JP3194793B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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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、半導体装置の製造方法
に関するもので、特にAl 系配線膜の密着性に係り、U
LSI等の配線膜の形成方法に使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】LSI等に使用される配線膜の従来例に
ついて、図6及び図7を参照して説明する。
【0003】図6はコンタクト孔(コンタクトホールと
呼ばれる)を含む基板断面図である。半導体基板1上に
絶縁物のBPSG膜(硼素リンガラス)3が形成され、
このBPSG膜3には、基板1の表面に露出して形成さ
れた不純物拡散層(活性層)2と、電気的接触をとるた
めのコンタクト孔が開孔されている。このコンタクト孔
を含むBPSG膜3上に、Ti 膜5及びTi N膜6から
なるバリア膜が形成される。さらにその上にAl または
Al 合金(例えばAl −Si 、Al −Cu )からなるA
l 系配線膜8が形成される。
【0004】上記のバリア膜は、Al とSi が反応する
ことによって生じる、Al 系配線のコンタクト部の接合
突き抜けや、Si 析出によるコンタクト抵抗増大等を抑
制するために設けられるものである。
【0005】なおTi 膜5及びTi N膜6からなるバリ
ア膜の形成直後には、コンタクト部において、Si 基板
表面の薄い酸化物のTi による還元、及びTi とSi と
のシリサイド化を促進して、コンタクト抵抗を低減する
ための熱処理が行われる。この熱処理によって、拡散層
2近傍のTi 膜は、Ti シリサイド層7になる。次に前
記Al 系配線膜8を形成した後に、パターニングを行な
い配線パターンを形成する。
【0006】次に図7に示すように、その上に絶縁保護
膜9を堆積し、ボンディングパッド部10を開孔する。
なお図7は、ワイヤボンディング後のパッド部10を含
む基板断面図である。
【0007】このような半導体装置においては、ボンデ
ィングワイヤ11をパッド部10にボンディングすると
きと、パッド部10と下地絶縁膜3との界面近傍で剥離
(12)する、すなわち密着性不良が生じるという問題
点があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、高集積
化されたLSI等において、Al 系配線膜を使用するデ
バイスでは、拡散層とのコンタクト部において、Al ま
たはAl 合金とSi 基板との反応を防止するため、Ti
N及びTi からなるバリア膜が使用されている。Al ま
たはAl 合金とバリア膜との積層配線からなるボンディ
ングパッド部は、下地絶縁膜との密着性が悪く、ワイヤ
ボンディング時に、パッド部と下地絶縁膜とが剥離する
という問題がある。
【0009】本発明は、この問題点を考慮してなされた
ものであって、積層配線膜と下地絶縁膜との密着性に対
して高い信頼性を有する半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、(a)不純物
拡散層が表面に露出して形成された半導体基板上に絶縁
膜(例えばSi 酸化膜を含む絶縁膜)を形成する工程
と、(b)この絶縁膜に前記拡散層の露出面に達するコ
ンタクト孔を形成する工程と、(c)コンタクト孔を含
む前記半導体基板上にスパッタリングによりSi 膜を形
成する工程と、(d)スパッタエッチングによりコンタ
クト孔底に付着したSi 膜を除去すると共に前記絶縁膜
上にSi 膜を残した後、引き続いて大気にさらすことな
くTi 膜とTi N膜とをこの順に前記基板上に形成する
工程と、(e)前記コンタクト孔底にTi シリサイド層
を形成する熱処理工程と、(f)前記基板上にAl 系
(AlまたはAl 合金)配線膜を形成する工程とを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【0011】
【作用】Al 系配線膜及びバリア膜(Ti N,Ti )か
らなる積層配線膜と下地絶縁膜との密着性が良くない要
因について調査したところ、バリア膜形成直後に行なう
コンタクト抵抗低減のための熱処理工程において、積層
配線膜の最下層のTi 膜と下地絶縁膜とが反応して、脆
い層(Ti O2 やTi B)が生成されるためであり、ま
たこの密着性不良は、下地絶縁膜の構成成分にも影響さ
れ、特にB(硼素)の含有率が高い下地膜ほど発生しや
すいことを発見した。
【0012】本発明はこの知見に基づいてなされたもの
である。すなわちコンタクト孔を形成し、コンタクト孔
底の拡散層の露出面を含む基板上に、通常のスパッタリ
ングによりSi 膜を形成すると、スパッタリングの成膜
特性上、前記コンタクト孔底に堆積されるSi 膜の厚さ
は、絶縁膜上に堆積されるSi 膜の厚さに比べ薄く、例
えば数分の 1程度である。次にスパッタエッチングによ
りSi 膜の除去を行なうとスパッタエッチングのエッチ
ング特性により、コンタクト孔底の薄いSi 膜を除去す
ると同時に絶縁膜上に堆積した厚いSi 膜を残すことが
できる。次に引き続いて大気にさらすことなく、すなわ
ちコンタクト孔に露出する拡散層面及び絶縁膜上の残留
Si 膜を清浄に保持した状態でその上にバリア膜を形成
する。次にコンタクト孔に露出する拡散層のSi とバリ
ア膜のTi とを反応させ、低抵抗のTi シリサイド層を
形成し、コンタクト抵抗を低減する熱処理工程を行なう
が、この際、本発明の製造方法によれば、絶縁膜とその
上に堆積されるバリア層との間に残留Si 膜が設けられ
ており、バリア膜形成後の前記熱処理において、このS
i 膜により、絶縁膜とバリア膜との反応が抑えられ、従
来技術に見られたTi O2 やTi B等の脆い層が形成さ
れず、密着性に対して高い信頼性のボンディングパッド
部を含む配線膜が得られ、ボンディング時にパッド部か
らの剥離もなくなった。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図1ないし図5は、本実施例による半導
体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【0014】図1に示すように、P型シリコン半導体基
板1の主表面に燐イオン(P+ )や砒素イオン(A
+ )等の不純物イオンが注入され、基板1の主表面に
露出してN型不純物拡散層2が形成されている。そして
基板1の主表面全体に絶縁膜(BPSG膜)3が形成さ
れ、この絶縁膜3に対し、写真蝕刻法が用いられ、拡散
層2の前記露出面に達するコンタクト孔13が、例えば
RIE法により設けられる。なお図6及び図7と同じ符
号は同一部分または相当部分をあらわす。
【0015】次に図2に示すように、コンタクト孔13
を含む基板上、すなわち絶縁膜3の表面及びコンタクト
孔13に、通常のスパッタ装置(カソード側にSi ター
ゲットを、アノード側にウェーハを配し、Ar ガス使
用)により、Si のスパッタが行なわれ、膜厚10nmない
し50nmのSi 膜4が堆積される。このとき、スパッタリ
ングの成膜特性から、コンタクト孔13内に堆積される
Si 膜厚は、絶縁膜3上に堆積されるSi 膜厚に比し薄
い。例えばアスペクト比 0.5以上のコンタクト孔内のS
i 膜厚は、絶縁膜3上のSi 膜厚の 5分の 1以下であ
る。
【0016】次に図3に示すように、再びスパッタ装置
に前記基板1を搬入し、スパッタエッチングにより、コ
ンタクト孔内に堆積したSi 膜4が無くなるまでエッチ
ングを行なう。この時、絶縁膜3上のSi 膜は、コンタ
クト孔13内のSi 膜厚よりかなり厚いので、膜厚の違
いにより十分な厚さのSi 膜4aが絶縁膜3上に残され
る。
【0017】その後、大気中にさらすことなく、引き続
いて真空中でスパッタリングによりTi 膜5を、次にT
i N膜6を、それぞれ堆積する。
【0018】次に図4に示すように、 400℃ないし 800
℃の温度で熱処理を行ない、コンタクト孔底のTi と拡
散層2のSi とを反応させて、Ti シリサイド層7を形
成する。
【0019】次に図5に示すように、Ti N膜6の表面
全体に、Al 合金がスパッタリングにより堆積され、厚
さ 400nmないし 800nmのAl 系配線膜8が形成される。
次にAl 系配線膜8、Ti N膜6、Ti 膜5及びSi 膜
4aからなる積層膜に、通常の写真蝕刻法を用い、所望
のパターンの積層配線膜を形成する。
【0020】次に図示してないが、その上に、絶縁保護
膜、例えばPSG膜(燐ガラス膜)を、約 1μm 程度の
厚さ堆積した後、ボンディングパッド部の開孔を行な
う。
【0021】このように本実施例の製造方法により形成
された配線膜は、絶縁膜3上ではAl 系配線膜8、Ti
N膜6、Ti 膜5及びSi 膜4aの積層構造で構成され
ている。Si 膜4aがTi 膜5と絶縁膜3との間にある
ため、Ti N膜6を堆積した後に行なうコンタクト抵抗
低減化のための熱処理工程において、Ti 膜5と絶縁膜
3とは反応することがなく、したがってTi O2 やTi
B等の脆い層も形成されることがないため、ワイヤボン
ディング時にボンディングパッド部と下地の絶縁膜3と
の界面近傍で剥離することがなくなる。
【0022】他方、コンタクト孔底の拡散層2の表面上
にはスパッタにより堆積されたSi膜は残っておらず、
Ti 膜は拡散層2のSi とシリサイド化され、低抵抗の
Tiシリサイド層7が形成されているため、拡散層2と
前記積層配線膜との間のコンタクト抵抗は、従来と同様
低減されている。
【0023】また上記積層配線膜は、Al 系配線膜8の
下部にTi N膜6、Ti 膜5及びSi 膜4aからなる積
層バリアメタル層が敷かれていることにより、エレクト
ロマイグレーション(E.M.)及びストレスマイグレ
ーション(S.M.)の発生が抑制される。
【0024】上記実施例において、図2に示すスパッタ
リングによりSi 膜を形成する工程において、絶縁膜上
に堆積するSi 膜4の膜厚の望ましい実施態様は、10nm
ないし50nmである。Si 膜厚が10nm以下の場合には、後
工程における熱処理に際し、絶縁膜3とTi 膜5との反
応を抑制できないおそれがある。またコンタクト抵抗低
減のためには、コンタクト孔底の拡散層上に、スパッタ
により形成されたSi層4を残さないことが必要であ
り、このためSi 膜厚を50nm以上にすることは望ましく
ない。
【0025】上述した実施例は一例であり、本発明を限
定するものではない。例えば実施例では、Al 系配線膜
8はAl 合金から成っているが、純粋なAl で形成して
もよい。また実施例の拡散層2はN型であるがP型の拡
散層を形成する場合にも、同様に本発明を適用できる。
また絶縁膜にはBPSG膜を例にとったが、Si O
2膜、PSG膜等であっても差支えない。
【0026】
【発明の効果】これまで詳述したように、本発明の半導
体装置の製造方法によれば、Ti N及びTi から成るバ
リア膜と下地の絶縁膜との間にSi 膜を介在させること
により、Ti N膜成膜後の加熱処理時に、Ti 膜と絶縁
膜との反応を抑え、Ti O2 やTi B等の脆い層の形成
がないため、ワイヤボンディング時に剥離もなく、パッ
ド部と下地絶縁膜との密着性に対して、高い信頼性を有
する半導体装置の製造方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の工程の一例を
示す断面図である。
【図2】図1に示す工程に引き続く製造工程を示す断面
図である。
【図3】図2に示す工程に引き続く製造工程を示す断面
図である。
【図4】図3に示す工程に引き続く製造工程を示す断面
図である。
【図5】図4に示す工程に引き続く製造工程を示す断面
図である。
【図6】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
コンタクト孔を含む基板断面図である。
【図7】従来の半導体装置の製造方法の問題点を説明す
るための基板断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン半導体基板(P型) 2 不純物拡散層(N型) 3 絶縁膜(BPSG膜) 4 スパッタリングにより形成されたSi 膜 4a スパッタエッチング後に残されたSi 膜 5 Ti 膜 6 Ti N膜 7 Ti シリサイド膜 8 Al 系配線膜 9 絶縁保護膜 10 ボンディングパッド部 12 Ti 膜と下地絶縁膜との剥離 13 コンタクト孔
───────────────────────────────────────────────────── 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 - 21/288 H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】不純物拡散層が表面に露出して形成された
    半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜に
    前記拡散層の露出面に達するコンタクト孔を形成する工
    程と、コンタクト孔を含む前記半導体基板上にスパッタ
    リングによりSi 膜を形成する工程と、スパッタエッチ
    ングによりコンタクト孔底に付着したSi 膜を除去する
    と共に前記絶縁膜上にSi 膜を残した後、引き続いて大
    気にさらすことなくTi 膜とTi N膜とをこの順に前記
    基板上に形成する工程と、前記コンタクト孔底にTi シ
    リサイド層を形成する熱処理工程と、前記基板上にAl
    系配線膜を形成する工程とを含むことを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
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