JP2764934B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JP2764934B2 JP2764934B2 JP63196495A JP19649588A JP2764934B2 JP 2764934 B2 JP2764934 B2 JP 2764934B2 JP 63196495 A JP63196495 A JP 63196495A JP 19649588 A JP19649588 A JP 19649588A JP 2764934 B2 JP2764934 B2 JP 2764934B2
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- JP
- Japan
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- refractory metal
- metal nitride
- nitride film
- film
- contact hole
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関する。特に高集積化された高
信頼度な半導体装置に有効である。
信頼度な半導体装置に有効である。
従来、ICの配線構造は、バリアメタルとALの２層構造
が用いられている。例えばTiWやＷバリアメタル上にAL
合金を形成し、Si基板または多結晶シリコン、シリサイ
ド領域の接続する領域（コンタクトホール領域）と絶縁
膜上の領域は同一構造であった。
が用いられている。例えばTiWやＷバリアメタル上にAL
合金を形成し、Si基板または多結晶シリコン、シリサイ
ド領域の接続する領域（コンタクトホール領域）と絶縁
膜上の領域は同一構造であった。
一方配線は、ALのSi基板中へのスパイキング及び表面
ヒロックを回避し、絶縁膜層SiO2との密着性を上げるこ
とを満足しなければならない。しかしながらSiO2との密
着性の向上及びSi基板中へのスパイキングの発生はどち
らもバリア金属とSiとが反応しやすい場合に得られるも
のであり、密着性の向上とスパイキング回避の両方を満
足せず、トレードオフの関係にあった。また従来の構造
では、コンタクト穴が１μｍ以下になるとAL配線のステ
ップカバレージが劣化し、空洞が存在したり、断線した
りしてコンタクト穴には、上層の高融点金属の窒化物が
形成できずヒロックが発生するという不具合が多発して
いた。
ヒロックを回避し、絶縁膜層SiO2との密着性を上げるこ
とを満足しなければならない。しかしながらSiO2との密
着性の向上及びSi基板中へのスパイキングの発生はどち
らもバリア金属とSiとが反応しやすい場合に得られるも
のであり、密着性の向上とスパイキング回避の両方を満
足せず、トレードオフの関係にあった。また従来の構造
では、コンタクト穴が１μｍ以下になるとAL配線のステ
ップカバレージが劣化し、空洞が存在したり、断線した
りしてコンタクト穴には、上層の高融点金属の窒化物が
形成できずヒロックが発生するという不具合が多発して
いた。
本発明はかかる従来の欠点を回避し、ALスパイキング
および表面ヒロックのない、密着性に優れた、そしてス
テップカバレージの良い配線を持つ高信頼性は半導体装
置を提供することを目的とする。
および表面ヒロックのない、密着性に優れた、そしてス
テップカバレージの良い配線を持つ高信頼性は半導体装
置を提供することを目的とする。
本発明の半導体装置は、シリコンを含む基体上に設置
され、かつ前記シリコンを含む基体が露出するコンタク
トホールを有する絶縁膜、前記絶縁膜上に設けられた高
融点金属酸化膜、前記コンタクトホール内の前記シリコ
ンを含む基体上に設けられた高融点金属シリサイド膜、
前記高融点金属酸化膜上及び前記高融点金属シリサイド
膜上に設けられた高融点金属窒化膜、前記高融点金属窒
化膜上に設けられた金属膜を有し、前記高融点金属窒化
膜の表面は酸素を含むことを特徴とする。
され、かつ前記シリコンを含む基体が露出するコンタク
トホールを有する絶縁膜、前記絶縁膜上に設けられた高
融点金属酸化膜、前記コンタクトホール内の前記シリコ
ンを含む基体上に設けられた高融点金属シリサイド膜、
前記高融点金属酸化膜上及び前記高融点金属シリサイド
膜上に設けられた高融点金属窒化膜、前記高融点金属窒
化膜上に設けられた金属膜を有し、前記高融点金属窒化
膜の表面は酸素を含むことを特徴とする。
また、前記高融点金属窒化膜は、シリコンを含むこと
を特徴とする。
を特徴とする。
また、前記コンタクトホールは、サブミクロンホール
であることを特徴とする。
であることを特徴とする。
以下実施例を用いて説明する。
第１、２図は、本発明による半導体の断面図であり、
製造工程をも示している。第１図においてSi基板１に形
成された拡散層２と配線層（４、５）は、層間絶縁膜３
で分離され、コンタクトホール10の領域で接続してい
る。拡散層２は、シリサイド層が裏打ちされていても良
い。コンタクトホール10を形成後、Ti層４を形成後、リ
アクティブ・スパッタによりTiN層５を形成する。この
後、10ppmO2濃度のN2雰囲気中で600℃〜1100℃の短時
間ランプアニールをすることにより、コンタクト領域
は、第２図に示すようにTiシリサイド６、TiN8に変化す
る。さらに、コンタクト領域のTiNには、グレインバウ
ンダリー中にSiが拡散して、Siを含むTiN8になってい
る。またSiO23上のTi層４は、SiO2のＯと反応しTiO層11
と上層はN2と反応しTiN4′に変化する。また極低濃度O2
（10ppm）によりTiN5′の表面は、弱冠Ｏ原子が侵入
している。このあと、250℃以上の加熱スパッタまたは
バイアススパッタによりALまたはAL−Cuなどの合金（金
属膜）を蓄積する。この時、コンタクト領域のTiN8に含
まれるSi原子は容易にALに侵入し、ALの融点を下げると
同時に、ALのぬれ性を向上させる。また、TiN5′、TiN8
の表面の酸素もALのぬれ性を向上させるから、ALは容易
にコンタクト領域に侵入し、アスペクト比が１のサブミ
クロンホールも、空洞なく埋め込むことが可能になる。
従って最上層のTiN9も均一に表面に形成でき、ALのヒロ
ックが回避可能になる。一方、TiN8は、グレインバウン
ダリーに、Si原子とＯ原子とが存在するため、ALはAL2O
3またはAL−Siをグレインバウンダリー中に形成し、グ
レインバウンダリー中に安定なAL2O3、AL−Siを形成し
た後は、ALが侵入できずそれ自身がAL7のSi基板１への
スパイキングを回避するバリアになる。また絶縁膜上の
Ti4は、該ランプアニール時に、SiO2と反応しTi酸化物1
1を形成するため配線とSiO23の密着性を上げる。
製造工程をも示している。第１図においてSi基板１に形
成された拡散層２と配線層（４、５）は、層間絶縁膜３
で分離され、コンタクトホール10の領域で接続してい
る。拡散層２は、シリサイド層が裏打ちされていても良
い。コンタクトホール10を形成後、Ti層４を形成後、リ
アクティブ・スパッタによりTiN層５を形成する。この
後、10ppmO2濃度のN2雰囲気中で600℃〜1100℃の短時
間ランプアニールをすることにより、コンタクト領域
は、第２図に示すようにTiシリサイド６、TiN8に変化す
る。さらに、コンタクト領域のTiNには、グレインバウ
ンダリー中にSiが拡散して、Siを含むTiN8になってい
る。またSiO23上のTi層４は、SiO2のＯと反応しTiO層11
と上層はN2と反応しTiN4′に変化する。また極低濃度O2
（10ppm）によりTiN5′の表面は、弱冠Ｏ原子が侵入
している。このあと、250℃以上の加熱スパッタまたは
バイアススパッタによりALまたはAL−Cuなどの合金（金
属膜）を蓄積する。この時、コンタクト領域のTiN8に含
まれるSi原子は容易にALに侵入し、ALの融点を下げると
同時に、ALのぬれ性を向上させる。また、TiN5′、TiN8
の表面の酸素もALのぬれ性を向上させるから、ALは容易
にコンタクト領域に侵入し、アスペクト比が１のサブミ
クロンホールも、空洞なく埋め込むことが可能になる。
従って最上層のTiN9も均一に表面に形成でき、ALのヒロ
ックが回避可能になる。一方、TiN8は、グレインバウン
ダリーに、Si原子とＯ原子とが存在するため、ALはAL2O
3またはAL−Siをグレインバウンダリー中に形成し、グ
レインバウンダリー中に安定なAL2O3、AL−Siを形成し
た後は、ALが侵入できずそれ自身がAL7のSi基板１への
スパイキングを回避するバリアになる。また絶縁膜上の
Ti4は、該ランプアニール時に、SiO2と反応しTi酸化物1
1を形成するため配線とSiO23の密着性を上げる。
このように、本発明の実施例では、コンタクト穴領域
の配線構造と絶縁物上の配線構造が異なる。コンタクト
穴領域は、Ti、Ｗ、Ta、Mo、Co、Zrなどの高融点金属シ
リサイド層と高融点金属の窒化物、ALまたはAL合金及び
高融点金属の窒化物からなり、層間絶縁膜上では、高融
点金属の酸化物及び高融点金属の窒化物、ALまたはAL合
金及び高融点金属の窒化物で構成される。それぞれの高
融点金属とそのシリサイド、窒化物は同一の高融点金属
である必要はない。すなわち、例えばTiN/Ti、TiN/TiSi
2の構成でも、TiN/Mo、TiN/MoSi2の構成でもよい。実施
例の構成では、コンタクト領域では、バリア性が高くか
つAL合金とのぬれ性に優れた材料でAL合金直下の配線が
構成され、絶縁物上では、密着性のよい、ぬれ性がコン
タクト領域よりはやや劣る材料でAL直下の配線が形成さ
れている。このため、ALスパイキングが回避でき、密着
性がよく、ステップカバレージのよい、空洞のない、AL
配線層が形成できる。このため最上層の高融点金属も均
一に形成でき、AL表面のヒロックを回避できる。
の配線構造と絶縁物上の配線構造が異なる。コンタクト
穴領域は、Ti、Ｗ、Ta、Mo、Co、Zrなどの高融点金属シ
リサイド層と高融点金属の窒化物、ALまたはAL合金及び
高融点金属の窒化物からなり、層間絶縁膜上では、高融
点金属の酸化物及び高融点金属の窒化物、ALまたはAL合
金及び高融点金属の窒化物で構成される。それぞれの高
融点金属とそのシリサイド、窒化物は同一の高融点金属
である必要はない。すなわち、例えばTiN/Ti、TiN/TiSi
2の構成でも、TiN/Mo、TiN/MoSi2の構成でもよい。実施
例の構成では、コンタクト領域では、バリア性が高くか
つAL合金とのぬれ性に優れた材料でAL合金直下の配線が
構成され、絶縁物上では、密着性のよい、ぬれ性がコン
タクト領域よりはやや劣る材料でAL直下の配線が形成さ
れている。このため、ALスパイキングが回避でき、密着
性がよく、ステップカバレージのよい、空洞のない、AL
配線層が形成できる。このため最上層の高融点金属も均
一に形成でき、AL表面のヒロックを回避できる。
以上、本発明によれば、高融点金属窒化膜表面に酸素
が含まれていることにより、高融点金属窒化膜のバリア
性が向上する。すなわち、高融点金属窒化膜中を金属配
線が拡散することが防止される。
が含まれていることにより、高融点金属窒化膜のバリア
性が向上する。すなわち、高融点金属窒化膜中を金属配
線が拡散することが防止される。
さらに、高融点金属窒化膜表面が酸素を含むことによ
り、高融点金属窒化膜表面のぬれ性が向上し、金属膜が
コンタクトホールに入り込みやすくなり、配線のステッ
プカバレージが改善され、半導体装置の信頼性が向上す
る。
り、高融点金属窒化膜表面のぬれ性が向上し、金属膜が
コンタクトホールに入り込みやすくなり、配線のステッ
プカバレージが改善され、半導体装置の信頼性が向上す
る。
また、絶縁膜上に高融点金属酸化膜があるため、絶縁
膜と配線の密着性が向上する。
膜と配線の密着性が向上する。
第１、２図は本発明による半導体の断面図及び工程断面
図。 １……Si基板 ２……拡散層 ３……層間絶縁膜 ４……Ti ４′、５、９……TiN ６……Tiシリサイド ７……AL合金 ８……SiとＯ原子を含んだTiN 10……コンタクト穴 ５′……Ｏ原子を含んだTiN 11……TiO
図。 １……Si基板 ２……拡散層 ３……層間絶縁膜 ４……Ti ４′、５、９……TiN ６……Tiシリサイド ７……AL合金 ８……SiとＯ原子を含んだTiN 10……コンタクト穴 ５′……Ｏ原子を含んだTiN 11……TiO
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768 H01L 21/28 - 21/288 H01L 29/40 - 29/51
Claims (3)
- 【請求項１】シリコンを含む基体上に設置され、かつ前
記シリコンを含む基体が露出するコンタクトホールを有
する絶縁膜、前記絶縁膜上に設けられた高融点金属酸化
膜、前記コンタクトホール内の前記シリコンを含む基体
上に設けられた高融点金属シリサイド膜、前記高融点金
属酸化膜上及び前記高融点金属シリサイド膜上に設けら
れた高融点金属窒化膜、前記高融点金属窒化膜上に設け
られた金属膜を有し、 前記高融点金属窒化膜の表面は酸素を含むことを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項２】前記高融点金属窒化膜は、シリコンを含む
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項３】前記コンタクトホールは、サブミクロンホ
ールであることを特徴とする請求項１または請求項２記
載の半導体装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63196495A JP2764934B2 (ja) | 1988-08-06 | 1988-08-06 | 半導体装置 |
| US07/387,834 US4998157A (en) | 1988-08-06 | 1989-08-01 | Ohmic contact to silicon substrate |
| EP89307849A EP0354717A3 (en) | 1988-08-06 | 1989-08-02 | Semi-conductor device and method of manufacturing such a device |
| KR1019890011087A KR950013737B1 (ko) | 1988-08-06 | 1989-08-03 | 실리콘 함유 기판 및 절연막을 갖는 반도체 장치 |
| US07/863,462 US5312772A (en) | 1988-08-06 | 1992-04-01 | Method of manufacturing interconnect metallization comprising metal nitride and silicide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63196495A JP2764934B2 (ja) | 1988-08-06 | 1988-08-06 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0245960A JPH0245960A (ja) | 1990-02-15 |
| JP2764934B2 true JP2764934B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=16358721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63196495A Expired - Lifetime JP2764934B2 (ja) | 1988-08-06 | 1988-08-06 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2764934B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04296020A (ja) * | 1991-03-25 | 1992-10-20 | Nec Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61183942A (ja) * | 1985-02-08 | 1986-08-16 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH0611042B2 (ja) * | 1985-06-19 | 1994-02-09 | 松下電子工業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1988
- 1988-08-06 JP JP63196495A patent/JP2764934B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0245960A (ja) | 1990-02-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080403 Year of fee payment: 10 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090403 Year of fee payment: 11 |