JP3518110B2 - 多層配線形成方法 - Google Patents
多層配線形成方法Info
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- JP3518110B2 JP3518110B2 JP31119695A JP31119695A JP3518110B2 JP 3518110 B2 JP3518110 B2 JP 3518110B2 JP 31119695 A JP31119695 A JP 31119695A JP 31119695 A JP31119695 A JP 31119695A JP 3518110 B2 JP3518110 B2 JP 3518110B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置等で適用
される多層配線形成方法に関し、更に詳しくは、バリア
層および高融点金属層を含む配線層をステップカバレッ
ジ良く、また平坦な配線層表面を安定に形成しうる多層
配線形成方法に関する。
される多層配線形成方法に関し、更に詳しくは、バリア
層および高融点金属層を含む配線層をステップカバレッ
ジ良く、また平坦な配線層表面を安定に形成しうる多層
配線形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積度化、高
性能化が進展するに伴い、半導体チップ上では配線部分
が占有する面積の割合が増加する傾向にある。配線領域
の拡大による半導体チップ面積の増大を避けるために
は、多層配線およびコンタクト電極による層間接続が必
須のプロセスとなっている。従来、電極・配線形成方法
としては、ＡｌやＡｌ合金をスパッタリングによる形成
することが広く行われてきた。しかし、上述のように配
線の多層化が進展し、その結果として半導体基板の表面
段差や接続孔のアスペクト比の増大が顕著となりつつあ
る状況下においては、スパッタリングによる方法ではス
テップカバレッジの不足による接続不良や断線が重大な
問題となってきた。
性能化が進展するに伴い、半導体チップ上では配線部分
が占有する面積の割合が増加する傾向にある。配線領域
の拡大による半導体チップ面積の増大を避けるために
は、多層配線およびコンタクト電極による層間接続が必
須のプロセスとなっている。従来、電極・配線形成方法
としては、ＡｌやＡｌ合金をスパッタリングによる形成
することが広く行われてきた。しかし、上述のように配
線の多層化が進展し、その結果として半導体基板の表面
段差や接続孔のアスペクト比の増大が顕著となりつつあ
る状況下においては、スパッタリングによる方法ではス
テップカバレッジの不足による接続不良や断線が重大な
問題となってきた。
【０００３】そこで近年、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等の高融点金
属層やＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ等の金属を接続孔内に選択
的に成長させて埋め込む、各種の選択ＣＶＤ法が提案さ
れている。この選択ＣＶＤは、金属ハロゲン化物や金属
カルボニル、有機金属化合物等のソースガスを、接続孔
底部に露出する下層配線材料により還元して構成金属を
所望部分に選択的に析出させるものである。しかし選択
ＣＶＤは、同一ＣＶＤ装置内でバッチ数を重ねると次第
にその選択性が劣化し、層間絶縁膜上等、不所望の部位
にも析出する傾向がある。また、ネイルヘッドと呼称さ
れる接続孔上の過剰成長部分が発生した場合には、その
部分を除去するためのエッチバックの制御性や均一性に
乏しいこと等の未解決の問題があり、未だ実用レベルに
達していないのが現状である。
属層やＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ等の金属を接続孔内に選択
的に成長させて埋め込む、各種の選択ＣＶＤ法が提案さ
れている。この選択ＣＶＤは、金属ハロゲン化物や金属
カルボニル、有機金属化合物等のソースガスを、接続孔
底部に露出する下層配線材料により還元して構成金属を
所望部分に選択的に析出させるものである。しかし選択
ＣＶＤは、同一ＣＶＤ装置内でバッチ数を重ねると次第
にその選択性が劣化し、層間絶縁膜上等、不所望の部位
にも析出する傾向がある。また、ネイルヘッドと呼称さ
れる接続孔上の過剰成長部分が発生した場合には、その
部分を除去するためのエッチバックの制御性や均一性に
乏しいこと等の未解決の問題があり、未だ実用レベルに
達していないのが現状である。
【０００４】かかる実情に鑑み、選択ＣＶＤに代わって
見直されつつあるのがブランケットＣＶＤによる電極・
配線形成方法である。ブランケットＣＶＤは、成長下地
面の化学的性質の行かんに関わらず、下地全面に選択性
無く析出することからかかる名称が付けられる。ブラン
ケットＣＶＤの一例として、接続孔が開口された層間絶
縁膜の全面を被覆した、この接続孔を埋め込むようにＷ
等の高融点金属層を形成するプロセスが代表例である。
なお、ブランケットＣＶＤによるＷのコンタクトホール
埋め込みに関して一般的な解説記事が、例えば月刊セミ
コンダクターワールド誌１９９０年１１月号２２０ペー
ジに掲載されている。
見直されつつあるのがブランケットＣＶＤによる電極・
配線形成方法である。ブランケットＣＶＤは、成長下地
面の化学的性質の行かんに関わらず、下地全面に選択性
無く析出することからかかる名称が付けられる。ブラン
ケットＣＶＤの一例として、接続孔が開口された層間絶
縁膜の全面を被覆した、この接続孔を埋め込むようにＷ
等の高融点金属層を形成するプロセスが代表例である。
なお、ブランケットＣＶＤによるＷのコンタクトホール
埋め込みに関して一般的な解説記事が、例えば月刊セミ
コンダクターワールド誌１９９０年１１月号２２０ペー
ジに掲載されている。
【０００５】ところで、ブランケットＣＶＤによるＷ等
の高融点金属は残留応力が大きく、下地の導電材料層や
層間絶縁膜との密着性が充分ではない。このため配線剥
離やコンタクト抵抗の増大等の問題を生じる場合があ
る。また下地の導電材料層との間に、不所望な拡散を生
じることもある。そこで高融点金属層形成前に、下地層
としてＴｉ／ＴｉＮ等の積層構造からなるＴｉ系材料層
を、密着層を兼ねるバリア層として薄くコンフォーマル
に形成しておくことが通常おこなわれる。バリア層は通
常スパッタリングや反応性スパッタリングにより形成さ
れるが、接続孔の開口径が縮小しアスペクト比が大きく
なるにつれ、よりステップカバレッジに優れたＣＶＤ法
により形成される場合もある。
の高融点金属は残留応力が大きく、下地の導電材料層や
層間絶縁膜との密着性が充分ではない。このため配線剥
離やコンタクト抵抗の増大等の問題を生じる場合があ
る。また下地の導電材料層との間に、不所望な拡散を生
じることもある。そこで高融点金属層形成前に、下地層
としてＴｉ／ＴｉＮ等の積層構造からなるＴｉ系材料層
を、密着層を兼ねるバリア層として薄くコンフォーマル
に形成しておくことが通常おこなわれる。バリア層は通
常スパッタリングや反応性スパッタリングにより形成さ
れるが、接続孔の開口径が縮小しアスペクト比が大きく
なるにつれ、よりステップカバレッジに優れたＣＶＤ法
により形成される場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように、Ｔｉ系材
料層からなるバリア層形成は、ブランケットＣＶＤによ
る高融点金属層の形成には必須のプロセスとなってい
る。しかしながら実際の製造段階においては、これら一
連のプロセスの安定性には解決すべき問題点が残ってい
る。それは、バリア層上にブランケットＣＶＤにより形
成する高融点金属層に異常成長部が発生する場合がある
ことである。
料層からなるバリア層形成は、ブランケットＣＶＤによ
る高融点金属層の形成には必須のプロセスとなってい
る。しかしながら実際の製造段階においては、これら一
連のプロセスの安定性には解決すべき問題点が残ってい
る。それは、バリア層上にブランケットＣＶＤにより形
成する高融点金属層に異常成長部が発生する場合がある
ことである。
【０００７】すなわち、Ｗ等の高融点金属層をブランケ
ットＣＶＤにより形成する場合、この高融点金属層の一
部領域の成長速度が異常に大きくなる減少である。これ
を図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
ットＣＶＤにより形成する場合、この高融点金属層の一
部領域の成長速度が異常に大きくなる減少である。これ
を図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【０００８】図２（ａ）〜（ｃ）は従来のブランケット
ＣＶＤによる高融点金属層形成における問題点を示す概
略断面図である。まず図２（ａ）に示すように、導電材
料層１上の層間絶縁膜２に接続孔３を開口し、さらにＴ
ｉ系材料によるバリア層４を薄くコンフォーマルに、す
なわち下地の接続孔３の段差形状を反映するように形成
する。
ＣＶＤによる高融点金属層形成における問題点を示す概
略断面図である。まず図２（ａ）に示すように、導電材
料層１上の層間絶縁膜２に接続孔３を開口し、さらにＴ
ｉ系材料によるバリア層４を薄くコンフォーマルに、す
なわち下地の接続孔３の段差形状を反映するように形成
する。
【０００９】この状態でまずＳｉＨ4還元法によるブラ
ンケットＣＶＤ条件により、高融点金属の核形成を短時
間おこなう。この初期層形成処理により、バリア層４上
には極く薄い高融点金属層５が形成されるとともに、一
部の領域において異常成長部６が発生する。この状態を
図２（ｂ）に示す。
ンケットＣＶＤ条件により、高融点金属の核形成を短時
間おこなう。この初期層形成処理により、バリア層４上
には極く薄い高融点金属層５が形成されるとともに、一
部の領域において異常成長部６が発生する。この状態を
図２（ｂ）に示す。
【００１０】この後、Ｈ2還元法によるブランケットＣ
ＶＤ条件に切り替えて、高融点金属層５を所望の厚さに
迄成長する。このＨ2還元法の段階においては、新たな
異常成長が生じることはないが、先のＳｉＨ4還元法に
よる初期層の表面形状を引き継いで、高融点金属層５の
表面には異常成長部６が残留する。この状態を図２
（ｃ）に示す。
ＶＤ条件に切り替えて、高融点金属層５を所望の厚さに
迄成長する。このＨ2還元法の段階においては、新たな
異常成長が生じることはないが、先のＳｉＨ4還元法に
よる初期層の表面形状を引き継いで、高融点金属層５の
表面には異常成長部６が残留する。この状態を図２
（ｃ）に示す。
【００１１】この後、高融点金属層５およびバリア層４
をエッチバックして接続孔内にのみ残し、コンタクトプ
ラグを形成するか、あるいは高融点金属層５およびバリ
ア層４を配線形状にパターニングして上層配線を形成す
る（ともに図示せず）。
をエッチバックして接続孔内にのみ残し、コンタクトプ
ラグを形成するか、あるいは高融点金属層５およびバリ
ア層４を配線形状にパターニングして上層配線を形成す
る（ともに図示せず）。
【００１２】しかしながら、いずれの方法においても異
常成長部６の形状を引き継いで、コンタクトプラグや上
層配線の平坦性が悪化したり、残査として残る。このた
め、この後のプロセスで形成する上部構造層のステップ
カバレッジが悪化したり、短絡等を発生し、多層配線の
信頼性を低下する原因となる。
常成長部６の形状を引き継いで、コンタクトプラグや上
層配線の平坦性が悪化したり、残査として残る。このた
め、この後のプロセスで形成する上部構造層のステップ
カバレッジが悪化したり、短絡等を発生し、多層配線の
信頼性を低下する原因となる。
【００１３】本発明は上述した従来の多層配線形成方法
における問題点を解決することをその課題とする。すな
わち本発明の課題は、Ｔｉ系材料層等のバリア層上にブ
ランケットＣＶＤによる高融点金属層を形成する際の異
常成長を防止し、信頼性の高い多層配線形成方法を提供
することである。
における問題点を解決することをその課題とする。すな
わち本発明の課題は、Ｔｉ系材料層等のバリア層上にブ
ランケットＣＶＤによる高融点金属層を形成する際の異
常成長を防止し、信頼性の高い多層配線形成方法を提供
することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の多層配線形成方
法は、導電材料層上の層間絶縁膜に接続孔を開口する工
程、この接続孔内および層間絶縁膜上にＴｉ系材料層か
らなる密着層を兼ねるバリア層をコンフォーマルに形成
する工程、このバリア層上に、高融点金属層を形成する
工程を有する多層配線形成方法であって、このバリア層
表面にスパッタエッチング処理からなる均質化処理を施
して均質化層を形成した後、連続的に高融点金属層をブ
ランケットＣＶＤ法により形成することを特徴とするも
のである。ここで連続的という用語は、均質化層が形成
された被処理基板を大気等に曝すことなく、直ちに高融
点金属層を形成することを意味する。以下の連続的とい
う用語についても上記と同義である。このためには、被
処理基板に均質化処理を施すためのスパッタエッチング
装置等と、ブランケットＣＶＤ装置とをゲートバルブで
連接した、連続処理装置を採用することが望ましい。
法は、導電材料層上の層間絶縁膜に接続孔を開口する工
程、この接続孔内および層間絶縁膜上にＴｉ系材料層か
らなる密着層を兼ねるバリア層をコンフォーマルに形成
する工程、このバリア層上に、高融点金属層を形成する
工程を有する多層配線形成方法であって、このバリア層
表面にスパッタエッチング処理からなる均質化処理を施
して均質化層を形成した後、連続的に高融点金属層をブ
ランケットＣＶＤ法により形成することを特徴とするも
のである。ここで連続的という用語は、均質化層が形成
された被処理基板を大気等に曝すことなく、直ちに高融
点金属層を形成することを意味する。以下の連続的とい
う用語についても上記と同義である。このためには、被
処理基板に均質化処理を施すためのスパッタエッチング
装置等と、ブランケットＣＶＤ装置とをゲートバルブで
連接した、連続処理装置を採用することが望ましい。
【００１５】本発明の一実施態様においては、この均質
化処理は、Ａｒ等の希ガスによるスパッタエッチング処
理であることを特徴とする。
化処理は、Ａｒ等の希ガスによるスパッタエッチング処
理であることを特徴とする。
【００１６】本発明の多層配線形成方法は、導電材料層
上の層間絶縁膜に接続孔を開口する工程、この接続孔内
および層間絶縁膜上にＴｉ系材料層からなる密着層を兼
ねるバリア層をコンフォーマルに形成する工程、このバ
リア層上に、高融点金属層を形成する工程を有する多層
配線形成方法であって、このバリア層表面にイオン注入
処理からなる均質化処理を施して非晶質化した均質化層
を形成した後、連続的に高融点金属層をブランケットＣ
ＶＤ法により形成することを特徴とするものである。
上の層間絶縁膜に接続孔を開口する工程、この接続孔内
および層間絶縁膜上にＴｉ系材料層からなる密着層を兼
ねるバリア層をコンフォーマルに形成する工程、このバ
リア層上に、高融点金属層を形成する工程を有する多層
配線形成方法であって、このバリア層表面にイオン注入
処理からなる均質化処理を施して非晶質化した均質化層
を形成した後、連続的に高融点金属層をブランケットＣ
ＶＤ法により形成することを特徴とするものである。
【００１７】つぎに作用の説明に移る。本発明者は、Ｔ
ｉ系材料層からなるバリア層上に、Ｗ等の高融点金属層
をブランケットＣＶＤにより形成する場合に異常成長部
が発生する原因につき検討を加えた結果、Ｔｉ系材料層
の表面に特異的に化学的活性が高い活性中心が離散的に
形成されていることが判明した。
ｉ系材料層からなるバリア層上に、Ｗ等の高融点金属層
をブランケットＣＶＤにより形成する場合に異常成長部
が発生する原因につき検討を加えた結果、Ｔｉ系材料層
の表面に特異的に化学的活性が高い活性中心が離散的に
形成されていることが判明した。
【００１８】かかる活性中心を有するバリア層上に、Ｓ
ｉＨ4還元法によるブランケットＣＶＤ条件により高融
点金属の核形成を施した場合には、この活性中心上に高
融点金属層の異常成長部が形成され易いことを確認し
た。
ｉＨ4還元法によるブランケットＣＶＤ条件により高融
点金属の核形成を施した場合には、この活性中心上に高
融点金属層の異常成長部が形成され易いことを確認し
た。
【００１９】この活性中心の発生原因に一つとして、Ｔ
ｉ系材料層のうち、特にＴｉＮ層にピンホールや、結晶
粒界等で膜質の弱い箇所が存在するためと考えられる。
このようなウィークポイントが存在するＴｉ系材料層上
にＷＦ6／ＳｉＨ4系反応ガスを流すと、その個所からＷ
Ｆ6ガスが侵入する。ＴｉＮの下層は元来非常に化学的
活性の高いＴｉ金属であるので、その部分でＷＦ6が選
択的に還元される一方、副反応生成物としてＴｉＦxが
形成され、このＴｉＦxが異常成長の核となるのであ
る。
ｉ系材料層のうち、特にＴｉＮ層にピンホールや、結晶
粒界等で膜質の弱い箇所が存在するためと考えられる。
このようなウィークポイントが存在するＴｉ系材料層上
にＷＦ6／ＳｉＨ4系反応ガスを流すと、その個所からＷ
Ｆ6ガスが侵入する。ＴｉＮの下層は元来非常に化学的
活性の高いＴｉ金属であるので、その部分でＷＦ6が選
択的に還元される一方、副反応生成物としてＴｉＦxが
形成され、このＴｉＦxが異常成長の核となるのであ
る。
【００２０】活性中心のもう一つの発生原因と考えられ
るのは、スパッタリングあるいは反応性スパッタリング
によりＴｉ系材料層を形成する場合に、スパッタリング
装置の放電の不均一あるいは不安定から、局部的に電流
密度が大きい部分あるいは異常放電部分が発生し、この
部分の表面が化学的な活性中心となることである。スパ
ッタリングにおける放電の不均一の原因は、例えばＴｉ
金属のターゲット材料とする場合、大電力密度でスパッ
タリングパワーを供給する必要があること、スパッタリ
ングの進行につれてターゲットのエロージョン領域の形
状が変化すること、あるいはスパッタリング装置中に不
可避的に存在するマイクロダスト等の影響が挙げられ
る。
るのは、スパッタリングあるいは反応性スパッタリング
によりＴｉ系材料層を形成する場合に、スパッタリング
装置の放電の不均一あるいは不安定から、局部的に電流
密度が大きい部分あるいは異常放電部分が発生し、この
部分の表面が化学的な活性中心となることである。スパ
ッタリングにおける放電の不均一の原因は、例えばＴｉ
金属のターゲット材料とする場合、大電力密度でスパッ
タリングパワーを供給する必要があること、スパッタリ
ングの進行につれてターゲットのエロージョン領域の形
状が変化すること、あるいはスパッタリング装置中に不
可避的に存在するマイクロダスト等の影響が挙げられ
る。
【００２１】本発明の骨子は、Ｔｉ系材料層からなるバ
リア層を形成後、その表面を何らかの手段により均質化
して局部的な活性中心を消滅するか、表面の化学的活性
を平均化することにより、高融点金属層の異常成長部の
発生を抑制する点にある。
リア層を形成後、その表面を何らかの手段により均質化
して局部的な活性中心を消滅するか、表面の化学的活性
を平均化することにより、高融点金属層の異常成長部の
発生を抑制する点にある。
【００２２】Ｔｉ系材料層からなるバリア層をスパッタ
リング等薄膜形成技術により成膜すると、バリア層はそ
の粒径が例えば平均２００ｎｍ程度の不規則な柱状微結
晶の集合体として形成される。この柱状微結晶のうちの
大粒径の部分、あるいは不純物等が偏析される結晶粒界
のうち大きいもの、さらにはピンホール部分等が、他の
部分と化学的活性を異にする。そこでこれら大型の柱状
微結晶、結晶粒界あるいはピンホール等の少なくとも表
示部分の組織を何らかの方法で消滅するか、あるいは化
学的組成を同じくして均質化を図れば、高融点金属層の
異常成長は防止できる。
リング等薄膜形成技術により成膜すると、バリア層はそ
の粒径が例えば平均２００ｎｍ程度の不規則な柱状微結
晶の集合体として形成される。この柱状微結晶のうちの
大粒径の部分、あるいは不純物等が偏析される結晶粒界
のうち大きいもの、さらにはピンホール部分等が、他の
部分と化学的活性を異にする。そこでこれら大型の柱状
微結晶、結晶粒界あるいはピンホール等の少なくとも表
示部分の組織を何らかの方法で消滅するか、あるいは化
学的組成を同じくして均質化を図れば、高融点金属層の
異常成長は防止できる。
【００２３】本発明はこの均質化処理の手段として、上
述したスパッタエッチング、イオン注入等を採用し、バ
リア層表面を非晶質化、微細結晶化し、あるいは化学的
組成不均一を解消する。
述したスパッタエッチング、イオン注入等を採用し、バ
リア層表面を非晶質化、微細結晶化し、あるいは化学的
組成不均一を解消する。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき図面を参
照して説明する。
照して説明する。
【００２５】実施例１
本実施例は、バリア層表面にスパッタエッチングにより
均質化処理を施した後、ブランケットＣＶＤにより高融
点金属層を形成した例であり、このプロセスを図1
（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。なお図１において
は、図２で説明した構成部分と動揺の箇所については同
じ参照符号を付すものとする。
均質化処理を施した後、ブランケットＣＶＤにより高融
点金属層を形成した例であり、このプロセスを図1
（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。なお図１において
は、図２で説明した構成部分と動揺の箇所については同
じ参照符号を付すものとする。
【００２６】まず、一例として図１（a）に示すよう
に、予め不純物拡散層が形成されたＳｉ等の半導体基板
あるいは多結晶シリコン等の下層配線からなる導電材料
層１上に、ＳｉＯ2等からなる層間絶縁膜２を形成し、
導電材料層１に臨む接続孔３を開口する。なお、層間絶
縁膜３の厚さは例えば０．７μｍ、接続孔６の開口径は
０．３５μｍである。次に全面にＴｉとＴｉＮをこの順
にスパッタリングおよび反応性スパッタリングにより形
成してコンフォーマルなバリア層４を被着する。バリア
層４の厚さは、例えばＴｉが２０ｎｍ、ＴｉＮが５０ｎ
ｍで合わせて７０ｎｍである。バリア層４の形成は平行
平板型ＤＣスパッタリング装置を採用し、一例として下
記スパッタリング条件によった。 Ｔｉスパッタリング条件 Ａｒ ４０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ 基板温度 １５０ ℃ ＤＣ出力 １０ ｋＷ 時間 ２０ ｓｅｃ ＴｉＮスパッタリング条件 Ａｒ ４０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ７０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ 基板温度 １５０ ℃ ＤＣ出力 １０ ｋＷ 時間 ６０ ｓｅｃ
に、予め不純物拡散層が形成されたＳｉ等の半導体基板
あるいは多結晶シリコン等の下層配線からなる導電材料
層１上に、ＳｉＯ2等からなる層間絶縁膜２を形成し、
導電材料層１に臨む接続孔３を開口する。なお、層間絶
縁膜３の厚さは例えば０．７μｍ、接続孔６の開口径は
０．３５μｍである。次に全面にＴｉとＴｉＮをこの順
にスパッタリングおよび反応性スパッタリングにより形
成してコンフォーマルなバリア層４を被着する。バリア
層４の厚さは、例えばＴｉが２０ｎｍ、ＴｉＮが５０ｎ
ｍで合わせて７０ｎｍである。バリア層４の形成は平行
平板型ＤＣスパッタリング装置を採用し、一例として下
記スパッタリング条件によった。 Ｔｉスパッタリング条件 Ａｒ ４０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ 基板温度 １５０ ℃ ＤＣ出力 １０ ｋＷ 時間 ２０ ｓｅｃ ＴｉＮスパッタリング条件 Ａｒ ４０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ７０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ 基板温度 １５０ ℃ ＤＣ出力 １０ ｋＷ 時間 ６０ ｓｅｃ
【００２７】このスパッタリングあるいは反応性スパッ
タリング条件によるバリア層表面には、図示しない活性
中心が不規則に存在しており、このまま次のブランケッ
トＣＶＤ工程に進んだ場合には、高融点金属層に異常成
長部が発生する。
タリング条件によるバリア層表面には、図示しない活性
中心が不規則に存在しており、このまま次のブランケッ
トＣＶＤ工程に進んだ場合には、高融点金属層に異常成
長部が発生する。
【００２８】そこで、図１（ａ）に示す被処理基板を平
行平板型ＤＣスパッタリング装置に連接されている平行
平板型スパッタエッチング装置（逆スパッタリング装
置）に搬送し、下記条件でバリア層４表面をスパッタエ
ッチングした。 Ａｒ １００ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ 基板温度 １５０ ℃ ＤＣ出力 １ ｋＷ 時間 ２０ ｓｅｃ この均質化処理により、バリア層４表面には均質化層４
ａが薄く形成された。この状態を図１（ｂ）に示す。
行平板型ＤＣスパッタリング装置に連接されている平行
平板型スパッタエッチング装置（逆スパッタリング装
置）に搬送し、下記条件でバリア層４表面をスパッタエ
ッチングした。 Ａｒ １００ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ 基板温度 １５０ ℃ ＤＣ出力 １ ｋＷ 時間 ２０ ｓｅｃ この均質化処理により、バリア層４表面には均質化層４
ａが薄く形成された。この状態を図１（ｂ）に示す。
【００２９】さらに、接続孔３を埋め込みかつ層間絶縁
膜２上のバリア層３をも被覆して略平坦面を形成するご
とく、ブランケットＣＶＤによりＷからなる高融点金属
層５を形成する。このブランケットＣＶＤは、一例とし
て下記２段階形成条件によった。まず、 ＷＦ6 ２５ ｓｃｃｍ ＳｉＨ4 １０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．１×１０4Ｐａ 基板温度 ４７５ ℃ のＳｉＨ4還元法の条件で２０秒間、Ｗの核形成を行っ
た後、 ＷＦ6 ６０ ｓｃｃｍ Ｈ2 ３６０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．１×１０4Ｐａ 基板温度 ４７５ ℃ のＨ2還元法の条件に切り替えて厚く堆積する。なお、
密着層兼バリアメタル層上の高融点金属層５の厚さは、
例えば０．３μｍである。ブランケットＣＶＤ終了後の
被処理基板を図１（ｃ）に示す。高融点金属層５には異
常成長部が形成されることなく、平坦な表面を有してお
り、接続孔の直上にのみ、成長表面の合わせ目であるシ
ームが形成されている。なお図１（ｃ）では均質化層４
ａがそのまま図示されているが、実際にはブランケット
ＣＶＤにおける熱履歴等によりこれは消滅する場合もあ
る。
膜２上のバリア層３をも被覆して略平坦面を形成するご
とく、ブランケットＣＶＤによりＷからなる高融点金属
層５を形成する。このブランケットＣＶＤは、一例とし
て下記２段階形成条件によった。まず、 ＷＦ6 ２５ ｓｃｃｍ ＳｉＨ4 １０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．１×１０4Ｐａ 基板温度 ４７５ ℃ のＳｉＨ4還元法の条件で２０秒間、Ｗの核形成を行っ
た後、 ＷＦ6 ６０ ｓｃｃｍ Ｈ2 ３６０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．１×１０4Ｐａ 基板温度 ４７５ ℃ のＨ2還元法の条件に切り替えて厚く堆積する。なお、
密着層兼バリアメタル層上の高融点金属層５の厚さは、
例えば０．３μｍである。ブランケットＣＶＤ終了後の
被処理基板を図１（ｃ）に示す。高融点金属層５には異
常成長部が形成されることなく、平坦な表面を有してお
り、接続孔の直上にのみ、成長表面の合わせ目であるシ
ームが形成されている。なお図１（ｃ）では均質化層４
ａがそのまま図示されているが、実際にはブランケット
ＣＶＤにおける熱履歴等によりこれは消滅する場合もあ
る。
【００３０】この後の工程は図示は省略するが、常法に
準拠して高融点金属層５およびバリア層４をエッチバッ
クして接続孔３内に埋め込み、コンタクトプラグを形成
する。あるいは高融点金属層５およびバリア層４を所望
の形状にパターニングしてコンタクトプラグを兼ねる上
層配線としてもよい。
準拠して高融点金属層５およびバリア層４をエッチバッ
クして接続孔３内に埋め込み、コンタクトプラグを形成
する。あるいは高融点金属層５およびバリア層４を所望
の形状にパターニングしてコンタクトプラグを兼ねる上
層配線としてもよい。
【００３１】本実施例によれば、バリア層表面をＡｒに
よりスパッタエッチングすることにより、高融点金属層
の異常成長部の形成を防止することができる。なおスパ
ッタエッチング用のガスは、Ａｒの他にＮｅ、Ｋｒある
いはＸｅ等の希ガスを用いてもよく、Ｎ2等他のガスを
用いてもよい。またスパッタエッチング装置は平行平板
型エッチング装置の他に各種方式のイオンビームエッチ
ング装置を用いてもよい。
よりスパッタエッチングすることにより、高融点金属層
の異常成長部の形成を防止することができる。なおスパ
ッタエッチング用のガスは、Ａｒの他にＮｅ、Ｋｒある
いはＸｅ等の希ガスを用いてもよく、Ｎ2等他のガスを
用いてもよい。またスパッタエッチング装置は平行平板
型エッチング装置の他に各種方式のイオンビームエッチ
ング装置を用いてもよい。
【００３２】実施例２本実施例は、バリア層表面にイオ
ン注入により均質化処理を施した例であり、このプロセ
スを同じく図1（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
ン注入により均質化処理を施した例であり、このプロセ
スを同じく図1（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００３３】本実施例では、図１（ａ）に示したバリア
層の形成までは前実施例１と同様であるので、重複する
説明は省略する。つぎに図１（ａ）に示す被処理基板を
イオン注入装置に搬送し、一例として下記条件によりバ
リア層４にイオン注入を施す。 イオン種 Ｎ+ 打ち込みエネルギ ５ ｋｅＶ ドーズ量 ５×１０15ｃｍ-2 時間 ２０ ｓｅｃ この均質化処理により、バリア層表面には図１（ｂ）に
示すように非晶質化した均質化層４ａが薄く形成され
た。なおこのイオン注入は、被処理基板を例えば３０°
程度傾けるとともに回転させながら施してもよい。斜め
イオン注入により、接続孔３側側壁部分のバリア層表面
にも均質化層４ａが均一に形成される。
層の形成までは前実施例１と同様であるので、重複する
説明は省略する。つぎに図１（ａ）に示す被処理基板を
イオン注入装置に搬送し、一例として下記条件によりバ
リア層４にイオン注入を施す。 イオン種 Ｎ+ 打ち込みエネルギ ５ ｋｅＶ ドーズ量 ５×１０15ｃｍ-2 時間 ２０ ｓｅｃ この均質化処理により、バリア層表面には図１（ｂ）に
示すように非晶質化した均質化層４ａが薄く形成され
た。なおこのイオン注入は、被処理基板を例えば３０°
程度傾けるとともに回転させながら施してもよい。斜め
イオン注入により、接続孔３側側壁部分のバリア層表面
にも均質化層４ａが均一に形成される。
【００３４】この後の工程、すなわち図１（ｃ）に示し
たブランケットＣＶＤによる高融点金属層の形成やエッ
チング処理等は前実施例１と同様であるので、重複する
説明は省略する。
たブランケットＣＶＤによる高融点金属層の形成やエッ
チング処理等は前実施例１と同様であるので、重複する
説明は省略する。
【００３５】本実施例によれば、バリア層表面にＮをイ
オン注入することにより、高融点金属層の異常成長部の
形成を効果的に防止することができる。ないイオン注入
種は、Ｎに限らず各種希ガスやＯ、あるいはＢ、Ｐまた
はＡｓ等の不純物源を用いてもよい。
オン注入することにより、高融点金属層の異常成長部の
形成を効果的に防止することができる。ないイオン注入
種は、Ｎに限らず各種希ガスやＯ、あるいはＢ、Ｐまた
はＡｓ等の不純物源を用いてもよい。
【００３６】以上、本発明の２例の実施例により説明し
たが、本発明のこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。
たが、本発明のこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。
【００３７】例えば、高融点金属層５としてＷを例示し
たが、Ｍｏ、Ｔａ等他の高融点金属であってもよい。ま
たバリア層４はＴｉ／ＴｉＮを例示したが、ＴｉＯＮ、
ＴｉＷ、ＴｉＳｉx等、下地や高融点金属層の材料に応
じて各種材料を適宜選択してよい。また３層以上の層構
成であってもよい。
たが、Ｍｏ、Ｔａ等他の高融点金属であってもよい。ま
たバリア層４はＴｉ／ＴｉＮを例示したが、ＴｉＯＮ、
ＴｉＷ、ＴｉＳｉx等、下地や高融点金属層の材料に応
じて各種材料を適宜選択してよい。また３層以上の層構
成であってもよい。
【００３８】さらに、使用するエッチング装置の構成等
は適宜変更可能であることは言うまでもない。
は適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
はバリア層を介して高融点金属層を形成する多層配線形
成方法において、高融点金属層の異常成長部の形成を防
止し、信頼性に優れた多層配線形成方法を提供すること
が可能となる。
はバリア層を介して高融点金属層を形成する多層配線形
成方法において、高融点金属層の異常成長部の形成を防
止し、信頼性に優れた多層配線形成方法を提供すること
が可能となる。
【図１】本発明の多層配線形成方法に適用した実施例１
ないし２を、その工程順に説明する概略断面図であり、
（ａ）は接続孔を有する導電材料層に臨んで開口した接
続孔および層間絶縁膜上にバリア層を形成した状態、
（ｂ）はバリア層に均質化処理を施した状態、（ｃ）は
ブランケットＣＶＤにより高融点金属層を形成した状態
である。
ないし２を、その工程順に説明する概略断面図であり、
（ａ）は接続孔を有する導電材料層に臨んで開口した接
続孔および層間絶縁膜上にバリア層を形成した状態、
（ｂ）はバリア層に均質化処理を施した状態、（ｃ）は
ブランケットＣＶＤにより高融点金属層を形成した状態
である。
【図２】従来の多層配線形成方法における問題点を、そ
の工程順に説明する概略断面図であり、（ａ）は接続孔
を有する導電材料層に臨んで開口した接続孔および層間
絶縁膜上にバリア層を形成した状態、（ｂ）はバリア層
上にＳｉＨ4還元法により初期層を形成して異常成長部
が発生した状態、（ｃ）はＨ2還元法によるブランケッ
トＣＶＤにより高融点金属層を形成した状態である。
の工程順に説明する概略断面図であり、（ａ）は接続孔
を有する導電材料層に臨んで開口した接続孔および層間
絶縁膜上にバリア層を形成した状態、（ｂ）はバリア層
上にＳｉＨ4還元法により初期層を形成して異常成長部
が発生した状態、（ｃ）はＨ2還元法によるブランケッ
トＣＶＤにより高融点金属層を形成した状態である。
１ 導電材料層
２ 層間絶縁膜
３ 接続孔
４ バリア層
４ａ 均質化層
５ 高融点金属層
６ 異常成長部
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−100221（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−243180（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−118525（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−83920（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−206818（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−112150（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−37836（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/768
H01L 21/28
H01L 21/3205
Claims (2)
- 【請求項１】 導電材料層上の層間絶縁膜に接続孔を開
口する工程、 前記接続孔内および前記層間絶縁膜上にＴｉ系材料層か
らなる密着層を兼ねるバリア層をコンフォーマルに形成
する工程、 前記バリア層上に、高融点金属層を形成する工程を有す
る多層配線形成方法であって、 前記バリア層表面に スパッタエッチング処理からなる均
質化処理を施して均質化層を形成した後、 連続的に前記高融点金属層をブランケットＣＶＤ法によ
り形成する ことを特徴とする、多層配線形成方法。 - 【請求項２】 導電材料層上の層間絶縁膜に接続孔を開
口する工程、 前記接続孔内および前記層間絶縁膜上にＴｉ系材料層か
らなる密着層を兼ねるバリア層をコンフォーマルに形成
する工程、 前記バリア層上に、高融点金属層を形成する工程を有す
る多層配線形成方法であって、 前記バリア層表面に イオン注入処理からなる均質化処理
を施して非晶質化した均質化層を形成した後、 連続的に前記高融点金属層をブランケットＣＶＤ法によ
り形成する ことを特徴とする、多層配線形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31119695A JP3518110B2 (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 多層配線形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31119695A JP3518110B2 (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 多層配線形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09148435A JPH09148435A (ja) | 1997-06-06 |
| JP3518110B2 true JP3518110B2 (ja) | 2004-04-12 |
Family
ID=18014260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31119695A Expired - Fee Related JP3518110B2 (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 多層配線形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3518110B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007027392A (ja) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | Denso Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-11-29 JP JP31119695A patent/JP3518110B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09148435A (ja) | 1997-06-06 |
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