JP3297776B2 - 配線の接続構造及びその製造方法 - Google Patents
配線の接続構造及びその製造方法Info
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D64/01—Manufacture or treatment
- H10D64/011—Manufacture or treatment of electrodes ohmically coupled to a semiconductor
- H10D64/0111—Manufacture or treatment of electrodes ohmically coupled to a semiconductor to Group IV semiconductors
- H10D64/0112—Manufacture or treatment of electrodes ohmically coupled to a semiconductor to Group IV semiconductors using conductive layers comprising silicides
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、配線の接続構造及びそ
の製造方法に関する。本発明は、特に、微細化・集積化
した半導体装置における配線の接続構造及びその製造方
法として好ましく用いることができる。
の製造方法に関する。本発明は、特に、微細化・集積化
した半導体装置における配線の接続構造及びその製造方
法として好ましく用いることができる。
【0002】
【従来の技術とその問題点】素子の微細化に伴い、配線
信頼性は厳しさを増している。特にトランジスタのシャ
ロージャンクション化に対して、電気的オーミックコン
タクトを得るために成膜する金属と下地半導体例えばS
iを界面反応させることでなじませ、良好な電気的接続
を得ることが行われている。しかし、この場合、反応を
進行させ過ぎると金属がシャロージャンクションを突き
抜け、接合リークを悪化させる。反面、反応が不十分で
あるとオーミック接合が得られず、不安定な電気特性と
なる問題を有する。
信頼性は厳しさを増している。特にトランジスタのシャ
ロージャンクション化に対して、電気的オーミックコン
タクトを得るために成膜する金属と下地半導体例えばS
iを界面反応させることでなじませ、良好な電気的接続
を得ることが行われている。しかし、この場合、反応を
進行させ過ぎると金属がシャロージャンクションを突き
抜け、接合リークを悪化させる。反面、反応が不十分で
あるとオーミック接合が得られず、不安定な電気特性と
なる問題を有する。
【0003】ここで、従来のMOSLSIプロセス例を
以下に示す。図7ないし図9を参照する。
以下に示す。図7ないし図9を参照する。
【0004】(a)基板1に素子分離構造2(LOCO
S)及びゲート配線(ゲート材4、ゲート絶縁膜41を
備え、側壁にLDD構造6a,6b形成用のサイドウォ
ール5a,5bを有する)、ソース/ドレイン領域3
a,3bを形成させることで、MOSトランジスタ(M
OSFET)を形成する(図7)。 (b)層間絶縁膜7の形成及び接続孔8の形成を行う
(図8)。 (c)接続孔8内にBlk−W(ブランケットタングス
テン)等で埋め込みを行って、埋め込みメタル配線9と
する。さらにその上にAl−Si等のAl系合金を成膜
しパターニングすることで、配線領域10を形成する
(図9)。(なお、9′,11は、それぞれ配線9,1
0の下地材料である)。
S)及びゲート配線(ゲート材4、ゲート絶縁膜41を
備え、側壁にLDD構造6a,6b形成用のサイドウォ
ール5a,5bを有する)、ソース/ドレイン領域3
a,3bを形成させることで、MOSトランジスタ(M
OSFET)を形成する(図7)。 (b)層間絶縁膜7の形成及び接続孔8の形成を行う
(図8)。 (c)接続孔8内にBlk−W(ブランケットタングス
テン)等で埋め込みを行って、埋め込みメタル配線9と
する。さらにその上にAl−Si等のAl系合金を成膜
しパターニングすることで、配線領域10を形成する
(図9)。(なお、9′,11は、それぞれ配線9,1
0の下地材料である)。
【0005】上記プロセス例により素子を形成させる
が、従来は配線10と基板1をなすSiとの接続は下地
層9′としてTiを用いてこの接続を行っており、Ti
の反応が不十分だとオーミック接合が得られず、Tiと
Siの反応が進み過ぎると接合リークが問題になる。
が、従来は配線10と基板1をなすSiとの接続は下地
層9′としてTiを用いてこの接続を行っており、Ti
の反応が不十分だとオーミック接合が得られず、Tiと
Siの反応が進み過ぎると接合リークが問題になる。
【0006】TiとSiの反応を制御する手法として、
従来はTi成膜後の熱処理が重要なパラメータとなる
が、成膜後の熱履歴は、実質その後のCVD酸化膜成膜
等を繰り返すことでプロセスが変更するとそのたびに熱
履歴も変わることになるもので、これにより結局、従来
プロセスでは、熱処理によるTiとSiとの反応の制御
は管理が行われていないのが現状である。これもTiと
Siの反応性の制御要因が熱処理条件のみであることが
問題であり、反応パラメータが曖昧であるところに一番
の問題を有すると考えられる。
従来はTi成膜後の熱処理が重要なパラメータとなる
が、成膜後の熱履歴は、実質その後のCVD酸化膜成膜
等を繰り返すことでプロセスが変更するとそのたびに熱
履歴も変わることになるもので、これにより結局、従来
プロセスでは、熱処理によるTiとSiとの反応の制御
は管理が行われていないのが現状である。これもTiと
Siの反応性の制御要因が熱処理条件のみであることが
問題であり、反応パラメータが曖昧であるところに一番
の問題を有すると考えられる。
【0007】
【発明の目的】本発明は上記従来技術の問題点を解決し
て、最終的に形成するシリサイド層の膜厚制御性を良好
にし、また、バリア性が高く、かつ上層配線の結晶配線
の良い構造の配線の接続構造及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。
て、最終的に形成するシリサイド層の膜厚制御性を良好
にし、また、バリア性が高く、かつ上層配線の結晶配線
の良い構造の配線の接続構造及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【目的を達成するための手段】本出願の請求項1の発明
は、配線層と半導体とを電気的に接続する配線の接続構
造において、配線層の側から、少なくともチタンナイト
ライド/チタン/チタンシリサイドの配線構造を備える
とともに、該チタンナイトライド及びチタンの結晶方位
が、同じく配線層の側からチタンナイトライド(20
0)/チタン(110)であることを特徴とする配線の
接続構造であって、これにより上記目的を達成するもの
である。
は、配線層と半導体とを電気的に接続する配線の接続構
造において、配線層の側から、少なくともチタンナイト
ライド/チタン/チタンシリサイドの配線構造を備える
とともに、該チタンナイトライド及びチタンの結晶方位
が、同じく配線層の側からチタンナイトライド(20
0)/チタン(110)であることを特徴とする配線の
接続構造であって、これにより上記目的を達成するもの
である。
【0009】本出願の請求項2の発明は、配線層と半導
体とを電気的に接続する配線の接続構造において、配線
層の側から、チタン/チタンナイトライド/チタン/チ
タン/チタンシリサイドの配線構造を備えるとともに、
該チタン及びチタンナイトライドの結晶方位が、同じく
配線層の側からチタン(002)/チタンナイトライド
(111)/チタン(002)/チタン(110)であ
ることを特徴とする配線の接続構造であって、これによ
り上記目的を達成するものである。
体とを電気的に接続する配線の接続構造において、配線
層の側から、チタン/チタンナイトライド/チタン/チ
タン/チタンシリサイドの配線構造を備えるとともに、
該チタン及びチタンナイトライドの結晶方位が、同じく
配線層の側からチタン(002)/チタンナイトライド
(111)/チタン(002)/チタン(110)であ
ることを特徴とする配線の接続構造であって、これによ
り上記目的を達成するものである。
【0010】本出願の請求項3の発明は、配線層と半導
体とを電気的に接続する配線の接続構造において、配線
層の側から、チタン/チタンナイトライド/チタンナイ
トライド/チタン/チタンシリサイドの配線構造を備え
るとともに、該チタン及びチタンナイトライドの結晶方
位が、同じく配線層の側から、チタン(002)/チタ
ンナイトライド(111)/チタンナイトライド(20
0)/チタン(110)であることを特徴とする配線の
接続構造であって、これにより上記目的を達成するもの
である。
体とを電気的に接続する配線の接続構造において、配線
層の側から、チタン/チタンナイトライド/チタンナイ
トライド/チタン/チタンシリサイドの配線構造を備え
るとともに、該チタン及びチタンナイトライドの結晶方
位が、同じく配線層の側から、チタン(002)/チタ
ンナイトライド(111)/チタンナイトライド(20
0)/チタン(110)であることを特徴とする配線の
接続構造であって、これにより上記目的を達成するもの
である。
【0011】本出願の請求項4の発明は、配線層と半導
体とを電気的に接続する配線の接続構造であって、配線
層の側からそれぞれ、チタンナイトライド(200)/
チタン(110)/チタンシリサイドの配線構造、また
はチタン(002)/チタンナイトライド(111)/
チタン(002)/チタン(110)/チタンシリサイ
ドの配線構造、またはチタン(002)/チタンナイト
ライド(111)/チタンナイトライド(200)/チ
タン(110)/チタンシリサイドの配線構造をとる配
線の接続構造をスパッタ法を用いて形成する製造方法で
あって、各層の成膜中にターゲット側のスパッタパワー
もしくは基板表面側のバイアスを急峻に変化させること
により結晶成長を制御することを特徴とする配線の接続
構造の製造方法であって、これにより上記目的を達成す
るものである。
体とを電気的に接続する配線の接続構造であって、配線
層の側からそれぞれ、チタンナイトライド(200)/
チタン(110)/チタンシリサイドの配線構造、また
はチタン(002)/チタンナイトライド(111)/
チタン(002)/チタン(110)/チタンシリサイ
ドの配線構造、またはチタン(002)/チタンナイト
ライド(111)/チタンナイトライド(200)/チ
タン(110)/チタンシリサイドの配線構造をとる配
線の接続構造をスパッタ法を用いて形成する製造方法で
あって、各層の成膜中にターゲット側のスパッタパワー
もしくは基板表面側のバイアスを急峻に変化させること
により結晶成長を制御することを特徴とする配線の接続
構造の製造方法であって、これにより上記目的を達成す
るものである。
【0012】本出願の請求項5の発明は、配線層と半導
体とを電気的に接続する配線の接続構造であって、配線
層の側からそれぞれ、チタンナイトライド(200)/
チタン(110)/チタンシリサイドの配線構造、また
はチタン(002)/チタンナイトライド(111)/
チタン(002)/チタン(110)/チタンシリサイ
ドの配線構造、またはチタン(002)/チタンナイト
ライド(111)/チタンナイトライド(200)/チ
タン(110)/チタンシリサイドの配線構造をとる配
線の接続構造をスパッタ法を用いて形成する製造方法で
あって、各層の成膜中にAr流量を急峻に変化させて成
膜することにより結晶成長を制御することを特徴とする
配線の接続構造の製造方法であって、これにより上記目
的を達成するものである。
体とを電気的に接続する配線の接続構造であって、配線
層の側からそれぞれ、チタンナイトライド(200)/
チタン(110)/チタンシリサイドの配線構造、また
はチタン(002)/チタンナイトライド(111)/
チタン(002)/チタン(110)/チタンシリサイ
ドの配線構造、またはチタン(002)/チタンナイト
ライド(111)/チタンナイトライド(200)/チ
タン(110)/チタンシリサイドの配線構造をとる配
線の接続構造をスパッタ法を用いて形成する製造方法で
あって、各層の成膜中にAr流量を急峻に変化させて成
膜することにより結晶成長を制御することを特徴とする
配線の接続構造の製造方法であって、これにより上記目
的を達成するものである。
【0013】本出願の請求項6の発明は、配線層はアル
ミニウムもしくはアルミニウム合金膜、もしくはW膜と
し、半導体はSiとしたことを特徴とする請求項4また
は5に記載の配線の接続構造の製造方法であって、これ
により上記目的を達成するものである。
ミニウムもしくはアルミニウム合金膜、もしくはW膜と
し、半導体はSiとしたことを特徴とする請求項4また
は5に記載の配線の接続構造の製造方法であって、これ
により上記目的を達成するものである。
【0014】本出願の請求項7の発明は、各金属膜を成
膜後、同一装置内で熱処理を加えることを特徴とする請
求項4ないし6のいずれかに記載の配線の接続構造の製
造方法であって、これにより上記目的を達成するもので
ある。
膜後、同一装置内で熱処理を加えることを特徴とする請
求項4ないし6のいずれかに記載の配線の接続構造の製
造方法であって、これにより上記目的を達成するもので
ある。
【0015】本発明は、問題点であった下地SiとTi
との反応を、その後の熱履歴が変化しても一定になるよ
うに制御できる接続構造を与えるものである。本発明
は、本発明者による以下の知見により完成されたもので
ある。
との反応を、その後の熱履歴が変化しても一定になるよ
うに制御できる接続構造を与えるものである。本発明
は、本発明者による以下の知見により完成されたもので
ある。
【0016】TiSi2 化反応には、形成するTiの結
晶配向に強く依存することがわかっている。形成するT
iが(002)配向の場合は、下地Siとの反応性が強
くなることが実験により確かめられている。
晶配向に強く依存することがわかっている。形成するT
iが(002)配向の場合は、下地Siとの反応性が強
くなることが実験により確かめられている。
【0017】そこで、本発明は、接続構造を反応性の強
いTi(002)と接続することで、形成するシリサイ
ドの膜厚も制御できるようにした。(Tiの配向性に対
するSiとの反応性については、‘93年春季、第40
回応用物理学会予稿集30a−ZY−1参照)。
いTi(002)と接続することで、形成するシリサイ
ドの膜厚も制御できるようにした。(Tiの配向性に対
するSiとの反応性については、‘93年春季、第40
回応用物理学会予稿集30a−ZY−1参照)。
【0018】また、Ti(002)配向制御法として、
スパッタパワーの変化、バイアススパッタ等の適用があ
る。これらのパワーをスパッタ中に連続的に変化させる
ことで各種コンタクト構造を得る製造方法である。図6
には、Al系材料であるAl(111)と配向しやすい
Ti,TiNの一覧を示す(1992 Symposi
um on VLSI Technology)。
スパッタパワーの変化、バイアススパッタ等の適用があ
る。これらのパワーをスパッタ中に連続的に変化させる
ことで各種コンタクト構造を得る製造方法である。図6
には、Al系材料であるAl(111)と配向しやすい
Ti,TiNの一覧を示す(1992 Symposi
um on VLSI Technology)。
【0019】
【作用】本発明によれば、TiとSiが接触している部
分で、シリサイド化反応が進行するが、その際、反応し
やすいTi結晶、反応しにくいTi結晶をその膜厚を制
御して形成しているので、最終的に形成するシリサイド
層の膜厚制御性が良くなる。
分で、シリサイド化反応が進行するが、その際、反応し
やすいTi結晶、反応しにくいTi結晶をその膜厚を制
御して形成しているので、最終的に形成するシリサイド
層の膜厚制御性が良くなる。
【0020】また、バリア性の高いTiN(200)と
Al(111)配向しやすいTiN(111)をそれぞ
れ目的別に形成するので、バリア性が高くかつ上層配線
の結晶配向のよい構造の配線を形成できる。
Al(111)配向しやすいTiN(111)をそれぞ
れ目的別に形成するので、バリア性が高くかつ上層配線
の結晶配向のよい構造の配線を形成できる。
【0021】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。但し当然のことではあるが、本発明は以下
の実施例により限定受けるものではない。
て説明する。但し当然のことではあるが、本発明は以下
の実施例により限定受けるものではない。
【0022】実施例1 本実施例に係る配線の接続構造は、図1に示すように、
配線層10と半導体1(ここではSi半導体基板)とを
電気的に接続する配線の接続構造であって、配線層10
の側から、少なくともチタンナイトライド(結晶方位
(200))15/チタン14(結晶方位(110))
/チタンシリサイド12の配線構造を備えるものであ
る。但し本実施例では特に、チタン(結晶方位(00
2))13をチタン14とチタンシリサイド12との間
に介在させて、TiN(200)15/Ti(110)
14/Ti(002)13/TiSi2 の構造とした。
シリサイド化を容易に進行させるためである。
配線層10と半導体1(ここではSi半導体基板)とを
電気的に接続する配線の接続構造であって、配線層10
の側から、少なくともチタンナイトライド(結晶方位
(200))15/チタン14(結晶方位(110))
/チタンシリサイド12の配線構造を備えるものであ
る。但し本実施例では特に、チタン(結晶方位(00
2))13をチタン14とチタンシリサイド12との間
に介在させて、TiN(200)15/Ti(110)
14/Ti(002)13/TiSi2 の構造とした。
シリサイド化を容易に進行させるためである。
【0023】即ち、本実施例においては、Tiの結晶性
を制御する方法として、デジタル的にスパッタパワーを
制御することで、シリサイド化を、例えば次のように行
うようにした。まず、20nm程度だけシリサイドを形
成させる程度のTi(002)結晶を10nm形成させ
る。さらに醸造にTi(110)結晶配向のTiを形成
させ、その上に配向しやすいTi(200)配向結晶を
形成させる。この上にBlk−W(ブランケットタング
ステン)を形成させたコンタクト構造を得ることで、安
定したコンタクト及び高バリア性を有する構造とする。
を制御する方法として、デジタル的にスパッタパワーを
制御することで、シリサイド化を、例えば次のように行
うようにした。まず、20nm程度だけシリサイドを形
成させる程度のTi(002)結晶を10nm形成させ
る。さらに醸造にTi(110)結晶配向のTiを形成
させ、その上に配向しやすいTi(200)配向結晶を
形成させる。この上にBlk−W(ブランケットタング
ステン)を形成させたコンタクト構造を得ることで、安
定したコンタクト及び高バリア性を有する構造とする。
【0024】以下に本実施例のプロセスを詳述する。図
2を参照する。 (a)素子分離領域2及びゲート材4及びゲート絶縁膜
41から成るゲート領域、さらにLDD構造6a,6
b、及びサイドウォール5a,5b形成後、ソース/ド
レインイオン注入を行い、ソース/ドレイン領域3a,
3bを備えたMOSトランジスタを形成する(図2
(a))。 (b)SiO2 層間膜7の成膜を下記条件により行う。 条件 ガス TEOS=50sccm 温度 720℃ 圧力 40Pa 膜厚 600nm
2を参照する。 (a)素子分離領域2及びゲート材4及びゲート絶縁膜
41から成るゲート領域、さらにLDD構造6a,6
b、及びサイドウォール5a,5b形成後、ソース/ド
レインイオン注入を行い、ソース/ドレイン領域3a,
3bを備えたMOSトランジスタを形成する(図2
(a))。 (b)SiO2 層間膜7の成膜を下記条件により行う。 条件 ガス TEOS=50sccm 温度 720℃ 圧力 40Pa 膜厚 600nm
【0025】次いでレジストパターニングを行い、下記
条件のエッチングにより、接続孔8を形成する(図2
(b))。 ドライエッチング条件 ガスC4 F8 =50sccm RFパワー 1200W 圧力 2Pa (c)配線材料を形成させる。ここでは、接続孔8内の
埋め込みは、埋め込み材9としてブランケットWを用い
て形成するが、まず、W密着層であるTiN/Tiを形
成させる。本実施例では、次のように、結晶方位が(0
02)であるTiを成膜し、次に結晶方位が(011)
であるTiを成膜し、更に結晶方位が(200)である
TiNを成膜する。
条件のエッチングにより、接続孔8を形成する(図2
(b))。 ドライエッチング条件 ガスC4 F8 =50sccm RFパワー 1200W 圧力 2Pa (c)配線材料を形成させる。ここでは、接続孔8内の
埋め込みは、埋め込み材9としてブランケットWを用い
て形成するが、まず、W密着層であるTiN/Tiを形
成させる。本実施例では、次のように、結晶方位が(0
02)であるTiを成膜し、次に結晶方位が(011)
であるTiを成膜し、更に結晶方位が(200)である
TiNを成膜する。
【0026】まず、下記条件でTi(002)13を形
成する。 条件 Ti形成条件 パワー 8kW 成膜温度 150℃ Ar 100sccm 膜厚 10nm 圧力 0.47Pa 上記により、Ti(002)配向結晶13を形成する。
成する。 条件 Ti形成条件 パワー 8kW 成膜温度 150℃ Ar 100sccm 膜厚 10nm 圧力 0.47Pa 上記により、Ti(002)配向結晶13を形成する。
【0027】更に連続してTi成膜パワーのみを2kW
に変化させて、Ti(011)14を膜厚20nm形成
させる。
に変化させて、Ti(011)14を膜厚20nm形成
させる。
【0028】更に、下記条件でTiN(200)15を
形成させる。 TiN形成条件 パワー 5kW ガス Ar/N2 =40/70sccm 圧力 0.47Pa 膜厚 70nm
形成させる。 TiN形成条件 パワー 5kW ガス Ar/N2 =40/70sccm 圧力 0.47Pa 膜厚 70nm
【0029】熱処理を450℃、60秒間、N2 雰囲気
中で実施する。
中で実施する。
【0030】次に、下記条件で埋め込み材9であるWを
形成する。 W形成条件 ガス Ar/N2 /H2 /WF6 =2200/300/500/75sccm 温度 450℃ 圧力 10640Pa 膜厚 400nm 上記によって、図2(c)の構造を得る。
形成する。 W形成条件 ガス Ar/N2 /H2 /WF6 =2200/300/500/75sccm 温度 450℃ 圧力 10640Pa 膜厚 400nm 上記によって、図2(c)の構造を得る。
【0031】(d)次に、Al/Tiの配線を形成させ
る。まず、バリア層11としてTiを下記条件で成膜す
る。 Ti成膜条件例 パワー 4kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 30nm 圧力 0.47Pa
る。まず、バリア層11としてTiを下記条件で成膜す
る。 Ti成膜条件例 パワー 4kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 30nm 圧力 0.47Pa
【0032】さらに上層配線層10として、下記条件で
Alを成膜する。 Al成膜条件例 パワー 22.5kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=50sccm 膜厚 0.5μm 圧力 0.47Pa
Alを成膜する。 Al成膜条件例 パワー 22.5kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=50sccm 膜厚 0.5μm 圧力 0.47Pa
【0033】その後、レジストパターニング及び下記条
件のドライエッチングで、Al/Ti配線層を形成させ
る。 条件 ガス BCl3 /Cl2 =60/90s
ccm マイクロ波パワー 1000W RFパワー 50W 圧力 0.016Pa これによって、図1の配線の接続構造を得た。
件のドライエッチングで、Al/Ti配線層を形成させ
る。 条件 ガス BCl3 /Cl2 =60/90s
ccm マイクロ波パワー 1000W RFパワー 50W 圧力 0.016Pa これによって、図1の配線の接続構造を得た。
【0034】本実施例によれば、次の効果が得られる。 TiとSiが接触している部分で、シリサイド化反応
が進行するが、その際、反応しやすいTi結晶、反応し
にくTi結晶をその膜厚を制御して形成しているので、
最終的に形成するシリサイド層の膜厚制御性がよくな
る。 バリア性の高いTiN(200)とAl(111)配
向しやすいTiN(111)をそれぞれ目的別に形成す
るので、バリア性が高くかつ上層配線の結晶配向のよい
構造の配線を形成できる。
が進行するが、その際、反応しやすいTi結晶、反応し
にくTi結晶をその膜厚を制御して形成しているので、
最終的に形成するシリサイド層の膜厚制御性がよくな
る。 バリア性の高いTiN(200)とAl(111)配
向しやすいTiN(111)をそれぞれ目的別に形成す
るので、バリア性が高くかつ上層配線の結晶配向のよい
構造の配線を形成できる。
【0035】実施例2 本実施例には実施例1の変形例であり、本例の配線の接
続構造は、図3に示すように、配線層10と半導体1
(ここではSi半導体基板)とを電気的に接続する配線
の接続構造であって、配線層10の側から、チタンナイ
トライド(結晶方位(200))15/チタン14(結
晶方位(110))/チタンシリサイド12の配線構造
を備える。即ちこの実施例では、実施例1と異なり、特
にチタン(結晶方位(002))13をチタン14とチ
タンシリサイド12との間に介在させることなく、Ti
N(200)15/Ti(110)14/TiSi2 の
構造としたものである。
続構造は、図3に示すように、配線層10と半導体1
(ここではSi半導体基板)とを電気的に接続する配線
の接続構造であって、配線層10の側から、チタンナイ
トライド(結晶方位(200))15/チタン14(結
晶方位(110))/チタンシリサイド12の配線構造
を備える。即ちこの実施例では、実施例1と異なり、特
にチタン(結晶方位(002))13をチタン14とチ
タンシリサイド12との間に介在させることなく、Ti
N(200)15/Ti(110)14/TiSi2 の
構造としたものである。
【0036】本実施例は、実施例1と同様の効果を有す
る。また本実施例の配線の接続構造の形成は、実施例1
に準じて行うことができる。
る。また本実施例の配線の接続構造の形成は、実施例1
に準じて行うことができる。
【0037】実施例3 この実施例は、Al配線を半導体の拡散領域と直接接続
するためのコンタクト構造に本発明を適用した例であ
る。図4を参照する。
するためのコンタクト構造に本発明を適用した例であ
る。図4を参照する。
【0038】本実施例では、反応が進行しにくいTi
(110)配向を形成させる。その後連続的にTi(0
02)配向の結晶を形成させ、Ti(002)配向上に
配向しやすいTiN(111)配向結晶のバリアメタル
を形成させる。その後Ti(002)配向結晶を形成さ
せることで、その上に形成させるAlは(111)配向
結晶となり、Alの表面荒れも発生せず、かつエレクト
ロマイグレーション耐性に優れたAl配線膜を形成する
ことができる。
(110)配向を形成させる。その後連続的にTi(0
02)配向の結晶を形成させ、Ti(002)配向上に
配向しやすいTiN(111)配向結晶のバリアメタル
を形成させる。その後Ti(002)配向結晶を形成さ
せることで、その上に形成させるAlは(111)配向
結晶となり、Alの表面荒れも発生せず、かつエレクト
ロマイグレーション耐性に優れたAl配線膜を形成する
ことができる。
【0039】この場合の熱処理は、Ti(110)が反
応しきれない程度の熱処理を加えるものとした。
応しきれない程度の熱処理を加えるものとした。
【0040】以下本実施例について詳述する。本実施例
の配線の接続構造は、図4(b)に示すように、配線層
と半導体とを電気的に接続する配線の接続構造におい
て、配線層10の側から、チタン/チタンナイトライド
/チタン/チタン/チタンシリサイドの配線構造を備え
るとともに、該チタン及びチタンナイトライドの結晶方
位が、同じく配線層の側からチタン(002)13a/
チタンナイトライド(111)15a/チタン(00
2)13b/チタン(110)14である構造をとるも
のである。符号12でチタンシリサイドを示す。
の配線の接続構造は、図4(b)に示すように、配線層
と半導体とを電気的に接続する配線の接続構造におい
て、配線層10の側から、チタン/チタンナイトライド
/チタン/チタン/チタンシリサイドの配線構造を備え
るとともに、該チタン及びチタンナイトライドの結晶方
位が、同じく配線層の側からチタン(002)13a/
チタンナイトライド(111)15a/チタン(00
2)13b/チタン(110)14である構造をとるも
のである。符号12でチタンシリサイドを示す。
【0041】本実施例の工程においては、前記説明した
実施例1の(a)(b)の工程を実施例1におけると同
様に行った後、工程(c)以降を次にように変更した。
実施例1の(a)(b)の工程を実施例1におけると同
様に行った後、工程(c)以降を次にように変更した。
【0042】配線材料を、以下のように形成させた。即
ち本実施例では、次のようにしTi(110)14及び
Ti(002)13bを順次形成した。 条件 Ti(110)形成条件 パワー 2kW 成膜温度 400℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 20nm 圧力 0.47Pa
ち本実施例では、次のようにしTi(110)14及び
Ti(002)13bを順次形成した。 条件 Ti(110)形成条件 パワー 2kW 成膜温度 400℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 20nm 圧力 0.47Pa
【0043】これでTi(110)配向結晶14を形成
する。この場合TiとSi界面を反応させ、TiSi2
12を界面部のみに形成させる。
する。この場合TiとSi界面を反応させ、TiSi2
12を界面部のみに形成させる。
【0044】更に連続して、Ti成膜パワーのみを8k
Wに変化させて、Ti(002)配向結晶13bを膜厚
10nm形成させる。成膜温度は界面反応が進行しない
ように150℃で行う。
Wに変化させて、Ti(002)配向結晶13bを膜厚
10nm形成させる。成膜温度は界面反応が進行しない
ように150℃で行う。
【0045】更に、(111)15aを形成させる。 TiN形成条件 パワー 5kW ガス Ar/N2 =40/70sccm 圧力 0.47Pa 膜厚 100nm 以上により(111)配向のTiN15aを形成する。
【0046】更にTi(002)13aを、以下の条件
で形成する。これにより図4(a)の構造とする。 条件 Ti形成条件 パワー 4kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 30nm 圧力 0.47Pa
で形成する。これにより図4(a)の構造とする。 条件 Ti形成条件 パワー 4kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 30nm 圧力 0.47Pa
【0047】(d)次にAl配線を形成する。まず下記
条件でAlを成膜する。 条件 Al成膜条件例 パワー 22.5kW 成膜温度 400℃ ガス Ar=50sccm 膜厚 0.24μm 圧力 0.47Pa
条件でAlを成膜する。 条件 Al成膜条件例 パワー 22.5kW 成膜温度 400℃ ガス Ar=50sccm 膜厚 0.24μm 圧力 0.47Pa
【0048】その後、レジストパターニング及び下記条
件のドライエッチングで、Al膜及びTi系積層膜をパ
ターニングしてAl/Ti配線層を形成させる。 条件 ガス BCl3 /Cl2 =60/90sc
cm マイクロ波パワー 1000W RFパワー 50W 圧力 0.016Pa
件のドライエッチングで、Al膜及びTi系積層膜をパ
ターニングしてAl/Ti配線層を形成させる。 条件 ガス BCl3 /Cl2 =60/90sc
cm マイクロ波パワー 1000W RFパワー 50W 圧力 0.016Pa
【0049】以上で、図4(b)に示す配線の接続構造
を得た。本実施例も、上記各実施例と同様の作用効果を
奏することができる。
を得た。本実施例も、上記各実施例と同様の作用効果を
奏することができる。
【0050】実施例4 この実施例では、実施例3のバリア性を更に高めた構造
を提供する。Ti(110)上にバリア性の高いTiN
(200)配向結晶を形成させ、連続してTiN(11
1)配向結晶を形成させ、Ti(002)配向を形成さ
せた構造とすることで、その上のAlとして(111)
配向の信頼性の高いAl膜を形成することができる。
を提供する。Ti(110)上にバリア性の高いTiN
(200)配向結晶を形成させ、連続してTiN(11
1)配向結晶を形成させ、Ti(002)配向を形成さ
せた構造とすることで、その上のAlとして(111)
配向の信頼性の高いAl膜を形成することができる。
【0051】本実施例の配線の接続構造は、図5(b)
に示すように、配線層と半導体とを電気的に接続する配
線の接続構造において、配線層の側から、チタン/チタ
ンナイトライド/チタンナイトライド/チタン/チタン
シリサイドの配線構造を備えるとともに、該チタン及び
チタンナイトライドの結晶方位が、同じく配線層の側か
ら、チタン(002)13a/チタンナイトライド(1
11)15a/チタンナイトライド(200)15/チ
タン(110)14である構造をとるものである。符号
12でチタンシリサイドを示す。
に示すように、配線層と半導体とを電気的に接続する配
線の接続構造において、配線層の側から、チタン/チタ
ンナイトライド/チタンナイトライド/チタン/チタン
シリサイドの配線構造を備えるとともに、該チタン及び
チタンナイトライドの結晶方位が、同じく配線層の側か
ら、チタン(002)13a/チタンナイトライド(1
11)15a/チタンナイトライド(200)15/チ
タン(110)14である構造をとるものである。符号
12でチタンシリサイドを示す。
【0052】本実施例の工程は、実施例3の工程(c)
の部分の条件変更となる。即ち、本実施例では次の工程
(c)を行う。 (c)配線材料を形成させる。 条件 Ti形成条件 パワー 2kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 20nm 圧力 0.47Pa これでTi(110)の配向結晶14を形成する。
の部分の条件変更となる。即ち、本実施例では次の工程
(c)を行う。 (c)配線材料を形成させる。 条件 Ti形成条件 パワー 2kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 20nm 圧力 0.47Pa これでTi(110)の配向結晶14を形成する。
【0053】更に、TiN(200)15を形成させ
る。 TiN形成条件 パワー 5kW ガス Ar/N2 =40/70sccm 圧力 0.47Pa 膜厚 50nm
る。 TiN形成条件 パワー 5kW ガス Ar/N2 =40/70sccm 圧力 0.47Pa 膜厚 50nm
【0054】以上により、Ti(110)14に配向し
やすい、バリア性の高いTiN(200)配向結晶15
を形成させる。
やすい、バリア性の高いTiN(200)配向結晶15
を形成させる。
【0055】更に連続的に、例えば下記条件でTiN
(111)配向結晶15aを上記TiN(200)15
上に形成させる。 条件例 パワー 5kW ガス Ar/N2 =40/70sccm 圧力 0.47Pa 膜厚 50nm 基板バイアス 100W
(111)配向結晶15aを上記TiN(200)15
上に形成させる。 条件例 パワー 5kW ガス Ar/N2 =40/70sccm 圧力 0.47Pa 膜厚 50nm 基板バイアス 100W
【0056】更にTi(002)13aを形成する。以
上により図5(a)の構造とする。 条件 Ti形成条件 パワー 4kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 30nm 圧力 0.47Pa
上により図5(a)の構造とする。 条件 Ti形成条件 パワー 4kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 30nm 圧力 0.47Pa
【0057】(d)更に続けてAl配線を形成する。ま
ず下記条件でAlを成膜する。 Al成膜条件例 パワー 22.5kW 成膜温度 500℃ ガス Ar=50sccm 膜厚 0.24μm 圧力 0.47Pa
ず下記条件でAlを成膜する。 Al成膜条件例 パワー 22.5kW 成膜温度 500℃ ガス Ar=50sccm 膜厚 0.24μm 圧力 0.47Pa
【0058】その後、レジストパターニング及び下記条
件のドライエッチングでAl膜及びTi系積層膜をパタ
ーニングしてAl/Ti配線層を形成させる。 条件 ガス BCl3 /Cl2 =60/90sc
cm マイクロ波パワー 1000W RFパワー 50W 圧力 0.016Pa
件のドライエッチングでAl膜及びTi系積層膜をパタ
ーニングしてAl/Ti配線層を形成させる。 条件 ガス BCl3 /Cl2 =60/90sc
cm マイクロ波パワー 1000W RFパワー 50W 圧力 0.016Pa
【0059】以上により、図5(b)に示す配線の接続
構造を得た。この実施例も、上記各実施例と同様の効果
を発揮できた。
構造を得た。この実施例も、上記各実施例と同様の効果
を発揮できた。
【0060】なお本発明は、上記具体的に説明した実施
例に限定されるものでなく、その目的が達成できるなら
他の手段を用いても構わない。例えば、成膜法は、スパ
ッタ以外のCVDを用いた場合でも適用できる。また、
プロセス例もMOSデバイス以外の他のデバイス(バイ
ポーラトランジスタ、CCD等)にも適用できる。ま
た、Cu、Ag等のAl以外の配線材料にも適用でき
る。
例に限定されるものでなく、その目的が達成できるなら
他の手段を用いても構わない。例えば、成膜法は、スパ
ッタ以外のCVDを用いた場合でも適用できる。また、
プロセス例もMOSデバイス以外の他のデバイス(バイ
ポーラトランジスタ、CCD等)にも適用できる。ま
た、Cu、Ag等のAl以外の配線材料にも適用でき
る。
【0061】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、チタ
ン系積層膜を有する配線構造について、最終的に形成す
るシリサイド層の膜厚制御性を良好にし、また、バリア
性が高く、かつ上層配線の結晶配線の良い構造の配線の
接続構造を提供することができ、またその製造方法を提
供することができた。
ン系積層膜を有する配線構造について、最終的に形成す
るシリサイド層の膜厚制御性を良好にし、また、バリア
性が高く、かつ上層配線の結晶配線の良い構造の配線の
接続構造を提供することができ、またその製造方法を提
供することができた。
【図1】実施例1の配線の接続構造を示す断面図であ
る。
る。
【図2】実施例1の工程を示す図である。
【図3】実施例2の配線の接続構造を示す断面図であ
る。
る。
【図4】実施例3の工程を示す図である。
【図5】実施例4の工程を示す図である。
【図6】配線材料であるAl(111)と配向しやすい
Ti,TiNの一覧である。
Ti,TiNの一覧である。
【図7】従来技術を示す図である(1)。
【図8】従来技術を示す図である(2)。
【図9】従来技術を示す図である(3)。
【符号の説明】 1 半導体(Si基板) 2 層間絶縁膜 3 接続孔 10 配線層(Al系配線) 12 チタンシリサイド 13 チタン(002) 14 チタン(110) 15 チタンナイトライド(200)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−29255(JP,A) 特開 平2−119129(JP,A) 特開 平7−45553(JP,A) 特開 平7−176615(JP,A) 特開 平6−268083(JP,A) 特開 平4−256313(JP,A) 特開 平6−260445(JP,A) 特開 平5−190493(JP,A) 特開 平7−201779(JP,A) 特開 平6−196482(JP,A) 特開 平6−204170(JP,A) 特開 平6−283606(JP,A) 特開 平6−283532(JP,A) 特開 平7−276387(JP,A) 特開 平7−41949(JP,A) 特開 平5−190542(JP,A) 特開 平4−229626(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/43 H01L 21/3205 H01L 21/768
Claims (7)
- 【請求項1】配線層と半導体とを電気的に接続する配線
の接続構造において、 配線層の側から、少なくともチタンナイトライド/チタ
ン/チタンシリサイドの配線構造を備えるとともに、 該チタンナイトライド及びチタンの結晶方位が、同じく
配線層の側からチタンナイトライド(200)/チタン
(110)であることを特徴とする配線の接続構造。 - 【請求項2】配線層と半導体とを電気的に接続する配線
の接続構造において、 配線層の側から、チタン/チタンナイトライド/チタン
/チタン/チタンシリサイドの配線構造を備えるととも
に、 該チタン及びチタンナイトライドの結晶方位が、同じく
配線層の側からチタン(002)/チタンナイトライド
(111)/チタン(002)/チタン(110)であ
ることを特徴とする配線の接続構造。 - 【請求項3】配線層と半導体とを電気的に接続する配線
の接続構造において、 配線層の側から、チタン/チタンナイトライド/チタン
ナイトライド/チタン/チタンシリサイドの配線構造を
備えるとともに、 該チタン及びチタンナイトライドの結晶方位が、同じく
配線層の側から、チタン(002)/チタンナイトライ
ド(111)/チタンナイトライド(200)/チタン
(110)であることを特徴とする配線の接続構造。 - 【請求項4】配線層と半導体とを電気的に接続する配線
の接続構造であって、配線層の側からそれぞれ、チタン
ナイトライド(200)/チタン(110)/チタンシ
リサイドの配線構造、またはチタン(002)/チタン
ナイトライド(111)/チタン(002)/チタン
(110)/チタンシリサイドの配線構造、またはチタ
ン(002)/チタンナイトライド(111)/チタン
ナイトライド(200)/チタン(110)/チタンシ
リサイドの配線構造をとる配線の接続構造をスパッタ法
を用いて形成する製造方法であって、 各層の成膜中にターゲット側のスパッタパワーもしくは
基板表面側のバイアスを急峻に変化させることにより結
晶成長を制御することを特徴とする配線の接続構造の製
造方法。 - 【請求項5】配線層と半導体とを電気的に接続する配線
の接続構造であって、配線層の側からそれぞれ、チタン
ナイトライド(200)/チタン(110)/チタンシ
リサイドの配線構造、またはチタン(002)/チタン
ナイトライド(111)/チタン(002)/チタン
(110)/チタンシリサイドの配線構造、またはチタ
ン(002)/チタンナイトライド(111)/チタン
ナイトライド(200)/チタン(110)/チタンシ
リサイドの配線構造をとる配線の接続構造をスパッタ法
を用いて形成する製造方法であって、 各層の成膜中にAr流量を急峻に変化させて成膜するこ
とにより結晶成長を制御することを特徴とする配線の接
続構造の製造方法。 - 【請求項6】配線層はアルミニウムもしくはアルミニウ
ム合金膜、もしくはW膜とし、半導体はSiとしたこと
を特徴とする請求項4または5に記載の配線の接続構造
の製造方法。 - 【請求項7】各金属膜を成膜後、同一装置内で熱処理を
加えることを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに
記載の配線の接続構造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08657794A JP3297776B2 (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 配線の接続構造及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08657794A JP3297776B2 (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 配線の接続構造及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07297380A JPH07297380A (ja) | 1995-11-10 |
| JP3297776B2 true JP3297776B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=13890869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08657794A Expired - Fee Related JP3297776B2 (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 配線の接続構造及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3297776B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11186190A (ja) * | 1997-12-25 | 1999-07-09 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP2011176372A (ja) * | 2011-06-09 | 2011-09-08 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-04-25 JP JP08657794A patent/JP3297776B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH07297380A (ja) | 1995-11-10 |
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