JPS63289935A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ チタンナイトライド膜を含む複合配線層のうち、チタン
ナイトライド膜を塩素系ガスによってプラズマエツチン
グする。そうすると、チタンナイトライド膜が精度良く
パターンニングされる。

１産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置の配線層として使用されるチタンナ
イトライド（窒化チタン；　Ｔｉ　Ｎ’　（Ｔｉｔａｎ
Ｎｉｔｒｉｄｅ））膜のパターンニング方法に関する。

ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置は日進月歩の勢いで高密
度・高集積化されてきたが、それに伴って配線も微細化
されている。

しかし、ＩＣ配線の断線は信頼性上の致命的な問題であ
り、断線の起こらない配線の形成が望まれている。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］半導体
装置の配線材料として、近年、高融点金属やそのシリサ
イドが使用されており、また、従前から導電性多結晶シ
リコンも使用されていて、これらは融点の高い利点があ
る材料である。しかし、これらの配線材料は従前からの
アルミニウムに比べると電気伝導度が余り良くなく、電
気伝導度の点では到底アルミニウムには及ばない。従っ
て、アルミニウム配線が依然として重用されている現状
にある。

しかし、アルミニウムはマイグレーション（Ｍｉｇｒａ
ｔｉｏｎ　）に弱いと云う欠点があり、従前からエレク
トロマイグレーションが良く検討されていて、その防止
対策が採られている。エレクトロマイブレ４−ジョン（
Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｉｇｒａｔｉｏｎ　）とは通電中に
アルミニウム（ＡＩ）が移動することで、へ１イオンの
流れが不均一になってボイドが発生し、やがて断線に至
るものである。その発生はＡ１の結晶粒径。

結晶方位などが関わりがあるため、防止対策として異種
金属、例えば、銅などを添加する方法が知られている。

ところが、最近、ストレスマイグレーション（Ｓｔｒｅ
ｓｓ−ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）によってアルミニウムが断
線することが判ってきた。ストレスマイグレーションと
はアルミニウム配線を包囲している絶縁膜、酸化シリコ
ン（ＳｉＯ２）膜や燐シリケートガラス（ＰＳＧ）膜な
どの絶縁膜の影響でアルミニウム（ＡＩ）が移動して、
ある断面で断線することである。第４図はその斜視図を
示しており、１はアルミニウム配線、Ｃは断線部分９周
囲は絶縁膜３である。このようなストレスマイグレーシ
ョンは、包囲する絶８！膜の厚さが厚いと発生し易く、
また、配線の幅が１μｍ程度に細い場合に発生し易い傾
向がある。

このストレスマイグレーションの防止対策としては、当
然アルミニウム配線と絶縁膜との間に異種材料を介在さ
せることが考えられ、その材料として感電性のあるチタ
ンナイトライド（ＴｉＮ）が適当と云われている。第５
図（ａｌ、　（ｂｌはストレスマイグレーション防止用
の好ましい配線例を示しており、これらの図において、
１は膜厚１μｍ程度のアルミニウム配線、２は膜厚数百
人ないし１５００人のＴｉＮ膜、３はＰＳＧ膜またはＳ
ｉＯ２膜などの絶縁膜である。図示のように、アルミニ
ウム配線の下または上にＴｉＮ膜を配置すればストレス
マイグレーションを防ぐ効果がある。

しかし、現在、このＴｉＮ膜をパターンニングするため
のドライエツチングが難しく、パターン形成ができない
と云う問題がある。即ち、ＴｉＮ膜は弗素系ガスを用い
て弗素プラズマでエツチングすると、エツチングされる
筈であるが、表面に生成されているＴｉ０Ｎ（チタンオ
キシナイトライド）のために弗素プラズマでエツチング
しても、エツチングが進行しないと云う問題がある。

本発明はこのＴｉ０Ｎを含むＴｉＮ膜をパターンニング
して、ストレスマイグレーションの発生を防止し、配線
の断線をな（して高信頼化する製造方法を提案するもの
である。

［問題点を解決するための手段］ その問題は、チタンナイトライド（ＴｉＮ）膜を含む複
合配線層を形成し、前記チタンナイトラ・イド膜を塩素
系反応ガスを用いてプラズマエツチングする工程が含ま
れている半導体装置の製造方法によって解決される。

［作用］ 即ち、本発明はＴｉＮ膜を塩化ボロン（ＢＣｌ３　）　
。

四塩化シリコン（ＳｉＣ１４）　、塩素（Ｃ１２）など
の塩素系ガスによってプラズマエツチングする。そうす
れば、ＴｉＮ膜のエツチングが進んで、精度良くパター
ンニングされる。しかも、アルミニウム配線の場合はア
ルミニウムも同時にパターンニングできる。

［実施例］ 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明にかかる形成方法の工程
順断面図である。まず、第１図（ａ）に示すように、絶
縁膜３上に膜厚１μｍのアルミニウム膜ｌをスパッタ法
で被着し、その上に膜厚数百人のＴｉＮ膜２を同じくス
パッタ法で被着する。

次いで、第１図（ｂ）に示すように、その上にフォトプ
ロセスによってレジスト膜マスク４を形成して、アルミ
ニウム配線層形成部分を被覆する。次いで、同図（Ｃ）
に示すように、プラズマエツチング装置に装入し、露出
部分をプラズマエツチングする。反応ガスはＢＣｌ３　
　：５ｉＣ１４：Ｃ１２＝　１　：　２　：１の塩素系
ガスを用いてプラズマエツチングすると、図示のように
、ＴｉＮ膜２のエツチングが進行し、更に、アルミニウ
ム配線１のエツチングも同時に同一ガスでエツチングさ
れて、精度良くパターンニングされる。その際、エツチ
ング装置内にＢＣＩ’３　　：　５ｉＣ１４：　Ｃ１２
”　１　：　２　：　１の塩素系反応ガスを流入し、０
．０１Ｔｏｒｒないし０．２５Ｔｏｒｒの減圧度にして
、２００〜５００ワツトの電力を印加する。そうすると
、Ｔｉ０Ｎを含むＴｉＮ膜のエツチングが進み、更に、
よりアルミニウムもエツチングされて、ストレスマイグ
レーション防止用のアルミニウム配線が形成される。

第２図はそのプラズマエツチングするためのエツチング
装置を示しており、同図によりエツチング処理を更に詳
しく説明する。図中の１０はエツチングチャンバ、１１
は被エツチング基板、１２は電極。

１３は対向電極、１４は塩素系ガスの流入口、　１５は
排気口で、排気口１５はターボ、モレキュラ、水封。

ロークリ等の排気ポンプに繋がっている。電極１２は水
冷式で常温に絶えず冷却しており、電極１２と対向電極
１３の間に１３．５６ＭＨ２の高周波が印加される。

そうして、エソヂングチャンハ１０内にＢＣｌ３：５ｉ
Ｃ１４：Ｃ１２＝　１　：　２　：　１の塩素系反応ガ
スを流入し、０．０１Ｔｏｒｒないし０．２５Ｔｏｒｒ
の減圧度にして、図示のカソードカップリングによって
２００〜５００ワツトの電力を印加する。そうすると、
Ｔｉ０Ｎを含むＴｉＮ膜のエツチングが進み、且つ、同
様のエツチング処理によりアルミニウムもエツチングさ
れて、ストレスマイグレーション防止用のアルミニウム
配線が形成される。

上記例はアルミニウム配線の上にＴｉＮ膜を配置した例
であるが、アルミニウム配線の下にＴｉＮ膜を配置して
も同様にバクーンニングできる。第３図にその断面図を
示しており、絶縁膜３上にチタン（Ｔｉ）膜５を被着し
、その表面にＴｉＮ膜２を形成してアルミニウム膜１を
被着し、上記例と同様にして、これをパターンニングで
きる。且つ、下層にチタン膜およびＴｉＮ１１９を配置
したアルミニウム配線は、この膜をシリコン層とのハリ
ャメクルとして使用できる利点がある。

［発明の効果］ 上記の説明から明らかなように、本発明によればストレ
スマイグレーションが発生しない配線を形成することが
できて、ＩＣの信頼性向上に顕著に貢献するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる形成方法の工程順断面図、第２
図は本発明に関わりあるエツチング装置、第３図は本発
明によって形成される他の配線の断面図、 第４図は従来の問題点を示す図、 第５図（ａ）、　ｆｂ）は本発明を適用する配線例を示
す図である。 図において、 ■はアルミニウム配線またはアルミニウム膜、２はＴｉ
Ｎ膜、　　　　　　３は絶縁膜、４はレジスト膜マスク
、５はチタン膜、１０はエツチングチャンバ、 １１は被エツチング基板、 １２は電極、　　　　　　１３は対向電極、１４はガス
流入口、　　　１５は排気口を示している。 第１図 オ→そ１月１；闇めりｈ　Ｓ　Ｔ−・ｙ＋＞７〜嗅＝１
第２図 ４ミ定１月１ｊフ７　ｆＰ／八”コ４９忙偽配ま宸めよ
牛市ｌｚ第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. チタンナイトライド（ＴｉＮ）膜を含む複合配線層を形
   成し、前記チタンナイトライド膜を塩素系反応ガスを用
   いてプラズマエッチングする工程が含まれてなることを
   特徴とする半導体装置の製造方法。