JPH0536627A - 配線形成方法 - Google Patents
配線形成方法Info
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- JPH0536627A JPH0536627A JP21421391A JP21421391A JPH0536627A JP H0536627 A JPH0536627 A JP H0536627A JP 21421391 A JP21421391 A JP 21421391A JP 21421391 A JP21421391 A JP 21421391A JP H0536627 A JPH0536627 A JP H0536627A
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- barrier metal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 バリヤメタル構造を有する高アスペクト比の
コンタクト部にＡｌ系材料を均一かつ高速に埋め込み、
信頼性を向上させる。 【構成】 ＳｉＯ2 層間絶縁膜３に開口されたコンタク
ト・ホール３ａを、Ｔｉ層４，ＴｉＯx Ｎy 層５，Ｔｉ
Ｎx 層６の３層からなるバリヤメタル７で被覆した後、
高温スパッタリング法によりＡｌ−１％Ｓｉ層８で埋め
込む。酸素を含まないＴｉＮx 層６をバリヤメタルの最
上面とすることでＡｌ−１％Ｓｉ層８に対して高い濡れ
性が達成され、鬆（す）を発生させずに高速な埋め込み
が可能となる。この高速成膜により脱ガス成分の取り込
みが減少し、エレクトロマイグレーション耐性が向上す
る。また、ＴｉＮx の粒界に酸素を偏析させた構造を有
するＴｉＯxＮy 層５を配することにより、高いバリヤ
性も達成される。
コンタクト部にＡｌ系材料を均一かつ高速に埋め込み、
信頼性を向上させる。 【構成】 ＳｉＯ2 層間絶縁膜３に開口されたコンタク
ト・ホール３ａを、Ｔｉ層４，ＴｉＯx Ｎy 層５，Ｔｉ
Ｎx 層６の３層からなるバリヤメタル７で被覆した後、
高温スパッタリング法によりＡｌ−１％Ｓｉ層８で埋め
込む。酸素を含まないＴｉＮx 層６をバリヤメタルの最
上面とすることでＡｌ−１％Ｓｉ層８に対して高い濡れ
性が達成され、鬆（す）を発生させずに高速な埋め込み
が可能となる。この高速成膜により脱ガス成分の取り込
みが減少し、エレクトロマイグレーション耐性が向上す
る。また、ＴｉＮx の粒界に酸素を偏析させた構造を有
するＴｉＯxＮy 層５を配することにより、高いバリヤ
性も達成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造等に
適用される配線形成方法に関し、特にバリヤメタル構造
を有するコンタクト部にアルミニウム（Ａｌ）系材料を
均一かつ高速に埋め込み、バリヤ性、エレクトロマイグ
レーション耐性、生産性等を向上させる方法に関する。
適用される配線形成方法に関し、特にバリヤメタル構造
を有するコンタクト部にアルミニウム（Ａｌ）系材料を
均一かつ高速に埋め込み、バリヤ性、エレクトロマイグ
レーション耐性、生産性等を向上させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等にみられる
ように、半導体装置のデザイン・ルールが高度に縮小さ
れるに伴い、下層配線と上層配線の接続を図るために層
間絶縁膜に開口される接続孔の開口径も微細化し、アス
ペクト比が１を越えるようになってきている。上層配線
は一般にスパッタリング法によりＡｌ系材料を被着させ
ることにより形成されているが、かかる高アスペクト比
を有する接続孔を埋め込むにはもはや十分な段差被覆性
（ステップ・カバレッジ）が達成されにくく、断線を生
ずる原因ともなっている。そこで、段差被覆性の不足を
改善するための対策として、近年たとえばＪ．Ｖａｃ．
Ｓｏｃ．Ｔｅｃ．，Ａ６（３），ｐ．１６３６，（１９
８８）に、高温スパッタリング法が提案されている。こ
れは、スパッタリング中にウェハをヒーティング・モジ
ュール等を介して５００℃付近まで加熱することによ
り、ウェハ表面におけるＡｌ粒子の表面マイグレーショ
ンを促進し、段差被覆性を改善する方法である。高温ス
パッタリング法では、Ａｌ系材料層の下にＡｌ系材料と
の濡れ性に優れる下地層を設けておくと、接続孔が良好
に埋め込まれることが知られている。たとえば、１９８
９年ＩＥＥＥ／ＩＲＰＳ，ｐ．２１０〜２１４には、開
口径１．０μｍ，アスペクト比１のビア・ホールをＡｌ
−２％Ｃｕ合金で埋め込む際に、チタン（Ｔｉ）層を下
地として介在させると該ビア・ホールが均一に埋め込ま
れ、ウェハ表面が平坦化される旨が述べられている。
ように、半導体装置のデザイン・ルールが高度に縮小さ
れるに伴い、下層配線と上層配線の接続を図るために層
間絶縁膜に開口される接続孔の開口径も微細化し、アス
ペクト比が１を越えるようになってきている。上層配線
は一般にスパッタリング法によりＡｌ系材料を被着させ
ることにより形成されているが、かかる高アスペクト比
を有する接続孔を埋め込むにはもはや十分な段差被覆性
（ステップ・カバレッジ）が達成されにくく、断線を生
ずる原因ともなっている。そこで、段差被覆性の不足を
改善するための対策として、近年たとえばＪ．Ｖａｃ．
Ｓｏｃ．Ｔｅｃ．，Ａ６（３），ｐ．１６３６，（１９
８８）に、高温スパッタリング法が提案されている。こ
れは、スパッタリング中にウェハをヒーティング・モジ
ュール等を介して５００℃付近まで加熱することによ
り、ウェハ表面におけるＡｌ粒子の表面マイグレーショ
ンを促進し、段差被覆性を改善する方法である。高温ス
パッタリング法では、Ａｌ系材料層の下にＡｌ系材料と
の濡れ性に優れる下地層を設けておくと、接続孔が良好
に埋め込まれることが知られている。たとえば、１９８
９年ＩＥＥＥ／ＩＲＰＳ，ｐ．２１０〜２１４には、開
口径１．０μｍ，アスペクト比１のビア・ホールをＡｌ
−２％Ｃｕ合金で埋め込む際に、チタン（Ｔｉ）層を下
地として介在させると該ビア・ホールが均一に埋め込ま
れ、ウェハ表面が平坦化される旨が述べられている。
【０００３】ところで、上記Ｔｉ層はバリヤメタルとし
ての機能を期待されているものである。しかし、Ｔｉ層
は低抵抗のオーミック・コンタクトを達成する観点から
は優れたコンタクト材料であるが、単独ではバリヤメタ
ルとしての機能を十分に発揮し得ない。シリコン（Ｓ
ｉ）基板とＡｌ系材料層との間にＴｉ層が単独で介在さ
れていても、ＳｉとＴｉとの反応、およびＡｌとＴｉと
の反応の両方が進行するために、Ｓｉ基板へのＡｌスパ
イクの発生が防止できないからである。そこで、通常は
Ｔｉ層の上にさらに窒化チタン（ＴｉＮx ）層を積層し
たＴｉ／ＴｉＮx 系の２層構造バリヤメタルが採用され
ている。さらに近年では、上記ＴｉＮ層の成膜時にスパ
ッタリング雰囲気中に酸素を導入して酸窒化チタン（Ｔ
ｉＯx Ｎy ）層とした、Ｔｉ／ＴｉＯx Ｎy 系の２層構
造バリヤメタルも提案されている。
ての機能を期待されているものである。しかし、Ｔｉ層
は低抵抗のオーミック・コンタクトを達成する観点から
は優れたコンタクト材料であるが、単独ではバリヤメタ
ルとしての機能を十分に発揮し得ない。シリコン（Ｓ
ｉ）基板とＡｌ系材料層との間にＴｉ層が単独で介在さ
れていても、ＳｉとＴｉとの反応、およびＡｌとＴｉと
の反応の両方が進行するために、Ｓｉ基板へのＡｌスパ
イクの発生が防止できないからである。そこで、通常は
Ｔｉ層の上にさらに窒化チタン（ＴｉＮx ）層を積層し
たＴｉ／ＴｉＮx 系の２層構造バリヤメタルが採用され
ている。さらに近年では、上記ＴｉＮ層の成膜時にスパ
ッタリング雰囲気中に酸素を導入して酸窒化チタン（Ｔ
ｉＯx Ｎy ）層とした、Ｔｉ／ＴｉＯx Ｎy 系の２層構
造バリヤメタルも提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
２層構造バリヤメタルには、それぞれ問題点がある。ま
ず、Ｔｉ／ＴｉＮx 系の２層構造バリヤメタルを図２に
示す。ここでは、予め下層配線となる不純物拡散領域１
２が形成されたシリコン基板１１上にまず層間絶縁膜１
３が形成され、該層間絶縁膜１３に上記不純物拡散領域
１２に臨むコンタクト・ホール１３ａが開口されてい
る。このウェハの全面は、Ｔｉ層１４およびＴｉＮx 層
１５を順次積層してなるバリヤメタル１６により被覆さ
れており、さらに上記コンクタト・ホール１３ａを充填
するごとくウェハの全面にＡｌ−１％Ｓｉ層１７が形成
されている。ＴｉＮx 層１５はＡｌ−１％Ｓｉ層１７と
の濡れ性に優れているため、コンタクト・ホール１３ａ
の埋め込み状態は良好である。しかし、ＴｉＮx 層１５
は柱状結晶構造を有しており、Ａｌの粒界拡散を防止す
ることができない。しかも、柱状結晶の長手方向はシリ
コン基板１１方向を向いてほぼ垂直に配向しているの
で、粒界を拡散したＡｌはシリコン基板１１に至り、場
合によっては不純物拡散領域１２を貫通するＡｌスパイ
ク１７ａを形成してＰＮ接合部におけるリーク電流を発
生させる原因となる。
２層構造バリヤメタルには、それぞれ問題点がある。ま
ず、Ｔｉ／ＴｉＮx 系の２層構造バリヤメタルを図２に
示す。ここでは、予め下層配線となる不純物拡散領域１
２が形成されたシリコン基板１１上にまず層間絶縁膜１
３が形成され、該層間絶縁膜１３に上記不純物拡散領域
１２に臨むコンタクト・ホール１３ａが開口されてい
る。このウェハの全面は、Ｔｉ層１４およびＴｉＮx 層
１５を順次積層してなるバリヤメタル１６により被覆さ
れており、さらに上記コンクタト・ホール１３ａを充填
するごとくウェハの全面にＡｌ−１％Ｓｉ層１７が形成
されている。ＴｉＮx 層１５はＡｌ−１％Ｓｉ層１７と
の濡れ性に優れているため、コンタクト・ホール１３ａ
の埋め込み状態は良好である。しかし、ＴｉＮx 層１５
は柱状結晶構造を有しており、Ａｌの粒界拡散を防止す
ることができない。しかも、柱状結晶の長手方向はシリ
コン基板１１方向を向いてほぼ垂直に配向しているの
で、粒界を拡散したＡｌはシリコン基板１１に至り、場
合によっては不純物拡散領域１２を貫通するＡｌスパイ
ク１７ａを形成してＰＮ接合部におけるリーク電流を発
生させる原因となる。
【０００５】一方、Ｔｉ／ＴｉＯx Ｎy 系の２層構造バ
リヤメタルを図３に示す。図３において、前述の図２と
共通部分については同一の符号を付した。ここでは、コ
ンクタクト・ホール１３ａを被覆して形成されているバ
リヤメタル１９は、Ｔｉ層１４とＴｉＯx Ｎy 層１８と
が順次積層されてなるものである。上記ＴｉＯx Ｎy 層
１８は、ＴｉＮx 層の粒界に酸素を偏析させることによ
り、Ａｌの粒界拡散を抑制するようになされた材料層で
あり、前述のＴｉＮx 層１５よりも高いバリヤ性を示
す。しかし、ＴｉＯx Ｎy 層１８は表面モホロジーが粗
く、Ａｌ−１％Ｓｉ層に対する濡れ性および反応性に劣
る。また、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）の生成エネ
ルギーは酸化チタン（ＴｉＯ2 ）のそれよりも大きいた
め、ＴｉＯx Ｎy 層１８とＡｌ−１％Ｓｉ層１７とが接
触するとＡｌ2 Ｏ3 が形成されてしまう。これらの理由
により、Ａｌの表面マイグレーションが阻害されてコン
タクト・ホール１３ａを均一に埋め込むことができなく
なり、内部に鬆（す）２０が発生し易くなる。成膜速度
を低下させてＴｉＯx Ｎy 層１８とＡｌ−１％Ｓｉ層と
の接触時間を延長することも試みられているが、埋め込
み特性は大して改善されない。
リヤメタルを図３に示す。図３において、前述の図２と
共通部分については同一の符号を付した。ここでは、コ
ンクタクト・ホール１３ａを被覆して形成されているバ
リヤメタル１９は、Ｔｉ層１４とＴｉＯx Ｎy 層１８と
が順次積層されてなるものである。上記ＴｉＯx Ｎy 層
１８は、ＴｉＮx 層の粒界に酸素を偏析させることによ
り、Ａｌの粒界拡散を抑制するようになされた材料層で
あり、前述のＴｉＮx 層１５よりも高いバリヤ性を示
す。しかし、ＴｉＯx Ｎy 層１８は表面モホロジーが粗
く、Ａｌ−１％Ｓｉ層に対する濡れ性および反応性に劣
る。また、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）の生成エネ
ルギーは酸化チタン（ＴｉＯ2 ）のそれよりも大きいた
め、ＴｉＯx Ｎy 層１８とＡｌ−１％Ｓｉ層１７とが接
触するとＡｌ2 Ｏ3 が形成されてしまう。これらの理由
により、Ａｌの表面マイグレーションが阻害されてコン
タクト・ホール１３ａを均一に埋め込むことができなく
なり、内部に鬆（す）２０が発生し易くなる。成膜速度
を低下させてＴｉＯx Ｎy 層１８とＡｌ−１％Ｓｉ層と
の接触時間を延長することも試みられているが、埋め込
み特性は大して改善されない。
【０００６】かかる背景から、本願出願人は先に特願平
３−４５４２２号明細書において、Ｔｉ／ＴｉＯx Ｎy
／Ｔｉ系の３層構造バリヤメタルを提案している。これ
は、前述のＴｉ／ＴｉＯx Ｎy 系の２層構造バリヤメタ
ルの表面をさらにＴｉ層で被覆してバリヤメタル表面の
Ａｌ系材料層に対する濡れ性を改善したものであり、従
来にない優れたバリヤ性と埋め込み特性とを同時に達成
することができた。しかし、デザイン・ルールのさらな
る微細化に対応するためには、解決すべき課題もある。
上記３層構造バリヤメタルで被覆された接続孔をＡｌ系
材料層で埋め込む場合、Ａｌ系材料層と上層側Ｔｉ層と
の反応を促進させるために、成膜速度を０．６μｍ／分
以下に設定することが望ましいとされている。これは、
上層側Ｔｉ層に含まれる酸素がＡｌ系材料層との濡れ性
を阻害しており、両層の間で十分に界面反応を進行させ
るためには接触時間を長く確保する必要があるからであ
る。ここで、上層側Ｔｉ層内に酸素が取り込まれるの
は、バリヤメタルを構成する各層が連続工程で成膜され
る際に、前段階のＴｉＯx Ｎy 層の成膜時に使用した酸
素が雰囲気中に残留しているからである。しかし、Ａｌ
系材料層の成膜時間を延長することは、チャンバ内の脱
ガス成分がＡｌ系材料層の内部に取り込まれる機会を増
やし、エレクトロマイグレーション耐性を劣化させた
り、あるいはスループットを低下させたりすること等の
原因となる。そこで本発明は、バリヤ性、埋め込み特
性、エレクトロマイグレーション耐性、生産性等に優れ
る配線形成方法を提供することを目的とする。
３−４５４２２号明細書において、Ｔｉ／ＴｉＯx Ｎy
／Ｔｉ系の３層構造バリヤメタルを提案している。これ
は、前述のＴｉ／ＴｉＯx Ｎy 系の２層構造バリヤメタ
ルの表面をさらにＴｉ層で被覆してバリヤメタル表面の
Ａｌ系材料層に対する濡れ性を改善したものであり、従
来にない優れたバリヤ性と埋め込み特性とを同時に達成
することができた。しかし、デザイン・ルールのさらな
る微細化に対応するためには、解決すべき課題もある。
上記３層構造バリヤメタルで被覆された接続孔をＡｌ系
材料層で埋め込む場合、Ａｌ系材料層と上層側Ｔｉ層と
の反応を促進させるために、成膜速度を０．６μｍ／分
以下に設定することが望ましいとされている。これは、
上層側Ｔｉ層に含まれる酸素がＡｌ系材料層との濡れ性
を阻害しており、両層の間で十分に界面反応を進行させ
るためには接触時間を長く確保する必要があるからであ
る。ここで、上層側Ｔｉ層内に酸素が取り込まれるの
は、バリヤメタルを構成する各層が連続工程で成膜され
る際に、前段階のＴｉＯx Ｎy 層の成膜時に使用した酸
素が雰囲気中に残留しているからである。しかし、Ａｌ
系材料層の成膜時間を延長することは、チャンバ内の脱
ガス成分がＡｌ系材料層の内部に取り込まれる機会を増
やし、エレクトロマイグレーション耐性を劣化させた
り、あるいはスループットを低下させたりすること等の
原因となる。そこで本発明は、バリヤ性、埋め込み特
性、エレクトロマイグレーション耐性、生産性等に優れ
る配線形成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の配線形成方法は
上述の目的を達成するために提案されるものであり、基
板上の絶縁膜に開口された接続孔の少なくとも底面およ
び側壁面にＴｉ層、ＴｉＯx Ｎy 層、ＴｉＮx層がこの
順に積層されてなるバリヤメタルを形成する工程と、前
記基板を加熱しながら少なくとも前記接続孔を充填する
ごとくＡｌ系材料層を形成する工程とを有することを特
徴とする。
上述の目的を達成するために提案されるものであり、基
板上の絶縁膜に開口された接続孔の少なくとも底面およ
び側壁面にＴｉ層、ＴｉＯx Ｎy 層、ＴｉＮx層がこの
順に積層されてなるバリヤメタルを形成する工程と、前
記基板を加熱しながら少なくとも前記接続孔を充填する
ごとくＡｌ系材料層を形成する工程とを有することを特
徴とする。
【０００８】
【作用】バリヤメタルの表面の酸化状態は、Ａｌ系材料
層との濡れ性に影響を及ぼす重要な要因のひとつであ
る。本発明者らは、バリヤメタルを構成する層のうちＡ
ｌ系材料層と接触する最上層を表面が酸化されない材料
により構成すれば、上述の目的が達成可能であることを
見出した。ＴｉＮx 層は、かかる見地から選択された材
料層である。ＴｉＮx 層は、前述の図２を参照しながら
説明したように、Ａｌ系材料層に対する濡れ性に優れて
いる。これは、ＴｉＮx 層の表面がＴｉ層のようには酸
化されないからである。このＴｉＮx 層をバリヤメタル
の最上層とすることにより、Ａｌ系材料層を成膜する際
の成膜速度を高めることができ、脱ガスの取り込みによ
るエレクトロマイグレーション耐性の劣化や生産性の低
下等を防止することができる。ところで、ＴｉＮx 層は
前述のように柱状結晶構造を有しているため、バリヤ性
にはやや劣る。しかし本発明では、上記ＴｉＮx 層の下
側にＴｉＯx Ｎy 層が配されているので、たとえＴｉＮ
x 層の粒界をＡｌが拡散したとしても、該ＴｉＮx 層と
ＴｉＯx Ｎy 層との界面において拡散は停止する。さら
に、ＴｉＯx Ｎy 層と基板との間にはＴｉ層が介在され
ているので、低抵抗オーミック・コンタクトも達成され
る。したがって、本発明の配線形成方法によればを低抵
抗でバリヤ性，エレクトロマイグレーション耐性に優れ
るコンタクト部を、高い生産性をもって形成することが
できる。
層との濡れ性に影響を及ぼす重要な要因のひとつであ
る。本発明者らは、バリヤメタルを構成する層のうちＡ
ｌ系材料層と接触する最上層を表面が酸化されない材料
により構成すれば、上述の目的が達成可能であることを
見出した。ＴｉＮx 層は、かかる見地から選択された材
料層である。ＴｉＮx 層は、前述の図２を参照しながら
説明したように、Ａｌ系材料層に対する濡れ性に優れて
いる。これは、ＴｉＮx 層の表面がＴｉ層のようには酸
化されないからである。このＴｉＮx 層をバリヤメタル
の最上層とすることにより、Ａｌ系材料層を成膜する際
の成膜速度を高めることができ、脱ガスの取り込みによ
るエレクトロマイグレーション耐性の劣化や生産性の低
下等を防止することができる。ところで、ＴｉＮx 層は
前述のように柱状結晶構造を有しているため、バリヤ性
にはやや劣る。しかし本発明では、上記ＴｉＮx 層の下
側にＴｉＯx Ｎy 層が配されているので、たとえＴｉＮ
x 層の粒界をＡｌが拡散したとしても、該ＴｉＮx 層と
ＴｉＯx Ｎy 層との界面において拡散は停止する。さら
に、ＴｉＯx Ｎy 層と基板との間にはＴｉ層が介在され
ているので、低抵抗オーミック・コンタクトも達成され
る。したがって、本発明の配線形成方法によればを低抵
抗でバリヤ性，エレクトロマイグレーション耐性に優れ
るコンタクト部を、高い生産性をもって形成することが
できる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について、図
１を参照しながら説明する。まず、図１（ａ）に示され
るように、予め不純物拡散領域２が形成されたシリコン
基板１上にＣＶＤ法等により層厚約０．８μｍのＳｉＯ
2 層間絶縁膜３が形成され、該ＳｉＯ2 層間絶縁膜３に
上記不純物拡散領域２に臨んで直径約０．４μｍのコン
タクト・ホール４が開口されたウェハを用意し、その全
面にＴｉ層４、ＴｉＯx Ｎy 層５、ＴｉＮx 層６を順次
成膜し、３層構造のバリヤメタル７を形成した。
１を参照しながら説明する。まず、図１（ａ）に示され
るように、予め不純物拡散領域２が形成されたシリコン
基板１上にＣＶＤ法等により層厚約０．８μｍのＳｉＯ
2 層間絶縁膜３が形成され、該ＳｉＯ2 層間絶縁膜３に
上記不純物拡散領域２に臨んで直径約０．４μｍのコン
タクト・ホール４が開口されたウェハを用意し、その全
面にＴｉ層４、ＴｉＯx Ｎy 層５、ＴｉＮx 層６を順次
成膜し、３層構造のバリヤメタル７を形成した。
【００１０】ここで、上記Ｔｉ層４、ＴｉＯx Ｎy 層
５、ＴｉＮx 層６の成膜には枚葉式スパッタリング装置
（日電アネルバ製，型名ＩＬＣ−１０５１）を使用し、
Ｔｉターゲットを装着した第１のスパッタリング・チャ
ンバ内への供給ガスの組成を順次変更することにより、
ウェハを大気開放することなく連続工程で行った。ま
ず、前処理としてウェハを上記装置に付属のＲＦプラズ
マ・クリーニング・チャンバにセットし、コンタクト・
ホール４の底部を被覆している自然酸化膜を除去した。
続いてウェハを高真空下で上記第１のスパッタリング・
チャンバへ移送し、まず一例としてＡｒ流量４０ＳＣＣ
Ｍ，ガス圧０．４７Ｐａ（３．５ｍＴｏｒｒ），ウェハ
加熱温度１５０℃の条件でスパッタリングを行うことに
より、厚さ約０．０３μｍのＴｉ層４を形成した。次
に、ガス供給条件を一例としてＡｒ流量１７ＳＣＣＭ，
Ｎ2 流量３０ＳＣＣＭ，Ｏ2 流量３ＳＣＣＭに切り換え
て反応性スパッタリングを行い、厚さ約０．０５μｍの
ＴｉＯx Ｎy 層５を形成した。さらに、ガス供給条件を
一例としてＡｒ流量２０ＳＣＣＭ，Ｎ2 流量３０ＳＣＣ
Ｍに切り換えて反応性スパッタリングを行い、厚さ約
０．０７μｍのＴｉＮx 層６を形成した。
５、ＴｉＮx 層６の成膜には枚葉式スパッタリング装置
（日電アネルバ製，型名ＩＬＣ−１０５１）を使用し、
Ｔｉターゲットを装着した第１のスパッタリング・チャ
ンバ内への供給ガスの組成を順次変更することにより、
ウェハを大気開放することなく連続工程で行った。ま
ず、前処理としてウェハを上記装置に付属のＲＦプラズ
マ・クリーニング・チャンバにセットし、コンタクト・
ホール４の底部を被覆している自然酸化膜を除去した。
続いてウェハを高真空下で上記第１のスパッタリング・
チャンバへ移送し、まず一例としてＡｒ流量４０ＳＣＣ
Ｍ，ガス圧０．４７Ｐａ（３．５ｍＴｏｒｒ），ウェハ
加熱温度１５０℃の条件でスパッタリングを行うことに
より、厚さ約０．０３μｍのＴｉ層４を形成した。次
に、ガス供給条件を一例としてＡｒ流量１７ＳＣＣＭ，
Ｎ2 流量３０ＳＣＣＭ，Ｏ2 流量３ＳＣＣＭに切り換え
て反応性スパッタリングを行い、厚さ約０．０５μｍの
ＴｉＯx Ｎy 層５を形成した。さらに、ガス供給条件を
一例としてＡｒ流量２０ＳＣＣＭ，Ｎ2 流量３０ＳＣＣ
Ｍに切り換えて反応性スパッタリングを行い、厚さ約
０．０７μｍのＴｉＮx 層６を形成した。
【００１１】次に、ウェハを第２のスパッタリング・チ
ャンバへ移送し、高温ＤＣマグネトロン・スパッタリン
グを行うことにより、図１（ｂ）に示されるようにＡｌ
−１％Ｓｉ層８を成膜した。このときの成膜条件は、一
例としてＡｒ流量１００ＳＣＣＭ，ガス圧０．４７Ｐａ
（３．５ｍＴｏｒｒ），ウェハ加熱温度５００℃，成膜
速度１．０μｍ／分とした。このプロセスでは、Ａｌ−
１％Ｓｉ層８の下地が該Ａｌ−１％Ｓｉ層８との濡れ性
に優れるＴｉＮx 層６であるため、成膜速度が速いにも
かかわらず、鬆を生ずることなくコンタクト・ホール３
ａを均一に埋め込むことができた。また、このようにし
て形成されたコンタクト部においては、従来のＴｉ／Ｔ
ｉＮx 系やＴｉ／ＴｉＯxＮy 系等の２層構造バリヤメ
タル、あるいはＴｉ／ＴｉＯx Ｎy ／Ｔｉ系の３層構造
バリヤメタルのいずれと比較してもバリヤ性が向上して
いた。さらに、上記のように速い成膜速度の下では、第
２のスパッタリング・チャンバ内における脱ガス成分の
膜中への取り込みが大幅に減少した。この結果、たとえ
ば従来のＴｉ／ＴｉＯx Ｎy ／Ｔｉ系のような３層構造
バリヤメタルの上に低速で形成されたＡｌ−１％Ｓｉ層
に比べ、優れたエレクトロマイグレーション耐性が達成
された。
ャンバへ移送し、高温ＤＣマグネトロン・スパッタリン
グを行うことにより、図１（ｂ）に示されるようにＡｌ
−１％Ｓｉ層８を成膜した。このときの成膜条件は、一
例としてＡｒ流量１００ＳＣＣＭ，ガス圧０．４７Ｐａ
（３．５ｍＴｏｒｒ），ウェハ加熱温度５００℃，成膜
速度１．０μｍ／分とした。このプロセスでは、Ａｌ−
１％Ｓｉ層８の下地が該Ａｌ−１％Ｓｉ層８との濡れ性
に優れるＴｉＮx 層６であるため、成膜速度が速いにも
かかわらず、鬆を生ずることなくコンタクト・ホール３
ａを均一に埋め込むことができた。また、このようにし
て形成されたコンタクト部においては、従来のＴｉ／Ｔ
ｉＮx 系やＴｉ／ＴｉＯxＮy 系等の２層構造バリヤメ
タル、あるいはＴｉ／ＴｉＯx Ｎy ／Ｔｉ系の３層構造
バリヤメタルのいずれと比較してもバリヤ性が向上して
いた。さらに、上記のように速い成膜速度の下では、第
２のスパッタリング・チャンバ内における脱ガス成分の
膜中への取り込みが大幅に減少した。この結果、たとえ
ば従来のＴｉ／ＴｉＯx Ｎy ／Ｔｉ系のような３層構造
バリヤメタルの上に低速で形成されたＡｌ−１％Ｓｉ層
に比べ、優れたエレクトロマイグレーション耐性が達成
された。
【００１２】なお、本発明は上述の実施例に何ら限定さ
れるものではなく、たとえばバリヤメタルを構成する各
層は複数のスパッタリング・チャンバ間でウェハを搬送
しながら成膜しても良い。また、この各層の層厚，成膜
条件，成膜装置等も適宜変更可能である。また、上記Ａ
ｌ−１％Ｓｉ層６の成膜条件は上記の条件に限定される
ものではなく、たとえばウェハ加熱温度は４７０〜５３
０℃程度、ガス圧は０．２７〜０．５３Ｐａ（２〜４ｍ
Ｔｏｒｒ）程度の範囲で適宜設定することができる。成
膜速度はＤＣスパッタ・パワーを制御することにより変
更可能であり、本発明の場合は１．０μｍ／分より高速
であっても構わない。さらに、ＲＦバイアス・パワーを
おおよそ２００〜４００Ｖの範囲で印加しても良い。
れるものではなく、たとえばバリヤメタルを構成する各
層は複数のスパッタリング・チャンバ間でウェハを搬送
しながら成膜しても良い。また、この各層の層厚，成膜
条件，成膜装置等も適宜変更可能である。また、上記Ａ
ｌ−１％Ｓｉ層６の成膜条件は上記の条件に限定される
ものではなく、たとえばウェハ加熱温度は４７０〜５３
０℃程度、ガス圧は０．２７〜０．５３Ｐａ（２〜４ｍ
Ｔｏｒｒ）程度の範囲で適宜設定することができる。成
膜速度はＤＣスパッタ・パワーを制御することにより変
更可能であり、本発明の場合は１．０μｍ／分より高速
であっても構わない。さらに、ＲＦバイアス・パワーを
おおよそ２００〜４００Ｖの範囲で印加しても良い。
【００１３】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば高アスペクト比を有する接続孔にもＡｌ
系材料層を均一かつ高速に埋め込むことができ、低抵抗
でエレクトロマイグレーション耐性に優れる配線を形成
することが可能となる。しかも、バリヤメタルの構成が
工夫されていることにより、従来よりもさらに高いバリ
ヤ性が達成できる。したがって、本発明は微細なデザイ
ン・ルールにもとづいて設計され、高集積度および高性
能を有する半導体装置の製造に極めて好適である。
明を適用すれば高アスペクト比を有する接続孔にもＡｌ
系材料層を均一かつ高速に埋め込むことができ、低抵抗
でエレクトロマイグレーション耐性に優れる配線を形成
することが可能となる。しかも、バリヤメタルの構成が
工夫されていることにより、従来よりもさらに高いバリ
ヤ性が達成できる。したがって、本発明は微細なデザイ
ン・ルールにもとづいて設計され、高集積度および高性
能を有する半導体装置の製造に極めて好適である。
【図１】本発明の配線形成方法の一適用例をその工程順
にしたがって示す概略断面図であり、（ａ）はＳｉＯ2
層間絶縁膜に開口されたコンタクト・ホールがＴｉ層，
ＴｉＯx Ｎy 層，ＴｉＮx 層が順次積層された３層構造
バリヤメタルにより被覆された状態、（ｂ）コンタクト
・ホールがＡｌ−１％Ｓｉ層により均一に埋め込まれた
状態をそれぞれ表す。
にしたがって示す概略断面図であり、（ａ）はＳｉＯ2
層間絶縁膜に開口されたコンタクト・ホールがＴｉ層，
ＴｉＯx Ｎy 層，ＴｉＮx 層が順次積層された３層構造
バリヤメタルにより被覆された状態、（ｂ）コンタクト
・ホールがＡｌ−１％Ｓｉ層により均一に埋め込まれた
状態をそれぞれ表す。
【図２】従来のＴｉ／ＴｉＮx 系の２層構造バリヤメタ
ルにより被覆されたコンタクト・ホール内において、Ａ
ｌスパイクが発生した状態を示す概略断面図である。
ルにより被覆されたコンタクト・ホール内において、Ａ
ｌスパイクが発生した状態を示す概略断面図である。
【図３】従来のＴｉ／ＴｉＯx Ｎy 系の２層構造バリヤ
メタルにより被覆されたコンタクト・ホールがＡｌ−１
％Ｓｉ層で完全に埋め込まれず、鬆が発生した状態を示
す概略断面図である。
メタルにより被覆されたコンタクト・ホールがＡｌ−１
％Ｓｉ層で完全に埋め込まれず、鬆が発生した状態を示
す概略断面図である。
１ ・・・シリコン基板 ２ ・・・不純物拡散領域 ３ ・・・ＳｉＯ2 層間絶縁膜 ３ａ・・・コンタクト・ホール ４ ・・・Ｔｉ層 ５ ・・・ＴｉＯx Ｎy 層 ６ ・・・ＴｉＮx 層 ７ ・・・バリヤメタル ８ ・・・Ａｌ−１％Ｓｉ層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板上の絶縁膜に開口された接続孔の少
なくとも底面および側壁面にチタン層、酸窒化チタン
層、窒化チタン層がこの順に積層されてなるバリヤメタ
ルを形成する工程と、 前記基板を加熱しながら少なくとも前記接続孔を充填す
るごとくアルミニウム系材料層を形成する工程とを有す
ることを特徴とする配線形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21421391A JPH0536627A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 配線形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21421391A JPH0536627A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 配線形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0536627A true JPH0536627A (ja) | 1993-02-12 |
Family
ID=16652099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21421391A Withdrawn JPH0536627A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 配線形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0536627A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0680077A1 (en) * | 1994-04-29 | 1995-11-02 | STMicroelectronics, Inc. | Integrated circuit with improved contact barrier |
| US5858184A (en) * | 1995-06-07 | 1999-01-12 | Applied Materials, Inc. | Process for forming improved titanium-containing barrier layers |
| KR100267104B1 (ko) * | 1997-08-25 | 2000-11-01 | 윤종용 | 다층확산방지막을이용한반도체장치의콘택형성방법 |
| KR100274748B1 (ko) * | 1996-12-30 | 2001-01-15 | 김영환 | 반도체소자의 장벽 금속막 형성방법 |
| US6375687B1 (en) | 1995-02-15 | 2002-04-23 | Yamaha Corporation | Filling connection hole with wiring material by using centrifugal force |
| US6398923B1 (en) * | 1996-04-04 | 2002-06-04 | Micron Technology, Inc. | Multiple species sputtering method |
| KR100510465B1 (ko) * | 1998-05-12 | 2005-10-24 | 삼성전자주식회사 | 반도체장치의 배리어 금속막 형성방법 |
| US7508078B2 (en) | 2005-01-06 | 2009-03-24 | Ricoh Company, Ltd. | Electronic device, method for manufacturing electronic device, contact hole of electronic device, method for forming contact hole of electronic device |
-
1991
- 1991-08-01 JP JP21421391A patent/JPH0536627A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0680077A1 (en) * | 1994-04-29 | 1995-11-02 | STMicroelectronics, Inc. | Integrated circuit with improved contact barrier |
| US5514908A (en) * | 1994-04-29 | 1996-05-07 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Integrated circuit with a titanium nitride contact barrier having oxygen stuffed grain boundaries |
| US5652464A (en) * | 1994-04-29 | 1997-07-29 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Integrated circuit with a titanium nitride contact barrier having oxygen stuffed grain boundaries |
| US6191033B1 (en) | 1994-04-29 | 2001-02-20 | Stmicroelectronics, Inc. | Method of fabricating an integrated circuit with improved contact barrier |
| US6375687B1 (en) | 1995-02-15 | 2002-04-23 | Yamaha Corporation | Filling connection hole with wiring material by using centrifugal force |
| US5858184A (en) * | 1995-06-07 | 1999-01-12 | Applied Materials, Inc. | Process for forming improved titanium-containing barrier layers |
| US6007684A (en) * | 1995-06-07 | 1999-12-28 | Applied Materials, Inc. | Process for forming improved titanium-containing barrier layers |
| US6398923B1 (en) * | 1996-04-04 | 2002-06-04 | Micron Technology, Inc. | Multiple species sputtering method |
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| US7508078B2 (en) | 2005-01-06 | 2009-03-24 | Ricoh Company, Ltd. | Electronic device, method for manufacturing electronic device, contact hole of electronic device, method for forming contact hole of electronic device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981112 |