JPH01232747A - 配線形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、配線形成方法に関する。本発明は、例えば半
導体装置（ＵＬＳＩなど）の配線形成に利用することが
できる。

〔発明の概要〕

本発明の配線形成方法は、半導体基体上にバリアメタル
層を形成し、絶縁膜を形成し、少なくともアルミニウム
を含む材料から成る配線を形成することによって、上記
絶縁膜によりバリアメタルと配線との間を絶縁して電池
効果によるアフターコロ−ジョンの増大を防止し、爾後
処理により上記絶縁膜を除去するようにすることによっ
て、配線の腐蝕による信顛性の低下等を防止できるよう
にしたものである。

〔従来の技術〕

従来より半導体装置等の配線構造、例えばＵＬＳｌの配
線構造として、半導体であるＳｉ等の中の拡散層との正
常な電気的接続を行うため、いわゆるバリアメタル構造
が採用されることがある。

バリアメタル構造の一例として、例えば第３図に示した
ようなＴｉ／ＴｉＮ／Ａｌ−５ｉの３層構造がある。図
中、１は基板またはポリシリコン層、２はＴｉ層、３は
ＴｉＮ層、５は例えばＳｉを１％含有するＡ１−３ｉ配
線層である。このような構造とすることによって、配線
層５と基板、あるいは配線層５とポリシリコン電極との
ショートなどの防止を確実ならしめるのである（バリア
メタル構造については、■プレスジャーナル刊［月刊Ｓ
ｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　　ＷｏｒｌｄＪ１９８７．
３、第９０〜９４頁参照）。ところが、この３層構造を
、レジストをマスクとして塩素系のガスでドライエツチ
ングを行うと、アフターコロ−ジョンと呼ばれるＡ１の
腐食を生じることがある。このアフターコロ−ジョンは
、配線の信頼性を低下させる原因の１つとなり、完全に
防止することが必要である。

このアフターコロ−ジョンの発生メカニズムしては、以
下のようなことが考えられる。

レジストをマスクとしてドライエツチング例えばＲＩＥ
した後の側壁は、第４図に示すように、Ｔｉ／ＴｉＮ／
Ａｆ−３ｉ（１％）の異種金属が電気的につながった形
で露出しているゝ（図中、符号６でレジストを示す）、
この側壁において、ニー　フチングガスとして用いたガ
スの残留塩素または塩素化合物が空気中の水分を吸収す
ると、ＨＣｆを含む液滴Ａが形成される。このようにし
て生じたＨ　Ｃｆ溶液中では、次の反応が起こると推定
される。

Ａｊ！−Ｓｉ側：Ａｌ＋４Ｃ１−＝ＡＩＣ１２＋３ｅ−
ＡＩＣｆ２＋３Ｈ２０→Ａ　ｌ　（０１１）　ｙ・＋３
８”＋４Ｃｆｆｉ−ＴｉＮ　側　：　　　　３　　Ｈ”
＋　　３　　ｅ−＝　　３／２Ｈｚ　　↑即ち、この反
応系では、第４図内で、Ａｊ！−５ｉ−＝ＴｉＮ−液滴
−Ａρ−Ｓｉ　という電気的な回路（第４図中で太線で
示す）が形成され、一種の電波効果によってアフターコ
ロ−ジョンが増大すると考えられるものである。

このアフターコロ−ジョンに対しては、ＲＩＥ後の後処
理としてＦ系ガスプラズマ処理を行ったり、水洗処理を
行うことなどが通常なされているが、残留塩素の除去は
完全にはできないため、上記の反応により、アフターコ
ロ−ジョンが徐々に進行することは避けられない。場合
によってはＡｌ配線が弱（なって信頼性が劣化したり、
断線につながることもある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、少なくともアルミニウムを含む材料から
成る配線を有する構造にあっては、塩素を含むガスによ
りエツチングを行うと、どうしてもアフターコロ−ジョ
ンによる腐食の問題が避けられないのである。

本発明は、上記問題点を解決せんとするもので、バリア
メタル層を有する構造の配線を形成する方法であって、
アフターコロ−ジョンに対して十分な耐性をもった配線
の形成方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の配線方法は、半轟体基体上にバリアメタル層を
形成する工程と、絶縁膜を形成する工程と、少なくとも
アルミニウムを含む材料から成る配線を形成する工程と
、塩素を含むガスによりエツチングしてバターニングす
る工程と、処理により絶縁膜を除去する工程とを備える
ものであり、この構成によって上記目的を達成したもの
である。

本発明の構成について、後記詳述する本発明の一実施例
を示す第１図の工程例を参照して説明すると、次のとお
りである。

本発明においては、第１図（ａ）に例示するように、半
導体基体ｌａ上にバリアメタル層２，３を形成し、絶縁
膜４を形成し、少なくともアルミニウムを含む材料から
成る配線５を形成する。これを塩素を含むガスによりエ
ツチングしてバターニングするが、これは例えば第１図
（ａｌの如くフォトレジスト６を形成し、第１図（ｂｌ
のようにＲＩＥ等でバターニングすることで達成できる
。この第１図（ｂｌの状態では、エツチングされた側壁
においてバリアメタル層２．３（例えばＴｉ層２とＴｉ
Ｎ層３）及びアルミニウムを含む配線層５　（例えばへ
ｊ２−３ｉ層）が露出しているが、上記絶縁膜４が両者
の間に介在しており、パリアメクル層２．３と配線５と
は電気的には絶縁される。このため、前記第４図を用い
て説明した如き電池効果は発生しない。よって電池効果
によるアフターコロ−ジョンの問題は原理的に発生しな
い。

その後処理、例えば熱処理して、絶縁膜４を除去し、例
えば第１図（ｄ）に例示するような構造とする。

〔作用〕

上記のように本発明においては、塩素を含むガスにより
エツチングした後の状態では、バリアメタル層２，３と
配線５との間に絶縁膜４が介在しているので、電池効果
によるアフターコロ−ジョンの増大は生じず、腐食の発
生を防止できる。かつ、この陸用いる絶縁膜は前便な例
えば熱処理工程で除去するので、絶縁膜４形成に伴う問
題は何ら生じない。

本発明は上記のように、アフターコロ−ジョンの発生及
び進行を、従来の如く後処理により防止するというもの
ではなく、配線形成工程における積層構造の一部を変更
することでアフターコロ−ジョンに対して耐性を持たせ
るものである。

〔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。但し当然のことではあるが、本発明は以下述べる実
施例により限定されるものではない。

本実施例は、本発明を、バリアメタル構造を有するＵＬ
ＳＩの配線の形成に適用したものである。

本実施例では、まず第１図（ａｌに示すように、半導体
基体ｌａ上にバリアメタル層２．３としてＴｉ層（バリ
アメタル層２）及びＴｉＮ層（バリアメタル層３）を形
成する。これが本発明における、バリアメタル層の形成
工程に該当する。

本実施例では、半導体基体１ａは具体的には熱酸化膜で
あるＳｉ０ｇ膜である。即ち、本実施例に係るＵＬＳ　
１は、第１図（ａ）の構造の割断面（第１図（ａ）にお
けるｎ−ｎ線断面図に相当）である第２図に示すように
、半導体基板ｉｂであるＳｉ基板（またはポリＳｔ）上
にＳｉＯ□膜（半導体基体１ａ）が形成されて、基体が
構成されているものである。第２図は、バリアメタル層
２．３が形成された状態までのみ示しであるが、第２図
に示す如く、バリアメタル２．３は半導体基板ｔｂと接
した構造になっている。

次に、絶縁膜４を形成する。これが本発明における絶縁
膜の形成工程に該当する。

本実施例では絶縁膜４として、バリアメタル２゜３上に
Ｓｉ０ｇ膜を薄く形成した。これは例えば、ＣＶＤ法や
スパッタ法で形成できる。

次にアルミニウムを含む配線５を形成する。これが本発
明における配線形成工程に該当する。

本実施例では、Ｓｉを１重量％含むＡ１合金を配線の材
料として用いた。配線５をなずこのＡＡ−３ｉ（１％）
膜は、例えばスパッタ法や、ＣＶＤ法で形成することが
できる。

次に、バターニング工程に入るのであるが、本実施例で
は、所望の配線パターンを得るために、配線５上に所望
に応じたパターンに対応するフォトレジスト６を形成す
る。これにより、第１図（ａ）の構造が得られる。

このフォトレジスト６をマスクに、塩素を含むガスを用
いてエツチングを行い、配線５を所望パターンにパター
ニングして、第１図（ｂ）の構造を得る。これが本発明
におけるバターニング工程に該当する。

本発明において、エツチングガスとして用いる塩素を含
むガスとは、塩素分子Ｃ１ｔを含有するガス及び、塩素
原子を分子中に有するガスを含有するガスの双方いずれ
をも含む。いずれの場合にも、塩素に基づく配線の腐食
の問題が生ずるので、本発明を効果的に適用できるから
である。

本実施例では、上記フォトレジスト６をマスクに、塩素
系ガスを用いて異方性エツチングを行った。例えば、リ
アリティブイオンエツチングＲＩＥを用いることができ
る。

この時、エツチングにより形成された側壁には、第１図
（ｂ）のように配線５　（Ａｌ−ｓｔ）　、バリアメタ
ル層３．２（ＴｉＮ層、Ｔｉ層）が同時に露出している
が、配線５であるＡ＃−３ｉとバリアメタル層３である
Ｔ　ｉ　Ｎ層間は、絶縁膜４であるＳｉＯ□膜により電
気的に絶縁されている。このため、前述した電池効果に
よるアフターコロ−ジョンの増大は、原理上無い。

本実施例においてはその後、レジストを除去し、更に絶
縁層７を堆積させる。これにより第１図ｔｅｌの構造と
する。絶縁層７は、例えばＳ　ｉ　Ｏ２膜とすることが
でき、これは例えばＣＶＤ法により形成できる。第１図
ｆｅ）の状態では、バリアメタル２゜３と絶縁膜４と配
線５との積層構造であるＴｉ／’ｒ’　ｉ　Ｎ／Ｓ　ｉ
ｏｚ／Ａｊ２−５　ｉの構造は、絶縁層７に覆われ、空
気中の水分と接触するごとはない。

従って、たとえエツチングガス中の残留成分があっても
、ＨＣｌを含む液滴を形成することはない。

その後本実施例では、例えばＮ２雰囲気下で例えば４０
０°Ｃ１３０分の熱処理を行う。これにより第１図ｆｄ
）の構造とする。これが発明における、処理による絶縁
膜除去工程に該当する。即ち、本実施例では熱処理する
ことで、薄い絶縁膜４はアルミニウムにより還元され、
電気的な絶縁性は破壊される。これにより配線５　　（
Ａｊ！−３ｔ）とバリアメタル層２．３　（Ｔ　ｉ　Ｎ
／Ｔ　４層）が電気的に接触する。熱処理により絶縁膜
を除去するこの作用は、例えば自然酸化膜はアルミニウ
ムによってその絶縁性が破壊されるが、これと同様な作
用で、熱処理によりアルミニウムが二酸化シリコンを還
元し、！ｌ−ｔ！！縁性が破壊されることによるものと
考えられる。

この時に、たとえ塩素ガスを用いたエツチング後の後処
理が不充分で、残留塩素が存在していたとしても、もは
や水分は供給されないため、上述のアフターコロ−ジョ
ンの増大は原理的にあり得ない。また、最終的な構造と
して、配線５とバリアメタル層２．３　（Ａｊ２−３　
ｉ／Ｔ　ｉＮ／Ｔｉ）は電気的に接続されていることに
なり、従来の構造と区別なく問題な（使用可能である。

上述の如く本発明では、配線形成の工程においてバリア
メタル２．３と配線５との間に絶縁膜４が存在している
ので、電池効果によるアフターコロ−ジョンの増大が防
止できる。

加うるに本実施例にあっては、第１図（Ｃ１の如く絶縁
層７を形成したので、もはやその状態では空気中の水分
が遮断され、アフターコロ−ジョンの問題が防止される
。

このように本実施例では、従来のＡｌ−３ｉ−＋ＴｉＮ
−液滴−Ａｌ−３ｉで形成されていた電気回路（第４図
参照）が、ＡＡ−３ｉ−ＴｉＮ間で絶縁膜４により絶縁
されるため、電池効果によるアフターコロ−ジョンの増
大は原理上なく、従って信頼性を向上できるとともに、
残留塩素または塩素化合物を除去する工程までの時間を
長くすることもできる。かつ、熱処理によって絶縁膜４
の絶縁性を破壊できるので、アルミニウム配線として問
題は生じない。

なお本実施例では、電気的な接触を断つ絶縁膜４として
ＳｉＯ□膜を用いたが、これは後の処理（例えば熱処理
）で電導性をもつようにできるものであれば任意である
。

更に、バリアメタル層も任意であり、実施例で用いたＴ
　ｉ　／　Ｔ　ｉ　Ｎ以外にも、例えばｉ”　ｉ　／　
Ｔ　ｉ　Ｗなど他の材料でもよい。またアルミニウムを
含む配線形成のための材料も任意であり、Ａｎ−３ｉ（
１％）以外の、例えばＡ１でも勿論よ（、またＡ／−３
１−Ｃｕ、Ａ１−３１−Ｔｉなど、Ａ１以外の各種材料
が２種以上含まれるものでもよい。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明によれば、少なくともアルミニウムを
含む材料から成る配線を有し、かつバリアメタル層を有
する構造の形成に際して、塩素を含むガスによりエツチ
ングを行う場合でも、アフターコロ−ジョンによる腐食
に対して十分な耐性をもたせることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（８１〜社）は本発明の一実施例を工程順に断面
図で示すものである。第２図は、第１図（ａｌの■−■
線部分断面図である。第３図及び第４図は、従来例を説
明するための図である。 ｌａ、ｌｂ・・・半導体基体（ＳｉＯｘ膜、半導体基板
）、２・・・バリアメタル層（Ｔｉ層）、３・・・バリ
アメタル層（ＴｉＮ層）、４・・・絶縁膜、５・・・配
線。 特　許　出　願　人　　ソニー株式会社代理人　弁理士
　　高　月　　　亨 「゛ し。 當施例つ二重ｍ 第１図 裳先会／　ｃ７）Ｉ灘９ 第１図 １−π　ｍるの 第２図 捉巣技射 第３図 徒乗Ｆ、ｔ　９７ 第４図 手　ｙと　釘１１　　正　でｊ　（自発）昭和６３年６
月１０日 １、事件の表示　　昭和６３年特許願第６００５９号２
、発明の名称　　配線形成方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　　東京部品用図化品用６丁目７番３５号名称　（
２１８）ソニー株式会社 ４、代理人 住所　　〒１０２　　東京都千代田区二番町１１番９号
ダイアパレス二番町５０６号 電話　０３　（２２１）１９２２ ＦＡＸ　　０３　（２２１）１９２４ ５　捕　正　の　対　象　　明細書中、「発明の詳細な
説明」の欄。 補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基体上にバリアメタル層を形成する工程と、 絶縁膜を形成する工程と、 少なくともアルミニウムを含む材料から成る配線を形成
   する工程と、 塩素を含むガスによりエッチングしてパターニングする
   工程と、 処理により絶縁膜を除去する工程とを備えることを特徴
   とする配線形成方法。