JP2565292B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP2565292B2 JP2565292B2 JP5285373A JP28537393A JP2565292B2 JP 2565292 B2 JP2565292 B2 JP 2565292B2 JP 5285373 A JP5285373 A JP 5285373A JP 28537393 A JP28537393 A JP 28537393A JP 2565292 B2 JP2565292 B2 JP 2565292B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置、特に集積
回路の配線構造に関する。
回路の配線構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置におけるＡｌ系配線と
しては、Ａｌと約２原子％以下の遷移金属とからなる合
金、あるいは、それに１原子％程度のＳｉを添加した合
金が用いられてきた。
しては、Ａｌと約２原子％以下の遷移金属とからなる合
金、あるいは、それに１原子％程度のＳｉを添加した合
金が用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】集積回路の素子寸法の
微細化に伴い、コンタクト孔や多層配線の上下層間接続
孔（ビアホール）の直径の微細化とアスペクト比（孔の
深さ／直径）の増大が進んでいる。たとえば、６４メガ
ビットＤＲＡＭにおいては、コンタクト孔直径は０．３
μｍ程度、アスペクト比４〜６程度にも達すると予想さ
れる。標準的な成膜方法であるスパッタや蒸着を用い
て、その様な微細高アスペクト比孔内に従来のＡｌ合金
を堆積しようとすると、５００℃程度の高温堆積を行っ
たり、堆積後５００℃程度の高温での熱処理が必要であ
る。その様な高温熱処理は、コンタクト部におけるＳｉ
基板とＡｌ合金との合金化反応や多層配線における下層
配線にストレスマイグレーションによるボイドや断線を
引き起こす確率が高いという問題がある。
微細化に伴い、コンタクト孔や多層配線の上下層間接続
孔（ビアホール）の直径の微細化とアスペクト比（孔の
深さ／直径）の増大が進んでいる。たとえば、６４メガ
ビットＤＲＡＭにおいては、コンタクト孔直径は０．３
μｍ程度、アスペクト比４〜６程度にも達すると予想さ
れる。標準的な成膜方法であるスパッタや蒸着を用い
て、その様な微細高アスペクト比孔内に従来のＡｌ合金
を堆積しようとすると、５００℃程度の高温堆積を行っ
たり、堆積後５００℃程度の高温での熱処理が必要であ
る。その様な高温熱処理は、コンタクト部におけるＳｉ
基板とＡｌ合金との合金化反応や多層配線における下層
配線にストレスマイグレーションによるボイドや断線を
引き起こす確率が高いという問題がある。
【０００４】本発明の目的は、この従来技術における問
題点を解決した新規な半導体装置を提供することにあ
る。
題点を解決した新規な半導体装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、コンタクト孔あるいはビアホール内の主
たる配線が、希土類元素濃度が約５原子％以上のＡｌ−
希土類元素合金、または、Ａｌ−希土類元素−遷移金属
合金によって形成されていることを特徴とするものであ
る。
め、本発明は、コンタクト孔あるいはビアホール内の主
たる配線が、希土類元素濃度が約５原子％以上のＡｌ−
希土類元素合金、または、Ａｌ−希土類元素−遷移金属
合金によって形成されていることを特徴とするものであ
る。
【０００６】
【作用】本発明の組成のＡｌ合金を用いると、従来のＡ
ｌ合金を用いた場合より著しい低温においても高アスペ
クトの微細孔内にＡｌ配線を被覆性よく形成することが
できる。特に、被覆性あるいは埋込み性改善効果は、本
発明による組成の非晶質状合金膜を形成した後、加熱に
より結晶化させる過程において顕著であり、その過程に
おいて流動性が著しく増加し、Ａｌ合金が微細孔内に流
動するものと考えられる。
ｌ合金を用いた場合より著しい低温においても高アスペ
クトの微細孔内にＡｌ配線を被覆性よく形成することが
できる。特に、被覆性あるいは埋込み性改善効果は、本
発明による組成の非晶質状合金膜を形成した後、加熱に
より結晶化させる過程において顕著であり、その過程に
おいて流動性が著しく増加し、Ａｌ合金が微細孔内に流
動するものと考えられる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の構造の一実施例を図１〜６を
用いて説明する。標準的な集積回路の製造技術を用い
て、図１の断面摸式図に示したようにｐ型シリコン基板
１１にｎ+ 不純物領域１２を設けた後、シリコン酸化膜
１３を堆積し、ｎ+ 領域へのコンタクト孔１４を開口す
る。
用いて説明する。標準的な集積回路の製造技術を用い
て、図１の断面摸式図に示したようにｐ型シリコン基板
１１にｎ+ 不純物領域１２を設けた後、シリコン酸化膜
１３を堆積し、ｎ+ 領域へのコンタクト孔１４を開口す
る。
【０００８】次にチタニウム（Ｔｉ）を全面に約４００
オングストローム堆積した後窒素・水素混合ガス等窒化
性雰囲気中で熱処理を行ない、シリコン基板に接するチ
タニウムの一部とシリコンとの反応によって図２に示し
たようにチタンシリサイド１６をコンタクト孔に自己整
合的に形成するとともに、その表面及び絶縁膜１３上の
チタニウムを窒化チタニウム１５に変換する。この際、
絶縁膜１３上のチタニウム膜が膜厚方向に全部は窒化さ
れず、窒化チタニウム膜の下にチタニウム膜を残しても
構わない。また、バリア層としての窒化チタニウム膜厚
が不足する場合には、この後で、反応性スパッタ法等に
より窒化チタニウム膜を重ねて堆積すればよい。次に、
本発明による組成のＡｌ合金としてアルミニウム（Ａ
ｌ）・イットリウム（Ｙ）・ニッケル（Ｎｉ）合金１７
を真空蒸着した。この際Ｙ及びＮｉ含有率としては、そ
れぞれ約１０原子％及び約５原子％を用い、基板温度は
約−１９６℃に冷却して行ない、非晶質状のＡｌ−Ｙ−
Ｎｉ合金膜を形成した。次に同一真空中で約２９０℃に
加熱して熱処理を行うことにより、図３に示したように
微細なコンタクト孔内にＡｌ−Ｙ−Ｎｉ合金膜をほとん
ど”す”を発生させずに埋込むことができた。次に、標
準的な反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により絶縁膜
１３上のＡｌ−Ｙ−Ｎｉ合金膜及び窒化チタニウム膜を
除去することにより、図４に示したように窒化チタニウ
ム１５′とＡｌ−Ｙ−Ｎｉ１７′から構成されるコンタ
クト構造が形成される。多層配線構造に本発明を適用す
る場合には、図５に示す如く、さらに、標準的な方法を
用いて窒化チタニウム１８、Ａｌ−Ｃｕ合金１９、およ
び窒化チタニウム２０より構成される積層配線を形成
し、さらに、図６に示したように、酸化シリコン等の層
間絶縁膜２１を形成し、ビア（上下層接続孔）を開口し
た後、前述のコンタクト孔内配線形成と同様な方法を用
いることにより、Ａｌ−Ｙ−Ｎｉ合金ビア配線２３およ
びＡｌ−Ｃｕ第２層配線２５を形成することができる。
ここに２２、２４、２６は、窒化チタニウムである。
オングストローム堆積した後窒素・水素混合ガス等窒化
性雰囲気中で熱処理を行ない、シリコン基板に接するチ
タニウムの一部とシリコンとの反応によって図２に示し
たようにチタンシリサイド１６をコンタクト孔に自己整
合的に形成するとともに、その表面及び絶縁膜１３上の
チタニウムを窒化チタニウム１５に変換する。この際、
絶縁膜１３上のチタニウム膜が膜厚方向に全部は窒化さ
れず、窒化チタニウム膜の下にチタニウム膜を残しても
構わない。また、バリア層としての窒化チタニウム膜厚
が不足する場合には、この後で、反応性スパッタ法等に
より窒化チタニウム膜を重ねて堆積すればよい。次に、
本発明による組成のＡｌ合金としてアルミニウム（Ａ
ｌ）・イットリウム（Ｙ）・ニッケル（Ｎｉ）合金１７
を真空蒸着した。この際Ｙ及びＮｉ含有率としては、そ
れぞれ約１０原子％及び約５原子％を用い、基板温度は
約−１９６℃に冷却して行ない、非晶質状のＡｌ−Ｙ−
Ｎｉ合金膜を形成した。次に同一真空中で約２９０℃に
加熱して熱処理を行うことにより、図３に示したように
微細なコンタクト孔内にＡｌ−Ｙ−Ｎｉ合金膜をほとん
ど”す”を発生させずに埋込むことができた。次に、標
準的な反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により絶縁膜
１３上のＡｌ−Ｙ−Ｎｉ合金膜及び窒化チタニウム膜を
除去することにより、図４に示したように窒化チタニウ
ム１５′とＡｌ−Ｙ−Ｎｉ１７′から構成されるコンタ
クト構造が形成される。多層配線構造に本発明を適用す
る場合には、図５に示す如く、さらに、標準的な方法を
用いて窒化チタニウム１８、Ａｌ−Ｃｕ合金１９、およ
び窒化チタニウム２０より構成される積層配線を形成
し、さらに、図６に示したように、酸化シリコン等の層
間絶縁膜２１を形成し、ビア（上下層接続孔）を開口し
た後、前述のコンタクト孔内配線形成と同様な方法を用
いることにより、Ａｌ−Ｙ−Ｎｉ合金ビア配線２３およ
びＡｌ−Ｃｕ第２層配線２５を形成することができる。
ここに２２、２４、２６は、窒化チタニウムである。
【０００９】上記の実施例では、絶縁膜平面上に形成さ
れたＡｌ−Ｙ−Ｎｉ合金を除去し、コンタクト孔および
ビア内にのみ残したが、絶縁膜上のＡｌ−Ｙ−Ｎｉ合金
を除去せず、配線層の一部として用いることもでる。図
７は、その様な場合の配線の断面摸式図を示したもの
で、上記実施例の図５に対応する構造であり、第一層配
線が窒化チタニウム１５″、１８、２０、Ａｌ−Ｙ−Ｎ
ｉ合金１７″、Ａｌ−Ｃｕ合金１９によって構成されて
いる。第２層以上の配線に対しても同様の構造を利用す
ることができる。
れたＡｌ−Ｙ−Ｎｉ合金を除去し、コンタクト孔および
ビア内にのみ残したが、絶縁膜上のＡｌ−Ｙ−Ｎｉ合金
を除去せず、配線層の一部として用いることもでる。図
７は、その様な場合の配線の断面摸式図を示したもの
で、上記実施例の図５に対応する構造であり、第一層配
線が窒化チタニウム１５″、１８、２０、Ａｌ−Ｙ−Ｎ
ｉ合金１７″、Ａｌ−Ｃｕ合金１９によって構成されて
いる。第２層以上の配線に対しても同様の構造を利用す
ることができる。
【００１０】また、上記実施例において用いたＡｌ−Ｙ
−Ｎｉ合金のほか、Ａｌ−ＹやＡｌ−Ｌａ等のＡｌ−希
土類元素合金、あるいは、Ａｌ−Ｌａ−ＮｉやＡｌ−Ｃ
ｅ−Ｎｉ等のＡｌ−希土類元素−遷移金属合金において
非晶質合金形成可能組成においても同様の効果が存在す
る。
−Ｎｉ合金のほか、Ａｌ−ＹやＡｌ−Ｌａ等のＡｌ−希
土類元素合金、あるいは、Ａｌ−Ｌａ−ＮｉやＡｌ−Ｃ
ｅ−Ｎｉ等のＡｌ−希土類元素−遷移金属合金において
非晶質合金形成可能組成においても同様の効果が存在す
る。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ａ
ｌ合金配線を高アスペクト比の微細孔内に低温で、か
つ、埋め込み性よく形成できるので、これを用いた集積
回路等の半導体装置の製造歩留りや信頼性が向上する。
ｌ合金配線を高アスペクト比の微細孔内に低温で、か
つ、埋め込み性よく形成できるので、これを用いた集積
回路等の半導体装置の製造歩留りや信頼性が向上する。
【図１】本発明の実施例における製造工程での試料の断
面摸式図である。
面摸式図である。
【図２】本発明の実施例における製造工程での試料の断
面摸式図である。
面摸式図である。
【図３】本発明の実施例における製造工程での試料の断
面摸式図である。
面摸式図である。
【図４】本発明の実施例における製造工程での試料の断
面摸式図である。
面摸式図である。
【図５】本発明の実施例における製造工程での試料の断
面摸式図である。
面摸式図である。
【図６】本発明の実施例における製造工程での試料の断
面摸式図である。
面摸式図である。
【図７】本発明の別の実施例の試料の断面摸式図であ
る。
る。
１１ シリコン基板 １２ ｎ+ 不純物領域 １３ シリコン酸化膜 １４ コンタクト孔 １５、１５′、１５″、１８、２０、２２、２４、２６
窒化チタニウム １６ チタンシリサイド １７、１７′、１７″、２３ アルミニウム−イットリ
ウム−ニッケル合金 １９，２５ アルミニウム・銅合金
窒化チタニウム １６ チタンシリサイド １７、１７′、１７″、２３ アルミニウム−イットリ
ウム−ニッケル合金 １９，２５ アルミニウム・銅合金
Claims (1)
- 【請求項１】 基板へのコンタクト孔、あるいは、多層
配線における上下層間の接続孔内の主たる配線が、希土
類元素濃度が約５原子％以上のＡｌ−希土類元素合金、
または、Ａｌ−希土類元素−遷移金属合金によって形成
されていることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5285373A JP2565292B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5285373A JP2565292B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07142478A JPH07142478A (ja) | 1995-06-02 |
| JP2565292B2 true JP2565292B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=17690713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5285373A Expired - Lifetime JP2565292B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2565292B2 (ja) |
-
1993
- 1993-11-15 JP JP5285373A patent/JP2565292B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07142478A (ja) | 1995-06-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960813 |