JPH0822967A - 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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JPH0822967A
JPH0822967A JP15719694A JP15719694A JPH0822967A JP H0822967 A JPH0822967 A JP H0822967A JP 15719694 A JP15719694 A JP 15719694A JP 15719694 A JP15719694 A JP 15719694A JP H0822967 A JPH0822967 A JP H0822967A
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titanium nitride
nitride film
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semiconductor device
power
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Toru Nishiwaki
徹 西脇
Takenobu Kishida
剛信 岸田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム合金配線上のヒロックの発生を
抑制し、信頼性の高い半導体装置を提供する。 【構成】 アルミニウム合金膜25上に、アルゴンガス
・窒素ガスの混合ガス中で窒化チタン膜26を形成する
ときに印加する直流電力を、低電力印加と高電力印加の
2ステップで印加する。また、窒化チタン膜26形成時
の半導体基板21の温度を150℃以上、アルゴンガス
・窒素ガスの混合ガスの圧力を4mTorr以上、アル
ゴンガス・窒素ガスの混合ガスにおける窒素の割合が5
5%を越えないようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金配線
上のヒロックの発生を抑制し、信頼性の高い半導体装置
を提供する、半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体素子の高集積化に伴ってア
ルミニウム合金配線の微細化、薄膜化が進んでいる。こ
れに従って第1層目のアルミニウム合金配線と第2層目
のアルミニウム合金配線との間の層間絶縁膜も薄膜化さ
れている。しかし、第1層目のアルミニウム合金配線に
ヒロックが発生すると、第2層目のアルミニウム合金配
線と短絡してしまい、半導体装置の不良が誘発された
り、その信頼性を低下させたりする。
【0003】以上、従来の半導体装置の製造方法の一例
を図6〜図8を用いて説明する。図6はこの方法の主要
工程断面図である。図示を簡略化するためにトランジス
タ工程については省略してある。図7はスパッタリング
装置の構造を示す概略図である。図8は窒化チタン膜を
形成するときのチタンターゲットに印加する直流電力、
電圧、電流のシーケンス図である。
【0004】図6(a)において、半導体基板1上に常
圧CVD法によりBPSG膜2を300nmの厚さに成
長させ、さらにその上に、チタン膜3と窒化チタン膜4
とを順次形成する。その後、半導体基板1をいったん大
気中に出す。図6(b)において、再び真空容器内に半
導体基板1を導入する。その後、窒化チタン膜4上にア
ルミニウム合金膜5と窒化チタン膜6とを順次形成す
る。
【0005】窒化チタン膜6の形成には、図8に示すス
パッタリング装置を使用する。半導体基板1をホットプ
レート13上にクランプリング11で密着させる。次に
装置内にアルゴンガス9と窒素ガス10とを導入する。
次に、チタンターゲット8に直流電源12より直流電力
を印加して窒化チタン膜を30nmの厚さに形成する。
そして、周知のフォトリソグラフィ技術とドライエッチ
ング技術によりアルミニウム合金配線を形成する。
【0006】その後、熱処理を施すと、図6(b)に示
すようにアルミニウム合金のヒロック7が発生する。
【0007】また、図8において、窒化チタン膜6の形
成時、直流電力が印加されても放電が発生せず、チタン
ターゲットに大きな電力が印加される。その後放電が発
生して窒化チタン膜が形成される。このように放電の発
生が遅れると、形成された窒化チタン膜はヒロックの発
生しやすい膜が形成される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
技術では、窒化チタン膜6の形成時に放電の発生の遅れ
で、チタンターゲットに高い直流電力が印加され、それ
によって窒化チタン膜6にヒロックが発生し、半導体装
置の信頼性を低下させる。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上
に、アルミニウム合金ターゲットをスパッタリングして
アルミニウム合金膜を形成する工程と、チタンターゲッ
トを少なくとも窒素ガスを含む混合ガスでスパッタリン
グしてアルミニウム合金膜の上に、窒化チタン膜を形成
する工程を備えている。
【0010】また、窒化チタン膜形成時スパッタリング
に印加する電力を最初に一定時間だけ第1の電力を与え
た後、この第1の電力よりも低い第2の電力を与える。
【0011】また、窒化チタン膜形成時、半導体基板の
温度を150℃以上にする。また、窒化チタン膜形成
時、混合ガスの圧力を4mTorr以上にする。
【0012】また、窒化チタン膜形成時にアルゴンガス
と窒素ガスとの混合ガスを用い、その窒素の分圧が55
%を越えない。
【0013】
【作用】上記構成により、窒化チタン膜を形成するとき
に、印加する直流電力を、低電力を印加した後、高電力
を印加する方法を用いること、また、窒化チタン膜形成
時の半導体基板の温度を150℃以上を用いること。ま
た、窒化チタン膜形成時、アルゴンガスと窒素ガスの混
合ガスの圧力を4mTorr以上を用いること。また、
窒化チタン膜形成時、アルゴンガスと窒素ガスの混合ガ
スにおける窒素の分圧が55%を越えない値とすること
により、窒化チタン膜の結晶方位(111)成分に対す
る結晶方位(200)成分の割合が0.1以下に抑えら
れ、ヒロックの発生のない、高い信頼性をもった半導体
装置を製造できる。
【0014】
【実施例】本発明の半導体装置の製造方法の一実施例に
ついて、図1および図2を用いて説明する。
【0015】図1はチタンターゲットに印加する直流電
力の電力、電圧、および電流シーケンスを示す図であ
る。図2はこの実施例の主要工程断面図ある。なお、図
2においては、図示を簡略化するためトランジスタ工程
については省略してある。
【0016】図2(a)において、半導体基板21上に
常圧CVD法によりBPSG膜22を300nm成長す
る。その後、チタンターゲットとアルゴンガスおよび窒
素ガスとを用いたスパッタリング法により、チタン膜2
3と窒化チタン膜24とを順次形成する。まず、真空容
器内にアルゴンガスを3mTorrの圧力まで導入し、
チタンターゲットに直流電力を1kW印加してチタン膜
23を20nmの厚さに形成する。次に真空容器内にア
ルゴンガスと窒素ガスとを50対50の容量混合比で4
mTorrの圧力まで導入し、チタンターゲットに直流
電力5kWを印加して窒化チタン膜24を100nmの
厚さに形成する。その後、半導体基板21をいったん大
気中に出す。図2(b)において、再び真空容器内に半
導体基板21を導入する。その後、アルミニウム合金タ
ーゲットとアルゴンガスとを用いたスパッタリング法に
よりアルミニウム合金膜25を形成し、連続的にチタン
ターゲットとアルゴンガスおよび窒素ガスとを用いたス
パッタリング法により窒化チタン膜26を形成する。ま
ず、真空容器内にアルゴンガスを2mTorrの圧力ま
で導入し、アルミニウム合金ターゲットに直流電力9k
Wを印加し、アルミニウム合金膜25を500nmの厚
さに形成する。次に、図7に示したものと同じ構造のス
パッタリング装置により窒化チタン膜26を形成する。
半導体基板21は100℃に設定されたホットプレート
上にクランプリングで密着させてから、アルゴンガス2
9と窒素ガス30とを50対50の容量混合比で4mT
orrの圧力まで導入する。次に、図1に示すように、
チタンターゲットに直流電源より直流電力を1kW印加
し、3秒間放電を安定させる。その後、直流電源より直
流電力を5kW印加し、窒化チタン膜26を30nmの
厚さに形成する。その後、図2(b)において、周知の
フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により
アルミニウム合金配線を形成する。
【0017】これにより、窒化チタン膜26の結晶方位
(111)成分に対する結晶方位(200)成分の割合
が0.1以下に抑えられ、ヒロックの発生のない、高い
信頼性をもった半導体装置を製造できる。
【0018】図3は窒化チタン膜形成時の半導体基板温
度と窒化チタン膜の結晶方位(111)成分に対する結
晶方位(200)成分の割合との関係を示す図である。
【0019】これは、上述の実施例の製造工程におい
て、半導体基板21の温度を種々変えてそれぞれの温度
で作製した窒化チタン膜26の結晶方位を調べて得た結
果である。なお、基板温度以外の条件については、上記
実施例の条件と同じとした。
【0020】これから、窒化チタン膜形成時の半導体基
板温度が150℃以上であるとき、窒化チタン膜26の
結晶方位(111)成分に対する結晶方位(200)成
分の割合が0.1以下に抑えられることがわかる。すな
わち、半導体基板温度を150℃以上に保持すること
で、ヒロックの発生のない、高い信頼性をもった半導体
装置を製造することができる。
【0021】図4は窒化チタン膜形成時のアルゴンガス
・窒素ガスの混合ガスの圧力と窒化チタン膜の結晶方位
(111)成分に対する結晶方位(200)成分の割合
との関係を示す図である。
【0022】これは、上述の実施例の製造工程におい
て、アルゴンガス・窒素ガスの混合ガスの圧力を種々変
えてそれぞれの圧力で作製した窒化チタン膜26の結晶
方位を調べて得た結果である。なお、混合ガス圧力以外
の条件については、上記実施例の条件と同じとした。
【0023】これから、混合ガス圧力が4mTorr以
上であるとき、窒化チタン膜の結晶方位(111)成分
に対する結晶方位(200)成分の割合がほぼ0.1以
下に抑えられていることがわかる。すなわち、混合ガス
圧力を4mTorr以上とすることでヒロックの発生の
ない、高い信頼性をもった半導体装置を製造することが
できる。
【0024】図5は窒化チタン膜形成時のアルゴンガス
・窒素ガスの混合ガスの窒素の割合と窒化チタン膜の結
晶方位(111)成分に対する結晶方位(200)成分
の割合との関係を示す。
【0025】これは、上述の実施例の製造工程におい
て、アルゴンガスと窒素ガスとの混合比を種々変えてそ
れぞれの混合比で作製した窒化チタン膜26の結晶方位
を調べて得た結果である。なお、混合比以外の条件につ
いては、上記実施例の条件と同じとした。
【0026】これから、アルゴンガスと窒素ガスとの混
合ガスにおいて窒素の分圧比の値が55%を越えないと
き、窒化チタン膜の結晶方位(111)成分に対する結
晶方位(200)成分の割合がほぼ0.1以下に抑えら
れていることがわかる。すなわち、窒素ガスの分圧比率
を55%を越えない値とすることでヒロックの発生のな
い、高い信頼性をもった半導体装置を製造することがで
きる。なお、窒素ガスの分圧比率の下限値は窒化チタン
膜の成膜速度を考慮して決めればよい。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、窒化チタン膜を形成す
るときに、印加する直流電力を、低電力を印加した後、
高電力を印加する方法を用いること、また、窒化チタン
膜形成時の半導体基板の温度を150℃以上を用いるこ
と。また、窒化チタン膜形成時、アルゴンガスと窒素ガ
スの混合ガスの圧力を4mTorr以上を用いること。
また、窒化チタン膜形成時、アルゴンガスと窒素ガスの
混合ガスにおける窒素ガスの割合比率を55%を越えな
い値に保持することで、窒化チタン膜の結晶方位(11
1)成分に対する結晶方位(200)成分の割合が0.
1以下に抑えられ、ヒロックの発生のない、高い信頼性
をもった半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のチタンターゲットに印加する直流電力
の電力、電圧、および電流シーケンスを示す図
【図2】本発明の半導体装置の製造方法の一実施例の主
要工程断面図
【図3】本発明の方法において、窒化チタン膜形成時の
半導体基板温度と窒化チタン膜の結晶方位(111)成
分に対する結晶方位(200)成分の割合との関係を示
す図
【図4】本発明の方法において、窒化チタン膜形成時の
アルゴンガス・窒素ガスの混合ガスの圧力と窒化チタン
膜の結晶方位(111)成分に対する結晶方位(20
0)成分の割合との関係を示す図
【図5】本発明の方法において、窒化チタン膜形成時の
アルゴンガス・窒素ガスの混合ガスの窒素分圧と窒化チ
タン膜の結晶方位(111)成分に対する結晶方位(2
00)成分の割合との関係を示す図
【図6】従来の半導体装置の製造方法の主要工程断面図
【図7】窒化チタン膜形成に使用されるスパッタリング
装置の構造の概略を示す図
【図8】従来の半導体装置の製造方法でのチタンターゲ
ットに印加する直流電力の電力、電圧、および電流シー
ケンスを示す図
【符号の説明】
21 半導体基板 22 BPSG膜 23 チタン膜 24 窒化チタン膜 25 アルミニウム合金膜 26 窒化チタン膜 28 ターゲット 29 アルゴンガス 30 窒素ガス 31 クランプリング 32 直流電源 33 ホットプレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3205

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に、アルミニウム合金ター
    ゲットをスパッタリングしてアルミニウム合金膜を形成
    する工程と、チタンターゲットを少なくとも窒素ガスを
    含む混合ガスでスパッタリングして、前記アルミニウム
    合金膜の上に窒化チタン膜を形成する工程とを備えたこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記窒化チタン膜形成時、スパッタリン
    グに印加する電力を最初に一定時間だけ第1の電力を与
    えた後、第2の電力を与え、前記第1の電力が前記第2
    の電力の値より低いことを特徴とする請求項1記載の半
    導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記窒化チタン膜形成時の前記半導体基
    板の温度を150℃以上にすることを特徴とする請求項
    1記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記窒化チタン膜形成時に前記混合ガス
    の圧力が4mTorr以上であることを特徴とする請求
    項1記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記窒化チタン膜形成時の前記混合ガス
    にアルゴンガスと窒素ガスを用い、窒素の分圧比率が5
    5%を越えないことを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置の製造方法。
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