JP2600593B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JP2600593B2 JP2600593B2 JP30137093A JP30137093A JP2600593B2 JP 2600593 B2 JP2600593 B2 JP 2600593B2 JP 30137093 A JP30137093 A JP 30137093A JP 30137093 A JP30137093 A JP 30137093A JP 2600593 B2 JP2600593 B2 JP 2600593B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置およびその
製造方法に関し、特にアルミニウム膜またはアルミニウ
ム合金から成るアルミニウム系配線とシリコン基板との
間にバリア層を有する半導体装置の電極配線およびその
形成方法に関する。
製造方法に関し、特にアルミニウム膜またはアルミニウ
ム合金から成るアルミニウム系配線とシリコン基板との
間にバリア層を有する半導体装置の電極配線およびその
形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路等において、半導体基板
上に形成される素子間や周辺回路をつなぐ、内部配線材
料としてアルミニウム合金(例えばAl−Si合金,A
l−Si−Cu合金)が主に用いられている。不純物拡
散層上の配線では、アルミニウム合金膜と不純物拡散層
の間にバリア層と呼ばれる導電膜を形成するのが一般的
である。このバリア層とは、アルミニウム(Al)とシ
リコン(Si)の相互拡散を抑え、半導体(Si)基板
上に形成された不純物拡散層の侵食による半導体基板と
不純物拡散層との間の漏れ電流が増大するのを防ぐため
のものである。
上に形成される素子間や周辺回路をつなぐ、内部配線材
料としてアルミニウム合金(例えばAl−Si合金,A
l−Si−Cu合金)が主に用いられている。不純物拡
散層上の配線では、アルミニウム合金膜と不純物拡散層
の間にバリア層と呼ばれる導電膜を形成するのが一般的
である。このバリア層とは、アルミニウム(Al)とシ
リコン(Si)の相互拡散を抑え、半導体(Si)基板
上に形成された不純物拡散層の侵食による半導体基板と
不純物拡散層との間の漏れ電流が増大するのを防ぐため
のものである。
【0003】以下に、従来のバリア層を含む電極配線と
その製造方法について説明する。
その製造方法について説明する。
【0004】図5に示す従来例は、半導体基板(P型シ
リコン基板1)の主面上に例えばN型の不純物拡散層4
および絶縁膜2を形成し、異方性エッチング等により不
純物拡散層を露出させた後、バリア層としてTi−W合
金をターゲットとして用いるスパッタリング法によりT
i−W合金膜8Cを形成したものである。このTi−W
合金膜8Cの上にアルミニウム合金膜10(例えばAl
−Si膜やAl−Si−Cu膜)を形成し、アルミニウ
ム合金膜10,Ti−W合金膜8Cの2層膜の不要な部
分を異方性エッチング等により除去するとバリア層を有
する電極配線の形成が完了する。Ti−W合金膜の代り
に、バリア層としてタングステン膜やタングステンをタ
ーゲットとして用いる反応性スパッタリング法により形
成した窒化タングステン膜を用いたものも知られてい
る。
リコン基板1)の主面上に例えばN型の不純物拡散層4
および絶縁膜2を形成し、異方性エッチング等により不
純物拡散層を露出させた後、バリア層としてTi−W合
金をターゲットとして用いるスパッタリング法によりT
i−W合金膜8Cを形成したものである。このTi−W
合金膜8Cの上にアルミニウム合金膜10(例えばAl
−Si膜やAl−Si−Cu膜)を形成し、アルミニウ
ム合金膜10,Ti−W合金膜8Cの2層膜の不要な部
分を異方性エッチング等により除去するとバリア層を有
する電極配線の形成が完了する。Ti−W合金膜の代り
に、バリア層としてタングステン膜やタングステンをタ
ーゲットとして用いる反応性スパッタリング法により形
成した窒化タングステン膜を用いたものも知られてい
る。
【0005】また、図6に示す従来例は、Ti−W合金
膜8D膜の下にチタン膜5Cを設けた積層膜をバリア層
として用いている構造であり、特開平2−310919
号公報に開示されている。チタン膜とTi−W合金膜は
いずれも、TiとTi−W合金をそれぞれターゲットと
して用いるスパッタリング法により順次に形成される。
また、不純物拡散層4とチタン膜5Cとの間にはチタン
シリサイド膜7C(TiSi2 膜)が形成され、不純物
拡散層4とアルミニウム合金膜10との安定した電気的
接続を確保している。
膜8D膜の下にチタン膜5Cを設けた積層膜をバリア層
として用いている構造であり、特開平2−310919
号公報に開示されている。チタン膜とTi−W合金膜は
いずれも、TiとTi−W合金をそれぞれターゲットと
して用いるスパッタリング法により順次に形成される。
また、不純物拡散層4とチタン膜5Cとの間にはチタン
シリサイド膜7C(TiSi2 膜)が形成され、不純物
拡散層4とアルミニウム合金膜10との安定した電気的
接続を確保している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来例に
おいて、バリア層としてタングステン膜を用いたもの
は、バリア性が乏しく、シリコン基板のシリコンとアル
ミニウム系配線層のアルミニウムとの相互拡散を抑える
ことが不十分である。
おいて、バリア層としてタングステン膜を用いたもの
は、バリア性が乏しく、シリコン基板のシリコンとアル
ミニウム系配線層のアルミニウムとの相互拡散を抑える
ことが不十分である。
【0007】バリア層としてTi−W合金膜を用いるも
のは、タングステン膜よりはバリア性が優れている。し
かし、やはりバリア性に問題がある。半導体装置の動作
中にバリア性が劣化するが、それはチタンがアルミニウ
ムと反応し、Al−Si,Al−Si−Cuなど、シリ
コンを含有する配線層中のシリコン濃度が低下し、基板
からのシリコンの拡散が起り易くなるためであると考え
られる。Ti−W合金膜とシリコン基板との間にチタン
シリサイド膜を形成したものは、コンタクト抵抗が低い
利点を有しているが、バリア性の劣化は前述のものと同
様である。
のは、タングステン膜よりはバリア性が優れている。し
かし、やはりバリア性に問題がある。半導体装置の動作
中にバリア性が劣化するが、それはチタンがアルミニウ
ムと反応し、Al−Si,Al−Si−Cuなど、シリ
コンを含有する配線層中のシリコン濃度が低下し、基板
からのシリコンの拡散が起り易くなるためであると考え
られる。Ti−W合金膜とシリコン基板との間にチタン
シリサイド膜を形成したものは、コンタクト抵抗が低い
利点を有しているが、バリア性の劣化は前述のものと同
様である。
【0008】窒化タングステン膜はバリア性は良好であ
るが、シリコンと直接接触させることはできない。それ
は窒素とシリコンとが反応するからである。
るが、シリコンと直接接触させることはできない。それ
は窒素とシリコンとが反応するからである。
【0009】結局のところ、いずれのものも、アルミニ
ウム系配線層またはバリア層とシリコン基板との反応を
十分に防止することはできず、不純物拡散層とシリコン
基板とがPN接合をなす場合、不純物拡散層が侵食され
て漏れ電流が増大するという問題点がある。
ウム系配線層またはバリア層とシリコン基板との反応を
十分に防止することはできず、不純物拡散層とシリコン
基板とがPN接合をなす場合、不純物拡散層が侵食され
て漏れ電流が増大するという問題点がある。
【0010】また、Ti−W合金をターゲットとして用
いるスパッタリング法によりTi−W合金膜を形成した
り、タングステンをターゲットとして用いる反応性スパ
ッタリングにより窒化タングステン膜を形成すると、成
膜過程(スパッタリング装置の清掃作業を含む)でパー
ティクル(ゴミ)が多発して半導体装置の歩留りが大幅
に低下するという問題点がある。それは、Ti−W合金
膜や窒化タングステン膜は脆性が大きいからである。
いるスパッタリング法によりTi−W合金膜を形成した
り、タングステンをターゲットとして用いる反応性スパ
ッタリングにより窒化タングステン膜を形成すると、成
膜過程(スパッタリング装置の清掃作業を含む)でパー
ティクル(ゴミ)が多発して半導体装置の歩留りが大幅
に低下するという問題点がある。それは、Ti−W合金
膜や窒化タングステン膜は脆性が大きいからである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
シリコン基板上の所定の絶縁膜に設けられたコンタクト
孔部において、前記コンタクト孔底部で前記シリコン基
板に接合するチタンシリサイド膜と、前記チタンシリサ
イド膜上に設けられたTi−W合金膜と、前記Ti−W
合金膜上に設けられた窒化チタン膜と、前記窒化チタン
膜を被覆するアルミニウム系膜とからなる電極配線を有
するというものである。
シリコン基板上の所定の絶縁膜に設けられたコンタクト
孔部において、前記コンタクト孔底部で前記シリコン基
板に接合するチタンシリサイド膜と、前記チタンシリサ
イド膜上に設けられたTi−W合金膜と、前記Ti−W
合金膜上に設けられた窒化チタン膜と、前記窒化チタン
膜を被覆するアルミニウム系膜とからなる電極配線を有
するというものである。
【0012】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
シリコン基板上の所定の絶縁膜にコンタクト孔を形成す
る工程と、チタン膜およびタングステン膜を順次にスパ
ッタリング法により堆積したのち窒素またはアンモニア
雰囲気中で熱処理を行ない前記シリコン基板と前記チタ
ン膜とを反応させてチタンシリサイド膜を、前記チタン
膜と前記タングステン膜とを反応させてTi−W合金膜
を、前記タングステン膜を熱窒化して窒化タングステン
膜をそれぞれ形成する工程と、アルミニウム系導電膜を
堆積したのちパターニングして電極配線を形成する工程
とを有するというものである。
シリコン基板上の所定の絶縁膜にコンタクト孔を形成す
る工程と、チタン膜およびタングステン膜を順次にスパ
ッタリング法により堆積したのち窒素またはアンモニア
雰囲気中で熱処理を行ない前記シリコン基板と前記チタ
ン膜とを反応させてチタンシリサイド膜を、前記チタン
膜と前記タングステン膜とを反応させてTi−W合金膜
を、前記タングステン膜を熱窒化して窒化タングステン
膜をそれぞれ形成する工程と、アルミニウム系導電膜を
堆積したのちパターニングして電極配線を形成する工程
とを有するというものである。
【0013】
【作用】本発明の半導体装置は、チタンシリサイド膜に
よる小さなコンタクト抵抗と、窒化タングステン膜によ
る良好なバリア性とTi−W合金膜によるシリコン基板
と窒素との反応防止作用とを有している。また、本発明
の半導体装置の製造方法はより脆性の小さいチタン膜と
タングステン膜をスパッタリング法により形成するので
成膜程度でのパーティクルの発生が抑えられる。更に、
熱窒化によりタングステン膜を窒化するのと同時に、チ
タンシリサイド膜やTi−W合金膜を形成するので隣接
する膜総合間の密着性がよりバリア膜を形成できる。
よる小さなコンタクト抵抗と、窒化タングステン膜によ
る良好なバリア性とTi−W合金膜によるシリコン基板
と窒素との反応防止作用とを有している。また、本発明
の半導体装置の製造方法はより脆性の小さいチタン膜と
タングステン膜をスパッタリング法により形成するので
成膜程度でのパーティクルの発生が抑えられる。更に、
熱窒化によりタングステン膜を窒化するのと同時に、チ
タンシリサイド膜やTi−W合金膜を形成するので隣接
する膜総合間の密着性がよりバリア膜を形成できる。
【0014】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【0015】図1(a)〜(d)は本発明の一実施例に
ついてその製造工程に沿って説明するための工程順断面
図である。
ついてその製造工程に沿って説明するための工程順断面
図である。
【0016】まず、図1(a)に示すように、P型シリ
コン基板1にフィールド酸化膜を形成して素子形成領域
を区画し、図示しないトランジスタ等を形成する。ここ
では、N型不純物拡散層4にこれらのトランジスタ等を
代表させて図示する。続いて酸化シリコン系の層間絶縁
膜を堆積する。図には、フィールド酸化膜や層間絶縁膜
を代表して絶縁膜2として示してある。N型不純物拡散
層4上方の絶縁膜2部にコンタクト孔3を形成すること
によってN型不純物拡散層4の表面を露出させる。その
後、各種薬液や逆スパッタリング法によりN型不純物拡
散層4の表面を洗浄し、図1(b)に示すように、スパ
ッタリング法でチタン(Ti)膜5を厚さ100nm形
成する。さらに、図1(c)に示すように、チタン(T
i)膜5の上にスパッタリング法でタングステン(W)
膜6を厚さ150nm形成する。つづいて、ウェーハを
スパッタリング装置から取り出し、酸素の殆ど含まれな
い例えば1気圧のアンモニア雰囲気中で60秒間熱処理
する。熱処理の温度は、800℃から900℃、特に8
50℃が好ましい。この熱処理により、図1(d)に示
すように、チタン(Ti)膜5とタングステン(W)膜
6の界面で合金化が起こってTi−W合金膜が形成さ
れ、同時にタングステン(W)膜6の表面が窒化されて
窒化チタン膜9が形成され、チタン膜5とN型不純物拡
散層4とが反応してチタンシリサイド(TiSi2 )層
7が形成される。続いて、Al−SiまたはAl−Si
−Cuなどのアルミニウム合金膜10を堆積し、異方性
エッチングを行って電極配線の形成を終る。この電極配
線は、コンタクト孔3の底部では、チタンシリサイド膜
7、Ti−W合金膜8、窒化タングステン膜9およびア
ルミニウム合金膜10の4層構造を有し、絶縁膜2上で
はチタンシリサイド膜7を除く3層構造を有している。
コン基板1にフィールド酸化膜を形成して素子形成領域
を区画し、図示しないトランジスタ等を形成する。ここ
では、N型不純物拡散層4にこれらのトランジスタ等を
代表させて図示する。続いて酸化シリコン系の層間絶縁
膜を堆積する。図には、フィールド酸化膜や層間絶縁膜
を代表して絶縁膜2として示してある。N型不純物拡散
層4上方の絶縁膜2部にコンタクト孔3を形成すること
によってN型不純物拡散層4の表面を露出させる。その
後、各種薬液や逆スパッタリング法によりN型不純物拡
散層4の表面を洗浄し、図1(b)に示すように、スパ
ッタリング法でチタン(Ti)膜5を厚さ100nm形
成する。さらに、図1(c)に示すように、チタン(T
i)膜5の上にスパッタリング法でタングステン(W)
膜6を厚さ150nm形成する。つづいて、ウェーハを
スパッタリング装置から取り出し、酸素の殆ど含まれな
い例えば1気圧のアンモニア雰囲気中で60秒間熱処理
する。熱処理の温度は、800℃から900℃、特に8
50℃が好ましい。この熱処理により、図1(d)に示
すように、チタン(Ti)膜5とタングステン(W)膜
6の界面で合金化が起こってTi−W合金膜が形成さ
れ、同時にタングステン(W)膜6の表面が窒化されて
窒化チタン膜9が形成され、チタン膜5とN型不純物拡
散層4とが反応してチタンシリサイド(TiSi2 )層
7が形成される。続いて、Al−SiまたはAl−Si
−Cuなどのアルミニウム合金膜10を堆積し、異方性
エッチングを行って電極配線の形成を終る。この電極配
線は、コンタクト孔3の底部では、チタンシリサイド膜
7、Ti−W合金膜8、窒化タングステン膜9およびア
ルミニウム合金膜10の4層構造を有し、絶縁膜2上で
はチタンシリサイド膜7を除く3層構造を有している。
【0017】アンモニア雰囲気中での熱処理を850
℃、30秒程度にすると図2に示すようにチタン膜5A
を残すことができ、絶縁膜2との密着性を一層良好にす
ることができる。
℃、30秒程度にすると図2に示すようにチタン膜5A
を残すことができ、絶縁膜2との密着性を一層良好にす
ることができる。
【0018】また、アンモニア雰囲気の代りに、酸素の
殆ど含まれない大気圧の窒素雰囲気中で850℃、60
秒程度の熱処理を行なうと、図3に示すように、窒化タ
ングステン膜9AとTi−W膜8との間にタングステン
膜6Aを介在させたものが得られる。この熱処理の時間
を30秒程度にすれば、図4に示すように、更にチタン
膜5Bを残すことができる。タングステン膜を残すかど
うかは窒化タングステン膜のバリア性とタングステン膜
の低抵抗性との兼ね合いで決めればよい。
殆ど含まれない大気圧の窒素雰囲気中で850℃、60
秒程度の熱処理を行なうと、図3に示すように、窒化タ
ングステン膜9AとTi−W膜8との間にタングステン
膜6Aを介在させたものが得られる。この熱処理の時間
を30秒程度にすれば、図4に示すように、更にチタン
膜5Bを残すことができる。タングステン膜を残すかど
うかは窒化タングステン膜のバリア性とタングステン膜
の低抵抗性との兼ね合いで決めればよい。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、シリコン
基板と接合するチタンシリサイド膜と、Ti−W合金膜
と、窒化タングステン膜とからなるバリア層をコンタク
ト部に有しているので、コンタクト抵抗が低くバリア性
の優れた電極配線を実現でき半導体装置の電気的特性と
信頼性を改善できる効果がある。また、このような電極
配線をチタン膜とタングステン膜とを順次にスパッタリ
ング法で堆積し、熱窒化を行なうことにより形成するの
で、Ti−W膜のスパッタリング法による成膜やWの反
応性スパッタリングによる成膜に比較するとスパッタリ
ング装置内のパーティクルの発生が少ないので半導体装
置の歩留りや信頼性を改善することができる。
基板と接合するチタンシリサイド膜と、Ti−W合金膜
と、窒化タングステン膜とからなるバリア層をコンタク
ト部に有しているので、コンタクト抵抗が低くバリア性
の優れた電極配線を実現でき半導体装置の電気的特性と
信頼性を改善できる効果がある。また、このような電極
配線をチタン膜とタングステン膜とを順次にスパッタリ
ング法で堆積し、熱窒化を行なうことにより形成するの
で、Ti−W膜のスパッタリング法による成膜やWの反
応性スパッタリングによる成膜に比較するとスパッタリ
ング装置内のパーティクルの発生が少ないので半導体装
置の歩留りや信頼性を改善することができる。
【図1】本発明の一実施例について説明するため(a)
〜(d)に分図して示す工程順断面図である。
〜(d)に分図して示す工程順断面図である。
【図2】一実施例の第1の変形の説明のための断面図で
ある。
ある。
【図3】一実施例の第2の変形の説明のための断面図で
ある。
ある。
【図4】一実施例の第3の変形の説明のための断面図で
ある。
ある。
【図5】従来例の説明のための断面図である。
【図6】他の従来例の説明のための断面図である。
1 P型シリコン基板 2 絶縁膜 3 コンタクト孔 4 N型不純物拡散層 5,5A,5B,5C チタン膜 6,6A,6B タングステン膜 7,7A,7B,7C チタンシリサイド膜 8,8A,8B,8C,8D Ti−W合金膜 9,9A,9B,9C 窒化タングステン膜 10 アルミニウム合金膜
Claims (4)
- 【請求項1】 シリコン基板上の所定の絶縁膜に設けら
れたコンタクト孔部において、前記コンタクト孔底部で
前記シリコン基板に接合するチタンシリサイド膜と、前
記チタンシリサイド膜上に設けられたTi−W合金膜
と、前記Ti−W合金膜上に設けられた窒化チタン膜
と、前記窒化チタン膜を被覆するアルミニウム系膜とか
らなる電極配線を有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 チタンシリサイド膜とTi−W合金膜と
の間にチタン膜が介在している請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項3】 Ti−W合金膜と窒化チタン膜との間に
タングステン膜が介在している請求項1または2記載の
半導体装置。 - 【請求項4】 シリコン基板上の所定の絶縁膜にコンタ
クト孔を形成する工程と、チタン膜およびタングステン
膜を順次にスパッタリング法により堆積したのち窒素ま
たはアンモニア雰囲気中で熱処理を行ない前記シリコン
基板と前記チタン膜とを反応させてチタンシリサイド膜
を、前記チタン膜と前記タングステン膜とを反応させて
Ti−W合金膜を、前記タングステン膜を熱窒化して窒
化タングステン膜をそれぞれ形成する工程と、アルミニ
ウム系導電膜を堆積したのちパターニングして電極配線
を形成する工程とを有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 |
---|---|---|---|
JP30137093A JP2600593B2 (ja) | 1993-12-01 | 1993-12-01 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30137093A JP2600593B2 (ja) | 1993-12-01 | 1993-12-01 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07153716A JPH07153716A (ja) | 1995-06-16 |
JP2600593B2 true JP2600593B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=17896054
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30137093A Expired - Lifetime JP2600593B2 (ja) | 1993-12-01 | 1993-12-01 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2600593B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5913145A (en) * | 1997-08-28 | 1999-06-15 | Texas Instruments Incorporated | Method for fabricating thermally stable contacts with a diffusion barrier formed at high temperatures |
US7829144B2 (en) | 1997-11-05 | 2010-11-09 | Tokyo Electron Limited | Method of forming a metal film for electrode |
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 |
KR100477819B1 (ko) * | 1997-12-27 | 2005-06-29 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체장치의장벽금속막형성방법 |
JP4727012B2 (ja) * | 1998-03-24 | 2011-07-20 | ローム株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
KR100525903B1 (ko) * | 1998-06-05 | 2006-01-12 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
KR20000015077A (ko) * | 1998-08-27 | 2000-03-15 | 윤종용 | 반도체소자의 금속막 형성방법 및 이에 따라 제조되는 반도체소자 |
KR100328826B1 (ko) * | 1999-07-09 | 2002-03-14 | 박종섭 | 반도체 소자의 배선형성방법 |
-
1993
- 1993-12-01 JP JP30137093A patent/JP2600593B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07153716A (ja) | 1995-06-16 |
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