JPH09181179A - アルミニウム接点の形成方法 - Google Patents

アルミニウム接点の形成方法

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JPH09181179A
JPH09181179A JP8312197A JP31219796A JPH09181179A JP H09181179 A JPH09181179 A JP H09181179A JP 8312197 A JP8312197 A JP 8312197A JP 31219796 A JP31219796 A JP 31219796A JP H09181179 A JPH09181179 A JP H09181179A
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tin
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フー ジャンミン
Zheng Xu
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スパッタされた酸素化ＴｉＮ層と上のアルミ
ニウム層との間にチタン層を蒸着することなく、これら
の層の間のの湿潤性を向上させたアルミニウム接点の形
成方法を提供する。 【解決手段】 アルミニウム接点の形成方法は、半導体
基板の接点開孔にチタン層をスパッタ蒸着する工程と、
チタン層上に薄い酸化チタン層を形成する工程と、酸化
チタン層上に窒化チタン層をスパッタ蒸着する工程と、
窒化チタン層をアルゴン・プラズマで平滑化する工程
と、窒化チタン層上にアルミニウムコンタクト層をスパ
ッタ蒸着する工程からなる。アルゴン・プラズマ処理に
よって窒化チタン層の表面が平滑化し、この層とアルミ
ニウムの間の湿潤性が高まる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板の接点開孔に
アルミニウム接点を形成する方法に関する。本発明は特
に、下にある窒化チタンバリア層に対するアルミニウム
接点層の湿潤性の向上に向けられたものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化チタン（ＴｉＮ）はアルミニウム接
点のシリコンウェハのような半導体基板中へのスパイク
（spike）を防止するために使用される知られたバリア
層材料である。ＴｉＮは窒素及びアルゴンガス雰囲気下
でチタン・ターゲットをスパッタすることによって蒸着
できる。ＴｉＮ膜に酸素を加えることによってＴｉＮの
バリア特性を向上させることも知られている。酸素がＴ
ｉＮの結晶粒界(grain boundaries)間の隙間を充填する
からである。これは酸素及び窒素雰囲気下で熱処理する
ことにより生成できる。即ち、スパッタ中に酸素を添加
することができる。
【０００３】バリア層の特性は酸素化（oxygenated）Ｔ
ｉＮ層を形成する前に第一チタン層を蒸着することによ
って更に向上することも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、スパッタされ
たＴｉＮ層自体の表面は極めて粗く、引き続きスパッタ
蒸着されるアルミニウム層は粗いＴｉＮ表面を十分に濡
らさない。チタン自体はアルミニウムの濡れが良い材料
であり、従ってスパッタ蒸着された酸素化ＴｉＮ層上に
チタン層を蒸着することが提案されてきた。残念なこと
に、このチタン層は接触抵抗を増加させる。
【０００５】従って、スパッタされた酸素含有ＴｉＮ層
と上に重なるアルミニウム層の間にチタン層を蒸着する
ことなく、これらの層の間の湿潤性を向上させることが
望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】我々は、スパッタされた
酸素化ＴｉＮバリア層と上に重なるアルミニウム層の間
の湿潤性は、ＴｉＮ層をアルゴンプラズマで処理するこ
とにより、改善することができることを発見した。アル
ゴン・プラズマは、スパッタ室にアルゴンガスを流入さ
せ、基板支持電極にＲＦ電源を加えることにより生成さ
れる。その結果生ずる自己バイアスがスパッタされた酸
素化ＴｉＮ膜の粗い表面を滑らかにし、ＴｉＮバリア層
とスパッタされて上に重なるアルミニウム層との間の湿
潤性を改善する。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明によれば、アルミニウム接
点は以下の連続した工程により、そのために形成された
開孔中に形成される。
【０００８】ａ）チタン層のスパッタ蒸着 ｂ）ＴｉＯx又はＴｉＯＮの薄い表面層を形成するた
め、チタン層を酸素又は酸素と窒素により処理 ｃ）ＴｉＮ層をスパッタ蒸着し、この層を酸素化 ｄ）アルゴン・プラズマによりＴｉＮ層を処理 ｅ）処理したＴｉＮ層にアルミをスパッタ蒸着 図１は従来型を基に、チタンと窒化チタンのバリア層を
蒸着する間にアルゴン又は酸素プラズマを形成できるよ
うに変形されたスパッタ室の概略図である。図１より、
スパッタ室１０には直流電源１３に接続されたチタンタ
ーゲット１２と基板支持体１４が含まれる。コリメータ
１６はターゲット１２と基板支持体１４との間に取り付
けられている。ＲＦ電源１８は基板支持体１４に接続さ
れている。吸気口２０から様々なガスをスパッタ室１０
内に制御しつつ流入させることができる。排気口２２は
過剰な副生成ガスをスパッタ室１０から排出し、スパッ
タ室１０内の圧力を所定圧力に維持する。本発明の工程
中、基板２４は基板支持体１４上に配置される。プラズ
マ２６を基板２４上方に発生させることができる。
【０００９】シリコンウェハのような半導体基板は一般
に誘電体層内に高アスペクト比の複数の開孔を有し、こ
の開孔にアルミニウム接点を下記の手順で形成すること
ができる。
【００１０】図１に示すように直流電源１３を接続した
チタンターゲット１２を備えたスパッタ室１０内におい
て、通常はシリコンウェーハである基板２４上に第１チ
タン層がアルゴン雰囲気下でスパッタ蒸着される。この
チタン層は一般に１０，０００〜１２，０００ワットの
高い直流電力で蒸着され、それによって、チタンは約１
０００オングストローム／分の蒸着速度で蒸着される。
ＲＦ電源１８は基板支持体１４に接続される。この第１
チタン層の蒸着後、酸素を含むガス、例えば窒素を含ん
でも良い酸素−アルゴン混合ガス、をスパッタ室１０内
に流入させ、ＲＦ電力を印加してスパッタ室１０内にプ
ラズマ先駆ガスによるプラズマを生成する。発生した酸
素プラズマはＴｉＯx層または混合ガスに窒素を含む場
合はＴｉＯxＮy層をそれぞれ形成する。
【００１１】あるいは、印加されたＲＦ電力に加えて、
この工程中に約５００ワットの低い直流電力をターゲッ
ト１２に印加することもできる。チタンは酸素プラズマ
の存在下では低い蒸着速度でスパッタされる。それによ
っても第１チタン層上に薄い（厚さ約２０オングストロ
ームの）酸化チタンまたは酸化窒化チタン層が形成され
る。
【００１２】この酸化チタンまたは酸化窒化チタン層は
ＲＦ電力なしでも形成することができる。
【００１３】このように酸化チタンまたは酸化窒化チタ
ン層のプラズマ蒸着は、直流およびＲＦ電力の供給量を
調整し、また、ガスの流量と流速を調整することによっ
て制御される。
【００１４】酸素プラズマはチタン層上に厚さ約２０オ
ングストロームの酸化チタン層が形成されると遮断され
る。この薄い酸化チタン層は後に蒸着される窒化チタン
層またはアルミニウム接点の抵抗に悪影響を及ぼすこと
なくバリア層の頑丈さを高める。
【００１５】次の工程では同じスパッタ室１０内におい
て、ＲＦ電力を遮断し、窒素雰囲気、通常は窒素−アル
ゴンの混合ガス、の下で公知の手法によりチタンターゲ
ット１２をスパッタすることにより窒化チタンを蒸着す
る。
【００１６】所望の厚さまでＴｉＮ層を蒸着した後、同
じスパッタ室１０内で、後に蒸着されるアルミニウム層
の湿潤性を改善するためにアルゴン・プラズマを用い
て、ＴｉＮ層の表面が平滑化される。アルゴン・プラズ
マはＲＦ電力を印加し、スパッタ室１０内にアルゴンを
流入させることによって生成される。ＲＦ電力は基板支
持体１４の電極に起動される。基板支持体１４へのこの
ＲＦ電力印加によってアルゴン・イオンを引き付ける誘
導自己バイアスが与えられ、基板２４にイオンが衝突し
てＴｉＮ表面を平滑にする。これにより、スパッタされ
たＴｉＮとアルミニウムの間の湿潤性が改善され、アル
ミニウム層による開孔の充填度が向上する。
【００１７】本発明の大きな利点は、上記工程の全てを
単一のスパッタ室１０内で実施できることにある。従っ
て、チタンおよび窒化チタン層の蒸着と処理の間基板２
４を別の室に移送する必要がない。
【００１８】次の工程ではアルミニウム湿潤性を有する
プラズマ処理されたＴｉＮ表面上方にアルミニウムを蒸
着するために基板２４がアルミニウム・スパッタ室に移
送される。アルミニウム蒸着も元のスパッタ室１０内で
実施できるが、その場合はターゲット１２をチタンから
アルミニウムに変更する必要があり、好ましくない。ア
ルミニウムは周知の手法によりスパッタ蒸着することが
できる。
【００１９】このようにして本発明の方法ではＴｉＮを
蒸着し、アルゴン・プラズマでＴｉＮを処理し、アルミ
ニウムをスパッタ蒸着し、接触抵抗を高めることになる
ＴｉＮとアルミニウムとの間のチタン薄膜の蒸着を行う
必要のない処理手順が得られる。
【００２０】上記の工程には様々な応用が可能なことが
明らかであり、それらは本発明の範囲に含まれる。例え
ば、各工程の間に基板を別の室に移送したこともできる
し、上層のアルミニウム層を蒸着する方には多様な工程
が公知であり、これらを応用できる。本発明は特許請求
の範囲によってのみ限定され、上記の実施形態に限定さ
れるものではない。
【００２１】
【発明の効果】アルゴン・プラズマ処理によって窒化チ
タン層の表面が平滑化し、この層とアルミニウムの間の
湿潤性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方法を実施するスパッタ室の概略
図である。
【符号の説明】
１０…スパッタ室、１２…ターゲット、１３…直流電
源、１４…基板支持体、１６…コリメータ、１８…ＲＦ
電源、２０…吸気口、２２…排気口、２４…基板、２６
…プラズマ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツェン シュー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フォスター シティー， ハドソン ベイ ストリート 279

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ）複数の開孔を有する半導体基板上に
    チタン層をスパッタ蒸着する工程と、 ｂ）前記チタン層上に酸素含有層を形成する工程と、 ｃ）酸素含有チタン層上に窒化チタン層をスパッタ蒸着
    する工程と、 ｄ）前記窒化チタン層の表面をアルゴン・プラズマで処
    理する工程と、 ｅ）プラズマ処理された前記窒化チタン層上にアルミニ
    ウム層をスパッタ蒸着する工程と、 からなる連続した工程を備えるアルミニウム接点の形成
    方法。
  2. 【請求項２】 前記ｄ工程中、半導体基板の支持体にＲ
    Ｆ電源を接続する請求項１記載のアルミニウム接点の形
    成方法。
  3. 【請求項３】 前記ａ工程から前記ｄ工程までの全ての
    工程を同一のスパッタ室内で実施する請求項１記載のア
    ルミニウム接点の形成方法。
  4. 【請求項４】 前記ｅ工程を第２のスパッタ室で実施す
    る請求項３記載のアルミニウム接点の形成方法。
JP8312197A 1995-11-27 1996-11-22 アルミニウム接点の形成方法 Withdrawn JPH09181179A (ja)

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