JPH0279433A - 配線膜形成方法 - 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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ５発明の概要 Ｃ０従来技ｖ＃［第３図］ Ｄ１発明が解決しようとする問題点 Ｅ０問題点を解決するための手段 Ｆ２作用 Ｇ、実施例［第１図、第２図］ Ｈ０発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は配線膜形成方法、特に接続孔を有する絶縁膜上
に形成した配線材料膜をエキシマレーザを用いてレーザ
ビームにより１−記接続孔にフローさせる配線膜形成方
法に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、上記の配線膜形成方法において、エキシマレ
ーザによるレーザビームを用いてより効果的に配線材料
膜を接続孔内にフローさせて配線材料膜表面をより平坦
化するため、配線材料膜表面にチタンナイトライド膜を
エネルギー吸収膜として形成し、その後エキシマレーザ
によりレーザビームを照射して配線材料膜を接縦孔ヘフ
ローさせるものである。

（Ｃ，従来技術）［第３図］ ＬＳＩ、ＶＬＳ　Ｉ’Ｊの半導体装置は素子の微細化、
高集積化の一途を辿っており、そして、微細化、高集積
化に伴ってコンタクトホール、ピアホール（Ｖｉａ　　
Ｈｏ１ｅ）等の接続孔のアスペクト比（孔の深さ／孔の
径）が大きくなっている。ところで、配線材料膜は一般
にアルミニウムあるいはアルミニウム合金をスパッタリ
ングにより成長させるという方法で形成されるが、スパ
ッタリングにより配線材料膜を形成した場合、接続孔の
アスペクト比が大きい程シャドウィング効果が強くなり
、接続孔の底部、側壁のカバレッッジが悪くなる。その
ため、配線材料膜と、それに接続孔を通じて接続される
半導体基板あるいは下層配線材料膜とのコンタクト性が
悪くなり、配線の信頼度が低くなる。

そこで、接続孔の底部、側壁に対する配線材料膜のカバ
レッジを良くするため、第３図（Ａ）にボすように、ア
ルミニウム配線材料膜あるいはアルミニウム合金配線１
摸の形成後、同図（Ｂ）に示すようにレーザビームの短
時間１１４射により配線材料膜を溶融させ、アルミニウ
ムあるいはアルミニウム合金を接続孔内にフローさせる
という着想が注目されている。これはメタルフロー法と
称され、月ｆｌＪＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ、ｏｒ　Ｗｏ
ｒｌｄ　１９８７年３月号３６〜４２頁［多層配、１！
ｉ乎坦化技術の最近動向」の４１頁に紹介されている。

尚、第３図（Ａ）、（Ｂ）において、ａはシリコン半導
体基板、ｂは拡散層、Ｃは絶縁膜、ｄはコンタクトホー
ル、ｅは例えばアルミニウムからなる配線材料１１ｉで
ある。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところが、上述
したメタルフロー法にはアルミニウムあるいはアルミニ
ウム合金等配置！１ｌｌｌＱ材料の反射率が非常に高く
、そのためレーザビームに対する吸収率が非常に悪いと
いう問題があった。この点について詳しく述べると、メ
タルフローさせるだめに比較的高出力で安定した光源で
あるレーザビームが良く用いられるが、エキシマレーザ
のレーザビームの波長はＸｅＣｌ１の場合３０８ｎｍで
あり、波長３０８ｎｍのレーザビームに対してアルミニ
ウムあるいはアルミニウム合金膜の反射率は８０％以上
の値になる。ということは、アルミニウムあるいはアル
ミニウム合金膜のレーザビームに対するエネルギー吸収
効率が２０％以下と非常に低くなるということであり、
そのため、エキシマレーザが比較的高出力で安定性の高
いレーザであっても、融点６００℃程度のアルミニウム
あるいはアルミニウム合金を充分にフローさせるのが難
しいというのが実情である。そして、そのことが接続孔
の底部、側壁に対する配線材料−膜のカバレッジを良く
することに限界をもたらしていた。

そこで、本発明はエキシマレーザのレーザビームにより
配線材料膜を有効且つ確実に接続孔内ヘリフローさせる
ことができるようにすることを目的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明配線膜形成方法は上記問題点を解決するため、配
線材料膜表面にチタンナイトライド膜をエネルギー吸収
１摸として形成し、その後エキシマレーザによりレーザ
ビームを照射して配線材料膜を接続孔ヘフローさせるこ
とを特徴とする。

（Ｆ、作用） 本発明配線膜形成方法によれば、第２図に示すようにエ
キシマレーザのレーザビームに対して低い反射率のチタ
ンナイトライド膜を配線材料膜表面に形成してエキシマ
レーザのレーザビームを照射することにより配線材料膜
の接続孔へのフローを行わせるので、配線材料膜におけ
るエキシマレーザのレーザビームに対するエネルギー吸
収率を高くすることができる。従って、エキシマレーザ
によって配線材料膜を充分に溶融させて接続孔ヘフロー
させることができ、延いては配線材料膜の接続孔の底部
、側壁に対するカバレージを高くすることができる。

依っ°Ｃ１配線材料膜の接続孔を通じての下層の配線材
料膜に対するあるいは半導体基板若しくは半導体層に対
するコンタクト性を良くすることができる。

（Ｇ、実施例）［第１図、第２図］ 以下、本発明配線膜形成方法を図示実施例に従って詳細
に説明する。

第１図（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明配線膜形成方法の一つ
の実施例を工程順に示す断面図である。

（Ａ）半導体基板１の表面に形成された厚さ０゜８μｍ
のＰＳＧ膜３に半導体領域２が露出する直径が例えば０
．９μｍの接続孔４を形成し、その後、例えばシリコン
含仔率が１％のアルミニウム・シリコン合金膜（膜厚１
μｍ）５をスパッタリングにより形成する。第１図（Ａ
）はアルミニウム・シリコン合金膜５形成後の状態を示
す。

（Ｂ）次に、同図ＣＢ）に示すように配線材料膜５上に
チタンナイトライド膜（膜厚１５０人）６を、窒素雰囲
気中でチタンＴｉをターゲットとして反応性スパッタリ
ングを行なうことにより形成する。

（Ｃ）その後、例えばＸｅ−Ｃｌレーザによりエネルギ
ー密度２．５Ｊ／ａｍ２のレーザビーム（波長３０８ｎ
ｍ）を２０ｎｓｅｃ間照射し、アルミニウム・シリコン
合金膜５を第１図（Ｃ）に示すように溶融させる。する
とアルミニウム・シリコン合金膜５が接続孔４内に流れ
込んでボイドを残すことなく接続孔４内を満たす。

このように、本配線膜形成方法によればアルミニウム・
シリコン合金膜５をスパッタリングにより形成した後そ
の表面にチタンナイトライド１摸６を形成したうえでＸ
ｅ−Ｃｌレーザによりアルミニウムシリコン合金１漠５
にレーザビームを照射するので、そのレーザビームによ
りアルミニウム・シリコン合金膜５を有効に加熱し、充
分に溶融させることができる。従って、接続孔４内がア
ルミニウム・シリコン合金膜５で埋まるようにすること
ができる。というのは、第２図に示すようにチタンナイ
トライド膜（ＴｉＮ、Ｊ’Ｊさ１５０人）の鏡面反射率
は３０８ｎｍの波長のレーザビームに対して１６％とい
う最低値を示し、エキシマレーザ（本実施例ではＸｅ−
Ｃｌレーザ）により照射されたレーザビームのエネルギ
ーの大部分がアルミニウム・シリコン合金膜５の加熱に
寄与するからである。従って、エキシマレーザの出力の
安定性を危うくする程度に高出力にしなくてもアルミニ
ウム・シリコン合金膜５を充分に溶融することができる
のである。

尚、アルミニウム・シリコン膜等の配線材料膜の表面に
チタンナイトライド膜を形成した後、フォトリソグラフ
ィによりそのチタンナイトライド膜を各接続孔の近傍に
おいてのみ残存するようにし、その後エキシマレーザに
よる加熱を行うようにしても良い。というのは、メタル
フローは配線材料膜の接続孔近傍部分を接続孔内にフロ
ーさせるものであり、接続孔から比較的遠く離れたとこ
ろにおいては配線材料膜を特に加熱する必要はなく、配
線材料膜の接続孔近傍部分のみを選択的に加熱すればメ
タルフローが可能だからである。

そして、チタンナイトライド膜を選択的に形成すること
により実質的にアルミニウム・シリコン合金膜を選択的
に加熱するようにすることは、アルミニウム・シリコン
合金膜とその下地である絶縁膜（ＳｉＯ２）との反応と
いう好ましくない現象を最小限に抑制することができる
という利点を存する。

尚、上記実施例においてエキシマレーザはＸｅＣル−ザ
（ビームの波長３０８ｎｍ）であったが、必ずしもそれ
に限らず例えばＫｒＦレーザ（ビーム７の波長２４８ｎ
ｍ）であっても良い。なぜならば、チタンナイトライド
膜は２００〜３５０ｎｍの波長のレーザビームに対して
も２０％程度と非常に低い反射率を有するからである。

また、上記実施例においてチタンナイトライド膜は窒素
Ｎ雰囲気でのチタンＴｉをターゲットとする反応性スパ
ッタリングにより形成されたが、チタンナイトライドＷ
；１ＴｉＮをターゲットとするスパッタリングにより形
成するようにしても良い。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明配線膜形成方法は、接続孔
を有する絶縁膜上に配線材料膜を形成し、該配線材料膜
上にチタンナイトライド膜を形成し、その後、上記配線
材料膜をエキシマレーザによるレーザビームの照射によ
って加熱して上記接続孔内にフローさせることを特徴と
するものである。

従って、本発明配線膜形成方法によれば、エキシマレー
ザのレーザビームに対して低い反射率のチタンナイトラ
イド膜を配線材料膜表面に形成してエキシマレーザのレ
ーザビームを照射することにより配線材料膜の接続孔へ
のフローを行わせるので、配線材料膜におけるエキシマ
レーザのレーザビームに対するエネルギー吸収率を高く
することができる。従って、エキシマレーザによって配
線材料膜を充分に接続孔へのフローさせることがてき、
延いては配線材料膜の接続孔の底部、側壁に対するカバ
レージを高くすることができる。

依って、配線材料膜の接続孔を通じてのＦ層の配線材料
膜に対するあるいは半導体基板若しくは゛ｉ導体層に対
するコンタクト性を良くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明配線膜形成方法の一つ
の実施例を工程順に示す断面図、第２図はチタンナイト
ライド膜についての照射する光の波長とその光に対する
反射率との関係図、第３図（Ａ）、（Ｂ）はメタル７０
−技術を工程順に示す断面図である。 符号の説明 ３・・・絶縁膜、４・・・接続孔、 ５・・・配線材料膜。 ６・・・チタンナイトライド膜。 「０寸−の 、　　　　　　　　　　　　　　　Ｑ：）−ノ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（）（」 チタンナイトライドＴｉＮ　ｔ：ｖ反別率レーサ“°ど
一ム メタルフロー技術を工程ＪｊＱ （ご示？断面図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）接続孔を有する絶縁膜上に配線材料膜を形成し、 上記配線材料膜上にチタンナイトライド膜を形成し、 その後、上記配線材料膜をエキシマレーザによるレーザ
   ビームの照射によって加熱して上記接続孔内にフローさ
   せる ことを特徴とする配線膜形成方法