JP3127585B2 - メタルプラグの形成方法 - Google Patents
メタルプラグの形成方法Info
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- JP3127585B2 JP3127585B2 JP04191114A JP19111492A JP3127585B2 JP 3127585 B2 JP3127585 B2 JP 3127585B2 JP 04191114 A JP04191114 A JP 04191114A JP 19111492 A JP19111492 A JP 19111492A JP 3127585 B2 JP3127585 B2 JP 3127585B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はメタルプラグの形成方法
に係わる。
に係わる。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路等の製造工程において、
例えばＡｌ配線とＳｉ層との接続を行う場合に、Ｔｉ系
の多層膜やシリサイド膜等のバリアメタルを間に介在さ
せて、シンターによるＡｌのＳｉ層への侵入を防止し、
接合部を破壊するアロイスパイクを抑制し、コンタクト
不良やアロイスパイク不良の発生を抑制している。
例えばＡｌ配線とＳｉ層との接続を行う場合に、Ｔｉ系
の多層膜やシリサイド膜等のバリアメタルを間に介在さ
せて、シンターによるＡｌのＳｉ層への侵入を防止し、
接合部を破壊するアロイスパイクを抑制し、コンタクト
不良やアロイスパイク不良の発生を抑制している。
【０００３】このような接続部即ちメタルプラグの一例
の略線的拡大断面図を図４に示す。図４において１はＳ
ｉ等の下地層を示し、この上にＣＶＤ（化学的気相成
長）法等によってＳｉＯ2 等の絶縁層２が形成され、所
定の接続位置に開孔３いわゆるコンタクトホールがフォ
トリソグラフィ等の適用により形成される。そしてこの
開孔３内を含んで全面的に、例えば枚葉式マルチチャン
バースパッタ装置等においてＴｉ等の高融点金属層４、
更にＴｉＯＮ等のオキシナイトライド層５を連続的に被
着してバリアメタルを構成し、この上にＡｌ等より成る
配線層６を形成してメタルプラグが構成される。
の略線的拡大断面図を図４に示す。図４において１はＳ
ｉ等の下地層を示し、この上にＣＶＤ（化学的気相成
長）法等によってＳｉＯ2 等の絶縁層２が形成され、所
定の接続位置に開孔３いわゆるコンタクトホールがフォ
トリソグラフィ等の適用により形成される。そしてこの
開孔３内を含んで全面的に、例えば枚葉式マルチチャン
バースパッタ装置等においてＴｉ等の高融点金属層４、
更にＴｉＯＮ等のオキシナイトライド層５を連続的に被
着してバリアメタルを構成し、この上にＡｌ等より成る
配線層６を形成してメタルプラグが構成される。
【０００４】このような多層膜構成のバリアメタルを形
成する場合には、高融点金属層によって充分なコンタク
トをとると共に、オキシナイトライド層によって例えば
配線層のアロイスパイク抑制等のバリア効果が得られ
る。
成する場合には、高融点金属層によって充分なコンタク
トをとると共に、オキシナイトライド層によって例えば
配線層のアロイスパイク抑制等のバリア効果が得られ
る。
【０００５】一方近年半導体装置の高密度高集積度化が
進み、コンタクトホールの微細化に伴ってアスペクト比
の高いコンタクトホールが形成されており、スパッタ等
によって一様な厚さをもって高融点金属層及びオキシナ
イトライド層を被着することができず、開孔３の底面の
角部１１において極めて薄くなってしまい、特に浅い接
合部においてアロイスパイクが発生する場合がある。こ
のため、バリアメタル層を充分厚く形成しなければなら
ず、コンタクト抵抗の低減化をはかり難いという不都合
がある。
進み、コンタクトホールの微細化に伴ってアスペクト比
の高いコンタクトホールが形成されており、スパッタ等
によって一様な厚さをもって高融点金属層及びオキシナ
イトライド層を被着することができず、開孔３の底面の
角部１１において極めて薄くなってしまい、特に浅い接
合部においてアロイスパイクが発生する場合がある。こ
のため、バリアメタル層を充分厚く形成しなければなら
ず、コンタクト抵抗の低減化をはかり難いという不都合
がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、アスペクト
比の比較的高いコンタクトホールにおいても充分高いバ
リア性及びコンタクト抵抗をとることができるメタルプ
ラグの形成方法を提供する。
比の比較的高いコンタクトホールにおいても充分高いバ
リア性及びコンタクト抵抗をとることができるメタルプ
ラグの形成方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一例の製造工程
図を図１Ａ〜Ｃに示す。
図を図１Ａ〜Ｃに示す。
【０００８】本発明は、コンタクト部にバリア性を有す
る高融点金属４を被着した後、窒素原子および酸素原子
を１分子中に有する化合物を含有する雰囲気ガス中で１
０秒以上１２０秒以下の熱処理を行い、その後配線層を
被着してメタルプラグを形成する。
る高融点金属４を被着した後、窒素原子および酸素原子
を１分子中に有する化合物を含有する雰囲気ガス中で１
０秒以上１２０秒以下の熱処理を行い、その後配線層を
被着してメタルプラグを形成する。
【０００９】
【作用】上述したように、本発明メタルプラグの形成方
法によれば、高融点金属層４を被着した後、窒素原子お
よび酸素原子を１分子中に有する化合物を含有する雰囲
気ガス中で１０秒以上１２０秒以下の熱処理を行うこと
によって、高融点金属層４の表面を窒化及び酸化してオ
キシナイトライド層５を形成するものであり、このよう
に形成する場合オキシナイトライド層５の厚さがほぼ均
一化され、開孔３の底面角部１１においてもほぼ他部と
同程度の厚さとすることができるため、スパイクの生じ
にくいメタルプラグを形成することができる。
法によれば、高融点金属層４を被着した後、窒素原子お
よび酸素原子を１分子中に有する化合物を含有する雰囲
気ガス中で１０秒以上１２０秒以下の熱処理を行うこと
によって、高融点金属層４の表面を窒化及び酸化してオ
キシナイトライド層５を形成するものであり、このよう
に形成する場合オキシナイトライド層５の厚さがほぼ均
一化され、開孔３の底面角部１１においてもほぼ他部と
同程度の厚さとすることができるため、スパイクの生じ
にくいメタルプラグを形成することができる。
【００１０】更に、窒素原子および酸素原子を１分子中
に有する化合物の濃度や熱処理時間、温度等を制御する
ことによって、このオキシナイトライド層５の厚さ、濃
度等を適切に制御することができるため、高いバリア性
を得ることができる。
に有する化合物の濃度や熱処理時間、温度等を制御する
ことによって、このオキシナイトライド層５の厚さ、濃
度等を適切に制御することができるため、高いバリア性
を得ることができる。
【００１１】
【実施例】以下本発明実施例の説明に先立って、本発明
と対比されるメタルプラグの製造方法を図面を参照して
詳細に説明する。この例においては、Ａｌ系の配線層
と、コンタクト部のＳｉとの間のアロイスパイク不良を
抑制するためのＴｉ及びＴｉＯＮによるバリアメタルを
形成する場合を示す。
と対比されるメタルプラグの製造方法を図面を参照して
詳細に説明する。この例においては、Ａｌ系の配線層
と、コンタクト部のＳｉとの間のアロイスパイク不良を
抑制するためのＴｉ及びＴｉＯＮによるバリアメタルを
形成する場合を示す。
【００１２】先ず、図１Ａに示すようにこの場合下層に
形成したＳｉ等より成る下地層１の上にＣＶＤ法等によ
りＳｉＯ2 等の絶縁層２を形成し、所定のコンタクト部
にフォトリソグラフィ等の適用により、即ち例えばレジ
ストの塗布、パターン露光、現像した後ＲＩＥ（反応性
イオンエッチング）等の異方性エッチングを施して開孔
３を形成する。
形成したＳｉ等より成る下地層１の上にＣＶＤ法等によ
りＳｉＯ2 等の絶縁層２を形成し、所定のコンタクト部
にフォトリソグラフィ等の適用により、即ち例えばレジ
ストの塗布、パターン露光、現像した後ＲＩＥ（反応性
イオンエッチング）等の異方性エッチングを施して開孔
３を形成する。
【００１３】次に図１Ｂに示すように、この開孔３内を
埋込んで高融点金属層４をスパッタ等により被着する。
この高融点金属層４の材料としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｐｔ、Ｈｆ、Ｚｒ等の金属を用いることができるが、こ
の場合Ｔｉ膜を成膜する。
埋込んで高融点金属層４をスパッタ等により被着する。
この高融点金属層４の材料としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｐｔ、Ｈｆ、Ｚｒ等の金属を用いることができるが、こ
の場合Ｔｉ膜を成膜する。
【００１４】そしてこの状態でＲＴＰ（Rapid Thermal
Processor)装置により窒素ガス又は窒素ガスを含有する
ガス中で、この場合例えばＮＨ3 （アンモニア）ガス中
で熱処理を行い、Ｔｉより成る高融点金属層４を先ず窒
化し、続いて雰囲気ガスを酸素ガス又は酸素を含むガス
の例えば酸素ガスＯ2 に切り換えてＴｉＮ層を酸化し
て、オキシナイトライド層５を形成する。この場合熱処
理によって、高融点金属層４の表面では、図２Ｂにおい
て矢印で示すように一様に窒化及び酸化が進行し、オキ
シナイトライド層５の厚さは開孔３の周辺部の内側面部
及び底面部においてほぼ一様に形成され、アスペクト比
の高い開孔３を形成する場合においても、底面の角部１
１を含んで全面的に充分な厚さをもって形成され、また
浅い接合部においてもアロイスパイクに対するバリア性
を高めることができる。
Processor)装置により窒素ガス又は窒素ガスを含有する
ガス中で、この場合例えばＮＨ3 （アンモニア）ガス中
で熱処理を行い、Ｔｉより成る高融点金属層４を先ず窒
化し、続いて雰囲気ガスを酸素ガス又は酸素を含むガス
の例えば酸素ガスＯ2 に切り換えてＴｉＮ層を酸化し
て、オキシナイトライド層５を形成する。この場合熱処
理によって、高融点金属層４の表面では、図２Ｂにおい
て矢印で示すように一様に窒化及び酸化が進行し、オキ
シナイトライド層５の厚さは開孔３の周辺部の内側面部
及び底面部においてほぼ一様に形成され、アスペクト比
の高い開孔３を形成する場合においても、底面の角部１
１を含んで全面的に充分な厚さをもって形成され、また
浅い接合部においてもアロイスパイクに対するバリア性
を高めることができる。
【００１５】また熱処理温度は５００℃〜８００℃程度
の例えば８００℃、処理時間は１０ｓ〜１２０ｓ程度の
例えば１２０ｓとして処理を行った。このように処理温
度を５００℃以上とするのは充分な窒化及び酸化を行う
ためで、また８００℃以下とするのは高融点金属層の耐
熱性によるものである。また処理時間を１０ｓ以上１２
０ｓ以下とするのは充分な窒化及び酸化を行うためで、
１２０ｓ程度を越える処理を行っても格別な効果は得ら
れないため１２０ｓ以下とするものである。
の例えば８００℃、処理時間は１０ｓ〜１２０ｓ程度の
例えば１２０ｓとして処理を行った。このように処理温
度を５００℃以上とするのは充分な窒化及び酸化を行う
ためで、また８００℃以下とするのは高融点金属層の耐
熱性によるものである。また処理時間を１０ｓ以上１２
０ｓ以下とするのは充分な窒化及び酸化を行うためで、
１２０ｓ程度を越える処理を行っても格別な効果は得ら
れないため１２０ｓ以下とするものである。
【００１６】そしてこの後図２に示すように、Ａｌ等よ
り成る配線層６を開孔３内を埋込んでスパッタ法等によ
り被着する。そして更に図示しないが、配線層６上に層
間絶縁層が形成され、コンタクト抵抗を下げるために４
００℃前後の熱処理いわゆるシンターが行われる。従来
のメタルプラグ形成方法による場合は、このシンター処
理工程においてアロイスパイクが発生し易いが、本発明
による場合は上述したようにオキシナイトライド層５が
どの部分においても充分な厚さをもって形成されるた
め、バリア性を高めることができてアロイスパイクの発
生を格段に低減化することができる。
り成る配線層６を開孔３内を埋込んでスパッタ法等によ
り被着する。そして更に図示しないが、配線層６上に層
間絶縁層が形成され、コンタクト抵抗を下げるために４
００℃前後の熱処理いわゆるシンターが行われる。従来
のメタルプラグ形成方法による場合は、このシンター処
理工程においてアロイスパイクが発生し易いが、本発明
による場合は上述したようにオキシナイトライド層５が
どの部分においても充分な厚さをもって形成されるた
め、バリア性を高めることができてアロイスパイクの発
生を格段に低減化することができる。
【００１７】尚、このようにＳｉ層上にオキシナイトラ
イド層を形成する場合に、例えばＳｉ層上にＴｉＮ層を
直接被着して酸化によりＴｉＯＮ層を形成することもで
きるが、充分低いコンタクト抵抗を確実に得るために本
発明においては、上述の実施例の如くＴｉ層等の高融点
金属層を設けた後、窒化及び酸化によりオキシナイトラ
イド層を形成するものである。更にこの場合、Ｓｉ下地
層とＡｌ配線層とのコンタクトを高めるためにＳｉ層上
にＴｉ層を形成し、この上に一旦ＴｉＮ層或いはＴｉＯ
層を上述のＲＴＰ等により形成した後、本発明形成方法
によりＴｉＯＮ層を形成し、更にＴｉ層を介してＡｌ配
線層を被着形成することによって、より高いバリア性及
び低コンタクト抵抗を得ることができる。
イド層を形成する場合に、例えばＳｉ層上にＴｉＮ層を
直接被着して酸化によりＴｉＯＮ層を形成することもで
きるが、充分低いコンタクト抵抗を確実に得るために本
発明においては、上述の実施例の如くＴｉ層等の高融点
金属層を設けた後、窒化及び酸化によりオキシナイトラ
イド層を形成するものである。更にこの場合、Ｓｉ下地
層とＡｌ配線層とのコンタクトを高めるためにＳｉ層上
にＴｉ層を形成し、この上に一旦ＴｉＮ層或いはＴｉＯ
層を上述のＲＴＰ等により形成した後、本発明形成方法
によりＴｉＯＮ層を形成し、更にＴｉ層を介してＡｌ配
線層を被着形成することによって、より高いバリア性及
び低コンタクト抵抗を得ることができる。
【００１８】このような方法による場合、窒素ガス及び
酸素ガスの濃度や熱処理時間、温度等を制御することに
よって、オキシナイトライド層５の厚さ、窒素及び酸素
の濃度等をそれぞれ適切に制御することができるため、
最適値を得るための自由度を高くすることができ、高い
バリア性を確実に得ることができるが、窒素ガスおよび
酸素ガスの量および濃度をそれぞれ別個に制御しなけれ
ばならず、工程数の増加、複雑化を招来する。
酸素ガスの濃度や熱処理時間、温度等を制御することに
よって、オキシナイトライド層５の厚さ、窒素及び酸素
の濃度等をそれぞれ適切に制御することができるため、
最適値を得るための自由度を高くすることができ、高い
バリア性を確実に得ることができるが、窒素ガスおよび
酸素ガスの量および濃度をそれぞれ別個に制御しなけれ
ばならず、工程数の増加、複雑化を招来する。
【００１９】これに比し、本発明方法は、上述のＮＨ 3
ガス中熱処理後に酸素ガス中熱処理を行う方法に代え
て、特に、窒素及び酸素を含むガス例えばＮＯ2 ガス
中、すなわち窒素原子および酸素原子を１分子中に有す
る化合物のガス中において、短時間の熱処理を行うもの
としたものであり、この場合、上述した方法と同様の効
果を得ることができるとともに、危険性が少なく、また
１回の処理によりオキシナイトライド層５を形成できる
ので、簡便で且つばらつきがなく安定に形成することが
できるという特有の効果を奏する。
ガス中熱処理後に酸素ガス中熱処理を行う方法に代え
て、特に、窒素及び酸素を含むガス例えばＮＯ2 ガス
中、すなわち窒素原子および酸素原子を１分子中に有す
る化合物のガス中において、短時間の熱処理を行うもの
としたものであり、この場合、上述した方法と同様の効
果を得ることができるとともに、危険性が少なく、また
１回の処理によりオキシナイトライド層５を形成できる
ので、簡便で且つばらつきがなく安定に形成することが
できるという特有の効果を奏する。
【００２０】更にまた、上述の例においてはＡｌ配線層
を形成する場合を示したが、その他Ｗより成る配線層を
ＣＶＤ法等により埋込み形成する場合の、ＷＳｉ（タン
グステンシリサイド）の反応のバリアとして高融点金属
層のオキシナイトライド層を形成する場合等、種々の材
料構成を採る場合に本発明を適用することができる。
を形成する場合を示したが、その他Ｗより成る配線層を
ＣＶＤ法等により埋込み形成する場合の、ＷＳｉ（タン
グステンシリサイド）の反応のバリアとして高融点金属
層のオキシナイトライド層を形成する場合等、種々の材
料構成を採る場合に本発明を適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、高いバ
リア性をもってメタルプラグを形成することができ、ま
たＲＴＰによりオキシナイトライド層を形成することに
より低いコンタクト抵抗を得ることができる。特にアス
ペクト比の高いコンタクトホールにおいても充分高いバ
リア性及び低コンタクト抵抗を得ることができ、浅い接
合部におけるアロイスパイクの発生を抑制することがで
きる。
リア性をもってメタルプラグを形成することができ、ま
たＲＴＰによりオキシナイトライド層を形成することに
より低いコンタクト抵抗を得ることができる。特にアス
ペクト比の高いコンタクトホールにおいても充分高いバ
リア性及び低コンタクト抵抗を得ることができ、浅い接
合部におけるアロイスパイクの発生を抑制することがで
きる。
【００２２】また、窒素及び酸素の濃度をそれぞれ適切
に選定することができ、最適値を得るための自由度を高
くすることができ、高いバリア性を確実に得ることがで
きる。
に選定することができ、最適値を得るための自由度を高
くすることができ、高いバリア性を確実に得ることがで
きる。
【００２３】また、例えばＮＯ2 ガス等の酸素及び窒素
を含むガスを用いてオキシナイトライド層を形成する場
合には、危険性が少なくまた１回の処理により形成でき
るので、簡便で且つばらつきがなく安定に形成すること
ができる。
を含むガスを用いてオキシナイトライド層を形成する場
合には、危険性が少なくまた１回の処理により形成でき
るので、簡便で且つばらつきがなく安定に形成すること
ができる。
【図１】メタルプラグの形成方法の一例の製造工程図で
ある。
ある。
【図２】メタルプラグの一例の略線的拡大断面図であ
る。
る。
【図３】従来のメタルプラグの一例の略線的拡大断面図
である。
である。
１ 下地層 ２ 絶縁層 ３ 開孔 ４ 高融点金属層 ５ オキシナイトライド層 ６ 配線層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 H01L 21/3205 H01L 21/768
Claims (1)
- 【請求項１】 コンタクト部にバリア性を有する高融点
金属を被着した後、窒素原子および酸素原子を１分子中
に有する化合物を含有する雰囲気ガス中で１０秒以上１
２０秒以下の熱処理を行い、その後配線層を被着してメ
タルプラグを形成することを特徴とするメタルプラグの
形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04191114A JP3127585B2 (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | メタルプラグの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04191114A JP3127585B2 (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | メタルプラグの形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0637037A JPH0637037A (ja) | 1994-02-10 |
| JP3127585B2 true JP3127585B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=16269100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04191114A Expired - Fee Related JP3127585B2 (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | メタルプラグの形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3127585B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100363086B1 (ko) * | 2000-01-20 | 2002-11-30 | 삼성전자 주식회사 | 반도체소자의 금속배선 형성방법 및 그에 의해 제조된콘택 구조체 |
| JP4074014B2 (ja) | 1998-10-27 | 2008-04-09 | 株式会社東芝 | 半導体装置及びその製造方法 |
| KR100599434B1 (ko) * | 2003-10-20 | 2006-07-14 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속배선 형성방법 |
-
1992
- 1992-07-17 JP JP04191114A patent/JP3127585B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0637037A (ja) | 1994-02-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |