JPH05299376A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
- Publication number
- JPH05299376A JPH05299376A JP9804392A JP9804392A JPH05299376A JP H05299376 A JPH05299376 A JP H05299376A JP 9804392 A JP9804392 A JP 9804392A JP 9804392 A JP9804392 A JP 9804392A JP H05299376 A JPH05299376 A JP H05299376A
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、半導体装置における金属の３層構
造から成る電極部（配線など含む）の形成方法に関する
もので、特に第２層の金属層（実施例ではＴｉＮ）を形
成する際、ターゲット表面が反応ガス（実施例では
Ｎ2 ）で化合されることを除去するとともに、スループ
ットを向上させることを目的とするものである。 【構成】 前記目的のため本発明は、第１の金属層（実
施例ではＴｉ）１を形成した後、同一チャンバー内で反
応ガス（実施例ではＮ2 ）の分圧を低く（反応ガスでタ
ーゲットが窒化されない程度）した上、基板に負のバイ
アスを与えて前記反応ガスの化合物としての第２の金属
層（実施例ではＴｉＮ）２を形成するようにしたもので
ある。
造から成る電極部（配線など含む）の形成方法に関する
もので、特に第２層の金属層（実施例ではＴｉＮ）を形
成する際、ターゲット表面が反応ガス（実施例では
Ｎ2 ）で化合されることを除去するとともに、スループ
ットを向上させることを目的とするものである。 【構成】 前記目的のため本発明は、第１の金属層（実
施例ではＴｉ）１を形成した後、同一チャンバー内で反
応ガス（実施例ではＮ2 ）の分圧を低く（反応ガスでタ
ーゲットが窒化されない程度）した上、基板に負のバイ
アスを与えて前記反応ガスの化合物としての第２の金属
層（実施例ではＴｉＮ）２を形成するようにしたもので
ある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置における
電極部（配線、スルーホールコンタクトなどを含む）と
して、特に３種の金属による積層構造とする形成方法に
関するものである。
電極部（配線、スルーホールコンタクトなどを含む）と
して、特に３種の金属による積層構造とする形成方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置である超ＬＳＩの電極
部のメタル構造は図１に示すような３層構造となってい
る。つまり、拡散防止又は固相エピ防止膜（バリアメタ
ル）２として耐熱性に優れた金属の一つのＴｉＮを用い
るが、単独で用いると拡散層４との接触抵抗が高くなっ
てしまうためＴｉ膜１（これも金属）を敷いた構造が用
いられる。
部のメタル構造は図１に示すような３層構造となってい
る。つまり、拡散防止又は固相エピ防止膜（バリアメタ
ル）２として耐熱性に優れた金属の一つのＴｉＮを用い
るが、単独で用いると拡散層４との接触抵抗が高くなっ
てしまうためＴｉ膜１（これも金属）を敷いた構造が用
いられる。
【０００３】即ち、半導体基板５上に、コンタクトホー
ル６の開孔部が形成された絶縁膜（ＢＰＳＧなど）を設
け、その上に前述したＴｉ膜１，ＴｉＮ膜２を積層し、
さらにその上に配線として一般にＡｌ合金（例えばＡｌ
ＳｉＣｕ）３を形成する。
ル６の開孔部が形成された絶縁膜（ＢＰＳＧなど）を設
け、その上に前述したＴｉ膜１，ＴｉＮ膜２を積層し、
さらにその上に配線として一般にＡｌ合金（例えばＡｌ
ＳｉＣｕ）３を形成する。
【０００４】尚、このＴｉ／ＴｉＮの積層構造１、２は
配線部でも残され、ＡｌＳｉＣｕ３配線の補強にもな
る。
配線部でも残され、ＡｌＳｉＣｕ３配線の補強にもな
る。
【０００５】この３層積層構造の形成方法の手順を図３
に示す。
に示す。
【０００６】各メタル材料は独立したチャンバーを備え
たマルチチャンバースパッタ装置によって成膜される。
この時、２通りの方法があげられる。
たマルチチャンバースパッタ装置によって成膜される。
この時、２通りの方法があげられる。
【０００７】その１つは図３（ａ）に示すようにＴｉ，
ＴｉＮ，ＡｌＳｉＣｕ３種類のメタルに対して専用の独
立チャンバー３機を備えたスパッタ装置で処理す
る方法（方法Ａ）であり、もう１つは図３（ｂ）に示す
ように、独立チャンバーを２機にして、ＴｉとＴｉ
Ｎは同一チャンバーで形成する方法（方法Ｂ）である。
いずれの場合もＴｉＮはＴｉをターゲットとした反応性
スパッタ（反応ガスとしてＮ2 を含ませる）によって形
成される。尚、後者の方法Ｂにおいては、同一チャンバ
ーで２種類の膜を形成するために、その準備段階として
ターゲットの窒化及びターゲットのクリーニングといっ
た操作が必要となる。
ＴｉＮ，ＡｌＳｉＣｕ３種類のメタルに対して専用の独
立チャンバー３機を備えたスパッタ装置で処理す
る方法（方法Ａ）であり、もう１つは図３（ｂ）に示す
ように、独立チャンバーを２機にして、ＴｉとＴｉ
Ｎは同一チャンバーで形成する方法（方法Ｂ）である。
いずれの場合もＴｉＮはＴｉをターゲットとした反応性
スパッタ（反応ガスとしてＮ2 を含ませる）によって形
成される。尚、後者の方法Ｂにおいては、同一チャンバ
ーで２種類の膜を形成するために、その準備段階として
ターゲットの窒化及びターゲットのクリーニングといっ
た操作が必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前記の３層メタル構造
形成方法において、まず方法Ａでは３つの独立チャンバ
ーが必要となり設備投資に負担がかかる。又、搬送回数
が多くなるためパーティクルが増加するといった欠点が
あげられる。一方、方法Ｂでは、ＴｉＮ膜形成時にター
ゲット表面が窒化してしまうので、次のＴｉ形成時にあ
らかじめターゲットをクリーニングしておく必要が生じ
る。従って、その操作分スループットが低下する。
形成方法において、まず方法Ａでは３つの独立チャンバ
ーが必要となり設備投資に負担がかかる。又、搬送回数
が多くなるためパーティクルが増加するといった欠点が
あげられる。一方、方法Ｂでは、ＴｉＮ膜形成時にター
ゲット表面が窒化してしまうので、次のＴｉ形成時にあ
らかじめターゲットをクリーニングしておく必要が生じ
る。従って、その操作分スループットが低下する。
【０００９】本発明は、以上述べた設備投資額の増大、
又はスループットの低下を除去するため、基本的には方
法Ｂのチャンバー構成で、反応性スパッタ法によるＴｉ
Ｎの形成法において、低Ｎ2 分圧を採用することと、基
板バイアスを印加することによってスループットの高い
多層メタル構造形成が可能な方法を提供することを目的
とする。
又はスループットの低下を除去するため、基本的には方
法Ｂのチャンバー構成で、反応性スパッタ法によるＴｉ
Ｎの形成法において、低Ｎ2 分圧を採用することと、基
板バイアスを印加することによってスループットの高い
多層メタル構造形成が可能な方法を提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的のため本発明
は、同一スパッタチャンバーにてＴｉ／ＴｉＮ積層構造
膜を堆積する際、ＴｉＮ形成プロセスでの反応性スパッ
タにおいて、低Ｎ2 ガス分圧及び負の基板バイアスを用
いるようにしたものである。
は、同一スパッタチャンバーにてＴｉ／ＴｉＮ積層構造
膜を堆積する際、ＴｉＮ形成プロセスでの反応性スパッ
タにおいて、低Ｎ2 ガス分圧及び負の基板バイアスを用
いるようにしたものである。
【００１１】
【作用】前述したように本発明は、ＴｉＮ形成において
低Ｎ2 ガス分圧とし、負の基板バイアスを用いるように
したので、ターゲットの表面は窒化せず、ＴｉＮ堆積後
もただちにＴｉ膜を形成でき、次のウェーハの処理がス
ムーズになる。従って、スループットの向上が期待でき
る。また、負の基板バイアスを印加することにより、低
Ｎ2 分圧でも膜は窒化し、イオン衝撃の効果もあって抵
抗率が１００μΩｃｍ以下のＴｉＮ膜が得られる。か
つ、スパッタチャンバーが２機ですむために低コストで
ある。
低Ｎ2 ガス分圧とし、負の基板バイアスを用いるように
したので、ターゲットの表面は窒化せず、ＴｉＮ堆積後
もただちにＴｉ膜を形成でき、次のウェーハの処理がス
ムーズになる。従って、スループットの向上が期待でき
る。また、負の基板バイアスを印加することにより、低
Ｎ2 分圧でも膜は窒化し、イオン衝撃の効果もあって抵
抗率が１００μΩｃｍ以下のＴｉＮ膜が得られる。か
つ、スパッタチャンバーが２機ですむために低コストで
ある。
【００１２】
【実施例】従来技術でスループット低下をまねく原因と
なるのは、まず第一にターゲットの窒化があげられる。
本発明はこれを取り除くことが主眼である。
なるのは、まず第一にターゲットの窒化があげられる。
本発明はこれを取り除くことが主眼である。
【００１３】図２に反応性スパッタにおけるＴｉＮ堆積
速度のＮ2 分圧依存性を示す。ＤＣマグネトロンスパッ
タ装置を用い、パワー１．８ｋＷ、全圧７ｍTorr、基板
加熱なしの条件で堆積を行った。Ｎ2 分圧比が１０．５
〜１５％のあいだで堆積速度が著しく減少していること
がわかる。１０．５％ではＴｉの堆積速度とほぼ等しい
ことから、ターゲットの表面は窒化していないことが期
待できる。従って、Ｎ2 分圧は１０．５％以下におさえ
ることが必要である。ただし、この１０．５％以下とい
う条件は、全圧を７ｍTorrにした場合であり、全圧の変
化に伴って反応ガスの分圧（臨界点）の条件は変化す
る。
速度のＮ2 分圧依存性を示す。ＤＣマグネトロンスパッ
タ装置を用い、パワー１．８ｋＷ、全圧７ｍTorr、基板
加熱なしの条件で堆積を行った。Ｎ2 分圧比が１０．５
〜１５％のあいだで堆積速度が著しく減少していること
がわかる。１０．５％ではＴｉの堆積速度とほぼ等しい
ことから、ターゲットの表面は窒化していないことが期
待できる。従って、Ｎ2 分圧は１０．５％以下におさえ
ることが必要である。ただし、この１０．５％以下とい
う条件は、全圧を７ｍTorrにした場合であり、全圧の変
化に伴って反応ガスの分圧（臨界点）の条件は変化す
る。
【００１４】さらに、これではＴｉＮ膜が形成されない
ので、基板に負のバイアスを印加することによってプラ
ズマ中のＮ2 + を膜中に供給するとともに、イオン衝撃
による表面活性化効果で反応を助長してやれば、低Ｎ2
分圧でもＴｉＮ膜が形成できるようになる。
ので、基板に負のバイアスを印加することによってプラ
ズマ中のＮ2 + を膜中に供給するとともに、イオン衝撃
による表面活性化効果で反応を助長してやれば、低Ｎ2
分圧でもＴｉＮ膜が形成できるようになる。
【００１５】上記のことをまとめ、次にＡｌＳｉＣｕ／
ＴｉＮ／Ｔｉ積層構造の形成方法の実施例を示す。
ＴｉＮ／Ｔｉ積層構造の形成方法の実施例を示す。
【００１６】（ａ） 図３（ｂ)(方法Ｂ）に示すマルチ
チャンバースパッタ装置のスパッタ室で、Ａｒ圧７ｍ
Torr、パワー１．８ｋＷ、無加熱の条件でＴｉ膜（図２
における１）を約５００Å堆積する。
チャンバースパッタ装置のスパッタ室で、Ａｒ圧７ｍ
Torr、パワー１．８ｋＷ、無加熱の条件でＴｉ膜（図２
における１）を約５００Å堆積する。
【００１７】（ｂ） 同じチャンバー内で、全圧が７
ｍTorr、そのうち反応ガスであるＮ2分圧が１０．５％
（０．７３５ｍTorr）となるようにＮ2 をＡｒ雰囲気中
に混合する。パワーは１．８ｋＷ、基板加熱は行わな
い。さらに基板よりＲＦ（ラジオフレクェンシィ）電力
（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を導入することによっ
て、負の自己バイアス（基板バイアス）電圧を、例えば
−９２０Ｖ印加する。以上の条件でＴｉＮ膜（図２の
２）を約１０００Å堆積する。
ｍTorr、そのうち反応ガスであるＮ2分圧が１０．５％
（０．７３５ｍTorr）となるようにＮ2 をＡｒ雰囲気中
に混合する。パワーは１．８ｋＷ、基板加熱は行わな
い。さらに基板よりＲＦ（ラジオフレクェンシィ）電力
（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を導入することによっ
て、負の自己バイアス（基板バイアス）電圧を、例えば
−９２０Ｖ印加する。以上の条件でＴｉＮ膜（図２の
２）を約１０００Å堆積する。
【００１８】（ｃ） 次に、スパッタ室へ移動し、パ
ワー１２ｋＷ、Ａｒ圧８ｍTorr、基板加熱２４０℃の条
件でＡｌＳｉＣｕ膜（図２の３）を約７０００Å堆積す
る。
ワー１２ｋＷ、Ａｒ圧８ｍTorr、基板加熱２４０℃の条
件でＡｌＳｉＣｕ膜（図２の３）を約７０００Å堆積す
る。
【００１９】前記（ｂ）の処理でＴｉＮを形成しても、
ターゲット表面は窒化していないので、すぐに次のＴｉ
堆積が可能となり、次のウェーハの処理が円滑にでき
る。
ターゲット表面は窒化していないので、すぐに次のＴｉ
堆積が可能となり、次のウェーハの処理が円滑にでき
る。
【００２０】尚、このＡｌＳｉＣｕ／ＴｉＮ／Ｔｉ構造
形成法は拡散層コンタクト形成又は１層目配線形成プロ
セスだけでなく、多層配線構造におけるスルーホールコ
ンタクト形成又は上層配線形成時にも適用できる。又、
ＡｌＳｉＣｕ上にＴｉＮ／Ｔｉを堆積し最上層のＴｉＮ
を反射防止膜に使用しても差しつかえない。さらに、Ｔ
ｉＮ／Ｔｉ構造は何層にも積層することが可能である。
形成法は拡散層コンタクト形成又は１層目配線形成プロ
セスだけでなく、多層配線構造におけるスルーホールコ
ンタクト形成又は上層配線形成時にも適用できる。又、
ＡｌＳｉＣｕ上にＴｉＮ／Ｔｉを堆積し最上層のＴｉＮ
を反射防止膜に使用しても差しつかえない。さらに、Ｔ
ｉＮ／Ｔｉ構造は何層にも積層することが可能である。
【００２１】以上の実施例では、ＴｉＮ／Ｔｉの堆積に
ついて説明したが、この発明はこれに限定されるもので
はなく、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎ
ｂ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｄ，Ｐｔ等の単元素メタルとその窒
化物、炭化物、ホウ化物、酸化物、シリサイド化合物の
積層膜を形成する場合にも適応することができる。
ついて説明したが、この発明はこれに限定されるもので
はなく、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎ
ｂ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｄ，Ｐｔ等の単元素メタルとその窒
化物、炭化物、ホウ化物、酸化物、シリサイド化合物の
積層膜を形成する場合にも適応することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
ればシャッターの操作がなくても連続してＴｉ／ＴｉＮ
積層構造膜の形成が可能である。又、低Ｎ2 分圧を用い
たため、ターゲットの表面は窒化せず、ＴｉＮ堆積後も
ただちにＴｉ膜を形成でき、次のウェーハの処理がスム
ーズになる。従って、スループットの向上が期待でき
る。
ればシャッターの操作がなくても連続してＴｉ／ＴｉＮ
積層構造膜の形成が可能である。又、低Ｎ2 分圧を用い
たため、ターゲットの表面は窒化せず、ＴｉＮ堆積後も
ただちにＴｉ膜を形成でき、次のウェーハの処理がスム
ーズになる。従って、スループットの向上が期待でき
る。
【００２３】更に、負の基板バイアスを印加することに
より、低Ｎ2 分圧でも膜は窒化し、イオン衝撃の効果も
あって抵抗率が１００μΩｃｍ以下のＴｉＮ膜が得られ
る（基板バイアスを印加していないときに比べ約１桁低
い）。又、スパッタチャンバーが２機ですむために低コ
ストである。さらに、Ｎ2 分圧が低い方がパーティクル
が少ないといわれており、パーティクル低減にも効果が
あると期待できる。
より、低Ｎ2 分圧でも膜は窒化し、イオン衝撃の効果も
あって抵抗率が１００μΩｃｍ以下のＴｉＮ膜が得られ
る（基板バイアスを印加していないときに比べ約１桁低
い）。又、スパッタチャンバーが２機ですむために低コ
ストである。さらに、Ｎ2 分圧が低い方がパーティクル
が少ないといわれており、パーティクル低減にも効果が
あると期待できる。
【図１】反応性スパッタにおけるＴｉＮ堆積速度とＮ2
分圧との関係図。
分圧との関係図。
【図２】コンタクト部の構造。
【図３】３層メタル構造の形成方法。
１ Ｔｉ ２ ＴｉＮ ３ Ａｌ合金
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3205
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体装置における電極部を少くとも３
種の金属の積層構造とする際の形成方法として、 （ａ）半導体基板上に第１の金属層を形成する工程、 （ｂ）続いて、前記第１の金属層形成と同一処理装置内
にて、反応ガスを、前記処理装置のターゲットに該反応
ガスによる化合物が生じない程度の低い分圧で供給し、
かつ前記基板に負のバイアス電圧をかけることにより、
前記反応ガスの化合物としての第２の金属層を前記第１
の金属層の上に形成する工程、 （ｃ）前記第２の金属層の上に第３の金属層を形成する
工程、 以上の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9804392A JPH05299376A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9804392A JPH05299376A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05299376A true JPH05299376A (ja) | 1993-11-12 |
Family
ID=14209110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9804392A Pending JPH05299376A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05299376A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6241859B1 (en) | 1997-08-22 | 2001-06-05 | Nec Corporation | Method of forming a self-aligned refractory metal silicide layer |
| JP2014045066A (ja) * | 2012-08-27 | 2014-03-13 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP2014175624A (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-04-17 JP JP9804392A patent/JPH05299376A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6241859B1 (en) | 1997-08-22 | 2001-06-05 | Nec Corporation | Method of forming a self-aligned refractory metal silicide layer |
| JP2014045066A (ja) * | 2012-08-27 | 2014-03-13 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP2014175624A (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
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