いて、水素アニールを行い、Al層3のAlと、Ti層、Ti/TiN層4及びTi/TiN膜13のTiとを合金化させ、Al配線6の周囲にTiAl3からなる被覆膜14を形成する。アニールにより発生した誘電体反射防止膜5の応力はAl配線6の上部に作用し、Al配線6上の被覆膜14に沿ってAlの粒成長を助長しようとするが、Al配線6の側壁に形成された被覆膜14の反作用により打ち消される。その結果、Alの粒成長は助長されず、Alの突き出しが抑えられる。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法及びその半導体装置に関し、さらに詳しくは、主としてAl(アルミニウム)からなる多層配線を備えた半導体装置の製造方法及びその半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、多層配線を備えた半導体装置が提供されている。この配線は一般に、Al等の金属から形成される。以下、この半導体装置の従来の製造方法を図5及び図6を参照して説明する。
【0003】
まず、Si(シリコン)基板上に形成されたSiO2(酸化シリコン)からなる絶縁層1の上に、Ti(チタン)層2、Al層3、Ti/TiN(チタン及び窒化チタン)層4、及びSiONからなる誘電体反射防止膜(D−ARC; dielectricanti−reflective coating)5を順次形成し、これらをフォトレジスト法により所定のパターンにエッチングする。図5は、エッチング後の状態を示す。パターン化された、Ti層2、Al層3、Ti/TiN層4、及び誘電体反射防止膜5は、図5の紙面に対して垂直方向に延びている。Ti層2の厚さは10nm、Al層3の厚さは540nm、Ti/Ni層4の厚さは32nm、誘電体反射防止膜5の厚さは30nmである。
【0004】
次に、アニールを行うと、Al層3のAlとTi層2及びTi/TiN層4のTiとが合金化し、図6に示すように、Al層3の上下にTiAl3(チタンとアルミニウムの合金)層7が形成される。これにより、Al層3からなるAl配線6が形成される。
【0005】
このようなAl配線6と絶縁層とを繰り返し形成することにより、多層配線を形成している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記アニール時に、Al配線6の側面からAlが突き出してくるという問題がある。Alが突き出した状態を図7に示す。図7では、TiAl3層7は薄いために示されていない(後掲の図8及び図9でも同様)。図7に示すように、Al配線6、TiN層4及び誘電体反射防止膜5は図上横方向に延びているが、その端面8aでエッチングにより切断されている。また、端面8aより図上右下の部分8bは、オーバーエッチングにより形成された部分である。
上述したように、エッチング後のアニールによりTiとAlが合金化してAl層3の上下にTiAl3層7が形成されるが、その後、Tiとの合金化反応に使用されなかったAlが端面8aから突き出し、さらにはオーバーエッチングにより形成された部分8bにも流れ込む。この現象は、アニールにより発生した誘電体反射防止膜5の応力がAl配線6の上部に作用し、Al配線6上のTiAl3層7に沿ってAlの粒成長(grain growth)を助長するために起こると考えられる。
【0007】
このようなAlの突き出し現象により発生する短絡不良を図8に示す。また、図8中のIX部を拡大したものを図9に示す。図8及び図9に示すように、Al配線6と隣接して同じ層に別のAl配線9が存在する場合、Al配線6から突き出したAlがその隣のAl配線9に接触すると、Al配線6とAl配線9とが短絡する。
【0008】
また、図10に示すように、Al配線6は他の層のAl配線10と導電性スルーホール11により接続される。導電性スルーホール11は、Al配線10上の絶縁層にエッチングにより貫通孔を形成し、WF6(フッ化タングステン)を用いたCVD(気相化学成長)法によりその貫通孔にW(タングステン)を埋め込むことにより形成される。しかし、図10に示すように、Al配線10の真上に形成すべき導電性スルーホール11が少しずれると、CVD時のWF6がAl配線10の側面10aに露出したAlを浸食する。そのため、Al配線6とAl配線10との間の抵抗が高くなり、場合によってはオープン(非導通)状態になることもあった。なお、Al配線10の上面にはTiAl3層が形成されているため、WF6がAl配線10の上面からAlを浸食することはない。
【0009】
以上のような不具合の結果、上記半導体装置の製造歩留まりが低下し、さらには信頼性も低下するという問題があった。
【0010】
本発明の目的は、歩留まり及び信頼性を向上させることの可能な半導体装置の製造方法及びその半導体装置を提供することである。
【0011】
本発明のもう1つの目的は、配線の短絡不良を防止することの可能な半導体装置の製造方法及びその半導体装置を提供することである。
【0012】
本発明のさらにもう1つの目的は、スルーホールの接触不良を防止することの可能な半導体装置の製造方法及びその半導体装置を提供することである。
【0013】
本発明のさらにもう1つの目的は、Alの突き出しを防止することの可能な半導体装置の製造方法及びその半導体装置を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された絶縁層上に形成されたAl配線を形成する工程と、Al配線の周囲にTi及びAlの合金からなる被覆膜を形成する工程とを備える。
【0015】
好ましくは、上記半導体装置の製造方法はさらに、絶縁層とAl配線との間にTi層を形成する工程と、Al配線上にTi/TiN層を形成する工程とを備える。好ましくは、上記被覆膜の形成工程は、Al配線を覆うようにTiを含有する膜を形成する工程と、Al配線及びTiを含有する膜を加熱する工程とを含む。したがって、加熱によりAl配線のAlとその周囲のTiとが合金化し、Al配線の周囲にTi及びAlの合金、好ましくはTiAl3からなる被覆膜が形成される。
【0016】
本発明によれば、被覆膜がAl配線の周囲に形成されるため、加熱工程時にAlが突き出すのを抑えることができる。これにより、突き出したAlが隣の配線に接触して生じる短絡不良を防止することができる。また、被覆膜がAl配線の上面だけでなくAl配線の側面にも形成されているため、Al配線の真上に形成すべきスルーホールが少しずれた場合であっても、CVD時のWF6がAl配線の側壁を浸食して生じるスルーホールの接触不良を防止することができる。
【0017】
好ましくは、上記半導体装置の製造方法はさらに、加熱工程の後に、Tiを含有する膜を除去する工程を備える。さらに好ましくは、この除去工程は、Tiを含有する膜をAl配線の側壁に一部を残して除去する。したがって、この側壁に残った膜の一部により、Al配線の酸化を防止することができる。
【0018】
本発明による半導体装置は、半導体基板上に形成された絶縁層上に形成されたAl配線と、Al配線の周囲に形成されたTi及びAlの合金からなる被覆膜とを備える。したがって、被覆膜により加熱工程時にAlが突き出すのを抑えることができる。
【0019】
好ましくは、上記半導体装置はさらに、Al配線の側壁に形成されたTi/TiN膜を備える。したがって、Ti/TiN膜により、Al配線の酸化を防止することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を援用する。
【0021】
図1に示すように、従来と同様に、Si基板(図示せず)上に形成されたSiO2からなる絶縁層1上に、Ti層2、Al層3、Ti/TiN層4、及び誘電体反射防止膜5を順次形成し、これらをフォトレジスト法により所定のパターンにエッチングする。図1は、エッチング後の状態を示す。パターン化された、Ti層2、Al層3、Ti/TiN層4、及び誘電体反射防止膜5は、図1の紙面に対して垂直方向に延びている。
【0022】
続いて、図2に示すように、Ti/TiN膜13をスパッタリング法により形成する。Ti/TiN膜13は、誘電体反射防止膜5の上面、Al配線6の側面、絶縁層1の露出面等の全体にわたって形成される。
【0023】
続いて、400〜450℃、常圧で、75分間、水素アニールを行う。水素アニールを行うと、Al層3のAlと、Ti層2、Ti/TiN層4及びTi/TiN膜13のTiとが合金化し、図3に示すように、Al層3の周りにTiAl3からなる被覆膜14が形成される。これにより、Al層3からなるAl配線6が形成される。すなわち、被覆膜14は、Al配線6の上下と、Al配線6の両側壁とに形成される。
【0024】
このとき、アニールにより発生した誘電体反射防止膜5の応力がAl配線6の上部に作用し、Al配線6上の被覆膜14に沿ってAlの粒成長を助長しようとするが、Al配線6の側壁に形成された被覆膜14の反作用により打ち消される。そのため、Alの粒成長は助長されず、従来のようなAlの突き出しが抑えられる。
【0025】
続いて、Ti/TiN膜13を全面的にエッチングし、図4に示すように、不要なTi/TiN膜13を除去する。このとき、誘電体反射防止膜5がTiN層4上に形成されているので、TiN層4はエッチングされず、Ti/TiN膜13だけが選択的にエッチングされる。また、このエッチングは、図上縦方向に進行し、横方向にほとんど進行しない異方性エッチングであるから、Al配線6の側壁にはTi/TiN膜13の一部15がエッチングされずに残る。このAl配線6の側壁に残ったTi/TiN膜13の一部15により、Al配線6の酸化を防止することができる。
【0026】
そして、上記異方性エッチングの後に残ったポリマ等のエッチング残渣を洗い落とす。
【0027】
以上のように本発明の実施の形態によれば、TiAl3の被覆膜14がAl配線6の上下だけでなくAl配線6の両側壁にも形成されるため、アニール時にAlが突き出すのを抑えることができる。これにより、突き出したAlが隣のAl配線に接触して生じる短絡不良を防止することができる。また、TiAl3の被覆膜14がAl配線6の上面だけでなくAl配線6の側面にも形成されているため、Al配線6の真上に形成すべきスルーホールが少しずれた場合であっても、CVD時のWF6がAl配線6の側壁を浸食して生じるスルーホールの接触不良を防止し、ひいては配線間抵抗が高くなったり、オープン(非導通)状態になったりするのを防止することができる。上記の結果、この半導体装置の製造歩留まり及び信頼性を向上させることができる。
【0028】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法において、Al配線を形成する工程を示す断面図である。
【図2】図1に示した工程に続き、Ti/TiN膜を形成する工程を示す断面図である。
【図3】図2に示した工程に続き、アニールによりTiAl3からなる被覆膜を形成する工程を示す断面図である。
【図4】図3に示した工程に続き、不要なTi/TiN膜を除去する工程を示す断面図である。
【図5】従来の半導体装置の製造方法において、Al配線を形成する工程を示す断面図である。
【図6】図5に示した工程に続き、アニールによりTiAl3層を形成する工程を示す断面図である。
【図7】図6に示したアニール工程で発生するAlの突き出しを示す断面図である。
【図8】図7に示したAlの突き出しにより発生する短絡不良を示す断面図である。
【図9】図8中のIX部を拡大した断面図である。
【図10】図6中のAl配線上に形成したスルーホールの接触不良を示す断面図である。
【符号の説明】
1 絶縁層
2 Ti層
3 Al層
4 Ti/TiN層
5 誘電体反射防止膜
6 Al配線
13 Ti/TiN膜
14 被覆膜
Claims (11)
- 半導体基板上に形成された絶縁層上にAl配線を形成する工程と、
前記Al配線の周囲にTi及びAlの合金からなる被覆膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法であってさらに、
前記絶縁層と前記Al配線との間にTi層を形成する工程と、
前記Al配線上にTi/TiN層を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記被覆膜の形成工程は、
前記Al配線を覆うようにTiを含有する膜を形成する工程と、
前記Al配線及び前記Tiを含有する膜を加熱する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項3に記載の半導体装置の製造方法であってさらに、
前記加熱工程の後に、前記Tiを含有する膜を除去する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項4に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記除去工程は、前記Tiを含有する膜を前記Al配線の側壁に一部を残して除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項3〜請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記Tiを含有する膜はTi及びTiNの合金であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記被覆膜はTiAl3からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であってさらに、
前記Al配線上に反射防止膜を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上に形成された絶縁層上に形成されたAl配線と、
前記Al配線の周囲に形成されたTi及びAlの合金からなる被覆膜とを備えたことを特徴とする半導体装置。 - 請求項9に記載の半導体装置であってさらに、
前記Al配線上に形成された反射防止膜を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 請求項9又は請求項10に記載の半導体装置であってさらに、
前記Al配線の側壁に形成されたTi/TiN膜を備えたことを特徴とする半導体装置。
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JP2002214058A JP3956118B2 (ja) | 2002-07-23 | 2002-07-23 | 半導体装置の製造方法及びその半導体装置 |
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JP2007049139A (ja) * | 2005-08-10 | 2007-02-22 | Samsung Electronics Co Ltd | 誘電膜上のパッシベーション膜と共に金属−絶縁体−金属キャパシタ(metal−insulator−metalmimcapacitors)を形成する方法及びその素子 |
JP2014096448A (ja) * | 2012-11-08 | 2014-05-22 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
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- 2002-07-23 JP JP2002214058A patent/JP3956118B2/ja not_active Expired - Fee Related
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