JP2850380B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の配線の形成方法および配線構
造に関し、特に第一の配線と第二の配線の接続部の形成
方法および構造に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体装置の製造方法における第一の配線と第
二の配線の接続部の形成方法、および半導体装置の第一
の配線と第二の配線の接続部の構造としては、第一の金
属配線形成後、該配線上に絶縁膜を形成し、第一の配線
上の絶縁膜の一部に開孔を形成した後第二の配線金属を
スパッタリング技術により形成する方法が用いられてい
た。この場合第一の配線と第二の配線の電気的導通をと
るために絶縁膜の一部に形成した開孔部（以下、コンタ
クトホールと称す）での第二の配線の付き回りを改善し
配線膜厚が薄くなることを防ぐためスパッタリングする
とき半導体基板を加熱する方法を用いたり、絶縁膜の開
孔部の側面に傾斜をつけて第二の配線金属の付き回りを
改善する構造を有していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述の従来技術では、コンタクトホー
ルの開孔部の大きさが小さくなるに従い半導体基板の加
熱によっても第二の配線金属の膜厚がコンタクトホール
部分に於て薄くなることを防ぐことが難しくなり、極端
な場合第二の金属配線の断線や第一の配線との電気的導
通がとれないという問題が発生した。またコンタクトホ
ールの絶縁膜の側面に傾斜をつける構造により第二の配
線金属のつき回りは改善でき、配線の断線等の問題は回
避できるが、第二の配線と第一の配線との電気的導通を
とる接触面積を一定にした場合コンタクトホールの開孔
部の上端の大きさがコンタクトホールの側面の傾斜した
分だけ大きくなり半導体装置の微細化ができない問題を
有していた。

そこで、本発明はこのような課題を解決しようとする
もので、その目的とするところは、微細なコンタクトホ
ールに於いても第二の配線金属の膜厚が薄くならない半
導体装置の製造方法および半導体装置の構造を提供する
ところにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置の製造方法は、第１絶縁膜上に第
１層目の金属配線を形成する工程、前記第１層目の金属
配線上に第２絶縁膜を形成し、前記第２絶縁膜に開口部
を形成する工程、前記開口部を含む前記第２絶縁膜上に
チタン金属膜を形成する工程、プラズマ窒化処理によっ
て、前記前第２絶縁膜上と前記開口部の前記第２絶縁膜
の側面上の前記チタン金属を窒化させチタン窒化物を形
成し、かつ、前記開口部内の前記第１層目の金属配線上
の前記チタン金属と前記第１層目の金属配線を構成する
金属との合金層を形成する工程、前記チタン窒化物、前
記合金層上に第２層目の金属配線を形成する工程、を有
することを特徴とする。

〔実 施 例〕

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例であり、本発
明の半導体装置の製造方法を工程を追って示した図であ
る。以下この図にしたがって本発明を実施例として説明
する。

第１図（ａ）に示すように半導体装置上の第一の絶縁
膜１の上に第一の金属配線２を形成する。本実施例とし
てはこの金属配線にはアルミニウムを主成分とする金属
膜を用いるが、この他にアルミニウム合金などの低融点
金属や、モリブデン、銅、パラジウム、チタン、タング
ステン、プラチナなどの高融点金属、高融点金属とシリ
コンの化合物でもよい。次に第１図（ｂ）の様にこの半
導体基板上の第一の絶縁膜１および第一の金属配線２上
に配線層を分離するための第二の絶縁膜３を形成し、第
一の配線上の絶縁膜の一部にコンタクトホール４を形成
する。さらに第二の絶縁膜３およびコンタクトホール４
上の全面にチタン金属膜５を形成する。この半導体基板
表面を窒素雰囲気中でブラズマ窒化処理する。プラズマ
窒化処理の一例として本実施例では、半導体基板を400
℃に加熱する同時に窒素ガス5torr.の圧力下で400Wのプ
ラズマで半導体基板を処理する。この処理により、第１
図（ｃ）に示すようにチタン金属を反応させ、第二の絶
縁膜上およびコンタクトホールの側壁のチタン金属は窒
素と反応してチタン窒化物６となる。また同時にコンタ
クトホールの底面のチタン金属５は、窒化するより速く
第一の配線の金属と熱反応するため、チタンと第一の配
線金属との合金７となる。本実施例では第１の配線金属
にアルミニウムを主成分とする材料を使用しているため
チタン金属にアルミニウムが反応してゆきコンタクトホ
ール底面にアルミニウムとチタンの合金層を形成する。
第１の配線金属に高融点金属を使用する場合は窒素雰囲
気中のプラズマ窒化処理の前にハロゲンランプの熱輻射
による加熱処理が拡散炉を用いた熱処理を行えばよい。
この後第１図（ｄ）で示すように第二の配線金属層８を
スパッタリング技術により形成する。第二の配線金属と
して本実施例ではアルミニウムを主成分とする金属を使
用することにする。第二の配線金属は、チタン窒化物の
表面に形成されるため絶縁膜表面に直接形成する場合に
比べ、付き回りがよく段差部に於いても金属膜厚が薄く
なることがない。また半導体基板を加熱しながら第二の
配線金属をスパッタリングすると金属がチタン窒化物の
表面を移動しながら金属膜に形成されるのでコンタクト
ホールの穴の中に溜るように配線金属が形成され配線と
してコンタクトホール部分で膜厚が薄くなることがほと
んどなく、第二の配線金属のつき回りが悪いことによる
第１の配線との電気的導通不良も防ぐことができる。こ
の配線金属膜及びその下のチタン窒化膜をフォトリソ技
術エッチング技術によりパターニングする事により第二
の金属配線８を形成する。以上実施例として述べてきた
本発明の半導体装置の製造方法によりコンタクトホール
に於ける第二の配線金属膜が薄くなることが無い半導体
装置が形成された。

以上述べてきたような本発明により、絶縁膜厚0.6μ
ｍで大きさが１μｍ角のコンタクトホールにおける第二
の配線の膜厚が、従来技術に於いては20パーセント程度
であったものを本発明を応用することによりほぼ100パ
ーセントにすることができた。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば以下に列挙するよ
うな効果を有する。

（１）チタン窒化膜により第二の配線金属の付き回りが
良くなることにより、コンタクトホールや段差の部分に
於て第二の配線金属の膜厚が薄くなったり、配線金属が
切れたりしないため、半導体装置の初期的不良を低減で
き、配線に電流を流すことに対しても信頼性の高い半導
体装置ができる。

（２）第二の金属配線がチタン窒化物と配線金属の二層
構造になるため配線としての信頼性が向上し、また応力
や電流によるストレスに対しても従来技術による配線の
寿命に対し本発明の半導体装置は約10倍の寿命を持つこ
とができた。

（３）コンタクトホールの底面に於いては第１の配線金
属とチタン金属の合金を形成するため、コンタクトホー
ルに於ける第１の配線と第二の配線の接触抵抗を低減で
きた。

（４）微細なコンタクトホールに於いて第二の配線金属
のつき回りがよく、コンタクトホールの側面に傾斜をつ
ける必要が無いため半導体装置の微細化を容易にする。

（５）チタン金属の窒化に窒素雰囲気中のプラズマ窒化
処理を用いているため第一の配線金属がアルミニウムの
ような低融点金属でも本発明は実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の半導体装置の製造方
法を工程を追って示した半導体装置の断面図。 １……半導体装置上の第１の絶縁膜 ２……第１の金属配線 ３……第二の絶縁膜 ４……コンタクトホール ４……チタン金属 ６……チタン窒化物 ７……第１の配線金属とチタンの合金 ８……第二の金属配線

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１絶縁膜上に第１層目の金属配線を形成
   する工程、 前記第１層目の金属配線上に第２絶縁膜を形成し、前記
   第２絶縁膜に開口部を形成する工程、 前記開口部を含む前記第２絶縁膜上にチタン金属膜を形
   成する工程、 プラズマ窒化処理によって、前記前第２絶縁膜上と前記
   開口部の前記第２絶縁膜の側面上の前記チタン金属を窒
   化させチタン窒化物を形成し、かつ、前記開口部内の前
   記第１層目の金属配線上の前記チタン金属と前記第１層
   目の金属配線を構成する金属との合金層を形成する工
   程、 前記チタン窒化物、前記合金層上に第２層目の金属配線
   を形成する工程、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。