JPH05304107A - 配線構造、配線構造の形成方法、配線構造形成装置、及び半導体装置 - Google Patents
配線構造、配線構造の形成方法、配線構造形成装置、及び半導体装置Info
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- JPH05304107A JPH05304107A JP13183592A JP13183592A JPH05304107A JP H05304107 A JPH05304107 A JP H05304107A JP 13183592 A JP13183592 A JP 13183592A JP 13183592 A JP13183592 A JP 13183592A JP H05304107 A JPH05304107 A JP H05304107A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 十分なバリア性をもったバリアメタル構造を
有する配線構造、かかる配線構造を、容易な工程で信頼
性高く得ることができる配線構造の形成方法、かかる配
線構造を、容易に、かつ、従来から配線形成に用いられ
ている装置を特別な改造なくそのまま用い、バリアメタ
ル形成後のプロセスも変更する必要がなく実施できる配
線構造の形成装置、かかる配線構造を備えた半導体装置
を提供すること。 【構成】 バリアメタル層3と、酸化層4とを備える
バリアメタル構造を有する配線構造。バリアメタル層
3を形成後、自然酸化により酸化層4を形成して、バリ
アメタル構造を得ることを特徴とする配線構造の形成方
法。バリアメタル層形成チャンバーと、酸化系ガスを
パージするパージチャンバーを備えるバリアメタル構造
を有する配線構造形成装置。バリアメタル層と、酸化
層とを備えるバリアメタル構造を備えた配線構造を有す
る半導体装置。
有する配線構造、かかる配線構造を、容易な工程で信頼
性高く得ることができる配線構造の形成方法、かかる配
線構造を、容易に、かつ、従来から配線形成に用いられ
ている装置を特別な改造なくそのまま用い、バリアメタ
ル形成後のプロセスも変更する必要がなく実施できる配
線構造の形成装置、かかる配線構造を備えた半導体装置
を提供すること。 【構成】 バリアメタル層3と、酸化層4とを備える
バリアメタル構造を有する配線構造。バリアメタル層
3を形成後、自然酸化により酸化層4を形成して、バリ
アメタル構造を得ることを特徴とする配線構造の形成方
法。バリアメタル層形成チャンバーと、酸化系ガスを
パージするパージチャンバーを備えるバリアメタル構造
を有する配線構造形成装置。バリアメタル層と、酸化
層とを備えるバリアメタル構造を備えた配線構造を有す
る半導体装置。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、配線構造、該配線構造
の形成方法、該配線構造を形成する配線構造形成装置、
及び該配線構造を有する半導体装置に関する。本発明
は、各種の電子材料等の配線構造、及びその製造に用い
ることができ、また、アルミニウム系配線構造等の配線
構造を有する各種の半導体装置に適用することができ
る。
の形成方法、該配線構造を形成する配線構造形成装置、
及び該配線構造を有する半導体装置に関する。本発明
は、各種の電子材料等の配線構造、及びその製造に用い
ることができ、また、アルミニウム系配線構造等の配線
構造を有する各種の半導体装置に適用することができ
る。
【0002】
【従来の技術】従来より配線構造、例えば半導体装置の
配線構造において、バリアメタル構造が用いられてい
る。バリアメタル構造とは、配線層と他の層との間の不
都合な干渉を防止するための、主に金属系材料から成る
構造であり、代表的には、Si基板にAl系材料が侵入
することを防止するバリア構造として利用される。
配線構造において、バリアメタル構造が用いられてい
る。バリアメタル構造とは、配線層と他の層との間の不
都合な干渉を防止するための、主に金属系材料から成る
構造であり、代表的には、Si基板にAl系材料が侵入
することを防止するバリア構造として利用される。
【0003】例えば、LSI等のシリコン半導体装置の
コンタクト形成において、Si拡散層とAl配線との接
触部分におけるAl突き抜けを防止する手段として、A
l配線の下にチタン系金属化合物、例えばTiN、Ti
ON等により、バリアメタルを形成する方法が従来から
広く用いられている。例えば、図8に示すように、シリ
コン基板1上の層間膜12(SiO2 等)に接続孔2を形
成して、基板1のSi拡散層11と接続をとるアルミニウ
ム系配線構造を形成する場合、まずTi層3a及びTi
N(チタンナイトライド)層3bを順次形成してバリア
メタル層3とし、この上に配線5としてAl配線を形成
して、AlのSiへの突き抜けを防止した配線構造が使
用されている。これらのバリアメタル(Ti層3a、T
iN層3b)は、スパッタ法により容易に形成できる。
コンタクト形成において、Si拡散層とAl配線との接
触部分におけるAl突き抜けを防止する手段として、A
l配線の下にチタン系金属化合物、例えばTiN、Ti
ON等により、バリアメタルを形成する方法が従来から
広く用いられている。例えば、図8に示すように、シリ
コン基板1上の層間膜12(SiO2 等)に接続孔2を形
成して、基板1のSi拡散層11と接続をとるアルミニウ
ム系配線構造を形成する場合、まずTi層3a及びTi
N(チタンナイトライド)層3bを順次形成してバリア
メタル層3とし、この上に配線5としてAl配線を形成
して、AlのSiへの突き抜けを防止した配線構造が使
用されている。これらのバリアメタル(Ti層3a、T
iN層3b)は、スパッタ法により容易に形成できる。
【0004】ところで、チタン系金属化合物、例えば上
記TiN等は、図9にTiN層3bを拡大して示すよう
に、柱状結晶構造をなしており、かかる柱状結晶の膜
は、図9に符号3dで示すように結晶粒界部3cが上層
の配線5のAlの拡散経路となり易く、この部分でのA
l拡散によりAl突き抜け(図9に符号5aで示す)が
発生し易いという問題点がある。
記TiN等は、図9にTiN層3bを拡大して示すよう
に、柱状結晶構造をなしており、かかる柱状結晶の膜
は、図9に符号3dで示すように結晶粒界部3cが上層
の配線5のAlの拡散経路となり易く、この部分でのA
l拡散によりAl突き抜け(図9に符号5aで示す)が
発生し易いという問題点がある。
【0005】この対策として用いられるようになったの
が、TiNに適量の酸素を含有させたTiONである。
TiONの形成手段としては、通常、プロセスガスに窒
素及び酸素を用いた反応性スパッタ法や、TiN膜を形
成した後熱処理、例えばfurnace anneal処理を行いTi
ON化する方法等が用いられる。このようにTiONを
用いた場合、図10(a)に示すように、TiON層3e
の粒界3fに偏析した酸素3gがAl拡散のストッパー
になり、バリア性が向上するとされている。
が、TiNに適量の酸素を含有させたTiONである。
TiONの形成手段としては、通常、プロセスガスに窒
素及び酸素を用いた反応性スパッタ法や、TiN膜を形
成した後熱処理、例えばfurnace anneal処理を行いTi
ON化する方法等が用いられる。このようにTiONを
用いた場合、図10(a)に示すように、TiON層3e
の粒界3fに偏析した酸素3gがAl拡散のストッパー
になり、バリア性が向上するとされている。
【0006】しかしながら近年のLSI素子の微細化に
従い、TiONを用いても十分なバリア性確保が困難に
なって来ている。TiONによりバリア性を確保するに
は、コンタクト部分に形成されるTiONの膜厚がある
程度以上の必要であり、これが不足するとAl突き抜け
を容易に起こすのであるが、近年のLSI素子等の微細
化によりコンタクトホール(接続孔)のアスペクト比は
増大傾向にあり、よって図10(b)に示すように、接続
孔2の高アスペクト比化によって、TiON(またはT
iN)層3eをスパッタ成膜した場合に、図10(b)に
符号3hで示すように、接続孔2の底部に堆積される膜
厚はシャドウイング効果によりますます薄くなり、バリ
ア性が不十分になるのである。これによりAl突き抜け
5bが生じる可能性が大きくなる。
従い、TiONを用いても十分なバリア性確保が困難に
なって来ている。TiONによりバリア性を確保するに
は、コンタクト部分に形成されるTiONの膜厚がある
程度以上の必要であり、これが不足するとAl突き抜け
を容易に起こすのであるが、近年のLSI素子等の微細
化によりコンタクトホール(接続孔)のアスペクト比は
増大傾向にあり、よって図10(b)に示すように、接続
孔2の高アスペクト比化によって、TiON(またはT
iN)層3eをスパッタ成膜した場合に、図10(b)に
符号3hで示すように、接続孔2の底部に堆積される膜
厚はシャドウイング効果によりますます薄くなり、バリ
ア性が不十分になるのである。これによりAl突き抜け
5bが生じる可能性が大きくなる。
【0007】この改善対策として、段差被覆率がスパッ
タ法より優れているCVD法によりTiN膜等を形成す
る方法や、スパッタ法自体の段差被覆性を改善する方法
(コリメータスパッタ、低圧スパッタ等)が検討されて
いる。しかし、いずれもまだ開発段階でその実用性は不
明である。
タ法より優れているCVD法によりTiN膜等を形成す
る方法や、スパッタ法自体の段差被覆性を改善する方法
(コリメータスパッタ、低圧スパッタ等)が検討されて
いる。しかし、いずれもまだ開発段階でその実用性は不
明である。
【0008】以上のような事情から十分なバリア性を有
するバリアメタル構造を有する配線構造、及びその形成
方法、形成装置、及びこのような配線構造を備えた性能
の良好な半導体装置が切望されている。
するバリアメタル構造を有する配線構造、及びその形成
方法、形成装置、及びこのような配線構造を備えた性能
の良好な半導体装置が切望されている。
【0009】
【発明の目的】本出願の発明は、上記のような従来技術
の問題点を背景としてなされたものである。
の問題点を背景としてなされたものである。
【0010】本出願の発明の第1の目的は、十分なバリ
ア性をもったバリアメタル構造を有する配線構造を提供
することである。
ア性をもったバリアメタル構造を有する配線構造を提供
することである。
【0011】本出願の発明の第2の目的は、十分なバリ
ア性をもったバリアメタル構造を有する配線構造を、容
易な工程で信頼性良く得ることができる配線構造の形成
方法を提供することである。
ア性をもったバリアメタル構造を有する配線構造を、容
易な工程で信頼性良く得ることができる配線構造の形成
方法を提供することである。
【0012】本出願の発明の第3の目的は、十分なバリ
ア性をもったバリアメタル構造を有する配線構造を、容
易に、かつ、従来から配線形成に用いられている装置を
特別な改造なくそのまま用いて、またバリアメタル形成
後のプロセスも特に従来法から変更する必要がなく実施
することができる配線構造の形成装置を提供することで
ある。
ア性をもったバリアメタル構造を有する配線構造を、容
易に、かつ、従来から配線形成に用いられている装置を
特別な改造なくそのまま用いて、またバリアメタル形成
後のプロセスも特に従来法から変更する必要がなく実施
することができる配線構造の形成装置を提供することで
ある。
【0013】本出願の発明の第4の目的は、十分なバリ
ア性をもったバリアメタル構造を有する配線構造を備え
た半導体装置を提供することである。
ア性をもったバリアメタル構造を有する配線構造を備え
た半導体装置を提供することである。
【0014】
【問題点を解決するための手段】本出願の請求項1の発
明は、バリアメタル構造を有する配線構造において、該
バリアメタル構造が、バリアメタル層と、酸化層とを備
えることを特徴とする配線構造であって、これにより上
記第1の目的を達成するものである。
明は、バリアメタル構造を有する配線構造において、該
バリアメタル構造が、バリアメタル層と、酸化層とを備
えることを特徴とする配線構造であって、これにより上
記第1の目的を達成するものである。
【0015】本出願の請求項2の発明は、バリアメタル
構造を有する配線構造の形成方法において、バリアメタ
ル層を形成後、自然酸化により酸化層を形成して、バリ
アメタル構造を得ることを特徴とする配線構造の形成方
法であって、これにより上記第2の目的を達成するもの
である。
構造を有する配線構造の形成方法において、バリアメタ
ル層を形成後、自然酸化により酸化層を形成して、バリ
アメタル構造を得ることを特徴とする配線構造の形成方
法であって、これにより上記第2の目的を達成するもの
である。
【0016】本出願の請求項3の発明は、バリアメタル
構造を有する配線構造を形成する配線構造形成装置にお
いて、バリアメタル層形成チャンバーと、酸化系ガスを
パージするパージチャンバーを備えることを特徴とする
配線構造形成装置であって、これにより上記の第3の目
的を達成するものである。
構造を有する配線構造を形成する配線構造形成装置にお
いて、バリアメタル層形成チャンバーと、酸化系ガスを
パージするパージチャンバーを備えることを特徴とする
配線構造形成装置であって、これにより上記の第3の目
的を達成するものである。
【0017】本出願の請求項4の発明は、バリアメタル
構造を有する配線構造を備える半導体装置において、該
配線構造が、バリアメタル層と、酸化層とを備えるバリ
アメタル構造を有することを特徴とする半導体装置であ
って、これにより上記の第4の目的を達成するものであ
る。
構造を有する配線構造を備える半導体装置において、該
配線構造が、バリアメタル層と、酸化層とを備えるバリ
アメタル構造を有することを特徴とする半導体装置であ
って、これにより上記の第4の目的を達成するものであ
る。
【0018】
【作用】本出願の請求項1の発明によれば、次のような
作用がもたらされる。つまり、この発明の配線構造のバ
リアメタル構造は、バリアメタル層と酸化層とを備える
ので、仮にバリアメタル層が柱状結晶構造をなしてい
て、そのため配線のAl等がその結晶粒界に沿ってバリ
アメタル層内に拡散したとしても、酸化層があるためそ
の拡散は該酸化層部分で途切れる。よってAl等の拡散
はこの部分で止められ、更に進行することが防止され
る。この結果、十分なバリア性が発揮される。
作用がもたらされる。つまり、この発明の配線構造のバ
リアメタル構造は、バリアメタル層と酸化層とを備える
ので、仮にバリアメタル層が柱状結晶構造をなしてい
て、そのため配線のAl等がその結晶粒界に沿ってバリ
アメタル層内に拡散したとしても、酸化層があるためそ
の拡散は該酸化層部分で途切れる。よってAl等の拡散
はこの部分で止められ、更に進行することが防止され
る。この結果、十分なバリア性が発揮される。
【0019】本出願の請求項2の発明によれば、バリア
メタル層形成後、これを空気もしくは酸素その他の酸化
雰囲気中に置いて、自然酸化により酸化層を形成するの
で、上記請求項1の配線構造を容易に形成でき、かつ信
頼性高く形成できる。
メタル層形成後、これを空気もしくは酸素その他の酸化
雰囲気中に置いて、自然酸化により酸化層を形成するの
で、上記請求項1の配線構造を容易に形成でき、かつ信
頼性高く形成できる。
【0020】本出願の請求項3の発明によれば、請求項
1の配線構造を、バリアメタル層形成後に酸化系ガスに
さらすことにより容易に酸化層を形成して得ることがで
きる。しかもこの場合、既存の装置(スパッタ装置等)
はそのまま改造せずに使用でき、プロセスを変える必要
がないので有利である。
1の配線構造を、バリアメタル層形成後に酸化系ガスに
さらすことにより容易に酸化層を形成して得ることがで
きる。しかもこの場合、既存の装置(スパッタ装置等)
はそのまま改造せずに使用でき、プロセスを変える必要
がないので有利である。
【0021】請求項4の発明によれば、請求項1のバリ
ア性良好な配線構造を備えた半導体装置であって、よっ
て性能良好な半導体装置を得ることができる。
ア性良好な配線構造を備えた半導体装置であって、よっ
て性能良好な半導体装置を得ることができる。
【0022】
【実施例】以下本出願の発明の実施例について説明す
る。但し当然のことながら、各発明は実施例により限定
を受けるものではない。
る。但し当然のことながら、各発明は実施例により限定
を受けるものではない。
【0023】実施例1 この実施例は、微細化・集積化したLSI等の半導体装
置について、本出願の発明を適用したものである。特
に、Al配線のバリアメタルとしてTiN、TiON等
の柱状結晶構造を持つ膜を用いる際に、柱状結晶膜中に
一層以上の薄い酸化層を形成して配線を形成し、これに
より従来に比べバリア性を向上させた例である。
置について、本出願の発明を適用したものである。特
に、Al配線のバリアメタルとしてTiN、TiON等
の柱状結晶構造を持つ膜を用いる際に、柱状結晶膜中に
一層以上の薄い酸化層を形成して配線を形成し、これに
より従来に比べバリア性を向上させた例である。
【0024】本実施例における配線形成工程を図1
(a)〜(d)に順に示す。本実施例により得られる配
線構造は、図1(d)に示すように、バリアメタル構造
を有する配線構造であって、このバリアメタル構造は、
バリアメタル層3(31〜33)と、酸化層4とを備えて成
るものである。本実施例のバリアメタル層3は、基板1
の側から、Ti層31、TiON層32、TiON層33が順
次積層されて成るものであり、そのTiON層32とTi
ON層33との間に酸化層4が形成され、よってTi/T
iON/酸化層/TiONの構造でバリアメタル層3が
構成されている。
(a)〜(d)に順に示す。本実施例により得られる配
線構造は、図1(d)に示すように、バリアメタル構造
を有する配線構造であって、このバリアメタル構造は、
バリアメタル層3(31〜33)と、酸化層4とを備えて成
るものである。本実施例のバリアメタル層3は、基板1
の側から、Ti層31、TiON層32、TiON層33が順
次積層されて成るものであり、そのTiON層32とTi
ON層33との間に酸化層4が形成され、よってTi/T
iON/酸化層/TiONの構造でバリアメタル層3が
構成されている。
【0025】また、本実施例における配線構造の形成方
法は、図1(a)〜(d)に示すように、バリアメタル
構造を有する配線構造を形成する際に、バリアメタル層
31,32を形成(図1(b))後、自然酸化により酸化層
4を形成して(図1(c))、バリアメタル構造を得る
(図1(d))ものである。
法は、図1(a)〜(d)に示すように、バリアメタル
構造を有する配線構造を形成する際に、バリアメタル層
31,32を形成(図1(b))後、自然酸化により酸化層
4を形成して(図1(c))、バリアメタル構造を得る
(図1(d))ものである。
【0026】以下に、本実施例について更に詳述する
と、まず、図1(a)に示すように、Si基板1上に素
子分離領域や、拡散層11形成等所定の加工を施した後、
SiO2 等の層間絶縁膜12を成膜し、通常のフォトレジ
スト工程及びRIE工程により接続孔2としてコンタク
トホールを開口する。ここで、層間絶縁膜12の膜厚は 6
00nm、接続孔2のホール径は 0.5μmとした。
と、まず、図1(a)に示すように、Si基板1上に素
子分離領域や、拡散層11形成等所定の加工を施した後、
SiO2 等の層間絶縁膜12を成膜し、通常のフォトレジ
スト工程及びRIE工程により接続孔2としてコンタク
トホールを開口する。ここで、層間絶縁膜12の膜厚は 6
00nm、接続孔2のホール径は 0.5μmとした。
【0027】次に、枚葉式スパッタ装置により、Ti層
31(30nm)及びTiON層32(35nm)の成膜を行
い、図2(b)の構造とした。ここでTi層31は、低コ
ンタクト抵抗とするために必要である。また、これらの
膜は、真空中で連続的に成膜することが可能である。以
下に各成膜条件の一例を示す。
31(30nm)及びTiON層32(35nm)の成膜を行
い、図2(b)の構造とした。ここでTi層31は、低コ
ンタクト抵抗とするために必要である。また、これらの
膜は、真空中で連続的に成膜することが可能である。以
下に各成膜条件の一例を示す。
【0028】 Ti成膜条件 DCパワー 4kW プロセスガス Ar100SCCM スパッタ圧力 0.4Pa 基板加熱 150℃
【0029】 TiON成膜条件 DCパワー 5kW プロセスガス Ar:70SCCM N2 −6%O2 :40SCCM スパッタ圧力 0.4Pa 基板加熱 150℃
【0030】次に基板を一旦スパッタ装置から大気中に
取り出し、TiON層32の表面に意図的に酸化層4を形
成する。通常3〜5nm厚程度の自然酸化膜が形成され
る。これにより図1(c)の構造が得られる。
取り出し、TiON層32の表面に意図的に酸化層4を形
成する。通常3〜5nm厚程度の自然酸化膜が形成され
る。これにより図1(c)の構造が得られる。
【0031】次に再び枚葉式スパッタ装置により、Ti
ON層33(35nm)及び配線層5としてAl合金(また
は純Al)(500nm)の成膜を行う。ここではAl系材
料としてAl1%Siを用いた例を示す。TiON成膜
条件は上記1層目と同様である。Al1%Siの成膜条
件を次に示す。
ON層33(35nm)及び配線層5としてAl合金(また
は純Al)(500nm)の成膜を行う。ここではAl系材
料としてAl1%Siを用いた例を示す。TiON成膜
条件は上記1層目と同様である。Al1%Siの成膜条
件を次に示す。
【0032】 Al1%Si成膜条件 DCパワー 20kW プロセスガス Ar100SCCM スパッタ圧力 0.4Pa 基板加熱 150℃
【0033】以上のプロセスにより、図1(d)に示す
配線構造が得られ、コンタクトが形成される。この配線
構造におけるコンタクトの特長は、上層TiON層33と
下層のTiON層32の結晶粒界が、酸化層4を境に不連
続になっている点にある。よって、この構造では、配線
層5のAlが仮に図2に符号5cで示すように上層Ti
ON層33の粒界に沿ってTiON層33中に拡散した場合
でも、柱状構造の柱方向の粒界3iが酸化層4部分で途
切れているので、Al拡散はこの部分で止められ、下層
TiON層32の粒界へ容易に入り込むことはできない。
従って本バリアメタル構造では、膜厚 700nmのTiO
N膜を1層形成した場合に比べてAl突き抜けを起こし
にくく、良好なバリア性が得られる。また、上層TiO
N層33と下層TiON層32は配線全面積で接触している
ので、間に酸化層4を挟んだことによる配線抵抗の上昇
はほとんど無視できる。
配線構造が得られ、コンタクトが形成される。この配線
構造におけるコンタクトの特長は、上層TiON層33と
下層のTiON層32の結晶粒界が、酸化層4を境に不連
続になっている点にある。よって、この構造では、配線
層5のAlが仮に図2に符号5cで示すように上層Ti
ON層33の粒界に沿ってTiON層33中に拡散した場合
でも、柱状構造の柱方向の粒界3iが酸化層4部分で途
切れているので、Al拡散はこの部分で止められ、下層
TiON層32の粒界へ容易に入り込むことはできない。
従って本バリアメタル構造では、膜厚 700nmのTiO
N膜を1層形成した場合に比べてAl突き抜けを起こし
にくく、良好なバリア性が得られる。また、上層TiO
N層33と下層TiON層32は配線全面積で接触している
ので、間に酸化層4を挟んだことによる配線抵抗の上昇
はほとんど無視できる。
【0034】尚本実施例(その他の例においても同じ)
において、コリメータスパッタや低圧スパッタ等の手段
を併用して、更に効果を高めることができる。例えば、
成膜原料ガスを分配するとともに、基板面に対しほぼ垂
直方向に沿った複数の通路を設けて、原料ガス分子流の
基板面に垂直な速度分布を増大して、ステップカバレー
ジ(段差被覆性)を向上させる手段を用いることがで
き、またこのとき、該複数の通路の長さが原料ガスの平
均自由行程以上であるようにして、基板に垂直な方向に
ガス流速度分布を偏重させるようにすることができる。
において、コリメータスパッタや低圧スパッタ等の手段
を併用して、更に効果を高めることができる。例えば、
成膜原料ガスを分配するとともに、基板面に対しほぼ垂
直方向に沿った複数の通路を設けて、原料ガス分子流の
基板面に垂直な速度分布を増大して、ステップカバレー
ジ(段差被覆性)を向上させる手段を用いることがで
き、またこのとき、該複数の通路の長さが原料ガスの平
均自由行程以上であるようにして、基板に垂直な方向に
ガス流速度分布を偏重させるようにすることができる。
【0035】実施例2 実施例1では上層TiON層33と下層TiON層32の成
膜条件を同じにしたため、両者ともほぼ同じ結晶構造と
なっているが、意図的に両者を違った条件で成膜し、そ
れぞれの結晶構造を変えることで、よりAl突き抜けを
起こしにくいバリアメタル構造を形成することが可能で
ある。本実施例はそのようにした場合であり、ここで
は、下層TiON層32の成膜条件は実施例1と同じと
し、上層TiON層33の成膜条件を変えることで、その
結晶粒径を変えた。図3に本実施例により得た配線構造
を示す。本例の場合、上層TiON層33の成膜条件以外
の一切のプロセス条件は、実施例1と同じでよい。以下
に、上層TiON層33の成膜条件を示す。
膜条件を同じにしたため、両者ともほぼ同じ結晶構造と
なっているが、意図的に両者を違った条件で成膜し、そ
れぞれの結晶構造を変えることで、よりAl突き抜けを
起こしにくいバリアメタル構造を形成することが可能で
ある。本実施例はそのようにした場合であり、ここで
は、下層TiON層32の成膜条件は実施例1と同じと
し、上層TiON層33の成膜条件を変えることで、その
結晶粒径を変えた。図3に本実施例により得た配線構造
を示す。本例の場合、上層TiON層33の成膜条件以外
の一切のプロセス条件は、実施例1と同じでよい。以下
に、上層TiON層33の成膜条件を示す。
【0036】 TiON成膜条件 DCパワー 5kW プロセスガス Ar:70SCCM N2 −6%O2 :40SCCM スパッタ圧力 0.4Pa 基板加熱 500℃
【0037】即ち本実施例では、上層TiON層33の成
膜温度を 500℃とすることで、TiON結晶を大粒径化
し、図3に示す如く、酸化層4を挟んだ上・下TiON
層32,33の粒界不一致をより強調した構造となってい
る。これによりバリア性は一段と向上する。
膜温度を 500℃とすることで、TiON結晶を大粒径化
し、図3に示す如く、酸化層4を挟んだ上・下TiON
層32,33の粒界不一致をより強調した構造となってい
る。これによりバリア性は一段と向上する。
【0038】実施例3 本実施例は、実施例1または2で示した如きバリアメタ
ル構造を、高温スパッタAl埋め込みに適用した例であ
る。図4に本実施例により得られた構造を示す。本例の
場合、上層TiON層33以降の成膜構造が、上層TiO
N層33(35nm)及びTi層34(30nm)及び配線層5
であるAl1%Si(高温スパッタ、500 nm)となる
こと以外は、全て実施例1または2と同様のプロセス条
件でよい。ここで、上記の3層33,34,5は、真空中で
連続的に成膜される。尚、TiON層33と配線層5であ
るAlSiとの間に形成されるTi層34は、高温スパッ
タ時のAlのぬれ性を向上させ、良好なAl埋め込みを
行うために必要なものである。以下に、Ti及びAlS
iの成膜条件を示す。
ル構造を、高温スパッタAl埋め込みに適用した例であ
る。図4に本実施例により得られた構造を示す。本例の
場合、上層TiON層33以降の成膜構造が、上層TiO
N層33(35nm)及びTi層34(30nm)及び配線層5
であるAl1%Si(高温スパッタ、500 nm)となる
こと以外は、全て実施例1または2と同様のプロセス条
件でよい。ここで、上記の3層33,34,5は、真空中で
連続的に成膜される。尚、TiON層33と配線層5であ
るAlSiとの間に形成されるTi層34は、高温スパッ
タ時のAlのぬれ性を向上させ、良好なAl埋め込みを
行うために必要なものである。以下に、Ti及びAlS
iの成膜条件を示す。
【0039】 Ti成膜条件 DCパワー 4kW プロセスガス Ar100SCCM スパッタ圧力 0.4Pa 基板加熱 150℃
【0040】 Al1%Si成膜条件 DCパワー 10kW (成膜レート:0.6 μm/min) プロセスガス Ar100SCCM スパッタ圧力 0.4Pa 基板加熱 500℃
【0041】本実施例で形成される図4に示すコンタク
ト構造においても、良好なバリア性が得られることは、
実施例1または2と同様である。
ト構造においても、良好なバリア性が得られることは、
実施例1または2と同様である。
【0042】実施例4 実施例1〜3に示したバリアメタル構造では、1層の酸
化層4を上・下2層のTiON層32,33で挟んだ構造を
用いているが、多数の酸化層を多数のTiONで挟んだ
構造とすることも可能である。図5に、2層の酸化層4
1,42を3層のTiON層31,32,35で挟んだ構成でバ
リアメタル構造30を形成した例を示す。この場合の成膜
シーケンスは、次の〜の工程をとるものとする。
化層4を上・下2層のTiON層32,33で挟んだ構造を
用いているが、多数の酸化層を多数のTiONで挟んだ
構造とすることも可能である。図5に、2層の酸化層4
1,42を3層のTiON層31,32,35で挟んだ構成でバ
リアメタル構造30を形成した例を示す。この場合の成膜
シーケンスは、次の〜の工程をとるものとする。
【0043】 Ti層31(30nm)及びTiON層32
(23nm)成膜 大気開放(自然酸化膜としての酸化層41形成) TiON層33(23nm)成膜 大気開放(自然酸化膜として酸化層42形成) TiON層35(23nm)(及び必要に応じTi層
(30nm))及び配線層5であるAlSi(500 nm)
成膜
(23nm)成膜 大気開放(自然酸化膜としての酸化層41形成) TiON層33(23nm)成膜 大気開放(自然酸化膜として酸化層42形成) TiON層35(23nm)(及び必要に応じTi層
(30nm))及び配線層5であるAlSi(500 nm)
成膜
【0044】ここで、各膜の成膜条件は実施例1〜3と
同じで良い。
同じで良い。
【0045】実施例5 実施例1〜4においては、酸化層形成方法として、スパ
ッタ装置から基板を一旦取り出し大気開放する方法を用
いているが、マルチチャンバースパッタ装置の1チャン
バーをドライエアー(または酸素ガス)パージ室専用室
とし、ここで酸化層を形成する方法を用いることができ
る。
ッタ装置から基板を一旦取り出し大気開放する方法を用
いているが、マルチチャンバースパッタ装置の1チャン
バーをドライエアー(または酸素ガス)パージ室専用室
とし、ここで酸化層を形成する方法を用いることができ
る。
【0046】図6に、この目的のために使用する配線構
造形成装置の構成の概念図を示す。
造形成装置の構成の概念図を示す。
【0047】図6の装置は、基板10の搬送方向Iが一定
の装置例である。
の装置例である。
【0048】本実施例の装置は、図6に示すように、バ
リアメタル構造を有する配線構造を形成する配線構造形
成装置であって、図示の如くバリアメタル層形成チャン
バー61,62と、酸化系ガス、即ち酸化層形成のための酸
化能力を有するガスをパージするパージチャンバー63を
備えるものである。
リアメタル構造を有する配線構造を形成する配線構造形
成装置であって、図示の如くバリアメタル層形成チャン
バー61,62と、酸化系ガス、即ち酸化層形成のための酸
化能力を有するガスをパージするパージチャンバー63を
備えるものである。
【0049】チャンバー61はTi層及びTiON層を順
次成膜するチャンバーであり、チャンバー62はTiON
層及びTi層を順次成膜するチャンバーである。64はバ
リアメタル構造形成後、配線層としてのAlSiを成膜
するチャンバーである。65は搬入側のロードロックチャ
ンバー、66は搬出側のロードロックチャンバーである。
71〜80はゲートバルブである。
次成膜するチャンバーであり、チャンバー62はTiON
層及びTi層を順次成膜するチャンバーである。64はバ
リアメタル構造形成後、配線層としてのAlSiを成膜
するチャンバーである。65は搬入側のロードロックチャ
ンバー、66は搬出側のロードロックチャンバーである。
71〜80はゲートバルブである。
【0050】本実施例では、この装置を用い、実施例1
〜4に示したプロセスにおいて、大気開放を行う部分を
全てそれぞれのドライエアパージチャンバー63で行う。
即ち、基板10をパージチャンバー63に搬送した後ゲート
バルブ74,75を閉め、チャンバー63内をドライエアー
(または酸素ガス)等の酸化系ガスでパージする。81で
この時のバルブを示し、82で酸化系ガスの流入を示す。
〜4に示したプロセスにおいて、大気開放を行う部分を
全てそれぞれのドライエアパージチャンバー63で行う。
即ち、基板10をパージチャンバー63に搬送した後ゲート
バルブ74,75を閉め、チャンバー63内をドライエアー
(または酸素ガス)等の酸化系ガスでパージする。81で
この時のバルブを示し、82で酸化系ガスの流入を示す。
【0051】パージ完了次第、再びチャンバー63内を真
空引きし、ゲードバルブ74,75を開け、基板10を次のチ
ャンバー62へ搬送するというプロセスを用いる。
空引きし、ゲードバルブ74,75を開け、基板10を次のチ
ャンバー62へ搬送するというプロセスを用いる。
【0052】本実施例を用いることにより、スループッ
トを大幅に向上させることができる。
トを大幅に向上させることができる。
【0053】実施例6 実施例5の装置に対し、本例の配線構造形成装置は、図
7に示す構成であって、これは、各チャンバーへのラン
ダムアクセスが可能な装置例である。
7に示す構成であって、これは、各チャンバーへのラン
ダムアクセスが可能な装置例である。
【0054】図中、95は搬送室であり、この周囲にはロ
ードロックチャンバー91、バリアメタル層形成チャンバ
ー92(特にここではTiON及びTi成膜チャンバ
ー)、酸化系ガスパージチャンバー93、配線層形成チャ
ンバー94(ここではAlSi成膜チャンバー)が配備さ
れており、搬送室95内の基板搬送ロボット96により、基
板10が各チャンバー91〜94に任意の順で搬送・搬出でき
るようになっている。97a〜97dはゲートバルブであ
る。
ードロックチャンバー91、バリアメタル層形成チャンバ
ー92(特にここではTiON及びTi成膜チャンバ
ー)、酸化系ガスパージチャンバー93、配線層形成チャ
ンバー94(ここではAlSi成膜チャンバー)が配備さ
れており、搬送室95内の基板搬送ロボット96により、基
板10が各チャンバー91〜94に任意の順で搬送・搬出でき
るようになっている。97a〜97dはゲートバルブであ
る。
【0055】本実施例においても、実施例5と同様、酸
化層の形成に当たっては、基板10をパージチャンバー93
に搬送した後ゲートバルブ97aを閉め、チャンバー93内
をドライエアー(または酸素ガス)等の酸化系ガスでパ
ージする。81でこの時のバルブを示し、82で酸化系ガス
の流入を示す。
化層の形成に当たっては、基板10をパージチャンバー93
に搬送した後ゲートバルブ97aを閉め、チャンバー93内
をドライエアー(または酸素ガス)等の酸化系ガスでパ
ージする。81でこの時のバルブを示し、82で酸化系ガス
の流入を示す。
【0056】パージ完了次第、再びチャンバー93内を真
空引きし、ゲートバルブ97aを開け、基板10を次のチャ
ンバーへ搬送する。
空引きし、ゲートバルブ97aを開け、基板10を次のチャ
ンバーへ搬送する。
【0057】本実施例においても、実施例6と同様、ス
ループットを大幅に向上させることができた。
ループットを大幅に向上させることができた。
【0058】
【発明の効果】本出願の発明によれば、十分なバリア性
をもったバリアメタル構造を有する配線構造を提供する
ことができ、また十分なバリア性をもったバリアメタル
構造を有する配線構造を、容易な工程で信頼性高く得る
ことができる配線構造の形成方法を提供することがで
き、また、十分なバリア性をもったバリアメタル構造を
有する配線構造を、容易に、かつ、従来から配線形成に
用いられている装置を特別な改造なくそのまま用いて、
しかもバリアメタル形成後のプロセスも特に従来法から
変更する必要がなく実施することができる配線構造の形
成装置を提供することができ、更に、十分なバリア性を
もったバリアメタル構造を有する配線構造を備えた半導
体装置を提供することができる。
をもったバリアメタル構造を有する配線構造を提供する
ことができ、また十分なバリア性をもったバリアメタル
構造を有する配線構造を、容易な工程で信頼性高く得る
ことができる配線構造の形成方法を提供することがで
き、また、十分なバリア性をもったバリアメタル構造を
有する配線構造を、容易に、かつ、従来から配線形成に
用いられている装置を特別な改造なくそのまま用いて、
しかもバリアメタル形成後のプロセスも特に従来法から
変更する必要がなく実施することができる配線構造の形
成装置を提供することができ、更に、十分なバリア性を
もったバリアメタル構造を有する配線構造を備えた半導
体装置を提供することができる。
【図1】実施例1の工程を順に断面図で示すものであ
る。
る。
【図2】実施例1の要部の拡大断面図である。
【図3】実施例2の要部の拡大断面図である。
【図4】実施例3のバリアメタル構造を示す断面図であ
る。
る。
【図5】実施例4のバリアメタル構造を示す断面図であ
る。
る。
【図6】実施例5の配線構造形成装置の構成図である。
【図7】実施例6の配線構造形成装置の構成図である。
【図8】従来のバリアメタル構造を示す図である。
【図9】従来技術の問題点を示す図である。
【図10】従来技術の問題点を示す図である。
1 基板 2 接続孔(コンタクトホール) 3,31〜35 バリアメタル層 30 バリアメタル構造 4,41,42 酸化層 5 配線層(Al系材料配線) 63,93 酸化系ガスパージチャンバー
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 21/90 D 7735−4M 29/46 R 7738−4M
Claims (4)
- 【請求項1】バリアメタル構造を有する配線構造におい
て、 該バリアメタル構造が、バリアメタル層と、酸化層とを
備えることを特徴とする配線構造。 - 【請求項2】バリアメタル構造を有する配線構造の形成
方法において、 バリアメタル層を形成後、自然酸化により酸化層を形成
して、バリアメタル構造を得ることを特徴とする配線構
造の形成方法。 - 【請求項3】バリアメタル構造を有する配線構造を形成
する配線構造形成装置において、 バリアメタル層形成チャンバーと、酸化系ガスをパージ
するパージチャンバーを備えることを特徴とする配線構
造形成装置。 - 【請求項4】バリアメタル構造を有する配線構造を備え
る半導体装置において、 該配線構造が、バリアメタル層と、酸化層とを備えるバ
リアメタル構造を有することを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13183592A JPH05304107A (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 配線構造、配線構造の形成方法、配線構造形成装置、及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13183592A JPH05304107A (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 配線構造、配線構造の形成方法、配線構造形成装置、及び半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05304107A true JPH05304107A (ja) | 1993-11-16 |
Family
ID=15067218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13183592A Pending JPH05304107A (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 配線構造、配線構造の形成方法、配線構造形成装置、及び半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05304107A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001156024A (ja) * | 1999-09-13 | 2001-06-08 | Tokyo Electron Ltd | TiN系薄膜およびその成膜方法、成膜装置、TiN系薄膜を含む膜構造体およびその製造方法、ならびに半導体装置 |
-
1992
- 1992-04-24 JP JP13183592A patent/JPH05304107A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001156024A (ja) * | 1999-09-13 | 2001-06-08 | Tokyo Electron Ltd | TiN系薄膜およびその成膜方法、成膜装置、TiN系薄膜を含む膜構造体およびその製造方法、ならびに半導体装置 |
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