JPH0799193A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH0799193A JPH0799193A JP24000993A JP24000993A JPH0799193A JP H0799193 A JPH0799193 A JP H0799193A JP 24000993 A JP24000993 A JP 24000993A JP 24000993 A JP24000993 A JP 24000993A JP H0799193 A JPH0799193 A JP H0799193A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ａｌ合金膜上にＴｉＮ膜を形成した積層構造
で配線を形成した場合の電気特性を良好にする。 【構成】 Ａｌ合金膜５を形成後、基板１を１５０℃以
下に冷却してＴｉＮ膜６を反応性スパッタにて形成し、
その後、その積層構造で配線を形成する。ＴｉＮ膜６の
形成を低温で行うため、その際、Ａｌ合金膜の表面が窒
化されることはなく、Ａｌ合金膜の結晶の配向面がそろ
いエレクトロマイグレーション寿命が向上する。またそ
の上に第２の配線を形成した場合の接続抵抗も小さい。
で配線を形成した場合の電気特性を良好にする。 【構成】 Ａｌ合金膜５を形成後、基板１を１５０℃以
下に冷却してＴｉＮ膜６を反応性スパッタにて形成し、
その後、その積層構造で配線を形成する。ＴｉＮ膜６の
形成を低温で行うため、その際、Ａｌ合金膜の表面が窒
化されることはなく、Ａｌ合金膜の結晶の配向面がそろ
いエレクトロマイグレーション寿命が向上する。またそ
の上に第２の配線を形成した場合の接続抵抗も小さい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特にＡｌ配線を採用した半導体装置の製造方法
に関する。
に関し、特にＡｌ配線を採用した半導体装置の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化が進むにつれて配
線も微細化される。半導体装置の配線材料としては、Ａ
ｌ中にＳｉやＣｕを微量に添加したＡｌ合金膜が広く使
用されているが、Ａｌ合金は反射率が高いため、その上
に直接フォトレジスト膜を形成して縮小投影露光法によ
り所望のパターンを形成しようと試みても、思い通りの
パターンが形成されない。
線も微細化される。半導体装置の配線材料としては、Ａ
ｌ中にＳｉやＣｕを微量に添加したＡｌ合金膜が広く使
用されているが、Ａｌ合金は反射率が高いため、その上
に直接フォトレジスト膜を形成して縮小投影露光法によ
り所望のパターンを形成しようと試みても、思い通りの
パターンが形成されない。
【０００３】特に段差がある場所では、Ａｌ合金膜から
の反射光により、パターンが変化してしまう。そこで、
フォトレジスト膜中に染色等を添加して、反射光の影響
を少なくすることが行われているが、微細加工性が悪化
するなどの問題があり、微細配線には適用困難である。
の反射光により、パターンが変化してしまう。そこで、
フォトレジスト膜中に染色等を添加して、反射光の影響
を少なくすることが行われているが、微細加工性が悪化
するなどの問題があり、微細配線には適用困難である。
【０００４】そのため、微細配線形成のためには、微細
加工性に優れた普通の（染料等を含まない）フォトレジ
スト膜を使用するのが望ましく、Ａｌ合金膜上に、反射
率の低い膜を形成する方法が使われている。この反射率
の低い膜として広く使われている膜はＴｉＮ膜であり、
このＴｉＮ膜の反射防止膜としての応用は、例えば１９
８７年春期の応用物理学会の予稿集２９ａ−Ｂ−３にて
提案されている。
加工性に優れた普通の（染料等を含まない）フォトレジ
スト膜を使用するのが望ましく、Ａｌ合金膜上に、反射
率の低い膜を形成する方法が使われている。この反射率
の低い膜として広く使われている膜はＴｉＮ膜であり、
このＴｉＮ膜の反射防止膜としての応用は、例えば１９
８７年春期の応用物理学会の予稿集２９ａ−Ｂ−３にて
提案されている。
【０００５】Ａｌ合金膜上に反射防止膜としてＴｉＮ膜
を形成してＡｌ配線を形成する際の従来技術による主な
プロセスフローを本発明に関する図１を用いて説明す
る。まず、図１（Ａ）に示すように、シリコン酸化膜２
で表面が覆われたシリコン基板１上にＴｉ膜３，ＴｉＮ
膜４を順次スパッタリング法で形成した後、Ａｌ合金膜
５をスパッタリング法で形成する。Ｔｉ膜３はシリコン
基板と配線のオーミックコンタクトを良好にさせ、接続
抵抗を小さくするためのものであり、その膜厚は２０〜
１００ｎｍ程度であり、ＴｉＮ膜４は、シリコン基板と
Ａｌの相互拡散により素子が破壊されるのを防ぐバリア
メタルであり、５０〜２００ｎｍ程度の厚さである。
を形成してＡｌ配線を形成する際の従来技術による主な
プロセスフローを本発明に関する図１を用いて説明す
る。まず、図１（Ａ）に示すように、シリコン酸化膜２
で表面が覆われたシリコン基板１上にＴｉ膜３，ＴｉＮ
膜４を順次スパッタリング法で形成した後、Ａｌ合金膜
５をスパッタリング法で形成する。Ｔｉ膜３はシリコン
基板と配線のオーミックコンタクトを良好にさせ、接続
抵抗を小さくするためのものであり、その膜厚は２０〜
１００ｎｍ程度であり、ＴｉＮ膜４は、シリコン基板と
Ａｌの相互拡散により素子が破壊されるのを防ぐバリア
メタルであり、５０〜２００ｎｍ程度の厚さである。
【０００６】Ａｌ合金膜５の形成の際には、シリコン基
板１を１５０〜２００℃の温度に加熱するものであり、
その理由は次の通りである。すなわち、低温では、シリ
コン基板１１のシリコン酸化膜１２の段差部に被覆した
Ａｌ合金膜１３が全く移動しないため、図３に示すよう
に段差部底部の角での被覆性が悪く、信頼性を低下させ
るのと、通常、Ａｌ合金膜１３中には１％程度のＳｉが
添加されているが、シリコン基板を熱処理し、冷却する
際、Ａｌ合金膜１３中に、このＳｉが粒状に析出し、低
温で形成したＡｌ合金膜１３中では大きな析出粒とな
り、配線をふさぎやすく、配線の信頼性を低下させる等
の問題を解決するために行われる。また低温で形成した
Ａｌ合金膜は、温度制御が困難であり、Ａｌ合金膜質が
不安定であり、ばらつくという問題を解決するために行
われる。また２００℃より高温でＡｌ合金膜を形成した
場合、Ａｌ合金膜を形成した時点で、すでにＡｌ合金膜
中に大きな粒状のＳｉ析出が形成されるため、その後、
Ａｌ合金膜を所望の形状にパターニングするため、ドラ
イエッチング法によりエッチングする際、Ｓｉ析出がエ
ッチング残渣として残ってしまい、配線間が短絡しやす
い等の問題を解決するために行われる。
板１を１５０〜２００℃の温度に加熱するものであり、
その理由は次の通りである。すなわち、低温では、シリ
コン基板１１のシリコン酸化膜１２の段差部に被覆した
Ａｌ合金膜１３が全く移動しないため、図３に示すよう
に段差部底部の角での被覆性が悪く、信頼性を低下させ
るのと、通常、Ａｌ合金膜１３中には１％程度のＳｉが
添加されているが、シリコン基板を熱処理し、冷却する
際、Ａｌ合金膜１３中に、このＳｉが粒状に析出し、低
温で形成したＡｌ合金膜１３中では大きな析出粒とな
り、配線をふさぎやすく、配線の信頼性を低下させる等
の問題を解決するために行われる。また低温で形成した
Ａｌ合金膜は、温度制御が困難であり、Ａｌ合金膜質が
不安定であり、ばらつくという問題を解決するために行
われる。また２００℃より高温でＡｌ合金膜を形成した
場合、Ａｌ合金膜を形成した時点で、すでにＡｌ合金膜
中に大きな粒状のＳｉ析出が形成されるため、その後、
Ａｌ合金膜を所望の形状にパターニングするため、ドラ
イエッチング法によりエッチングする際、Ｓｉ析出がエ
ッチング残渣として残ってしまい、配線間が短絡しやす
い等の問題を解決するために行われる。
【０００７】Ａｌ合金膜５を形成した後、図１（Ｂ）に
示すように第２のＴｉＮ膜６を形成する。ＴｉＮ膜６
は、Ｔｉターゲットを窒素とＡｒの混合雰囲気中でスパ
ッタリングして形成する。その際、Ａｌ合金膜５と第２
のＴｉＮ膜６は同一スパッタ装置の別のプロセス室で続
けて形成するのが良い。その理由は次のとおりである。
すなわち、Ａｌ合金膜５を形成後、一度大気に出してか
らＴｉＮ膜を形成すると、耐エレクトロマイグレーショ
ンが悪化したり、その上に第２のＡｌ配線を形成した際
のＡｌ配線間の接続抵抗が増大するためである。これら
の問題は、１９９１年の電子情報通信学会技術研究報告
のＳＤＭ９１−１３６にて報告されている。
示すように第２のＴｉＮ膜６を形成する。ＴｉＮ膜６
は、Ｔｉターゲットを窒素とＡｒの混合雰囲気中でスパ
ッタリングして形成する。その際、Ａｌ合金膜５と第２
のＴｉＮ膜６は同一スパッタ装置の別のプロセス室で続
けて形成するのが良い。その理由は次のとおりである。
すなわち、Ａｌ合金膜５を形成後、一度大気に出してか
らＴｉＮ膜を形成すると、耐エレクトロマイグレーショ
ンが悪化したり、その上に第２のＡｌ配線を形成した際
のＡｌ配線間の接続抵抗が増大するためである。これら
の問題は、１９９１年の電子情報通信学会技術研究報告
のＳＤＭ９１−１３６にて報告されている。
【０００８】Ａｌ合金膜５と第２のＴｉＮ膜６の形成を
同一スパッタ装置で続けて行うと、Ａｌ合金膜５形成
後、真空中であるため、ＴｉＮ膜６形成前には、ほとん
ど温度の低下は無く、１５０℃以上の基板温度でＴｉＮ
膜６を形成することになる。
同一スパッタ装置で続けて行うと、Ａｌ合金膜５形成
後、真空中であるため、ＴｉＮ膜６形成前には、ほとん
ど温度の低下は無く、１５０℃以上の基板温度でＴｉＮ
膜６を形成することになる。
【０００９】次に図１（Ｃ）に示すようにフォトレジス
ト膜７をＴｉＮ膜６上に形成し、通常のフォトリソグラ
フィ技術により所望の形状にパターニングする。
ト膜７をＴｉＮ膜６上に形成し、通常のフォトリソグラ
フィ技術により所望の形状にパターニングする。
【００１０】次に図１（Ｄ）に示すようにドライエッチ
ング技術を用い第２のＴｉＮ膜６，Ａｌ合金膜５，Ｔｉ
Ｎ膜４，Ｔｉ膜３を順次エッチングした後、フォトレジ
スト膜７を除去してＡｌ配線を完成する。
ング技術を用い第２のＴｉＮ膜６，Ａｌ合金膜５，Ｔｉ
Ｎ膜４，Ｔｉ膜３を順次エッチングした後、フォトレジ
スト膜７を除去してＡｌ配線を完成する。
【００１１】次に前述の方法にて第１のＡｌ配線を形成
後、第２のＡｌ配線までのプロセスフローを図面を用い
て説明する。図２（Ｅ）に示すようにシリコン酸化膜８
で層間絶縁膜を形成する。シリコン酸化膜８は、プラズ
マ化学気相成長法にて形成した膜や、回転塗布した後に
焼成したＳＯＧ膜等と、エッチバック工程を組み合わせ
て表面を平坦化している。
後、第２のＡｌ配線までのプロセスフローを図面を用い
て説明する。図２（Ｅ）に示すようにシリコン酸化膜８
で層間絶縁膜を形成する。シリコン酸化膜８は、プラズ
マ化学気相成長法にて形成した膜や、回転塗布した後に
焼成したＳＯＧ膜等と、エッチバック工程を組み合わせ
て表面を平坦化している。
【００１２】次に図２（Ｆ）に示すように、通常のリソ
グラフィ技術とドライエッチング技術により、シリコン
酸化膜の所望の位置に第２のＴｉＮ膜６に達する接続孔
を形成する。
グラフィ技術とドライエッチング技術により、シリコン
酸化膜の所望の位置に第２のＴｉＮ膜６に達する接続孔
を形成する。
【００１３】その後、図２（Ｇ）に示すように、第２の
Ａｌ合金膜９と第３のＴｉＮ膜１０をスパッタリング法
により形成し、所望の形状にパターニングして第２のＡ
ｌ配線を形成する。
Ａｌ合金膜９と第３のＴｉＮ膜１０をスパッタリング法
により形成し、所望の形状にパターニングして第２のＡ
ｌ配線を形成する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
の製造方法では、Ａｌ合金膜の形成温度が１５０℃以上
であるため、その後、引き続いてＴｉＮ膜を形成する
と、ＴｉＮ膜中に含まれた未反応の活性な窒素により、
Ａｌ合金膜の表面にわずかに窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）が形成される。
の製造方法では、Ａｌ合金膜の形成温度が１５０℃以上
であるため、その後、引き続いてＴｉＮ膜を形成する
と、ＴｉＮ膜中に含まれた未反応の活性な窒素により、
Ａｌ合金膜の表面にわずかに窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）が形成される。
【００１５】特にＡｌ合金膜の形成時の温度を４５０℃
以上にしたり、Ａｌ合金膜形成後、基板を４５０℃以上
に加熱することにより、Ａｌ合金膜を流動させて、層間
絶縁膜に設けた接続孔を埋め込むプロセスを行う場合、
ＡｌＮが形成されやすい。
以上にしたり、Ａｌ合金膜形成後、基板を４５０℃以上
に加熱することにより、Ａｌ合金膜を流動させて、層間
絶縁膜に設けた接続孔を埋め込むプロセスを行う場合、
ＡｌＮが形成されやすい。
【００１６】このように、Ａｌ合金膜とＴｉＮ膜の界面
でＡｌＮが形成されると、Ａｌ配線のエレクトロマイグ
レーション耐性が劣化する。その理由は、ＡｌＮ存在に
より、基板を熱処理したときのＡｌ合金膜の結晶性が低
下するためである。通常、Ａｌ合金膜は（１００）面に
優性配向し、（１００）面への配向性が強いものほどエ
レクトロマイグレーション寿命が長いが、界面にＡｌＮ
が形成されると、この（１００）面への配向性が弱くな
り、エレクトロマイグレーション寿命が短くなるという
問題がある。
でＡｌＮが形成されると、Ａｌ配線のエレクトロマイグ
レーション耐性が劣化する。その理由は、ＡｌＮ存在に
より、基板を熱処理したときのＡｌ合金膜の結晶性が低
下するためである。通常、Ａｌ合金膜は（１００）面に
優性配向し、（１００）面への配向性が強いものほどエ
レクトロマイグレーション寿命が長いが、界面にＡｌＮ
が形成されると、この（１００）面への配向性が弱くな
り、エレクトロマイグレーション寿命が短くなるという
問題がある。
【００１７】また、ＡｌＮは絶縁体であるため、ＴｉＮ
膜とＡｌ合金膜の界面でのＡｌＮの存在により、ＴｉＮ
膜とＡｌ合金膜の接続抵抗が高くなり、図２（Ｇ）のよ
うなＡｌ２層配線を形成した場合、第１のＡｌ配線と第
２のＡｌ配線の接続抵抗が増大し、最悪の場合には、し
ゃ断してしまうという問題がある。
膜とＡｌ合金膜の界面でのＡｌＮの存在により、ＴｉＮ
膜とＡｌ合金膜の接続抵抗が高くなり、図２（Ｇ）のよ
うなＡｌ２層配線を形成した場合、第１のＡｌ配線と第
２のＡｌ配線の接続抵抗が増大し、最悪の場合には、し
ゃ断してしまうという問題がある。
【００１８】Ａｌ合金膜上のＴｉＮ膜形成時の温度が３
００℃以上では、常に接続抵抗は高いが、１５０〜２０
０℃程度の温度では、接続抵抗の値にバラツキを生じて
しまう。
００℃以上では、常に接続抵抗は高いが、１５０〜２０
０℃程度の温度では、接続抵抗の値にバラツキを生じて
しまう。
【００１９】本発明の目的は、Ａｌ合金膜上にＴｉＮ膜
を形成した積層構造で配線を形成しても、Ａｌ表面が窒
化されることなく、電気抵抗を良好にする半導体装置の
製造方法を提供することにある。
を形成した積層構造で配線を形成しても、Ａｌ表面が窒
化されることなく、電気抵抗を良好にする半導体装置の
製造方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、Ａｌ形成工
程と、高融点金属窒化膜形成工程を含み、少なくともＡ
ｌ或いはＡｌ合金膜と高融点金属窒化膜を含む積層構造
により、Ａｌ配線を形成する半導体装置の製造方法であ
って、Ａｌ形成工程は、真空中にて反応性スパッタリン
グ法により前記積層構造のＡｌ或いはＡｌ合金膜を基板
上に形成する工程であり、高融点金属窒化膜形成工程
は、Ａｌ形成工程を経た基板の周囲雰囲気を真空状態に
保ったまま、反応性スパッタリング法により前記基板の
Ａｌ或いはＡｌ合金膜上に高融点金属窒化膜を形成する
工程であり、前記高融点金属窒化膜の形成直前における
基板温度は、１５０℃以下である。
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、Ａｌ形成工
程と、高融点金属窒化膜形成工程を含み、少なくともＡ
ｌ或いはＡｌ合金膜と高融点金属窒化膜を含む積層構造
により、Ａｌ配線を形成する半導体装置の製造方法であ
って、Ａｌ形成工程は、真空中にて反応性スパッタリン
グ法により前記積層構造のＡｌ或いはＡｌ合金膜を基板
上に形成する工程であり、高融点金属窒化膜形成工程
は、Ａｌ形成工程を経た基板の周囲雰囲気を真空状態に
保ったまま、反応性スパッタリング法により前記基板の
Ａｌ或いはＡｌ合金膜上に高融点金属窒化膜を形成する
工程であり、前記高融点金属窒化膜の形成直前における
基板温度は、１５０℃以下である。
【００２１】また、前記Ａｌ或いはＡｌ合金膜の形成温
度は、１５０℃以上であり、前記高融点金属窒化膜形成
前に前記基板を１５０℃以下に冷却する工程を含むもの
である。
度は、１５０℃以上であり、前記高融点金属窒化膜形成
前に前記基板を１５０℃以下に冷却する工程を含むもの
である。
【００２２】また、前記Ａｌ或いはＡｌ合金膜を形成
後、前記基板を加熱し、前記Ａｌ或いはＡｌ合金膜を流
動させる工程と、前記基板を１５０℃以下に冷却する工
程とを含むものである。
後、前記基板を加熱し、前記Ａｌ或いはＡｌ合金膜を流
動させる工程と、前記基板を１５０℃以下に冷却する工
程とを含むものである。
【００２３】また、前記Ａｌ配線を形成後、層間絶縁膜
を形成する工程と、前記層間絶縁膜の所望の位置に前記
Ａｌ配線に達する接続孔を形成する工程と、第２のＡｌ
配線を形成する工程とを含むものである。
を形成する工程と、前記層間絶縁膜の所望の位置に前記
Ａｌ配線に達する接続孔を形成する工程と、第２のＡｌ
配線を形成する工程とを含むものである。
【００２４】また、前記高融点金属窒化膜は、窒化チタ
ニウム（ＴｉＮ）である。
ニウム（ＴｉＮ）である。
【００２５】
【作用】Ａｌ或いはＡｌ合金膜上に大気にさらすことな
く、同一真空中で反応性スパッタリング法により高融点
金属膜を形成する際、前記高融点金属膜形成直前の基板
の温度を１５０℃以下にする。
く、同一真空中で反応性スパッタリング法により高融点
金属膜を形成する際、前記高融点金属膜形成直前の基板
の温度を１５０℃以下にする。
【００２６】
【実施例】次に本発明について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す工程断面図である。
図１は、本発明の一実施例を示す工程断面図である。
【００２７】図１（Ａ）に示すように、シリコン酸化膜
２で表面が覆われたシリコン基板１上に、Ｔｉ膜３，Ｔ
ｉＮ膜４を順次スパッタリング法で形成し、その後、１
５０〜５００℃の温度にシリコン基板１を加熱したま
ま、例えばＡｌ中にＳｉを１％，銅を０．５％添加した
Ａｌ合金膜５をスパッタリング法にて０．３〜１．０μ
ｍの厚さに形成する。
２で表面が覆われたシリコン基板１上に、Ｔｉ膜３，Ｔ
ｉＮ膜４を順次スパッタリング法で形成し、その後、１
５０〜５００℃の温度にシリコン基板１を加熱したま
ま、例えばＡｌ中にＳｉを１％，銅を０．５％添加した
Ａｌ合金膜５をスパッタリング法にて０．３〜１．０μ
ｍの厚さに形成する。
【００２８】次に真空中で別のプロセス室に移動し、シ
リコン基板１の裏面に室温のＡｒガスを１〜３分間流し
て、シリコン基板１の温度を室温まで冷却する。このと
きのプロセス室の圧力を高くしたほうが冷却速度が速く
て良いが、あまり高くすると、酸素分圧が高くなり、Ａ
ｌ合金膜表面が酸化されることがあるため、１Ｔｏｒｒ
以下にした方が良い。
リコン基板１の裏面に室温のＡｒガスを１〜３分間流し
て、シリコン基板１の温度を室温まで冷却する。このと
きのプロセス室の圧力を高くしたほうが冷却速度が速く
て良いが、あまり高くすると、酸素分圧が高くなり、Ａ
ｌ合金膜表面が酸化されることがあるため、１Ｔｏｒｒ
以下にした方が良い。
【００２９】次にさらに別のプロセス室に移し、図１
（Ｂ）に示すように第２のＴｉＮ膜６を、Ａｒと窒素の
混合雰囲気中でＴｉターゲットをスパッタリングする反
応性スパッタリング法により室温で５０〜１００μｍの
厚さに形成する。
（Ｂ）に示すように第２のＴｉＮ膜６を、Ａｒと窒素の
混合雰囲気中でＴｉターゲットをスパッタリングする反
応性スパッタリング法により室温で５０〜１００μｍの
厚さに形成する。
【００３０】次に図１（Ｃ）に示すように、フォトレジ
スト膜７をＴｉＮ膜６上に形成し、通常のフォトリソグ
ラフィ技術により所望の形状にパターニングする。
スト膜７をＴｉＮ膜６上に形成し、通常のフォトリソグ
ラフィ技術により所望の形状にパターニングする。
【００３１】次に図１（Ｄ）に示すようにドライエッチ
ング技術を用いて、第２のＴｉＮ膜６，Ａｌ合金膜５，
ＴｉＮ膜４，Ｔｉ膜３を順次エッチングした後、フォト
レジスト膜７を除去してＡｌ配線を完成する。
ング技術を用いて、第２のＴｉＮ膜６，Ａｌ合金膜５，
ＴｉＮ膜４，Ｔｉ膜３を順次エッチングした後、フォト
レジスト膜７を除去してＡｌ配線を完成する。
【００３２】この方法では、Ａｌ合金膜５の形成後のシ
リコン基板の冷却は、スパッタリング室とは別のプロセ
ス室を用いて行っているが、ＴｉＮ膜６を形成するプロ
セス室に基板を移動後、ＴｉＮ膜６の形成前に室温のＡ
ｒガスだけをシリコン基板１の裏面に流し、１５０℃以
下に冷却してから、窒素ガスも加えてターゲットに高電
圧を印加し、スパッタリングを開始してＴｉＮ膜６を形
成しても良い。
リコン基板の冷却は、スパッタリング室とは別のプロセ
ス室を用いて行っているが、ＴｉＮ膜６を形成するプロ
セス室に基板を移動後、ＴｉＮ膜６の形成前に室温のＡ
ｒガスだけをシリコン基板１の裏面に流し、１５０℃以
下に冷却してから、窒素ガスも加えてターゲットに高電
圧を印加し、スパッタリングを開始してＴｉＮ膜６を形
成しても良い。
【００３３】この方法ではＡｌＮが形成されないように
安全を高めるため、ＴｉＮ膜を形成するプロセス室に基
板を移動して基板を冷却してから窒素ガスを流している
が、５００℃以下の温度では、窒素分子でＡｌ合金膜の
表面が窒化されることがないことは実験により確認され
ているため、Ａｒと同時に窒素ガスを流しても、Ａｌ合
金膜５の表面にＡｌＮが形成されることは無い。
安全を高めるため、ＴｉＮ膜を形成するプロセス室に基
板を移動して基板を冷却してから窒素ガスを流している
が、５００℃以下の温度では、窒素分子でＡｌ合金膜の
表面が窒化されることがないことは実験により確認され
ているため、Ａｒと同時に窒素ガスを流しても、Ａｌ合
金膜５の表面にＡｌＮが形成されることは無い。
【００３４】この方法では、基板の冷却終了と同時にＴ
ｉＮ膜のスパッタリングを開始できるため、単位時間当
りの処理枚数を増やすことができる。このようにＴｉＮ
膜６を形成するプロセス室で基板の冷却を行えば、プロ
セス室が１個少なくても本発明を実施できるという利点
はあるが、基板の冷却を別のプロセス室で行う方法に比
べ、単位時間当りの処理枚数は少ないという問題はあ
る。
ｉＮ膜のスパッタリングを開始できるため、単位時間当
りの処理枚数を増やすことができる。このようにＴｉＮ
膜６を形成するプロセス室で基板の冷却を行えば、プロ
セス室が１個少なくても本発明を実施できるという利点
はあるが、基板の冷却を別のプロセス室で行う方法に比
べ、単位時間当りの処理枚数は少ないという問題はあ
る。
【００３５】以上説明してきた方法では、低温の不活性
ガスを基板に吹き付けて積極的に冷却する方法である
が、そのような方法をとれない装置において、Ａｌ合金
膜形成時の温度が１５０℃よりもそれほど高くない時
は、ＴｉＮ膜６の形成前の放置時間を長くし、熱放射に
より１５０℃以下になるまで待ってからＴｉＮ膜６を形
成しても良い。或いは複数枚、例えば２５枚の基板にＡ
ｌ合金膜５を形成後、一度基板カセットに戻し、第１枚
目の基板から順にＴｉＮ膜６を形成しても良い。２５枚
の基板にＡｌ合金膜５を形成している間に、１枚目の基
板温度は熱放射により１５０℃以下に温度が下がるため
である。
ガスを基板に吹き付けて積極的に冷却する方法である
が、そのような方法をとれない装置において、Ａｌ合金
膜形成時の温度が１５０℃よりもそれほど高くない時
は、ＴｉＮ膜６の形成前の放置時間を長くし、熱放射に
より１５０℃以下になるまで待ってからＴｉＮ膜６を形
成しても良い。或いは複数枚、例えば２５枚の基板にＡ
ｌ合金膜５を形成後、一度基板カセットに戻し、第１枚
目の基板から順にＴｉＮ膜６を形成しても良い。２５枚
の基板にＡｌ合金膜５を形成している間に、１枚目の基
板温度は熱放射により１５０℃以下に温度が下がるため
である。
【００３６】これまでの実施例では、Ａｌ合金膜の形成
時の温度を１５０℃以上としたが、Ａｌ合金膜は１００
℃以下の低温で形成した後、基板を４００〜５００℃に
加熱し、Ａｌ合金膜を流動させて、層間絶縁膜に設けた
開孔部を埋め込むプロセスの場合にも、前述の種々の方
法によるどれかでシリコン基板を１５０℃以下に冷却し
てから、ＴｉＮ膜を反応性スパッタリング法により形成
することにより、本発明の効果が得られる。
時の温度を１５０℃以上としたが、Ａｌ合金膜は１００
℃以下の低温で形成した後、基板を４００〜５００℃に
加熱し、Ａｌ合金膜を流動させて、層間絶縁膜に設けた
開孔部を埋め込むプロセスの場合にも、前述の種々の方
法によるどれかでシリコン基板を１５０℃以下に冷却し
てから、ＴｉＮ膜を反応性スパッタリング法により形成
することにより、本発明の効果が得られる。
【００３７】以上説明したような方法により第１のＡｌ
配線を形成後、図２（Ｅ）〜（Ｇ）に示すように、層間
絶縁膜であるシリコン酸化膜７や第２のＡｌ配線を形成
することにより、Ａｌ合金膜とＴｉＮ膜の界面に全くＡ
ｌＮが形成されることなく、Ａｌ２層配線を形成でき
る。
配線を形成後、図２（Ｅ）〜（Ｇ）に示すように、層間
絶縁膜であるシリコン酸化膜７や第２のＡｌ配線を形成
することにより、Ａｌ合金膜とＴｉＮ膜の界面に全くＡ
ｌＮが形成されることなく、Ａｌ２層配線を形成でき
る。
【００３８】以上説明してきた本発明と従来技術の違い
とをはっきりさせるために、それぞれのプロセスフロー
と基板温度の変化の様子を比較して図３に示す。Ａｌ合
金膜形成時の基板温度は４５０℃とする。基板を４５０
℃に加熱し、Ａｌ合金膜形成用のプロセス室に移動する
間に若干基板温度は低下するが、Ａｌ合金膜の形成の際
に温度はまた上昇し、４５０℃以上となる。ここまで
は、従来技術と本発明とで全く同じである。その後、従
来技術では、ＴｉＮ膜形成用のプロセス室に基板を移動
するが、その際、また基板温度は若干低下するが、４０
０℃以上でＴｉＮ膜の形成が開始する。
とをはっきりさせるために、それぞれのプロセスフロー
と基板温度の変化の様子を比較して図３に示す。Ａｌ合
金膜形成時の基板温度は４５０℃とする。基板を４５０
℃に加熱し、Ａｌ合金膜形成用のプロセス室に移動する
間に若干基板温度は低下するが、Ａｌ合金膜の形成の際
に温度はまた上昇し、４５０℃以上となる。ここまで
は、従来技術と本発明とで全く同じである。その後、従
来技術では、ＴｉＮ膜形成用のプロセス室に基板を移動
するが、その際、また基板温度は若干低下するが、４０
０℃以上でＴｉＮ膜の形成が開始する。
【００３９】これに対して本発明では、ＴｉＮ膜形成前
に基板を室温まで冷却し、その後にＴｉＮ膜を形成して
おり、ＴｉＮ膜の開始と同時に若干温度は上昇するが、
１００℃以下である。
に基板を室温まで冷却し、その後にＴｉＮ膜を形成して
おり、ＴｉＮ膜の開始と同時に若干温度は上昇するが、
１００℃以下である。
【００４０】本発明において、Ａｌ合金膜上にＴｉＮ膜
を形成する際の基板温度を１５０℃以下に限定している
のは、図２（Ｇ）に示すようなＡｌ２層配線を形成し、
その接続抵抗によりＡｌＮが形成されているかどうか判
定したところ、１５０℃以上では接続抵抗にバラツキが
生じているが、室温から１５０℃までは、接続抵抗が低
く安定していたためである。
を形成する際の基板温度を１５０℃以下に限定している
のは、図２（Ｇ）に示すようなＡｌ２層配線を形成し、
その接続抵抗によりＡｌＮが形成されているかどうか判
定したところ、１５０℃以上では接続抵抗にバラツキが
生じているが、室温から１５０℃までは、接続抵抗が低
く安定していたためである。
【００４１】このことは、Ａｌ合金膜形成後、窒素雰囲
気中で４５０℃程度に加熱しても、Ａｌ表面が窒化され
ないことよりわかる。
気中で４５０℃程度に加熱しても、Ａｌ表面が窒化され
ないことよりわかる。
【００４２】これまでの説明ではＡｌ配線の最上層がＴ
ｉＮ膜であったが、ＴｉＮ膜の上にさらにＡｌ合金膜や
他の金属、例えばタングステン（Ｗ）等を形成した場合
にも本発明の効果はある。
ｉＮ膜であったが、ＴｉＮ膜の上にさらにＡｌ合金膜や
他の金属、例えばタングステン（Ｗ）等を形成した場合
にも本発明の効果はある。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、Ａｌ合金
膜形成後、基板を１５０℃以下に冷却してから、その上
にＴｉＮ膜を反応性スパッタリング法により形成してい
るため、Ａｌ合金膜とＴｉＮ膜の界面にＡｌＮ膜が形成
するのを防止することができる。この理由は、プラズマ
で発生したラジカル窒素等の活性な窒素は低温でもＡｌ
とは反応しにくく、１５０℃以下ではＡｌＮが形成され
ないものと推察される。
膜形成後、基板を１５０℃以下に冷却してから、その上
にＴｉＮ膜を反応性スパッタリング法により形成してい
るため、Ａｌ合金膜とＴｉＮ膜の界面にＡｌＮ膜が形成
するのを防止することができる。この理由は、プラズマ
で発生したラジカル窒素等の活性な窒素は低温でもＡｌ
とは反応しにくく、１５０℃以下ではＡｌＮが形成され
ないものと推察される。
【００４４】Ａｌ合金膜とＴｉＮ膜の界面にＡｌＮが形
成されないため、Ａｌ合金膜とＴｉＮ膜との接続抵抗を
低く安定に保つことができ、Ａｌ２層配線を形成しても
接続抵抗は従来技術の１／２以下と低く、ばらつきも小
さく形成できる。
成されないため、Ａｌ合金膜とＴｉＮ膜との接続抵抗を
低く安定に保つことができ、Ａｌ２層配線を形成しても
接続抵抗は従来技術の１／２以下と低く、ばらつきも小
さく形成できる。
【００４５】また、Ａｌ合金膜はＡｌＮが形成されない
ため、（１００）面は基板に対して垂直方向に揃って配
向しやすく、したがってエレクトロマイグレーション耐
性を向上でき、寿命は３倍以上にすることができる。
ため、（１００）面は基板に対して垂直方向に揃って配
向しやすく、したがってエレクトロマイグレーション耐
性を向上でき、寿命は３倍以上にすることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す主要工程断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の一実施例を示す主要工程断面図であ
る。
る。
【図３】本発明と従来例のプロセスフローと、その場合
の基板温度変化を示す図である。
の基板温度変化を示す図である。
【図４】従来例の問題点を説明する断面図である。
１，１１ シリコン基板 ２，８，１２ シリコン酸化膜 ３ Ｔｉ膜 ４，６，１０ ＴｉＮ膜 ５，９，１３ Ａｌ合金膜 ７ フォトレジスト膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年６月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、Ａｌ形成工
程と、高融点金属窒化膜形成工程を含み、少なくともＡ
ｌ或いはＡｌ合金膜と高融点金属窒化膜を含む積層構造
により、Ａｌ配線を形成する半導体装置の製造方法であ
って、Ａｌ形成工程は、真空中にて前記積層構造のＡｌ
或いはＡｌ合金膜を基板上に形成する工程であり、高融
点金属窒化膜形成工程は、Ａｌ形成工程を経た基板の周
囲雰囲気を真空状態に保ったまま、反応性スパッタリン
グ法により前記基板のＡｌ或いはＡｌ合金膜上に高融点
金属窒化膜を形成する工程であり、前記高融点金属窒化
膜の形成直前における基板温度は、１５０℃以下であ
る。
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、Ａｌ形成工
程と、高融点金属窒化膜形成工程を含み、少なくともＡ
ｌ或いはＡｌ合金膜と高融点金属窒化膜を含む積層構造
により、Ａｌ配線を形成する半導体装置の製造方法であ
って、Ａｌ形成工程は、真空中にて前記積層構造のＡｌ
或いはＡｌ合金膜を基板上に形成する工程であり、高融
点金属窒化膜形成工程は、Ａｌ形成工程を経た基板の周
囲雰囲気を真空状態に保ったまま、反応性スパッタリン
グ法により前記基板のＡｌ或いはＡｌ合金膜上に高融点
金属窒化膜を形成する工程であり、前記高融点金属窒化
膜の形成直前における基板温度は、１５０℃以下であ
る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】次にさらに別のプロセス室に移し、図１
（Ｂ）に示すように第２のＴｉＮ膜６を、Ａｒと窒素の
混合雰囲気中でＴｉターゲットをスパッタリングする反
応性スパッタリング法により室温で５０〜１００ｎｍの
厚さに形成する。
（Ｂ）に示すように第２のＴｉＮ膜６を、Ａｒと窒素の
混合雰囲気中でＴｉターゲットをスパッタリングする反
応性スパッタリング法により室温で５０〜１００ｎｍの
厚さに形成する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４１】本来Ａｌを窒素で窒化させる場合、５００
℃以上でないと窒化されないはずであるが、ＴｉＮ膜形
成の際１５０℃以上で窒化されるのはスパッタリングの
プラズマにより発生したラジカルの窒素が直接Ａｌ表面
で窒化するのかＴｉＮ膜中にとりこまれた活性な窒素が
Ａｌ表面を窒化するのか、どちらかあるいは両方により
Ａｌ表面が窒化されるため窒化温度が下がったものと思
われる。このことは、Ａｌ合金膜形成後、窒素雰囲気中
で４５０℃程度に加熱しても、Ａｌ表面が窒化されない
ことによりわかる。
℃以上でないと窒化されないはずであるが、ＴｉＮ膜形
成の際１５０℃以上で窒化されるのはスパッタリングの
プラズマにより発生したラジカルの窒素が直接Ａｌ表面
で窒化するのかＴｉＮ膜中にとりこまれた活性な窒素が
Ａｌ表面を窒化するのか、どちらかあるいは両方により
Ａｌ表面が窒化されるため窒化温度が下がったものと思
われる。このことは、Ａｌ合金膜形成後、窒素雰囲気中
で４５０℃程度に加熱しても、Ａｌ表面が窒化されない
ことによりわかる。
Claims (5)
- 【請求項１】 Ａｌ形成工程と、高融点金属窒化膜形成
工程を含み、少なくともＡｌ或いはＡｌ合金膜と高融点
金属窒化膜を含む積層構造により、Ａｌ配線を形成する
半導体装置の製造方法であって、 Ａｌ形成工程は、真空中にて反応性スパッタリング法に
より前記積層構造のＡｌ或いはＡｌ合金膜を基板上に形
成する工程であり、 高融点金属窒化膜形成工程は、Ａｌ形成工程を経た基板
の周囲雰囲気を真空状態に保ったまま、反応性スパッタ
リング法により前記基板のＡｌ或いはＡｌ合金膜上に高
融点金属窒化膜を形成する工程であり、 前記高融点金属窒化膜の形成直前における基板温度は、
１５０℃以下であることを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項２】 前記Ａｌ或いはＡｌ合金膜の形成温度
は、１５０℃以上であり、 前記高融点金属窒化膜形成前に前記基板を１５０℃以下
に冷却する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記Ａｌ或いはＡｌ合金膜を形成後、前
記基板を加熱し、前記Ａｌ或いはＡｌ合金膜を流動させ
る工程と、 前記基板を１５０℃以下に冷却する工程とを含むことを
特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記Ａｌ配線を形成後、層間絶縁膜を形
成する工程と、 前記層間絶縁膜の所望の位置に前記Ａｌ配線に達する接
続孔を形成する工程と、 第２のＡｌ配線を形成する工程とを含むことを特徴とす
る請求項１、２、又は３に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項５】 前記高融点金属窒化膜は、窒化チタニウ
ム（ＴｉＮ）であることを特徴とする請求項１，２，
３、又は４に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5240009A JP2555949B2 (ja) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5240009A JP2555949B2 (ja) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0799193A true JPH0799193A (ja) | 1995-04-11 |
| JP2555949B2 JP2555949B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=17053112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5240009A Expired - Lifetime JP2555949B2 (ja) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2555949B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6083830A (en) * | 1997-12-25 | 2000-07-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process for manufacturing a semiconductor device |
| JP2006012975A (ja) * | 2004-06-23 | 2006-01-12 | Sony Corp | 金属薄膜および多層配線の形成方法ならびに薄膜基板 |
| JP2011142221A (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-21 | Yamaha Corp | 半導体装置の製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001060590A (ja) | 1999-08-20 | 2001-03-06 | Denso Corp | 半導体装置の電気配線及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-09-27 JP JP5240009A patent/JP2555949B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6083830A (en) * | 1997-12-25 | 2000-07-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process for manufacturing a semiconductor device |
| JP2006012975A (ja) * | 2004-06-23 | 2006-01-12 | Sony Corp | 金属薄膜および多層配線の形成方法ならびに薄膜基板 |
| JP2011142221A (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-21 | Yamaha Corp | 半導体装置の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2555949B2 (ja) | 1996-11-20 |
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