JP2591450B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
- Publication number
- JP2591450B2 JP2591450B2 JP28098893A JP28098893A JP2591450B2 JP 2591450 B2 JP2591450 B2 JP 2591450B2 JP 28098893 A JP28098893 A JP 28098893A JP 28098893 A JP28098893 A JP 28098893A JP 2591450 B2 JP2591450 B2 JP 2591450B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tungsten
- forming
- aluminum alloy
- thickness
- connection hole
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】半導体装置の製造方法に関わり、
特にアルミニウム電極配線を有する半導体装置の製造方
法に関する。
特にアルミニウム電極配線を有する半導体装置の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化が進むにつれ、素
子間や配線間を接続するために絶縁膜に設けた開口部の
径は小さくなっていくが、深さはほとんど変化しないた
め開孔部のアスペクト比（深さ÷径）はますます大きく
なってきている。そこで、配線金属を形成するために従
来より使われてきたスパッタ法では段差被覆性が悪いた
め、開口部の側壁での膜厚は薄く、断線する恐れがあ
り、断線まではいかなくても信頼性を低下させる原因と
なっている。
子間や配線間を接続するために絶縁膜に設けた開口部の
径は小さくなっていくが、深さはほとんど変化しないた
め開孔部のアスペクト比（深さ÷径）はますます大きく
なってきている。そこで、配線金属を形成するために従
来より使われてきたスパッタ法では段差被覆性が悪いた
め、開口部の側壁での膜厚は薄く、断線する恐れがあ
り、断線まではいかなくても信頼性を低下させる原因と
なっている。
【０００３】この問題を解決するために、開口部内を化
学気相成長法により形成したタングステンで埋め込むこ
とが行なわれている。この方法にもいろいろあるが代表
的な例を図面を用いて説明する。図３がその従来技術の
主要工程断面図である。
学気相成長法により形成したタングステンで埋め込むこ
とが行なわれている。この方法にもいろいろあるが代表
的な例を図面を用いて説明する。図３がその従来技術の
主要工程断面図である。
【０００４】まず素子が形成された（図示省略）シリコ
ン基板２１上にシリコン酸化膜２２を形成し、このシリ
コン酸化膜２２の所定の位置にシリコン基板２１に達す
る接続孔２８を形成する（図３（Ａ））。次にチタニウ
ム２３、窒化チタニウム２４をスパッタ法により順次被
着した後、六弗化タングステン（ＷＦ6 ）を水素で還元
する化学気相成長法により、窒化チタニウム２４の全面
上にタングステン２５を成長する。タングステン２５の
成長膜厚は接続孔の半径以上の膜厚とし、タングステン
により接続孔は完全に埋め込まれる（図３（Ｂ））。次
にタングステン２５を全面エッチバックして、シリコン
酸化膜２２上の窒化チタニウム２４を露出させる（図３
（Ｃ））。その後、スパッタ法にてアルミニウム合金２
６を全面に形成した後、通常のフォトリソグラフィ技術
と、ドライエッチング技術にてアルミニウム合金２６、
窒化チタニウム２４、チタニウム２３を所望の形状にパ
ターニングしてアルミニウム電極配線を完成する（図３
（Ｄ））。
ン基板２１上にシリコン酸化膜２２を形成し、このシリ
コン酸化膜２２の所定の位置にシリコン基板２１に達す
る接続孔２８を形成する（図３（Ａ））。次にチタニウ
ム２３、窒化チタニウム２４をスパッタ法により順次被
着した後、六弗化タングステン（ＷＦ6 ）を水素で還元
する化学気相成長法により、窒化チタニウム２４の全面
上にタングステン２５を成長する。タングステン２５の
成長膜厚は接続孔の半径以上の膜厚とし、タングステン
により接続孔は完全に埋め込まれる（図３（Ｂ））。次
にタングステン２５を全面エッチバックして、シリコン
酸化膜２２上の窒化チタニウム２４を露出させる（図３
（Ｃ））。その後、スパッタ法にてアルミニウム合金２
６を全面に形成した後、通常のフォトリソグラフィ技術
と、ドライエッチング技術にてアルミニウム合金２６、
窒化チタニウム２４、チタニウム２３を所望の形状にパ
ターニングしてアルミニウム電極配線を完成する（図３
（Ｄ））。
【０００５】この方法はたとえば、“ＩＮＶＥＳＴＧＡ
ＴＩＯＮＳ ＯＮ Ａ ＴＷＯ ＳＴＥＰ ＡＰＰＲＯ
ＡＣＨ ＦＯＲ ＣＯＮＴＡＣＴ ＨＯＬＥ ＦＩＬＬ
ＩＮＧ ＷＩＴＨ ＣＶＤ−ＴＵＮＧＳＴＥＮ”と題す
る論文で、Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇｓ， ＶＬＳＩ ＶＩ．１９９１，Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ，ｐｐ３６９−
３７７に発表されている。
ＴＩＯＮＳ ＯＮ Ａ ＴＷＯ ＳＴＥＰ ＡＰＰＲＯ
ＡＣＨ ＦＯＲ ＣＯＮＴＡＣＴ ＨＯＬＥ ＦＩＬＬ
ＩＮＧ ＷＩＴＨ ＣＶＤ−ＴＵＮＧＳＴＥＮ”と題す
る論文で、Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇｓ， ＶＬＳＩ ＶＩ．１９９１，Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ，ｐｐ３６９−
３７７に発表されている。
【０００６】これと同じ構造を作る方法として別の方法
も提案されている。その方法は、まずバリアメタルとし
て窒化チタニウムを形成後、アモルファスシリコン膜を
全面成長し、このアモルファスシリコン膜をエッチバッ
クして開口部をまずアモルファスシリコンで埋め込む。
その後、六弗化タングステン（ＷＦ6 ）ガスを流すこと
によりアモルファスシリコンをタングステンに置換し
て、開口部をタングステンで埋設する方法であり、この
方法で前記の従来技術と同じ構造（図３（Ｃ））が形成
できる。この方法は特開平３−２４１７３８号公報にて
提案されている。
も提案されている。その方法は、まずバリアメタルとし
て窒化チタニウムを形成後、アモルファスシリコン膜を
全面成長し、このアモルファスシリコン膜をエッチバッ
クして開口部をまずアモルファスシリコンで埋め込む。
その後、六弗化タングステン（ＷＦ6 ）ガスを流すこと
によりアモルファスシリコンをタングステンに置換し
て、開口部をタングステンで埋設する方法であり、この
方法で前記の従来技術と同じ構造（図３（Ｃ））が形成
できる。この方法は特開平３−２４１７３８号公報にて
提案されている。
【０００７】しかし、これらの方法で形成されたアルミ
ニウム配線では、接続孔部はタングステンで埋め込まれ
るが、配線そのものはチタニウムと窒化チタニウムとア
ルミニウム合金の積層構造となっており、窒化チタニウ
ム上に形成したアルミニウム合金は粒径が小さくエレク
トロマイグレーション耐性が弱いという問題点がある。
また特に接続部ではタングステンから直接アルミニウム
合金に電子が流れる構造になっており、電子の流れによ
りアルミニウム合金も移動されるがタングステンは移動
せず、アルミニウム合金とタングステンの間で図４に示
すようにエレクトロマイグレーションにより隙間２７が
でき断線しやすいという問題がある。
ニウム配線では、接続孔部はタングステンで埋め込まれ
るが、配線そのものはチタニウムと窒化チタニウムとア
ルミニウム合金の積層構造となっており、窒化チタニウ
ム上に形成したアルミニウム合金は粒径が小さくエレク
トロマイグレーション耐性が弱いという問題点がある。
また特に接続部ではタングステンから直接アルミニウム
合金に電子が流れる構造になっており、電子の流れによ
りアルミニウム合金も移動されるがタングステンは移動
せず、アルミニウム合金とタングステンの間で図４に示
すようにエレクトロマイグレーションにより隙間２７が
でき断線しやすいという問題がある。
【０００８】この問題を解決するために、図３（Ｂ）と
同様にタングステン２５を成長後（図５（Ａ））、タン
グステン２５を全面エッチバックする際、窒化チタニウ
ム２４が露出するまでは行なわないで、窒化チタニウム
２４上に５０ｎｍ程度のタングステン２５を残して、エ
ッチバックを停止し（図５（Ｂ））、その上にスパッタ
法によりアルミニウム合金を形成後、従来のフォトリソ
グラフィ技術とドライエッチング技術により、アルミニ
ウム合金２６、タングステン２５、窒化チタニウム２
４、チタニウム２３を所望の形状にパターニングして、
アルミニウム電極配線を完成する（図５（Ｃ））。
同様にタングステン２５を成長後（図５（Ａ））、タン
グステン２５を全面エッチバックする際、窒化チタニウ
ム２４が露出するまでは行なわないで、窒化チタニウム
２４上に５０ｎｍ程度のタングステン２５を残して、エ
ッチバックを停止し（図５（Ｂ））、その上にスパッタ
法によりアルミニウム合金を形成後、従来のフォトリソ
グラフィ技術とドライエッチング技術により、アルミニ
ウム合金２６、タングステン２５、窒化チタニウム２
４、チタニウム２３を所望の形状にパターニングして、
アルミニウム電極配線を完成する（図５（Ｃ））。
【０００９】この方法はたとえば特開平４−１９９６２
８号公報にて提案されている。この方法では、配線はア
ルミニウム合金２６、窒化チタニウム２４、チタニウム
２３の他にタングステン２５が積層されており、窒化チ
タニウム上のアルミニウム合金に比較しタングステン上
のアルミニウム合金のほうが、アルミニウム合金とタン
グステンの間に中間合金層が形成されやすく、この層に
よりアルミニウムが移動しにくくなりエレクトロマイグ
レーション耐性が向上する。またさらに接続孔部におい
ては、タングステンからアルミニウム合金に電子が流れ
る際、いくらかの電子は配線部のタングステンを流れて
からアルミニウム合金中に流れ込み、電子は分散されて
流れるため、接続孔付近でのアルミニウム合金は移動し
にくく、接続孔においてもエレクトロマイグレーション
耐性が向上するという利点がある。
８号公報にて提案されている。この方法では、配線はア
ルミニウム合金２６、窒化チタニウム２４、チタニウム
２３の他にタングステン２５が積層されており、窒化チ
タニウム上のアルミニウム合金に比較しタングステン上
のアルミニウム合金のほうが、アルミニウム合金とタン
グステンの間に中間合金層が形成されやすく、この層に
よりアルミニウムが移動しにくくなりエレクトロマイグ
レーション耐性が向上する。またさらに接続孔部におい
ては、タングステンからアルミニウム合金に電子が流れ
る際、いくらかの電子は配線部のタングステンを流れて
からアルミニウム合金中に流れ込み、電子は分散されて
流れるため、接続孔付近でのアルミニウム合金は移動し
にくく、接続孔においてもエレクトロマイグレーション
耐性が向上するという利点がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの従来
の方法では、タングステンを厚く形成して接続孔を完全
に埋め込んだ後、タングステンを全面エッチバックして
タングステンを５０ｎｍ程度残すようにしているが、こ
のタングステンを基板全面にわたって５０ｎｍ程度の厚
さに残すのは非常に困難である。というのは仮にタング
ステンは基板全面にわたって均一性よく成長できたとし
て１．０μｍの膜厚に形成したとする。エッチバックの
速度を完全に基板全面にわたって同一にすることは難か
しく、たとえば±５％エッチング速度が違う所があると
して、５０ｎｍのタングステンを残すように、０．９４
μｍのタングステンをエッチングすると、あるところで
は９７．５ｎｍのタングステンが残り、あるところでは
２．５ｎｍのタングステンしか残らないということにな
る。逆にエッチング速度は均一にできたとして、タング
ステンの成長膜厚が±５％程度基板間で変化したとして
も同じようなことがおこり、まして、タングステンの成
長膜とエッチバックの速度と両方の基板内の均一性が悪
い場合は、エッチバック時に残すタングステンの膜厚は
もっと変化し基板全面にわたってほぼ同一とすることは
不可能であり、基板全面にわたって同じ特性の半導体装
置を製造することは不可能であるという問題点がある。
の方法では、タングステンを厚く形成して接続孔を完全
に埋め込んだ後、タングステンを全面エッチバックして
タングステンを５０ｎｍ程度残すようにしているが、こ
のタングステンを基板全面にわたって５０ｎｍ程度の厚
さに残すのは非常に困難である。というのは仮にタング
ステンは基板全面にわたって均一性よく成長できたとし
て１．０μｍの膜厚に形成したとする。エッチバックの
速度を完全に基板全面にわたって同一にすることは難か
しく、たとえば±５％エッチング速度が違う所があると
して、５０ｎｍのタングステンを残すように、０．９４
μｍのタングステンをエッチングすると、あるところで
は９７．５ｎｍのタングステンが残り、あるところでは
２．５ｎｍのタングステンしか残らないということにな
る。逆にエッチング速度は均一にできたとして、タング
ステンの成長膜厚が±５％程度基板間で変化したとして
も同じようなことがおこり、まして、タングステンの成
長膜とエッチバックの速度と両方の基板内の均一性が悪
い場合は、エッチバック時に残すタングステンの膜厚は
もっと変化し基板全面にわたってほぼ同一とすることは
不可能であり、基板全面にわたって同じ特性の半導体装
置を製造することは不可能であるという問題点がある。
【００１１】また基板内だけでなく基板間でも、若干の
タングステンの成長膜厚やエッチバックの速度の違いに
より、エッチバックの際に残すタングステン膜厚は大き
く変化するため、基板間で製造された半導体装置の特性
が大きく変化するという問題点もある。
タングステンの成長膜厚やエッチバックの速度の違いに
より、エッチバックの際に残すタングステン膜厚は大き
く変化するため、基板間で製造された半導体装置の特性
が大きく変化するという問題点もある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
基板上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜の所定の位置に接
続孔を形成する工程と、第１のバリア層となる導電膜を
形成した後、その上に化学気相成長法により第１のタン
グステンを形成する工程と、第１のタングステン上に第
２のバリア層となる導電膜を形成する工程と、化学気相
成長法により第２のタングステンを形成して、絶縁膜に
形成した接続孔を完全に埋め込む工程と、この第２のタ
ングステンを全面エッチバックする工程と、その上にア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金を形成する工程と
を含む半導体装置の製造方法にある。
基板上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜の所定の位置に接
続孔を形成する工程と、第１のバリア層となる導電膜を
形成した後、その上に化学気相成長法により第１のタン
グステンを形成する工程と、第１のタングステン上に第
２のバリア層となる導電膜を形成する工程と、化学気相
成長法により第２のタングステンを形成して、絶縁膜に
形成した接続孔を完全に埋め込む工程と、この第２のタ
ングステンを全面エッチバックする工程と、その上にア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金を形成する工程と
を含む半導体装置の製造方法にある。
【００１３】また本発明の他の特徴は、前記第１のバリ
ア層となる導電膜を形成するまでは同じであるが、その
後、化学気相成長法により第１のタングステンを形成
し、絶縁膜に形成した接続孔を完全に埋め込む工程と、
第１のバリア層となる導電膜まで第１のタングステンを
全面エッチバックする工程と、第２のタングステンを形
成する工程とその上にアルミニウムあるいはアルミニウ
ム合金を形成する工程を含む半導体装置の製造方法にあ
る。
ア層となる導電膜を形成するまでは同じであるが、その
後、化学気相成長法により第１のタングステンを形成
し、絶縁膜に形成した接続孔を完全に埋め込む工程と、
第１のバリア層となる導電膜まで第１のタングステンを
全面エッチバックする工程と、第２のタングステンを形
成する工程とその上にアルミニウムあるいはアルミニウ
ム合金を形成する工程を含む半導体装置の製造方法にあ
る。
【００１４】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００１５】図１は本発明の第１の実施例の主要工程断
面図である。まず素子領域（図示省略）が形成されたシ
リコン基板１上にシリコン酸化膜２を形成し、このシリ
コン酸化膜２の所定の位置に、シリコン基板１の素子領
域に達する接続孔９を形成する（図１（Ａ））。
面図である。まず素子領域（図示省略）が形成されたシ
リコン基板１上にシリコン酸化膜２を形成し、このシリ
コン酸化膜２の所定の位置に、シリコン基板１の素子領
域に達する接続孔９を形成する（図１（Ａ））。
【００１６】次にチタニウム３を２０〜２００ｎｍ、窒
化チタニウム４を３０〜２００ｎｍ程度の厚さにスパッ
タ法にて順次形成する（図１（Ｂ））。ここでチタニウ
ム３はシリコン基板１との接続抵抗を下げるためのもの
であり、窒化チタニウム４はその上にタングステンを成
長させる際にシリコン基板１とＷＦ6 ガスが反応するの
を防ぐためのバリア層である。
化チタニウム４を３０〜２００ｎｍ程度の厚さにスパッ
タ法にて順次形成する（図１（Ｂ））。ここでチタニウ
ム３はシリコン基板１との接続抵抗を下げるためのもの
であり、窒化チタニウム４はその上にタングステンを成
長させる際にシリコン基板１とＷＦ6 ガスが反応するの
を防ぐためのバリア層である。
【００１７】次にＷＦ6 ガスを水素あるいはシラン（Ｓ
ｉＨ4 ）ガスで還元する化学気相成長法により、第１の
タングステン５を５０〜３００ｎｍの厚さに形成する
（図１（Ｃ））。
ｉＨ4 ）ガスで還元する化学気相成長法により、第１の
タングステン５を５０〜３００ｎｍの厚さに形成する
（図１（Ｃ））。
【００１８】次にＷＦ6 ガスと水素にアンモニア（ＮＨ
3 ）ガスを添加し、化学気相成長法により、窒化タング
ステン６を２０〜１００ｎｍの厚さに形成した後、アン
モニアガスを流すのを停止して第２のタングステン７を
０．４〜１．２μｍ程度の膜厚に形成して接続孔９をタ
ングステンで完全に埋め込む（図１（Ｄ））。ここで第
２のタングステン７の成長膜厚は、接続孔を完全に埋め
込むためにある程度厚くする必要があり、第１のタング
ステン５と第２のタングステン７の合計の膜厚が接続孔
の半径以上の膜厚としたほうが良い。
3 ）ガスを添加し、化学気相成長法により、窒化タング
ステン６を２０〜１００ｎｍの厚さに形成した後、アン
モニアガスを流すのを停止して第２のタングステン７を
０．４〜１．２μｍ程度の膜厚に形成して接続孔９をタ
ングステンで完全に埋め込む（図１（Ｄ））。ここで第
２のタングステン７の成長膜厚は、接続孔を完全に埋め
込むためにある程度厚くする必要があり、第１のタング
ステン５と第２のタングステン７の合計の膜厚が接続孔
の半径以上の膜厚としたほうが良い。
【００１９】次に六弗化硫黄（ＳＦ6 ）により第２のタ
ングステン７を全面エッチバックする。この際、タング
ステンと窒化タングステンのエッチング速度が違うた
め、窒化タングステン６の表面が基板全面にわたって露
出したところでエッチバックを停止することが可能であ
る（図１（Ｅ））。
ングステン７を全面エッチバックする。この際、タング
ステンと窒化タングステンのエッチング速度が違うた
め、窒化タングステン６の表面が基板全面にわたって露
出したところでエッチバックを停止することが可能であ
る（図１（Ｅ））。
【００２０】次にアルミニウム合金８を０．３〜２．０
μｍ程度の厚さにスパッタ法により形成した後、通常の
フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により
アルミニウム合金８，窒化タングステン６，第１のタン
グステン５，窒化チタニウム４，チタニウム３を所望の
形状にパターニングしてアルミニウム電極配線を完成す
る（図１（Ｆ））。
μｍ程度の厚さにスパッタ法により形成した後、通常の
フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により
アルミニウム合金８，窒化タングステン６，第１のタン
グステン５，窒化チタニウム４，チタニウム３を所望の
形状にパターニングしてアルミニウム電極配線を完成す
る（図１（Ｆ））。
【００２１】この第１の実施例では、窒化タングステン
６は化学気相成長法により形成しているが、第１のタン
グステンを窒素やアンモニア雰囲気中でアニールして表
面を窒化させてもよく、さらに窒化タングステンである
必要はなく窒化チタニウム等のＷＦ6 ガス等の拡散を防
止するバリア層となる導電膜ならよく、スパッタ法で形
成しても化学気相成長法で形成しても良い。
６は化学気相成長法により形成しているが、第１のタン
グステンを窒素やアンモニア雰囲気中でアニールして表
面を窒化させてもよく、さらに窒化タングステンである
必要はなく窒化チタニウム等のＷＦ6 ガス等の拡散を防
止するバリア層となる導電膜ならよく、スパッタ法で形
成しても化学気相成長法で形成しても良い。
【００２２】次に第２の実施例について図面を用いて説
明する。図２は本発明の第２の実施例の主要工程断面図
である。
明する。図２は本発明の第２の実施例の主要工程断面図
である。
【００２３】素子領域（図示省略）が形成されたシリコ
ン基板１１上にシリコン酸化膜１２が形成され、そこに
素子領域に達する接続孔１９が形成され、シリコン酸化
膜１２上から接続孔１９内のシリコン基板１１上にかけ
てチタニウム１３，窒化チタニウム１４を形成するまで
は第１の実施例と同様である（図２（Ａ））。
ン基板１１上にシリコン酸化膜１２が形成され、そこに
素子領域に達する接続孔１９が形成され、シリコン酸化
膜１２上から接続孔１９内のシリコン基板１１上にかけ
てチタニウム１３，窒化チタニウム１４を形成するまで
は第１の実施例と同様である（図２（Ａ））。
【００２４】次に第１のタングステン１５をＷＦ6 を水
素で還元する化学気相成長法により０．４〜１．２μｍ
程度の膜厚に形成して接続孔を完全に埋め込む（図２
（Ｂ））。この時の第１のタングステン１５の成長膜厚
は第１の実施例同様、接続孔の半径以上の膜厚としたほ
うが良い。
素で還元する化学気相成長法により０．４〜１．２μｍ
程度の膜厚に形成して接続孔を完全に埋め込む（図２
（Ｂ））。この時の第１のタングステン１５の成長膜厚
は第１の実施例同様、接続孔の半径以上の膜厚としたほ
うが良い。
【００２５】次にＳＦ6 ガスにより第１のタングステン
１５を窒化チタニウム１４の表面が露出するまで全面エ
ッチバックする（図２（Ｃ））。
１５を窒化チタニウム１４の表面が露出するまで全面エ
ッチバックする（図２（Ｃ））。
【００２６】次にスパッタ法により第２のタングステン
１６を５０〜３００ｎｍの厚さに形成する（図２
（Ｄ））。
１６を５０〜３００ｎｍの厚さに形成する（図２
（Ｄ））。
【００２７】次に、スパッタ法によりアルミニウム合金
１７を０．３〜２．０μｍの厚さに形成した後、通常の
リソグラィ技術、ドライエッチング技術により、アルミ
ニウム合金１７，第２のタングステン１６，窒化チタニ
ウム１４，チタニウム１３を所定の形状にパターニング
してアルミニウム電極配線を完成する（図２（Ｅ））。
１７を０．３〜２．０μｍの厚さに形成した後、通常の
リソグラィ技術、ドライエッチング技術により、アルミ
ニウム合金１７，第２のタングステン１６，窒化チタニ
ウム１４，チタニウム１３を所定の形状にパターニング
してアルミニウム電極配線を完成する（図２（Ｅ））。
【００２８】この第２の実施例では、第１のタングステ
ン１５のエッチバックは窒化チタニウム１４の表面が露
出するまでであったが、エッチバックのガスを塩素等に
切り換えて、窒化チタニウム１４，チタニウム１３もエ
ッチバックしても良い。また第２のタングステン１６は
スパッタ法で形成しているが、スパッタ法に限る必要は
無く、化学気相成長法等で形成しても良い。
ン１５のエッチバックは窒化チタニウム１４の表面が露
出するまでであったが、エッチバックのガスを塩素等に
切り換えて、窒化チタニウム１４，チタニウム１３もエ
ッチバックしても良い。また第２のタングステン１６は
スパッタ法で形成しているが、スパッタ法に限る必要は
無く、化学気相成長法等で形成しても良い。
【００２９】第１の実施例では化学気相成長法で形成し
た第１のタングステンとアルミニウム合金が積層されて
配線が形成されているため、第１のタングステンの成長
膜厚を基板内あるいは基板間で均一性良くしなければな
らないが、第２の実施例ではエッチバック後に形成した
第２のタングステンとアルミニウム合金が積層されて配
線が形成されるため、第２のタングステンの成長膜厚を
基板内あるいは基板間で均一性良く形成すれば良く、第
１のタングステンの膜厚やエッチバックの均一性は良い
ほうがもちろん望ましいが、若干悪くても半導体装置の
特性を大きく変化させるまでにはいたらない。
た第１のタングステンとアルミニウム合金が積層されて
配線が形成されているため、第１のタングステンの成長
膜厚を基板内あるいは基板間で均一性良くしなければな
らないが、第２の実施例ではエッチバック後に形成した
第２のタングステンとアルミニウム合金が積層されて配
線が形成されるため、第２のタングステンの成長膜厚を
基板内あるいは基板間で均一性良く形成すれば良く、第
１のタングステンの膜厚やエッチバックの均一性は良い
ほうがもちろん望ましいが、若干悪くても半導体装置の
特性を大きく変化させるまでにはいたらない。
【００３０】アルミニウム合金と積層されるタングステ
ンの膜厚、すなわち第１の実施例では第１のタングステ
ンの膜厚、第２の実施例では第２のタングステンの膜厚
は厚いほうがエレクトロマイグレーション耐性は良好で
あるが、あまり厚くするとアルミニウム配線のトータル
の膜厚が厚くなってしまい、微細配線のパターニングが
困難になったり、さらにその上層に配線を形成するため
に層間絶縁膜を平坦化しなければならないが、その平坦
化が困難になる等の問題が発生してくるため、３００ｎ
ｍ以下にしたほうが良い。また、５０ｎｍより小の膜厚
はエレクトロマイグレーション耐性を向上させるのに効
果が小さいから５０ｎｍ以上が好ましい。
ンの膜厚、すなわち第１の実施例では第１のタングステ
ンの膜厚、第２の実施例では第２のタングステンの膜厚
は厚いほうがエレクトロマイグレーション耐性は良好で
あるが、あまり厚くするとアルミニウム配線のトータル
の膜厚が厚くなってしまい、微細配線のパターニングが
困難になったり、さらにその上層に配線を形成するため
に層間絶縁膜を平坦化しなければならないが、その平坦
化が困難になる等の問題が発生してくるため、３００ｎ
ｍ以下にしたほうが良い。また、５０ｎｍより小の膜厚
はエレクトロマイグレーション耐性を向上させるのに効
果が小さいから５０ｎｍ以上が好ましい。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法により、絶縁膜に形成された接続孔はタング
ステンで埋め込み、配線部もアルミニウム合金と比較的
抵抗の低いタングステンとの積層構造にすることによ
り、配線そのもののエレクトロマイグレーション耐性も
向上するが、接続孔部ではそれ以上にエレクトロマイグ
レーション耐性が向上する。
の製造方法により、絶縁膜に形成された接続孔はタング
ステンで埋め込み、配線部もアルミニウム合金と比較的
抵抗の低いタングステンとの積層構造にすることによ
り、配線そのもののエレクトロマイグレーション耐性も
向上するが、接続孔部ではそれ以上にエレクトロマイグ
レーション耐性が向上する。
【００３２】たとえば、アルミニウムにシリコン（Ｓ
ｉ）を１％、銅（Ｃｕ）を０．５％添加したアルミニウ
ム合金であるＡｌＳｉＣｕ（アルミ−シリコン−銅）合
金と、タングステンとの積層配線のエレクトロマイグレ
ーションの寿命はＡｌＳｉＣｕ合金と窒化チタニウムと
の積層配線のエレクトロマイグレーション寿命に比べ３
倍程度長い。また接続孔を介したエレクトロマイグレー
ション寿命は、タングステンで接続孔を埋め込んで配線
部はタングステンが無く窒化チタニウムとＡｌＳｉＣｕ
合金との積層の場合と比較し、本発明の配線では１０倍
以上長い。
ｉ）を１％、銅（Ｃｕ）を０．５％添加したアルミニウ
ム合金であるＡｌＳｉＣｕ（アルミ−シリコン−銅）合
金と、タングステンとの積層配線のエレクトロマイグレ
ーションの寿命はＡｌＳｉＣｕ合金と窒化チタニウムと
の積層配線のエレクトロマイグレーション寿命に比べ３
倍程度長い。また接続孔を介したエレクトロマイグレー
ション寿命は、タングステンで接続孔を埋め込んで配線
部はタングステンが無く窒化チタニウムとＡｌＳｉＣｕ
合金との積層の場合と比較し、本発明の配線では１０倍
以上長い。
【００３３】アルミニウム合金として銅を添加している
場合は、アルミニウム合金の粒径が小さくなっても粒界
に銅が板状に析出してエレクトロマイグレーション寿命
の低下は小さく前記程度の寿命であるが、銅が添加して
いない、例えばＡｌＳｉ合金と窒化チタニウムとの積層
配線のエレクトロマイグレーション寿命は、ＡｌＳｉ合
金とタングステンとの積層配線に比べ接続孔を介さなく
とも１０分の１以下となり、本発明の効果が大きくあら
われる。
場合は、アルミニウム合金の粒径が小さくなっても粒界
に銅が板状に析出してエレクトロマイグレーション寿命
の低下は小さく前記程度の寿命であるが、銅が添加して
いない、例えばＡｌＳｉ合金と窒化チタニウムとの積層
配線のエレクトロマイグレーション寿命は、ＡｌＳｉ合
金とタングステンとの積層配線に比べ接続孔を介さなく
とも１０分の１以下となり、本発明の効果が大きくあら
われる。
【００３４】以上説明したように本発明により、エレク
トロマイグレーション寿命が延びる理由は、窒化チタニ
ウムに比べタングステンの抵抗は１０分の１程度と低い
ため、アルミニウム中の電流密度が若干下がり、さらに
アルミニウムにボイドが若干形成されてもタングステン
で接続されているため断線までにはいたらないことと、
アルミニウム合金とタングステンの界面で合金層が形成
されやすく、この合金層によりアルミニウムが移動しに
くいためである。
トロマイグレーション寿命が延びる理由は、窒化チタニ
ウムに比べタングステンの抵抗は１０分の１程度と低い
ため、アルミニウム中の電流密度が若干下がり、さらに
アルミニウムにボイドが若干形成されてもタングステン
で接続されているため断線までにはいたらないことと、
アルミニウム合金とタングステンの界面で合金層が形成
されやすく、この合金層によりアルミニウムが移動しに
くいためである。
【００３５】さらに、接続孔を介したエレクトロマイグ
レーション寿命が延びるのは、接続孔のタングステンか
ら電子流の一部は配線部のタングステンを介してからア
ルミニウム合金中に流れるため、接続孔上部のアルミニ
ウム合金中の電流密度が実質的に小さくなるためと、接
続孔上部でのアルミニウム合金にエレクトロマイグレー
ションによりボイドが形成されてもその下のタングステ
ンで接続されているため抵抗変化も小さく、もちろん断
線には到らないためである。
レーション寿命が延びるのは、接続孔のタングステンか
ら電子流の一部は配線部のタングステンを介してからア
ルミニウム合金中に流れるため、接続孔上部のアルミニ
ウム合金中の電流密度が実質的に小さくなるためと、接
続孔上部でのアルミニウム合金にエレクトロマイグレー
ションによりボイドが形成されてもその下のタングステ
ンで接続されているため抵抗変化も小さく、もちろん断
線には到らないためである。
【００３６】また本発明の半導体装置の製造方法では、
配線部のアルミニウム合金と積層されるタングステンは
必要な膜厚だけ形成すれば良いので、タングステンの均
一性の良い成長方法で薄く形成すれば良い。従ってアル
ミニウム合金と積層されるタングステンの膜厚は均一性
良く安定して形成できるため、基板内あるいは基板間で
特性、特にエレクトロマイグレーション特性に差のない
一定の品質の半導体装置常に製造できるという効果があ
る。
配線部のアルミニウム合金と積層されるタングステンは
必要な膜厚だけ形成すれば良いので、タングステンの均
一性の良い成長方法で薄く形成すれば良い。従ってアル
ミニウム合金と積層されるタングステンの膜厚は均一性
良く安定して形成できるため、基板内あるいは基板間で
特性、特にエレクトロマイグレーション特性に差のない
一定の品質の半導体装置常に製造できるという効果があ
る。
【００３７】また、本発明の実施例ではシリコン基板に
達する接続孔について説明してきたが、本発明が配線間
を接続する孔にも適用できることはいうまでもない。
達する接続孔について説明してきたが、本発明が配線間
を接続する孔にも適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の製造方法を主要工程順
に示した断面図である。
に示した断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の製造方法を主要工程順
に示した断面図である。
に示した断面図である。
【図３】従来技術の製造方法を主要工程順に示した断面
図である。
図である。
【図４】従来技術の問題点を示した断面図である。
【図５】他の従来技術の製造方法を主要工程順に示した
断面図である。
断面図である。
１，１１，２１ シリコン基板 ２，１２，２２ シリコン酸化膜 ３，１３，２３ チタニウム ４，１４，２４ 窒化チタニウム ５，１５ 第１のタングステン ６ 窒化タングステン ７，１６ 第２のタングステン ８，１７，２６ アルミニウム合金 ９，１９，２８ 接続孔 ２５ タングステン ２７ 隙間
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜の所定位置に接続孔を形成する工程と、
第１のバリア層となる導電膜を形成する工程と、化学気
相成長法により第１のタングステンを形成する工程と、
第２のバリア層となる導電膜を形成する工程と、化学気
相成長法により第２のタングステンを形成して前記接続
孔を完全に埋め込む工程と、前記第２のタングステンを
全面エッチバックする工程と、アルミニウムあるいはア
ルミニウム合金を形成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２】 前記第１のタングステンの膜厚が５０〜
３００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記第２のバリア層となる導電膜が窒化
タングステンであることを特徴とする請求項１もしくは
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記窒化タングステンが化学気相成長法
により形成したことを特徴とする請求項３に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記窒化タングステンが、前記第１のタ
ングステンの表面を窒化したものであることを特徴とす
る請求項３に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記第２のバリア層となる導電膜が窒化
チタニウムであることを特徴とする請求項１もしくは請
求項２に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜の所定位置に接続孔を形成する工程と、
バリア層となる導電膜を形成する工程と、化学気相成長
法により第１のタングステンを形成して前記接続孔を完
全に埋め込む工程と、前記第１のタングステンを前記バ
リア層となる導電膜まで全面エッチバックする工程と、
第２のタングステンを形成する工程と、アルミニウムあ
るいはアルミニウム合金を形成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８】 前記第２のタングステンはスパッタ法あ
るいは化学気相成長法で形成し、５０〜３００ｎｍの膜
厚であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項９】 前記第１のタングステンを全面エッチバ
ック後、前記バリア層となる導電膜を全面エッチバック
する工程を含むことを特徴とする請求項７もしくは請求
項８に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28098893A JP2591450B2 (ja) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28098893A JP2591450B2 (ja) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07135186A JPH07135186A (ja) | 1995-05-23 |
| JP2591450B2 true JP2591450B2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=17632697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28098893A Expired - Fee Related JP2591450B2 (ja) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2591450B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW310461B (ja) * | 1995-11-10 | 1997-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | |
| KR100430685B1 (ko) * | 1996-12-31 | 2004-07-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의금속배선형성방법 |
| JPH11195621A (ja) * | 1997-11-05 | 1999-07-21 | Tokyo Electron Ltd | バリアメタル、その形成方法、ゲート電極及びその形成方法 |
| US7829144B2 (en) | 1997-11-05 | 2010-11-09 | Tokyo Electron Limited | Method of forming a metal film for electrode |
| JP2000040673A (ja) * | 1998-07-24 | 2000-02-08 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| KR100301057B1 (ko) * | 1999-07-07 | 2001-11-01 | 윤종용 | 구리 배선층을 갖는 반도체 소자 및 그 제조방법 |
| US20020098705A1 (en) * | 2001-01-24 | 2002-07-25 | Infineon Technologies North America Corp. | Single step chemical mechanical polish process to improve the surface roughness in MRAM technology |
| KR100383084B1 (ko) * | 2001-05-16 | 2003-05-12 | 아남반도체 주식회사 | 반도체 소자의 플러그 형성 방법 |
| JP5550843B2 (ja) * | 2009-03-19 | 2014-07-16 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1993
- 1993-11-10 JP JP28098893A patent/JP2591450B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07135186A (ja) | 1995-05-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5656860A (en) | Wiring structure for semiconductor device and fabrication method therefor | |
| JP3031301B2 (ja) | 銅配線構造およびその製造方法 | |
| JPH09139429A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2591450B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| US6569756B1 (en) | Method for manufacturing a semiconductor device | |
| KR0185230B1 (ko) | 금속배선 및 반도체장치 | |
| JP2000306997A (ja) | バリアメタル層を有する半導体装置及びその製造方法 | |
| JP2573621B2 (ja) | 電気的相互接続部の製造方法 | |
| TW202129838A (zh) | 半導體裝置結構及其製造方法 | |
| JP2616402B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP4829389B2 (ja) | 半導体素子の配線形成方法 | |
| JPH06204218A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH06283606A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JPS63117447A (ja) | 半導体集積回路の製造方法 | |
| JPH08139190A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH04116953A (ja) | メッキ配線層を備えた半導体装置の製造方法 | |
| US20220344275A1 (en) | Ruthenium liner and cap for back-end-of-line applications | |
| JP2983098B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPS59220919A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH09275136A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP2911171B2 (ja) | 半導体素子のコンタクトプラグの形成方法 | |
| JPH08203899A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH0425159A (ja) | 電極配線の形成方法 | |
| JP2998444B2 (ja) | 半導体集積回路装置の製造方法 | |
| JPH0272629A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
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: 19961029 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |