JPH098275A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH098275A JPH098275A JP20946796A JP20946796A JPH098275A JP H098275 A JPH098275 A JP H098275A JP 20946796 A JP20946796 A JP 20946796A JP 20946796 A JP20946796 A JP 20946796A JP H098275 A JPH098275 A JP H098275A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高融点金属窒化膜からなるバリア膜のバリア
性を完全化する。 【解決手段】 Ｐ型シリコン基板１０の拡散層１１上
に、半導体と金属との相互拡散を防止するＴｉＮ2 膜
（バリア膜）１２を形成する場合に、このＴｉＮ2 膜１
２を、いわゆる化成スパッタ法により形成すると共に、
このＴｉＮ2 膜１２を形成する物質に、ボロンもしくは
炭素を添加しかつ加熱処理を施すことにより、ボロンも
しくは炭素を、ＴｉＮ2 膜１２中の未反応物質（Ｔｉ）
と化合させ、不活性物質（ＴｉＢ2 ，ＴｉＣ）を形成す
る。
性を完全化する。 【解決手段】 Ｐ型シリコン基板１０の拡散層１１上
に、半導体と金属との相互拡散を防止するＴｉＮ2 膜
（バリア膜）１２を形成する場合に、このＴｉＮ2 膜１
２を、いわゆる化成スパッタ法により形成すると共に、
このＴｉＮ2 膜１２を形成する物質に、ボロンもしくは
炭素を添加しかつ加熱処理を施すことにより、ボロンも
しくは炭素を、ＴｉＮ2 膜１２中の未反応物質（Ｔｉ）
と化合させ、不活性物質（ＴｉＢ2 ，ＴｉＣ）を形成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に、電極取り出
し部において、半導体の拡散層と金属の間の相互拡散を
防止するバリア膜に関する。
し部において、半導体の拡散層と金属の間の相互拡散を
防止するバリア膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に半導体装置内には、シリコンと金
属、または金属と金属の接触箇所が多く存在する。該金
属接触が高温プロセスにさらされると、シリコンと金
属、または金属と金属間の相互拡散がおこる。これを防
ぐために種々の拡散防止膜が開発、検討されている。そ
の中で最も有望と考えられているものにＴｉＮ膜があ
る。
属、または金属と金属の接触箇所が多く存在する。該金
属接触が高温プロセスにさらされると、シリコンと金
属、または金属と金属間の相互拡散がおこる。これを防
ぐために種々の拡散防止膜が開発、検討されている。そ
の中で最も有望と考えられているものにＴｉＮ膜があ
る。
【０００３】このＴｉＮ膜をシリコン拡散層とＡｌ（ア
ルミニウム）膜の相互拡散防止膜に適用した場合につい
て述べる。
ルミニウム）膜の相互拡散防止膜に適用した場合につい
て述べる。
【０００４】図２（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基
板１において、接合深さ０．２０μｍのＮ型拡散領域２
上の一部にＴｉＮ膜３を１０００オングストロ−ム堆積
し、該ＴｉＮ膜３上にＡｌ膜４を１μｍ形成した。
板１において、接合深さ０．２０μｍのＮ型拡散領域２
上の一部にＴｉＮ膜３を１０００オングストロ−ム堆積
し、該ＴｉＮ膜３上にＡｌ膜４を１μｍ形成した。
【０００５】上記ＴｉＮ膜３は、Ｔｉタ−ゲットを用い
てＡｒ／Ｎ2 混合プラズマ（Ｎ2 ：６０％）で化成スパ
ッタリング法により形成した。なお、化成スパッタリン
グ法とは、化学反応（ここではＴｉとＮの化学反応）を
利用したスパッタリング法のことである。
てＡｒ／Ｎ2 混合プラズマ（Ｎ2 ：６０％）で化成スパ
ッタリング法により形成した。なお、化成スパッタリン
グ法とは、化学反応（ここではＴｉとＮの化学反応）を
利用したスパッタリング法のことである。
【０００６】上記Ａｌ膜４、ＴｉＮ膜３をパタ−ニング
してダイオ−ドを形成し、接合リ−ク電流を測定した。
なお、７は、絶縁膜である。
してダイオ−ドを形成し、接合リ−ク電流を測定した。
なお、７は、絶縁膜である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記測定において、５
００℃で６０分間の熱処理を行ったところ、リ−ク電流
に異常なものが測定された。不良箇所を詳細に観察した
結果、拡散層２に微小なアロイスパイクが発見され、該
アロイスパイクによって接合が破壊されていることが判
明した。
００℃で６０分間の熱処理を行ったところ、リ−ク電流
に異常なものが測定された。不良箇所を詳細に観察した
結果、拡散層２に微小なアロイスパイクが発見され、該
アロイスパイクによって接合が破壊されていることが判
明した。
【０００８】上記アロイスパイクは、ＴｉＮ膜３の一部
が何らかの理由でバリア性を失い、局所的にＡｌ−Ｓｉ
の相互拡散が発生したことを意味している。
が何らかの理由でバリア性を失い、局所的にＡｌ−Ｓｉ
の相互拡散が発生したことを意味している。
【０００９】この原因を図２（ｂ）で説明する。
【００１０】ＴｉＮ膜３中に未反応Ｔｉ５が若干存在し
ており、該未反応Ｔｉが熱処理によってＴｉＮ膜３の粒
界等に集合し、該集合した未反応Ｔｉ５を介してＡｌ−
Ｓｉ拡散が起こり、アロイスパイク６が形成され、接合
リ−クが発生したものと考えられる。
ており、該未反応Ｔｉが熱処理によってＴｉＮ膜３の粒
界等に集合し、該集合した未反応Ｔｉ５を介してＡｌ−
Ｓｉ拡散が起こり、アロイスパイク６が形成され、接合
リ−クが発生したものと考えられる。
【００１１】本発明は、相互拡散防止膜中の未反応物質
を他の物質で不活性にし、金属−半導体または金属相互
の拡散を抑制しようとすることを目的とする。
を他の物質で不活性にし、金属−半導体または金属相互
の拡散を抑制しようとすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、半導体もしくは金属と金属
との間の相互拡散防止用のバリア膜として高融点金属窒
化膜を用いており、前記バリア膜には、ボロンもしくは
炭素が添加され、かつ、前記ボロンもしくは炭素は、前
記高融点金属窒化膜中の未反応物質と化合して不活性物
質を形成しているものである。
め、本発明の半導体装置は、半導体もしくは金属と金属
との間の相互拡散防止用のバリア膜として高融点金属窒
化膜を用いており、前記バリア膜には、ボロンもしくは
炭素が添加され、かつ、前記ボロンもしくは炭素は、前
記高融点金属窒化膜中の未反応物質と化合して不活性物
質を形成しているものである。
【００１３】これにより、バリア膜のバリア性を完全化
することができると共に、良導電性も保持することがで
きる。
することができると共に、良導電性も保持することがで
きる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について詳細に説明する。
明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】図１（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基
板１０に、０．２μｍの接合深さをもったＮ型拡散層１
１が形成されており、この拡散層１１上に、ボロンを
０．３％含有したチタンタ−ゲットを用いて、Ａｒ／Ｎ
2 混合プラズマ（Ｎ2 ：６０％）による化成スパッタ法
で、ＴｉＮ膜１２を１０００オングストロ−ム形成し
た。なお、化成スパッタ法とは、化学反応（ここではＴ
ｉとＮの化学反応）を利用したスパッタ法のことであ
る。その後、Ａｌ膜１３を１μｍ堆積した。なお、１７
は、絶縁膜である。
板１０に、０．２μｍの接合深さをもったＮ型拡散層１
１が形成されており、この拡散層１１上に、ボロンを
０．３％含有したチタンタ−ゲットを用いて、Ａｒ／Ｎ
2 混合プラズマ（Ｎ2 ：６０％）による化成スパッタ法
で、ＴｉＮ膜１２を１０００オングストロ−ム形成し
た。なお、化成スパッタ法とは、化学反応（ここではＴ
ｉとＮの化学反応）を利用したスパッタ法のことであ
る。その後、Ａｌ膜１３を１μｍ堆積した。なお、１７
は、絶縁膜である。
【００１６】図１（ａ）のＴｉＮ膜１２には、前述した
ように未反応Ｔｉ１４が存在するが、同時にボロン１５
も混在している。このようなＴｉＮ膜を熱処理すると、
未反応Ｔｉはボロンと反応して、図１（ｂ）のように、
ＴｉＢ2 １６が形成される。このため、ＴｉＮ膜１２の
バリア性は著しく向上し、５００℃で６０分の熱処理を
行っても、接合リ−クの発生は全く測定されなかった。
ように未反応Ｔｉ１４が存在するが、同時にボロン１５
も混在している。このようなＴｉＮ膜を熱処理すると、
未反応Ｔｉはボロンと反応して、図１（ｂ）のように、
ＴｉＢ2 １６が形成される。このため、ＴｉＮ膜１２の
バリア性は著しく向上し、５００℃で６０分の熱処理を
行っても、接合リ−クの発生は全く測定されなかった。
【００１７】なお、上記ＴｉＢ2 の反応は、３００℃前
後で進行するから、ＴｉＮ膜形成時に、基板温度を３０
０〜４００℃に保持し、ＴｉＮ膜堆積と同時にＴｉＢ2
形成を図ってもよい。また、ＴｉＮ膜堆積後、熱処理を
行い、しかる後にＡｌ膜の堆積を行ってもよい。
後で進行するから、ＴｉＮ膜形成時に、基板温度を３０
０〜４００℃に保持し、ＴｉＮ膜堆積と同時にＴｉＢ2
形成を図ってもよい。また、ＴｉＮ膜堆積後、熱処理を
行い、しかる後にＡｌ膜の堆積を行ってもよい。
【００１８】また、ボロンは、チタンタ−ゲット中にＴ
ｉＢ2 の状態で含有されていても、またはこれ以外のボ
ロン化合物の状態で含有されていても同様の効果があ
り、何らさしつかえない。また、ボロンを含まないチタ
ンと、ボロンまたはボロンを含む化合物（例えば、Ｔｉ
Ｂ2 ，ＢＮ）との組み合わせで作られたタ−ゲットを用
いてもよい。
ｉＢ2 の状態で含有されていても、またはこれ以外のボ
ロン化合物の状態で含有されていても同様の効果があ
り、何らさしつかえない。また、ボロンを含まないチタ
ンと、ボロンまたはボロンを含む化合物（例えば、Ｔｉ
Ｂ2 ，ＢＮ）との組み合わせで作られたタ−ゲットを用
いてもよい。
【００１９】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。
る。
【００２０】即ち、ボロンを含まないチタンタ−ゲット
を用いてＴｉＮ膜を堆積後、イオン注入法でボロンをＴ
ｉＮ膜に０．１％の濃度まで注入した。イオン注入後、
４５０℃で熱処理後、Ａｌ膜の堆積を行った。しかし
て、本実施例でも５００℃の熱処理を行っても、接合リ
−クの発生は全く測定されなかった。
を用いてＴｉＮ膜を堆積後、イオン注入法でボロンをＴ
ｉＮ膜に０．１％の濃度まで注入した。イオン注入後、
４５０℃で熱処理後、Ａｌ膜の堆積を行った。しかし
て、本実施例でも５００℃の熱処理を行っても、接合リ
−クの発生は全く測定されなかった。
【００２１】さらに、本発明の異なる実施の形態を説明
する。
する。
【００２２】即ち、ボロンを含まないチタンタ−ゲット
を用いてＡｒ／Ｎ2 混合プラズマ中にＢ2 Ｈ2 ガスを
０．５％混入させて、ＴｉＮ膜の化成スパッタを行っ
た。ＴｉＮ膜中にボロンが含有され、所望の特性は達成
された。
を用いてＡｒ／Ｎ2 混合プラズマ中にＢ2 Ｈ2 ガスを
０．５％混入させて、ＴｉＮ膜の化成スパッタを行っ
た。ＴｉＮ膜中にボロンが含有され、所望の特性は達成
された。
【００２３】なお、前記実施例では、シリコン拡散層と
アルミニウム膜の間のバリア膜として評価したものであ
るが、本発明のＴｉＮ膜は、他のメタルシステム、例え
ば、ＴｉＳｉ2 とＡｌ，ＴｉＳｉ2 とＷ（タングステ
ン）といった金属相互の拡散防止膜にも有効であり、後
者のシステムでは、９００℃の高温でも十分なバリア性
があった。
アルミニウム膜の間のバリア膜として評価したものであ
るが、本発明のＴｉＮ膜は、他のメタルシステム、例え
ば、ＴｉＳｉ2 とＡｌ，ＴｉＳｉ2 とＷ（タングステ
ン）といった金属相互の拡散防止膜にも有効であり、後
者のシステムでは、９００℃の高温でも十分なバリア性
があった。
【００２４】この他にも、ＧａＡｓなどのシリコン以外
の半導体基板と金属の拡散防止膜としても用いることが
できる。
の半導体基板と金属の拡散防止膜としても用いることが
できる。
【００２５】上述の各実施の形態では、ボロンで未反応
ＴｉをＴｉＢ2 として不活性化したが、カ−ボンでＴｉ
Ｃにしても同様の効果が期待される。
ＴｉをＴｉＢ2 として不活性化したが、カ−ボンでＴｉ
Ｃにしても同様の効果が期待される。
【００２６】また、高融点金属としてＴｉを用いたが、
Ｔｉ以外のＨｆやＷでも同様の現象が発生しており、本
発明は、Ｔｉ以外の高融点金属でも有効である。これら
高融点金属による高融点金属窒化膜は、ボロンや炭素を
含む場合には、酸素を含む場合とは異なり良導電性を有
するものである。
Ｔｉ以外のＨｆやＷでも同様の現象が発生しており、本
発明は、Ｔｉ以外の高融点金属でも有効である。これら
高融点金属による高融点金属窒化膜は、ボロンや炭素を
含む場合には、酸素を含む場合とは異なり良導電性を有
するものである。
【００２７】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の半導体
装置によれば、次のような効果を奏する。
装置によれば、次のような効果を奏する。
【００２８】化成スパッタ法により、バリア膜である高
融点金属窒化膜を形成する場合に、高融点金属窒化膜中
の未反応物質（高融点金属）をボロンまたはカ−ボンに
より不活性化している（例えば、ＴｉＮ2 やＴｉＣにす
ること）ため、バリア膜のバリア性を完全化し、該バリ
ア膜の良導電性も保持することができる。
融点金属窒化膜を形成する場合に、高融点金属窒化膜中
の未反応物質（高融点金属）をボロンまたはカ−ボンに
より不活性化している（例えば、ＴｉＮ2 やＴｉＣにす
ること）ため、バリア膜のバリア性を完全化し、該バリ
ア膜の良導電性も保持することができる。
【図１】本発明の実施の形態に関わる半導体装置の製造
方法を示す断面図。
方法を示す断面図。
【図２】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。
１０ ：Ｐ型シリコン基板、 １１ ：Ｎ型拡散層、 １２ ：ＴｉＮ膜、 １３ ：Ａｌ膜、 １４ ：ＴｉＢ2 。
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体もしくは金属と金属との間の相互
拡散防止用のバリア膜として高融点金属窒化膜を用いる
半導体装置において、前記バリア膜には、ボロンもしく
は炭素が添加され、かつ、前記ボロンもしくは炭素は、
前記高融点金属窒化膜中の未反応物質と化合して不活性
物質を形成していることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 前記高融点金属がチタンであり、前記チ
タンが前記ボロンもしくは炭素と化合して未反応物質を
形成していることを特徴とする請求項１に記載の半導体
装置。 - 【請求項３】 前記高融点金属窒化膜上の金属がアルミ
ニウムもしくはアルミニウム合金であることを特徴とす
る請求項１に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8209467A JP2675775B2 (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8209467A JP2675775B2 (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7188995A Division JP2586885B2 (ja) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH098275A true JPH098275A (ja) | 1997-01-10 |
| JP2675775B2 JP2675775B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=16573354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8209467A Expired - Fee Related JP2675775B2 (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2675775B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6569783B2 (en) * | 1999-08-18 | 2003-05-27 | International Business Machines Corporation | Graded composition diffusion barriers for chip wiring applications |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62500060A (ja) * | 1984-08-27 | 1987-01-08 | アメリカン テレフオン アンド テレグラフ カムパニ− | 集積回路デバイスおよびその製造方法 |
-
1996
- 1996-08-08 JP JP8209467A patent/JP2675775B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62500060A (ja) * | 1984-08-27 | 1987-01-08 | アメリカン テレフオン アンド テレグラフ カムパニ− | 集積回路デバイスおよびその製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6569783B2 (en) * | 1999-08-18 | 2003-05-27 | International Business Machines Corporation | Graded composition diffusion barriers for chip wiring applications |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2675775B2 (ja) | 1997-11-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |