JPH04368126A - 金属障壁層の酸素プラズマ充填法 - Google Patents
金属障壁層の酸素プラズマ充填法Info
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- JPH04368126A JPH04368126A JP16505091A JP16505091A JPH04368126A JP H04368126 A JPH04368126 A JP H04368126A JP 16505091 A JP16505091 A JP 16505091A JP 16505091 A JP16505091 A JP 16505091A JP H04368126 A JPH04368126 A JP H04368126A
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属障壁層の酸素プラズ
マ充填法に関し、特に集積回路サブミクロン部品の製作
過程において、プラズマチャンバ（Ｐｌａｓｍａ−Ｃｈ
ａｍｂｅｒ）内に酸素プラズマを注入して、その金属障
壁層（Ｂａｒｒｉｅｒ Ｍｅｔａｌ Ｌａｙｅｒ） に
対して金属スパッタ（Ｓｐｕｔｔｅｒ） を施して結晶
粒界を完全充填する金属障壁層の酸素プラズマ充填法に
関する。
マ充填法に関し、特に集積回路サブミクロン部品の製作
過程において、プラズマチャンバ（Ｐｌａｓｍａ−Ｃｈ
ａｍｂｅｒ）内に酸素プラズマを注入して、その金属障
壁層（Ｂａｒｒｉｅｒ Ｍｅｔａｌ Ｌａｙｅｒ） に
対して金属スパッタ（Ｓｐｕｔｔｅｒ） を施して結晶
粒界を完全充填する金属障壁層の酸素プラズマ充填法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】因に、サブミクロン（Ｓｕｂ−Ｍｉｃｒ
ｏｎ）部品のうち、窒化チタン（ＴｉＮ）浸透の障壁層
の操作やメカニズムについては、すでに関連ある文献が
発表されており、例えば、１９８９年３月１５日発行の
応用物理学報（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ）の第２４６４〜第２４６９ページに
、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）素子の金属導線スパッ
タ過程において、その障壁層、例えば、ＴｉＮ障壁層の
結晶粒界（Ｇｒａｉｎ Ｂｏｕｎｄａｒｙ）間に充填物
（Ｓｔｕｆｆ） が存在していないため、該金属スパッ
タ過程中、特に比較的高温、例えば４００℃の応力（Ｓ
ｔｒｅｓｓ）下において、チップのシリコン素子が障壁
層に浸透し、全体素子の絶縁状態が悪化してスパイク漏
電（ＳｐｉｋｉｎｇＬｅａｋａｇｅ） が生じることな
どが報じられている。この現象は、ＶＬＳＩチップの部
分断面表示図である図１に示す如く、その接点１０上に
金属スパッタ方式によって金属障壁層１１が形成され、
かつ、その上に金属導体１２がスパッタされて、該接点
１０と金属導体１２が接触しない部分にシリカ（ＳｉＯ
２ ）層が形成される。そして、普通、該金属障壁層１
１はＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｍｏ、またはＷなどの材料
でなり、産業界では良く窒化チタンを採用し、その金属
導体１２はシルミン（ＡｌＳｉ）を使用するが、該Ｔｉ
Ｎの金属障壁層１１の結晶粒界に適当な充填物がないた
め、単晶薄層内のシリカが拡散し、若しくは金属導体１
２のアルミニウムが拡散して上記接点１０に浸透し、図
示のｎ＋ ／ｐ− 界面において逆向き偏圧がかかると
容易にスパイク漏電現象が発生する。
ｏｎ）部品のうち、窒化チタン（ＴｉＮ）浸透の障壁層
の操作やメカニズムについては、すでに関連ある文献が
発表されており、例えば、１９８９年３月１５日発行の
応用物理学報（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ）の第２４６４〜第２４６９ページに
、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）素子の金属導線スパッ
タ過程において、その障壁層、例えば、ＴｉＮ障壁層の
結晶粒界（Ｇｒａｉｎ Ｂｏｕｎｄａｒｙ）間に充填物
（Ｓｔｕｆｆ） が存在していないため、該金属スパッ
タ過程中、特に比較的高温、例えば４００℃の応力（Ｓ
ｔｒｅｓｓ）下において、チップのシリコン素子が障壁
層に浸透し、全体素子の絶縁状態が悪化してスパイク漏
電（ＳｐｉｋｉｎｇＬｅａｋａｇｅ） が生じることな
どが報じられている。この現象は、ＶＬＳＩチップの部
分断面表示図である図１に示す如く、その接点１０上に
金属スパッタ方式によって金属障壁層１１が形成され、
かつ、その上に金属導体１２がスパッタされて、該接点
１０と金属導体１２が接触しない部分にシリカ（ＳｉＯ
２ ）層が形成される。そして、普通、該金属障壁層１
１はＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｍｏ、またはＷなどの材料
でなり、産業界では良く窒化チタンを採用し、その金属
導体１２はシルミン（ＡｌＳｉ）を使用するが、該Ｔｉ
Ｎの金属障壁層１１の結晶粒界に適当な充填物がないた
め、単晶薄層内のシリカが拡散し、若しくは金属導体１
２のアルミニウムが拡散して上記接点１０に浸透し、図
示のｎ＋ ／ｐ− 界面において逆向き偏圧がかかると
容易にスパイク漏電現象が発生する。
【０００３】このスパイク漏電現象を解決するため、最
近、ＶＬＳＩのサブミクロンチップ製作過程において、
該製作過程の一密室（Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｃｈａｍｂｅ
ｒ）内に酸素を充満させ、いわゆる真空破壊技術（Ｖａ
ｃｕｕｍ Ｂｒｅａｋ）によって、酸素の活性を利用し
て金属障壁層スパッタを行ない、ＴｉＮ金属障壁層１１
の結晶粒界を充填してＴｉＮｘ Ｏｙ の合金層を形成
させ、絶縁効果を向上させてスパイク漏電の影響を減少
するようにしている。この技術により金属障壁層の性能
を確かに改善するのであるが、上記真空破壊技術を行な
うため、該密室は、時には酸素を充満し時には真空状態
に内部気体を排出するので、酸素の充満や気体の抜出し
に時間がかかり、生産能率に対してかなり大きい影響を
もたらすのである。
近、ＶＬＳＩのサブミクロンチップ製作過程において、
該製作過程の一密室（Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｃｈａｍｂｅ
ｒ）内に酸素を充満させ、いわゆる真空破壊技術（Ｖａ
ｃｕｕｍ Ｂｒｅａｋ）によって、酸素の活性を利用し
て金属障壁層スパッタを行ない、ＴｉＮ金属障壁層１１
の結晶粒界を充填してＴｉＮｘ Ｏｙ の合金層を形成
させ、絶縁効果を向上させてスパイク漏電の影響を減少
するようにしている。この技術により金属障壁層の性能
を確かに改善するのであるが、上記真空破壊技術を行な
うため、該密室は、時には酸素を充満し時には真空状態
に内部気体を排出するので、酸素の充満や気体の抜出し
に時間がかかり、生産能率に対してかなり大きい影響を
もたらすのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
金属スパッタ方法における問題点と、ＶＬＳＩのサブミ
クロン素子の製作需要に鑑み、ＴｉＮ障壁層に形成され
たＴｉＮｘ Ｏｙ 合金層内の酸素量を増加して、その
結晶粒界を完全充填してスパイク漏電の発生を減少でき
るようにする金属障壁層の酸素プラズマ充填法を提供す
ることを目的とする。
金属スパッタ方法における問題点と、ＶＬＳＩのサブミ
クロン素子の製作需要に鑑み、ＴｉＮ障壁層に形成され
たＴｉＮｘ Ｏｙ 合金層内の酸素量を増加して、その
結晶粒界を完全充填してスパイク漏電の発生を減少でき
るようにする金属障壁層の酸素プラズマ充填法を提供す
ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸素の活性を
利用して、真空破壊技術（Ｖａｃｕｕｍ Ｂｒｅａｋ）
により金属障壁層スパッタを行なう集積回路の極微チッ
プ製作過程において、上記金属障壁層スパッタを行なう
際に、酸素プラズマを添加して、酸化物含有量が比較的
多い金属障壁層を形成するようにして目的を達成する。
利用して、真空破壊技術（Ｖａｃｕｕｍ Ｂｒｅａｋ）
により金属障壁層スパッタを行なう集積回路の極微チッ
プ製作過程において、上記金属障壁層スパッタを行なう
際に、酸素プラズマを添加して、酸化物含有量が比較的
多い金属障壁層を形成するようにして目的を達成する。
【０００６】
【作用】上記のように、本発明は、集積回路の極微チッ
プ製作過程において、真空破壊技術により、酸素の活性
を利用して金属障壁層スパッタを行なう時、酸素プラズ
マを添加しているので、該金属障壁層表面に比較的多量
の酸素合金が形成されて結晶粒界を完全充填する。
プ製作過程において、真空破壊技術により、酸素の活性
を利用して金属障壁層スパッタを行なう時、酸素プラズ
マを添加しているので、該金属障壁層表面に比較的多量
の酸素合金が形成されて結晶粒界を完全充填する。
【０００７】この発明の上記またはその他の目的、特徴
および利点は、図面を参照しての以下の実施例の詳細な
説明から一層あきらかとなろう。
および利点は、図面を参照しての以下の実施例の詳細な
説明から一層あきらかとなろう。
【０００８】
【実施例】本発明の金属障壁層スパッタ法の表示図であ
る図２に示す如く、そのＶＬＳＩを形成するウェーハ（
Ｗａｆｅｒｓ）は所定の製作ステップに沿って、逐次多
数のスパッタ室２０の中の幾つかの部屋に伝送され、か
つそれぞれ部屋に１、２、３、４…の番号を振り付け、
例えば、そのうちの４号部屋が金属障壁層スパッタをす
るものとすれば、該４号部屋を真空破壊する必要がなく
、酸素イオンプラズマを提供する酸素イオン（Ｏ・）プ
ラズマ発生装置２１を配設して、該４号部屋内に酸素プ
ラズマを注入し、ＴｉＮｘ Ｏｙ 障壁層スパッタをな
し遂げるのである。本発明の一実施例では、該酸素プラ
ズマ発生装置２１として、日本プラズマシステム株式会
社（Ｐｌａｓｍａ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉ
ｏｎ ＪＡＰＡＮ） 製作の酸素プラズマ光線除去機（
Ｏ・ Ｐｌａｓｍａ Ｐｈｏｔｏ Ｓｔｒｉｐｐｅｒ
）を採用する。
る図２に示す如く、そのＶＬＳＩを形成するウェーハ（
Ｗａｆｅｒｓ）は所定の製作ステップに沿って、逐次多
数のスパッタ室２０の中の幾つかの部屋に伝送され、か
つそれぞれ部屋に１、２、３、４…の番号を振り付け、
例えば、そのうちの４号部屋が金属障壁層スパッタをす
るものとすれば、該４号部屋を真空破壊する必要がなく
、酸素イオンプラズマを提供する酸素イオン（Ｏ・）プ
ラズマ発生装置２１を配設して、該４号部屋内に酸素プ
ラズマを注入し、ＴｉＮｘ Ｏｙ 障壁層スパッタをな
し遂げるのである。本発明の一実施例では、該酸素プラ
ズマ発生装置２１として、日本プラズマシステム株式会
社（Ｐｌａｓｍａ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉ
ｏｎ ＪＡＰＡＮ） 製作の酸素プラズマ光線除去機（
Ｏ・ Ｐｌａｓｍａ Ｐｈｏｔｏ Ｓｔｒｉｐｐｅｒ
）を採用する。
【０００９】この金属スパッタ技術は、ＩＣ製作におい
てすでに広く知られており、本発明では詳細な記述を省
く。但し、本発明を実施する場合、その酸素プラズマ発
生装置２１の条件を次のように設定する。 工率（ＰＯＷＥＲ） ：３００Ｗ 圧力（ＰＲＥＳＳＵＲＥ）：４８０ｍ．ｔｏｒｒ酸素流
出率（Ｏ２ ＦＬＯＷ ＲＡＴＥ）：２２０ｓｃｃｍ温
度（ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ） ：６５℃時間（ＴＩＭ
Ｅ）：３ｍｉｎ
てすでに広く知られており、本発明では詳細な記述を省
く。但し、本発明を実施する場合、その酸素プラズマ発
生装置２１の条件を次のように設定する。 工率（ＰＯＷＥＲ） ：３００Ｗ 圧力（ＰＲＥＳＳＵＲＥ）：４８０ｍ．ｔｏｒｒ酸素流
出率（Ｏ２ ＦＬＯＷ ＲＡＴＥ）：２２０ｓｃｃｍ温
度（ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ） ：６５℃時間（ＴＩＭ
Ｅ）：３ｍｉｎ
【００１０】本発明の金属障壁層スパッタ法によって製
作された部品が、そのスパイク漏電の特性をどれだけ改
善されたかを比較し了解するため、該部品を温度４２５
℃の下で３００分間の応力処理（Ｓｔｒｅｓｓ Ｐｒｏ
ｃｅｓｓ）、または焼きなまし（Ａｎｎｅａｌ Ｐｒｏ
ｃｅｓｓ）をして、部品のｎ＋ ／ｐ− 接触面の漏電
情況を測定した。即ち、逆向き偏圧（Ｒｅｖｅｒｓｅ
Ｂｉａｓ）の下で、電流密度（Ｊ）が２．５×１０Ａ／
μｍ２ の時： 従来の真空破壊法の漏電電流は ２〜４ｎＡ（１０−
９Ａ） 本発明の酸素プラズマ充填法は 約３００ｐＡ（３０
０×１０−１２ Ａ） であり、本発明の方法を利用すれば、そのスパイク漏電
は約１０倍改善され得る。
作された部品が、そのスパイク漏電の特性をどれだけ改
善されたかを比較し了解するため、該部品を温度４２５
℃の下で３００分間の応力処理（Ｓｔｒｅｓｓ Ｐｒｏ
ｃｅｓｓ）、または焼きなまし（Ａｎｎｅａｌ Ｐｒｏ
ｃｅｓｓ）をして、部品のｎ＋ ／ｐ− 接触面の漏電
情況を測定した。即ち、逆向き偏圧（Ｒｅｖｅｒｓｅ
Ｂｉａｓ）の下で、電流密度（Ｊ）が２．５×１０Ａ／
μｍ２ の時： 従来の真空破壊法の漏電電流は ２〜４ｎＡ（１０−
９Ａ） 本発明の酸素プラズマ充填法は 約３００ｐＡ（３０
０×１０−１２ Ａ） であり、本発明の方法を利用すれば、そのスパイク漏電
は約１０倍改善され得る。
【００１１】他方、物理性質の方面から考慮し、オージ
ェ電子分光計（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅ
ｃｔｒｏｍｅｔｅｒ） で従来および本発明の酸素プラ
ズマに対し、オージェ分析（Ａｕｇｅｒ Ａｎａｌｙｓ
ｉｓ）を行なった結果、図３の本発明によって製作され
た成品のオージェ分析図と、図４の従来の真空破壊法に
よって製作された成品のオージェ分析図の両図を得た。 該図３及び図４から分かるように、本発明の酸素プラズ
マスパッタ法の方が比較的良好な充填効果を備えており
、その金属障壁層表面の酸素含有量は、ほぼ従来の真空
破壊法の３倍（６４％対２３％左右）に及び、従ってそ
の表面により多量のＴｉＮｘ Ｏｙ 合金を形成して、
結晶粒界（Ｇｒａｉｎ Ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ）を完全
充填することができることが証明される。
ェ電子分光計（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅ
ｃｔｒｏｍｅｔｅｒ） で従来および本発明の酸素プラ
ズマに対し、オージェ分析（Ａｕｇｅｒ Ａｎａｌｙｓ
ｉｓ）を行なった結果、図３の本発明によって製作され
た成品のオージェ分析図と、図４の従来の真空破壊法に
よって製作された成品のオージェ分析図の両図を得た。 該図３及び図４から分かるように、本発明の酸素プラズ
マスパッタ法の方が比較的良好な充填効果を備えており
、その金属障壁層表面の酸素含有量は、ほぼ従来の真空
破壊法の３倍（６４％対２３％左右）に及び、従ってそ
の表面により多量のＴｉＮｘ Ｏｙ 合金を形成して、
結晶粒界（Ｇｒａｉｎ Ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ）を完全
充填することができることが証明される。
【００１２】
【発明の効果】上記のような本発明の金属障壁層スパッ
タ法によって製作された集積回路の極微素子は、従来の
真空破壊技術によって製作されたものに比べて、そのス
パイク漏電が１／１０程度に改善され、他方、オージェ
電子分光計で従来のものおよび本発明の酸素プラズマに
ついて、オージェ分析を行なった結果、本発明の酸素プ
ラズマスパッタ法の方が比較的良好な充填効果を奏して
おり、その製作された金属障壁層表面の酸素含有量は、
ほぼ従来の真空破壊法で製作したものの３倍（６４％対
２３％左右）にも及び、従ってその表面により多量のＴ
ｉＮｘ Ｏｙ 合金を形成して、結晶粒界を完全充填す
る。
タ法によって製作された集積回路の極微素子は、従来の
真空破壊技術によって製作されたものに比べて、そのス
パイク漏電が１／１０程度に改善され、他方、オージェ
電子分光計で従来のものおよび本発明の酸素プラズマに
ついて、オージェ分析を行なった結果、本発明の酸素プ
ラズマスパッタ法の方が比較的良好な充填効果を奏して
おり、その製作された金属障壁層表面の酸素含有量は、
ほぼ従来の真空破壊法で製作したものの３倍（６４％対
２３％左右）にも及び、従ってその表面により多量のＴ
ｉＮｘ Ｏｙ 合金を形成して、結晶粒界を完全充填す
る。
【図１】ＶＬＳＩ製作過程における金属スパッタ障壁層
の断面表示図。
の断面表示図。
【図２】本発明の金属障壁層の酸素プラズマ充填法で、
ＩＣを製作する場合の製作系統表示図。
ＩＣを製作する場合の製作系統表示図。
【図３】本発明の金属障壁層の酸素プラズマ充填法で製
作した極微素子のオージェ分析図。
作した極微素子のオージェ分析図。
【図４】従来の真空破壊法で製作した部品のオージェ分
析図。
析図。
１ スパッタ室に振り付けた番号
２ スパッタ室に振り付けた番号
３ スパッタ室に振り付けた番号
４ スパッタ室に振り付けた番号
１０ 接点
１１ ＴｉＮ金属障壁層
１２ 金属導体
２０ スパッタ室
２１ プラズマ発生装置
ｎ＋ ／ｐ− 結晶粒子界面
Claims (1)
- 【請求項１】酸素の活性を利用して、真空破壊技術によ
り金属障壁層スパッタを行なう集積回路の極微チップ製
作過程において、前記金属障壁層スパッタを行なう際に
、酸素プラズマを添加して、酸化物含有量が比較的多い
金属障壁層を形成するようにしてなる金属障壁層の酸素
プラズマ充填法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16505091A JPH04368126A (ja) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | 金属障壁層の酸素プラズマ充填法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16505091A JPH04368126A (ja) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | 金属障壁層の酸素プラズマ充填法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04368126A true JPH04368126A (ja) | 1992-12-21 |
Family
ID=15804884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16505091A Pending JPH04368126A (ja) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | 金属障壁層の酸素プラズマ充填法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04368126A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0234918A (ja) * | 1988-07-25 | 1990-02-05 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH02291124A (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-30 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1991
- 1991-06-10 JP JP16505091A patent/JPH04368126A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0234918A (ja) * | 1988-07-25 | 1990-02-05 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH02291124A (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-30 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
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