JPH0582469A - 配線形成方法 - Google Patents
配線形成方法Info
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- JPH0582469A JPH0582469A JP26551291A JP26551291A JPH0582469A JP H0582469 A JPH0582469 A JP H0582469A JP 26551291 A JP26551291 A JP 26551291A JP 26551291 A JP26551291 A JP 26551291A JP H0582469 A JPH0582469 A JP H0582469A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 バリヤメタル構造を有するコンタクト部にお
いて、実用的な抵抗値を維持しながら上層配線の下層配
線側への突き抜けを防止する。 【構成】 ＳｉＯ2 層間絶縁膜３に開口されたコンタク
ト・ホール４を、Ｔｉ層５とＴｉＯx Ｎy 層６からなる
バリヤメタル７で被覆した後、Ａｌ−１％Ｓｉ層８を成
膜する。ＴｉＯx Ｎy 層６のＡｌ−１％Ｓｉ層８に対す
る濡れ性が低いために、コンタクト・ホール４は完全に
埋め込まれず、内部に空洞部９が形成される。しかし、
抵抗率の低いＴｉ層５のみを考慮してコンタクト部の抵
抗を計算すると、実用上十分に低い値に抑えられてい
る。しかも、コンタクト・ホール４の底面にＡｌ−１％
Ｓｉ層８が接触していないため、シリコン基板１内の不
純物拡散領域２へのＡｌスパイクは本質的に発生しな
い。
いて、実用的な抵抗値を維持しながら上層配線の下層配
線側への突き抜けを防止する。 【構成】 ＳｉＯ2 層間絶縁膜３に開口されたコンタク
ト・ホール４を、Ｔｉ層５とＴｉＯx Ｎy 層６からなる
バリヤメタル７で被覆した後、Ａｌ−１％Ｓｉ層８を成
膜する。ＴｉＯx Ｎy 層６のＡｌ−１％Ｓｉ層８に対す
る濡れ性が低いために、コンタクト・ホール４は完全に
埋め込まれず、内部に空洞部９が形成される。しかし、
抵抗率の低いＴｉ層５のみを考慮してコンタクト部の抵
抗を計算すると、実用上十分に低い値に抑えられてい
る。しかも、コンタクト・ホール４の底面にＡｌ−１％
Ｓｉ層８が接触していないため、シリコン基板１内の不
純物拡散領域２へのＡｌスパイクは本質的に発生しな
い。
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を介して下層配線と上層配線との
電気的接続を図る際に実用的なコンタクト抵抗値を維持
しつつ、上層配線の下層配線側への突き抜けを防止する
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を介して下層配線と上層配線との
電気的接続を図る際に実用的なコンタクト抵抗値を維持
しつつ、上層配線の下層配線側への突き抜けを防止する
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、断線等を
生ずる原因ともなっている。
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、断線等を
生ずる原因ともなっている。
【０００３】たとえば、図３に示されるように、予め下
層配線である不純物拡散領域２２が形成されたシリコン
基板２１上に層間絶縁膜２３が形成され、該層間絶縁膜
２３にアスペクト比が１以上のコンタクト・ホール２４
が形成されたウェハを考える。上記ウェハの表面を適当
なバリヤメタル２５で被覆し、通常のスパッリング法に
よりＡｌ−１％Ｓｉ層をウェハ全面に被着させると、ス
テップ・カバレッジの不足によりコンタクト・ホール２
４が均一に埋め込まれない現象がしばしば観察される。
層配線である不純物拡散領域２２が形成されたシリコン
基板２１上に層間絶縁膜２３が形成され、該層間絶縁膜
２３にアスペクト比が１以上のコンタクト・ホール２４
が形成されたウェハを考える。上記ウェハの表面を適当
なバリヤメタル２５で被覆し、通常のスパッリング法に
よりＡｌ−１％Ｓｉ層をウェハ全面に被着させると、ス
テップ・カバレッジの不足によりコンタクト・ホール２
４が均一に埋め込まれない現象がしばしば観察される。
【０００４】そこで、ステップ・カバレッジの不足を改
善するための対策として、近年たとえばＪ．Ｖａｃ．Ｓ
ｏｃ．Ｔｅｃ．，Ａ６（３），ｐ．１６３６，（１９８
８）、あるいは月刊セミコンダクターワールド１９８９
年１２月号，ｐ１８６〜１８８（プレスジャーナル社
刊）等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、ステップ・カバレッジを改善する方法である。
善するための対策として、近年たとえばＪ．Ｖａｃ．Ｓ
ｏｃ．Ｔｅｃ．，Ａ６（３），ｐ．１６３６，（１９８
８）、あるいは月刊セミコンダクターワールド１９８９
年１２月号，ｐ１８６〜１８８（プレスジャーナル社
刊）等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、ステップ・カバレッジを改善する方法である。
【０００５】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、１９８９年ＩＥＥＥ／ＩＲＰＳ，ｐ．２
１０〜２１４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。
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、１９８９年ＩＥＥＥ／ＩＲＰＳ，ｐ．２
１０〜２１４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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】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。この問題を、図４を参照しながら説明する。ただ
し、図中の符号は図３と共通である。
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。この問題を、図４を参照しながら説明する。ただ
し、図中の符号は図３と共通である。
【０００７】バリヤメタル２５としてＴｉを使用し、高
温スパッタリングによりＡｌ−１％Ｓｉ層２６を形成し
た場合、コンタクト・ホール２４の内部を均一に充填す
ることは可能となるが、Ａｌスパイク２６ａの発生を防
止することが困難となる。これは、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からで
ある。上述のＡｌスパイク２６ａは、ｐｎ接合部におけ
るリーク電流を発生させる原因となる。
温スパッタリングによりＡｌ−１％Ｓｉ層２６を形成し
た場合、コンタクト・ホール２４の内部を均一に充填す
ることは可能となるが、Ａｌスパイク２６ａの発生を防
止することが困難となる。これは、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からで
ある。上述のＡｌスパイク２６ａは、ｐｎ接合部におけ
るリーク電流を発生させる原因となる。
【０００８】そこで、Ｔｉ層の上に窒化チタン（ＴｉＮ
x ）層を積層してバリヤメタルを２層構造とすることも
行われている。しかし、アスペクト比の高い接続孔の内
部ではバリヤメタルの膜厚が薄くなっていること、また
ＴｉＮx 層が柱状結晶構造を有しているためにＡｌの粒
界拡散を防止できないこと等の理由により、Ａｌスパイ
クを完全に防止するのは難しいのが現状である。
x ）層を積層してバリヤメタルを２層構造とすることも
行われている。しかし、アスペクト比の高い接続孔の内
部ではバリヤメタルの膜厚が薄くなっていること、また
ＴｉＮx 層が柱状結晶構造を有しているためにＡｌの粒
界拡散を防止できないこと等の理由により、Ａｌスパイ
クを完全に防止するのは難しいのが現状である。
【０００９】そこで本発明は、実用的なコンタクト抵抗
値を維持しつつ、Ａｌスパイクのような上層配線の下層
配線側への突き抜けを防止できる配線形成方法を提供す
ることを目的とする。
値を維持しつつ、Ａｌスパイクのような上層配線の下層
配線側への突き抜けを防止できる配線形成方法を提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】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
る。すなわち本願の第１の発明にかかる配線形成方法
は、下層配線材料層に臨んで接続孔が開口されてなる絶
縁膜上に該接続孔の側壁面と底面とを被覆するごとくバ
リヤメタルを形成する工程と、前記バリヤメタル上に前
記接続孔の少なくとも底部に空洞部を残すごとく上層配
線材料層を形成する工程とを有することを特徴とするも
のである。
は、上述の目的を達成するために提案されるものであ
る。すなわち本願の第１の発明にかかる配線形成方法
は、下層配線材料層に臨んで接続孔が開口されてなる絶
縁膜上に該接続孔の側壁面と底面とを被覆するごとくバ
リヤメタルを形成する工程と、前記バリヤメタル上に前
記接続孔の少なくとも底部に空洞部を残すごとく上層配
線材料層を形成する工程とを有することを特徴とするも
のである。
【００１１】本願の第２の発明にかかる配線形成方法
は、下層配線材料層に臨んで接続孔が開口されてなる絶
縁膜上に該接続孔の側壁面と底面とを被覆し、かつその
開口端を塞いで内部に空洞部を残すごとくバリヤメタル
を形成する工程と、前記バリヤメタル上に上層配線材料
層を形成する工程とを有することを特徴とする。
は、下層配線材料層に臨んで接続孔が開口されてなる絶
縁膜上に該接続孔の側壁面と底面とを被覆し、かつその
開口端を塞いで内部に空洞部を残すごとくバリヤメタル
を形成する工程と、前記バリヤメタル上に上層配線材料
層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
【作用】本発明者は、接続孔の均一な埋込みに固執すれ
ば上層配線の突き抜けは常に生ずる可能性があることか
ら、全く発想を転換して接続孔を完全に埋め込まない配
線形成方法を提案するに至ったものである。従来の技術
では、完全に埋め込まれていない接続孔は上層配線材料
層のエレクトロマイグレーション耐性を劣化させるもの
として、常に改善の対象とされてきた。接続孔の内部に
空洞部が発生する現象は、Ａｌ系材料層と接触するバリ
ヤメタルの表面がＴｉＯx Ｎy 層により構成されている
場合にしばしば経験されてきた。ＴｉＯx Ｎy 層は、Ｔ
ｉＮx 層の結晶粒界に酸素を偏析させることによりバリ
ヤ性を高めた材料層であるが、表面モホロジーが粗く、
Ａｌ系材料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
が酸化チタン（ＴｉＯ2 ）のそれよりも大きいため、Ｔ
ｉＯx Ｎy 層とＡｌ系材料層とが接触すると先に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、接続孔を均一に埋め
込むことが困難となるのである。Ａｌ系材料層の成膜速
度を低下させて、該Ａｌ系材料層とＴｉＯx Ｎy 層との
接触反応時間を延長させても、この埋込み特性は満足な
レベルには改善されなかった。
ば上層配線の突き抜けは常に生ずる可能性があることか
ら、全く発想を転換して接続孔を完全に埋め込まない配
線形成方法を提案するに至ったものである。従来の技術
では、完全に埋め込まれていない接続孔は上層配線材料
層のエレクトロマイグレーション耐性を劣化させるもの
として、常に改善の対象とされてきた。接続孔の内部に
空洞部が発生する現象は、Ａｌ系材料層と接触するバリ
ヤメタルの表面がＴｉＯx Ｎy 層により構成されている
場合にしばしば経験されてきた。ＴｉＯx Ｎy 層は、Ｔ
ｉＮx 層の結晶粒界に酸素を偏析させることによりバリ
ヤ性を高めた材料層であるが、表面モホロジーが粗く、
Ａｌ系材料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
が酸化チタン（ＴｉＯ2 ）のそれよりも大きいため、Ｔ
ｉＯx Ｎy 層とＡｌ系材料層とが接触すると先に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、接続孔を均一に埋め
込むことが困難となるのである。Ａｌ系材料層の成膜速
度を低下させて、該Ａｌ系材料層とＴｉＯx Ｎy 層との
接触反応時間を延長させても、この埋込み特性は満足な
レベルには改善されなかった。
【００１３】しかし、接続孔の内部に空洞部を残したま
まそれ以上埋込みが進行しないということは、肯定的に
考えればこの状態の安定性が高いということである。こ
の場合、上層配線と下層配線との間の電気的接続は、主
として接続孔の側壁面と底面を被覆するバリヤメタルが
担当することになる。コンタクト部の抵抗Ｒは、接続孔
の側壁面に被着したバリヤメタルの抵抗ＲSWと、接続孔
の底面に被着したバリヤメタルと下層配線との接触抵抗
ＲC の和で表される。ここで、バリヤメタルの少なくと
も一部に抵抗率ρの十分に低い材料を使用すれば、実用
上は何ら問題のないレベルにコンタクト部の抵抗Ｒを抑
えることが可能である。しかも本発明では、接続孔の内
部のうち下層配線材料層との接点となる底部には上層配
線材料層が存在しないため、該上層配線材料層の下層配
線材料層側への突き抜けが本質的に起こり得ない。
まそれ以上埋込みが進行しないということは、肯定的に
考えればこの状態の安定性が高いということである。こ
の場合、上層配線と下層配線との間の電気的接続は、主
として接続孔の側壁面と底面を被覆するバリヤメタルが
担当することになる。コンタクト部の抵抗Ｒは、接続孔
の側壁面に被着したバリヤメタルの抵抗ＲSWと、接続孔
の底面に被着したバリヤメタルと下層配線との接触抵抗
ＲC の和で表される。ここで、バリヤメタルの少なくと
も一部に抵抗率ρの十分に低い材料を使用すれば、実用
上は何ら問題のないレベルにコンタクト部の抵抗Ｒを抑
えることが可能である。しかも本発明では、接続孔の内
部のうち下層配線材料層との接点となる底部には上層配
線材料層が存在しないため、該上層配線材料層の下層配
線材料層側への突き抜けが本質的に起こり得ない。
【００１４】以上が、本願の２発明に共通の考え方であ
るが、２発明は接続孔の内部に空洞部が形成される機構
において異なっている。すなわち、本願の第１の発明で
は、接続孔の内部の空洞部は該接続孔が上層配線材料層
により不完全に埋め込まれることにより形成される。し
たがって、空洞部の壁面はバリヤメタルおよび上層配線
材料層により構成される。このような空洞部は、開口径
の比較的大きい接続孔の内壁面を上層配線材料層に対す
る濡れ性に劣る薄いバリヤメタルでコンフォーマルに被
覆し、しかる後に上層配線材料層を形成する場合に形成
される。
るが、２発明は接続孔の内部に空洞部が形成される機構
において異なっている。すなわち、本願の第１の発明で
は、接続孔の内部の空洞部は該接続孔が上層配線材料層
により不完全に埋め込まれることにより形成される。し
たがって、空洞部の壁面はバリヤメタルおよび上層配線
材料層により構成される。このような空洞部は、開口径
の比較的大きい接続孔の内壁面を上層配線材料層に対す
る濡れ性に劣る薄いバリヤメタルでコンフォーマルに被
覆し、しかる後に上層配線材料層を形成する場合に形成
される。
【００１５】これに対し、第２の発明では、接続孔の内
部の空洞部はバリヤメタルが該接続孔の開口端を塞ぐこ
とにより形成される。したがって、空洞部の壁面はバリ
ヤメタルのみにより構成される。かかる構造は、開口径
の比較的小さい接続孔に対して厚くバリヤメタルを被着
させ、ステップ・カバレッジの悪さを利用して開口端か
ら迫り出したバリヤメタルを最終的に融合させてしまう
ことにより実現することができる。
部の空洞部はバリヤメタルが該接続孔の開口端を塞ぐこ
とにより形成される。したがって、空洞部の壁面はバリ
ヤメタルのみにより構成される。かかる構造は、開口径
の比較的小さい接続孔に対して厚くバリヤメタルを被着
させ、ステップ・カバレッジの悪さを利用して開口端か
ら迫り出したバリヤメタルを最終的に融合させてしまう
ことにより実現することができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００１７】実施例１ 本実施例は、本願の第１の発明を適用し、コンタクト・
ホールをＴｉ／ＴｉＯx Ｎy の２層構造バリヤメタルで
被覆した後、該コンタクト・ホールをＡｌ−１％Ｓｉ層
で不完全に充填した例である。このプロセスを、図１を
参照しながら説明する。
ホールをＴｉ／ＴｉＯx Ｎy の２層構造バリヤメタルで
被覆した後、該コンタクト・ホールをＡｌ−１％Ｓｉ層
で不完全に充填した例である。このプロセスを、図１を
参照しながら説明する。
【００１８】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ＣＶ
Ｄ法等により層厚約０．５μｍのＳｉＯ2 層間絶縁膜３
を形成し、該ＳｉＯ2 層間絶縁膜３に上記不純物拡散領
域２に臨んで円形のコンタクト・ホール４を開口した。
このときの上記コンタクト・ホール４の開口径をｄ1 と
し、ここでは約０．６μｍとした。
不純物拡散領域２が形成されたシリコン基板１上にＣＶ
Ｄ法等により層厚約０．５μｍのＳｉＯ2 層間絶縁膜３
を形成し、該ＳｉＯ2 層間絶縁膜３に上記不純物拡散領
域２に臨んで円形のコンタクト・ホール４を開口した。
このときの上記コンタクト・ホール４の開口径をｄ1 と
し、ここでは約０．６μｍとした。
【００１９】次に、図１（ｂ）に示されるように、ウェ
ハの全面にＴｉ層５およびＴｉＯx Ｎy 層６が順次積層
されてなるバリヤメタル７を形成した。ここで、上記Ｔ
ｉ層５およびＴｉＯx Ｎy 層６の成膜には枚葉式スパッ
タリング装置を使用し、Ｔｉターゲットを装着したスパ
ッタリング・チャンバ内への供給ガスの組成を変更する
ことにより、ウェハを大気開放することなく連続工程で
成膜を行った。上記枚葉式スパッタリング装置は、前処
理のためのマイクロ波プラズマ・クリーニング・チャン
バ、バリヤメタルを成膜するための第１のスパッタリン
グ・チャンバ、Ａｌ−１％Ｓｉ層を成膜するための第２
のスパッタリング・チャンバ等がウェハ・ハンドリング
・ユニットを介して相互に接続された、マルチ・チャン
バ型の装置である。
ハの全面にＴｉ層５およびＴｉＯx Ｎy 層６が順次積層
されてなるバリヤメタル７を形成した。ここで、上記Ｔ
ｉ層５およびＴｉＯx Ｎy 層６の成膜には枚葉式スパッ
タリング装置を使用し、Ｔｉターゲットを装着したスパ
ッタリング・チャンバ内への供給ガスの組成を変更する
ことにより、ウェハを大気開放することなく連続工程で
成膜を行った。上記枚葉式スパッタリング装置は、前処
理のためのマイクロ波プラズマ・クリーニング・チャン
バ、バリヤメタルを成膜するための第１のスパッタリン
グ・チャンバ、Ａｌ−１％Ｓｉ層を成膜するための第２
のスパッタリング・チャンバ等がウェハ・ハンドリング
・ユニットを介して相互に接続された、マルチ・チャン
バ型の装置である。
【００２０】まず、前処理としてウェハをマイクロ波プ
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の底面を被覆している自然酸化膜（図示せ
ず。）を除去した。続いてウェハを第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１００
ＳＣＣＭ，ガス圧０．５Ｐａ，ウェハ加熱温度１５０
℃，ターゲット電力４ｋＷ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５を形成し
た。このＴｉ層５が形成された段階におけるコンタクト
・ホール４の開口径を、ｄ2 とする。
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の底面を被覆している自然酸化膜（図示せ
ず。）を除去した。続いてウェハを第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１００
ＳＣＣＭ，ガス圧０．５Ｐａ，ウェハ加熱温度１５０
℃，ターゲット電力４ｋＷ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５を形成し
た。このＴｉ層５が形成された段階におけるコンタクト
・ホール４の開口径を、ｄ2 とする。
【００２１】次に、条件を一例としてＡｒ流量４０ＳＣ
ＣＭ，Ｏ2 流量４ＳＣＣＭ，Ｎ2 流量６６ＳＣＣＭ，ガ
ス圧０．５Ｐａ，ウェハ加熱温度１５０℃，ターゲット
電流５ｋＷに切り換え、厚さ約０．０７μｍのＴｉＯx
Ｎy 層６を形成した。
ＣＭ，Ｏ2 流量４ＳＣＣＭ，Ｎ2 流量６６ＳＣＣＭ，ガ
ス圧０．５Ｐａ，ウェハ加熱温度１５０℃，ターゲット
電流５ｋＷに切り換え、厚さ約０．０７μｍのＴｉＯx
Ｎy 層６を形成した。
【００２２】次に、上記ウェハを第２のスパッタリング
・チャンバへ搬送し、高温ＤＣマグネトロン・スパッタ
リング法によりウェハの全面に厚さ約０．５μｍのＡｌ
−１％Ｓｉ層８を成膜した。このときの条件は、一例と
してＡｒ流量１００ＳＣＣＭ，ガス圧０．５Ｐａ，ター
ゲット電力２２．５ｋＷ，ウェハ加熱温度５００℃とし
た。
・チャンバへ搬送し、高温ＤＣマグネトロン・スパッタ
リング法によりウェハの全面に厚さ約０．５μｍのＡｌ
−１％Ｓｉ層８を成膜した。このときの条件は、一例と
してＡｒ流量１００ＳＣＣＭ，ガス圧０．５Ｐａ，ター
ゲット電力２２．５ｋＷ，ウェハ加熱温度５００℃とし
た。
【００２３】この過程では、上記ＴｉＯx Ｎy 層６のＡ
ｌ−１％Ｓｉ層８に対する濡れ性が低いために、Ａｌ−
１％Ｓｉ層８はコンタクト・ホール４の内部に約０．１
μｍ進入したものの、該コンタクト・ホール４を完全に
は埋め込まなかった。この結果、図１（ｃ）に示される
ように、内部に空洞部９を残したままの状態でウェハは
安定化した。
ｌ−１％Ｓｉ層８に対する濡れ性が低いために、Ａｌ−
１％Ｓｉ層８はコンタクト・ホール４の内部に約０．１
μｍ進入したものの、該コンタクト・ホール４を完全に
は埋め込まなかった。この結果、図１（ｃ）に示される
ように、内部に空洞部９を残したままの状態でウェハは
安定化した。
【００２４】この後、図示されないプロセスとして上記
Ａｌ−１％Ｓｉ層８のパターニングを行い、さらにプラ
ズマＣＶＤ法によるＳｉＮx 層を層間絶縁膜として形成
した。最終的に４００℃程度の熱処理を施したが、この
間にもＡｌ−１％Ｓｉ層８がコンタクト・ホール４の内
部へ進入することはなく、空洞部９を残した状態が維持
された。
Ａｌ−１％Ｓｉ層８のパターニングを行い、さらにプラ
ズマＣＶＤ法によるＳｉＮx 層を層間絶縁膜として形成
した。最終的に４００℃程度の熱処理を施したが、この
間にもＡｌ−１％Ｓｉ層８がコンタクト・ホール４の内
部へ進入することはなく、空洞部９を残した状態が維持
された。
【００２５】ここで、図１（ｃ）に示される状態のコン
タクト部の抵抗Ｒを見積もってみる。ただし、ＴｉＯx
Ｎy 層６の抵抗率は約１×１０-3ΩｃｍであってＴｉ層
５の抵抗率よりも遙かに大きいので、導電への寄与は少
ないものとして無視し、Ｔｉ層５のみについて計算を行
う。まず、コンタクト・ホール４の側壁面におけるＴｉ
層５の抵抗ＲSWを計算する。側壁面のＴｉ層５を取り出
して考えると、図１（ｃ）に示されるような円環状の部
材となる。ここで、Ｔｉ層５のカバレッジ率（ウェハの
水平面上における膜厚に対する垂直面上の膜厚の割合）
を３３％と仮定すると、側壁面のＴｉ層５の膜厚は０．
０１μｍとなる。つまり、Ｔｉ層５形成後のコンタクト
・ホールの開口径ｄ2 は０．６−（０．０１×２）＝
０．５８（μｍ）である。また、円環の高さｈ1 は、Ａ
ｌ−１％Ｓｉ層８が０．１μｍだけコンタクト・ホール
４内に進入していることから、０．５−０．１＝０．４
（μｍ）である。
タクト部の抵抗Ｒを見積もってみる。ただし、ＴｉＯx
Ｎy 層６の抵抗率は約１×１０-3ΩｃｍであってＴｉ層
５の抵抗率よりも遙かに大きいので、導電への寄与は少
ないものとして無視し、Ｔｉ層５のみについて計算を行
う。まず、コンタクト・ホール４の側壁面におけるＴｉ
層５の抵抗ＲSWを計算する。側壁面のＴｉ層５を取り出
して考えると、図１（ｃ）に示されるような円環状の部
材となる。ここで、Ｔｉ層５のカバレッジ率（ウェハの
水平面上における膜厚に対する垂直面上の膜厚の割合）
を３３％と仮定すると、側壁面のＴｉ層５の膜厚は０．
０１μｍとなる。つまり、Ｔｉ層５形成後のコンタクト
・ホールの開口径ｄ2 は０．６−（０．０１×２）＝
０．５８（μｍ）である。また、円環の高さｈ1 は、Ａ
ｌ−１％Ｓｉ層８が０．１μｍだけコンタクト・ホール
４内に進入していることから、０．５−０．１＝０．４
（μｍ）である。
【００２６】したがって抵抗ＲSWは、ＲSW＝ρ・ｈ1／
Ｓ1 （ただし、ρはＴｉ層５の抵抗率，Ｓ1 は円環の断
面積を表す。）にもとづいて計算できる。この計算を、
数１に示す。
Ｓ1 （ただし、ρはＴｉ層５の抵抗率，Ｓ1 は円環の断
面積を表す。）にもとづいて計算できる。この計算を、
数１に示す。
【００２７】
【数１】
【００２８】次に、コンタクト・ホール４の底面におけ
るＴｉ層５の不純物拡散領域２に対する接触抵抗ＲC を
見積もる。金属と半導体の接触抵抗はショットキー・バ
リヤによって決まり、上述のような簡単な幾何学的な計
算では算出できない。そこで、本発明者がたとえば第５
０回応用物理学会学術講演会（１９８９年秋季年会）講
演予稿集ｐ．６０１，演題番号２８ｐ−Ｄ−９に報告し
た実験結果にもとづいて見積もると、上記不純物拡散領
域２がｐ+ 型の場合は約９０Ω、ｎ+ 型の場合は約４０
Ωである。
るＴｉ層５の不純物拡散領域２に対する接触抵抗ＲC を
見積もる。金属と半導体の接触抵抗はショットキー・バ
リヤによって決まり、上述のような簡単な幾何学的な計
算では算出できない。そこで、本発明者がたとえば第５
０回応用物理学会学術講演会（１９８９年秋季年会）講
演予稿集ｐ．６０１，演題番号２８ｐ−Ｄ−９に報告し
た実験結果にもとづいて見積もると、上記不純物拡散領
域２がｐ+ 型の場合は約９０Ω、ｎ+ 型の場合は約４０
Ωである。
【００２９】コンタクト部の抵抗Ｒは、上記抵抗ＲSWと
接触抵抗ＲC の和であるから、ｐ+ 型の不純物拡散領域
２に対しては約１０５Ω、ｎ+ 型の不純物拡散領域２に
対しては約５５Ωとなる。これらは、十分に実用的な値
である。しかも、コンタクト・ホール４の内部には空洞
部９が形成され、底部にはＡｌ−１％Ｓｉ層４が存在し
ないため、Ａｌスパイクに起因するｐｎ接合部のリーク
電流等が発生することもなかった。
接触抵抗ＲC の和であるから、ｐ+ 型の不純物拡散領域
２に対しては約１０５Ω、ｎ+ 型の不純物拡散領域２に
対しては約５５Ωとなる。これらは、十分に実用的な値
である。しかも、コンタクト・ホール４の内部には空洞
部９が形成され、底部にはＡｌ−１％Ｓｉ層４が存在し
ないため、Ａｌスパイクに起因するｐｎ接合部のリーク
電流等が発生することもなかった。
【００３０】実施例２ 本実施例は、本願の第２の発明を適用し、コンタクト・
ホールを厚いＴｉ層からなる単層構造バリヤメタルで被
覆して開口端を塞いだ後、該Ｔｉ層上にＡｌ−１％Ｓｉ
層を形成した例である。このプロセスを、図２を参照し
ながら説明する。
ホールを厚いＴｉ層からなる単層構造バリヤメタルで被
覆して開口端を塞いだ後、該Ｔｉ層上にＡｌ−１％Ｓｉ
層を形成した例である。このプロセスを、図２を参照し
ながら説明する。
【００３１】まず、図２（ａ）に示されるように、予め
不純物拡散領域１２が形成されたシリコン基板１１上に
ＣＶＤ法等により層厚約０．５μｍのＳｉＯ2 層間絶縁
膜１３を形成し、該ＳｉＯ2 層間絶縁膜１３に上記不純
物拡散領域１２に臨んで円形のコンタクト・ホール１４
を開口した。このときの上記コンタクト・ホール１４の
開口径をｄ3 とし、ここでは約０．３μｍとした。
不純物拡散領域１２が形成されたシリコン基板１１上に
ＣＶＤ法等により層厚約０．５μｍのＳｉＯ2 層間絶縁
膜１３を形成し、該ＳｉＯ2 層間絶縁膜１３に上記不純
物拡散領域１２に臨んで円形のコンタクト・ホール１４
を開口した。このときの上記コンタクト・ホール１４の
開口径をｄ3 とし、ここでは約０．３μｍとした。
【００３２】次に、前処理としてコンタクト・ホール１
４底面の自然酸化膜（図示せず。）を除去した後、図２
（ｂ）に示されるように、ウェハの全面に厚さ約０．２
μｍのＴｉ層１５を形成した。成膜条件は、実施例１で
述べたとおりである。本実施例では、コンタクト・ホー
ル１４の開口径ｄ3 が小さくて元々ステップ・カバレッ
ジが乏しい上にＴｉ層１５の膜厚が大きいため、コンタ
クト・ホール１４の開口端はＴｉ層１５により塞がれ、
内部に空洞部１６が形成された。この空洞部１６の最大
部の直径をｄ4 とする。
４底面の自然酸化膜（図示せず。）を除去した後、図２
（ｂ）に示されるように、ウェハの全面に厚さ約０．２
μｍのＴｉ層１５を形成した。成膜条件は、実施例１で
述べたとおりである。本実施例では、コンタクト・ホー
ル１４の開口径ｄ3 が小さくて元々ステップ・カバレッ
ジが乏しい上にＴｉ層１５の膜厚が大きいため、コンタ
クト・ホール１４の開口端はＴｉ層１５により塞がれ、
内部に空洞部１６が形成された。この空洞部１６の最大
部の直径をｄ4 とする。
【００３３】次に、図２（ｃ）に示されるように、高温
ＤＣマグネトロン・スパッタリング法により上記Ｔｉ層
１５の上に厚さ約０．５μｍのＡｌ−１％Ｓｉ層１７を
成膜した。このときの条件も、実施例１と同様である。
この過程では、上記Ｔｉ層１５とＡｌ−１％Ｓｉ層１７
との界面近傍においてＴｉとＡｌの合金化反応が進行
し、反応層１５ａが形成されたが、コンタクト・ホール
１４内部のＴｉ層１５には何ら影響は及ばなかった。
ＤＣマグネトロン・スパッタリング法により上記Ｔｉ層
１５の上に厚さ約０．５μｍのＡｌ−１％Ｓｉ層１７を
成膜した。このときの条件も、実施例１と同様である。
この過程では、上記Ｔｉ層１５とＡｌ−１％Ｓｉ層１７
との界面近傍においてＴｉとＡｌの合金化反応が進行
し、反応層１５ａが形成されたが、コンタクト・ホール
１４内部のＴｉ層１５には何ら影響は及ばなかった。
【００３４】この後、図示されないプロセスとして上記
Ａｌ−１％Ｓｉ層１７のパターニングを行い、さらにプ
ラズマＣＶＤ法によるＳｉＮx 層を層間絶縁膜として形
成した。
Ａｌ−１％Ｓｉ層１７のパターニングを行い、さらにプ
ラズマＣＶＤ法によるＳｉＮx 層を層間絶縁膜として形
成した。
【００３５】ここで、図２（ｃ）に示される状態のコン
タクト部の抵抗Ｒを見積もってみる。まず、コンタクト
・ホール１４の側壁面におけるＴｉ層１５の抵抗ＲSWを
計算する。いま、側壁面のＴｉ層１５を、近似的に図２
（ｃ）に示されるような円環状の部材として考える。こ
こで、Ｔｉ層１５のカバレッジ率を１０％と仮定する
と、側壁面のＴｉ層１５の膜厚は０．０２μｍとなる。
つまり、Ｔｉ層１５形成後の空洞部の最大直径ｄ4 は
０．３−（０．０２×２）＝０．２６（μｍ）である。
また、円環の高さｈ2 はＳｉＯ2 層間絶縁膜１３の膜厚
と等しく考え、０．５μｍである。
タクト部の抵抗Ｒを見積もってみる。まず、コンタクト
・ホール１４の側壁面におけるＴｉ層１５の抵抗ＲSWを
計算する。いま、側壁面のＴｉ層１５を、近似的に図２
（ｃ）に示されるような円環状の部材として考える。こ
こで、Ｔｉ層１５のカバレッジ率を１０％と仮定する
と、側壁面のＴｉ層１５の膜厚は０．０２μｍとなる。
つまり、Ｔｉ層１５形成後の空洞部の最大直径ｄ4 は
０．３−（０．０２×２）＝０．２６（μｍ）である。
また、円環の高さｈ2 はＳｉＯ2 層間絶縁膜１３の膜厚
と等しく考え、０．５μｍである。
【００３６】したがって、ＲSW＝ρ・ｈ2 ／Ｓ2 （ただ
し、Ｓ2 は円環の断面積を表す。）の関係にもとづいて
前述の数１と同じ要領で計算すると、ＲSW＝１９．９Ω
となる。次に、コンタクト・ホール１４の底面における
Ｔｉ層１５の不純物拡散領域１２に対する接触抵抗ＲC
を本発明者の過去の実験結果にもとづいて見積もると、
上記不純物拡散領域１２がｐ+ 型の場合は約１５０Ω、
ｎ+型の場合は約５０Ωである。
し、Ｓ2 は円環の断面積を表す。）の関係にもとづいて
前述の数１と同じ要領で計算すると、ＲSW＝１９．９Ω
となる。次に、コンタクト・ホール１４の底面における
Ｔｉ層１５の不純物拡散領域１２に対する接触抵抗ＲC
を本発明者の過去の実験結果にもとづいて見積もると、
上記不純物拡散領域１２がｐ+ 型の場合は約１５０Ω、
ｎ+型の場合は約５０Ωである。
【００３７】コンタクト部の抵抗Ｒは、上記抵抗ＲSWと
接触抵抗ＲC の和であるから、ｐ+ 型の不純物拡散領域
２に対しては約１７０Ω、ｎ+ 型の不純物拡散領域２に
対しては約７０Ωとなる。これらも、十分に実用的な値
である。
接触抵抗ＲC の和であるから、ｐ+ 型の不純物拡散領域
２に対しては約１７０Ω、ｎ+ 型の不純物拡散領域２に
対しては約７０Ωとなる。これらも、十分に実用的な値
である。
【００３８】以上、本発明を２つの実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれら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の
層厚，成膜条件，成膜装置等は適宜変更可能である。ま
た、Ａｌ−１％Ｓｉ層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〜
５３０℃程度、ガス圧は０．８〜１．６Ｐａ程度の範囲
で適宜設定することができる。
説明したが、本発明はこれら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の
層厚，成膜条件，成膜装置等は適宜変更可能である。ま
た、Ａｌ−１％Ｓｉ層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〜
５３０℃程度、ガス圧は０．８〜１．６Ｐａ程度の範囲
で適宜設定することができる。
【００３９】
【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、コンタクト部の抵抗を実用的な値に維
持したまま上層配線材料層の突き抜けを本質的に防止す
ることができ、信頼性の高い配線を形成することが可能
となる。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、コンタクト部の抵抗を実用的な値に維
持したまま上層配線材料層の突き抜けを本質的に防止す
ることができ、信頼性の高い配線を形成することが可能
となる。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】本願の第１の発明を適用したプロセス例をその
工程順にしたがって示す概略断面図および概略斜視図で
あり、（ａ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜にコンタクト・ホー
ルが開口された状態、（ｂ）は上記コンタクト・ホール
がＴｉ層とＴｉＯx Ｎy 層からなるバリヤメタルで被覆
された状態、（ｃ）はＡｌ−１％Ｓｉ層の不完全な埋込
みによりコンタクト・ホール内に空洞部が形成された状
態、およびコンタクト・ホール内部におけるＴｉ層の近
似的な形状をそれぞれ表す。
工程順にしたがって示す概略断面図および概略斜視図で
あり、（ａ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜にコンタクト・ホー
ルが開口された状態、（ｂ）は上記コンタクト・ホール
がＴｉ層とＴｉＯx Ｎy 層からなるバリヤメタルで被覆
された状態、（ｃ）はＡｌ−１％Ｓｉ層の不完全な埋込
みによりコンタクト・ホール内に空洞部が形成された状
態、およびコンタクト・ホール内部におけるＴｉ層の近
似的な形状をそれぞれ表す。
【図２】本願の第２の発明を適用したプロセス例をその
工程順にしたがって示す概略断面図および概略斜視図で
あり、（ａ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜にコンタクト・ホー
ルが開口された状態、（ｂ）は上記コンタクト・ホール
がＴｉ層で被覆かつ閉塞され、空洞部が形成された状
態、（ｃ）はＡｌ−１％Ｓｉ層が形成された状態、およ
びコンタクト・ホール内部におけるＴｉ層の近似的な形
状をそれぞれ表す。
工程順にしたがって示す概略断面図および概略斜視図で
あり、（ａ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜にコンタクト・ホー
ルが開口された状態、（ｂ）は上記コンタクト・ホール
がＴｉ層で被覆かつ閉塞され、空洞部が形成された状
態、（ｃ）はＡｌ−１％Ｓｉ層が形成された状態、およ
びコンタクト・ホール内部におけるＴｉ層の近似的な形
状をそれぞれ表す。
【図３】従来技術において、通常のスパッタリング法に
よりＡｌ−１％Ｓｉ層を成膜した場合のステップ・カバ
レッジの劣化を示す概略断面図である。
よりＡｌ−１％Ｓｉ層を成膜した場合のステップ・カバ
レッジの劣化を示す概略断面図である。
【図４】従来技術において、コンタクト・ホールがＡｌ
−１％Ｓｉ層で埋め込まれた場合にＡｌスパイクが発生
した状態を示す概略断面図である。
−１％Ｓｉ層で埋め込まれた場合にＡｌスパイクが発生
した状態を示す概略断面図である。
１，１１・・・シリコン基板 ２，１２・・・不純物拡散領域 ３，１３・・・ＳｉＯ2 層間絶縁膜 ４，１４・・・コンタクト・ホール ５，１５・・・Ｔｉ層 ６ ・・・ＴｉＯx Ｎy 層 ７ ・・・バリヤメタル ８，１７・・・Ａｌ−１％Ｓｉ層 ９，１６・・・空洞部 １５ａ ・・・反応層
Claims (2)
- 【請求項１】 下層配線材料層に臨んで接続孔が開口さ
れてなる絶縁膜上に該接続孔の側壁面と底面とを被覆す
るごとくバリヤメタルを形成する工程と、 前記バリヤメタル上に前記接続孔の少なくとも底部に空
洞部を残すごとく上層配線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。 - 【請求項２】 下層配線材料層に臨んで接続孔が開口さ
れてなる絶縁膜上に該接続孔の側壁面と底面とを被覆
し、かつその開口端を塞いで内部に空洞部を残すごとく
バリヤメタルを形成する工程と、 前記バリヤメタル上に上層配線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 |
|---|---|---|---|
| JP26551291A JPH0582469A (ja) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | 配線形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26551291A JPH0582469A (ja) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | 配線形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0582469A true JPH0582469A (ja) | 1993-04-02 |
Family
ID=17418193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26551291A Withdrawn JPH0582469A (ja) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | 配線形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0582469A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10141447B2 (en) | 2017-04-03 | 2018-11-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device |
-
1991
- 1991-09-18 JP JP26551291A patent/JPH0582469A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10141447B2 (en) | 2017-04-03 | 2018-11-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor 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: 19981203 |