JPH06208970A - 半導体装置の配線形成方法 - Google Patents
半導体装置の配線形成方法Info
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- JPH06208970A JPH06208970A JP280693A JP280693A JPH06208970A JP H06208970 A JPH06208970 A JP H06208970A JP 280693 A JP280693 A JP 280693A JP 280693 A JP280693 A JP 280693A JP H06208970 A JPH06208970 A JP H06208970A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】微細コンタクトホール部の配線形成工程を簡易
にし、プロセスコストの低減,プロセスマージンの増加
及びコンタクトホールの上側に形成される配線のエレク
トロマイグレーション耐性の向上を図る。 【構成】コンタクトホール3が開口したSi基板1表面
に、Ti膜4を成膜した後に、そのコンタクトホール3
が完全に埋め込まれる程度の厚さにまで、TiN膜9を
成膜する。そして、そのTiN膜9の上に後に主配線を
形成するAl合金膜8を成膜し、その後に、適宜パター
ニングを行って所望の配線パターンを形成する。
にし、プロセスコストの低減,プロセスマージンの増加
及びコンタクトホールの上側に形成される配線のエレク
トロマイグレーション耐性の向上を図る。 【構成】コンタクトホール3が開口したSi基板1表面
に、Ti膜4を成膜した後に、そのコンタクトホール3
が完全に埋め込まれる程度の厚さにまで、TiN膜9を
成膜する。そして、そのTiN膜9の上に後に主配線を
形成するAl合金膜8を成膜し、その後に、適宜パター
ニングを行って所望の配線パターンを形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置の配線形成
方法に関し、特に、プロセスコストの低減,プロセスマ
ージンの増加及び配線のエレクトロマイグレーション耐
性の向上を図ったものである。
方法に関し、特に、プロセスコストの低減,プロセスマ
ージンの増加及び配線のエレクトロマイグレーション耐
性の向上を図ったものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の微細化が進むと、微細なコ
ンタクトホール内をAl等の金属で配線することが困難
になるため、W等の高融点金属又はAl等の金属をコン
タクトホール内に埋め込んで基板と配線とのコンタクト
又は下層配線と上層配線とのコンタクトをとる技術が提
案されており、その一例を図5に従って説明する。
ンタクトホール内をAl等の金属で配線することが困難
になるため、W等の高融点金属又はAl等の金属をコン
タクトホール内に埋め込んで基板と配線とのコンタクト
又は下層配線と上層配線とのコンタクトをとる技術が提
案されており、その一例を図5に従って説明する。
【0003】即ち、Si基板1表面に酸化膜2を成膜し
た後に、公知のホトリソグラフィ工程によってコンタク
トホール3を開口し(図5(a)参照)、次いで、後に
コンタクトホール3内を埋める金属とSi基板1との接
合が良好になるように、薄いTi膜4を形成する。これ
は、Siと金属との接合を良好にするには、その接合部
分にシリサイド層を形成しておくことが望ましいからで
ある。そこで、Ti膜4を形成した後に、拡散層のプロ
ファイル及び生成されるシリサイド層の低抵抗結晶構造
等を考慮してRTA装置にて熱処理を行って、コンタク
トホール3の底部分にTiSi2 層5を形成しておく
(図5(b)参照)。
た後に、公知のホトリソグラフィ工程によってコンタク
トホール3を開口し(図5(a)参照)、次いで、後に
コンタクトホール3内を埋める金属とSi基板1との接
合が良好になるように、薄いTi膜4を形成する。これ
は、Siと金属との接合を良好にするには、その接合部
分にシリサイド層を形成しておくことが望ましいからで
ある。そこで、Ti膜4を形成した後に、拡散層のプロ
ファイル及び生成されるシリサイド層の低抵抗結晶構造
等を考慮してRTA装置にて熱処理を行って、コンタク
トホール3の底部分にTiSi2 層5を形成しておく
(図5(b)参照)。
【0004】そして、SiO2 やSiN等の非導電体上
には、広範囲に渡ってWを均一に成膜することができな
いので、後に基板全面にWが均一性良く成膜されるよう
に、導電性を有するTiN膜6を、スパッタ法又はCV
D法により基板全面に薄く形成する(図5(c)参
照)。次いで、コンタクトホール3が完全に埋まる程度
にまでW膜7を成膜する(図5(d)参照)。W膜7
は、段差被覆性のよいCVD法により成膜する。
には、広範囲に渡ってWを均一に成膜することができな
いので、後に基板全面にWが均一性良く成膜されるよう
に、導電性を有するTiN膜6を、スパッタ法又はCV
D法により基板全面に薄く形成する(図5(c)参
照)。次いで、コンタクトホール3が完全に埋まる程度
にまでW膜7を成膜する(図5(d)参照)。W膜7
は、段差被覆性のよいCVD法により成膜する。
【0005】次いで、等方性エッチングによりW膜7を
エッチバックして、コンタクトホール3内にのみW膜7
を残留させる(図5(e)参照)。そして、主配線とな
るAl合金膜8を成膜し(図5(f)参照)、これをホ
トリソグラフィ工程により適宜パターニングして所望の
配線を形成する。以上はブランケットW−CVD法と呼
ばれる方法であるが、これ以外に、選択W−CVD法と
いう技術がある。即ち、選択W−CVD法は、コンタク
トホールの底部にのみ導電体又は半導電体が存在するの
で、その導電体又は半導電体を核としてW膜が成長し、
コンタクトホール内にだけ選択的にWを成膜させてコン
タクトをとる点に特徴がある。
エッチバックして、コンタクトホール3内にのみW膜7
を残留させる(図5(e)参照)。そして、主配線とな
るAl合金膜8を成膜し(図5(f)参照)、これをホ
トリソグラフィ工程により適宜パターニングして所望の
配線を形成する。以上はブランケットW−CVD法と呼
ばれる方法であるが、これ以外に、選択W−CVD法と
いう技術がある。即ち、選択W−CVD法は、コンタク
トホールの底部にのみ導電体又は半導電体が存在するの
で、その導電体又は半導電体を核としてW膜が成長し、
コンタクトホール内にだけ選択的にWを成膜させてコン
タクトをとる点に特徴がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術には、以下のような不具合がある。先ず、選択
W−CVD法に関しては、エッチバックが不要であると
いう有利な点があるのに対し、導電体又は半導電体部の
クリーニング方法等が困難であるため、未だ実用レベル
には至っていない。
来の技術には、以下のような不具合がある。先ず、選択
W−CVD法に関しては、エッチバックが不要であると
いう有利な点があるのに対し、導電体又は半導電体部の
クリーニング方法等が困難であるため、未だ実用レベル
には至っていない。
【0007】一方、ブランケットW−CVD法は、ほぼ
確立された技術であり、16MDRAM以降の製造プロ
セスには徐々に採用されているのであるが、Wを使用す
ること及びプロセスが複雑であることから、プロセスコ
ストが高く且つプロセスマージンが小さいという不具合
があるのである。しかも、Wをエッチバックする際に配
線の下地層となるTiN膜6の表面がダメージを受けて
しまうため、後にその上に成膜される配線用金属膜の
(111)配向性が失われ、配線のエレクトロマイグレ
ーション耐性が低く良好な配線信頼性の確保が困難であ
るという未解決の課題もあった。
確立された技術であり、16MDRAM以降の製造プロ
セスには徐々に採用されているのであるが、Wを使用す
ること及びプロセスが複雑であることから、プロセスコ
ストが高く且つプロセスマージンが小さいという不具合
があるのである。しかも、Wをエッチバックする際に配
線の下地層となるTiN膜6の表面がダメージを受けて
しまうため、後にその上に成膜される配線用金属膜の
(111)配向性が失われ、配線のエレクトロマイグレ
ーション耐性が低く良好な配線信頼性の確保が困難であ
るという未解決の課題もあった。
【0008】本発明は、このような従来の技術が有する
解決すべき課題に着目してなされたものであって、プロ
セスコストの低減,プロセスマージンの増加及び配線の
エレクトロマイグレーション耐性の向上を図ることがで
きる微細コンタクトホールの配線技術を提供することを
目的としている。
解決すべき課題に着目してなされたものであって、プロ
セスコストの低減,プロセスマージンの増加及び配線の
エレクトロマイグレーション耐性の向上を図ることがで
きる微細コンタクトホールの配線技術を提供することを
目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体装置の配線形成方法は、コンタ
クトホールが開口する半導体基板表面に、チタンナイト
ライド膜を、前記コンタクトホールが完全に埋め込まれ
る厚さにまで成膜した後に、配線用金属膜を成膜するも
のである。
に、本発明に係る半導体装置の配線形成方法は、コンタ
クトホールが開口する半導体基板表面に、チタンナイト
ライド膜を、前記コンタクトホールが完全に埋め込まれ
る厚さにまで成膜した後に、配線用金属膜を成膜するも
のである。
【0010】
【作用】本発明によれば、コンタクトホール内は、チタ
ンナイトライド(TiN)で埋まるため、そのTiNを
介して、基板と配線とのコンタクト又は下層配線と上層
配線とのコンタクトがとられる。そして、コンタクトホ
ール以外の基板表面にもTiN膜が成膜され、その上に
配線用金属膜が成膜されることになるが、TiNはバリ
アメタルとしての働きもある。従って、エッチバックを
行ってコンタクトホール以外のTiN膜を取り除く必要
はないから、配線の下地層がダメージを受けることがな
い。
ンナイトライド(TiN)で埋まるため、そのTiNを
介して、基板と配線とのコンタクト又は下層配線と上層
配線とのコンタクトがとられる。そして、コンタクトホ
ール以外の基板表面にもTiN膜が成膜され、その上に
配線用金属膜が成膜されることになるが、TiNはバリ
アメタルとしての働きもある。従って、エッチバックを
行ってコンタクトホール以外のTiN膜を取り除く必要
はないから、配線の下地層がダメージを受けることがな
い。
【0011】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明の一実施例を示す図であり、従来
の技術を説明した図5と同等の構成には同じ符号を付し
ている。即ち、従来と同様の工程により半導体基板とし
てのSi基板1の表面に酸化膜2を成膜し、その酸化膜
2にSi基板1及び配線間のコンタクトをとるためのコ
ンタクトホール3を開口した後に、コリメーションスパ
ッタ法によりTi膜4を成膜する(図1(a)参照)。
明する。図1は本発明の一実施例を示す図であり、従来
の技術を説明した図5と同等の構成には同じ符号を付し
ている。即ち、従来と同様の工程により半導体基板とし
てのSi基板1の表面に酸化膜2を成膜し、その酸化膜
2にSi基板1及び配線間のコンタクトをとるためのコ
ンタクトホール3を開口した後に、コリメーションスパ
ッタ法によりTi膜4を成膜する(図1(a)参照)。
【0012】コリメーションスパッタ法とは、Si基板
1の表面に垂直にイオンを入射させることのできるスパ
ッタ法のことであり、良好なホール底部への被覆性を有
し、不純物の少ない膜を成膜できる技術である。従っ
て、Ti膜4は、コンタクトホール3の側壁面にはほと
んど付着しない。Ti膜4の厚さは、後に生成されるT
iSi2 層5の深さにもよるが、コンタクトホール3の
底部に0.005μm以上の膜厚に成膜されれば充分であ
る。
1の表面に垂直にイオンを入射させることのできるスパ
ッタ法のことであり、良好なホール底部への被覆性を有
し、不純物の少ない膜を成膜できる技術である。従っ
て、Ti膜4は、コンタクトホール3の側壁面にはほと
んど付着しない。Ti膜4の厚さは、後に生成されるT
iSi2 層5の深さにもよるが、コンタクトホール3の
底部に0.005μm以上の膜厚に成膜されれば充分であ
る。
【0013】次に、コンタクトホール3が完全に埋め込
まれる程度の厚さになるまで、基板表面にTiN膜9を
成膜する(図1(b)参照)。TiN膜9は、段差のあ
る部分でも完全にコンフォーマルに膜が成長するLP−
CVD(Low Pressure Chemical Vapour Deposition )
又はECR−CVD(Electron Cycrotron ResonanceCh
emical Vapour Deposition )で成膜する。
まれる程度の厚さになるまで、基板表面にTiN膜9を
成膜する(図1(b)参照)。TiN膜9は、段差のあ
る部分でも完全にコンフォーマルに膜が成長するLP−
CVD(Low Pressure Chemical Vapour Deposition )
又はECR−CVD(Electron Cycrotron ResonanceCh
emical Vapour Deposition )で成膜する。
【0014】TiN膜9の膜厚は、TiN膜9がコンタ
クトホール3の内壁面から水平方向にも成長することか
ら、コンタクトホール3の内径によって決まる。従っ
て、コンタクトホール3の内径と必要なTiN膜9の膜
厚との関係は、図2に示すようになる。例えば、コンタ
クトホール3の内径が0.4μmφの場合には、TiN膜
9の膜厚は0.2μmであればよく、コンタクトホール3
の内径が0.25μmφの場合にはTiN膜9の膜厚は0.
12μmであればよい。
クトホール3の内壁面から水平方向にも成長することか
ら、コンタクトホール3の内径によって決まる。従っ
て、コンタクトホール3の内径と必要なTiN膜9の膜
厚との関係は、図2に示すようになる。例えば、コンタ
クトホール3の内径が0.4μmφの場合には、TiN膜
9の膜厚は0.2μmであればよく、コンタクトホール3
の内径が0.25μmφの場合にはTiN膜9の膜厚は0.
12μmであればよい。
【0015】なお、コンタクト部分の低抵抗化を図るた
めのTiSi2 層5は、従来と同様にRTA装置による
熱処理によってTi膜4をシリサイド化して生成する
が、その熱処理は、TiN膜9の成膜前でもよいし、成
膜後でもよい。TiSi2 層5の生成及びTiN膜9の
成膜が完了したら、特にエッチバック等を行わずに、T
iN膜9上に直接、配線用金属膜としてのAl合金膜8
を成膜する(図1(c)参照)。Al合金膜8を成膜し
た後には、公知のホトリソグラフィ工程によりAl合金
膜8及びTiN膜9を適宜パターニングして、所望の配
線パターンを形成する。
めのTiSi2 層5は、従来と同様にRTA装置による
熱処理によってTi膜4をシリサイド化して生成する
が、その熱処理は、TiN膜9の成膜前でもよいし、成
膜後でもよい。TiSi2 層5の生成及びTiN膜9の
成膜が完了したら、特にエッチバック等を行わずに、T
iN膜9上に直接、配線用金属膜としてのAl合金膜8
を成膜する(図1(c)参照)。Al合金膜8を成膜し
た後には、公知のホトリソグラフィ工程によりAl合金
膜8及びTiN膜9を適宜パターニングして、所望の配
線パターンを形成する。
【0016】即ち、TiN膜9は導電性を有するため、
配線とSi基板1とはコンタクトホール3内のTiN膜
9を介して行われる。なお、TiN膜9は、W膜よりも
比抵抗が高いため、コンタクトホール3内の抵抗は従来
よりも高くなる。例えば、コンタクトホール3の内径が
0.25μmφの場合、W膜の埋め込み技術では1Ωの抵
抗で済むのに対し、TiN膜9の埋め込みでは10Ωに
なる。しかし、コンタクト部の抵抗値は、n形Siの場
合には100Ω程度あり、p形Siの場合には200Ω
程度あるため、コンタクト部と直列関係にあるコンタク
トホール3内の抵抗増加は実際には無視することができ
る。
配線とSi基板1とはコンタクトホール3内のTiN膜
9を介して行われる。なお、TiN膜9は、W膜よりも
比抵抗が高いため、コンタクトホール3内の抵抗は従来
よりも高くなる。例えば、コンタクトホール3の内径が
0.25μmφの場合、W膜の埋め込み技術では1Ωの抵
抗で済むのに対し、TiN膜9の埋め込みでは10Ωに
なる。しかし、コンタクト部の抵抗値は、n形Siの場
合には100Ω程度あり、p形Siの場合には200Ω
程度あるため、コンタクト部と直列関係にあるコンタク
トホール3内の抵抗増加は実際には無視することができ
る。
【0017】つまり、本実施例によれば、W−CVDを
用いることなく実用レベルでコンタクトホール3部の配
線を行えるから、プロセスが簡易となり、プロセスコス
トの低減及びプロセスマージンの増加が図られる。ま
た、配線の下地層となるTiN膜9の膜厚は、従来のそ
れに比べて厚くなる傾向にあるが、TiN膜9は、Al
合金のSi基板1への拡散を防ぐバリアメタルとしての
機能を有するため、その膜厚が厚くなることによって特
に不具合が生じることはない。
用いることなく実用レベルでコンタクトホール3部の配
線を行えるから、プロセスが簡易となり、プロセスコス
トの低減及びプロセスマージンの増加が図られる。ま
た、配線の下地層となるTiN膜9の膜厚は、従来のそ
れに比べて厚くなる傾向にあるが、TiN膜9は、Al
合金のSi基板1への拡散を防ぐバリアメタルとしての
機能を有するため、その膜厚が厚くなることによって特
に不具合が生じることはない。
【0018】むしろ、エッチバックを行う必要がなくな
った結果、配線のエレクトロマイグレーション耐性やス
トレスマイグレーション耐性が向上するという有利な点
がある。図3は本実施例を適用した場合のAl合金膜8
の(111)配向性を示すXRD(X-ray diffraction
)によるロッキングカーブであり、図4は上述したブ
ランケットW−CVDを用いた場合のAl合金膜の(1
11)配向性を示すロッキングカーブであり、本実施例
を適用すれば、Al合金膜8の配向性の著しい向上が図
られることが判る。
った結果、配線のエレクトロマイグレーション耐性やス
トレスマイグレーション耐性が向上するという有利な点
がある。図3は本実施例を適用した場合のAl合金膜8
の(111)配向性を示すXRD(X-ray diffraction
)によるロッキングカーブであり、図4は上述したブ
ランケットW−CVDを用いた場合のAl合金膜の(1
11)配向性を示すロッキングカーブであり、本実施例
を適用すれば、Al合金膜8の配向性の著しい向上が図
られることが判る。
【0019】このため、最終的に形成される配線のエレ
クトロマイグレーション耐性等の向上が図られるのであ
る。本発明者等の所見によれば、配線のエレクトロマイ
グレーション耐性は、従来のそれに比べて4倍以上の向
上が期待でき、それだけ配線の寿命が延びることにな
る。従って、配線幅がより微細になる近年の半導体装置
であっても、充分に高い配線信頼性を得ることができ
る。
クトロマイグレーション耐性等の向上が図られるのであ
る。本発明者等の所見によれば、配線のエレクトロマイ
グレーション耐性は、従来のそれに比べて4倍以上の向
上が期待でき、それだけ配線の寿命が延びることにな
る。従って、配線幅がより微細になる近年の半導体装置
であっても、充分に高い配線信頼性を得ることができ
る。
【0020】なお、上記実施例では、Si基板1と配線
との電気的接合を行うためのコンタクトホール3に係る
部分に本発明を適用した場合について説明したが、これ
に限定されるものではなく、多層配線構造において下層
配線と上層配線との電気的接合を行うコンタクトホール
に係る部分であっても本発明は適用可能である。その場
合には、Ti膜4に代えて、W膜を成膜してもよい。
との電気的接合を行うためのコンタクトホール3に係る
部分に本発明を適用した場合について説明したが、これ
に限定されるものではなく、多層配線構造において下層
配線と上層配線との電気的接合を行うコンタクトホール
に係る部分であっても本発明は適用可能である。その場
合には、Ti膜4に代えて、W膜を成膜してもよい。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
チタンナイトライド膜を、コンタクトホールが完全に埋
め込まれる厚さにまで成膜した後に、配線用金属膜を成
膜することとしたため、プロセスが簡易となり、プロセ
スコストの低減及びプロセスマージンの増加が図られる
とともに、エッチバックが不要であるから配線の下地層
がダメージを受けることがないので、配線のエレクトロ
マイグレーション耐性等の向上が図られるという効果が
ある。
チタンナイトライド膜を、コンタクトホールが完全に埋
め込まれる厚さにまで成膜した後に、配線用金属膜を成
膜することとしたため、プロセスが簡易となり、プロセ
スコストの低減及びプロセスマージンの増加が図られる
とともに、エッチバックが不要であるから配線の下地層
がダメージを受けることがないので、配線のエレクトロ
マイグレーション耐性等の向上が図られるという効果が
ある。
【図1】本発明の一実施例における半導体装置の配線形
成工程を示す断面図である。
成工程を示す断面図である。
【図2】コンタクトホール内径とTiN膜の膜厚との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図3】本実施例におけるAl合金膜の(111)配向
性を示すロッキングカーブである。
性を示すロッキングカーブである。
【図4】従来技術におけるAl合金膜の(111)配向
性を示すロッキングカーブである。
性を示すロッキングカーブである。
【図5】従来の半導体装置の配線形成工程を示す断面図
である。
である。
1 Si基板 2 酸化膜 3 コンタクトホール 4 Ti膜 5 TiSi2 層 8 Al合金膜(配線用金属膜) 9 TiN膜(チタンナイトライド膜)
Claims (1)
- 【請求項1】 コンタクトホールが開口する半導体基板
表面に、チタンナイトライド膜を、前記コンタクトホー
ルが完全に埋め込まれる厚さにまで成膜した後に、配線
用金属膜を成膜することを特徴とする半導体装置の配線
形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP280693A JPH06208970A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 半導体装置の配線形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP280693A JPH06208970A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 半導体装置の配線形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06208970A true JPH06208970A (ja) | 1994-07-26 |
Family
ID=11539633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP280693A Pending JPH06208970A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 半導体装置の配線形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06208970A (ja) |
-
1993
- 1993-01-11 JP JP280693A patent/JPH06208970A/ja active Pending
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