JP2891161B2 - 配線形成方法 - Google Patents
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
等に適用される配線形成方法に関し、特にアスペクト比
が大きいコンタクトホールまたはヴィアホールにＡｌ系
材料を埋め込んで配線を形成する方法に関するものであ
る。
等に適用される配線形成方法に関し、特にアスペクト比
が大きいコンタクトホールまたはヴィアホールにＡｌ系
材料を埋め込んで配線を形成する方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ＶＬＳＩの高集積化に伴い、シリコン基
板と配線、または上層配線と下層配線の間に介在する層
間絶縁膜に形成するコンタクトホール、またはヴィアホ
ール等（以下、これらを接続孔と総称する）の開口径の
大きさも微細化し、接続孔のアスペクト比（孔の深さ／
開口径の比）が１を越えるようになってきている。通
常、配線層の形成にはスパッタ法が用いられるが、上述
したような高アスペクト比を有する接続孔を埋め込むに
はスパッタ法ではもはや充分なステップカバレッジ（段
差被覆性）が確保できず、配線の断線が生じる等、信頼
性の面で問題が生じる。
板と配線、または上層配線と下層配線の間に介在する層
間絶縁膜に形成するコンタクトホール、またはヴィアホ
ール等（以下、これらを接続孔と総称する）の開口径の
大きさも微細化し、接続孔のアスペクト比（孔の深さ／
開口径の比）が１を越えるようになってきている。通
常、配線層の形成にはスパッタ法が用いられるが、上述
したような高アスペクト比を有する接続孔を埋め込むに
はスパッタ法ではもはや充分なステップカバレッジ（段
差被覆性）が確保できず、配線の断線が生じる等、信頼
性の面で問題が生じる。
【０００３】よって、現在では、高アスペクト比を有す
る接続孔を埋め込む方法として、スパッタ法に代わり、
ステップカバレッジが良好なＣＶＤ−Ｗが多く使用され
ている。ところが、このＣＶＤ−Ｗによる埋め込みは、
従来のスパッタ法に比べるとコストが高く、またパーテ
ィクルが多い等、生産性上の問題を抱えている。
る接続孔を埋め込む方法として、スパッタ法に代わり、
ステップカバレッジが良好なＣＶＤ−Ｗが多く使用され
ている。ところが、このＣＶＤ−Ｗによる埋め込みは、
従来のスパッタ法に比べるとコストが高く、またパーテ
ィクルが多い等、生産性上の問題を抱えている。
【０００４】そこで、生産性が良好なスパッタ法を用い
た上でステップカバレッジを向上させる方法が提案され
ている。この方法には、低温（室温〜１５０℃程度）で
Ａｌをスパッタした後、同一真空中でウエハーを４５０
〜５００℃に加熱して接続孔内に埋め込むＡｌスパッタ
リフロー法や、低温で所望膜厚の１／３〜１／２のＡｌ
をスパッタした後、残りの膜厚を４００〜４５０℃程度
の高温で加熱しながらスパッタし、接続孔内に埋め込む
高温スパッタ法がある。
た上でステップカバレッジを向上させる方法が提案され
ている。この方法には、低温（室温〜１５０℃程度）で
Ａｌをスパッタした後、同一真空中でウエハーを４５０
〜５００℃に加熱して接続孔内に埋め込むＡｌスパッタ
リフロー法や、低温で所望膜厚の１／３〜１／２のＡｌ
をスパッタした後、残りの膜厚を４００〜４５０℃程度
の高温で加熱しながらスパッタし、接続孔内に埋め込む
高温スパッタ法がある。
【０００５】ところが、これらの方法では、埋め込み形
状は初期のＡｌのカバレッジに大きく左右されてしま
う。そして、例えば図６に示すように、コンタクトホー
ル１のアスペクト比が１を越えるとスパッタされたＡｌ
２の初期のカバレッジが悪いため、高温に加熱される際
にコンタクトホール１側壁部のＡｌ２が段切れを起こ
し、コンタクトホール１内にボイド３が形成され、Ａｌ
の埋め込みが不充分なコンタクトホールが形成されてし
まう、という問題がある。
状は初期のＡｌのカバレッジに大きく左右されてしま
う。そして、例えば図６に示すように、コンタクトホー
ル１のアスペクト比が１を越えるとスパッタされたＡｌ
２の初期のカバレッジが悪いため、高温に加熱される際
にコンタクトホール１側壁部のＡｌ２が段切れを起こ
し、コンタクトホール１内にボイド３が形成され、Ａｌ
の埋め込みが不充分なコンタクトホールが形成されてし
まう、という問題がある。
【０００６】接続孔内にボイドが発生するという問題を
防止し、アスペクト比が１を越える接続孔をＡｌで埋め
込むための方法がいくつか提案されている。
防止し、アスペクト比が１を越える接続孔をＡｌで埋め
込むための方法がいくつか提案されている。
【０００７】第１の方法は、特開平６−２７５５５５号
公報に開示されたＡｌ合金の埋め込み方法である。この
方法を図４を用いて説明する。まず、図４（ａ）に示す
ように、絶縁膜５に接続孔６を形成した後、チタン系材
料を含む積層のバリアメタルとしてチタン（以下、Ｔｉ
と記す）膜７およびチタンナイトライド（以下、ＴｉＮ
と記す）膜８を接続孔６内に形成する。次に、図４
（ｂ）に示すように、この積層のバリアメタル９上にコ
リメートスパッタ法によりＴｉ膜１０を形成し、図４
（ｃ）に示すように、同一真空中内でＡｌリフロー法も
しくは高温スパッタ法を用いて接続孔６内にＡｌ１１を
埋め込む。この方法は、Ａｌ系材料の下地としてＴｉを
用いることによりＡｌとの濡れ性を改善し、高温処理時
におけるＡｌの凝集を抑える効果がある。
公報に開示されたＡｌ合金の埋め込み方法である。この
方法を図４を用いて説明する。まず、図４（ａ）に示す
ように、絶縁膜５に接続孔６を形成した後、チタン系材
料を含む積層のバリアメタルとしてチタン（以下、Ｔｉ
と記す）膜７およびチタンナイトライド（以下、ＴｉＮ
と記す）膜８を接続孔６内に形成する。次に、図４
（ｂ）に示すように、この積層のバリアメタル９上にコ
リメートスパッタ法によりＴｉ膜１０を形成し、図４
（ｃ）に示すように、同一真空中内でＡｌリフロー法も
しくは高温スパッタ法を用いて接続孔６内にＡｌ１１を
埋め込む。この方法は、Ａｌ系材料の下地としてＴｉを
用いることによりＡｌとの濡れ性を改善し、高温処理時
におけるＡｌの凝集を抑える効果がある。
【０００８】第２の方法は、特開平４−２８０４２５号
公報に開示された配線形成方法である。この方法を図５
を用いて説明する。まず、図５（ａ）に示すように、絶
縁膜５に接続孔６を形成した後、第１層目のバリアメタ
ルとしてＴｉ膜１３を接続孔６内に形成する。次に、図
５（ｂ）に示すように、その上層に第２層目のバリアメ
タルとしてバイアススパッタ法によりＴｉＯＮ膜１４を
形成する。もしくは、通常のスパッタ法によりＴｉＯＮ
膜１４を形成した後、レーザーアニールを行う。このよ
うにして形成されたＴｉＯＮ膜１４は，Ｔｉ結晶粒１５
上に結晶粒径が大きく、表面が平坦なＴｉＯＮ結晶粒１
６を持った状態となっている。そして、図５（ｃ）に示
すように、その上層に高温スパッタ法を用いて接続孔６
内にＡｌ１７を埋め込む。この方法は、バリアメタルで
あるＴｉＯＮ膜の表面を平坦化することでＡｌとの濡れ
性を改善し、Ａｌの流動性を向上させる効果がある。
公報に開示された配線形成方法である。この方法を図５
を用いて説明する。まず、図５（ａ）に示すように、絶
縁膜５に接続孔６を形成した後、第１層目のバリアメタ
ルとしてＴｉ膜１３を接続孔６内に形成する。次に、図
５（ｂ）に示すように、その上層に第２層目のバリアメ
タルとしてバイアススパッタ法によりＴｉＯＮ膜１４を
形成する。もしくは、通常のスパッタ法によりＴｉＯＮ
膜１４を形成した後、レーザーアニールを行う。このよ
うにして形成されたＴｉＯＮ膜１４は，Ｔｉ結晶粒１５
上に結晶粒径が大きく、表面が平坦なＴｉＯＮ結晶粒１
６を持った状態となっている。そして、図５（ｃ）に示
すように、その上層に高温スパッタ法を用いて接続孔６
内にＡｌ１７を埋め込む。この方法は、バリアメタルで
あるＴｉＯＮ膜の表面を平坦化することでＡｌとの濡れ
性を改善し、Ａｌの流動性を向上させる効果がある。
【０００９】第３の方法は、特開平５−２９２５１号公
報に開示されている。この方法は、接続孔を形成した
後、ＴｉＷまたはＴｉＮを形成し、Ａｌを高温で埋め込
む際、１０Torr程度の高い圧力でかつ１MHz の超音波で
振動させながら埋め込みを行う。この方法は、高圧と超
音波によってＡｌの流動性を向上させる効果がある。
報に開示されている。この方法は、接続孔を形成した
後、ＴｉＷまたはＴｉＮを形成し、Ａｌを高温で埋め込
む際、１０Torr程度の高い圧力でかつ１MHz の超音波で
振動させながら埋め込みを行う。この方法は、高圧と超
音波によってＡｌの流動性を向上させる効果がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法では、アスペクト比が１を越える接続孔を
安定して埋め込むにはいくつかの問題がある。
た従来の方法では、アスペクト比が１を越える接続孔を
安定して埋め込むにはいくつかの問題がある。
【００１１】第１の方法では、Ａｌ系材料の下地である
Ｔｉ膜の形成とＡｌの埋め込みを同一真空中で行わなけ
ればならないため、Ａｌ埋め込み工程前にＴｉスパッタ
工程が加わり、スパッタ工程における単位時間当たりの
処理枚数（スループット）が減少してしまう。さらに、
コリメートＴｉを使用するため、生産性が低下するとい
う問題がある。また、コリメート板の使用はパーティク
ルの発生にもつながる。また、ＴｉとＡｌ系材料は高温
でＡｌ3Ｔｉ 等の合金を形成するが、この合金が島状に
存在するとコンタクト／ヴィア抵抗や配線抵抗が増加す
るという問題もある。
Ｔｉ膜の形成とＡｌの埋め込みを同一真空中で行わなけ
ればならないため、Ａｌ埋め込み工程前にＴｉスパッタ
工程が加わり、スパッタ工程における単位時間当たりの
処理枚数（スループット）が減少してしまう。さらに、
コリメートＴｉを使用するため、生産性が低下するとい
う問題がある。また、コリメート板の使用はパーティク
ルの発生にもつながる。また、ＴｉとＡｌ系材料は高温
でＡｌ3Ｔｉ 等の合金を形成するが、この合金が島状に
存在するとコンタクト／ヴィア抵抗や配線抵抗が増加す
るという問題もある。
【００１２】第２の方法では、アスペクト比が１以下の
場合、Ａｌは接続孔側壁に充分なカバレッジを有してお
り、バリアメタルが平滑であることから、Ａｌが流動し
て埋め込みが可能となる。しかしながら、アスペクト比
が１以上の場合、接続孔側壁のＡｌのカバレッジが悪
く、Ａｌを高温に加熱するとバリアメタルの表面が平滑
なため、Ａｌが凝集して側壁部で段切れを起こしてしま
う。その結果、接続孔内をＡｌが流動することができ
ず、接続孔内にボイドが形成されるという問題がある。
場合、Ａｌは接続孔側壁に充分なカバレッジを有してお
り、バリアメタルが平滑であることから、Ａｌが流動し
て埋め込みが可能となる。しかしながら、アスペクト比
が１以上の場合、接続孔側壁のＡｌのカバレッジが悪
く、Ａｌを高温に加熱するとバリアメタルの表面が平滑
なため、Ａｌが凝集して側壁部で段切れを起こしてしま
う。その結果、接続孔内をＡｌが流動することができ
ず、接続孔内にボイドが形成されるという問題がある。
【００１３】第３の方法では、Ａｌを埋め込む際に高圧
および超音波を用いるため、従来のスパッタ装置とは異
なる特殊な装置が必要であり、生産性が悪いという問題
がある。
および超音波を用いるため、従来のスパッタ装置とは異
なる特殊な装置が必要であり、生産性が悪いという問題
がある。
【００１４】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、アスペクト比が１以上の接続孔を
生産性良く、かつ安定してＡｌ系材料で埋め込むことの
できる配線形成方法を提供することを目的とする。
されたものであって、アスペクト比が１以上の接続孔を
生産性良く、かつ安定してＡｌ系材料で埋め込むことの
できる配線形成方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の配線形成方法は、基板上の絶縁膜に開口
した接続孔の底部および側壁部を高融点金属と高融点金
属の窒化物からなるバリアメタルで被覆した後、接続孔
内をＡｌ系合金で埋め込んで配線を形成する方法におい
て、バリアメタルの最上層として表面粗さの大きい高融
点金属の窒化物膜を形成した後、前記Ａｌ系合金の埋め
込みのための基板加熱前に前記バリアメタルの表面をＡ
ｌ系合金で覆い、ついでＡｌ系合金の埋め込みを行うこ
とを特徴とするものである。この際、バリアメタルの表
面が少なくとも１０ｎｍ以上の凹凸を有する状態とする
ことが好ましい。
めに、本発明の配線形成方法は、基板上の絶縁膜に開口
した接続孔の底部および側壁部を高融点金属と高融点金
属の窒化物からなるバリアメタルで被覆した後、接続孔
内をＡｌ系合金で埋め込んで配線を形成する方法におい
て、バリアメタルの最上層として表面粗さの大きい高融
点金属の窒化物膜を形成した後、前記Ａｌ系合金の埋め
込みのための基板加熱前に前記バリアメタルの表面をＡ
ｌ系合金で覆い、ついでＡｌ系合金の埋め込みを行うこ
とを特徴とするものである。この際、バリアメタルの表
面が少なくとも１０ｎｍ以上の凹凸を有する状態とする
ことが好ましい。
【００１６】そして、バリアメタルをＴｉとＴｉＮの積
層膜とした上で、表面ラフネスを大きくする手段とし
て、上層側のＴｉＮ膜の形成を温度１５０℃以下のスパ
ッタにより行うとよい。また、ＴｉＮ膜に加えて、Ｔｉ
膜の形成も温度１５０℃以下のスパッタにより行うよう
にしてもよい。その他の手段として、ＴｉＮ膜の形成を
圧力１０mTorr 以上のスパッタにより行ってもよい。
層膜とした上で、表面ラフネスを大きくする手段とし
て、上層側のＴｉＮ膜の形成を温度１５０℃以下のスパ
ッタにより行うとよい。また、ＴｉＮ膜に加えて、Ｔｉ
膜の形成も温度１５０℃以下のスパッタにより行うよう
にしてもよい。その他の手段として、ＴｉＮ膜の形成を
圧力１０mTorr 以上のスパッタにより行ってもよい。
【００１７】すなわち、本発明は、配線となるＡｌ系合
金の下地膜であるバリアメタル表層部のラフネス（粗
さ）を増大させることを特徴としている。例えばバリア
メタルとしてＴｉとＴｉＮの積層膜を用いる場合、表面
ラフネスを増加させる必要があるのは上層側のＴｉＮで
ある。ＴｉＮの表面ラフネスを増加させることにより、
Ａｌスパッタ粒子はＴｉＮ上に濡れ性良く付着する。こ
こで、濡れ性が良いというのは、Ａｌスパッタ粒子の接
触角が小さいことを示している。このようにして付着し
たＡｌ粒子を高温に加熱した場合、ＴｉＮの表面ラフネ
スが大きいため、ＴｉＮ上のＡｌ粒子が凝集するのが抑
制される。よって、接続孔の側壁に付着した薄いＡｌ膜
が凝集することなく連続膜で存在するため、表面拡散に
よりＡｌが接続孔内に充分に埋め込まれる。また、Ｔｉ
Ｎの表面ラフネスを増加させる手段は、ＴｉＮのスパッ
タ工程中に行われるため、その後のＡｌ埋め込み工程に
余分な工程を必要としない。
金の下地膜であるバリアメタル表層部のラフネス（粗
さ）を増大させることを特徴としている。例えばバリア
メタルとしてＴｉとＴｉＮの積層膜を用いる場合、表面
ラフネスを増加させる必要があるのは上層側のＴｉＮで
ある。ＴｉＮの表面ラフネスを増加させることにより、
Ａｌスパッタ粒子はＴｉＮ上に濡れ性良く付着する。こ
こで、濡れ性が良いというのは、Ａｌスパッタ粒子の接
触角が小さいことを示している。このようにして付着し
たＡｌ粒子を高温に加熱した場合、ＴｉＮの表面ラフネ
スが大きいため、ＴｉＮ上のＡｌ粒子が凝集するのが抑
制される。よって、接続孔の側壁に付着した薄いＡｌ膜
が凝集することなく連続膜で存在するため、表面拡散に
よりＡｌが接続孔内に充分に埋め込まれる。また、Ｔｉ
Ｎの表面ラフネスを増加させる手段は、ＴｉＮのスパッ
タ工程中に行われるため、その後のＡｌ埋め込み工程に
余分な工程を必要としない。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図１を参照して説明する。本実施の形態の配線形成方
法は、Ａｌ系材料の下地としてＴｉＮ／Ｔｉ系のバリア
メタルを形成する工程におけるＴｉＮのスパッタを低温
で行うことにより、ＴｉＮの表面ラフネス（粗さ）を増
加させた例である。
を図１を参照して説明する。本実施の形態の配線形成方
法は、Ａｌ系材料の下地としてＴｉＮ／Ｔｉ系のバリア
メタルを形成する工程におけるＴｉＮのスパッタを低温
で行うことにより、ＴｉＮの表面ラフネス（粗さ）を増
加させた例である。
【００１９】まず、図１（ａ）に示すように、表面に拡
散層１９が形成されたＳｉ基板２０上に酸化膜（ＳｉＯ
2） を主成分とする絶縁膜２１を形成し、これを周知の
方法でパターニングすることによりアスペクト比１．５
のコンタクトホール２２（接続孔）を形成する。
散層１９が形成されたＳｉ基板２０上に酸化膜（ＳｉＯ
2） を主成分とする絶縁膜２１を形成し、これを周知の
方法でパターニングすることによりアスペクト比１．５
のコンタクトホール２２（接続孔）を形成する。
【００２０】次に、図１（ｂ）に示すように、コンタク
ト層およびＡｌ拡散バリア層としてそれぞれ機能する膜
厚６０ｎｍのＴｉ膜２３、膜厚１００ｎｍのＴｉＮ膜２
４を順次、スパッタ法と反応性スパッタ法を用いて全面
に成膜する。なお、ＴｉＮ膜２４を反応性スパッタ法に
より形成する際には、スパッタ温度を１５０℃以下の低
温の条件に設定する。
ト層およびＡｌ拡散バリア層としてそれぞれ機能する膜
厚６０ｎｍのＴｉ膜２３、膜厚１００ｎｍのＴｉＮ膜２
４を順次、スパッタ法と反応性スパッタ法を用いて全面
に成膜する。なお、ＴｉＮ膜２４を反応性スパッタ法に
より形成する際には、スパッタ温度を１５０℃以下の低
温の条件に設定する。
【００２１】この条件で形成したＴｉＮ膜２４の表面ラ
フネスを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定した結
果を図２に示す。比較例として従来の方法（スパッタ温
度３５０℃）で形成したＴｉＮ膜の表面ラフネスをＡＦ
Ｍを用いて測定した結果を図３に示す。図２を見ると、
本実施の形態に従って低温で形成したＴｉＮ膜の表面ラ
フネスは高さ１５ｎｍ程度の凹凸を持ち、表面に多数の
突起と隙間が形成されていることがわかる。その一方、
図３を見ると、従来のＴｉＮ膜の表面には、高さ３ｎｍ
程度の凹凸しかなく、本実施の形態と比べると非常に平
滑であることがわかる。さらに、グレインが丸まってお
り、図２で見られるような突起と隙間は見られない。こ
のように、本実施の形態に従って低温で形成したＴｉＮ
膜２４の表面ラフネスは大きくなることが確認された。
フネスを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定した結
果を図２に示す。比較例として従来の方法（スパッタ温
度３５０℃）で形成したＴｉＮ膜の表面ラフネスをＡＦ
Ｍを用いて測定した結果を図３に示す。図２を見ると、
本実施の形態に従って低温で形成したＴｉＮ膜の表面ラ
フネスは高さ１５ｎｍ程度の凹凸を持ち、表面に多数の
突起と隙間が形成されていることがわかる。その一方、
図３を見ると、従来のＴｉＮ膜の表面には、高さ３ｎｍ
程度の凹凸しかなく、本実施の形態と比べると非常に平
滑であることがわかる。さらに、グレインが丸まってお
り、図２で見られるような突起と隙間は見られない。こ
のように、本実施の形態に従って低温で形成したＴｉＮ
膜２４の表面ラフネスは大きくなることが確認された。
【００２２】上記の方法で積層のバリアメタル２５を形
成した後、ウエハーを一旦大気に解放し、次にＡｌの埋
め込みプロセスを行う。図１（ｃ）に示すように、スパ
ッタ法を用いてＡｌ合金膜、例えばＡｌＳｉＣｕ膜２６
（配線）を１５０℃以下の低温で２００〜３００ｎｍ厚
に形成する。この際、ＡｌＳｉＣｕ膜２６の膜厚は、最
終的な膜厚の約１／３〜１／２になるように設定する。
成した後、ウエハーを一旦大気に解放し、次にＡｌの埋
め込みプロセスを行う。図１（ｃ）に示すように、スパ
ッタ法を用いてＡｌ合金膜、例えばＡｌＳｉＣｕ膜２６
（配線）を１５０℃以下の低温で２００〜３００ｎｍ厚
に形成する。この際、ＡｌＳｉＣｕ膜２６の膜厚は、最
終的な膜厚の約１／３〜１／２になるように設定する。
【００２３】その後、同一真空中内で別のスパッタチャ
ンバーにウエハーを搬送し、基板温度が４００〜４５０
℃になるように加熱したステージ上にウエハーを置き、
図１（ｄ）に示すように、ＡｌＳｉＣｕ２６をコンタク
トホール２２内に流動させるとともに、残りの膜厚分の
ＡｌＳｉＣｕ膜２６をスパッタ法により形成する。この
際、スパッタレートは通常の約１／１０程度に遅くし
て、ＡｌＳｉＣｕ２６をコンタクトホール２２内に充分
に埋め込ませながら膜を形成する。スパッタが完了する
と、図１（ｅ）に示すようなＡｌＳｉＣｕ膜２６で埋め
込まれたコンタクトホール２２が形成される。
ンバーにウエハーを搬送し、基板温度が４００〜４５０
℃になるように加熱したステージ上にウエハーを置き、
図１（ｄ）に示すように、ＡｌＳｉＣｕ２６をコンタク
トホール２２内に流動させるとともに、残りの膜厚分の
ＡｌＳｉＣｕ膜２６をスパッタ法により形成する。この
際、スパッタレートは通常の約１／１０程度に遅くし
て、ＡｌＳｉＣｕ２６をコンタクトホール２２内に充分
に埋め込ませながら膜を形成する。スパッタが完了する
と、図１（ｅ）に示すようなＡｌＳｉＣｕ膜２６で埋め
込まれたコンタクトホール２２が形成される。
【００２４】本実施の形態の配線形成方法によれば、Ｔ
ｉＮ膜２４を低温で形成したことにより結晶粒が成長し
にくくＴｉＮ膜２４の表面ラフネスが大きくなるので、
Ａｌスパッタ粒子は濡れ性良くＴｉＮ膜２４上に付着す
る。その後、高温に加熱した場合、ＴｉＮ膜２４の表面
ラフネスが大きいためにＴｉＮ膜２４上のＡｌ粒子の凝
集が抑制される。したがって、コンタクトホール２２側
壁にはＡｌが凝集することなく連続膜で存在するため、
アスペクト比が大きいコンタクトホール２２であっても
表面拡散によりＡｌＳｉＣｕ膜２６をコンタクトホール
２２内に充分に埋め込むことができる。その結果、ボイ
ド等のない信頼性の高い配線を形成することができる。
ｉＮ膜２４を低温で形成したことにより結晶粒が成長し
にくくＴｉＮ膜２４の表面ラフネスが大きくなるので、
Ａｌスパッタ粒子は濡れ性良くＴｉＮ膜２４上に付着す
る。その後、高温に加熱した場合、ＴｉＮ膜２４の表面
ラフネスが大きいためにＴｉＮ膜２４上のＡｌ粒子の凝
集が抑制される。したがって、コンタクトホール２２側
壁にはＡｌが凝集することなく連続膜で存在するため、
アスペクト比が大きいコンタクトホール２２であっても
表面拡散によりＡｌＳｉＣｕ膜２６をコンタクトホール
２２内に充分に埋め込むことができる。その結果、ボイ
ド等のない信頼性の高い配線を形成することができる。
【００２５】また、ＴｉＮ膜２４の表面ラフネスを大き
くするには、ＴｉＮスパッタ時の温度条件を従来より低
温にしさえすればよいため、その後のＡｌ埋め込み工程
に余分な工程を設ける必要がなく、特殊な装置もいらな
いため、高い生産性を確保することができる。
くするには、ＴｉＮスパッタ時の温度条件を従来より低
温にしさえすればよいため、その後のＡｌ埋め込み工程
に余分な工程を設ける必要がなく、特殊な装置もいらな
いため、高い生産性を確保することができる。
【００２６】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。本実施の形態の配線形成方法も第１の実施の形態と
ほぼ同様であり、ＴｉＮ膜の表面ラフネスを増加させる
手段が異なるのみである。したがって、表面ラフネスを
増加させる手段についてのみ説明し、共通な工程の説明
を省略する。
る。本実施の形態の配線形成方法も第１の実施の形態と
ほぼ同様であり、ＴｉＮ膜の表面ラフネスを増加させる
手段が異なるのみである。したがって、表面ラフネスを
増加させる手段についてのみ説明し、共通な工程の説明
を省略する。
【００２７】本実施の形態におけるＴｉＮ膜の表面ラフ
ネスを増加させる手段は、ＴｉＮのスパッタを高い圧力
で行うことである。通常、ＴｉＮスパッタは２〜３mTor
r 程度の圧力で行うが、本実施の形態の場合、ＴｉＮ／
Ｔｉ系のバリアメタル形成時のＴｉＮスパッタを１０mT
orr 以上の圧力で行う。
ネスを増加させる手段は、ＴｉＮのスパッタを高い圧力
で行うことである。通常、ＴｉＮスパッタは２〜３mTor
r 程度の圧力で行うが、本実施の形態の場合、ＴｉＮ／
Ｔｉ系のバリアメタル形成時のＴｉＮスパッタを１０mT
orr 以上の圧力で行う。
【００２８】１０mTorr 以上の圧力でスパッタを行う
と、チャンバー内に存在するＡｒ（アルゴン）または窒
素ガスがＴｉＮ結晶粒の成長を阻害し、その結果、図２
に示したものと同様、粒が小さく、表面の凹凸が大きい
ＴｉＮ膜が形成される。
と、チャンバー内に存在するＡｒ（アルゴン）または窒
素ガスがＴｉＮ結晶粒の成長を阻害し、その結果、図２
に示したものと同様、粒が小さく、表面の凹凸が大きい
ＴｉＮ膜が形成される。
【００２９】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。本実施の形態の配線形成方法も第１の実施の形態と
ほぼ同様であり、ＴｉＮ膜の表面ラフネスを増加させる
手段が異なるのみである。したがって、表面ラフネスを
増加させる手段についてのみ説明し、共通な工程の説明
を省略する。
る。本実施の形態の配線形成方法も第１の実施の形態と
ほぼ同様であり、ＴｉＮ膜の表面ラフネスを増加させる
手段が異なるのみである。したがって、表面ラフネスを
増加させる手段についてのみ説明し、共通な工程の説明
を省略する。
【００３０】本実施の形態におけるＴｉＮ膜の表面ラフ
ネスを増加させる手段は、ＴｉＮスパッタ／Ｔｉスパッ
タの双方を低温で行うことである。第１の実施の形態で
はＴｉＮ／ＴｉのうちＴｉＮのみを低温でスパッタした
が、本実施の形態ではＴｉＮ／Ｔｉの双方を１５０℃以
下の低温でスパッタする。
ネスを増加させる手段は、ＴｉＮスパッタ／Ｔｉスパッ
タの双方を低温で行うことである。第１の実施の形態で
はＴｉＮ／ＴｉのうちＴｉＮのみを低温でスパッタした
が、本実施の形態ではＴｉＮ／Ｔｉの双方を１５０℃以
下の低温でスパッタする。
【００３１】具体的には、まず、膜厚６０ｎｍのＴｉ膜
を１５０℃以下の低温スパッタで形成する。低温で形成
したＴｉは、結晶粒が成長しにくいため、表面ラフネス
が増加する。特に、コンタクトホールの開口部や側壁部
において、このラフネスの増加が顕著である。そして次
に、膜厚５０ｎｍのＴｉＮ膜を同様に１５０℃以下の低
温スパッタで形成する。第１の実施の形態で述べたよう
に、低温でスパッタすることによりＴｉＮ膜自体の表面
ラフネスは増加するが、本実施の形態の場合、その下地
となるＴｉ膜の表面ラフネスが増加しているため、Ｔｉ
Ｎ膜は下地の表面ラフネスを反映して、ＴｉＮ膜単独で
ラフネスを大きくした場合に比べてより大きくなる。特
に、コンタクトホールの側壁部でラフネスが増加するた
め、Ａｌを加熱した際の凝集抑制効果が大きくなる。
を１５０℃以下の低温スパッタで形成する。低温で形成
したＴｉは、結晶粒が成長しにくいため、表面ラフネス
が増加する。特に、コンタクトホールの開口部や側壁部
において、このラフネスの増加が顕著である。そして次
に、膜厚５０ｎｍのＴｉＮ膜を同様に１５０℃以下の低
温スパッタで形成する。第１の実施の形態で述べたよう
に、低温でスパッタすることによりＴｉＮ膜自体の表面
ラフネスは増加するが、本実施の形態の場合、その下地
となるＴｉ膜の表面ラフネスが増加しているため、Ｔｉ
Ｎ膜は下地の表面ラフネスを反映して、ＴｉＮ膜単独で
ラフネスを大きくした場合に比べてより大きくなる。特
に、コンタクトホールの側壁部でラフネスが増加するた
め、Ａｌを加熱した際の凝集抑制効果が大きくなる。
【００３２】このように、第２、第３の実施の形態とも
に、スパッタ時の温度や圧力の制御のみでＴｉＮ膜の表
面ラフネスを増加させることができるので、アスペクト
比が大きいコンタクトホールに対してＡｌを充分に埋め
込むことができる、高い生産性を確保することができ
る、といった第１の実施の形態と同様の効果を奏するこ
とができる。
に、スパッタ時の温度や圧力の制御のみでＴｉＮ膜の表
面ラフネスを増加させることができるので、アスペクト
比が大きいコンタクトホールに対してＡｌを充分に埋め
込むことができる、高い生産性を確保することができ
る、といった第１の実施の形態と同様の効果を奏するこ
とができる。
【００３３】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば上記実施の形態ではＡｌの埋め込み工程としてＡｌ
高温スパッタ法を用いたが、Ａｌリフロー法を用いても
同様の効果を得ることができる。また、Ａｌ合金として
ＡｌＳｉＣｕを用いたが、ＡｌＣｕや他のＡｌ合金を用
いても同様の効果を得ることができる。さらに、上記実
施の形態では接続孔がコンタクトホールである場合を例
として説明したが、上層配線−下層配線間のヴィアホー
ルである場合にも本発明を適用することができる。
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば上記実施の形態ではＡｌの埋め込み工程としてＡｌ
高温スパッタ法を用いたが、Ａｌリフロー法を用いても
同様の効果を得ることができる。また、Ａｌ合金として
ＡｌＳｉＣｕを用いたが、ＡｌＣｕや他のＡｌ合金を用
いても同様の効果を得ることができる。さらに、上記実
施の形態では接続孔がコンタクトホールである場合を例
として説明したが、上層配線−下層配線間のヴィアホー
ルである場合にも本発明を適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
配線形成方法によれば、バリアメタル表層部の表面ラフ
ネスを大きくすることにより、Ａｌスパッタ粒子は濡れ
性良くバリアメタル上に付着する。その後、高温に加熱
した場合、バリアメタル上のＡｌ粒子の凝集が抑制され
る。したがって、接続孔側壁のＡｌが凝集することなく
連続膜で存在するため、アスペクト比が大きい接続孔で
あっても表面拡散によりＡｌを接続孔内に充分に埋め込
むことができる。その結果、ボイド等のない信頼性の高
い配線を形成することができる。また、バリアメタルの
表面ラフネスを増加させる手段は、スパッタ工程時に採
られるため、その後のＡｌ埋め込み工程に余分な工程を
設ける必要がなく、特殊な装置もいらないため、高い生
産性を確保することができる。
配線形成方法によれば、バリアメタル表層部の表面ラフ
ネスを大きくすることにより、Ａｌスパッタ粒子は濡れ
性良くバリアメタル上に付着する。その後、高温に加熱
した場合、バリアメタル上のＡｌ粒子の凝集が抑制され
る。したがって、接続孔側壁のＡｌが凝集することなく
連続膜で存在するため、アスペクト比が大きい接続孔で
あっても表面拡散によりＡｌを接続孔内に充分に埋め込
むことができる。その結果、ボイド等のない信頼性の高
い配線を形成することができる。また、バリアメタルの
表面ラフネスを増加させる手段は、スパッタ工程時に採
られるため、その後のＡｌ埋め込み工程に余分な工程を
設ける必要がなく、特殊な装置もいらないため、高い生
産性を確保することができる。
【図１】本発明の一実施の形態である配線形成方法を工
程順を追って示すプロセスフロー図である。
程順を追って示すプロセスフロー図である。
【図２】同、実施の形態における条件で形成したＴｉＮ
膜の表面ラフネスを原子間力顕微鏡を用いて測定した結
果を示す図である。
膜の表面ラフネスを原子間力顕微鏡を用いて測定した結
果を示す図である。
【図３】従来の方法で形成したＴｉＮ膜の表面ラフネス
を原子間力顕微鏡を用いて測定した結果を示す図であ
る。
を原子間力顕微鏡を用いて測定した結果を示す図であ
る。
【図４】従来の配線形成方法の一例を工程順を追って示
すプロセスフロー図である。
すプロセスフロー図である。
【図５】従来の配線形成方法の他の例を工程順を追って
示すプロセスフロー図である。
示すプロセスフロー図である。
【図６】従来の配線形成方法を用いた場合の不良要因の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
１，２２ コンタクトホール ２，１１，１７ Ａｌ ３ ボイド ５，２１ 絶縁膜 ６ 接続孔 ７，１０，１３，２３ Ｔｉ膜 ８，２４ ＴｉＮ膜 ９，２５ バリアメタル １４ ＴｉＯＮ膜 １５ Ｔｉ結晶粒 １６ ＴｉＯＮ結晶粒 １９ 拡散層 ２０ Ｓｉ基板 ２６ ＡｌＳｉＣｕ膜
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上の絶縁膜に開口した接続孔の底部
および側壁部を高融点金属と高融点金属の窒化物からな
るバリアメタルで被覆した後、前記接続孔内をアルミニ
ウム系合金で埋め込んで配線を形成する方法において、 前記バリアメタルの最上層として加熱時にアルミニウム
の凝集を抑制できるように表面粗さが大きい高融点金属
の窒化物膜を形成した後、前記アルミニウム系合金の埋
め込みのための基板加熱前に前記バリアメタルの表面を
アルミニウム系合金で覆い、ついでアルミニウム系合金
の埋め込みを行うことを特徴とする配線形成方法。 - 【請求項２】 基板上の絶縁膜に開口した接続孔の底部
および側壁部を高融点金属と高融点金属の窒化物からな
るバリアメタルで被覆した後、前記接続孔内をアルミニ
ウム系合金で埋め込んで配線を形成する方法において、 前記バリアメタルの最上層として表面粗さが大きい高融
点金属の窒化物膜を形成した後、前記アルミニウム系合
金の埋め込みのための基板加熱前に前記バリアメタルの
表面をアルミニウム系合金で覆い、ついでアルミニウム
系合金の埋め込みを行い、この際、 前記バリアメタルの
表面が少なくとも１０ｎｍ以上の凹凸を有することを特
徴とする配線形成方法。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の配線形成方法
において、 前記バリアメタルをチタンとチタンナイトライドの積層
膜とし、前記表面ラフネスを大きくする手段として、上
層側のチタンナイトライド膜の形成を温度１５０℃以下
のスパッタにより行うことを特徴とする配線形成方法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の配線形成方法におい
て、 前記表面ラフネスを大きくする手段として、チタンナイ
トライド膜に加えて、下層側のチタン膜の形成も温度１
５０℃以下のスパッタにより行うことを特徴とする配線
形成方法。 - 【請求項５】 請求項１または２に記載の配線形成方法
において、 前記バリアメタルをチタンとチタンナイトライドの積層
膜とし、前記表面ラフネスを大きくする手段として、上
層側のチタンナイトライド膜の形成を圧力１０ｍＴｏｒ
ｒ以上のスパッタにより行うことを特徴とする配線形成
方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8028267A JP2891161B2 (ja) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | 配線形成方法 |
| US08/766,028 US5985754A (en) | 1996-02-15 | 1996-12-13 | Method of forming a void-free contact plug |
| EP96120268A EP0790646A3 (en) | 1996-02-15 | 1996-12-17 | Method of forming a wiring layer filling a contact hole |
| KR1019970004233A KR100256523B1 (ko) | 1996-02-15 | 1997-02-13 | 배선층의 형성방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8028267A JP2891161B2 (ja) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | 配線形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09223736A JPH09223736A (ja) | 1997-08-26 |
| JP2891161B2 true JP2891161B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=12243810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8028267A Expired - Lifetime JP2891161B2 (ja) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | 配線形成方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5985754A (ja) |
| EP (1) | EP0790646A3 (ja) |
| JP (1) | JP2891161B2 (ja) |
| KR (1) | KR100256523B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP3050161B2 (ja) * | 1997-04-18 | 2000-06-12 | 日本電気株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US6107195A (en) * | 1997-06-18 | 2000-08-22 | Tokyo Electron Limited | Method for depositing a low-resistivity titanium-oxynitride (TiON) film that provides for good texture of a subsequently deposited conductor layer |
| US6319822B1 (en) * | 1998-10-01 | 2001-11-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Process for forming an integrated contact or via |
| US6444575B1 (en) * | 2001-07-30 | 2002-09-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd | Method for forming a bitline contact via within a memory cell structure |
| WO2004097932A2 (en) | 2003-04-28 | 2004-11-11 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of electroplating copper over a patterned dielectric layer to enhance process uniformity of a subsequent cmp process |
| KR20120049477A (ko) * | 2010-11-09 | 2012-05-17 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 반도체 소자의 금속배선 형성방법 |
| JP6068918B2 (ja) * | 2012-10-15 | 2017-01-25 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR960001601B1 (ko) * | 1992-01-23 | 1996-02-02 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치의 접촉구 매몰방법 및 구조 |
| JPH04280425A (ja) * | 1991-03-07 | 1992-10-06 | Sony Corp | 配線形成方法 |
| JP2718842B2 (ja) * | 1991-07-17 | 1998-02-25 | シャープ株式会社 | 半導体集積回路用配線金属膜の製造方法 |
| JPH05144951A (ja) * | 1991-09-27 | 1993-06-11 | Sony Corp | 配線形成方法 |
| US5371042A (en) * | 1992-06-16 | 1994-12-06 | Applied Materials, Inc. | Method of filling contacts in semiconductor devices |
| JPH06132248A (ja) * | 1992-10-21 | 1994-05-13 | Sony Corp | 金属薄膜の成膜方法及びスパッタ装置 |
| JPH06275555A (ja) * | 1993-03-23 | 1994-09-30 | Kawasaki Steel Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP2928057B2 (ja) * | 1993-07-01 | 1999-07-28 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US5356836A (en) * | 1993-08-19 | 1994-10-18 | Industrial Technology Research Institute | Aluminum plug process |
| JPH08172130A (ja) * | 1994-12-16 | 1996-07-02 | Sony Corp | 半導体装置の配線構造及びその形成方法 |
| US5962923A (en) * | 1995-08-07 | 1999-10-05 | Applied Materials, Inc. | Semiconductor device having a low thermal budget metal filling and planarization of contacts, vias and trenches |
-
1996
- 1996-02-15 JP JP8028267A patent/JP2891161B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1996-12-13 US US08/766,028 patent/US5985754A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-12-17 EP EP96120268A patent/EP0790646A3/en not_active Withdrawn
-
1997
- 1997-02-13 KR KR1019970004233A patent/KR100256523B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100256523B1 (ko) | 2000-05-15 |
| EP0790646A2 (en) | 1997-08-20 |
| US5985754A (en) | 1999-11-16 |
| JPH09223736A (ja) | 1997-08-26 |
| EP0790646A3 (en) | 1998-06-03 |
| KR970063507A (ko) | 1997-09-12 |
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|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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