JPH03198329A - Formation of wiring - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体装置の配線、より詳しくは、
シリコン基板とアルミニウムないしその合金の配線層と
の拡散防止（バリアー）層を有する配線の形成方法に関
し、
既に提案した方法による酸素添加にともなう特性低下を
生じないように、ＴｉＮバリアー層形成時に酸素添加し
て従来よりもバリアー効果を高めた配線を形成する方法
を提供することを目的とし、シリコン基板上に、コンタ
クト層と、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびタ
ングステンのいずれかの金属の窒化物、ホウ化物又は炭
化物であるバリアー層と、アルミニウム又はその合金の
配線層とを順次形成する配線形成方法において、前記バ
リアー層の形成の途中で、酸素ガスを雰囲気ガスにパル
ス式又は一時期だけ添加することを特徴とするように構
成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Wiring of semiconductor devices such as IC and LSI, more specifically,
Regarding the method for forming a wiring having a diffusion prevention (barrier) layer between a silicon substrate and a wiring layer made of aluminum or its alloy, we added oxygen during the formation of the TiN barrier layer in order to avoid the deterioration in characteristics caused by the addition of oxygen in the previously proposed method. The purpose of this technology is to provide a method for forming wiring with a higher barrier effect than conventional methods. Or, in a wiring formation method in which a barrier layer made of carbide and a wiring layer made of aluminum or its alloy are sequentially formed, oxygen gas is added to the atmospheric gas in a pulsed manner or only for a period of time during the formation of the barrier layer. Configure it so that.
本発明は、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体装置の配線、より
詳しくは、シリコン基板とアルミニウムないしその合金
（以下、アルミニウム合金とする）の配線層との拡散防
止（バリアー）層を有する配線の形成方法に関する。The present invention relates to wiring for semiconductor devices such as ICs and LSIs, and more specifically, a method for forming wiring having a diffusion prevention (barrier) layer between a silicon substrate and a wiring layer of aluminum or its alloy (hereinafter referred to as aluminum alloy). Regarding.
半導体装置の高集積化、高密度化にともない、金属電極
である配線が微細化されかつシリコン基板とのコンタク
ト部が小さくされてきた。浅い接合へのアルミニウムス
パイク（ジャンクションリーク）を防ぐためおよび基板
のシリコンがアルミニウム配線層に拡散するのを防ぐた
めにシリコンを添加したＡｆ−１〜２％Ｓｉ合金が広く
用いられてきた。しかしながら、アルミニウム配線層の
形成時及びそれ以後のプロセスでの熱処理によって、基
板シリコンとアルミニウム配線層とのコンタクト部にア
ルミニウム配線層中で固溶限界以上になったシリコンが
析出することがある。この析出したシリコンは高抵抗で
あるために、基板と配線層との有効接触面積が減少して
コンタクト抵抗が高くなってしまう。そこで、最近の微
細化が進んだ配線構造では、シリコンを添加しないで、
マイグレーション断線不良対策で銅を添加したＡＡ−２
％Ｃｕ合金が用いられている。さらに、基板シリコンと
アルミニウムとの相互拡散を防止するために、シリコン
基板とアルミニウム配線層との間にバリアー層（例えば
、ＴｉＮ、 ＴｉＷ、 ＭｏＳｉ、などの薄膜層）が設
けられる。このようなバリアー層として、高融点金属の
窒化物、炭化物ないしホウ化物の薄膜が注目されるよう
になった。特に、ＴｉＮは電気伝導度が良好でかつ耐熱
性が優れているので注目され、ＴｉＮ ／Ｓｉのコンタ
クト抵抗が高いので、シリコン基板とＴｉＮバリアー層
との間にコンタクト抵抗の低いコンタクト層（例えば、
Ｔｉ層）を挾むのが好ましい。2. Description of the Related Art As semiconductor devices become more highly integrated and densely packed, interconnections, which are metal electrodes, have become finer and their contact portions with silicon substrates have become smaller. Af-1-2% Si alloys doped with silicon have been widely used to prevent aluminum spikes into shallow junctions (junction leakage) and to prevent substrate silicon from diffusing into the aluminum wiring layer. However, due to heat treatment during the formation of the aluminum wiring layer and subsequent processes, silicon exceeding the solid solubility limit in the aluminum wiring layer may be deposited at the contact portion between the substrate silicon and the aluminum wiring layer. Since this deposited silicon has a high resistance, the effective contact area between the substrate and the wiring layer decreases, resulting in a high contact resistance. Therefore, in the wiring structure that has recently become finer, silicon is not added.
AA-2 with copper added to prevent migration disconnection defects
%Cu alloy is used. Furthermore, a barrier layer (for example, a thin film layer of TiN, TiW, MoSi, etc.) is provided between the silicon substrate and the aluminum wiring layer to prevent interdiffusion between the silicon substrate and aluminum. As such barrier layers, thin films of nitrides, carbides, or borides of refractory metals have attracted attention. In particular, TiN has attracted attention due to its good electrical conductivity and excellent heat resistance, and since the contact resistance of TiN/Si is high, a contact layer with low contact resistance (for example,
It is preferable to sandwich a Ti layer).
本出願人も、シリコン基板上にＴｉ／ＴｉＮ／Ａｌ構造
の配線を形成する方法を特願昭６３−１８５００５号（
昭和６３年７月２５日出願日）にて提案した。The present applicant also published a method for forming wiring with a Ti/TiN/Al structure on a silicon substrate in Japanese Patent Application No. 185005/1983 (
(filed date: July 25, 1988).
従来の通常条件（アルゴンガスと窒素ガスとの雰囲気中
でチタンターゲットをスパッタリングす分であった。そ
こで、特願昭６３−１８５００５号にて提案した方法で
は、ＴｉＮ膜のバリアー効果を向上させるために、アル
ゴンおよび窒素の雰囲気に酸素を添加してＴｉＮ膜を形
成し、真空を破ることなくその上にアルミニウム配線層
を形成する。しかしながら、この提案した方法では、次
のような問題が生じる。The conventional method was to sputter a titanium target under normal conditions (an atmosphere of argon gas and nitrogen gas).Therefore, in the method proposed in Japanese Patent Application No. 185005/1983, in order to improve the barrier effect of the TiN film, First, a TiN film is formed by adding oxygen to an argon and nitrogen atmosphere, and an aluminum wiring layer is formed thereon without breaking the vacuum.However, this proposed method has the following problems.
まず第１に、形成するＴｉＮ膜の比抵抗が、第５図に示
すように、添加する酸素量を増加するにつれて大きくな
ることである。第５図中の温度（２００゜４００および
６００℃）はスパッタリング時の基板加熱ヒーター設定
温度である。一方、第６図に示した配線構造にて、Ｔｉ
Ｎ膜形成時の酸素添加量と、４５０℃×３０分＋５００
℃Ｘ６０分の熱処理後のジャンクションリーク電流（バ
イアス電流： −５Ｖ）との関係では、リーク電流を抑
えには添加酸素量が多いほうが好ましい。第６図の配線
構造とするには、まず、ｐ型シリコン基板１上に熱酸化
法で５ｉｎ２膜（厚さ：１．０−）２を形成し、フォト
エツチング法でこのＳ１０□膜２にコンタクトホール（
直径：１．２−）を開ける。イオン注入法によってヒ素
（Ａｓ”）を７０ｋｅＶの加速電圧にて４ ｘ ｌ Ｑ
Ｉ Ｓ ｃｍ−２ドーズ量にてシリコン基板１に注入
し、活性化アニール処理してｎ″−領域３（深さ：０．
３４μ）を形成する。次に、スパッタリング装置にて、
Ｔｉターゲットを用い、アルゴンガス雰囲気中にて、６
００℃に加熱したヒーター上に基板をのせた状態でＴＩ
コンタクト層４ （厚さ： ２０ｎｍ）をコンタクト
ホールを含め全面に形成し、スパッタリングを継続しか
つ窒素ガスを流してＴｉＮ層５ （厚さ：ｌＱＱｎｍ
）を形成する。このＴｉＮ層形成時に、酸素ガスも設定
量［：４ｓｅｃｍ（５流量％） 、７ｓｃｃｍ （９流
量％）〕流す。次に、真空を破ることなく、純アルミニ
ウムターゲットを用いてアルゴンガスでスパッタリング
してアルミニウム配線層６ （厚さ＝１．０−）を形成
して製作される。そして、得られた配線構造を有する基
板を上述した熱処理を施こしからジャンクションリーク
電流測定し、得られた結果を度数分布で示したのが第７
Ａ図、第７Ｂ図および第７Ｃ図である。これら図面から
、リーク電流抑制には酸素添加量を９流量％以上にしな
ければならない。このように大きな酸素添加量では第６
図の６００℃線から推定して比抵抗がかなり大きくなり
、実際の半導体装置に使用することは困難である。First, as shown in FIG. 5, the specific resistance of the TiN film to be formed increases as the amount of added oxygen increases. The temperatures (200° C., 400° C. and 600° C.) in FIG. 5 are the set temperatures of the substrate heating heater during sputtering. On the other hand, in the wiring structure shown in FIG.
Oxygen addition amount during N film formation and 450°C x 30 minutes + 500°C
In relation to the junction leakage current (bias current: -5V) after heat treatment at °C for 60 minutes, it is preferable that the amount of added oxygen be large in order to suppress the leakage current. To obtain the wiring structure shown in FIG. 6, first, a 5in2 film (thickness: 1.0-) 2 is formed on a p-type silicon substrate 1 by thermal oxidation, and then this S10□ film 2 is formed by photoetching. Contact hole (
Open diameter: 1.2-). Arsenic (As”) was ion-implanted into 4 x l Q at an acceleration voltage of 70 keV.
It is implanted into the silicon substrate 1 at a dose of I S cm-2, and subjected to an activation annealing treatment to form an n''-region 3 (depth: 0.
34μ). Next, in a sputtering device,
6 using a Ti target in an argon gas atmosphere.
TI with the substrate placed on a heater heated to 00℃
A contact layer 4 (thickness: 20 nm) is formed on the entire surface including the contact hole, and sputtering is continued and nitrogen gas is flowed to form a TiN layer 5 (thickness: lQQnm).
) to form. At the time of forming this TiN layer, oxygen gas is also flowed at a set amount [: 4 sec (5 flow rate %), 7 sccm (9 flow rate %)]. Next, without breaking the vacuum, a pure aluminum target is sputtered with argon gas to form an aluminum wiring layer 6 (thickness=1.0-). Then, the substrate with the obtained wiring structure was subjected to the above-mentioned heat treatment, and then the junction leak current was measured, and the obtained results were shown as a frequency distribution in the seventh section.
FIG. 7A, FIG. 7B, and FIG. 7C. From these drawings, the amount of oxygen added must be 9% or more in flow rate to suppress leakage current. With such a large oxygen addition amount, the 6th
As estimated from the 600° C. line in the figure, the resistivity is quite large, making it difficult to use it in actual semiconductor devices.
第２に、上述したように酸素ガス添加雰囲気にてＴｉＮ
層を形成し、その上にアルミニウム配線層を形成すると
、酸素添加量が増加するにつれて平均故障時間ＭＴＦが
第８図に示すように短かくなる。この場合の配線構造は
第６図に示したのと同様であるが、アルミニウム配線層
にはＡｆ−２％Ｃｕを用いている。第８図かられかるよ
うに、酸素無添加の場合のＭＴＦを１として、酸素９％
添加した場合のＭＴＦは半分以下になっている。Second, as mentioned above, TiN in an oxygen gas-added atmosphere
When a layer is formed and an aluminum wiring layer is formed thereon, the mean time to failure MTF becomes shorter as the amount of oxygen added increases, as shown in FIG. The wiring structure in this case is similar to that shown in FIG. 6, but Af-2% Cu is used for the aluminum wiring layer. As shown in Figure 8, assuming the MTF in the case of no oxygen addition is 1, oxygen is 9%
The MTF when added is less than half.
本発明の目的は、上述した提案した方法による酸素添加
にともなう特性低下を生じないように、ＴｉＮバリアー
層形成時に酸素添加して従来よりもバリアー効果を高め
た配線を形成する方法を提供することである。An object of the present invention is to provide a method for forming wiring with a higher barrier effect than the conventional method by adding oxygen during formation of a TiN barrier layer so as to avoid the deterioration in characteristics due to the addition of oxygen by the method proposed above. It is.
上述した目的が、シリコン基板上に、コンタクト層と、
チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびタングステン
のいずれかの金属の窒化物、ホウ化物又は炭化物である
バリアー層と、アルミニウム又はその合金の配線層とを
順次形成する配線形成方法いおいて、前記バリアー層の
形成の途中で、酸素ガスを雰囲気ガスにパルス式又は一
時期だけ添加することを特徴とする配線形成方法によっ
て達成される。The above-mentioned purpose is to provide a contact layer on a silicon substrate,
A method for forming a wiring in which a barrier layer made of a nitride, boride or carbide of any metal such as titanium, zirconium, hafnium or tungsten and a wiring layer made of aluminum or an alloy thereof are sequentially formed, wherein the formation of the barrier layer This is achieved by a wiring forming method characterized by adding oxygen gas to the atmospheric gas in a pulsed manner or only for a period of time during the process.
本発明によると、特願昭６３−１８５００５号にて提案
した場合のようにバリアー（ＴｉＮ）層形酸中窒素ガス
と同期して酸素ガスを流す（添加する）のではな（、Ｔ
ｉＮ層形成の途中の一時期にパルス式に反復してか又は
−回だけ流す（添加する）ことによって、酸素をバリア
ー（ＴｉＮ）層中の一部層状に局在化させる。このこと
によってバリアー効果を向上させかつ全期間酸素添加に
よる比抵抗の上昇と配線ＭＴＦの短縮とを大幅に減少さ
せることができる。According to the present invention, oxygen gas is not caused to flow (add) in synchronization with nitrogen gas in the barrier (TiN) layered acid as proposed in Japanese Patent Application No. 185005/1982 (T
Oxygen is localized in a partial layer within the barrier (TiN) layer by repeatedly or only passing (adding) it in a pulsed manner at a certain time during the formation of the iN layer. This improves the barrier effect and significantly reduces the increase in resistivity and shortening of interconnection MTF due to oxygen addition over the entire period.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様例によっ
て本発明の詳細な説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail by way of embodiments with reference to the accompanying drawings.
第４図は、本発明に係る配線形成方法を適用したＭＯＳ
ＦＥＴの概略断面図であり、その配線構造は基本的には
従来技術の説明にて参照した第６図と同じである。この
ＭＯＳＦＥＴおよびその配線の構造は公知であり、その
製造もバリアー層（ＴｉＮ層）の形成時に酸素ガス添加
要領が異なるだけで公知方法に基づいて行なえる。FIG. 4 shows a MOS to which the wiring forming method according to the present invention is applied.
6 is a schematic cross-sectional view of an FET, and its wiring structure is basically the same as that of FIG. 6 referred to in the description of the prior art. The structure of this MOSFET and its wiring is known, and its manufacture can be carried out based on the known method, with the only difference being the procedure for adding oxygen gas during the formation of the barrier layer (TiN layer).
第４図に示すように、ｐ型シリコン基板１１を用意し、
選択酸化法（ＬＯＧＯＳプロセス）によってフィールド
ＳｌＯ□酸化膜１２を形成する。ゲー） （Ｓｉｎ□）
酸化膜１３を形成してからポリシリコンゲート電極１４
を形成する。このゲート電極１４およびフィールド酸化
膜１３をマスクとして、イオン注入によってヒ素（Ａｓ
”）をシリコン基板１１ヘドーブしてＮ゛領域ソース領
域１５およびドレイン領域１６を形成し、所定のアニー
ル熱処理を施こす。層間絶縁膜１７となるＰＳＧ膜をＣ
ＶＤ法によって全面に形成し１フオトエツチング法によ
ってソース・ドレイン領域１５．１６が表出するコンタ
クトホール（直径：０．６−１深：０．６Ｊ−）を形成
する。As shown in FIG. 4, a p-type silicon substrate 11 is prepared,
A field SlO□ oxide film 12 is formed by a selective oxidation method (LOGOS process). Game) (Sin□)
After forming the oxide film 13, the polysilicon gate electrode 14 is formed.
form. Using this gate electrode 14 and field oxide film 13 as a mask, ions are implanted into arsenic (As)
) is doped into the silicon substrate 11 to form the N' region source region 15 and drain region 16, and a predetermined annealing heat treatment is performed.
A contact hole (diameter: 0.6-1 depth: 0.6 J-) is formed on the entire surface by a VD method and a one-photo etching method in which the source/drain region 15.16 is exposed.
次に、特願昭６３−１８５００５号にて用いたのと同様
なスパッタリング装置を用いて、コンタクト（Ｔｉ）層
１８、バリアー層（ＴｉＮ層）１９およびアルミニウム
配線層２０を順次形成する。Next, a contact (Ti) layer 18, a barrier layer (TiN layer) 19, and an aluminum wiring layer 20 are sequentially formed using a sputtering apparatus similar to that used in Japanese Patent Application No. 63-185005.
Ｔｉ コンタクト層１８の形成を下言己スパッタリング
条件にて行なう。The Ti contact layer 18 is formed under the following sputtering conditions.
ターゲット：純度９９．９９％の金属チタン導入ガス
：アルゴン（２０ｓｅｃｍ）装置内圧カニ ２ｍＴｏｒ
ｒ
基板加熱ヒーター温度二６００℃
スパッタ直流電カニ５ｋｖ！
Ｔｉ層厚さ： ２Ｑｎｍ
次に、同じターゲットを用いて、窒素ガス（８０ｓｅｃ
ｍ一定）を導入することおよび酸素ガスを第１図又は第
２図に示すように添加（導入）することを除いて上述ス
パッタリング条件にてＴｉＮ層１９（厚さ： １０１
００ｎを７１層１８上に形成する。Target: 99.99% pure titanium introduction gas
:Argon (20sec) device internal pressure 2mTor
r Substrate heating heater temperature 2600℃ Sputter DC electric crab 5kv! Ti layer thickness: 2Qnm Next, using the same target, nitrogen gas (80sec
A TiN layer 19 (thickness: 101 mm) was formed under the sputtering conditions described above except for introducing (constant m) and adding (introducing) oxygen gas as shown in FIG. 1 or 2.
00n is formed on the 71 layer 18.
第１図の場合には、ＴｉＮ層形成の途中で酸素ガス（２
０ｓｅｃｍ）を５秒間５秒間隔で３回パルス的に添加し
ており、第２図の場合には、１５秒間だけ成膜途中に添
加する。ＴｉＮ層形成の最終段階では酸素ガスを添加し
ない状態にする。ＴｉＮ層の表面から１０〜２５ｎｍの
深さまでは酸素を含んでいないので、上層のアルミニウ
ム配線層への影響はない。なお、第１図および第２図に
て、アルゴンガス（合計２０ｓｃｃｍ）が別系統（異な
る導入管）で導入されており、Ａｒ（１）は基板加熱台
上に搭載した基板の背面から流し、Ａｒ（，２）はスパ
ッタ室内へ直接に流して供給されている。In the case of Fig. 1, oxygen gas (2
0 sec) is added in a pulsed manner three times at 5 second intervals for 5 seconds, and in the case of FIG. 2, it is added for only 15 seconds during film formation. At the final stage of forming the TiN layer, no oxygen gas is added. Since the TiN layer does not contain oxygen up to a depth of 10 to 25 nm from the surface, there is no effect on the upper aluminum wiring layer. In Figures 1 and 2, argon gas (20 sccm in total) is introduced through a separate system (different introduction pipe), and Ar (1) is flowed from the back of the substrate mounted on the substrate heating table. Ar(,2) is supplied by flowing directly into the sputtering chamber.
比較のために、特願昭６３−１８５００５号にて提案し
た方法によると、第３図に示すようにガス（窒素ガス、
酸素ガスおよびアルゴンガス）をスパッタリング装置に
導入してＴｉＮ層を形成することになり、酸素ガスが窒
素ガスと共にＴｉＮ層形成中添加されている。For comparison, according to the method proposed in Japanese Patent Application No. 63-185005, gases (nitrogen gas,
Oxygen gas and argon gas) are introduced into the sputtering apparatus to form the TiN layer, and oxygen gas is added together with nitrogen gas during the formation of the TiN layer.
上述した条件にてＴｉＮ層（厚さ： ５００ｎｍ）を５
ｉｎ２膜上に直接にスパッタリングにて形成して、その
比抵抗を測定したところ下記第１表の結果が得られた。A TiN layer (thickness: 500 nm) was deposited under the conditions described above.
When it was formed directly on the in2 film by sputtering and its resistivity was measured, the results shown in Table 1 below were obtained.
第１表 ＴｉＮ層の比抵抗
このように、本発明に係る形成方法でのＴｉＮ層はその
比抵抗が提案した方法の場合よりも約十分の−と大幅に
小さい。Table 1 Specific resistance of TiN layer Thus, the specific resistance of the TiN layer formed by the method of formation according to the present invention is significantly smaller by about a tenth of a second than that of the method proposed.
Ｔｉ８層１９の形成後に、同じスパッタリング装置でア
ルミニウム層２０の形成を下記スパッタリング条件にて
行なう。After forming the Ti8 layer 19, an aluminum layer 20 is formed using the same sputtering apparatus under the following sputtering conditions.
ターゲット：純ＡＡ
導入ガス ：アルゴン（５０ｓｅｃｍ）装置内圧カニ
５ｍＴｏｒｒ
基板加熱温度：１８０℃
スパッタ直流電カニ １０ｋＷ
Ａ１層厚さ：ｌ、Ｑｍ
このようにして形成された配線を有するＭＯ５Ｆ［ＥＴ
において、ＭＴＦは第８図にて示した酸素無添加の場合
とほぼ同じになり、ＴｉＮ層形成時の酸素添加にかかわ
らずＭＴＦの低下はなく、提案した従来方法の場合より
も改善されている。Target: Pure AA Introduced gas: Argon (50sec) Equipment internal pressure crab
5mTorr Substrate heating temperature: 180℃ Sputter DC electric crab 10kW A1 layer thickness: l, Qm MO5F [ET
In this case, the MTF is almost the same as in the case without oxygen addition shown in Figure 8, and there is no decrease in MTF regardless of the addition of oxygen during the formation of the TiN layer, which is improved over the case of the proposed conventional method. .
コンタクト層１８には上述のＴ１の他にポリシリコンを
用いることができ、この場合にはＣＶＤ法によって形成
する。さらに、チタンシリサイド、タングステン、タン
グステンシリサイドをもコンタクト層１８の材料として
使用可能である。Polysilicon can be used for the contact layer 18 in addition to the above-mentioned T1, and in this case, it is formed by CVD. Furthermore, titanium silicide, tungsten, and tungsten silicide can also be used as materials for the contact layer 18.
バリアー層１９には窒化チタン（ＴｉＮ）の他に第２表
に示すようなチタン、ジルコニウム、ハフニウムおよび
タングステンの窒化物、炭化物ないしホウ化物が使用で
きる。For the barrier layer 19, in addition to titanium nitride (TiN), nitrides, carbides, or borides of titanium, zirconium, hafnium, and tungsten as shown in Table 2 can be used.
金 属 窒化物
Ｔｉ （ＴｉＮ）
Ｔａ ＴａＮ
Ｚ ｒ ＺｒＮ
Ｉｆ ＨｆＮ
Ｗ ＷＮ
第２表
炭化物 ホウ化物
Ｔｉｃ ＴｉＢ
ＴａＣＴａＢ
ＺｒＣ２ｒＢ
ＨｆＣＨｆＢ
ＷＣＷＢ
炭化物およびホウ化物を形成するためには、窒素ガスに
代えて、炭素化合物ガス（例えば、メタンＣＨ，）ある
いは、ホウ素化合物ガス（例えば、ジボラン８２Ｈ６）
を用いればよい。あるいは、ターゲットにＴｉ ＳＴａ
ＳＺｒ ＳＨｆ ＳＷの炭化物、ホウ化物を用いても
よい。Metal Nitride Ti (TiN) Ta TaN Z r ZrN If HfN W WN Table 2 Carbide Boride Tic TiB TaCTaB ZrC2rB HfCHfB WCWB In order to form carbides and borides, carbon compound gas ( For example, methane CH,) or boron compound gas (for example, diborane 82H6)
You can use Alternatively, target Ti STa
Carbides and borides of SZr SHf SW may also be used.
以上説明したように、本発明によればアルミニウム配線
のバリアー層を形成する際に、酸素ガスの添加方式を従
来とは異なるパルス式ないし一時期添加にして、バリア
ー膜中の一部に局在化させる。このようにしてバリアー
効果を向上させることができ、かつ従来の酸素添加によ
るバリアー層の比抵抗上昇環よび配線としてのＭＴＦ低
下を大幅に防止することができる。したがって、半導体
装置の性能向上および信頼性向上が図れる。As explained above, according to the present invention, when forming a barrier layer for aluminum wiring, oxygen gas is added in a pulsed manner or for a period of time, which is different from the conventional method, and the oxygen gas is localized in a part of the barrier film. let In this way, the barrier effect can be improved, and the conventional increase in resistivity of the barrier layer due to oxygen addition and decrease in MTF as wiring can be largely prevented. Therefore, the performance and reliability of the semiconductor device can be improved.
第１図は、本発明に係る方法にしたがって、バリアー（
ＴｉＮ）層形成スパッタリング時のパルス式酸素添加方
式でのガス流量と形成時間との関係を示すグラフであり
、
第２図は、本発明に係る方法にしたがって、バリアー（
ＴｉＮ）層形成スパッタリング時の一時期酸素添加方式
でのガス流量と形成時間との関係を示すグラフであり、
第３図は、従来の酸素継続添加方式でのガス流と形成時
間との関係を示すグラフであり、第４図は、本発明の方
法で形成された配線を有するＭＯ３ＦＩＥＴの部分断面
図であり、第５図は、ＴｉＮ層形成時に従来方法で酸素
添加したときの比抗比と酸素流量及び基板加熱温度との
関係を示すグラフであり、
第６図は、バリアー層を有する配線構造を示す半導体装
置の部分断面図であり、
第７Ａ図、第７Ｂ図および第７Ｃ図は、ＴｉＮバリアー
層のある配線を有する半導体装置でのジャンクションリ
ーク電流の度数分布を示すグラフであり、
第８図は、ＴｉＮバリアー層のある配線を有する半導体
装置でのＭＴＦとＴｉＮ層形成時酸素添加量との関係を
示すグラフである。
１１・・・シリコン基板、
１５・・・ソース領域、
１６・・・ドレイン領域、
１７・・・層間絶縁膜、
１８・・・コンタクト （Ｔ１）層、
１９・・・バリアー（ＴｉＮ）層、
２０・・・アルミニウム配線層。FIG. 1 shows that a barrier (
FIG. 2 is a graph showing the relationship between gas flow rate and formation time in a pulsed oxygen addition method during sputtering for forming a barrier (TiN) layer according to the method according to the present invention.
3 is a graph showing the relationship between gas flow rate and formation time in a temporary oxygen addition method during sputtering for forming a TiN) layer. FIG. 3 shows the relationship between gas flow and formation time in a conventional oxygen continuous addition method. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a MO3FIET having wiring formed by the method of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a semiconductor device showing a wiring structure having a barrier layer; FIGS. 7A, 7B, and 7C are graphs showing the relationship between flow rate and substrate heating temperature; FIG. FIG. 8 is a graph showing the frequency distribution of junction leakage current in a semiconductor device having wiring with a barrier layer. FIG. It is a graph showing the relationship between. DESCRIPTION OF SYMBOLS 11... Silicon substrate, 15... Source region, 16... Drain region, 17... Interlayer insulating film, 18... Contact (T1) layer, 19... Barrier (TiN) layer, 20 ...Aluminum wiring layer.
Claims (1)
コニウム、ハフニウムおよびタングステンのいずれかの
金属の窒化物、ホウ化物又は炭化物であるバリアー層と
、アルミニウム又はその合金の配線層とを順次形成する
配線形成方法において、前記バリアー層の形成の途中で
、酸素ガスを雰囲気ガスにパルス式又は一時期だけ添加
することを特徴とする配線形成方法。1. Wiring in which a contact layer, a barrier layer made of nitride, boride, or carbide of any metal such as titanium, zirconium, hafnium, or tungsten, and a wiring layer made of aluminum or an alloy thereof are sequentially formed on a silicon substrate. A wiring forming method characterized in that during the formation of the barrier layer, oxygen gas is added to the atmospheric gas in a pulsed manner or only for a period of time.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33654489A JP2868021B2 (en) | 1989-12-27 | 1989-12-27 | Wiring formation method |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03198329A true JPH03198329A (en) | 1991-08-29 |
| JP2868021B2 JP2868021B2 (en) | 1999-03-10 |
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07321068A (en) * | 1994-05-24 | 1995-12-08 | Samsung Electron Co Ltd | Metal wiring formation and sputtering device that is used therefor |
| JP2014012868A (en) * | 2012-07-04 | 2014-01-23 | Ulvac Japan Ltd | Barrier insulation film formation method, and barrier insulation film formation apparatus |
| JP2022541067A (en) * | 2019-09-23 | 2022-09-21 | マイクロン テクノロジー，インク． | An integrated assembly having a barrier material between a silicon-containing material and another material that reacts with silicon |
-
1989
- 1989-12-27 JP JP33654489A patent/JP2868021B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2868021B2 (en) | 1999-03-10 |
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