JPH0613466A - 改善された拡散遮断層を有する金属間非溶断片 - Google Patents

改善された拡散遮断層を有する金属間非溶断片

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JPH0613466A
JPH0613466A JP5057857A JP5785793A JPH0613466A JP H0613466 A JPH0613466 A JP H0613466A JP 5057857 A JP5057857 A JP 5057857A JP 5785793 A JP5785793 A JP 5785793A JP H0613466 A JPH0613466 A JP H0613466A
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アブデユル・ライム・フォーオウイ
Iton Wang
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極と非溶断材料との間に置かれた遮断層を
通じて電極の金属材料の拡散を防止する金属間非溶断片
及び該金属間溶断片の製造方法を提供する。 【構成】 金属間非溶断片は、集積回路内の第１の金属
層を含んでいる下方電極と、下方電極上に配置され且つ
ＴｉＷ：Ｎ層から形成された第１の遮断層と、第１の遮
断層上でアモルファスシリコンから形成された非溶断材
料層と、非溶断材料層上に配置され且つＴｉＷ：Ｎ層か
ら形成された第２の遮断層と、集積回路内の第２の金属
層を含んでいる第２の遮断層上の上方電極とを含んでい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はユーザプログラマブル非
溶断片の構造に関する。本発明は特に、電極と非溶断材
料との間に置かれた遮断層を通じての電極の拡散が改善
された金属間非溶断片（ｍｅｔａｌ−ｔｏ−ｍｅｔａｌ
ａｎｔｉｆｕｓｅ）の構造に関する。本発明は一般に
は金属／ａ−Ｓｉ／金属非溶断片を含む製品の製造を確
実にするための加工方法、特に拡散遮断層材料の選択に
関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】アモル
ファスシリコン非溶断材料を使用する非溶断片は従来技
術で知られている。このような非溶断片はしばしば集積
回路内の金属層間に使用されているので、アルミニウム
のような材料を非溶断片の電極として使用してもよい。
従来、電極とアモルファスシリコン非溶断材料との間に
遮断層を形成するために幾つかの方法が使用されてい
た。付着した二酸化ケイ素の薄層が使用されていた。こ
の層は薄すぎると、有効な遮断層にならず、厚すぎる
と、非溶断片のプログラミング電圧をかなり上昇させ
る。この層の厚さの調整は難しい作業である。あるい
は、下方電極自体がＴｉＷから形成された。しかしなが
ら、この層は非溶断片の底部層及び相互接続層として使
用することができない。更には窒化ケイ素層がＴｉＷ層
上に付着された。この層は薄すぎると、有効な遮断層に
ならず、厚すぎると、非溶断片のプログラミング電圧を
かなり上昇させる。
【０００３】チタン−タングステン（ＴｉＷ）は、２つ
の金属層間に挟持されたアモルファスシリコン非溶断材
料を含んでいる非溶断片を製造するための拡散遮断層と
して使用されていたが、ＴｉＷは、特に約４００℃〜４
５０℃又はそれ以上の合金温度を使用する加工技術で使
用するには有効な拡散遮断層にならない。何故ならば、
アルミニウムは遮断層を通じてアモルファスシリコンに
拡散して、その伝導特性を変化させるからである。更に
は、チタン原子又はタングステン原子も、アモルファス
シリコン非溶断層内に拡散して、その伝導特性を変化さ
せ得る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、金属間
非溶断片は、金属層とアモルファスシリコン非溶断材料
との間に置かれた窒化チタンタングステン（ＴｉＷ：
Ｎ）層を含む拡散遮断層を含んでいる。本発明の好まし
い実施例によれば、ＴｉＷ：Ｎ層は窒素の存在下、Ｔｉ
Ｗの反応性イオンスパッタリングによってインシトゥで
形成され得る。あるいは、まずＴｉＷ層が形成され、次
にＴｉＷ層の表面に窒化層を形成する条件下で、周囲の
窒素にさらされる。
【０００５】
【実施例】本発明の以下の説明が単に例示的であって、
本発明を何等限定するものでないことは当業者には自明
である。本発明の他の実施例がこのような当業者に容易
に提案されるであろう。
【０００６】金属間非溶断片はしばらくの間は好評を得
て製造されていた。プログラミングされていない（ｕｎ
ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ）ままの非溶断片の信頼性の問題
を回避するために、非溶断片の電極を製造する金属材料
が、非溶断材料内に拡散しないように注意せねばならな
い。この問題は、アモルファスシリコンが非溶断材料と
して使用されるときに特に重大である。
【０００７】図１ａは従来技術の金属間非溶断片の横断
面図である。上方に配置された集積回路内の金属層から
形成され、且つ遮断層又は絶縁層であり得る層１４によ
って、他の構造を含み得る半導体基板１２の表面から離
れている下方電極１０を含んでいる従来技術の金属間非
溶断片を図示する。下方電極１０とアモルファスシリコ
ン非溶断材料層１８との間には下方ＴｉＷ遮断層１６が
置かれている。非溶断材料１８と、集積回路内の他の金
属層から形成された上方電極２１との間には上方ＴｉＷ
遮断層２０が置かれている。
【０００８】ＴｉＷ粒子境界を通じてのＳｉ及びＡｌの
相互拡散はよく知られた現象であって、これを図１ｂに
概略的に示す。粒子境界は線２４で表す。点線矢印２６
はアモルファスシリコンに向けてのアルミニウム原子の
経路を示し、実線矢印２８はＴｉＷ粒子境界２４を通じ
てアルミニウム原子に向かうケイ素原子の経路を示す。
この拡散特性のために、ＴｉＷは非溶断片で使用するの
に有効な拡散遮断層ではない。更には、チタン原子又は
タングステン原子もアモルファスシリコン非溶断層内に
拡散し得る。約４００℃〜４５０℃又はそれ以上の合金
温度を使用する加工技術では特にそうである。何故なら
ば、高温になると遮断層を通じてのアモルファスシリコ
ンへのアルミニウムの拡散が促進されるからである。
【０００９】本発明によれば、金属間非溶断片は、非溶
断材料層内への金属の拡散を防止するために改善された
遮断層を有する。本発明の原理に基づいて製造された金
属間非溶断片の横断面を図２に示す。本発明の非溶断片
３０は、半導体基板３２上に製造された集積回路内に組
み込まれ得る。用途によっては、基板３２が半導体材料
以外の材料、例えばセラミック材料若しくは他の絶縁体
から製造され得るか又は実際にはベース基板材料上に形
成される層であり得ることは当業者には自明である。
【００１０】非溶断片３０の下方電極３４は好ましく
は、集積回路内で既に使用されている金属相互接続層の
一部分を含み、且つアルミニウムのような金属、他の金
属又は集積回路の相互接続層で通常使用されている他の
材料と金属との組み合わせから形成され得、通常約２，
５００〜１０，０００オングストロームの厚さを有し得
る。下方電極３４は、基板と、基板上に置かれた他の任
意の介在構造体（図示せず）とを覆う絶縁層３６上に配
置されている。従来の集積回路の方法と同様に、下方電
極３４を含んでいる層は絶縁層３６の上方に形成され、
次に従来の半導体加工技術を使用して適切にパターン化
される。
【００１１】次に、下方電極３４上に下方遮断層３８が
形成される。本発明の好ましい実施態様によれば、下方
遮断層３８は、厚さが約５００〜２，０００オングスト
ロームのＴｉＷ：Ｎ層を含んでいる。本発明によれば、
ＴｉＷ：Ｎ遮断膜は、Ｎ2ガスがＴｉＷ付着中に反応室
の周囲の貴ガス内に導入される反応性スパッタリング法
によって製造され得る。約１／３のＮ2／Ａｒガスの流
量比で、即ち５０ｓｃｃｍのＮ2と１５０ｓｃｃｍのＡ
ｒとを使用して、約２４０μΩ−ｃｍの抵抗率を有する
ＴｉＷ：Ｎ膜が製造され得る。ガスの流量比が増すと、
得られるＴｉＷ：Ｎ膜の抵抗率は大きくなり、その拡散
遮断特性は改善される。にもかかわらず、回路として
は、約４００μΩ−ｃｍを越える抵抗率を有するＴｉ
Ｗ：Ｎ膜を製造することは好ましくない。
【００１２】これに代えて、純粋Ｎ2又は生成ガス（９
０％Ｎ2及び１０％Ｈ2）の雰囲気下において、約３００
℃〜４５０℃の温度で約３０分間、既に成長したＴｉＷ
膜が焼なましされてもよい。この方法では、ＴｉＷ：Ｎ
のインシトゥ形成によって得られる遮断膜と同様の遮断
電気特性を有するＴｉＷ：Ｎ遮断膜が形成される。
【００１３】次に、アモルファスシリコン、他の適切な
材料又は従来の加工技術を使用して生成される材料を含
んでいる非溶断材料層４０が下方遮断層３８上に置かれ
る。非溶断材料層４０のために選択される厚さは、完成
した非溶断片の望ましいパラメータ、例えばプログラミ
ング電圧、最終抵抗及びプログラミングされていない状
態のキャパシタンスに依存する。この層の厚さを選択す
るためにこれらのパラメータ間のバランスを評価する必
要があることは当業者には自明である。このようなバラ
ンスをとることは当業者の知識の範囲内である。
【００１４】非溶断層４０の形成後には、その表面上に
上方遮断層４２が形成される。上方遮断層４２は下方遮
断層３８と同様に同一材料から形成され得る。
【００１５】最後に、上方遮断層４２の表面上に上方電
極４４が形成される。非溶断片３０の上方電極４４は好
ましくは、既に集積回路で使用されている他の金属相互
接続層の一部分を含み且つアルミニウムのような金属、
他の金属又は集積回路の相互接続層で通常使用されてい
る他の材料と金属との組み合わせから形成され得、通常
約２，５００〜１０，０００オングストロームの厚さを
有し得る。
【００１６】本発明の教示内容に従って製造されるＴｉ
Ｗ：Ｎ遮断層は、ＴｉＷの有利な特性（例えば良好な付
着性促進及び低い面積抵抗）を有し、それと同時にＳｉ
及びＡｌの相互拡散から非溶断層を保護するのにより有
効な拡散遮断層である。拡散遮断層としてのＴｉＷ：Ｎ
の有効性は、粒子境界を通じてのＳｉ及びＡｌの相互拡
散を妨げるＴｉＷＮ沈澱物がＴｉＷ：Ｎ粒子境界に存在
することにある。これを図３ａ及び図３ｂに概略的に示
す。これらの図面では、実線４６は、ＴｉＷ：Ｎ膜の粒
子境界をふさぐように作用して、アモルファスシリコン
非溶断層内への金属の相互拡散を効果的に妨げるＴｉＷ
Ｎ沈澱物を示している。
【００１７】本発明の実施態様を図示説明してきたが、
本発明の範囲を逸脱することなく、前述した以外の多く
の変形例が可能であることは当業者には自明である。従
って、本発明は前述した特許請求の範囲を除いて制限さ
れることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】ＴｉＷ拡散遮断層を含んでいる従来技術の非
溶断片の横断面図である。
【図１ｂ】ＴｉＷ粒子境界を通じてのケイ素及びアルミ
ニウムの相互拡散を示す、図１ａの従来技術の非溶断片
の横断面の一部分の概略図である。
【図２】本発明に基づいて製造した、ＴｉＷ：Ｎ拡散遮
断層を使用する非溶断片の横断面図である。
【図３ａ】効果的な拡散遮断層であるＴｉＷ：Ｎ拡散遮
断層を含んでいる本発明の非溶断片の変形例の概略横断
面図である。
【図３ｂ】効果的な拡散遮断層であるＴｉＷ：Ｎ拡散遮
断層を含んでいる本発明の非溶断片の変形例の概略横断
面図である。
【符号の説明】
１０，３４ 下方電極 １２，３２ 基板 １６，３８ 下方遮断層 ２０，４２ 上方遮断層 ２１，４４ 上方電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集積回路内の第１の金属相互接続層の一
    部分を含んでいる下方電極と、 前記下方電極上に配置され且つＴｉＷ：Ｎ層から形成さ
    れた第１の遮断層と、 前記第１の遮断層上に配置され且つアモルファスシリコ
    ンから形成された非溶断材料層と、 前記非溶断材料層上に配置され且つＴｉＷ：Ｎ層から形
    成された第２の遮断層と、 前記第２の遮断層上に配置され且つ前記集積回路内の第
    ２の金属層の一部分を含んでいる上方電極とを含んでい
    ることを特徴とする金属間非溶断片。
  2. 【請求項２】 非溶断材料層によって離された第１の電
    極と第２の電極とを含む非溶断片であって、該第１の電
    極及び該第２の電極の少なくとも一方が金属層を含み、
    前記非溶断片が更にＴｉＷ：Ｎ層を遮断層として含み、
    該遮断層が非溶断材料層と少なくとも一方の金属電極と
    の間に配置されていることを特徴とする非溶断片。
  3. 【請求項３】 前記第１の金属層を形成し、 ＴｉＷ：Ｎ層を形成する段階を含めて、前記第１の金属
    層上に下方遮断層を形成し、 前記下方遮断層上に非溶断材料層を形成し、 ＴｉＷ：Ｎ層を形成する段階を含めて、前記非溶断材料
    上に上方遮断層を形成し、 前記上方遮断層上に前記第２の金属層を形成する段階を
    包含していることを特徴とする集積回路内の第１の金属
    層と第２の金属層との間に非溶断片を製造する方法。
  4. 【請求項４】 前記下方遮断層及び前記上方遮断層を形
    成する段階が、Ａｒガス及びＮ2ガスの存在下での反応
    性ＴｉＷスパッタリング法を包含していることを特徴と
    する請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 約１／３のＮ2／Ａｒガス流量比が使用
    されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記下方遮断層及び前記上方遮断層を形
    成する段階が、ＴｉＷ層を形成し且つＮ2ガスの存在下
    で該ＴｉＷ層を焼なましすることを包含していることを
    特徴とする請求項３に記載の方法。
JP5057857A 1992-02-26 1993-02-23 改善された拡散遮断層を有する金属間非溶断片 Pending JPH0613466A (ja)

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