JP2561123B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP2561123B2 JP2561123B2 JP63094439A JP9443988A JP2561123B2 JP 2561123 B2 JP2561123 B2 JP 2561123B2 JP 63094439 A JP63094439 A JP 63094439A JP 9443988 A JP9443988 A JP 9443988A JP 2561123 B2 JP2561123 B2 JP 2561123B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置の製造方法、特に、バリアメタルの形成に
高圧高温の熱処理を行うことにより電極配線を形成する
方法に関し、 半導体装置の電極形成において、バリア性が大きく、
微細化構造に適した半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とし、 下地との電気的接触を形成する領域にコンタクト窓
(14)形成し、このコンタクト窓(14)にバリアメタル
(15)を形成し、次いで導電メタル(15)を形成する半
導体装置の製造方法において、 前記コンタクト窓(14)にバリアメタル(15)を形成
した後に、該バリアメタル(15)を常圧を越える圧力
で、窒素ガスを主体とする雰囲気中において熱処理する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法を含み構成す
る。
高圧高温の熱処理を行うことにより電極配線を形成する
方法に関し、 半導体装置の電極形成において、バリア性が大きく、
微細化構造に適した半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とし、 下地との電気的接触を形成する領域にコンタクト窓
(14)形成し、このコンタクト窓(14)にバリアメタル
(15)を形成し、次いで導電メタル(15)を形成する半
導体装置の製造方法において、 前記コンタクト窓(14)にバリアメタル(15)を形成
した後に、該バリアメタル(15)を常圧を越える圧力
で、窒素ガスを主体とする雰囲気中において熱処理する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法を含み構成す
る。
本発明は、半導体装置の製造方法、特に、バリアメタ
ルの形成に高圧高温の熱処理を行い微細化に適した電極
配線を形成する方法に関する。
ルの形成に高圧高温の熱処理を行い微細化に適した電極
配線を形成する方法に関する。
従来、半導体装置の製造において、素子の微細化とと
もに動作速度が向上してきており、それにともない接合
が浅くなってきている。そのために電極配線の形成に
は、配線金属とシリコンとの間の相互拡散により生じる
接合破壊などを防止するために、相互拡散の防止用のバ
リアメタルが用いられている。
もに動作速度が向上してきており、それにともない接合
が浅くなってきている。そのために電極配線の形成に
は、配線金属とシリコンとの間の相互拡散により生じる
接合破壊などを防止するために、相互拡散の防止用のバ
リアメタルが用いられている。
第4図はこのような従来の電極配線部分を示す断面図
である。同図に示す如く、シリコン基板1のコンタクト
を形成する拡散領域2上には、酸化シリコン(SiO2)膜
3を除去してコンタクト窓4が形成され、このコンタク
ト窓4内にバリアメタル5が気相成長(CVD)法などに
より形成され、そのバリアメタル5上にアルミニュウム
(Al)、金(Au)などの配線用の導電メタル6が形成さ
れている。このバリアメタル5は、下地のシリコンと導
電メタル6であるAl、Auなどとの間の相互拡散を防止
し、接合破壊が生じないようにするため設けられるもの
である。このバリアメタル5としては、例えば、窒化チ
タン(チタンナイトライド:TiN)などが多用されてい
る。
である。同図に示す如く、シリコン基板1のコンタクト
を形成する拡散領域2上には、酸化シリコン(SiO2)膜
3を除去してコンタクト窓4が形成され、このコンタク
ト窓4内にバリアメタル5が気相成長(CVD)法などに
より形成され、そのバリアメタル5上にアルミニュウム
(Al)、金(Au)などの配線用の導電メタル6が形成さ
れている。このバリアメタル5は、下地のシリコンと導
電メタル6であるAl、Auなどとの間の相互拡散を防止
し、接合破壊が生じないようにするため設けられるもの
である。このバリアメタル5としては、例えば、窒化チ
タン(チタンナイトライド:TiN)などが多用されてい
る。
しかし、従来のバリアメタル5は、コンタクト窓4の
段差となる側壁部分の膜厚が薄くなり、かつ膜質が弱
く、バリア性が不完全となる欠点があった。これは、バ
リアメタル6がCVD法などにより堆積されるため、側壁
部分の膜質が平坦部分の膜質より悪く、かつ側壁部分の
膜と平坦部分の膜の成長方向に違いが生じ、その境界に
不連続線ができることによるものである。このため、従
来はバリアメタル6を厚く堆積したり、あるいは種々の
熱処理などを施していたが、必ずしもバリア性は十分で
はなく、微細化の支障になっていた。
段差となる側壁部分の膜厚が薄くなり、かつ膜質が弱
く、バリア性が不完全となる欠点があった。これは、バ
リアメタル6がCVD法などにより堆積されるため、側壁
部分の膜質が平坦部分の膜質より悪く、かつ側壁部分の
膜と平坦部分の膜の成長方向に違いが生じ、その境界に
不連続線ができることによるものである。このため、従
来はバリアメタル6を厚く堆積したり、あるいは種々の
熱処理などを施していたが、必ずしもバリア性は十分で
はなく、微細化の支障になっていた。
本発明は、半導体装置の電極形成において、バリア性
が大きく、微細化構造に適した半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
が大きく、微細化構造に適した半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
上記目的は、下地との電気的接触を形成する領域にコ
ンタクト窓形成し、このコンタクト窓にバリアメタルを
形成し、次いで導電メタルを形成する半導体装置の製造
方法において、前記コンタクト窓にバリアメタルを形成
した後に、該バリアメタルを常圧を越える圧力で、窒素
ガスを主体とする雰囲気中において熱処理することを特
徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
ンタクト窓形成し、このコンタクト窓にバリアメタルを
形成し、次いで導電メタルを形成する半導体装置の製造
方法において、前記コンタクト窓にバリアメタルを形成
した後に、該バリアメタルを常圧を越える圧力で、窒素
ガスを主体とする雰囲気中において熱処理することを特
徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
すなわち、本発明はコンタクト窓にバリアメタルを形
成した後に、常圧を越す圧力の雰囲気中で熱処理するこ
とにより従来よりも低温で窒化が進むことを見出したも
ので、この雰囲気でバリアメタルを窒化することにより
結晶中の線状欠陥、グレイン境界の弱い部分が補強さ
れ、特にコンタクト窓の側壁部分の膜質が改良される。
従って、バリア性が大きくなるとともに、より低温で熱
処理ができるようになり、かつ膜厚も薄くすることがで
き微細化構造が可能になる。
成した後に、常圧を越す圧力の雰囲気中で熱処理するこ
とにより従来よりも低温で窒化が進むことを見出したも
ので、この雰囲気でバリアメタルを窒化することにより
結晶中の線状欠陥、グレイン境界の弱い部分が補強さ
れ、特にコンタクト窓の側壁部分の膜質が改良される。
従って、バリア性が大きくなるとともに、より低温で熱
処理ができるようになり、かつ膜厚も薄くすることがで
き微細化構造が可能になる。
以下、本発明を図示の一実施例により具体的に説明す
る。
る。
第1図(a)〜(c)は本発明実施例の電極配線部分
の製造工程断面図である。
の製造工程断面図である。
まず、同図(a)に示す如く、電気的な接触などのコ
ンタクト部分を形成する例えば、シリコン基板11の拡散
領域12上には、図示しない工程により1μm程度の膜厚
の酸化シリコン(SiO2)膜13がエッチングなどの工程に
より除去され、幅が1μm程度のコンタクト窓14が形成
される。
ンタクト部分を形成する例えば、シリコン基板11の拡散
領域12上には、図示しない工程により1μm程度の膜厚
の酸化シリコン(SiO2)膜13がエッチングなどの工程に
より除去され、幅が1μm程度のコンタクト窓14が形成
される。
次に、同図(b)に示す如く、上記コンタクト窓14内
にバリアメタルとして、TiN膜15を反応性マグネトロン
スパッタリング法により平坦部分における膜厚が1000Å
程度になるよう堆積する。この反応性マグネトロンスパ
ッタリング法によるTiN膜15の形成条件は、例えば、圧
力が5×10-3torr、アルゴンと窒素ガス(Ar+N2)が流
量比で1:1の割合の雰囲気中で、大きさが直径20cm厚さ5
mm程度の円形のチタン(Ti)ターゲットに、3kw程度の
エネルギーを投入し、対向する10cm離れた上記シリコン
基板11に1分間程度成長して、約1000Å程度の膜厚のTi
N膜15を得る。次に、このTiN膜15形成後、常圧を越える
10気圧程度の圧力、400℃程度の温度で、窒素ガスを主
体(例えば、N2ガス中にドーピグガスとして100ppm程度
の若干の酸素ガスを含む)とした雰囲気中で、30分程度
の熱処理を行う。これによりTiN膜15の窒化が進む。
にバリアメタルとして、TiN膜15を反応性マグネトロン
スパッタリング法により平坦部分における膜厚が1000Å
程度になるよう堆積する。この反応性マグネトロンスパ
ッタリング法によるTiN膜15の形成条件は、例えば、圧
力が5×10-3torr、アルゴンと窒素ガス(Ar+N2)が流
量比で1:1の割合の雰囲気中で、大きさが直径20cm厚さ5
mm程度の円形のチタン(Ti)ターゲットに、3kw程度の
エネルギーを投入し、対向する10cm離れた上記シリコン
基板11に1分間程度成長して、約1000Å程度の膜厚のTi
N膜15を得る。次に、このTiN膜15形成後、常圧を越える
10気圧程度の圧力、400℃程度の温度で、窒素ガスを主
体(例えば、N2ガス中にドーピグガスとして100ppm程度
の若干の酸素ガスを含む)とした雰囲気中で、30分程度
の熱処理を行う。これによりTiN膜15の窒化が進む。
次に、同図(c)に示す如く、通常の方法により、上
記TiN膜15上に、純アルミニュウム配線膜16が7000Å程
度の膜厚に形成される。
記TiN膜15上に、純アルミニュウム配線膜16が7000Å程
度の膜厚に形成される。
上記電極部分の製造方法によれば、従来1度も試みら
れたことのなかった常圧を越す高圧力の雰囲気中で熱処
理することにより、従来よりも低温で窒化が進むことが
確認された。通常、TiNなどの高融点メタルを窒化する
には、高温にし窒化のための熱エネルギーを供給する必
要があるが、常圧を越す圧力の雰囲気中で熱処理するこ
とで、より低温で熱エネルギーが与えられるためと考え
られる。この熱処理によりTiN膜15が強くなるととも
に、TiN膜15の線状欠陥あるいはグレイン境界の弱い部
分が熱処理工程で酸化により補強され、相互拡散を防止
するからと考えられる。従って、コンタクト窓の側壁部
分の膜質が改良され、バリア性が大きくなるとともに、
膜厚も薄くすることができ、コンタクト抵抗を低くで
き、かつ微細化構造が可能になる。
れたことのなかった常圧を越す高圧力の雰囲気中で熱処
理することにより、従来よりも低温で窒化が進むことが
確認された。通常、TiNなどの高融点メタルを窒化する
には、高温にし窒化のための熱エネルギーを供給する必
要があるが、常圧を越す圧力の雰囲気中で熱処理するこ
とで、より低温で熱エネルギーが与えられるためと考え
られる。この熱処理によりTiN膜15が強くなるととも
に、TiN膜15の線状欠陥あるいはグレイン境界の弱い部
分が熱処理工程で酸化により補強され、相互拡散を防止
するからと考えられる。従って、コンタクト窓の側壁部
分の膜質が改良され、バリア性が大きくなるとともに、
膜厚も薄くすることができ、コンタクト抵抗を低くで
き、かつ微細化構造が可能になる。
また、従来アルミニュウム中にN2が含まれると表面に
アルミニュウムの大きな突起が形成される問題があり、
上方向に形成された突起は層間のショート、横方向に形
成された突起はライン間のショートの原因となることが
あった。特に、400℃を越す温度では突起の形成が多か
った。ところが、上記熱処理では、遊離N2がなく、また
より低温で熱処理ができ、アルミニュウム突起の防止に
有効である。
アルミニュウムの大きな突起が形成される問題があり、
上方向に形成された突起は層間のショート、横方向に形
成された突起はライン間のショートの原因となることが
あった。特に、400℃を越す温度では突起の形成が多か
った。ところが、上記熱処理では、遊離N2がなく、また
より低温で熱処理ができ、アルミニュウム突起の防止に
有効である。
第2図(a)及び(b)は、本発明実施例のバリア性
を試験するために形成された電極部分の断面図である。
なお、第1図に対応する部分は同一の符号を記す。
を試験するために形成された電極部分の断面図である。
なお、第1図に対応する部分は同一の符号を記す。
まず、同図(a)に示す如く、バリア性を試験するた
めに、100個程度のコンタクト窓14を形成し、このコン
タクト窓14に上記第1図に示すように、TiN膜15を形成
した。このとき、窒素ガス(N2)を主体とした雰囲気中
で、30分程度の熱処理を、圧力を1気圧から10気圧程度
まで、また温度を200℃から600℃程度まで変化させてTi
N膜15を形成した。その後、TiN膜15上に純アルミニュウ
ム配線膜16を7000Å程度の膜厚に形成した。純アルミニ
ュウムを用いているのは、相互拡散の影響を見るためで
ある。そして、バリア性を試験するために、480℃、30
分間の熱処理を3回ほど繰り返した。この熱処理により
TiN膜15に欠陥があると、純アルミニュウム配線膜16と
シリコン基板11との間の相互拡散が生じシリコン基板11
には、不良箇所として、いわゆるくわれが生じる。
めに、100個程度のコンタクト窓14を形成し、このコン
タクト窓14に上記第1図に示すように、TiN膜15を形成
した。このとき、窒素ガス(N2)を主体とした雰囲気中
で、30分程度の熱処理を、圧力を1気圧から10気圧程度
まで、また温度を200℃から600℃程度まで変化させてTi
N膜15を形成した。その後、TiN膜15上に純アルミニュウ
ム配線膜16を7000Å程度の膜厚に形成した。純アルミニ
ュウムを用いているのは、相互拡散の影響を見るためで
ある。そして、バリア性を試験するために、480℃、30
分間の熱処理を3回ほど繰り返した。この熱処理により
TiN膜15に欠陥があると、純アルミニュウム配線膜16と
シリコン基板11との間の相互拡散が生じシリコン基板11
には、不良箇所として、いわゆるくわれが生じる。
その後、同図(b)に示す如く、王水で純アルミニュ
ウム配線膜16と、TiN膜15を除去して、下地であるシリ
コン基板11のくわれを観察した。
ウム配線膜16と、TiN膜15を除去して、下地であるシリ
コン基板11のくわれを観察した。
第3図は本発明実施例によるバリア性の試験結果を示
す図である。同図において、横軸は処理の温度(℃)、
縦軸はサンプル数に対するくわれのない良品数の割合
(%)を示し、A曲線は1気圧、B曲線は2気圧、C曲
線は3気圧、D曲線は5気圧、E曲線は7気圧、F曲線
は10気合で試験したときのバリア性を示す。バリア性
は、圧力を2気圧にしたとき顕著に向上することが判明
した。
す図である。同図において、横軸は処理の温度(℃)、
縦軸はサンプル数に対するくわれのない良品数の割合
(%)を示し、A曲線は1気圧、B曲線は2気圧、C曲
線は3気圧、D曲線は5気圧、E曲線は7気圧、F曲線
は10気合で試験したときのバリア性を示す。バリア性
は、圧力を2気圧にしたとき顕著に向上することが判明
した。
同図に示す如く、バリア性は、処理の温度が200℃か
ら400℃までは急激に上昇し、400℃から600℃までは緩
やかに上昇していることを示している。また、圧力が常
圧(1気圧のA曲線)を越えているときには、高くなる
ほど(1気圧〜10気圧→)バリア性が向上することを示
している。なお、400℃を越える温度では、アルミニュ
ウム突起の形成が激しくなった。従って、400℃以下の
温度で、アルミニュウム突起の少ないバリアメタルの形
成が可能になる。
ら400℃までは急激に上昇し、400℃から600℃までは緩
やかに上昇していることを示している。また、圧力が常
圧(1気圧のA曲線)を越えているときには、高くなる
ほど(1気圧〜10気圧→)バリア性が向上することを示
している。なお、400℃を越える温度では、アルミニュ
ウム突起の形成が激しくなった。従って、400℃以下の
温度で、アルミニュウム突起の少ないバリアメタルの形
成が可能になる。
なお、本発明においては、少なくとも、バリアメタル
形成後、常圧を越える圧力で窒素ガスを主体とする雰囲
気中において熱処理を行えばよく、この圧力は、高いほ
どバリア性がよくなり、また窒素ガス中には、ドーピン
グガスとして若干の酸素(O2)ガス、アルゴン(Ar)ガ
スが含まれていてもよい。これらの温度、圧力、処理期
間、ドーピングガスなどは、コンタクト抵抗、トランジ
スタ特性により適宜変えてもよい。
形成後、常圧を越える圧力で窒素ガスを主体とする雰囲
気中において熱処理を行えばよく、この圧力は、高いほ
どバリア性がよくなり、また窒素ガス中には、ドーピン
グガスとして若干の酸素(O2)ガス、アルゴン(Ar)ガ
スが含まれていてもよい。これらの温度、圧力、処理期
間、ドーピングガスなどは、コンタクト抵抗、トランジ
スタ特性により適宜変えてもよい。
また、コンタクト窓14は、下地と電気的な接触を形成
する領域に形成されればよい。
する領域に形成されればよい。
さらに、上記実施例においては、チタンナイトライド
(TiN)を用いているが、通常用いられる高融点メタル
などのバリアメタルについても適用できる。
(TiN)を用いているが、通常用いられる高融点メタル
などのバリアメタルについても適用できる。
また、バリアメタルの膜厚、成形条件は配線金属など
に応じて任意にでき、実施例に限定されない。
に応じて任意にでき、実施例に限定されない。
以上説明したように本発明によれば、コンタクト窓に
バリアメタルを形成した後に、常圧を越す圧力の雰囲気
中で熱処理することにより、従来よりも低温で窒化が進
み、コンタクト窓の側壁部分の膜質が改良されたため、
バリア性が大きくなるとともに、より低温で熱処理がで
きるようになり、かつ膜厚も薄くすることができ半導体
装置の微細化構造が可能になる。
バリアメタルを形成した後に、常圧を越す圧力の雰囲気
中で熱処理することにより、従来よりも低温で窒化が進
み、コンタクト窓の側壁部分の膜質が改良されたため、
バリア性が大きくなるとともに、より低温で熱処理がで
きるようになり、かつ膜厚も薄くすることができ半導体
装置の微細化構造が可能になる。
第1図(a)〜(c)は本発明実施例の製造工程断面
図、 第2図(a)及び(b)は本発明実施例のバリア性を試
験するための電極部分の断面図、 第3図は本発明実施例のバリア性試験結果を示す図、 第4図は従来の電極配線部分の断面図である。 図中、 11はシリコン基板、 12は拡散領域、 13は酸化シリコン(SiO2)膜、 14はコンタクト窓、 15はTiN膜、 16は純アルミニュウム配線膜、 を示す。
図、 第2図(a)及び(b)は本発明実施例のバリア性を試
験するための電極部分の断面図、 第3図は本発明実施例のバリア性試験結果を示す図、 第4図は従来の電極配線部分の断面図である。 図中、 11はシリコン基板、 12は拡散領域、 13は酸化シリコン(SiO2)膜、 14はコンタクト窓、 15はTiN膜、 16は純アルミニュウム配線膜、 を示す。
Claims (1)
- 【請求項1】下地との電気的接触を形成する領域にコン
タクト窓(14)形成し、このコンタクト窓(14)にバリ
アメタル(15)を形成し、次いで導電メタル(15)を形
成する半導体装置の製造方法において、 前記コンタクト窓(14)にバリアメタル(15)を形成し
た後に、該バリアメタル(15)を常圧を越える圧力で、
窒素ガスを主体とする雰囲気中において熱処理すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63094439A JP2561123B2 (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63094439A JP2561123B2 (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01266719A JPH01266719A (ja) | 1989-10-24 |
JP2561123B2 true JP2561123B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=14110289
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63094439A Expired - Fee Related JP2561123B2 (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2561123B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5262354A (en) * | 1992-02-26 | 1993-11-16 | International Business Machines Corporation | Refractory metal capped low resistivity metal conductor lines and vias |
-
1988
- 1988-04-19 JP JP63094439A patent/JP2561123B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01266719A (ja) | 1989-10-24 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |