JPH02271631A

JPH02271631A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH02271631A
Application number: JP9412589A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yokoyama; 横山　謙二
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1989-04-13
Publication date: 1990-11-06

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］本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に配線の形成
方法に関するものである。

［従来の技術］従来の半導体装置の製造方法は１例えば、第２図の如（
、トランジスタ等が形成されたシリコン基板２０１上に
第１の絶縁膜として、ＳｉＨ４と０２やＮ２０をプラズ
マや熱反応させた第１のジノコン酸化Ｉｔ！　２０２を
０．２〜０．１ｕｍ程度気相成長させ、電極取り出し用
の接続孔を開孔した後に、Ａ２合金２０３をスパッタリ
ング法で０５〜１．２μｍ程度スパッタ法により形成し
、フォトエツチングにより、所望の形状にパクーニング
し、第２の絶縁膜として、第２のシリコン酸化ｎ＝　２
０４を第１のシリコン酸化膜と同様の方法で０．４〜２
．０μｍ形成し、フォトエツチングにより所望部分に上
層配線又は外部との接続をとるだめの開口部を設けると
いう方法を用いている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、前述の従来技術では、Ａ２合金として通常使用
されるＡｌ２−５ｉ合金では、ＡＲ中に含まれる過剰な
Ｓｉが、電極取り出し用の接続孔（コンタクトホール）
に析出し、コンタクト抵抗が高くなってしまう０通常０
．５〜２．０％のＳｉを含むＡｌ合金を使用するが、室
温で約０．　１５９（、，４５０℃で約０．５％程度の
ＳｌがＡｇ中に溶は込み、残りは析出してしまう。

大きなコンタクトホールの場合は、全面にＳｉが析出す
る事はないが、微細化が進んでくると全面にＳｉが析出
し、コンタクト抵抗の増大を引き起こす、この析出を防
止する為にＳｉの量を少なくする方法も考えられるが、
この場合、コンタクトホール部のＳｉがＡｇ中に溶は込
み、接合破壊を引き起こす恐れがある０以上の現象はＡ
ｌ２−３ｉ合金にＣｕ等の他の不純物を添加した場合に
も同様である。又、Ａ２合金を所望の形状にバターニン
グする場合のフォト工程でフォトレジストを露光する場
合、Ａ２合金の反射率が高いため、第３図のような段差
部では、必要のない部分まで露光され、第４図（ａ）の
ような形状となるべきものが第４図（ｂ）のような形状
となり、断線が生じる場合もあるという問題もあった。

本発明は、このような問題点を解決するもので、その目
的とするところは、コンタクトホールでのＳｉとＡｇ、
の反応を防止する事により、Ｓｉの析出を無くし、コン
タクト抵抗の増大を防止し、さらに所望の形状に忠実に
バターニングされた配線を提供するところにある。

［課題を解決するための手段］本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１
の絶縁膜を形成する工程、第１の絶縁膜の所定部に開口
部を設ける工程、１０〜２０ｎｍのＴｉと８０〜１５０
ｎｍの第１のＴｉＮ膜を連続して形成する工程、７００
〜８００℃の熱処理を行なう工程、Ａｌ合金と、３０〜
４０ｎｍの第２のＴｉＮ膜を連続して形成する工程、第
１のフォトレジストをマスクとして、前記第１の絶縁膜
上の４つの層をエツチングする工程、前記第１のフォト
レジストを除去し、第２の絶縁膜を形成する工程、所定
部に開口部を設けた第２のフォトレジストをマスクとし
て、第２の絶縁膜と第２のＴｉＮをエツチングする工程
を含むことを特徴とする。

［実　施　例１以下１本発明の一実施例について、第１図に基づき詳細
に説明する。

まず（ａ）図の如く、トランジスタ等が形成されたシリ
コン基板１０１上に第１の絶縁膜として、５ｉ）（＜と
０２やＮ２０をプラズマや熱反応させた第１のシリコン
酸化Ｉｆ！　１０２を０．２〜０．１ｕｍ程度気相成長
させ、平坦性を向上させるため、アルコール類にシラノ
ール等を溶かした塗布ガラスを、スピンコードし、８０
０℃程度の熱処理を行なう。熱処理を行なった塗布ガラ
スは、第１のシリコン酸化ｌ１ｉｉｉ１０２とほぼ同等
の膜質となる。さらに、下部の能動９Ｉｆ１１ＱＩとの
接続をとるための電極取り出し用の接続孔を）オトエッ
ヂングにより形成する。次に（Ｌ））図の如く、Ｔｉ１
０３をｌＯ〜２０ｎｍ、スパッタリング法で形成し、続
けて第１のＴｉＮ１０４を８０〜１５０ｎｍ、ＴｉＮタ
ーゲットを用いたスパッタリングｌ去又は、Ｔｉターゲ
ットを用いたりアクティブスパッタ法で形成する。この
２つの膜は、同一真空中で連続して形成することが望ま
しい。この時形成された、ＴｉＮは、欠陥が多く、完全
には窒化していないＴｉを含んだ膜となっているため（
Ｃ）図の如＜Ｎ２雰囲気でランプヒーターを用いた高速
熱処理を７００〜８００℃で３０秒行ない、ＴｉＮの膜
質を向上させる。次いで（ｄ”１図の如く、Ａｇ−０，
３％Ｃｕ　１０６を０．３〜１．０ｕｍ程度スパッタリ
ング法でバａ成し続けて第２のＴｉＮ１０７を３０〜４
０ｎｍ第１のＴＩＮと同様に形成する。この２つの膜も
、同一真空中で連続して形成することが望ましい。以上
のように形成されたＴｉ１０３、第１のＴｉＮ１０４、
Ａｇ−０，３％Ｃ１１１０６、第２のＴｉＮ１０７を配
線として使用する。この時のＴｉ及び第１のＴｉＮの膜
厚、熱処理温度は、コンタクト抵抗、接合破壊防止に大
きな関わりを持つ。第５図（ａ）は、Ｔｉ膜厚を変化さ
せ第１のＴｉＮを１１００ｎ、熱処理ｃ品度を７５０℃
，Ａｌ−０，３％Ｃｕを０．５ｕｍとして配線１げを形
成し、４５０℃２４時間の高温放置を行なった後の接合
破壊による不良率との関係を示し、（ｂ）は、（ａ）と
同様にＴｉをＩＯｎｍとＴｉＮを変化させた時の接合破
壊による不良率との関係を示す。Ｔｉ膜厚が３０ｎｍ以
上になると、接合破壊が起こり始める。又Ｔ１なしの場
合は、Ｐ±Ｓｉとのコンタクト抵抗が約１０倍となる為
、Ｔｉの最適膜厚は１０〜２０ｎｍである。ＴｉＮ膜厚
が６０ｎｍ以下になると接合破壊が生しることから′「
ＩＮの最適膜厚は８０ｎｍ以上である。第６図にＴｉを
１０ｎｍ、第１のＴｉＮを１１００ｎ、Ａｌ２−０゜３
％Ｃｕを０．５ｕｍとし熱処理温度を変化させ４５０℃
２４時間の高温放置を行なった後の接合破壊による不良
率（（ａ）図）Ｎ±ＳｉおよびＰ±Ｓ１とのコンタクト
抵抗（（ｂ）図）を示す。

コンタクト径は１．Ｏｕｍφである。６５０℃以下の熱
処理では、ＴｉＮの■り質が不充分で接合破壊による不
良が発生する。８５０℃以上の熱処理では、Ｔｉ層が窒
化しＴｉなしの場合と同様にＰ”Ｓｉとのコンタクト抵
抗が約１０倍となってしまう０以上の結果より熱処理温
度は、７００〜８００℃が最適である。Ｔｉ１０３、第
１のＴｉＮ１０４、Ａｌ２−０．３％Ｃｕｌ　０６、第
２のＴｉＮ１０７を所望の配線パターンを持つ第１のフ
ォトレジスト１０８をマスクとし、（ｅ）図の如＜、Ｂ
Ｃｌ２．、Ｃｆｆ５等をエツチングガスとして用いた、
ドライエツチングによりパターニングを行なう、この時
マスクとして使用する第１のフォトレジスト１０８を露
光によりバターニングする時、表面がＡＩ２合金等の反
射率が高い膜で下に段差が存在する場合、第３図のよう
にＡＲ合金表面の光の反射により、（ａ）図のような露
光マスク３０７を使用しても（ｂ）図の如く露光マスク
３０７とは違ったパターンをもったフォトレジスト３０
６が形成されてしまう、しがし、ＴｉＮをＡ２合金の表
面に形成することにより、第４図（ｂ）のようなパター
ンとなっていたものが（ａ）図のように露光マスクに忠
実なパターンを得る事ができる。−船釣に露光に使用さ
れる波長４３６ｎｍを使用し、ＴｉＮがない場合を１０
０％とした場合の光反射強度とＴｉＮ膜厚の関係を第７
図に示す。ＴｉＮが５０　ｎ　ｍ以上では反射強度が徐
々に増していくため３３０−４０ｎが最適膜厚である６
次に（ｆ）図の如く、マスクとして（重用した第１のフ
ォトレジスト１０８を除去し、０２〜０．７Ｌ１ｍの第
２のシリコン酸化膜１０９を５ｉ）１．と０□やＮ２０
を１吏い、プラズマや熱反応で形成する０次いで、（ｇ
Ｊ図の如く、上層の配線あるいは、外部との接続をとる
為の接続孔を形成する為、第２の）４トレジスｌ−１１
０をマスクとして第２のシリコン酸化膜＋０９及び第２
のＴｉＮ１０４をエツチングにより除去し、（ｈ）図の
如くマスクとして使用した第２のフォトレジスト１１０
を除去する。ここで接続孔の部分のＴｉＮを除去したが
、ＴｉＮを残すことも可能である。しかし、第８図の（
ａ）図の如＜ＴｉＮを残した場合、上の配線層として使
用するＡβ−０，３％Ｃｕとの接解抵抗が、（ｂ）図の
ようにＴｉＮを除去した時に比べ１０１ｇ以上となって
しまう。又、外部との接続をとる場合、一般にＡＵとの
接触となるが、ＡＲ−０，３％ＣｕとＡｕとの密着性に
比べ、ＴｉＮとＡｕとの密着性は劣り、信頼性に欠ける
ものとなることから、接続孔の部分のＴｉＮは完全に除
去する。ここでは絶縁膜として、シリコン酸化膜を使用
したが、他に、シリコン窒化膜、有機絶縁膜あるいは、
それらの晴層膜が使用可能である。又、Ａｌ合金として
、Ａ３−０．３％Ｃｕを使用したが、他のＡε−ＣＬ１
合金、Ａｌ−５ｉ合金、Ａ９−５ｉ−Ｃｕ合金等が使用
可能であるが、Ｓｉを含む合金は、前述したように過剰
なＳｉが配線中に析出し、その部分の配線抵抗を上げて
しまうという問題を生じてしまう、Ｓｌを含む合金を使
用する場合は、Ｓｉ１度を０．２％以下【こすることが
望ましい０本発明の方法で形成した配線は、ＡＱ合合金
層の配線に比べ第９図に示すようにエレクトロマイグレ
ーション寿命は、５倍以上となる。

［発明の効果１本発明によれば、以下に示す効果を有する。

配線層をＴｉおよびＴｉＮを形成し、熱処理を行ない、
Ａｌ合金右よびＴｉＮの形成を行なうという方法で形成
することにより、コンタクト抵抗でのＳｉとＡεの反応
を防止し、低いコンタクト抵抗が得られ、さらに、所望
の形状に忠実にバターニングされた配線を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｈ）は０本発明の半導体装置の製造方
法の一実施例を工程順に示す断面図である。第２図は従
来の技術により製造した半導体装置の断面図である。第
３図（ａｌ、（ｂ）は、従来技術による配線パターン形
成のフォト工程図を示し、（ａ）は露光中、（ｂ）は現
像後の断面図である。第４図（ａ）、（ｂ）は、配線パ
ターン形成後の平面図であり、（ａ）は１本発明の方法
によるもの、（ｂ）は従来の技術によるものである。第
５図（ａ）は、Ｔｉ膜厚と接合破壊による不良率の関係
を示すグラフ。第５図（ｂ）はＴｉＮ膜厚と接合破壊に
よる不良率の関係を示すグラフ。第６図（ａ）は熱処理
７晶度と接合破壊による不良率の関係を示すグラフ。第
６図（ｂ）は、熱処理温度とコンタクト抵抗の関係を示
すグラフ。第７図は、ＡＩ２合金上のＴｉＮ膜厚と光反射強度の関
係を示すグラフ。第８図（ａ）は、接続孔の部分にＴｉ
Ｎを残した時の断面図、第８図（ｂ）は、ＴｉＮを除去
した場合の断面図である。第９図は１本発明の配線及び
従来波１＝ｆｌｉの配線のエレクトロマイグレーション
の試験結宋を示すグラフである。１０１、　２０］　　、１０２、２０２．１０３　　・　・　・　・　・３０１　　、８０１・・・シリコン基板３０２．８０２・・・第１のシリコン酸化膜・・・Ｔ１Ｏ４・０５　・０６　・０７　・０８　・０９．１１０　　・２０３．３０３．３０６　・３０７　・３０８　・４０２．４０３．８０３　・８０６　　・８０４　・２０４．３０５　・４０１　．４０５　・４０６　・・・・第１のＴｉＮ・・・Ｎ２中での熱処理・・・Ａβ−０３％Ｃｕ・・・第２のＴｉＮ・・・第１のフォトレジスト３０４．８０５・・・第２のシリコン酸化ｌｌＱ・・・第２のフォトレジスト・・・Ａ２合金・・・多結晶シリコン・・・フォトレジスト・・・露光マスク・・・光・・・シリコン酸化膜・・・配線・・・第１のＡｌ合金・・　第２のＡ９合金・・・ＴｉＮ１５Ｌ　　Ｌ　　’ｉ　　’、　　ヒトす第　１　　回士咳１ｊ　（ｎ−＝、）千ＮＲＬぶト九）集　　　り回窩ム図第図情 → 啓９゜短１を温度（′″Ｃ）番処復落＆（０こ）第回Ｔｒ　Ｎ　ＰＬ！−（答へ）脩　　７　　図築図重

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程、第
１の絶縁膜の所定部に開口部を設ける工程、１０〜２０
ｎｍのＴｉと８０〜１５０ｎｍの第１のＴｉＮを連続し
て形成する工程、７００〜８００℃の熱処理を行なう工
程、Ａｌ合金と３０〜４０ｎｍの第２のＴｉＮを連続し
て形成する工程、第１のフォトレジストをマスクとして
、前記第１の絶縁膜上の４つの層をエッチングする工程
、前記第１のフォトレジストを除去し、第２の絶縁膜を
形成する工程、所定部に開口部を設けた第２のフォトレ
ジストをマスクとして、第２の絶縁膜と第２のＴｉＮを
エッチングする工程を含むことを特徴とする半導体装置
の製造方法。
（２）熱処理をＮ＿２雰囲気で行なうことを特徴とする
請求項１記載の半導体装置の製造方法。