JP2868021B2 - Wiring formation method - Google Patents

Wiring formation method

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JP2868021B2 JP33654489A JP33654489A JP2868021B2 JP 2868021 B2 JP2868021 B2 JP 2868021B2 JP 33654489 A JP33654489 A JP 33654489A JP 33654489 A JP33654489 A JP 33654489A JP 2868021 B2 JP2868021 B2 JP 2868021B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 IC,LSIなどの半導体装置の配線、より詳しくは、シリ
コン基板とアルミニウムないしその合金の配線層との拡
散防止(バリアー)層を有する配線の形成方法に関し、 既に提案した方法による酸素添加にともなう特性低下
を生じないように、TiNバリアー層形成時に酸素添加し
て従来よりもバリアー効果を高めた配線を形成する方法
を提供することを目的とし、 シリコン基板上に、コンタクト層と、チタン、ジルコ
ニウム、ハフニウムおよびタングステンのいずれかの金
属の窒化物、ホウ化物又は炭化物であるバリアー層と、
アルミニウム又はその合金の配線層とを順次形成する配
線形成方法において、前記バリアー層の形成の途中で、
酸素ガスを雰囲気ガスにパルス式又は一時期だけ添加す
ることを特徴とするように構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention relates to a method of forming a wiring having a diffusion preventing (barrier) layer between a silicon substrate and a wiring layer of aluminum or an alloy thereof, more particularly to a wiring of a semiconductor device such as an IC or an LSI. An object of the present invention is to provide a method for forming a wiring with a higher barrier effect by adding oxygen at the time of forming a TiN barrier layer so that the characteristics do not deteriorate due to the addition of oxygen by the method already proposed. A contact layer and a barrier layer that is a nitride, boride or carbide of any one of titanium, zirconium, hafnium and tungsten,
In a wiring forming method of sequentially forming a wiring layer of aluminum or an alloy thereof, during the formation of the barrier layer,
The oxygen gas is added to the atmospheric gas in a pulsed manner or added only for one time.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は、IC,LSIなどの半導体装置の配線、より詳し
くは、シリコン基板とアルミニウムないしその合金(以
下、アルミニウム合金とする)の配線層との拡散防止
(バリアー)層を有する配線の形成方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a wiring of a semiconductor device such as an IC or an LSI, and more particularly, to a method of forming a wiring having a diffusion prevention (barrier) layer between a silicon substrate and a wiring layer of aluminum or an alloy thereof (hereinafter, referred to as an aluminum alloy). About.

〔従来の技術〕 半導体装置の高集積化、高密度化にともない、金属電
極である配線が微細化されかつシリコン基板とのコンタ
クト部が小さくされてきた。浅い接合へのアルミニウム
スパイク(ジャックションリーク)を防ぐためおよび基
板のシリコンがアルミニウム配線層に拡散するのを防ぐ
ためにシリコンを添加したAl−1〜2%Si合金が広く用
いられてきた。しかしながら、アルミニウム配線層の形
成時及びそれ以後のプロセスでの熱処理によって、基板
シリコンとアルミニウム配線層とのコンタクト部にアル
ミニウム配線層中で固溶限界以上になったシリコンが析
出することがある。この析出したシリコンは高抵抗であ
るために、基板と配線層との有効接触面積が減少してコ
ンタクト抵抗が高くなってしまう。そこで、最近の微細
化が進んだ配線構造では、シリコンを添加しないで、マ
イグレーション断線不良対策で銅を添加したAl−2%Cu
合金が用いられている。さらに、基板シリコンとアルミ
ニウムとの相互拡散を防止するために、シリコン基板と
アルミニウム配線層との間にバリアー層(例えば、TiN,
TiW,MoSixなどの薄膜層)が設けられる。このようなバ
リアー層として、高融点金属の窒化物、炭化物ないしホ
ウ化物の薄膜が注目されるようになった。特に、TiNは
電気伝導度が良好でかつ耐熱性が優れているので注目さ
れ、TiN/Siのコンタクト抵抗が高いので、シリコン基板
とTiNバリアー層との間にコンタクト抵抗の低いコンタ
クト層(例えば、Ti層)を挾むのが好ましい。
[Prior Art] With the increase in the degree of integration and the density of a semiconductor device, a wiring serving as a metal electrode has been miniaturized and a contact portion with a silicon substrate has been reduced. Al-1 to 2% Si alloys to which silicon has been added have been widely used to prevent aluminum spikes (jackson leaks) into shallow junctions and to prevent silicon in the substrate from diffusing into the aluminum wiring layer. However, silicon which has exceeded the solid solution limit in the aluminum wiring layer may be deposited at the contact portion between the substrate silicon and the aluminum wiring layer due to heat treatment during the formation of the aluminum wiring layer and subsequent processes. Since the deposited silicon has a high resistance, the effective contact area between the substrate and the wiring layer decreases, and the contact resistance increases. Therefore, in a wiring structure that has recently been miniaturized, Al is not added with silicon, but Al-2% Cu added with copper to prevent migration disconnection failure.
Alloys are used. Further, in order to prevent interdiffusion between the substrate silicon and aluminum, a barrier layer (for example, TiN,
TiW, thin layer such as MoSi x) is provided. As such a barrier layer, a thin film of a nitride, carbide or boride of a high melting point metal has been attracting attention. In particular, TiN has attracted attention because of its good electrical conductivity and excellent heat resistance, and because of its high contact resistance of TiN / Si, a contact layer having a low contact resistance between the silicon substrate and the TiN barrier layer (for example, (Ti layer).

本出願人も、シリコン基板上にTi/TiN/Al構造の配線
を形成する方法を特願昭63−185005号(昭和63年7月25
日出願日)にて提案した。
The present applicant has also proposed a method of forming a wiring having a Ti / TiN / Al structure on a silicon substrate in Japanese Patent Application No. 63-185005 (July 25, 1988).
Application date).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来の通常条件(アルゴンガスと窒素ガスとの雰囲気
中でチタンターゲットをスパッタリングする)で形成し
たTiN膜のバリアー効果は、最近の高アスペクトコンタ
クトあるいは浅い拡散層の構造では不十分であった。そ
こで、特願昭63−185005号にて提案した方法では、TiN
膜のバリアー効果を向上させるために、アルゴンおよび
窒素の雰囲気に酸素を添加してTiN膜を形成し、真空を
破ることなくその上にアルミニウム配線層を形成する。
しかしながら、この提案した方法では、次のような問題
が生じる。
The barrier effect of a TiN film formed under conventional ordinary conditions (sputtering a titanium target in an atmosphere of argon gas and nitrogen gas) was insufficient with recent high aspect contact or shallow diffusion layer structures. Therefore, in the method proposed in Japanese Patent Application No. 63-185005, TiN
In order to improve the barrier effect of the film, oxygen is added to an atmosphere of argon and nitrogen to form a TiN film, and an aluminum wiring layer is formed thereon without breaking vacuum.
However, the proposed method has the following problems.

まず第1に、形成するTiN膜の比抵抗が、第5図に示
すように、添加する酸素量を増加するにつれて大きくな
ることである。第5図中の温度(200,400および600℃)
はスパッタリング時の基板加熱ヒーター設定温度であ
る。一方、第6図に示した配線構造にて、TiN膜形成時
の酸素添加量と、450℃×30分+500℃×60分の熱処理後
のジャンクションリーク電流(バイアス電流:−5V)と
の関係では、リーク電流を抑えには添加酸素量が多いほ
うが好ましい。第6図の配線構造とするには、まず、p
型シリコン基板1上に熱酸化法でSiO2膜(厚さ:1.0μ
m)2を形成し、フォトエッチング法でこのSiO2膜2に
コンタクトホール(直径:1.2μm)を開ける。イオン注
入法によってヒ素(As+)を70keVの加速電圧にて4×10
15cm-2ドーズ量にてシリコン基板1に注入し、活性化ア
ニール処理してn+領域3(深さ:0.34μm)を形成す
る。次に、スパッタリング装置にて、Tiターゲットを用
い、アルゴンガス雰囲気中にて、600℃に加熱したヒー
ター上に基板をのせた状態でTiコンタクト層4(厚さ:2
0nm)をコンタクトホールを含め全面に形成し、スパッ
タリングを継続しかつ窒素ガスを流してTiN層5(厚さ:
100nm)を形成する。このTiN層形成時に、酸素ガスも設
定量〔4sccm(5流量%)、7sccm(9流量%)〕流す。
次に、真空を破ることなく、純アルミニウムターゲット
を用いてアルゴンガスでスパッタリングしてアルミニウ
ム配線層6(厚さ:1.0μm)を形成して製作される。そ
して、得られた配線構造を有する基板を上述した熱処理
を施こしからジャンクションリーク電流測定し、得られ
た結果を度数分布で示したのが第7A図、第7B図および第
7C図である。これら図面から、リーク電流抑制には酸素
添加量を9流量%以上にしなければならない。このよう
に大きな酸素添加量では第6図の600℃線から推定して
比抵抗がかなり大きくなり、実際の半導体装置に使用す
ることは困難である。
First, as shown in FIG. 5, the specific resistance of the TiN film to be formed increases as the amount of added oxygen increases. Temperature in Fig.5 (200,400 and 600 ℃)
Is the set temperature of the substrate heater during sputtering. On the other hand, in the wiring structure shown in FIG. 6, the relationship between the amount of oxygen added when forming the TiN film and the junction leak current (bias current: -5 V) after heat treatment at 450 ° C. × 30 minutes + 500 ° C. × 60 minutes Then, it is preferable that the amount of added oxygen is large in order to suppress the leak current. In order to obtain the wiring structure shown in FIG.
SiO 2 film (thickness: 1.0μ) on the silicon substrate 1 by thermal oxidation
m) 2 is formed, and a contact hole (diameter: 1.2 μm) is formed in the SiO 2 film 2 by photoetching. Arsenic (As + ) was ion-implanted at an accelerating voltage of 70 keV to 4 × 10
An n + region 3 (depth: 0.34 μm) is implanted into the silicon substrate 1 at a dose of 15 cm −2 and subjected to activation annealing. Next, the Ti contact layer 4 (thickness: 2) was placed on a heater heated to 600 ° C. in an argon gas atmosphere using a Ti target in an argon gas atmosphere.
0 nm) is formed on the entire surface including the contact holes, sputtering is continued, and a nitrogen gas is flowed to form a TiN layer 5 (thickness:
100 nm). At the time of this TiN layer formation, a set amount of oxygen gas (4 sccm (5 flow%), 7 sccm (9 flow%)) is also flown.
Next, an aluminum wiring layer 6 (thickness: 1.0 μm) is formed by sputtering with an argon gas using a pure aluminum target without breaking vacuum. Then, the substrate having the obtained wiring structure was subjected to the above-described heat treatment, the junction leak current was measured, and the obtained results were shown in a frequency distribution in FIGS. 7A, 7B, and FIG.
FIG. 7C is a diagram. From these drawings, it is necessary to set the oxygen addition amount to 9 flow% or more to suppress the leak current. With such a large amount of added oxygen, the specific resistance becomes considerably large as estimated from the 600 ° C. line in FIG. 6, and it is difficult to use it in an actual semiconductor device.

第2に、上述したように酸素ガス添加雰囲気にてTiN
層を形成し、その上にアルミニウム配線層を形成する
と、酸素添加量が増加するにつれて平均故障時間MTFが
第8図に示すように短くなる。この場合の配線構造は第
6図に示したのと同様であるが、アルミニウム配線層に
はAl−2%Cuを用いている。第8図からわかるように、
酸素無添加の場合のMTFを1として、酸素9%添加した
場合のMTFは半分以下になっている。
Second, as described above, TiN in an oxygen gas added atmosphere is used.
When a layer is formed and an aluminum wiring layer is formed thereon, the mean time to failure MTF becomes shorter as the amount of added oxygen increases, as shown in FIG. The wiring structure in this case is the same as that shown in FIG. 6, but Al-2% Cu is used for the aluminum wiring layer. As can be seen from FIG.
Assuming that the MTF when oxygen is not added is 1, the MTF when 9% oxygen is added is less than half.

本発明の目的は、上述した提案した方法による酸素添
加にともなう特性低下を生じないように、TiNバリアー
層形成時に酸素添加して従来よりもバリアー効果を高め
た配線を形成する方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method for forming a wiring with a higher barrier effect than the conventional method by adding oxygen at the time of forming a TiN barrier layer so as not to cause deterioration in characteristics due to oxygen addition by the above proposed method. It is.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上述した目的が、シリコン基板上に、コンタクト層
と、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびタングス
テンのいずれかの金属の窒化物、ホウ化物又は炭化物で
あるバリアー層と、アルミニウム又はその合金の配線層
とを順次形成する配線形成方法いおいて、前記バリアー
層の形成の途中で、酸素ガスを雰囲気ガスにパルス式又
は一時期だけ添加することを特徴とする配線形成方法に
よって達成される。
The above-described object is to sequentially form a contact layer, a barrier layer of a nitride, boride or carbide of any one of titanium, zirconium, hafnium and tungsten on a silicon substrate, and a wiring layer of aluminum or an alloy thereof on a silicon substrate. In the method of forming a wiring to be formed, a method of forming a wiring is characterized in that oxygen gas is added to an atmospheric gas in a pulsed manner or only for one time during the formation of the barrier layer.

〔作用〕[Action]

本発明によると、特願昭63−185005号にて提案した場
合のようにバリアー(TiN)層形成中窒素ガスと同期し
て酸素ガスを流す(添加する)のではなく、TiN層形成
の途中の一時期にパルス式に反復してか又は一回だけ流
す(添加する)ことによって、酸素をバリアー(TiN)
層中の一部層状に局在化させる。このことによってバリ
アー効果を向上させかつ全期間酸素添加による比抵抗の
上昇と配線MTFの短縮とを大幅に減少させることができ
る。
According to the present invention, instead of flowing (adding) oxygen gas in synchronization with nitrogen gas during the formation of the barrier (TiN) layer as in the case proposed in Japanese Patent Application No. Oxygen barrier (TiN) by pulsed repetition or once-only flow (addition) at one time
It is localized in a part of the layer. As a result, the barrier effect can be improved, and the increase in specific resistance and the shortening of the wiring MTF due to the addition of oxygen during the entire period can be significantly reduced.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様例によ
って本発明を詳しく説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第4図は、本発明に係る配線形成方法を適用したMOSF
ETの概略断面図であり、その配線構造は基本的には従来
技術の説明にて参照した第6図と同じである。このMOSF
ETおよびその配線の構造は公知であり、その製造もバリ
アー層(TiN層)の形成時に酸素ガス添加要領が異なる
だけで公知方法に基づいて行なえる。
FIG. 4 shows a MOSF to which the wiring forming method according to the present invention is applied.
FIG. 7 is a schematic sectional view of the ET, and its wiring structure is basically the same as FIG. 6 referred to in the description of the prior art. This MOSF
The structures of the ET and its wiring are known, and the production thereof can be performed based on a known method only in the way of adding the oxygen gas when forming the barrier layer (TiN layer).

第4図に示すように、p型シリコン基板11を用意し、
選択酸化法(LOCOSプロセス)によってフィールドSiO2
酸化膜12を形成する。ゲート(SiO2)酸化膜13を形成し
てからポリシリコンゲート電極14を形成する。このゲー
ト電極14およびフィールド酸化膜13をマスクとして、イ
オン注入によってヒ素(As+)をシリコン基板11へドー
プしてN+領域のソース領域15およびドレイン領域16を形
成し、所定のアニール熱処理を施こす。層間絶縁膜17と
なるPSG膜をCVD法によって全面に形成し、フォトエッチ
ング法によってソース・ドレイン領域15,16が表出する
コンタクトホール(直径:0.6μm、深:0.6μm)を形成
する。
As shown in FIG. 4, a p-type silicon substrate 11 is prepared,
Field SiO 2 by selective oxidation (LOCOS process)
An oxide film 12 is formed. After forming a gate (SiO 2 ) oxide film 13, a polysilicon gate electrode 14 is formed. Using the gate electrode 14 and the field oxide film 13 as a mask, arsenic (As + ) is doped into the silicon substrate 11 by ion implantation to form a source region 15 and a drain region 16 of an N + region, and a predetermined annealing heat treatment is performed. Rub A PSG film serving as an interlayer insulating film 17 is formed on the entire surface by a CVD method, and a contact hole (diameter: 0.6 μm, depth: 0.6 μm) in which the source / drain regions 15 and 16 are exposed is formed by a photoetching method.

次に、特願昭63−185005号にて用いたのと同様なスパ
ッタリング装置を用いて、コンタクト(Ti)層18、バリ
アー層(TiN層)19およびアルミニウム配線層20を順次
形成する。
Next, a contact (Ti) layer 18, a barrier layer (TiN layer) 19 and an aluminum wiring layer 20 are sequentially formed using the same sputtering apparatus as used in Japanese Patent Application No. 63-185005.

Tiコンタクト層18の形成を下記スパッタリング条件に
て行なう。
The Ti contact layer 18 is formed under the following sputtering conditions.

ターゲット:純度99.99%の金属チタン 導入ガス:アルゴン(20sccm) 装置内圧力:2mTorr 基板加熱ヒーター温度:600℃ スパッタ直流電力:5kW Ti層厚さ:20nm 次に、同じターゲットを用いて、窒素ガス(80sccm一
定)を導入することおよび酸素ガスを第1図又は第2図
に示すように添加(導入)することを除いて上述スパッ
タリング条件にてTiN層19(厚さ:100nm)をTi層18上で
形成する。
Target: Titanium metal of 99.99% purity Introduced gas: Argon (20 sccm) Internal pressure: 2 mTorr Substrate heater temperature: 600 ° C Sputter DC power: 5 kW Ti layer thickness: 20 nm Next, using the same target, nitrogen gas ( The TiN layer 19 (thickness: 100 nm) was formed on the Ti layer 18 under the above-mentioned sputtering conditions except that the introduction of 80 sccm) and the addition (introduction) of oxygen gas as shown in FIG. 1 or FIG. Formed.

第1図の場合には、TiN層形成の途中で酸素ガス(20s
ccm)を5秒間5秒間隔で3回パルス的に添加してお
り、第2図の場合には、15秒間だけ成膜途中に添加す
る。TiN層形成の最終段階では酸素ガスを添加しない状
態にする。TiN層の表面から10〜25nmの深さまでは酸素
を含んでいないので、上層のアルミニウム配線層への影
響はない。なお、第1図および第2図にて、アルゴンガ
ス(合計20sccm)が別系統(異なる導入管)で導入され
ており、Ar(1)は基板加熱台上に搭載した基板の背面
から流し、Ar(2)はスパッタ室内へ直接に流して供給
されている。
In the case of FIG. 1, oxygen gas (20
ccm) is pulsed three times at 5 second intervals for 5 seconds, and in the case of FIG. 2, only 15 seconds during the film formation. At the final stage of TiN layer formation, no oxygen gas is added. Since there is no oxygen at a depth of 10 to 25 nm from the surface of the TiN layer, there is no effect on the upper aluminum wiring layer. In FIG. 1 and FIG. 2, argon gas (total 20 sccm) is introduced by another system (different introduction pipe), and Ar (1) flows from the back surface of the substrate mounted on the substrate heating table. Ar (2) is supplied by flowing directly into the sputtering chamber.

比較のために、特願昭63−185005号にて提案した方法
によると、第3図に示すようにガス(窒素ガス、酸素ガ
スおよびアルゴンガス)をスパッタリング装置に導入し
てTiN層を形成することになり、酸素ガスが窒素ガスと
共にTiN層形成中添加されている。
For comparison, according to the method proposed in Japanese Patent Application No. 63-185005, a gas (nitrogen gas, oxygen gas and argon gas) is introduced into a sputtering apparatus to form a TiN layer as shown in FIG. That is, the oxygen gas is added together with the nitrogen gas during the formation of the TiN layer.

上述した条件にてTiN層(厚さ:500nm)をSiO2膜上に
直接にスパッタリングにて形成して、その比抵抗を測定
したところ下記第1表の結果が得られた。
A TiN layer (thickness: 500 nm) was formed directly on the SiO 2 film by sputtering under the above conditions, and the specific resistance was measured. The results shown in Table 1 below were obtained.

このように、本発明に係る形成方法でのTiN層はその
比抵抗が提案した方法の場合よりも約十分の一と大幅に
小さい。
Thus, the specific resistance of the TiN layer in the formation method according to the present invention is much smaller than that of the proposed method by about one tenth.

TiN層19の形成後に、同じスパッタリング装置でアル
ミニウム層20の形成を下記スパッタリング条件にて行な
う。
After the formation of the TiN layer 19, the aluminum layer 20 is formed under the following sputtering conditions using the same sputtering apparatus.

ターゲット:純Al 導入ガス:アルゴン(50sccm) 装置内圧力:5mTorr 基板加熱温度:180℃ スパッタ直流電力:10kW Al層厚さ:1.0μm このようにして形成された配線を有するMOSFETにおい
て、MTFは第8図にて示した酸素無添加の場合とほぼ同
じになり、TiN層形成時の酸素添加にかかわらずMTFの低
下はなく、提案した従来方法の場合よりも改善されてい
る。
Target: pure Al Introduced gas: argon (50 sccm) Internal pressure: 5 mTorr Substrate heating temperature: 180 ° C Sputter DC power: 10 kW Al layer thickness: 1.0 μm In the MOSFET having the wiring thus formed, the MTF is It is almost the same as the case of no oxygen addition shown in FIG. 8, and the MTF does not decrease irrespective of the oxygen addition during the formation of the TiN layer, which is an improvement over the proposed conventional method.

コンタクト層18には上述のTiの他にポリシリコンを用
いることができ、この場合にはCVD法によって形成す
る。さらに、チタンシリサイド、タングステン、タング
ステンシリサイドをもコンタクト層18の材料として使用
可能である。
Polysilicon can be used for the contact layer 18 in addition to the above-mentioned Ti. In this case, the contact layer 18 is formed by a CVD method. Further, titanium silicide, tungsten, and tungsten silicide can also be used as the material of the contact layer 18.

バリアー層19には窒化チタン(TiN)の他に第2表に
示すようなチタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびタ
ングステンの窒化物、炭化物ないしホウ化物が使用でき
る。
For the barrier layer 19, besides titanium nitride (TiN), nitride, carbide or boride of titanium, zirconium, hafnium and tungsten as shown in Table 2 can be used.

第2表 金属 窒化物 炭化物 ホウ化物 Ti (TiN) TiC TiB Ta TaN TaC TaB Zr ZrN ZrC ZrB Hf HfN HfC HfB W WN WC WB 炭化物およびホウ化物を形成するためには、窒素ガス
に代えて、炭素化合物ガス(例えば、メタンCH4)ある
いは、ホウ素化合物ガス(例えば、ジボランB2H6)を用
いればよい。あるいは、ターゲットにTi、Ta、Zr、Hf、
Wの炭化物、ホウ化物を用いてもよい。
Table 2 Metal Nitride Carbide Boride Ti (TiN) TiC TiB Ta TaN TaC TaB Zr ZrN ZrC ZrB Hf HfN HfC HfB W WN WC WB In order to form carbides and borides, carbon compounds are used instead of nitrogen gas. A gas (for example, methane CH 4 ) or a boron compound gas (for example, diborane B 2 H 6 ) may be used. Alternatively, target Ti, Ta, Zr, Hf,
W carbides and borides may be used.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によればアルミニウム配
線のバリアー層を形成する際に、酸素ガスの添加方式を
従来とは異なるパルス式ないし一時期添加にして、バリ
アー膜中の一部に局在化させる。このようにしてバリア
ー効果を向上させることができ、かつ従来の酸素添加に
よるバリアー層の比抵抗上昇および配線としてのMTF低
下を大幅に防止することができる。したがって、半導体
装置の性能向上および信頼性向上が図れる。
As described above, according to the present invention, when the barrier layer of the aluminum wiring is formed, the addition method of the oxygen gas is changed to a pulse type or one-time addition different from the conventional method, so that the oxygen gas is localized in a part of the barrier film. Let it. In this way, the barrier effect can be improved, and the increase in the specific resistance of the barrier layer and the decrease in the MTF as the wiring due to the conventional oxygen addition can be largely prevented. Therefore, the performance and reliability of the semiconductor device can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明に係る方法にしたがって、バリアー
(TiN)層形成スパッタリング時のパルス式酸素添加方
式でのガス流量と形成時間との関係を示すグラフであ
り、 第2図は、本発明に係る方法にしたがって、バリアー
(TiN)層形成スパッタリング時の一時期酸素添加方式
でのガス流量と形成時間との関係を示すグラフであり、 第3図は、従来の酸素継続添加方式でのガス流と形成時
間との関係を示すグラフであり、 第4図は、本発明の方法で形成された配線を有するMOSF
ETの部分断面図であり、 第5図は、TiN層形成時に従来方法で酸素添加したとき
の比抗比と酸素流量及び基板加熱温度との関係を示すグ
ラフであり、 第6図は、バリアー層を有する配線構造を示す半導体装
置の部分断面図であり、 第7A図、第7B図および第7C図は、TiNバリアー層のある
配線を有する半導体装置でのジャンクションリーク電流
の度数分布を示すグラフであり、 第8図は、TiNバリアー層のある配線を有する半導体装
置でのMTFとTiN層形成時酸素添加量との関係を示すグラ
フである。 11…シリコン基板、15…ソース領域、16…ドレイン領
域、17…層間絶縁膜、18…コンタクト(Ti)膜、19…バ
リアー(TiN)層、20…アルミニウム配線層。
FIG. 1 is a graph showing a relationship between a gas flow rate and a formation time in a pulse oxygen addition method during sputtering for forming a barrier (TiN) layer according to the method according to the present invention, and FIG. FIG. 3 is a graph showing a relationship between a gas flow rate and a formation time in a one-time oxygen addition method at the time of forming a barrier (TiN) layer by sputtering according to the method according to FIG. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the time and the formation time, and FIG. 4 shows a MOSF having a wiring formed by the method of the present invention.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the ET, FIG. 5 is a graph showing the relationship between the specific resistance ratio, the oxygen flow rate and the substrate heating temperature when oxygen is added by the conventional method at the time of forming the TiN layer, and FIG. FIG. 7A, FIG. 7B and FIG. 7C are partial cross-sectional views of a semiconductor device showing a wiring structure having a layer. FIG. 7A, FIG. 7B, and FIG. 7C are graphs showing a frequency distribution of junction leak current in a semiconductor device having a wiring having a TiN barrier layer. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the MTF and the amount of oxygen added during the formation of the TiN layer in a semiconductor device having a wiring with a TiN barrier layer. 11: silicon substrate, 15: source region, 16: drain region, 17: interlayer insulating film, 18: contact (Ti) film, 19: barrier (TiN) layer, 20: aluminum wiring layer.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリコン基板上に、コンタクト層と、チタ
ン、ジルコニウム、ハフニウムおよびタングステンのい
ずれかの金属の窒化物、ホウ化物又は炭化物であるバリ
アー層と、アルミニウム又はその合金の配線層とを順次
形成する配線形成方法において、前記バリアー層の形成
の途中で、酸素ガスを雰囲気ガスにパルス式又は一時期
だけ添加することを特徴とする配線形成方法。
A contact layer, a barrier layer of a nitride, boride or carbide of any one of titanium, zirconium, hafnium and tungsten, and a wiring layer of aluminum or an alloy thereof are sequentially formed on a silicon substrate. In a method for forming a wiring to be formed, an oxygen gas is added to an atmospheric gas in a pulsed manner or only for one time during the formation of the barrier layer.
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