JPH0629404A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0629404A
JPH0629404A JP18504792A JP18504792A JPH0629404A JP H0629404 A JPH0629404 A JP H0629404A JP 18504792 A JP18504792 A JP 18504792A JP 18504792 A JP18504792 A JP 18504792A JP H0629404 A JPH0629404 A JP H0629404A
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JP
Japan
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film
aluminum
amorphous silicon
contact hole
wiring
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JP18504792A
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English (en)
Inventor
Haruyoshi Yagi
春良 八木
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】半導体基板とコンタクトホールを介して接続さ
れるアルミ電極配線を形成する方法に関し、アルミ配線
の比抵抗を抑え、且つコンタクトホールでのアルミ配線
のステップカバレッジを向上させることができる半導体
装置の製造方法を提供する。 【構成】基板表面または基板上に導電層3を形成し、導
電層表面を覆う絶縁膜6を形成し、絶縁膜に導電層表面
を露出するコンタクトホール7を形成する。次いで、少
なくとも、コンタクトホール内に露出する導電層上に、
高融点金属を含んでなるバリア層9を形成し、そのバリ
ア層表面に、アモルファスシリコン膜10またはアモル
ファスゲルマニウム膜を形成する。次いで、アモルファ
スシリコン膜10またはアモルファスゲルマニウム膜表
面に、前記コンタクトホール内から前記絶縁膜上に延在
するようにアルミニウム含有膜11を形成し、且つアモ
ルファスシリコン膜またはアモルファスゲルマニウム膜
をアルミニウム含有膜中に固溶させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係わり、特に半導体基板とコンタクトホールを介して
接続されるアルミ電極配線を形成する方法に関する。近
年、アルミ電極配線形成用のアルミニウム膜は、マグネ
トロンスパッタ法により形成されるのが一般的である。
しかしながら、半導体装置の高集積化に伴いコンタクト
ホール径の微細化が進み、コンタクトホール側壁でのア
ルミニウム膜のステップカバレッジが低下し、エレクト
ロマイグレーション等による断線等の信頼性上の問題が
危惧されている。したがって、コンタクトホール部での
アルミニウム膜のステップカバレッジを向上させる必要
がある。
【0002】
【従来の技術】スパッタ法でのステップカバレッジを改
善する方法として、シリコン基板の温度をアルミニウム
の融点近く、例えば500℃以上に保ってスパッタを行
うことによりアルミの流動性を増し、微細なコンタクト
ホール内にアルミニウムを埋め込む方法、所謂、高温ス
パッタ法が提唱されている。
【0003】ところで、近年の半導体装置の製造方法に
おいて、半導体装置の多層配線の一層目の配線、つまり
コンタクトホールを介してシリコン基板と接続されるア
ルミ配線層では、アルミニウムとシリコン基板の反応を
防止するために、バリア層及びコンタクト層が挿入され
るのが一般的である。バリア層としては窒化チタン、チ
タン−タングステン合金等が用いられ、コンタクト層と
してはチタン、チタンシリサイド等が用いられることが
多い。また、一層目の配線では、その上の配線層を形成
する際の下地の段差を低減し層間絶縁膜の平坦化を容易
にするため、できるだけ配線の厚さを薄くすることが必
要である。
【0004】しかし、この高温スパッタ法で行うアルミ
ニウム形成を実際の半導体装置に適用した場合、バリア
層表面におけるアルミニウムの流動性が悪いためアルミ
ニウムとバリア層との間に、その両方と密着性の良いチ
タン等の金属を形成することにより、アルミニウムとバ
リア層とを接続している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、以上述べた
ような従来の半導体装置では、以下のような問題が生じ
る。すなわち、アルミニウムの流動性改善のため、チタ
ン等の金属をアルミニウムとバリア層の間に形成した
後、高温スパッタ法によりアルミニウムを形成すると、
チタンとアルミが反応するため、配線の抵抗が著しく上
昇するという問題がある。例えば、厚さ300Åのチタ
ン層の上に厚さ5000Åのアルミニウム膜を形成する
と、比抵抗で換算して、2.8μΩ・cmのものが4.
5μΩ・cmとなり、およそ1.5倍程度抵抗が上昇し
てしまうという問題点がある。
【0006】また、タングステン等のさらに高融点を有
する金属を用いた場合でも、標準的な高温スパッタ法を
用いる際の基板温度500℃でアルミニウム膜を形成す
ると、アルミニウム膜の抵抗増加を防ぐことはできな
い。この比抵抗増加は、チタン層の厚さが一定であれば
アルミニウム膜の厚さが薄ければ薄い程顕著になるた
め、多層配線の一層目配線のようにアルミ配線の厚さを
薄くする必要がある場合にこの方法を適用することは困
難である。
【0007】本発明は、アルミ配線の比抵抗を抑え、且
つコンタクトホールでのアルミ配線のステップカバレッ
ジを向上させることができる半導体装置の製造方法を提
供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の問題点は、以下に
示す半導体装置の製造方法により解決される。すなわ
ち、まず、基板表面または基板上に導電層を形成し、導
電層表面を覆う絶縁膜を形成し、絶縁膜に導電層表面を
露出するコンタクトホールを形成する。次いで、少なく
とも、コンタクトホール内に露出する導電層上に、高融
点金属を含んでなるバリア層を形成し、そのバリア層表
面に、アモルファスシリコン膜またはアモルファスゲル
マニウム膜を形成する。次いで、アモルファスシリコン
膜またはアモルファスゲルマニウム膜表面に、前記コン
タクトホール内から前記絶縁膜上に延在するようにアル
ミニウム含有膜を形成し、且つアモルファスシリコン膜
またはアモルファスゲルマニウム膜をアルミニウム含有
膜中に固溶させるという半導体装置の製造方法である。
【0009】
【作用】本発明によれば、バリア層の表面にアモルファ
スシリコン膜を設けることにより、その上に高温スパッ
タ法を用いてアルミニウム膜を形成する際のアルミニウ
ムの流動性を高めることができ、コンタクトホール内の
アルミニウム膜の埋め込みを容易に達成することができ
る。この時、シリコン基板を450℃〜600℃に加熱
するために、アモルファスシリコンとアルミニウムが反
応しアルミニウムの配線抵抗が2.8μΩ・cmから
3.2μΩ・cmへと若干上がる。すなわち、アルミニ
ウム膜を形成する際に、その下にあるアモルファスシリ
コンがアルミニウム膜中に固溶させているので、最終的
には、バリア層の表面にアルミニウム膜が形成されてい
ることになる。
【0010】この結果、チタンとアルミニウムの反応に
よる配線抵抗の上昇に比べると、この配線抵抗の上昇は
かなり小さくなっている。また、アモルファスシリコン
は、スパッタ法では基板温度が室温程度、CVD法でも
ジシランの熱分解法を用いれば450℃程度の温度で成
長可能であり、バリア層上にアモルファスシリコンを形
成しても拡散接合層が破壊されることはない。
【0011】さらに、アモルファスシリコン膜形成後、
大気にふれさせることなくアルミニウム膜を形成してい
るため、アモルファスシリコン表面の酸化が防止され、
大気に触れさせた場合に必要となる表面酸化膜除去のた
めの処理が不必要になる。したがって、酸化時に消費さ
れるアモルファスシリコン膜を考慮する必要がなくな
り、結果としてバリア層上に形成するアモルファスシリ
コン膜の厚さを必要最低限にすることが可能になる。
【0012】したがって、本発明によれば、アルミ配線
の比抵抗を抑え、且つコンタクトホールでのアルミ配線
のステップカバレッジを向上させることができる半導体
装置の製造方法を提供することができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照
し、具体的に説明する。本発明の実施例は図1に示され
る。図1は、本発明の実施例におけるMOSFET(Me
tal Oxide SemiconductorField Effect Transistor )
の配線形成工程の流れを示す工程断面図である。
【0014】図1(a)参照。この構造は通常のMOS
−LSIの製造工程で形成されたもので、図中、1はp
型シリコン基板、2は素子分離酸化膜、3はn型拡散
層、4はゲート酸化膜、5はゲート電極、6は層間絶縁
膜、7はコンタクトホールである。図1(b)参照。ま
ず、通常のHF系の前処理によりコンタクトホール7底
の自然酸化膜(図示せず)を除去する。その後、スパッ
タリング法により、全面にコンタクト層8となる厚さ2
00Åのチタン(Ti)層を形成する。次いで、窒素と
アルゴンの混合ガスを用いた反応性スパッタリング法に
より、全面にバリア層9となる厚さ1500Åの窒化チ
タン層(TiN)を形成する。チタンの成長条件は、ス
パッタガスのアルゴン圧力5mTorr、スパッタ電力1K
Wで200Å/30秒の成長温度である。窒化チタンの
成長条件は、窒素50%、圧力2.5mTorr、スパッタ
電力5KWで1500Å/90秒の成長温度である。
【0015】図1(c)参照。次に、シリコン基板1を
450℃の窒素雰囲気中で熱処理する。その後、アモル
ファスシリコン成長用のCVD室、高温スパッタが可能
なスパッタ室、及び真空搬送室を備えたマルチチャンバ
装置(図示せず)を用いて、CVD法により、厚さ10
0Åのアモルファスシリコン膜10を形成する。マルチ
チャンバ装置については、例えば特開平4−22121
号公報に記載されている。また、この時の成長条件は、
ジシラン(Si2 8 )をソースガスとして用いた熱分
解法により、シリコン基板温度450℃、ジシラン流量
3cc/min、圧力100Torrで、100Å/60秒
の成長速度である。
【0016】図1(d)参照。次に、シリコン基板1を
前記マルチチャンバ装置内の真空搬送室を経由してスパ
ッタ室に搬送し、高温スパッタリング法により、全面に
厚さ5000Åのアルミニウム膜11を形成する。この
時の条件は、Al−O.1%のCu−O.15%のTi
の組成のターゲットを用いて、アルゴン圧5mTorr、ス
パッタ電力8KW、成長速度5000Å/45秒であ
る。
【0017】また、アルミニウム膜11を形成する際の
シリコン基板1の加熱は、シリコン基板1を基板1裏の
ヒータブロック(図示せず)に固定し、シリコン基板1
とヒータブロック間にアルゴンガスを流し、このアルゴ
ンガスの熱伝導を利用して基板加熱を促進するものであ
る。したがって、基板裏に流すガスを流しはじめるタイ
ミングを変えることにより、基板温度の上昇速度をある
程度制御することが可能である。
【0018】本実施例では、ヒータブロッタの温度を5
00℃に設定し、シリコン基板1がヒータブロック上に
固定された時からアルミのスパッタを開始した。この時
点では基板裏のガスは流さないで、2500Å程度のア
ルミが成長した時点でガスを流し始めた。このガス流制
御により、アルミニウム膜成長の初期では基板1温度は
200℃以下に維持され、5000Å成長した時点で初
めて500℃に達するように制御される。そして、基板
温度が500℃になった時には、アルミニウム膜11の
下のアモルファスシリコン膜10は完全にアルミニウム
膜11中に固溶している。この時、コンタクトホール側
壁におけるアルミニウム膜11のカバレッジはほぼ10
0%で、アルミニウムの比抵抗は3.2μΩ・cmあっ
た。
【0019】また、マルチチャンバ装置においては、C
VD室とスパッタ室がベース真空度が10-8Torr以下の
搬送室で結合されており、アモルファスシリコン成長
後、シリコン基板1を大気にさらすことなくアルミを連
続で成長することが可能である。したがって、アモルフ
ァスシリコン表面の酸化が防止され、大気に触れさせた
場合に必要となる表面酸化膜除去のための処理が不必要
になる。これは、酸化時に消費されるアモルファスシリ
コン膜を考慮する必要がなくなり、結果としてバリア層
上に形成するアモルファスシリコン膜の厚さを必要最低
限にすることが可能になる。
【0020】図1(e)参照。次に、通常のフォトリソ
グラフィとドライエッチング法を用いて、アルミ配線を
所定のパターンに加工する。以上の工程により、アルミ
配線の比抵抗を抑え、且つコンタクトホールでのアルミ
配線のステップカバレッジが優れた半導体装置を製造す
ることができる。なお、上記実施例では、MOSFET
の一層目の配線、すなわちp型シリコン基板表面のn型
拡散層と接続するコンタクトホールにおけるアルミ配線
の形成について述べたが、本発明はこれに限らず、例え
ば導電層が、コンタクトホールを有する絶縁膜で覆わ
れ、そのコンタクトホールを介して前記導電層と電気的
接続をする全てのアルミ配線の形成に適用することがで
きる。
【0021】また、実施例における図1(c)でのアモ
ルファスシリコンの形成は、コンタクトホール側壁での
カバレッジは若干悪いものの、シリコンターゲットを用
いたスパッタ法で行っても、同様な効果が得られる。ま
た、バリア層として窒化チタンを形成していたが、これ
に限らず、他の高融点金属の窒化物、或いはチタン−タ
ングステン等の合金でもよい。
【0022】さらに、実施例における図1(d)でのア
モルファスシリコンの代わりにアモルファスゲルマニウ
ムを用いても、同様な効果を得ることができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルミ配線の比抵抗を抑え、且つコンタクトホールでの
アルミ配線のステップカバレッジを向上させることがで
き、半導体装置の信頼性の向上に寄与するところが大き
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例におけるMOSFETの配線形
成工程の流れを示す工程断面図である。
【符号の説明】
3 導電層となるn型拡散層 7 コンタクトホール 8 コンタクト層となるTi層 9 バリア層となるTiN層 10 アモルファスシリコン膜 11 アルミニウム膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板(1)表面または基板(1)上に導電
    層(3)を形成する工程と、 該導電層(3)表面を覆う絶縁膜(6)を形成する工程
    と、 該絶縁膜(6)に、該導電層(3)表面を露出するコン
    タクトホール(7)を形成する工程と、 少なくとも、該コンタクトホール(7)内に露出する該
    導電層(3)上に、高融点金属を含んでなるバリア層
    (9)を形成する工程と、 該バリア層(9)表面に、アモルファスシリコン膜(1
    0)またはアモルファスゲルマニウム膜を形成する工程
    と、 該アモルファスシリコン膜(10)またはアモルファス
    ゲルマニウム膜表面に、前記コンタクトホール(7)内
    から前記絶縁膜(6)上に延在するようにアルミニウム
    含有膜(11)を形成し、且つ該アモルファスシリコン
    膜(10)またはアモルファスゲルマニウム膜を該アル
    ミニウム含有膜(11)中に固溶させる工程とを有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP18504792A 1992-07-13 1992-07-13 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH0629404A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06272056A (ja) * 1992-09-01 1994-09-27 Hyundai Electron Ind Co Ltd 金属配線用合金の不純物注入方法
US7750476B2 (en) * 1995-12-20 2010-07-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device having a reliable contact

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JPH06272056A (ja) * 1992-09-01 1994-09-27 Hyundai Electron Ind Co Ltd 金属配線用合金の不純物注入方法
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