JPH05109656A - 非晶質窒化チタン膜を用いた金属配線形成方法 - Google Patents

非晶質窒化チタン膜を用いた金属配線形成方法

Info

Publication number
JPH05109656A
JPH05109656A JP3173309A JP17330991A JPH05109656A JP H05109656 A JPH05109656 A JP H05109656A JP 3173309 A JP3173309 A JP 3173309A JP 17330991 A JP17330991 A JP 17330991A JP H05109656 A JPH05109656 A JP H05109656A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
titanium
nitride film
titanium nitride
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP3173309A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2772726B2 (ja
Inventor
Sang-In Lee
李相忍
Nae-In Lee
李來寅
Il-Kwon Kim
金一權
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of JPH05109656A publication Critical patent/JPH05109656A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2772726B2 publication Critical patent/JP2772726B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843—Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/34—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies not provided for in groups H01L21/0405, H01L21/0445, H01L21/06, H01L21/16 and H01L21/18 with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/44—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/38 - H01L21/428
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204—Conductive materials
    • H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53214—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being aluminium
    • H01L23/53223—Additional layers associated with aluminium layers, e.g. adhesion, barrier, cladding layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

(57)【要約】 【構成】半導体基板、及びその上に順次形成された絶縁
層、チタン層及びアルミニウム層からなる半導体デバイ
スの金属配線形成方法を開示する。その金属配線形成方
法は、チタンにそれより大きな他の金属を含有するター
ゲットから反応スパッタリングするか又はチタンターゲ
ットと他の金属ターゲットとから同時にスパッタリング
することによって、アルミニウム層の下側に非晶質窒化
チタン層を形成させるものである。 【効果】金属スパイクの形成を抑制し、漏洩電流の発生
及び接合破壊を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの配線
の形成方法に関し、特に金属配線の際、非晶質窒化チタ
ン膜を用いて接触孔(contact hole)部位での拡散バリヤ
特性を改善する金属配線形成方法に関する。
【０００２】
【従来技術・課題】最近、半導体デバイスが高集積化さ
れることにしたがい、より小さい接触孔と浅い接合層を
形成するための技術が要求されている。そのため、半導
体デバイスの接触孔がますます小さくなり不純物拡散層
が浅く形成されることにより半導体デバイスの信頼性の
問題が提起されている。かかる半導体デバイスの信頼性
に最も大きい影響を及ぼすものが接触孔部位すなわち、
金属配線層と不純物拡散層とが接触する部位である。
【０００３】図１は従来の半導体デバイスを示す断面図
であって、図面の符号１は半導体基板であり、２は不純
物拡散層、３は中間絶縁膜、４は接触孔、５はアルミニ
ウムからなる金属配線膜である。図１を参照すると、従
来の半導体デバイスは不純物拡散層２と半導体基板１と
がPN接合を形成しており、不純物拡散層２とアルミニウ
ム膜からなる金属配線膜５は接触孔４を通じて電気的に
接触されている。
【０００４】しかし、従来の半導体デバイスは金属配線
膜としてシリコン(Si)が含まれたアルミニウム膜を用い
る場合、アルミニウム膜を形成した後、熱処理工程を行
なうと、アルミニウム膜に含まれていた過飽和Siが接触
孔４の底部分の不純物拡散層２上に析出され、この析出
シリコン６により接触孔４の実効開口面積が減少し、接
触抵抗が増加するという問題点があった。
【０００５】一方、シリコン含有アルミニウム層を用い
て金属配線を形成するとき過飽和Siが析出されて接触抵
抗が増加することを防止するために、図２で示すように
アルミニウム配線膜５の下部に窒化チタン膜８を形成し
たものがある。この窒化チタン膜８はチタンターゲット
から反応スパッタリングにより形成される。
【０００６】しかし、こうして形成された窒化チタン膜
は柱状組織となっているため、ある種の反応を起こす通
路として作用する。即ち、上部に形成されているアルミ
ニウム膜５がその通路を通じて拡散され、下部に形成さ
れているチタン膜７と反応することになる。特に、熱応
力が持続的に加わると接触孔４部位で上部層の金属であ
るアルミニウムと下部層の金属であるチタンTiとが反応
し、反応されたアルミニウムーチタン合金と不純物拡散
層２中のシリコンとが反応して図２で示すスパイク(spi
ke) ９が形成され、これらのスパイクにより半導体基板
１と不純物拡散層２とからなるPN接合が破れるという問
題点がある。
【０００７】従って、この発明は、金属配線と接合層と
が接する接触孔部位で金属スパイクが形成される現象を
防止するためのものであって、柱状組織に形成される窒
化チタン膜に代えて非晶質窒化チタン膜を形成して接触
孔部位における拡散バリヤ特性を向上させた半導体デバ
イスの金属配線形成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明の半導体デバイスの金属配線形成方法は、
半導体基板に不純物拡散層が形成され、その上に絶縁
膜、チタン膜及びアルミニウム膜が形成されている半導
体デバイスを用い、チタンより原子半径が大きい金属を
含んだチタンターゲットから反応スパッタリングさせる
か、あるいはチタンターゲットとチタンより大きな原子
の金属ターゲットとから同時にスパッタリングさせる方
法により、チタンに一定量(percolation limit) 以上の
金属を含浸させて、非晶質窒化チタン膜を形成すること
を特徴とする。
【０００９】ここで、他の金属について「一定量」とは
チタンが他の金属で置換される場合窒化チタンの結晶格
子の周期性が失われる限界量、即ち窒化チタンの非晶質
化のために必要な他の金属の最低量をいう。通常その量
はチタン及び他の金属の合計値に対して１０ａｔｍ％以
上にすることが好ましい。もっとも、他の金属の量が５
０ａｔｍ％近傍になると、異なる結晶質に変化する場合
が多いので、５０ａｔｍ％以下に制限することが好まし
い。従って、非晶質窒化チタン膜の組成をTi1- xMxNで表
わした場合、ｘ＝０．１〜０．５の範囲が好ましいこと
になる。尚、非晶質／結晶質の判定・確認は通常のよう
にＸ線回析やＳＥＭにより行った。
【００１０】チタンよりも大きな原子を他の金属として
含有させることによって比較的少ない含有量で非晶質化
させることができる。特に、チタン（Ti）の原子半径
（２．０オングストローム）よりも２０％以上大きな原
子半径、即ち２．４オングストローム以上の原子半径を
有する原子を用いることが好ましい。もっとも、この条
件を満たしても、１Ａ族原子のようにTiと活発に反応し
て酸化、水酸化され易いものなどは適さない。従って、
Sr, Ba なとの２Ａ族原子、ランタノイドなどの３Ａ族
原子が好適である。
【００１１】この発明は図３で示す半導体基板１上にオ
ーミック接触用のチタン膜７を物理蒸着させた後、その
上にチタンに比べて原子半径が相対的に大きい金属を含
んだチタンターゲットから反応スパッタリングさせるか
あるいはチタンターゲットと他の金属ターゲットとから
同時にスパッタリングさせて非晶質窒化チタン膜８を形
成したものである。スパッタリング工程においてTiとと
もにスパッタリングさせる金属としては、Sr, Ba及びL
a, Ce, Nd, Sm等のLa系の金属が用いられる。尚、アル
ミニウム膜はシリコンを含有することが望ましい。その
他、不純物拡散層、絶縁膜などは通常の方法で形成で
き、その具体的組成や厚さなどもデバイス或いは工程条
件によって変わるものであり特に限定されない。
【００１２】この発明は、前記金属の含有量を一定量以
上まで増加させた場合に、窒化チタン膜が非晶質窒化チ
タン膜になる現象を用いたものである。原子半径が大き
い金属の含有量を一定量以上まで増加させた場合には、
従来のTiターゲットから反応スパッタリングさせて得ら
れる柱状組織の窒化チタン膜の結晶粒界が除去されて、
上部層の金属原子の下部層への拡散通路が遮断される。
従って、アルミニウムがチタンと反応することができる
通路が遮断されてアルミニウムが拡散されないので、拡
散バリヤの耐熱性を改善できる。熱処理工程を行なって
もチタンが不純物拡散層のシリコンと反応ができないの
で、金属スパイクが形成されずPN接合が破れない。
【００１３】さらに、結晶質のチタン膜を用いる場合に
は、応力により接触孔の内縁に割れを生ずるが、非晶質
窒化チタン膜を形成することにより内部応力が著しく緩
和されて割れ等の欠陥の発生を防止できる。
【００１４】
【発明の効果】以上のようにこの発明によると、金属配
線膜の下部に非晶質窒化チタン膜を形成することによ
り、金属の拡散経路を遮断する。そのため、上部層の金
属が不純物拡散層と反応して金属スパイクを形成するこ
とを防止し、これにより漏洩電流の発生及び接合破壊を
防止し、半導体デバイスの信頼度を向上させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体デバイスにおいて、接触孔部位で
シリコンが析出された状態を示す断面図
【図２】従来の金属配線膜として窒化チタン層を用いた
半導体デバイスの断面図であって、熱処理工程後に接触
孔部位に金属スパイクが形成されたことを示すもの
【図３】この発明の金属配線膜として非晶質窒化チタン
層が形成された半導体デバイスであって、熱処理工程後
の接触孔部位の断面図を示すもの
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ 不純物拡散層 ３ 絶縁膜 ４ 接触孔 ５ アルミニウム膜 ６ 析出されたSi ７ チタン膜 ８ 窒化チタン膜 ９ スパイク 10 非晶質窒化チタン膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板に不純物拡散層が形成され、そ
    の上に絶縁膜、チタン膜及びアルミニウム膜が形成され
    ている半導体デバイスにおいて、前記アルミニウム膜の
    下部にスパッタリング法によりチタンに他の金属を一定
    量以上含んで非晶質窒化チタン膜を形成することを特徴
    とする半導体デバイスの金属配線形成方法。
  2. 【請求項２】非晶質窒化チタン膜中において他の金属を
    チタン及び他の金属の合計値に対して１０〜５０ａｔｍ
    ％含むようにスパッタリングすることを特徴とする請求
    項１に記載の半導体デバイスの金属配線形成方法。
  3. 【請求項３】他の金属を含んだチタンターゲットから反
    応スパッタリングするか、又はチタンターゲット及び他
    の金属ターゲットから同時にスパッタリングさせて、非
    晶質窒化チタン膜を形成することを特徴とする請求項１
    に記載の半導体デバイスの金属配線形成方法。
  4. 【請求項４】チタンとともにスパッタリングされる他の
    金属としてチタンより相対的に原子半径が大きい金属を
    用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイ
    スの金属配線形成方法。
  5. 【請求項５】他の金属としてTiの原子半径よりも２０％
    以上大きな原子半径を有する金属を用いることを特徴と
    する。請求項４に記載の半導体デバイスの金属配線形成
    方法。
  6. 【請求項６】スパッタリングされる金属として、Sr, Ba
    及びランタノイドからなる群より選択される金属１種
    又は２種以上を用いることを特徴とする請求項５に記載
    の半導体デバイスの金属配線形成方法。
JP3173309A 1990-06-29 1991-06-19 非晶質窒化チタン膜を用いた金属配線形成方法 Expired - Fee Related JP2772726B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019900009784A KR930002672B1 (ko) 1990-06-29 1990-06-29 비정질 질화티타늄막을 이용한 금속배선 형성방법
KR1990P9784 1990-06-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05109656A true JPH05109656A (ja) 1993-04-30
JP2772726B2 JP2772726B2 (ja) 1998-07-09

Family

ID=19300658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3173309A Expired - Fee Related JP2772726B2 (ja) 1990-06-29 1991-06-19 非晶質窒化チタン膜を用いた金属配線形成方法

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JP2772726B2 (ja)
KR (1) KR930002672B1 (ja)
DE (1) DE4031677A1 (ja)
FR (1) FR2664096B1 (ja)
GB (1) GB2245762B (ja)
IT (1) IT1243053B (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100494320B1 (ko) * 1997-12-30 2005-08-31 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자의확산방지막형성방법
WO2007020874A1 (ja) * 2005-08-16 2007-02-22 Hitachi Kokusai Electric Inc. 薄膜形成方法および半導体デバイスの製造方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6770924B1 (en) * 1994-05-13 2004-08-03 Micron Technology, Inc. Amorphous TiN films for an integrated capacitor dielectric/bottom plate using high dielectric constant materials
KR100401498B1 (ko) * 2001-01-11 2003-10-17 주식회사 하이닉스반도체 반도체장치의 배리어층 형성방법
DE10146359B4 (de) * 2001-09-20 2006-12-28 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Eine Metallisierungsprozesssequenz

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01165055A (ja) * 1987-09-30 1989-06-29 Sharp Corp 光磁気記録媒体
JPH0234918A (ja) * 1988-07-25 1990-02-05 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63213959A (ja) * 1987-03-03 1988-09-06 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
JPH01220824A (ja) * 1988-02-29 1989-09-04 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
US4990997A (en) * 1988-04-20 1991-02-05 Fujitsu Limited Crystal grain diffusion barrier structure for a semiconductor device
JP2751223B2 (ja) * 1988-07-14 1998-05-18 セイコーエプソン株式会社 半導体装置およびその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01165055A (ja) * 1987-09-30 1989-06-29 Sharp Corp 光磁気記録媒体
JPH0234918A (ja) * 1988-07-25 1990-02-05 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100494320B1 (ko) * 1997-12-30 2005-08-31 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자의확산방지막형성방법
WO2007020874A1 (ja) * 2005-08-16 2007-02-22 Hitachi Kokusai Electric Inc. 薄膜形成方法および半導体デバイスの製造方法
JP4727667B2 (ja) * 2005-08-16 2011-07-20 株式会社日立国際電気 薄膜形成方法および半導体デバイスの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2772726B2 (ja) 1998-07-09
IT9021594A1 (it) 1992-03-28
DE4031677C2 (ja) 1993-07-22
IT1243053B (it) 1994-05-23
GB2245762B (en) 1995-02-08
IT9021594A0 (it) 1990-09-28
FR2664096B1 (fr) 1993-04-30
KR920001658A (ko) 1992-01-30
GB9021287D0 (en) 1990-11-14
KR930002672B1 (ko) 1993-04-07
DE4031677A1 (de) 1992-01-09
GB2245762A (en) 1992-01-08
FR2664096A1 (fr) 1992-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3704427B2 (ja) 半導体装置の銅金属配線形成方法
KR100425655B1 (ko) 집적회로의금속화층사이의반응을최소화하기위한확산방지삼중층및제조방법
JP3296708B2 (ja) 金属導電体用多層Ａｌ合金構造
KR100281316B1 (ko) 전극배선 및 그 제조방법
JP4729661B2 (ja) ヒロックが無いアルミニウム層及びその形成方法
JPH04324929A (ja) 半導体装置の製造方法
JPH05109656A (ja) 非晶質窒化チタン膜を用いた金属配線形成方法
JPH04267359A (ja) 配線形成方法
KR930001311A (ko) 반도체 장치의 금속 배선층 형성방법
JP2764932B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPH03262127A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2764934B2 (ja) 半導体装置
JPH0687501B2 (ja) 半導体装置のゲート電極の製造方法
JPH0126172B2 (ja)
JPS62219921A (ja) 半導体装置
JPH0284719A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2785482B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPH05291560A (ja) 半導体デバイスのバリアメタル
JP2764933B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
KR940005927Y1 (ko) WSi₂필름층이 형성된 쌍극성 반도체 소자
JPS63129662A (ja) 半導体装置
JP2705294B2 (ja) 半導体装置
JPS62291146A (ja) 半導体装置の製造方法
JPS58197876A (ja) 半導体装置
JPH05308057A (ja) 半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19950711

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090424

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090424

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100424

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110424

Year of fee payment: 13

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees