JP3109112B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP3109112B2 JP03055888A JP5588891A JP3109112B2 JP 3109112 B2 JP3109112 B2 JP 3109112B2 JP 03055888 A JP03055888 A JP 03055888A JP 5588891 A JP5588891 A JP 5588891A JP 3109112 B2 JP3109112 B2 JP 3109112B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に関し、特に半導体集積回路の電極配線であるAl
配線の信頼性向上のための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体集積回路、特にSi−LS
I(大規模集積回路)の電極配線には、Al配線が用い
られてきた。この理由は、AlがSi基板となじみが良
いこと、加工がしやすいこと、下地との密着性が良いこ
と等が挙げられる。そして、Al配線の形成方法はスパ
ッタと呼ばれる、真空中で不活性ガスのプラズマにより
ターゲット金属をたたいて蒸着する方法がとられてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このス
パッタ法では、真空中の平均自由工程を利用した金属粒
の物理的な被着であるため、コンタクト孔等の深い孔に
対しては、金属粒の直進性のため、被覆性がきわめて悪
い。これが原因でAl配線が断線するという信頼性上の
問題が多発している。
【0004】このような問題を解決するために、本発明
者は既に、AlにGeを含有した金属を融点付近の高温
でスパッタし、コンタクト孔に溶かし込むリフロースパ
ッタを提案した。しかしながら、このためにAl膜中に
は固溶度以上のGeが必要であり、この固溶度以上のG
eは後に冷却したとき、Ge析出が生じAl配線断線の
新たな問題点となることを見出した。
【0005】本発明の目的は、前記課題を解決した半導
体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために、本発明者はAlにGeを固溶度以上含有した
金属を融点付近の高温でスパッタし、コンタクト孔に溶
かし込んだ後、同一真空中で連続的にTi膜を高温のま
まAl−Ge膜上にスパッタすればいいことを見出し
た。そこで、本発明に係る半導体装置においては、半導
体基板上に、ゲルマニウム含有アルミニウム膜と、チタ
ン薄膜とを有する半導体装置であって、ゲルマニウム含
有アルミニウム膜は下層に、チタン薄膜は上層に配置し
て、半導体基板上に積層形成されたものであり、アルミ
ニウム膜から析出するゲルマニウムをチタン薄膜のチタ
ンと化合させてチタンゲルマナイドを形成したものであ
る。
【0007】また本発明は、半導体基板上に、チタン薄
膜と、ゲルマニウム含有アルミニウム膜とを有する半導
体装置であって、チタン薄膜は下層に、ゲルマニウム含
有アルミニウム膜は上層に配置して、半導体基板上に積
層形成されたものであり、アルミニウム膜から析出する
ゲルマニウムをチタン薄膜のチタンと化合させてチタン
ゲルマナイドを形成したものである。また本発明は、半
導体基板上に、ゲルマニウム含有アルミニウム膜とチタ
ンゲルマナイド膜との積層構造を有するものである。
た本発明は、半導体基板上に、チタンゲルマナイド膜と
ゲルマニウム含有アルミニウム膜との積層構造を有する
ものである。
【0008】さらに、本発明に係る半導体装置の製造方
法においては、真空中で半導体基板上に、ゲルマニウム
を固溶度以上含有するアルミニウム膜を融点の半分以上
の高温で真空中で形成し、その後、連続的に真空中で、
高温でチタン膜を前記アルミニウム膜上に形成するもの
である。
【0009】また、本発明は半導体基板上にチタン膜を
真空中で形成し、その後、連続的に真空中でゲルマニウ
ムを固溶度以上含有するアルミニウム膜を融点の半分以
上の高温で前記チタン膜上に形成するものである。
【0010】
【作用】AlにGeを固溶度以上含有した金属を融点付
近の高温でスパッタし、コンタクト孔に溶かし込んだ
後、同一真空中で連続的にTi膜を高温のままAl−G
e膜上にスパッタすることにより、固溶度以上のGeが
冷却時にAl膜中に析出しないでTi膜に吸い上げら
れ、チタンゲルマナイドを形成するためであることを見
出した。
【0011】
【実施例】次に本発明を図面を用いて説明する。
【0012】(実施例1)図1は本発明の実施例1を製
造工程順に示す断面図である。図1(a)において、p
型シリコン基板1の表面にシリコン酸化膜2を500n
m形成し、フォトリソグラフィにより、パターニングし
て、フォトレジスト3をマスクにシリコン酸化膜2をC
4+O2ガスを用い、反応性イオンエッチングによりコ
ンタクト孔4を形成する。
【0013】次に図1(b)に示すように、DCマグネ
トロンスパッタによりGeを20%含有するAlターゲ
ットから膜厚200nmのAl−20%Ge膜5を基板
加熱温度300℃,スパッタパワー7kW,Ar圧力6
mTorrの条件で形成する。このときの実効的基板
度は430℃を越えており、基板1に到達したAl,G
eの原子又はクラスターは基板1上で溶融し、コンタク
ト孔4にマイグレートし、コンタクト孔4を埋める。
【0014】次に、図1(c)に示すように、同一真空
中で基板温度300℃で、チタン膜6をDCマグネトロ
ンスパッタで、スパッタパワー0.4kW,Ar圧力8
mTorr,膜厚100nm形成する。必要であれば、
この後400℃程度の熱処理を行ってもよい。
【0015】最後に図1(d)に示すように、フォトリ
ソグラフィにより、配線アルミパターニングドライエッ
チを行い、電極配線を形成する。なお、パターニング
後、シリコン基板と配線金属とのコンタクトをとるため
のシンタリングは、400℃で行っている。
【0016】(実施例2)図2は、本発明の実施例2を
製造工程順に示す断面図である。図2(a)に示すよう
に、p型シリコン基板21の表面にシリコン酸化膜22
を膜厚500nm形成し、フォトリソグラフィにより、
パターニングして、フォトレジスト23をマスクに酸化
22を反応性イオンエッチングによりCF4+O2の混
合ガスを用いてコンタクト孔24を形成する。
【0017】次に図2(b)に示すように、第一のバリ
アメタルとしてチタン膜25をTiターゲットのDCマ
グネトロンスパッタによりスパッタパワー0.4kW,
Ar圧力8mTorr,基板温度300℃の条件で膜厚
30nm形成し、続いて連続的に同一真空中で窒化チタ
ン膜26を膜厚100nmにTiターゲットの反応性ス
パッタによりAr+N2混合ガスを用いて、スパッタパ
ワー0.4kW,Ar圧力3mTorr,基板加熱温度
300℃で形成する。
【0018】図2(c)に示すように、Ge5%含有A
lターゲットを用い、膜厚500nmのAl−5%Ge
膜27をスパッタパワー7kW,Ar圧力8mTor
r,基板加熱350℃で形成する。このときの実効的
温度はAl−Geの融点430℃を越えており、基板
21に到達したAl−Ge原子又はクラスターは基板2
上で溶融し、コンタクト孔24にマイグレートし、コ
ンタクト孔24を埋める。続いて、同一真空中でTi膜
28をDCマグネトロンスパッタによりスパッタパワー
0.4kW,Ar圧力8mTorr,基板温度300℃
の条件で膜厚100nm形成し、過剰GeをTi膜28
に吸い取る。このとき、必要であれば400℃熱処理し
てもよい。
【0019】最後に図2(d)に示すように、フォトリ
ソグラフィにより、配線アルミパターニングドライエッ
チを行い、電極配線を形成する。なお、パターニング
後、シリコン基板と配線金属とのコンタクトをとるため
のシンタリングは、400℃で行っている。
【0020】(実施例3)図3は、本発明の実施例3を
製造工程順に示す断面図である。図3(a)に示すよう
に、p型シリコン基板31の表面にシリコン酸化膜32
を膜厚500nm形成し、フォトリソグラフィにより、
パターニングして、フォトレジスト33をマスクに酸化
膜を反応性イオンエッチングによりCF4+O2の混合ガ
スを用いてコンタクト孔34を形成する。
【0021】次に図3(b)に示すように、第一のバリ
アメタルとしてチタン膜35をTiターゲットのDCマ
グネトロンスパッタによりスパッタパワー0.4kW,
Ar圧力8mTorr,基板温度200℃で膜厚30n
m形成し、続いて連続的に同一真空中で、窒化チタン膜
100nm36をTiターゲットの反応性スパッタによ
りAr+N2混合ガスを用いて、スパッタパワー0.4
kW,Ar圧力3mTorr,基板加熱温度300℃で
形成する。続いて、同一真空中でTi膜38をDCマグ
ネトロンスパッタによりスパッタパワー0.4kW,A
r圧力8mTorr,基板温度200℃(又は300
℃)で膜厚100nm形成する。
【0022】続いて図3(c)に示すように、Ge5%
含有Alターゲットを用い、膜厚500nmのAl−5
%Ge膜37をスパッタパワー7kW,Ar圧力8mT
orr,基板加熱350℃で形成する。このときの実効
基板温度はAl−Geの融点430℃を越えており、
基板31に到達したAl−Ge原子又はクラスターは
板31上で溶融し、コンタクト孔にマイグレートし、コ
ンタクト孔34を埋める。このとき、過剰GeはTi膜
38に吸い取られる。必要であれば、400℃で熱処理
してもよい。
【0023】最後に図3(d)に示すように、フォトリ
ソグラフィにより、配線アルミパターニングドライエッ
チを行い、電極配線を形成する。なお、パターニング
後、シリコン基板と配線金属とのコンタクトをとるため
のシンタリングは、400℃で行っている。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板一主面上の絶縁膜開口部にAl−Geの融点である
430℃前後の低い温度でAl−Ge膜を溶融状態で形
成し、リフローしながらコンタクト孔に埋め込むことが
でき、コンタクト孔でのAl配線の断線を防ぎ、Ti膜
の存在により、過剰Geを吸収し、チタンゲルマナイド
を形成して、Al配線中にGeが析出してAl配線抵抗
が増大し、その結果Al配線が断線するのを防ぐことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1を製造工程順に示す断面図で
ある。
【図2】本発明の実施例2を製造工程順に示す断面図で
ある。
【図3】本発明の実施例3を製造工程順に示す断面図で
ある。
【符号の説明】
1,21,31 p型シリコン基板 2,22,32 シリコン酸化膜 3,23,33 フォトレジスト 4,24,34 コンタクト孔 5 Al−20%Ge膜 27,37 Al−5%Ge膜 6,25,28,35,38 Ti膜 26,36 窒化チタン膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/43 H01L 21/28 301 H01L 21/3205

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に、ゲルマニウム含有アル
    ミニウム膜と、チタン薄膜とを有する半導体装置であっ
    て、 ゲルマニウム含有アルミニウム膜は下層に、チタン薄膜
    は上層に配置して、半導体基板上に積層形成されたもの
    であり、 アルミニウム膜から析出するゲルマニウムをチタン薄膜
    のチタンと化合させてチタンゲルマナイドを形成したも
    のであることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に、チタン薄膜と、ゲルマ
    ニウム含有アルミニウム膜とを有する半導体装置であっ
    て、 チタン薄膜は下層に、ゲルマニウム含有アルミニウム膜
    は上層に配置して、半導体基板上に積層形成されたもの
    であり、 アルミニウム膜から析出するゲルマニウムをチタン薄膜
    のチタンと化合させてチタンゲルマナイドを形成したも
    のであることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に、ゲルマニウム含有アル
    ミニウム膜とチタンゲルマナイド膜との積層構造を有す
    ることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 半導体基板上に、チタンゲルマナイド膜
    とゲルマニウム含有アルミニウム膜との積層構造を有す
    ることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】 真空中で半導体基板上に、ゲルマニウム
    を固溶度以上含有するアルミニウム膜を融点の半分以上
    の高温で真空中で形成し、 その後、連続的に真空中で、高温でチタン膜を前記アル
    ミニウム膜上に形成することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  6. 【請求項6】 半導体基板上にチタン膜を真空中で形成
    し、 その後、連続的に真空中でゲルマニウムを固溶度以上含
    有するアルミニウム膜を融点の半分以上の高温で前記チ
    タン膜上に形成することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
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電子情報通信学会技術研究報告,Vol.91,No.332(SDM91−131)(1991−11)p.7−11

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