JPH1074831A - 連結孔プラグの構造およびその製造方法 - Google Patents
連結孔プラグの構造およびその製造方法Info
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- JPH1074831A JPH1074831A JP20496196A JP20496196A JPH1074831A JP H1074831 A JPH1074831 A JP H1074831A JP 20496196 A JP20496196 A JP 20496196A JP 20496196 A JP20496196 A JP 20496196A JP H1074831 A JPH1074831 A JP H1074831A
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- hole plug
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 セミコンダクタ素子の製造において、アルミ
ニウムの拡散を防ぎ、製造コストを低下させ、量産しや
すい金属バリア層を持つ連結孔プラグの製造方法を提供
する。 【解決手段】 まずは、シリコンベース１の上に、誘電
体層２を沈積する。 そして、マスクで露出、現像、食
刻することにより、誘電体層２を加工して連結孔（ＶＩ
Ａ）２１を形成する。それから、約１００Åの厚さの金
属バリア層ＴｉＮ３を形成する。そして、ＣＶＤで形成
されるタングステン３１及びその底におけるＴｉＮ３を
金属の拡散のバリアとする仕組みである。また、アルミ
ニウム４で連結孔プラグを充填する。そうすると、製造
コストを低降し、かつアルミニウム４の拡散を有効的に
防ぐ連結孔プラグの構造になる。
ニウムの拡散を防ぎ、製造コストを低下させ、量産しや
すい金属バリア層を持つ連結孔プラグの製造方法を提供
する。 【解決手段】 まずは、シリコンベース１の上に、誘電
体層２を沈積する。 そして、マスクで露出、現像、食
刻することにより、誘電体層２を加工して連結孔（ＶＩ
Ａ）２１を形成する。それから、約１００Åの厚さの金
属バリア層ＴｉＮ３を形成する。そして、ＣＶＤで形成
されるタングステン３１及びその底におけるＴｉＮ３を
金属の拡散のバリアとする仕組みである。また、アルミ
ニウム４で連結孔プラグを充填する。そうすると、製造
コストを低降し、かつアルミニウム４の拡散を有効的に
防ぐ連結孔プラグの構造になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セミコンダクタ素
子の製造における、金属バリアをもつ連結孔プラグの製
造方法に関するものである。
子の製造における、金属バリアをもつ連結孔プラグの製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】セミコンダクタ素子の寸法が小さければ
小さいほど、そのラインの幅はＶＬＳＩ（Very Large S
cale Integration）プロセスの１μｍから、ＵＬＳＩ
（UltraLarge Scale Integration ）のサブミクロン
（0.5 ×10-6,sub-micron ）まで縮む。チップ（chip,D
ie）の素子の数が極めて大きいので、その金属層のレイ
アウトは複雑である。金属層の交差のポイントには、両
層または複数層の金属層構造が必要であり、まるで都会
の立体の交差ハイウェイのようで、また、ハイウェイに
おける車が金属ラインの電子のようである。その前提条
件は素子の占める面積を増加しなくて、各金属層をネッ
トワークのように連結する訳である。
小さいほど、そのラインの幅はＶＬＳＩ（Very Large S
cale Integration）プロセスの１μｍから、ＵＬＳＩ
（UltraLarge Scale Integration ）のサブミクロン
（0.5 ×10-6,sub-micron ）まで縮む。チップ（chip,D
ie）の素子の数が極めて大きいので、その金属層のレイ
アウトは複雑である。金属層の交差のポイントには、両
層または複数層の金属層構造が必要であり、まるで都会
の立体の交差ハイウェイのようで、また、ハイウェイに
おける車が金属ラインの電子のようである。その前提条
件は素子の占める面積を増加しなくて、各金属層をネッ
トワークのように連結する訳である。
【０００３】両層または複数層の金属層の間に、隔離の
ために、誘電体層（Inter Metal Dielectric： IMD）が
中間に介入して形成される。上下の金属層を連結するた
めに、誘電体層には連結孔（ＶＩＡ）が設置される。複
数層金属層の第一段目がトランジスタのソースまたはド
レンなどシリコンベース（substrate ）と連結された所
はＶＩＡとはいわれなくて、コンタクトホール（contac
t-hole）といわれる。金属を充填した連結孔またはコン
タクトホールは瓶の入口におけるプラグに似ているの
で、連結孔プラグと呼ばれる。
ために、誘電体層（Inter Metal Dielectric： IMD）が
中間に介入して形成される。上下の金属層を連結するた
めに、誘電体層には連結孔（ＶＩＡ）が設置される。複
数層金属層の第一段目がトランジスタのソースまたはド
レンなどシリコンベース（substrate ）と連結された所
はＶＩＡとはいわれなくて、コンタクトホール（contac
t-hole）といわれる。金属を充填した連結孔またはコン
タクトホールは瓶の入口におけるプラグに似ているの
で、連結孔プラグと呼ばれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】現在、連結孔プラグ
（plug）を形成する方法はいろいろある。例えばＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition ）で製造されたタングス
テン（Ｗ）がその一種である。そのステップカバレッジ
（step-coverage ）が良いばかりでなく、高い温度に耐
えることもできるが、価格が高いＷＦ6 気体を大量に使
うので、コストが高くて、製品の競争力を低降する。
（plug）を形成する方法はいろいろある。例えばＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition ）で製造されたタングス
テン（Ｗ）がその一種である。そのステップカバレッジ
（step-coverage ）が良いばかりでなく、高い温度に耐
えることもできるが、価格が高いＷＦ6 気体を大量に使
うので、コストが高くて、製品の競争力を低降する。
【０００５】もう１つはよく使われるアルミニウムであ
り、その価格が安くて、手にい入れやすいが、欠点が後
述するように存在している。一方、そのようなプラグは
トランジスタのソースやドレンと連結する場合にも可能
だと分かる。また、ＵＬＳＩ集積回路のソース／ドレン
のＰ−Ｎ接合面（junction）における深さは約０．３μ
ｍ以下だけであり、アルミニウムをスパッタリング（sp
uttering）してから、シリコンベース（substrate ）の
局部のシリコン原子が後工程の熱処理の高温中で、アル
ミニウムの中に溶けるので、残ったギャップにアルミニ
ウム原子が拡散して入り、スパイク（spike ）の形に似
たピット（pit ）になる。そのピットがあいにくＰ−Ｎ
の接合面に形成されると、Ｐ−Ｎ接合面の漏電流及び不
要な電力損失をもたらす。
り、その価格が安くて、手にい入れやすいが、欠点が後
述するように存在している。一方、そのようなプラグは
トランジスタのソースやドレンと連結する場合にも可能
だと分かる。また、ＵＬＳＩ集積回路のソース／ドレン
のＰ−Ｎ接合面（junction）における深さは約０．３μ
ｍ以下だけであり、アルミニウムをスパッタリング（sp
uttering）してから、シリコンベース（substrate ）の
局部のシリコン原子が後工程の熱処理の高温中で、アル
ミニウムの中に溶けるので、残ったギャップにアルミニ
ウム原子が拡散して入り、スパイク（spike ）の形に似
たピット（pit ）になる。そのピットがあいにくＰ−Ｎ
の接合面に形成されると、Ｐ−Ｎ接合面の漏電流及び不
要な電力損失をもたらす。
【０００６】前述したスパイクの発生を減らすために従
来のやり方はアルムニウムの底に、スパッタリングのよ
うに沈積したＴｉＮなど金属バリア層（barrier-layer
）を配置する。ＴｉＮの形成方法がいろいろあるが、
例えば、Ｎ2 を持つ環境で、Ｔｉのターゲットにスパッ
タリングしたり、または、Ｔｉ層をスパッタリングのよ
うに沈積してから、それをＮ2 またはＮＨ3 の環境で快
速に熱処理して、Ｔｉ層と窒素が化合してＴｉＮに形成
する。
来のやり方はアルムニウムの底に、スパッタリングのよ
うに沈積したＴｉＮなど金属バリア層（barrier-layer
）を配置する。ＴｉＮの形成方法がいろいろあるが、
例えば、Ｎ2 を持つ環境で、Ｔｉのターゲットにスパッ
タリングしたり、または、Ｔｉ層をスパッタリングのよ
うに沈積してから、それをＮ2 またはＮＨ3 の環境で快
速に熱処理して、Ｔｉ層と窒素が化合してＴｉＮに形成
する。
【０００７】図１に示すのは従来の連結孔プラグの構造
である。１はシリコンベース（substrate ）または金属
層、２は電気の隔離のために、連結孔（ＶＩＡ）あるい
はコンタクトホール（contact-hole）を持つ誘電体層で
あり、説明の便利のために、以下、連結孔２１を両者の
通称として展開する。図１の連結孔２１は誘電体層を食
刻して形成された円柱形凹洞であり、凹洞の中にＴｉＮ
３及び熱いアルミニウム４を充填すると、図１の構造が
ついにできあがった。例えば、０．６μｍの連結孔に１
００ÅのＴｉＮを沈積した。図１に示すように、凹洞の
底の高さＨ及び広さＷの比が３より大きければ、凹洞の
一隅（corner）Ａを覆うＴｉＮの厚さは非常に薄くな
る。
である。１はシリコンベース（substrate ）または金属
層、２は電気の隔離のために、連結孔（ＶＩＡ）あるい
はコンタクトホール（contact-hole）を持つ誘電体層で
あり、説明の便利のために、以下、連結孔２１を両者の
通称として展開する。図１の連結孔２１は誘電体層を食
刻して形成された円柱形凹洞であり、凹洞の中にＴｉＮ
３及び熱いアルミニウム４を充填すると、図１の構造が
ついにできあがった。例えば、０．６μｍの連結孔に１
００ÅのＴｉＮを沈積した。図１に示すように、凹洞の
底の高さＨ及び広さＷの比が３より大きければ、凹洞の
一隅（corner）Ａを覆うＴｉＮの厚さは非常に薄くな
る。
【０００８】結局、アルミニウムの拡散と浸透すること
が阻止できず、前述したスパイク状のピットも形成さ
れ、素子の漏電流及び不要な電力損失も依然として存在
している。以上述べた問題を解決するためのもう１つの
方法は、連結孔プラグをタングステンで完全に充填し、
タングステンの良いステップカバレッジ及び高い温度を
耐える特性を活用することである。しかし、タングステ
ンはＷＦ6 気体のＣＶＤで形成され、ＷＦ6 気体の価格
が非常に高いので、相対的にコストを高めて、量産は適
合だといえない。それで、どのように良いステップカバ
レッジを具有し、アルミニウムの拡散を防ぎ、製造コス
トを低降する連結孔プラグの製造方法を提供するかは業
者にとって、さし迫ったニーズのある課題になる。
が阻止できず、前述したスパイク状のピットも形成さ
れ、素子の漏電流及び不要な電力損失も依然として存在
している。以上述べた問題を解決するためのもう１つの
方法は、連結孔プラグをタングステンで完全に充填し、
タングステンの良いステップカバレッジ及び高い温度を
耐える特性を活用することである。しかし、タングステ
ンはＷＦ6 気体のＣＶＤで形成され、ＷＦ6 気体の価格
が非常に高いので、相対的にコストを高めて、量産は適
合だといえない。それで、どのように良いステップカバ
レッジを具有し、アルミニウムの拡散を防ぎ、製造コス
トを低降する連結孔プラグの製造方法を提供するかは業
者にとって、さし迫ったニーズのある課題になる。
【０００９】したがって、本発明の主な目的はアルミニ
ウムの拡散を防ぐ連結孔プラグの製造方法を提供するこ
とにある。本発明のもう１つの目的は、製造コストを低
降して、量産と相まっていく連結孔プラグの製造方法を
提供することにある。
ウムの拡散を防ぐ連結孔プラグの製造方法を提供するこ
とにある。本発明のもう１つの目的は、製造コストを低
降して、量産と相まっていく連結孔プラグの製造方法を
提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、主にＣＶＤ
（chemical vapor deposition ）で形成されるタングス
テン（Ｗ）及びその底におけるＴｉＮを金属の拡散のバ
リアとする仕組みである。また、アルミニウムで連結孔
プラグを充填する。そうすると、製造コストを低降し、
かつアルミニウムの拡散を有効的に防ぐ連結孔プラグの
構造になる。
（chemical vapor deposition ）で形成されるタングス
テン（Ｗ）及びその底におけるＴｉＮを金属の拡散のバ
リアとする仕組みである。また、アルミニウムで連結孔
プラグを充填する。そうすると、製造コストを低降し、
かつアルミニウムの拡散を有効的に防ぐ連結孔プラグの
構造になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。本発明実施例の断面図を図２に示す。
まずは、シリコンベース１の上に、オキサイド、燐硝子
（ＰＳＧ）あるいはほう素燐硝子（ＢＰＳＧ）などのも
ので、電気の隔離のために、誘電体層２を沈積する。シ
リコンベース１は金属層でとりかえられても良い。
づいて説明する。本発明実施例の断面図を図２に示す。
まずは、シリコンベース１の上に、オキサイド、燐硝子
（ＰＳＧ）あるいはほう素燐硝子（ＢＰＳＧ）などのも
ので、電気の隔離のために、誘電体層２を沈積する。シ
リコンベース１は金属層でとりかえられても良い。
【００１２】そして、マスクで露出、現像、食刻するこ
とにより、誘電体層２を加工して連結孔（ＶＩＡ）２１
を形成する。それから、約１００Åの厚さの金属バリア
層ＴｉＮ３を形成する。その方法は前述したように、Ｔ
ｉターゲットをＮ2 の気体環境の中にスパッタリングし
またはＴｉのフィルムを沈積してから、ＮＨ3 （または
Ｎ2 ）の中に快速に熱処理を行う。
とにより、誘電体層２を加工して連結孔（ＶＩＡ）２１
を形成する。それから、約１００Åの厚さの金属バリア
層ＴｉＮ３を形成する。その方法は前述したように、Ｔ
ｉターゲットをＮ2 の気体環境の中にスパッタリングし
またはＴｉのフィルムを沈積してから、ＮＨ3 （または
Ｎ2 ）の中に快速に熱処理を行う。
【００１３】その次、ＣＶＤの方式で、およそ５００Å
の厚さのタングステン３１を沈積する。そのタングステ
ン３１がすべての連結孔プラグのステップカバレッジを
改善すると同時にＴｉＮ３と非常に有効的なアルミニウ
ムバリアを形成することもできる。一方、前述した欠
点、つまりアルミニウム原子が拡散して、シリコンベー
ス１に入り、トランジスタのソースまたはドレンのＰ−
Ｎの接合面にスパイクの形に似たピットが形成され、Ｐ
−Ｎ接合面の漏電流及び不要な電力損失をもたらすとい
う欠陥はまったく防止できる。また、そのタングステン
３１の厚さはおよそ５００Åだけで、連結用のアルミニ
ウム金属層の厚さよりはるかに小さいので、従来、全体
がタングステンから構成された連結孔プラグに比べれ
ば、もちろん、コストを大いに省く。
の厚さのタングステン３１を沈積する。そのタングステ
ン３１がすべての連結孔プラグのステップカバレッジを
改善すると同時にＴｉＮ３と非常に有効的なアルミニウ
ムバリアを形成することもできる。一方、前述した欠
点、つまりアルミニウム原子が拡散して、シリコンベー
ス１に入り、トランジスタのソースまたはドレンのＰ−
Ｎの接合面にスパイクの形に似たピットが形成され、Ｐ
−Ｎ接合面の漏電流及び不要な電力損失をもたらすとい
う欠陥はまったく防止できる。また、そのタングステン
３１の厚さはおよそ５００Åだけで、連結用のアルミニ
ウム金属層の厚さよりはるかに小さいので、従来、全体
がタングステンから構成された連結孔プラグに比べれ
ば、もちろん、コストを大いに省く。
【００１４】のちに、高温（約４９０℃）の中でアルミ
ニウムをスパッタリングして沈積し、それを第２金属層
とすると、本発明の連結孔プラグが出来上がる。高温の
中で成長した原因は室温など低い温度で成長すればアル
ミニウムのステップカバレッジがよくなくて、図１に示
すＴｉＮのように、その底の隅における厚さも非常に薄
くなる。それに対して、高温の場合に、アルミニウム金
属層が溶融の状態になっていて、誘電体層２の高い所か
ら低い所の連結孔の中に流れ入る。それで、アルミニウ
ムのステップカバレッジを改善するばかりでなく、その
表面も平坦化され後続のプロセスの展開にとっても、有
利になる。
ニウムをスパッタリングして沈積し、それを第２金属層
とすると、本発明の連結孔プラグが出来上がる。高温の
中で成長した原因は室温など低い温度で成長すればアル
ミニウムのステップカバレッジがよくなくて、図１に示
すＴｉＮのように、その底の隅における厚さも非常に薄
くなる。それに対して、高温の場合に、アルミニウム金
属層が溶融の状態になっていて、誘電体層２の高い所か
ら低い所の連結孔の中に流れ入る。それで、アルミニウ
ムのステップカバレッジを改善するばかりでなく、その
表面も平坦化され後続のプロセスの展開にとっても、有
利になる。
【００１５】本発明の構造を従来の技術に比べると、次
の利点がはっきり分かる。 （１）本発明はステップカバレッジを明らかに改善し、
製品の良品率を向上させる。 （２）本発明におけるＴｉＮ及びタングステンはいずれ
もアルミニウム金属のバリア層とすることができ、従来
の構造に比較すれば、アルミニウムの拡散とスパイクの
形に似たピットの形成を有効的に防ぐと共に、製品の信
頼性も向上される。 （３）本発明のタングステン層がアルミニウム層よりは
るかに薄いので、ＷＦ6の気体を大いに省くと共に、製
造コストも低くできる。
の利点がはっきり分かる。 （１）本発明はステップカバレッジを明らかに改善し、
製品の良品率を向上させる。 （２）本発明におけるＴｉＮ及びタングステンはいずれ
もアルミニウム金属のバリア層とすることができ、従来
の構造に比較すれば、アルミニウムの拡散とスパイクの
形に似たピットの形成を有効的に防ぐと共に、製品の信
頼性も向上される。 （３）本発明のタングステン層がアルミニウム層よりは
るかに薄いので、ＷＦ6の気体を大いに省くと共に、製
造コストも低くできる。
【００１６】また、以上述べた内容は本発明を説明する
理想的な実施例の１つで、本発明に何らの制限を加える
ものではない。そのために、本発明と同じ思想で、どん
な改善及び変更もすべて本発明の保護される領域に含ま
れる。
理想的な実施例の１つで、本発明に何らの制限を加える
ものではない。そのために、本発明と同じ思想で、どん
な改善及び変更もすべて本発明の保護される領域に含ま
れる。
【図１】従来の連結孔プラグの断面構造である。
【図２】本発明実施例の連結孔プラグの断面構造であ
る。
る。
１ シリコンベース ２ 誘電体層 ２１ 連結孔 ３ ＴｉＮ ３１ タングステン ４ アルミニウム
Claims (6)
- 【請求項１】 セミコンダクタ素子の製造における連結
孔プラグ製造方法において、 始めにシリコンベースに誘電体層を沈積し次に、マスク
で露出、現像、食刻してから連結孔を形成し、 その次に、ＴｉＮをスパッタリングして沈積し、 さらにタングステンを沈積し、 高温の中にアルミニウムを沈積することを特徴とする連
結孔プラグ製造方法。 - 【請求項２】 前記シリコンベースは金属層で取り替え
られることを特徴とする請求項１項に記載の連結孔プラ
グ製造方法。 - 【請求項３】 ＴｉＮはＮ2 またはＮＨ3 を持つ環境の
中でＴｉのターゲットにスパッタリングして形成するこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の連結孔プラグ
製造方法。 - 【請求項４】 ＴｉＮはＴｉを沈積してから、Ｎ2 また
はＮＨ3 を持つ環境の中で快速に熱処理して形成するこ
とを特徴とする請求項１または２項に記載の連結孔プラ
グ製造方法。 - 【請求項５】 シリコンベース、誘電体層、誘電体層を
食刻して形成された連結孔、ＴｉＮ、タングステン、及
び高温の中で成長されたアルミニウム層を含むことを特
徴とする連結孔プラグの構造。 - 【請求項６】 シリコンベースは金属層で取り替えられ
ることを特徴とする請求項５項に記載の連結孔プラグの
構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20496196A JPH1074831A (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 連結孔プラグの構造およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20496196A JPH1074831A (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 連結孔プラグの構造およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1074831A true JPH1074831A (ja) | 1998-03-17 |
Family
ID=16499179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20496196A Pending JPH1074831A (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 連結孔プラグの構造およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1074831A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100354282B1 (ko) * | 1999-10-22 | 2002-09-28 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 반도체 장치 및 그 제조 방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05217940A (ja) * | 1992-02-03 | 1993-08-27 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1996
- 1996-08-02 JP JP20496196A patent/JPH1074831A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05217940A (ja) * | 1992-02-03 | 1993-08-27 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100354282B1 (ko) * | 1999-10-22 | 2002-09-28 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 반도체 장치 및 그 제조 방법 |
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