JPS63202911A - 高密度集積回路におけるチタン・窒化チタン二重層の製造方法 - Google Patents
高密度集積回路におけるチタン・窒化チタン二重層の製造方法Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
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- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
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- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、高密度集積半導体回路においてアルミニう
ムをベースとする金属化面とシリコン表面又はシリサイ
ド・ポリサイド表面との間に置かれる接触ならびに障壁
層としてのチタン・窒化チタンニ重層を静電マグネトロ
ンを備える単一室処理装置内で窒素を加えながら行うチ
タン・ターゲットからの陰極スパッタリングによって形
成させる方法に関するものである。
ムをベースとする金属化面とシリコン表面又はシリサイ
ド・ポリサイド表面との間に置かれる接触ならびに障壁
層としてのチタン・窒化チタンニ重層を静電マグネトロ
ンを備える単一室処理装置内で窒素を加えながら行うチ
タン・ターゲットからの陰極スパッタリングによって形
成させる方法に関するものである。
高密度集積半導体回路の製造に当って適当な対抗手段を
採らないとアルミニウムに対するシリコンの溶解度に基
きドープされたシリコン区域（基板内の拡散区域）又は
ポリシリコンの接触部にスパイキングと呼ばれている現
象が起り、アルミニウムの針がシリコン内に突き出して
短絡の原因となる。この現象は微細構造化されると同時
に偏平になった拡散区域の場合特に深刻である。
採らないとアルミニウムに対するシリコンの溶解度に基
きドープされたシリコン区域（基板内の拡散区域）又は
ポリシリコンの接触部にスパイキングと呼ばれている現
象が起り、アルミニウムの針がシリコン内に突き出して
短絡の原因となる。この現象は微細構造化されると同時
に偏平になった拡散区域の場合特に深刻である。
この問題は使用されるアルミニウムに少量のシリコンを
加えることによって一応解決されるが、このシリコンは
アルミニウム・シリコン接触面に析出して接触抵抗に難
点が生ずるようになる。
加えることによって一応解決されるが、このシリコンは
アルミニウム・シリコン接触面に析出して接触抵抗に難
点が生ずるようになる。
３一
本来の原因であるドープされたシリコン基板又はポリシ
リコンとアルミニウム金属化層との間の拡散を緩慢にす
る方法の１つは拡散障壁層を設けることである。その材
料として元素周期表の亜族Ｔｌｔ／ｂ、ｖｂおよびｖｂ
の金属の窒化物、炭化物およびホウ化物が考えられる。
リコンとアルミニウム金属化層との間の拡散を緩慢にす
る方法の１つは拡散障壁層を設けることである。その材
料として元素周期表の亜族Ｔｌｔ／ｂ、ｖｂおよびｖｂ
の金属の窒化物、炭化物およびホウ化物が考えられる。
特に窒化チタンを拡散障壁に使用することについては文
献カナモリ著［固体薄膜（Ｋａｎａｍｏｒｉ：Ｔｈ１ｎ
５ｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ）−１１３６（１９Ｂ ６
年）、１９５〜２１４頁において詳細に検討されている
。
献カナモリ著［固体薄膜（Ｋａｎａｍｏｒｉ：Ｔｈ１ｎ
５ｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ）−１１３６（１９Ｂ ６
年）、１９５〜２１４頁において詳細に検討されている
。
それによれば障壁特性がこの場合製造方法、使用された
製造装置ならびに製造工程パラメータに強く関係する。
製造装置ならびに製造工程パラメータに強く関係する。
広く採用されている製法は窒素を含む雰囲気中の反応性
スパッタリングであるが、この場合スパッタリング電力
と全スパッタリング圧力を一定にして雰囲気中の窒素分
の増大と共に形成された窒化チタン層のいくつかの特性
が徹底的に変化する。即ち層の形態の変化から始まり、
銀色が含銀金色−金色一金褐色一褐紫金属色一褐金属色
と変化する。スパッタリング雰囲気中の窒素濃度の特定
値からスパッタリング速度が１７３に低下するのに対し
て、形成された窒化チタン層の導電率は約３倍に１弄す
る。ご乳が起る点は全スパッタリング圧力とスパッタリ
ング電力に関係し、金色の発生と１：１の窒素・チタン
比を特徴としている。この外にこの金色の化学量論性は
窒化チタン層を通しての拡散に対して高い密度を示すこ
とを特徴とし、それによって良好な障壁特性を示すもの
とすることができる。しかしこの層によって生ずる機械
的応力（ストレス）がこの点で最大となるから、微細亀
裂の発生に続いて障壁の崩壊の原因となる。
スパッタリングであるが、この場合スパッタリング電力
と全スパッタリング圧力を一定にして雰囲気中の窒素分
の増大と共に形成された窒化チタン層のいくつかの特性
が徹底的に変化する。即ち層の形態の変化から始まり、
銀色が含銀金色−金色一金褐色一褐紫金属色一褐金属色
と変化する。スパッタリング雰囲気中の窒素濃度の特定
値からスパッタリング速度が１７３に低下するのに対し
て、形成された窒化チタン層の導電率は約３倍に１弄す
る。ご乳が起る点は全スパッタリング圧力とスパッタリ
ング電力に関係し、金色の発生と１：１の窒素・チタン
比を特徴としている。この外にこの金色の化学量論性は
窒化チタン層を通しての拡散に対して高い密度を示すこ
とを特徴とし、それによって良好な障壁特性を示すもの
とすることができる。しかしこの層によって生ずる機械
的応力（ストレス）がこの点で最大となるから、微細亀
裂の発生に続いて障壁の崩壊の原因となる。
この問題の解決法として発生した亀裂に酸素を満たすこ
とが１９８６年サンジすゴにおけるＶＬＳＩ技術に関す
る会議の報告書（１９８６Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎ Ｖ
ＬＳＩ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｓａｎ Ｄｉｅ
ｇｏ ） ５５−５６頁において提案されている。しか
しこのような後処理の追加は製造工程の全体を複雑にす
る。障壁層の厚さは通常的１１００ｎに過ぎないが、不
安定な抵抗率となる領域で処理することは製造過程の確
実性の点で不利である。
とが１９８６年サンジすゴにおけるＶＬＳＩ技術に関す
る会議の報告書（１９８６Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎ Ｖ
ＬＳＩ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｓａｎ Ｄｉｅ
ｇｏ ） ５５−５６頁において提案されている。しか
しこのような後処理の追加は製造工程の全体を複雑にす
る。障壁層の厚さは通常的１１００ｎに過ぎないが、不
安定な抵抗率となる領域で処理することは製造過程の確
実性の点で不利である。
この発明の目的は、下記の課題を解決する窒化チタンの
接触ならびに障壁層をアルミニウム金属化層とシリコン
結晶面又はシリサイドとポリサイドの面の間に形成させ
るこ七である。
接触ならびに障壁層をアルミニウム金属化層とシリコン
結晶面又はシリサイドとポリサイドの面の間に形成させ
るこ七である。
（１）高い導電率を持たなければならない。
（２） ドープされた単結晶ならびに多結晶シリコン
との接触および金属シリサイドとポリシリコンの層との
接触の形成にあたってサブミクロン領域の接触孔直径に
おいて小さい接触抵抗が僅かな許容差をもって達成され
なければならない。
との接触および金属シリサイドとポリシリコンの層との
接触の形成にあたってサブミクロン領域の接触孔直径に
おいて小さい接触抵抗が僅かな許容差をもって達成され
なければならない。
（３）アルミニウム・シリコン合金から成る金属化層と
課題（２）に挙げられているシリコン区域の間の境界面
が高い電流密度と高い温度において安定でなければなら
ない。
課題（２）に挙げられているシリコン区域の間の境界面
が高い電流密度と高い温度において安定でなければなら
ない。
（４）接触ならびに障壁層が製造の全過程に不利な影響
を及ぼさず、例えばこの層によって機械的応力（ストレ
ス）が生じてはならない。
を及ぼさず、例えばこの層によって機械的応力（ストレ
ス）が生じてはならない。
高い導電率はシリコン１％を含むアルミニウム金属化層
とすることによって達成される。
とすることによって達成される。
低い接触抵抗は窒化チタン層の前に純チタン層を析出さ
せるときチタンケイ化物の接触層を形成させることによ
って得られる。
せるときチタンケイ化物の接触層を形成させることによ
って得られる。
高い温度と電流負荷においての安定性を最小のストレス
の下に達成することは、チタン層と窒化チタン層の双方
を単一層として周期的に析出させ、その際個々の層析出
の間で熱処理を実施し、又窒化チタン層の析出に際して
反応ガス中の窒素の比率を窒化チタン層中のチタン窒素
化合物の化学量論的比率よりも高くすることを特徴とす
るこの発明の方法によって初めて可能となる。
の下に達成することは、チタン層と窒化チタン層の双方
を単一層として周期的に析出させ、その際個々の層析出
の間で熱処理を実施し、又窒化チタン層の析出に際して
反応ガス中の窒素の比率を窒化チタン層中のチタン窒素
化合物の化学量論的比率よりも高くすることを特徴とす
るこの発明の方法によって初めて可能となる。
各単一層の厚さを３ｎｍから５ｎｍの間、特に４ｎｍと
し、熱処理を２５０℃から３５０℃の間、特に３００℃
で行うこともこの発明の枠内にある。
し、熱処理を２５０℃から３５０℃の間、特に３００℃
で行うこともこの発明の枠内にある。
この発明思想の展開では層の形成に対して直流単−室処
理装置が使用され、層析出基板は水平回転式のパレット
に固定され、このパレットが層形成中回転する。この回
転速度は１回転が重層の１サイクルに対応するように選
ばれる。
理装置が使用され、層析出基板は水平回転式のパレット
に固定され、このパレットが層形成中回転する。この回
転速度は１回転が重層の１サイクルに対応するように選
ばれる。
基板を取り付けたパレットの回転により基板がターゲッ
トと加熱源の下を周期的に通過してスパッタリングと加
熱とが交互に繰り返されることにより、窒化チタンが複
数の単一層から構成されることに基きほとんどストレス
の無い層が作られ（直径１００錘のシリコン結晶ウェー
ハでもゆがみは１μｍに過ぎない）、良好な熱安定性（
５ＱＯ”Ｃ３０分の耐熱試験）と１．１μｍ接触部に対
する高い電流負荷性を示す外に低い接触抵抗とダイオー
ド漏れ電流の点で勝れている。この場合工程の□パラメ
ータは工程の高い確実性と処理詣力が確保されるように
選ばれ、例えば窒素流は“金色化学量論（ｉｆ”以上で
ありスパッタリング電力は約３ｋＷとなる。
トと加熱源の下を周期的に通過してスパッタリングと加
熱とが交互に繰り返されることにより、窒化チタンが複
数の単一層から構成されることに基きほとんどストレス
の無い層が作られ（直径１００錘のシリコン結晶ウェー
ハでもゆがみは１μｍに過ぎない）、良好な熱安定性（
５ＱＯ”Ｃ３０分の耐熱試験）と１．１μｍ接触部に対
する高い電流負荷性を示す外に低い接触抵抗とダイオー
ド漏れ電流の点で勝れている。この場合工程の□パラメ
ータは工程の高い確実性と処理詣力が確保されるように
選ばれ、例えば窒素流は“金色化学量論（ｉｆ”以上で
ありスパッタリング電力は約３ｋＷとなる。
この発明の種々の実施態様は請求項２以下に示されてい
る。
る。
次に実施例と図面についてこの発明を更に詳細に説明す
る。
る。
第１図において１はｎ＋型又はｐ＋型にドープされた偏
平区域２を含むシリコン基板であり、３は例えば５ｉ０
２から成り接触孔を備える絶縁層である。接触孔は断面
直径が０．９μｍで深さは１μｍである。この発明によ
るスパッタリング法により直前にフッ化水素酸中の短時
間エツチングによって表面酸化膜を除かれた基板（１，
２，３）の全面にアルゴン・プラズマ中で数層（例えば
５属）のチタン層を２０層ｍの厚さのチタンＮ４に形成
させ、真空を破ることなく窒素を加えて例えば２５層か
ら成る窒化チタン層５を厚さ１００ｒ＋ｍに析出させる
。
平区域２を含むシリコン基板であり、３は例えば５ｉ０
２から成り接触孔を備える絶縁層である。接触孔は断面
直径が０．９μｍで深さは１μｍである。この発明によ
るスパッタリング法により直前にフッ化水素酸中の短時
間エツチングによって表面酸化膜を除かれた基板（１，
２，３）の全面にアルゴン・プラズマ中で数層（例えば
５属）のチタン層を２０層ｍの厚さのチタンＮ４に形成
させ、真空を破ることなく窒素を加えて例えば２５層か
ら成る窒化チタン層５を厚さ１００ｒ＋ｍに析出させる
。
スパッタリング装置の基底圧はスパッタリング前で７
Ｘ Ｉ Ｑ−５ｐａである。処理容器は析出に際して赤
外線加熱器（第３図参照）により３００℃に加熱される
。窒化チタン５の析出に際してはそれまで４７ｓｃｃｍ
アルゴンであったガス流を２１ ｓｃｃｍアルゴンと３
２ｓｃｃｍ窒素に変更する。チタン・ターゲットの電力
は３．０７に−とする。
Ｘ Ｉ Ｑ−５ｐａである。処理容器は析出に際して赤
外線加熱器（第３図参照）により３００℃に加熱される
。窒化チタン５の析出に際してはそれまで４７ｓｃｃｍ
アルゴンであったガス流を２１ ｓｃｃｍアルゴンと３
２ｓｃｃｍ窒素に変更する。チタン・ターゲットの電力
は３．０７に−とする。
チタン・窒化チタンから成り単一層として析出した二重
層（４，５）の全体の厚さは約１２０ｎｍであり、その
上に例えばアルミニウム・シリコン合金又はアルミニウ
ム・シリコン・銅合金から成る金属化面６が公知の方法
で設けられる。
層（４，５）の全体の厚さは約１２０ｎｍであり、その
上に例えばアルミニウム・シリコン合金又はアルミニウ
ム・シリコン・銅合金から成る金属化面６が公知の方法
で設けられる。
第１図の構造の一部分を拡大して第２図に示す。
ここには厚さ４ｎｍの単一スパッタリング層の析出情況
が明瞭に示されている。図にはチタンの単一層が小文字
で、窒化チタンの単一層が大文字で表わされる。窒化チ
タン析出層５の品質は褐紫色金属表面の出現により視覚
的にコントロールされる。
が明瞭に示されている。図にはチタンの単一層が小文字
で、窒化チタンの単一層が大文字で表わされる。窒化チ
タン析出層５の品質は褐紫色金属表面の出現により視覚
的にコントロールされる。
それ以外のコントロール法は窒化チタンＮ（５）の層抵
抗測定（１６，７Ω／ｓｑ）厚さの測定およびＲＥＭ撮
影による層組織の測定である。層組織は（１１１）集合
組織で棒状であることが必要である。
抗測定（１６，７Ω／ｓｑ）厚さの測定およびＲＥＭ撮
影による層組織の測定である。層組織は（１１１）集合
組織で棒状であることが必要である。
第３図において７は回転式のパレットでその上に８ケ所
の円盤位置（１１乃至１８）が定められている。矢印８
の方向に回転毎にシリコン結晶盤（ｌ、２．３）がこの
位置に置かれる。９はチタン・ターゲットを取り付けた
ターゲット支持体であり、１０は赤外線加熱器である。
の円盤位置（１１乃至１８）が定められている。矢印８
の方向に回転毎にシリコン結晶盤（ｌ、２．３）がこの
位置に置かれる。９はチタン・ターゲットを取り付けた
ターゲット支持体であり、１０は赤外線加熱器である。
図から分るように常に８枚の基板（１１乃至１８）中の
少くとも１つがターゲット９又は加熱器１０の下に置か
れている。
少くとも１つがターゲット９又は加熱器１０の下に置か
れている。
スパッタリング過程は一例として次のように調整される
。層全体の厚さが１２０ｎ＋＋のとき純チタン層の析出
中パレット７が５回転し、窒化チタン層の析出中パレッ
トが２５回転する。８枚の円盤に対するスパッタリング
の時間はチタン層の場合３０秒、窒化チタン層の場合５
００秒である。
。層全体の厚さが１２０ｎ＋＋のとき純チタン層の析出
中パレット７が５回転し、窒化チタン層の析出中パレッ
トが２５回転する。８枚の円盤に対するスパッタリング
の時間はチタン層の場合３０秒、窒化チタン層の場合５
００秒である。
第１図はこの発明の方法によって作られる層構造の断面
図、第２図は第１図の一部分の拡大図、第３図は層形成
装置の平面図である。 ■・・・シリコン幕板 ２・・・平坦なドープ区域 ３・・・接触孔を備える絶縁層 ４・・・チタン層 ５・・・窒化チタン層
図、第２図は第１図の一部分の拡大図、第３図は層形成
装置の平面図である。 ■・・・シリコン幕板 ２・・・平坦なドープ区域 ３・・・接触孔を備える絶縁層 ４・・・チタン層 ５・・・窒化チタン層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）静電マグネトロンを備える単一室処理装置内で窒素
を加えながらチタン・ターゲット（９）からの陰極スパ
ッタリングにより高密度集積回路においてアルミニウム
をベースとする金属化面（６）とシリコン表面又はシリ
サイド・ポリサイド表面（２）との接触ならびに障壁と
なるチタン・窒化チタン二重層（４、５）を製造する方
法において、チタン層（４）と窒化チタン層（５）の双
方をそれぞれ単一層（ａ乃至ｅ、Ａ乃至Ｚとして周期的
に析出させ、その際個々の層析出の間で熱処理（１０）
を実施し、又窒化チタン層（５）の析出に際して反応ガ
ス中の窒素の比率を窒化チタン層中のチタン・窒素化合
物の化学量論比率よりも高く調整することを特徴とする
高密度集積回路におけるチタン・窒化チタン二重層の製
造方法。 ２）単一層（ａ乃至ｅ、Ａ乃至Ｚ）の厚さが３ｎｍから
５ｎｍの範囲、特に４ｎｍに調整されることを特徴とす
る請求項１記載の方法。 ３）熱処理（１０）が２５０℃から３５０℃の温度範囲
、特に３００℃の温度で実施されることを特徴とする請
求項１又は２記載の方法。 ４）直流単一室スパッタリング装置が使用され、層形成
用の基板（１１乃至１８）が水平回転可能のパレット（
７）に固定され、パレットは層形成中回転しその回転速
度は１回転が層配列の１周期に対応するように調整され
ることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の方
法。 ５）スパッタリングの電力が３ｋＶの範囲内に調整され
ることを特徴とする請求項４記載の方法。 ６）少くとも４層のチタン層と少くとも２０層の窒化チ
タン層が析出するまで層形成処理が続けられることを特
徴とする請求項１ないし５の１つに記載の方法。 ７）キャリヤガスとしてアルゴンが使用され、反応室内
の初期圧力が最低７×１０＾−＾５ｐａに設定されるこ
とを特徴とする請求項１ないし６の１つに記載の方法。 ８）ガス流がアルゴンに対してはチタン層（４）の析出
中は４５乃至５０ｓｃｃｍに、窒化チタン層（５）の析
出中は２０乃至２５ｓｃｃｍに設定され、窒素に対して
は３０乃至５０ｓｃｃｍに設定され、反応室内のスパッ
タリング圧は０．７ｐａ付近に定められることを特徴と
する請求項１ないし７の１つに記載の方法。 ９）層形成過程の直前に水素を含む媒質内で基板（１１
ないし１８）の表面清浄化が行われることを特徴とする
請求項１ないし８の１つに記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3704055.3 | 1987-02-10 | ||
| DE3704055 | 1987-02-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63202911A true JPS63202911A (ja) | 1988-08-22 |
| JPH0750699B2 JPH0750699B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=6320652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63027361A Expired - Lifetime JPH0750699B2 (ja) | 1987-02-10 | 1988-02-08 | 高密度集積回路におけるチタン・窒化チタン二重層の製造方法 |
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| JP (1) | JPH0750699B2 (ja) |
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- 1992-10-01 HK HK763/92A patent/HK76392A/xx not_active IP Right Cessation
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