JPH03136326A - 半導体装置の製造方法およびその製造装置 - Google Patents
半導体装置の製造方法およびその製造装置Info
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- JPH03136326A JPH03136326A JP27542089A JP27542089A JPH03136326A JP H03136326 A JPH03136326 A JP H03136326A JP 27542089 A JP27542089 A JP 27542089A JP 27542089 A JP27542089 A JP 27542089A JP H03136326 A JPH03136326 A JP H03136326A
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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、半導体装置の製造方法およびその製造装置
に関するものである。
に関するものである。
第５図は半導体装置の多層配線構造の概要釜示す断面図
であり、この図において、２１はシリコン基板、２２＆
、２２ｂは配線間あるいは配線・基板間に設けられた絶
縁層、２３は１層目の配線をなす多結晶Ｓｉ配線、２４
は上層の配線をなすＡｊＳｉ配線、２５はこのＡＪＳｉ
配線２４の直下に形成されたＴｉＮ層である。
であり、この図において、２１はシリコン基板、２２＆
、２２ｂは配線間あるいは配線・基板間に設けられた絶
縁層、２３は１層目の配線をなす多結晶Ｓｉ配線、２４
は上層の配線をなすＡｊＳｉ配線、２５はこのＡＪＳｉ
配線２４の直下に形成されたＴｉＮ層である。
多結晶Ｓｉ配ＩＩ ２３ トＡ Ｉ Ｓ ｉ配置 ２４
ハ：ｌ ンタクトホール３０を介して接続されるが、
このコンタクトホール３０の直径が１μｍ以下である場
合は、多結晶Ｓｉ配線２３とＡｊＳｉ配線２４とが直接
に接すると、後工程の熱処理によってＡｌ５ｉｉ！ｉｉ
ｌ！線２４中のＳｉが多結晶Ｓｉ配線２３との界面に析
出してコンタクト抵抗を高くする。これを防ぐために、
多結晶Ｓ１配線２３とＡ＃Ｓｉ配線２４との間に、バリ
アメタルと呼ばれるＴｉＮ層２５を形成する。
ハ：ｌ ンタクトホール３０を介して接続されるが、
このコンタクトホール３０の直径が１μｍ以下である場
合は、多結晶Ｓｉ配線２３とＡｊＳｉ配線２４とが直接
に接すると、後工程の熱処理によってＡｌ５ｉｉ！ｉｉ
ｌ！線２４中のＳｉが多結晶Ｓｉ配線２３との界面に析
出してコンタクト抵抗を高くする。これを防ぐために、
多結晶Ｓ１配線２３とＡ＃Ｓｉ配線２４との間に、バリ
アメタルと呼ばれるＴｉＮ層２５を形成する。
このパリ・アメタルとして、第５図のように、ＴｉＮ層
２５を用いる場合、まず、半導体ウェハ１の絶縁層２２
ａにコンタクトホール３０を形成した後、第６図（ａ）
のように、表面にスパッタ法によりＴｉ層２６を１００
０人厚に形成する。
２５を用いる場合、まず、半導体ウェハ１の絶縁層２２
ａにコンタクトホール３０を形成した後、第６図（ａ）
のように、表面にスパッタ法によりＴｉ層２６を１００
０人厚に形成する。
この後、第４図に示す従来の半導体装置の製造装置のウ
ェハ支持治具２にこの半導体ウエノ）１を乗せ、反応室
３に収容して常圧のＮ２ガス雰囲気中で加熱ランプ１２
により６００〜８００℃に加熱することにより、第６図
（ｂ）のように、Ｔ１が窒化されＴｉＮとなり、約７５
０六厚のＴｉＮ層２５が形成される。このＴｉＮ層２５
を形成するとき、多結晶Ｓｉ配線２３とＴｉ層２６が反
応して約１０００大厚のＴｉＳｉ層２７上２７されろ。
ェハ支持治具２にこの半導体ウエノ）１を乗せ、反応室
３に収容して常圧のＮ２ガス雰囲気中で加熱ランプ１２
により６００〜８００℃に加熱することにより、第６図
（ｂ）のように、Ｔ１が窒化されＴｉＮとなり、約７５
０六厚のＴｉＮ層２５が形成される。このＴｉＮ層２５
を形成するとき、多結晶Ｓｉ配線２３とＴｉ層２６が反
応して約１０００大厚のＴｉＳｉ層２７上２７されろ。
この時、多結晶Ｓｉ配線２３が薄い場合には第６図（ｅ
）のように、ＴｉＳｉ層２７上２７晶Ｓ１配綿２３が薄
くなり、最初の多結晶Ｓ１配線２３が薄い場合にはＴ
ｉ Ｓ ｉ層２７にＳＮが移動して空隙２８が形成され
、このため断線を引き起こす。
）のように、ＴｉＳｉ層２７上２７晶Ｓ１配綿２３が薄
くなり、最初の多結晶Ｓ１配線２３が薄い場合にはＴ
ｉ Ｓ ｉ層２７にＳＮが移動して空隙２８が形成され
、このため断線を引き起こす。
ＴｉＮ層２５の上にはＡｊＳｉ配線２４がスパック法に
より形成され（第５図） その後、写真製版技術により
配線を形成する。なお、第４図の５は前記反応室３の開
閉蓋、７は前記反応室３内にＮ２ガスを供給する流量制
御手段である。
より形成され（第５図） その後、写真製版技術により
配線を形成する。なお、第４図の５は前記反応室３の開
閉蓋、７は前記反応室３内にＮ２ガスを供給する流量制
御手段である。
従来のＴｉＮ層２５は、以上のように形成されているた
め、１１層２６を窒化処理してＴｉＮ層２５を形成する
とき、第６図（ｂ）のように多結晶Ｓ１配線２３とＴｉ
層２６が反応して、約１０００大厚のＴｉＳｉ層２７上
２７され、多結晶ＳｉＩ！ｉｉｌ！綿２３がコンククト
部３１で薄くなり、最初の多結晶Ｓｉ配綿２３が薄かっ
た場合は、第６図（Ｃ）のように、ＴｉＳｉ層２７上２
７晶Ｓｉ配線２３からＳｉが移動して、空隙２８ができ
て断線してしまう。また、Ｔｉ層２６の大半が１１８１
層２７となり、Ｔｉ層２６の１７５程度しかＴｉＮ層２
５にならないなどの問題点があった。
め、１１層２６を窒化処理してＴｉＮ層２５を形成する
とき、第６図（ｂ）のように多結晶Ｓ１配線２３とＴｉ
層２６が反応して、約１０００大厚のＴｉＳｉ層２７上
２７され、多結晶ＳｉＩ！ｉｉｌ！綿２３がコンククト
部３１で薄くなり、最初の多結晶Ｓｉ配綿２３が薄かっ
た場合は、第６図（Ｃ）のように、ＴｉＳｉ層２７上２
７晶Ｓｉ配線２３からＳｉが移動して、空隙２８ができ
て断線してしまう。また、Ｔｉ層２６の大半が１１８１
層２７となり、Ｔｉ層２６の１７５程度しかＴｉＮ層２
５にならないなどの問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、窒化処理を短時間で行い、所望の膜厚のバ
リアメタルを形成するようにした半導体装置の製造方法
およびその製造装置を得ることを目的とする。
れたもので、窒化処理を短時間で行い、所望の膜厚のバ
リアメタルを形成するようにした半導体装置の製造方法
およびその製造装置を得ることを目的とする。
この発明に係る請求項（１）に記載の半導体装置の製造
方法は、窒化処理を１気圧よりも高い圧力のＮ２ガス雰
囲気中で行うものである。
方法は、窒化処理を１気圧よりも高い圧力のＮ２ガス雰
囲気中で行うものである。
また、この発明に係る請求項（２）に記載の半導体装置
の製造装置は、半導体ウェハを密封収容する反応室と、
この反応室を加熱し、内部の半導体ウェハを加熱処理す
る加熱手段と、反応室のＮ２ガス圧力を１気圧よりも高
い圧力に調整する圧力調整手段とを備えたものである。
の製造装置は、半導体ウェハを密封収容する反応室と、
この反応室を加熱し、内部の半導体ウェハを加熱処理す
る加熱手段と、反応室のＮ２ガス圧力を１気圧よりも高
い圧力に調整する圧力調整手段とを備えたものである。
請求項（１）に記載の発明においては、１気圧よりも高
い圧力のＮ２ガス雰囲気で窒化処理することにより、窒
化速度が速くなる。
い圧力のＮ２ガス雰囲気で窒化処理することにより、窒
化速度が速くなる。
また、請求項（２）に記載の発明においては、反応室内
を常に所望の１気圧以上に保持した状態で窒化処理され
る。
を常に所望の１気圧以上に保持した状態で窒化処理され
る。
以下、この発明の一実施例を図面について説明する。
第１図はこの発明の半導体装置の製造装置の一実施例を
示す概略構成図で、１は半導体ウェハ、２はこの半導体
ウェハ１を乗せるウェハ支持治具、３は石英で作られた
反応室、４は金属で作られた背面蓋、５は前記ウェハ支
持治具２と一体に固定された開閉蓋、６は前記反応室３
へ供給するＮ２ガスを昇圧あるいは減圧する供給圧力調
整手段、７は前記反応室３へ供給するＮ２ガスの流量を
制御する供給流量制御手段、８は前記反応室３の内部圧
力を計測する圧力計、９は開閉度を変えられる圧力調整
手段、１０は前記反応室３の内部が所望の圧力になるよ
うに前記圧力計８の出力により圧力調整手段９の開閉度
を調整する圧力制御手段、１１は前記反応室３の内部を
１気圧以上の圧力に保つためのシール材、１２は前記反
応室３の壁を通して半導体ウェハ１を加熱する加熱ラン
プである。
示す概略構成図で、１は半導体ウェハ、２はこの半導体
ウェハ１を乗せるウェハ支持治具、３は石英で作られた
反応室、４は金属で作られた背面蓋、５は前記ウェハ支
持治具２と一体に固定された開閉蓋、６は前記反応室３
へ供給するＮ２ガスを昇圧あるいは減圧する供給圧力調
整手段、７は前記反応室３へ供給するＮ２ガスの流量を
制御する供給流量制御手段、８は前記反応室３の内部圧
力を計測する圧力計、９は開閉度を変えられる圧力調整
手段、１０は前記反応室３の内部が所望の圧力になるよ
うに前記圧力計８の出力により圧力調整手段９の開閉度
を調整する圧力制御手段、１１は前記反応室３の内部を
１気圧以上の圧力に保つためのシール材、１２は前記反
応室３の壁を通して半導体ウェハ１を加熱する加熱ラン
プである。
次に、この製造装置を用いた半導体装置の製造方法につ
いて説明する。なお、工程の概略としては従来例と変わ
りがないので、再び第４図、第５図を参照して説明する
ことにする。
いて説明する。なお、工程の概略としては従来例と変わ
りがないので、再び第４図、第５図を参照して説明する
ことにする。
第５図において、絶縁層２２ａにコンタクトのためのコ
ンタクトホール３ｏを開けた後、第６図（ａ）のように
１１層２６をスパッタなどにより形成する。その後、第
１図に示すこの発明の半導体装置の製造装置により１１
層２６を窒化処理する。
ンタクトホール３ｏを開けた後、第６図（ａ）のように
１１層２６をスパッタなどにより形成する。その後、第
１図に示すこの発明の半導体装置の製造装置により１１
層２６を窒化処理する。
以下、この装置による窒化処理について説明する。
半導体ウェハ１をウェハ支持治具２上に乗せ、反応室３
内に入れる。このとき、ウェハ支持治具２の後端とつな
がっている開閉蓋５が反応室３の開口端を塞ぐ。反応室
３を構成する各要素の接続部はシール材１１を用いなり
、面同士のすり合わせなどの方法により、反応室３内を
加圧し得る密封構造となっている。
内に入れる。このとき、ウェハ支持治具２の後端とつな
がっている開閉蓋５が反応室３の開口端を塞ぐ。反応室
３を構成する各要素の接続部はシール材１１を用いなり
、面同士のすり合わせなどの方法により、反応室３内を
加圧し得る密封構造となっている。
反応室３内へは供給圧力調整手段６と供給流量制御手段
７により所望の圧力・流量でＮ２ガスを供給する。反応
室３内の圧力は、圧力計８で検知した値によって圧力調
整手段９の開閉度を制御することにより、所望の圧力（
１気圧よりも高い）を保持する。この反応室３内に１気
圧よりも高い圧力のＮ２ガスが供給されている状態で、
１１層２６を窒化するのに必要な温度、例えば７００℃
に半導体ウェハ１を加熱ランプ１２により加熱し、Ｔｉ
ＮＪ！Ｆ２５を形成する。このとき、Ｎ２ガスの圧力が
１気圧よりも高いことにより、Ｎ２ガスが１気圧のとき
に比べ、Ｔｉを窒化する反応が促進され、より短い時間
で窒化処理ができる。
７により所望の圧力・流量でＮ２ガスを供給する。反応
室３内の圧力は、圧力計８で検知した値によって圧力調
整手段９の開閉度を制御することにより、所望の圧力（
１気圧よりも高い）を保持する。この反応室３内に１気
圧よりも高い圧力のＮ２ガスが供給されている状態で、
１１層２６を窒化するのに必要な温度、例えば７００℃
に半導体ウェハ１を加熱ランプ１２により加熱し、Ｔｉ
ＮＪ！Ｆ２５を形成する。このとき、Ｎ２ガスの圧力が
１気圧よりも高いことにより、Ｎ２ガスが１気圧のとき
に比べ、Ｔｉを窒化する反応が促進され、より短い時間
で窒化処理ができる。
この反応の促進は窒化のみであり、１１層２６と下層配
線の多結晶Ｓｉ配線２３との反応はＮ。
線の多結晶Ｓｉ配線２３との反応はＮ。
ガスが１気圧のときと変わらない。したがって、コンタ
ク１〜部３１でのＴｉＮ層２５とＴｉＳｉ層２７層形７
される割合は、第２図に示すように、１気圧のときより
もＴｉＮ層２５が増し、Ｔ ｉ Ｓ ｉ層２７が減少す
るので、下層配線の多結晶Ｓｉ配置１１２３の膜厚の減
少を低減できる。
ク１〜部３１でのＴｉＮ層２５とＴｉＳｉ層２７層形７
される割合は、第２図に示すように、１気圧のときより
もＴｉＮ層２５が増し、Ｔ ｉ Ｓ ｉ層２７が減少す
るので、下層配線の多結晶Ｓｉ配置１１２３の膜厚の減
少を低減できる。
上記のように、Ｎ鵞ガスの供給速度は、ＴｉＮ表面付近
、のＮ−濃度に依存する。固体中のガス濃度は、そのガ
スの圧力に比例して高くなる。すなわち、Ｎ２ガス濃度
が高くなり、ＴｉＮ／Ｔｉ界面に供給されるＮ雪ガスが
増えてＴ ｉ Ｎ層２５の形成速度が高くなる。その結
果、ＴｉＮ層２５の層厚が厚くなる。この状況を第、３
図に示す。Ｎｔガスの供給律速であれば、ある時間後の
膜厚は、膜厚＃ＦＴＹＩｌと概算でき、このとき、定数
ＡはＮｔガス圧力に比例する。
、のＮ−濃度に依存する。固体中のガス濃度は、そのガ
スの圧力に比例して高くなる。すなわち、Ｎ２ガス濃度
が高くなり、ＴｉＮ／Ｔｉ界面に供給されるＮ雪ガスが
増えてＴ ｉ Ｎ層２５の形成速度が高くなる。その結
果、ＴｉＮ層２５の層厚が厚くなる。この状況を第、３
図に示す。Ｎｔガスの供給律速であれば、ある時間後の
膜厚は、膜厚＃ＦＴＹＩｌと概算でき、このとき、定数
ＡはＮｔガス圧力に比例する。
また、Ｎ２ガスの流量は、形Ｆｊ４膜厚に影響を与えな
いため、適当（例えば１１／分）でよい。さらに、加熱
時間は、Ｔｉが残らず反応する時間以上であればよく、
例えばＴ１層？６の膜厚１０００大２ｍ度８００℃２時
間３０秒でよい。
いため、適当（例えば１１／分）でよい。さらに、加熱
時間は、Ｔｉが残らず反応する時間以上であればよく、
例えばＴ１層？６の膜厚１０００大２ｍ度８００℃２時
間３０秒でよい。
このようにこの実施例では、１１層２６を窒化処理して
ＴｉＮ層２５を形成するのに１気圧よりも高いＮ２ガス
圧力で窒化処理するようにしたので、窒化処理に要する
時間を短くでき、また、Ｔｉ、Ｎ層２５と下層ノ多結晶
５ｉｉｉｌ！＄２３（Ｄ接する部分にできるＴｉＳｉ層
２７層形７すことができる。
ＴｉＮ層２５を形成するのに１気圧よりも高いＮ２ガス
圧力で窒化処理するようにしたので、窒化処理に要する
時間を短くでき、また、Ｔｉ、Ｎ層２５と下層ノ多結晶
５ｉｉｉｌ！＄２３（Ｄ接する部分にできるＴｉＳｉ層
２７層形７すことができる。
なお、上記実施例では、半導体ウェハ１を表面と裏面の
両方から加熱ランプ１２で加熱する例を示したが、どち
らか□が片面のみからの加熱でもよい。
両方から加熱ランプ１２で加熱する例を示したが、どち
らか□が片面のみからの加熱でもよい。
また、上記実施例では、第１図の半導体装置の製造装置
を用いて、Ｔｉを窒化処理してＴ ｉ Ｎ層２５を形成
する場合について説明したが、他の物質を窒化処理する
場合、例えばＳｉを窒化処理してＳｉ、Ｎ４層全形成す
る場合にも適用でき、窒化に要する時間を短（できると
いう効果を奏する。
を用いて、Ｔｉを窒化処理してＴ ｉ Ｎ層２５を形成
する場合について説明したが、他の物質を窒化処理する
場合、例えばＳｉを窒化処理してＳｉ、Ｎ４層全形成す
る場合にも適用でき、窒化に要する時間を短（できると
いう効果を奏する。
以上説明したように、請求項（１）に記載の発明は、窒
化処理を１気圧よりも高い圧力のＮ２ガス雰囲気中で行
うので、窒化処理を短時間で行うことができるとともに
、配線間の良好な接続が可能となる。
化処理を１気圧よりも高い圧力のＮ２ガス雰囲気中で行
うので、窒化処理を短時間で行うことができるとともに
、配線間の良好な接続が可能となる。
また、請求項（２） ｔｃ記載の発明は、半導体ウェハ
を密封収容する反応室と、この反応室を加熱し、内部の
半導体ウェハ□を・加熱処理する加熱手段と、反応室の
Ｎ、ガス圧力を１・、気圧よりも高い圧力に調整する開
閉自在の圧力調整手段とを備えたので、窒化処理時には
所望のＮ２ガス圧力を設置できる効果がある。
を密封収容する反応室と、この反応室を加熱し、内部の
半導体ウェハ□を・加熱処理する加熱手段と、反応室の
Ｎ、ガス圧力を１・、気圧よりも高い圧力に調整する開
閉自在の圧力調整手段とを備えたので、窒化処理時には
所望のＮ２ガス圧力を設置できる効果がある。
第１図はこの発明の半導体装置の製造装置の一実施例の
構成を示す断面図、第２図はこの発明の半導体装置の製
造方法による多層配線部分の断面図、第３図はこの発明
のＮ２圧力とＴｉＮ膜厚との関係を示す図、第４図は従
来の半導体装置の製造装置の構成を示す断面図、第５図
は半導体装置の多層配線構造を示す断面図、第６図は従
来の半導体装置の製造方法による多層配線部分の断面図
である。 図において、１は半導体ウェハ、２はウェハ支持治具、
３は反応室、４は背面蓋、５は開閉蓋、６は供給圧力Ｆ
Ｊ整手段、７は供給流量制御手段、８は圧力計、９は圧
力制御弁、１ｏは圧力制御手段、１１はシール材、１２
は加熱ランプ、２２ａ。 ２２ｂは絶縁層、２３は多結晶Ｓｉ配綿、２４はＡ＃Ｓ
ｉ配線、２５はＴｉＮ層、２６はＴ１層、２７はＴ ｉ
Ｓ ｉ層である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
構成を示す断面図、第２図はこの発明の半導体装置の製
造方法による多層配線部分の断面図、第３図はこの発明
のＮ２圧力とＴｉＮ膜厚との関係を示す図、第４図は従
来の半導体装置の製造装置の構成を示す断面図、第５図
は半導体装置の多層配線構造を示す断面図、第６図は従
来の半導体装置の製造方法による多層配線部分の断面図
である。 図において、１は半導体ウェハ、２はウェハ支持治具、
３は反応室、４は背面蓋、５は開閉蓋、６は供給圧力Ｆ
Ｊ整手段、７は供給流量制御手段、８は圧力計、９は圧
力制御弁、１ｏは圧力制御手段、１１はシール材、１２
は加熱ランプ、２２ａ。 ２２ｂは絶縁層、２３は多結晶Ｓｉ配綿、２４はＡ＃Ｓ
ｉ配線、２５はＴｉＮ層、２６はＴ１層、２７はＴ ｉ
Ｓ ｉ層である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (2)
- （１）半導体基板上に絶縁層を介して多層配線が形成さ
れ、前記配線間をコンタクトホールを介して窒化処理さ
れた導体層を介在させて接続する半導体装置の製造方法
において、前記導体層における窒化処理を１気圧よりも
高い圧力のＮ＿２ガス雰囲気中で行うことを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - （２）半導体ウェハを密封収容する反応室と、この反応
室を加熱し、内部の半導体ウェハを加熱処理する加熱手
段と、前記反応室のＮ＿２ガス圧力を１気圧よりも高い
圧力に調整する圧力調整手段とを備えたことを特徴とす
る半導体装置の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27542089A JPH03136326A (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 半導体装置の製造方法およびその製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27542089A JPH03136326A (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 半導体装置の製造方法およびその製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03136326A true JPH03136326A (ja) | 1991-06-11 |
Family
ID=17555261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27542089A Pending JPH03136326A (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 半導体装置の製造方法およびその製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03136326A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5395798A (en) * | 1991-12-19 | 1995-03-07 | Texas Instruments Incorporated | Refractory metal silicide deposition process |
-
1989
- 1989-10-23 JP JP27542089A patent/JPH03136326A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5395798A (en) * | 1991-12-19 | 1995-03-07 | Texas Instruments Incorporated | Refractory metal silicide deposition process |
| KR100328905B1 (ko) * | 1991-12-19 | 2002-08-17 | 텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드 | 내화성금속실리사이드층형성방법 |
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