JPH025521A - 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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JPH025521A
JPH025521A JP15480488A JP15480488A JPH025521A JP H025521 A JPH025521 A JP H025521A JP 15480488 A JP15480488 A JP 15480488A JP 15480488 A JP15480488 A JP 15480488A JP H025521 A JPH025521 A JP H025521A
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JP
Japan
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film
high melting
melting point
thin film
wiring
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JP15480488A
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English (en)
Inventor
Minoru Inoue
實 井上
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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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】 〔概要〕 アルミニウム(AA)配線の信転性を向上させて高集積
化及び高密度化した半導体装置を製造するのに好適な方
法に関し、 Al配線となるAI!膜の下地である高融点金属薄膜を
形成する際のスパッタリング条件を最適化し、しかも、
高融点金属薄膜を形成した後はウェハを大気に曝すこと
なく、連続してAβ膜を形成するようにし、Al配線の
信顛性を向上させようとする。
半導体基板を高融点金属が微細な多結晶を維持し得る程
度の低温で加熱しつつその上にスパッタリング法で高融
点金属薄膜を形成する工程と、該工程に引き続いて該高
融点金属薄膜の上にスパックリング法でアルミニウム膜
を形成し両膜を反応させる工程とを含んでなるよう構成
する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、Al配線の信頬性を向上させて高集積化及び
高密度化した半導体装置を製造するのに好適な方法に関
する。
一般に、半導体装置の配線が微細化すると、例えばAl
配線の場合、その線幅よりもスパッタリング法を形成し
たA/膜に於ける結晶粒径の方が大きくなり、所謂、バ
ンブー構造となる。
このようになると、配線内のA7!粒子の粒径分布の不
均一性に依ってエレクトロマイグレーション及びストレ
ス・マイグレーションに起因する不良や陥没が発生し、
素子特性に劣化を生じることが知られている。従って、
A1配線の信頼性を向上する為にはA7!膜に於けるA
4粒子の粒径を均一化することが必要である。
〔従来の技術〕
従来、Al配線の信頼性を向上する為、層間絶縁膜に電
極コンタクト窓を形成してから、Al配線を形成する前
に、スパッタリング法を適用して高融点金属薄膜を形成
−し、その上に形成したAl膜とを反応させて高融点金
属と/lとの化合物を生成させ、それに依って粒径が均
一なAlを固定化し、A7!膜全体の粒径も均一化する
ことが試みられている(要すれば、IEEE  ED−
28゜1981.351、参照)。
この手段に依ると、条件さえ整えば、比較的均一な粒径
をもつAl膜を形成することができ、前記マイグレーシ
ョンなどに対し、かなりの耐性がある。
〔発明が解決しようとする課題〕 前記改良された従来技術は、それなりの効果を発揮する
が、全て良いことづくめではない。即ち、スパッタリン
グ法を適用して高融点金属薄膜を形成する際の条件如何
に依って、Al配線のエレクトロマイグレーション特性
が左右される旨の欠点がある。
また、高融点金属薄膜を形成した後、ウェハを大気中に
取り出すので、表面に薄い酸化膜が生成され、その上に
Al膜を形成しても高融点金属薄膜と反応しなくなる。
尚、前記酸化膜を除去する為、真空雰囲気中で前処理を
施し、その後、Al膜を形成する試みもなされているが
、そのようにすると、高融点金属薄膜の表面に荒れを生
じ、前記同様、Al膜との均一な反応が妨げられる。
本発明では、高融点金属薄膜を形成する際のスパッタリ
ング条件を最適化し、しかも、高融点金属薄膜を形成し
た後はウェハを大気に曝すことなく、連続してAl膜を
形成するようにし、Al配線の信頼性を向上させようと
する。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に依る半導体装置の製造方法に於いては、半導体
基板(例えはシリコン半導体基板1)を高融点金属が微
細な多結晶を維持し得る程度の低温(例えば150(”
c)以下)で加熱しつつその上にスパッタリング法で高
融点金属薄膜(例えばTiからなる高融点金属薄膜5)
を形成する工程と、該工程に引き続いて該高融点金属薄
膜の上にスパッタリング法でアルミニウム膜(例えばA
l配線6となるAl膜)を形成し両膜を反応させる工程
とを含んでなるよう構成する。
〔作用〕
前記手段を採ることに依り、高融点金属薄膜は微細な多
結晶からなる平滑なものとなり、しかも、表面は酸化さ
れていないので清浄であることから、その上に連続して
Al膜を形成すると、高融点金属とAlとはAl膜の成
膜時に均一に反応し易くなり、従って、A7!の粒径は
均一になり、その結果、Al配線はエレクトロマイグレ
ーションやストレス・マイグレーションに対する耐性が
高くなって信頼性が向上する。
〔実施例〕
第1図は本発明の基本的な実施例に依って作成されたA
l配線を説明する為の半導体装置の要部切断側面図を表
している。
図に於いて、1はシリコン半導体基板、2は層間絶縁膜
、2Aは層間絶縁膜2に形成された開口の底面、3はシ
リコン半導体基板1に形成された不純物拡散領域(図示
せず)に対するコンタクト補償膜、4はバリヤ金属膜、
5はチタン(Ti)からなる高融点金属薄膜、6はAl
配線をそれぞれ示している。尚、バリヤ金属膜4はシリ
コン半導体基板1とA1配線6とが反応することを抑止
する為のものである。
本発明に於いて、Al膜に於けるAAの粒径を均一にで
きるのは、その下地である高融点金属薄膜が良質である
か否かにかかっている。
ここで、Tiからなる高融点金属薄膜5を形成する際の
最適化された条件を掲示する。
ターゲット:材料−純粋Ti 直径−約20 (cm)  (8(吋〕)純度→99.
99 (%〕 半導体基板:材料−シリコン :直径−約10 (cm)  (4(吋〕)ターゲット
及び基板間距離:55(am)スパッタリング・ガス:
アルゴン(Ar)スパッタリング圧カニ1〜5〔11T
Orr〕ターゲツト投入電カニ0.5〜1.O(KW)
’rt膜厚:100〜300〔人〕 基板温度:150(’C)以下 このような条件を適用して高融点金属薄膜5を形成し、
また、Af配線6となるA1膜を形成する為の装置につ
いて説明する。
第2図及び第3図は本発明を実施する装置を説明する為
の要部正面図及び要部切断正面図をそれぞれ表している
図に於いて、11は高融点金属薄膜を形成する為のスパ
ッタリング・チェンバ、12は冷却電極、13は処理基
板、14は処理基板13を冷却する為にその裏面からA
rガスを流す為のガス・ライン、15はTiからなるス
パッタリング・ターゲット、16はA1膜を形成する為
のスパッタリング・チェンバ、17は高温加熱或いはバ
イアス電圧を印加することが可能な電極、18は処理基
板、19は処理基板18を加熱する為にその裏面からA
rガスを流す為のガス・ライン、20はA1或いはA1
合金からなるスパッタリング・ターゲットをそれぞれ示
している。
図示された装置に依って良質の例えばTiからなる高融
点金属薄膜5を形成するには、処理基板13を150(
”C)以下に維持してスパッタリングを行うことが必要
であるが、それには、処理基板13を冷却電極12上に
押し付けながら、その裏面からガス・ライン14を介し
てArガスを流し、成膜中の処理基板13が温度上昇す
ることを抑止しなければならない。
第4図は本発明の詳細な説明する為の半導体装置の要部
切断側面図を表している。
図に於いて、21はn型シリコン半導体基板、22はn
+型不純物拡散領域、23はPSGからなる絶縁膜、2
4はTiからなるコンタクト補償膜、25はTiNから
なるバリヤ金属膜、26はAlと反応させる為のTiか
らなる高融点金属薄膜、27はAl配線をそれぞれ示し
ている。
本実施例に於いて、Tiからなるコンタクト補償膜24
及びTiからなる高融点金属薄膜26を形成する際の条
件は前記基本的実施例の場合と同じである。従って、こ
こではTiNからなるバリヤ金属膜25の成膜条件を掲
示するが、ターゲットの種類、ターゲット及び基板間距
離、スパッタリング圧力に関しては、さきに示した基本
的実施例に於ける条件と同じである。
スパッタリング・ガス:Ar十窒素(NZ)流量比 各
50〔%〕 ターゲット投入電カニ3.0〜7.O(KW)TiN膜
厚:500〜2000 (人〕基板温度:150〜60
0(℃) 本実施例に於いては、Tiからなるコンタクト補償膜2
4、T i Nからなるバリヤ金属膜25、A1と反応
させる為のTiからなる高融点金属薄膜26、Aj!a
e綿27の綿層7ウェハを大気に曝すことなく連続して
成長させている。然しなから、コンタクト補償膜24或
いはバリヤ金属膜25を形成した後に大気に曝すことは
短時間であれば許容される。但し、高融点金属薄膜26
を形成した後は不可である。
第5図は本発明の他の実施例を説明する為の半導体装置
の要部切断側面図を表し、第4図に於いて用いた記号と
同記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとす
る。
本実施例が第4図について説明した実施例と相違すると
ころは、Tiからなるコンタクト補償膜24を形成した
後、PTA(raptd  therma 1  an
nea +)法を適用することに依り、コンタクト補償
膜24のTiとシリコン半導体基板21に於けるSiと
を反応させてチタン・シリサイド(TtSi2)膜24
′を生成させ、残りのTiからなるコンタクト補償膜2
4は除去し、その後は大気に曝すことなく、TiNから
なるバリヤ金属膜25、Tiからなる高融点金属薄膜2
6、Al配線27を形成したことである。
従って、ここでは、RTA法を実施する際の条件を挙げ
ておくことにする。
雰囲気:N2或いはNH3 温度:680(’c) 時間:15〜30〔秒〕 第6図は本発明の更に他の実施例を説明する為の半導体
装置の要部切断側面図を表し、第4図及び第5図に於い
て用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味
を持つものとする。
本実施例が第4図及び第5図について説明した実施例と
相違するところは、コンタクト補償膜としてTiに代え
てW或いはSiを添加したWを用いた点であり、図では
、W或いは(W+Si)からなるコンタクト補償膜を記
号28で指示しである。
従って、ここでは、W或いは(W+Si)からなるコン
タクト補償膜28の成膜条件を挙げておくことにする。
技法:選択化学気相成長法 膜厚:5000〜7000 (人〕 Wの場合のガス: W F s / H2同じく温度:
300〜500(’C) (W+Si)の場合のガス: W F e / Hz +S i H4/ Hz同じく
温度:〜300(t) 本実施例の場合、W或いは(W+Si)からなるコンタ
クト補償膜28を形成してからA1配線27を形成する
まで各層は大気に曝すことな(連続して形成することが
望ましいが、W或いは(W+S i)からなるコンタク
ト補償膜28を形成した後、大気に曝した場合、接触抵
抗を低減させる為、真空中で表面酸化膜を除去する工程
が必要となる。
ここで、前記各実施例に共通するAl配線27となるA
2膜の成膜について説明する。勿論、このA2膜の形成
は、第2図及び第3図について説明した装置の特にAl
膜を形成する為のスパツタリング・チェンバ16に於い
て実施されるものである。
ターゲット:純粋Ajl!或いはAA+1 C%) S
 i或いはAl+’l (%)Si 何れも純度は99.999 C%〕 スパッタリング圧カニ l〜l O(mmTo r r
)ターゲット投入電カニ7.0〜15(KW)Aj2膜
厚:0.8〜1.0 Cμm)この場合、シリコン半導
体基板21に、例えば400〜600[’C)の高い温
度で加熱するが、或いは、300〜500(V)のバイ
アス電圧を印加するか、更には、その両方を適用するこ
とでAj2膜を平坦化しても良い。
本発明の場合、(Al+Si)の配線を形成する場合は
特に有利である。即ち、配線を形成するには(Aj?+
Si)膜をドライ・エツチング法を適用してパターニン
グするのであるが、この際、膜中のSi析出物を除去し
きれないことが多く、従って、配線パターン間で短絡を
生ずる虞が多分にある。然しなから、前記各実施例で説
明したように、A1膜を形成する前にシリコン半導体基
板を150(”C)以下の低温に維持しながら高融点金
属薄膜を形成し、その後、大気に曝すことなく連続して
Al膜を形成すると、その、6j2膜をドライ・エツチ
ング法でパターニングした場合、Si析出物は完全に除
去することができる。その理由は、前記条件に沿って成
膜した(、a、7!+si)膜中のStは下地の高融点
金属薄膜と反応し、エツチングされ易い化合物、例えば
TiSi2になっている為と思われる。
〔発明の効果〕
本発明に依る半導体装置の製造方法に於いては、高融点
金属が微細な多結晶を維持し得る程度の低温で高融点金
属薄膜を形成する工程と、該工程に引き続いてアルミニ
ウム膜を形成し両膜を反応させるようにしている。
前記構成を採ることに依り、高融点金属薄膜は微細な多
結晶からなる平滑なものとなり、しかも、表面は酸化さ
れていないので清浄であることから、その上に連続して
Aj2膜を形成すると、高融点金属とAlとはA1膜の
成膜時に均一に反応し易くなり、従って、Alの粒径は
均一になり、その結果、Ajl!配線はエレクトロマイ
グレーションやストレス・マイグレーションに対する耐
性が高くなって信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本的な実施例に依って作成されたA
l配線を説明する為の半導体装置の要部切断側面図、第
2図及び第3図は本発明を実施する装置を説明する為の
要部正面図及び要部切断正面図、第4図は本発明の詳細
な説明する為の半導体装置の要部切断側面図、第5図は
本発明の他の実施例を説明する為の半導体装置の要部切
断側面図、第6図は本発明の更に他の実施例を説明する
為の半導体装置の要部切断側面図をそれぞれ表している
。 図に於いて、■はシリコン半導体基板、2は眉間絶縁膜
、2Aは層間絶縁膜2に形成された開口の底面、3はシ
リコン半導体基板1に形成された不純物拡散領域に対す
るコンタクト補償膜、4はバリヤ金属膜、5はTiから
なる高融点金属薄膜、6はAl配線をそれぞれ示してい
る。 説明する為の要部正面図 第2図 説明する為の要部切断正面図 第3図 第1図 第4図 第5図 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 半導体基板を高融点金属が微細な多結晶を維持し得る程
    度の低温で加熱しつつその上にスパッタリング法で高融
    点金属薄膜を形成する工程と、該工程に引き続いて該高
    融点金属薄膜の上にスパッタリング法でアルミニウム膜
    を形成し両膜を反応させる工程と を含んでなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP15480488A 1988-06-24 1988-06-24 半導体装置の製造方法 Pending JPH025521A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02133923A (ja) * 1988-11-14 1990-05-23 Tokyo Electron Ltd 半導体装置の製造方法
JPH04264719A (ja) * 1991-02-19 1992-09-21 Sony Corp 配線形成方法
JPH06168908A (ja) * 1991-11-27 1994-06-14 American Teleph & Telegr Co <Att> 集積回路の形成方法
WO1995006329A1 (en) * 1993-08-20 1995-03-02 Tadahiro Ohmi Semiconductor device and its manufacture
JPH07161813A (ja) * 1993-12-08 1995-06-23 Nec Corp 半導体装置の製造方法

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WO1995006329A1 (en) * 1993-08-20 1995-03-02 Tadahiro Ohmi Semiconductor device and its manufacture
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