JP3303400B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法，
特にタングステンがプラグとして埋め込まれたコンタク
トホールに接続されるアルミニュウム配線の製造方法に
関する。
特にタングステンがプラグとして埋め込まれたコンタク
トホールに接続されるアルミニュウム配線の製造方法に
関する。
【０００２】コンタクトホールをタングステンで埋込
み，プラグとして上下のＡｌ配線を接続する多層配線の
接続方法は，電流密度が高くなる微細配線において腐蝕
の問題を解決する有効な方法とされ実用化が期待されて
いる。
み，プラグとして上下のＡｌ配線を接続する多層配線の
接続方法は，電流密度が高くなる微細配線において腐蝕
の問題を解決する有効な方法とされ実用化が期待されて
いる。
【０００３】このため，タングステンをプラグとするコ
ンタクトホールと，これに接続するＡｌ配線とを，その
特性を損なうことなく形成する方法が必要とされてい
る。
ンタクトホールと，これに接続するＡｌ配線とを，その
特性を損なうことなく形成する方法が必要とされてい
る。
【０００４】
【従来の技術】Ａｌ配線を絶縁層，例えばＳｉＯ2 層上
に配設する場合，半導体基板とのコンタクト領域での拡
散を防止し，或いはストレスマイグレーションを軽減す
るために，絶縁層とＡｌ配線との間に拡散防止層，例え
ばＴｉＮを含む拡散防止層が設けられる。
に配設する場合，半導体基板とのコンタクト領域での拡
散を防止し，或いはストレスマイグレーションを軽減す
るために，絶縁層とＡｌ配線との間に拡散防止層，例え
ばＴｉＮを含む拡散防止層が設けられる。
【０００５】この拡散防止層は，その上に堆積されるＡ
ｌ配線のエレクトロマイグレーションをより軽減するた
めに，表面層が酸化されている。かかる酸化により，Ａ
ｌ配線の堆積時に拡散防止層に含まれる窒素が雰囲気中
に脱ガスして，Ａｌの結晶粒が微細化することを防止す
ることができる。従って，その上に堆積されるＡｌの結
晶粒は粗大になり，優れた耐エレクトロマイグレーショ
ン特性を有するＡｌ配線を製造することができる。
ｌ配線のエレクトロマイグレーションをより軽減するた
めに，表面層が酸化されている。かかる酸化により，Ａ
ｌ配線の堆積時に拡散防止層に含まれる窒素が雰囲気中
に脱ガスして，Ａｌの結晶粒が微細化することを防止す
ることができる。従って，その上に堆積されるＡｌの結
晶粒は粗大になり，優れた耐エレクトロマイグレーショ
ン特性を有するＡｌ配線を製造することができる。
【０００６】しかし，絶縁層に開設されたコンタクトホ
ールにタングステンを埋込み，これに接続されるＡｌ配
線を形成する場合は，上述した拡散防止層表面を酸化す
る方法を適用することができないのである。以下，この
事情を実施例を参照して説明する。
ールにタングステンを埋込み，これに接続されるＡｌ配
線を形成する場合は，上述した拡散防止層表面を酸化す
る方法を適用することができないのである。以下，この
事情を実施例を参照して説明する。
【０００７】図２は従来技術の実施例工程断面図であ
り，コンタクトホールとこれに接続する配線の製造工程
を表している。先ず，表面に不純物領域１ａが形成され
たシリコン基板１上にＳｉＯ2 からなる絶縁層２を堆積
する。次いで絶縁層２に，不純物領域１ａ表面を表出す
るコンタクトホール３を開設する。
り，コンタクトホールとこれに接続する配線の製造工程
を表している。先ず，表面に不純物領域１ａが形成され
たシリコン基板１上にＳｉＯ2 からなる絶縁層２を堆積
する。次いで絶縁層２に，不純物領域１ａ表面を表出す
るコンタクトホール３を開設する。
【０００８】次いで，拡散防止層４として，Ｔｉ薄膜４
ａ，及びＴｉＮ薄膜４ｂをコンタクトホール３内面及び
絶縁層２表面を覆い順次堆積する。次いで，拡散防止層
４の表面を酸化し，拡散防止層４の表面が酸化して生成
された表面酸化層４ｃを形成する。
ａ，及びＴｉＮ薄膜４ｂをコンタクトホール３内面及び
絶縁層２表面を覆い順次堆積する。次いで，拡散防止層
４の表面を酸化し，拡散防止層４の表面が酸化して生成
された表面酸化層４ｃを形成する。
【０００９】次いで，図２（ｂ）を参照して，タングス
テン層５ａをコンタクトホール３を埋込み，拡散防止層
４上全面に堆積する。次いで，図２（ｃ）を参照して，
タングステン層５ａをエッチバックして，コンタクトホ
ール３を埋め込むタングステンプラグ５を残し，絶縁層
２上に堆積したタングステン層５ａを除去する。
テン層５ａをコンタクトホール３を埋込み，拡散防止層
４上全面に堆積する。次いで，図２（ｃ）を参照して，
タングステン層５ａをエッチバックして，コンタクトホ
ール３を埋め込むタングステンプラグ５を残し，絶縁層
２上に堆積したタングステン層５ａを除去する。
【００１０】次いで，Ａｌを堆積し，フォトエッチング
してＡｌ配線６を形成する。上記工程において，図２
（ｃ）を参照して，タングステン層５ａをエッチバック
する際に，絶縁層２上のタングステン層５ａを完全に除
去するためにオーバエッチングを必要とする。このた
め，絶縁層２上の拡散防止層４の表面がエッチングされ
表面酸化層４ｃを除去してしまうのである。その結果，
絶縁層４上の拡散防止層４表面に堆積するＡｌは結晶粒
が微細で，エレクトロマイグレーションに対する耐性が
劣るのである。
してＡｌ配線６を形成する。上記工程において，図２
（ｃ）を参照して，タングステン層５ａをエッチバック
する際に，絶縁層２上のタングステン層５ａを完全に除
去するためにオーバエッチングを必要とする。このた
め，絶縁層２上の拡散防止層４の表面がエッチングされ
表面酸化層４ｃを除去してしまうのである。その結果，
絶縁層４上の拡散防止層４表面に堆積するＡｌは結晶粒
が微細で，エレクトロマイグレーションに対する耐性が
劣るのである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置の製
造方法では，拡散防止層の表面を酸化しても，その後に
コンタクトホールを埋め込むタングステンプラグを形成
する際に行うエッチバックにより，拡散防止層表面に形
成されていた表面酸化層が除去される結果，その上に堆
積されるＡｌ配線のエレクトロマイグレーション耐性が
劣化するという問題があった。
造方法では，拡散防止層の表面を酸化しても，その後に
コンタクトホールを埋め込むタングステンプラグを形成
する際に行うエッチバックにより，拡散防止層表面に形
成されていた表面酸化層が除去される結果，その上に堆
積されるＡｌ配線のエレクトロマイグレーション耐性が
劣化するという問題があった。
【００１２】本発明は，コンタクトホールを埋め込むタ
ングステンプラグを形成した後に拡散防止層表面を酸化
することにより，タングステンプラグを有するコンタク
トホールが設けられた半導体装置において，エレクトロ
マイグレーション耐性に優れたＡｌ配線を使用すること
ができる半導体装置の製造方法を提供することを目的と
している。
ングステンプラグを形成した後に拡散防止層表面を酸化
することにより，タングステンプラグを有するコンタク
トホールが設けられた半導体装置において，エレクトロ
マイグレーション耐性に優れたＡｌ配線を使用すること
ができる半導体装置の製造方法を提供することを目的と
している。
【００１３】
【課題を解決するための手段】図１（ａ）は本発明の実
施例工程断面図であり，コンタクトホールとこれに接続
する配線の製造工程を表している。
施例工程断面図であり，コンタクトホールとこれに接続
する配線の製造工程を表している。
【００１４】上記課題を解決するための本発明の構成
は，例えば、図１を参照して，基板１上にコンタクトホ
ール３が開設された絶縁層２を形成する工程と，該コン
タクトホール３内面及び該絶縁層２を覆い拡散防止層４
を堆積する工程と，次いで該コンタクトホール３を埋め
込み該基板１上全面を覆うタングステン又はタングステ
ンを主成分とする合金からなるタングステン層５ａを堆
積する工程と，該タングステン層５ａを該絶縁層２上に
堆積された該拡散防止層４が表出する迄エッチングして
除去し，該コンタクトホール３を埋め込むタングステン
プラグ５を形成する工程と，次いで該タングステンプラ
グ５及び表出された該拡散防止層４上にアルミニュウム
（Ａｌ）又はアルミニュウムを主成分とする合金を堆積
してＡｌ配線６を形成する工程とを有する半導体装置の
製造方法において，該タングステン層５ａをエッチング
して該タングステンプラグ５を形成する工程の後，該ア
ルミニュウム又は該アルミニュウムを主成分とする合金
を堆積する前に，表出する該拡散防止層４の表面を酸化
する工程を有することを特徴として構成する。
は，例えば、図１を参照して，基板１上にコンタクトホ
ール３が開設された絶縁層２を形成する工程と，該コン
タクトホール３内面及び該絶縁層２を覆い拡散防止層４
を堆積する工程と，次いで該コンタクトホール３を埋め
込み該基板１上全面を覆うタングステン又はタングステ
ンを主成分とする合金からなるタングステン層５ａを堆
積する工程と，該タングステン層５ａを該絶縁層２上に
堆積された該拡散防止層４が表出する迄エッチングして
除去し，該コンタクトホール３を埋め込むタングステン
プラグ５を形成する工程と，次いで該タングステンプラ
グ５及び表出された該拡散防止層４上にアルミニュウム
（Ａｌ）又はアルミニュウムを主成分とする合金を堆積
してＡｌ配線６を形成する工程とを有する半導体装置の
製造方法において，該タングステン層５ａをエッチング
して該タングステンプラグ５を形成する工程の後，該ア
ルミニュウム又は該アルミニュウムを主成分とする合金
を堆積する前に，表出する該拡散防止層４の表面を酸化
する工程を有することを特徴として構成する。
【００１５】
【作用】本発明の構成では，図１を参照して，タングス
テンプラグ５を形成した後，タングステンプラグ形成の
ために行うタングステン層５ａのエッチングバックによ
り表出された拡散防止層４の表面を酸化し，拡散防止層
４の表面に表面酸化層４ｃを形成する。その後，Ａｌ配
線６を形成するためにアルミニュウム又はアルミニュウ
ムを主成分とする合金を堆積する。
テンプラグ５を形成した後，タングステンプラグ形成の
ために行うタングステン層５ａのエッチングバックによ
り表出された拡散防止層４の表面を酸化し，拡散防止層
４の表面に表面酸化層４ｃを形成する。その後，Ａｌ配
線６を形成するためにアルミニュウム又はアルミニュウ
ムを主成分とする合金を堆積する。
【００１６】かかる構成では，絶縁層２上に配設される
Ａｌ配線６は，常に拡散防止層４表面に形成された表面
酸化層４ｃ上に堆積されたアルミニュウム又はアルミニ
ュウムを主成分とする合金から形成される。既述のよう
に，表面酸化層４ｃが形成された拡散防止層４上に堆積
されるアルミニュウムは，結晶粒が粗く耐エレクトロマ
イグレーション性に優れている。従って，本発明の方法
により形成されたＡｌ配線６は，優れたマイグレーショ
ン耐性を有するのである。
Ａｌ配線６は，常に拡散防止層４表面に形成された表面
酸化層４ｃ上に堆積されたアルミニュウム又はアルミニ
ュウムを主成分とする合金から形成される。既述のよう
に，表面酸化層４ｃが形成された拡散防止層４上に堆積
されるアルミニュウムは，結晶粒が粗く耐エレクトロマ
イグレーション性に優れている。従って，本発明の方法
により形成されたＡｌ配線６は，優れたマイグレーショ
ン耐性を有するのである。
【００１７】上述の本発明の構成において，表面酸化層
４ｃを形成するための酸化は，例えば，１気圧の窒素雰
囲気中で４５０℃，３０分間の熱処理により形成するこ
とができる。かかる条件では，タングステンプラグ５表
面には，その上に堆積されるＡｌ又はＡｌ合金との間の
接触抵抗を増加するような酸化膜は形成されない。従っ
て，Ａｌ配線６とタングステンプラグ５を用いた良好な
コンタクトを実現することができる。
４ｃを形成するための酸化は，例えば，１気圧の窒素雰
囲気中で４５０℃，３０分間の熱処理により形成するこ
とができる。かかる条件では，タングステンプラグ５表
面には，その上に堆積されるＡｌ又はＡｌ合金との間の
接触抵抗を増加するような酸化膜は形成されない。従っ
て，Ａｌ配線６とタングステンプラグ５を用いた良好な
コンタクトを実現することができる。
【００１８】なお，かかる酸化は，拡散防止層の酸化方
法として知られる他の方法, 例えばラピッドサーマルア
ニール（Rapid Thermal Anneal) , 又は硝酸等の酸化材
中に浸漬することで形成することもできる。
法として知られる他の方法, 例えばラピッドサーマルア
ニール（Rapid Thermal Anneal) , 又は硝酸等の酸化材
中に浸漬することで形成することもできる。
【００１９】
【実施例】本発明を実施例を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）を参照して，基板１表面に，例えば表面にコ
ンタク領域となる不純物領域１ａが形成されたシリコン
基板表面に，例えばＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2からなる
絶縁層２を堆積する。
図１（ａ）を参照して，基板１表面に，例えば表面にコ
ンタク領域となる不純物領域１ａが形成されたシリコン
基板表面に，例えばＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2からなる
絶縁層２を堆積する。
【００２０】次いで，絶縁層２に不純物領域１ａ表面を
表出するコンタクトホール３を開設する。次いで，コン
タクトホール３の内面及び絶縁層２上を覆う拡散防止層
４を堆積する。この拡散防止層４は，例えば何れもスパ
ッタにより堆積された，Ｔｉ薄膜４ａを下層とし，Ｔｉ
Ｎ薄膜４ｂを上層とする積層構造とすることができる。
勿論，必要ならば他の方法を用いて堆積して差支えな
い。
表出するコンタクトホール３を開設する。次いで，コン
タクトホール３の内面及び絶縁層２上を覆う拡散防止層
４を堆積する。この拡散防止層４は，例えば何れもスパ
ッタにより堆積された，Ｔｉ薄膜４ａを下層とし，Ｔｉ
Ｎ薄膜４ｂを上層とする積層構造とすることができる。
勿論，必要ならば他の方法を用いて堆積して差支えな
い。
【００２１】次いで，コンタクトホール３を埋込み基板
１全面を覆う，タングステン又はコンタクトで通常用い
られるタングステン合金からなるタングステン層５ａ
を，例えばＣＶＤ法により堆積する。
１全面を覆う，タングステン又はコンタクトで通常用い
られるタングステン合金からなるタングステン層５ａ
を，例えばＣＶＤ法により堆積する。
【００２２】次いで，図１（ｂ）を参照して，タングス
テン層５ａを，プラズマスパッタにより絶縁層２上のＴ
ｉＮ薄膜４ｂを表出するまでエッチバックする。この工
程で，コンタクトホール３を埋め込むタングステンプラ
グ５を残し，絶縁層２上のタングステン層５ａは除去さ
れる。
テン層５ａを，プラズマスパッタにより絶縁層２上のＴ
ｉＮ薄膜４ｂを表出するまでエッチバックする。この工
程で，コンタクトホール３を埋め込むタングステンプラ
グ５を残し，絶縁層２上のタングステン層５ａは除去さ
れる。
【００２３】次いで，図１（ｃ）を参照して，絶縁層２
上の表出されたＴｉＮ薄膜４ｂ表面を酸化して，ＴｉＮ
薄膜４ｂ表面に表面酸化層４ｃを形成する。酸化は，窒
素雰囲気中で４５０℃，３０分間の熱処理により行われ
た。既述したように，この条件ではタングステンプラグ
５の表面は酸化されない。
上の表出されたＴｉＮ薄膜４ｂ表面を酸化して，ＴｉＮ
薄膜４ｂ表面に表面酸化層４ｃを形成する。酸化は，窒
素雰囲気中で４５０℃，３０分間の熱処理により行われ
た。既述したように，この条件ではタングステンプラグ
５の表面は酸化されない。
【００２４】次いで，図１（ｄ）を参照して，タングス
テンプラグ５及び絶縁層上に堆積された拡散防止層４を
覆うアルミニュウム合金を，例えばスパッタにより堆積
する。次いで，このアルミニュウム合金をフォトエッチ
ングしてＡｌ配線６を形成する。
テンプラグ５及び絶縁層上に堆積された拡散防止層４を
覆うアルミニュウム合金を，例えばスパッタにより堆積
する。次いで，このアルミニュウム合金をフォトエッチ
ングしてＡｌ配線６を形成する。
【００２５】このアルミニュウム合金は，例えば，Ａｌ
−０．１５％Ｔｉ−０．１％Ｃｕ，Ａｌ−１％Ｓｉ−
０．１％Ｃｕ，Ａｌ−１％Ｓｉ，又はＡｌ−２％Ｃｕを
用いることができる。また，アルミニュウム合金に代え
て不純物を意図的に含まないアルミニュウムとすること
もできる。
−０．１５％Ｔｉ−０．１％Ｃｕ，Ａｌ−１％Ｓｉ−
０．１％Ｃｕ，Ａｌ−１％Ｓｉ，又はＡｌ−２％Ｃｕを
用いることができる。また，アルミニュウム合金に代え
て不純物を意図的に含まないアルミニュウムとすること
もできる。
【００２６】上記工程を経て，タングステンプラグ５を
通して不純物領域１ａとコンタクトし，絶縁層上に延在
するＡｌ配線６が形成される。なお，表面酸化層４ｃの
形成によるＡｌ配線６とタングステンプラグ５の接触抵
抗の増加は認められなかった。
通して不純物領域１ａとコンタクトし，絶縁層上に延在
するＡｌ配線６が形成される。なお，表面酸化層４ｃの
形成によるＡｌ配線６とタングステンプラグ５の接触抵
抗の増加は認められなかった。
【００２７】本実施例によれば，Ａｌ堆積の際に表出す
るＴｉＮ薄膜４ｂは，表面に表面酸化層４ｃが形成され
ているため，ＴｉＮ薄膜４ｂ内部から雰囲気中への窒素
の放出が阻止される。このため，粗大な結晶粒のＡｌが
堆積され，マイグレーション耐性に優れたＡｌ配線が形
成される。
るＴｉＮ薄膜４ｂは，表面に表面酸化層４ｃが形成され
ているため，ＴｉＮ薄膜４ｂ内部から雰囲気中への窒素
の放出が阻止される。このため，粗大な結晶粒のＡｌが
堆積され，マイグレーション耐性に優れたＡｌ配線が形
成される。
【００２８】
【発明の効果】上述したように本発明によれば，コンタ
クトホールを埋め込むタングステンプラグを形成した後
に拡散防止層表面を酸化することにより，コンタクトホ
ールを埋め込むタングステンプラグと接続され，かつエ
レクトロマイグレーション耐性に優れたＡｌ配線を形成
する半導体装置の製造方法を提供することができ，半導
体装置の性能向上に寄与するところが大きい。
クトホールを埋め込むタングステンプラグを形成した後
に拡散防止層表面を酸化することにより，コンタクトホ
ールを埋め込むタングステンプラグと接続され，かつエ
レクトロマイグレーション耐性に優れたＡｌ配線を形成
する半導体装置の製造方法を提供することができ，半導
体装置の性能向上に寄与するところが大きい。
【図１】 本発明の実施例工程断面図
【図２】 従来技術の実施例工程断面図
１ 基板 １ａ 不純物領域 ２ 絶縁層 ３ コンタクトホール ４ 拡散防止層 ４ａ Ｔｉ層 ４ｂ ＴｉＮ層 ４ｃ 表面酸化層 ５ タングステンプラグ ５ａ タングステン層 ６ Ａｌ配線
Claims (3)
- 【請求項１】 基板（１）上にコンタクトホール（３）
が開設された絶縁層（２）を形成する工程と，該コンタ
クトホール（３）内面及び該絶縁層（２）を覆い拡散防
止層（４）を堆積する工程と，次いで該コンタクトホー
ル（３）を埋め込み該基板（１）上全面を覆うタングス
テン又はタングステンを主成分とする合金からなるタン
グステン層（５ａ）を堆積する工程と，該タングステン
層（５ａ）を該絶縁層（２）上に堆積された該拡散防止
層（４）が表出する迄エッチングして除去し，該コンタ
クトホール（３）を埋め込むタングステンプラグ（５）
を形成する工程と，次いで該タングステンプラグ（５）
及び表出された該拡散防止層（４）上にアルミニュウム
（Ａｌ）又はアルミニュウムを主成分とする合金を堆積
してＡｌ配線（６）を形成する工程とを有する半導体装
置の製造方法において， 該タングステン層（５ａ）をエッチングして該タングス
テンプラグ（５）を形成する工程の後，該アルミニュウ
ム又は該アルミニュウムを主成分とする合金を堆積する
前に，表出する該拡散防止層（４）の表面を酸化する工
程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記拡散防止層の形成を、複数膜を積み
重ねて被膜して行う請求項１記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項３】 前記拡散防止層にチタンナイトライドが
含まれるように形成する請求項１乃至２記載の半導体装
置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06070193A JP3303400B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06070193A JP3303400B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275725A JPH06275725A (ja) | 1994-09-30 |
| JP3303400B2 true JP3303400B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=13149863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06070193A Expired - Fee Related JP3303400B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3303400B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100237029B1 (ko) * | 1995-11-15 | 2000-01-15 | 김영환 | 반도체 소자의 텅스텐 플러그 형성방법 |
| KR100248800B1 (ko) * | 1996-12-24 | 2000-03-15 | 김영환 | 반도체 장치의 금속배선 형성방법 |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP06070193A patent/JP3303400B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06275725A (ja) | 1994-09-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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