JPH0243726A - 接続配線形成法 - Google Patents
接続配線形成法Info
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- JPH0243726A JPH0243726A JP19494688A JP19494688A JPH0243726A JP H0243726 A JPH0243726 A JP H0243726A JP 19494688 A JP19494688 A JP 19494688A JP 19494688 A JP19494688 A JP 19494688A JP H0243726 A JPH0243726 A JP H0243726A
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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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】
〔概 要〕
本発明は典型的にはシリコン（Ｓｉ）基板に形成された
素子領域にコンタクト電極を形成する方法に関し、 バリヤ膜の効果を確実化することを目的とし、ＴｉＮの
如きバリヤ皮膜を堆積形成した後、これをオゾン雰囲気
中で加熱処理する工程を包含し〔産業上の利用分野〕 本発明は接続配線の形成に関わり、特にＳｉに対して設
けられるＡＩコンタクト配線のバリヤ膜形成に関わる。
素子領域にコンタクト電極を形成する方法に関し、 バリヤ膜の効果を確実化することを目的とし、ＴｉＮの
如きバリヤ皮膜を堆積形成した後、これをオゾン雰囲気
中で加熱処理する工程を包含し〔産業上の利用分野〕 本発明は接続配線の形成に関わり、特にＳｉに対して設
けられるＡＩコンタクト配線のバリヤ膜形成に関わる。
半導体集積回路の配線材料として、従来はＡＩを用いる
ことが多かったが、集積回路の高密化、微細化に伴って
Ａ７またはＡＩ −３ｉ、 Ａ７−３ｉ−Ｃｕなどの合
金が用いられるようになっている。
ことが多かったが、集積回路の高密化、微細化に伴って
Ａ７またはＡＩ −３ｉ、 Ａ７−３ｉ−Ｃｕなどの合
金が用いられるようになっている。
これは、純ＡＩ配線では４００℃程度の温度でＡｊ／Ｓ
ｉの相互拡散が起こって、拡散領域が浅い場合には接合
が破壊されて短絡するなどの不都合が生じるので、これ
を防ぐためＡＩ配線層中に予め１〜２％のＳｉを含有さ
せておくものである。
ｉの相互拡散が起こって、拡散領域が浅い場合には接合
が破壊されて短絡するなどの不都合が生じるので、これ
を防ぐためＡＩ配線層中に予め１〜２％のＳｉを含有さ
せておくものである。
その結果、ＡＩ中へのＳｉの拡散は抑止されることにな
ったが、新たにＳｉ層の成長という問題が生じた。これ
は、配線層中のＳｉがコンタクト孔底の単結晶Ｓｉを核
として結晶成長し、新たにｐ−ｎ接合を形成したり、コ
ンタクト抵抗を増大させるという現象である。
ったが、新たにＳｉ層の成長という問題が生じた。これ
は、配線層中のＳｉがコンタクト孔底の単結晶Ｓｉを核
として結晶成長し、新たにｐ−ｎ接合を形成したり、コ
ンタクト抵抗を増大させるという現象である。
そこで更に、この問題に対処するため、バリヤ膜がＳｉ
基板とＡ１合金配線の間に設けられることになった。こ
のバリヤ層としてはＴｉＮＴｉＣのような化合物やＴ
ｉ −Ｗ合金が用いられる。これ等の材料の比抵抗は数
十μΩ・ｃｍ程度であるから、コンタクト抵抗を高（し
ないためには、バリヤとして必要な最小の厚さに止める
ことが望ましい。
基板とＡ１合金配線の間に設けられることになった。こ
のバリヤ層としてはＴｉＮＴｉＣのような化合物やＴ
ｉ −Ｗ合金が用いられる。これ等の材料の比抵抗は数
十μΩ・ｃｍ程度であるから、コンタクト抵抗を高（し
ないためには、バリヤとして必要な最小の厚さに止める
ことが望ましい。
ＴｉＮはＳｉとの密着性が悪く、またＳｉとのコンタク
ト抵抗も高いため、これに対処すべく該皮膜とＳｉ基板
との間には更にＴｉ等の皮膜も設けられるので、バリヤ
膜を備えたＡ１合金系の接続配線は、通常第３図に模式
的に断面構造が示されるようなものとなる。咳図で１１
はＳｉ基板、１７一方ＴｉＮ膜は、該皮膜形成に引き続
いて配線合金層を堆積被着した場合にはバリヤとしての
効能が微弱であり、これを改善するにはＴｉＮ膜成長後
、−旦大気中に取り出してＮ２気流中４５０〜６００℃
で熱処理するのが有効であることが知られている（例え
ばｒｗａｂｕｃｈｉ ｅｔ ａｌ＋ ＶＬＳＩ Ｓｙｍ
ｐｏｓｉｕｍ。
ト抵抗も高いため、これに対処すべく該皮膜とＳｉ基板
との間には更にＴｉ等の皮膜も設けられるので、バリヤ
膜を備えたＡ１合金系の接続配線は、通常第３図に模式
的に断面構造が示されるようなものとなる。咳図で１１
はＳｉ基板、１７一方ＴｉＮ膜は、該皮膜形成に引き続
いて配線合金層を堆積被着した場合にはバリヤとしての
効能が微弱であり、これを改善するにはＴｉＮ膜成長後
、−旦大気中に取り出してＮ２気流中４５０〜６００℃
で熱処理するのが有効であることが知られている（例え
ばｒｗａｂｕｃｈｉ ｅｔ ａｌ＋ ＶＬＳＩ Ｓｙｍ
ｐｏｓｉｕｍ。
ｐ、５５ （１９８６） ）。同様の処理はＴｉ −Ｗ
膜に対しても有効である（例えばＶ、Ｈｏｆｆｍａｎ、
５ｏｌｉｄ ＳｔａｔｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、 ８
月号、ｐ５８．１９８３．日本語版）。
膜に対しても有効である（例えばＶ、Ｈｏｆｆｍａｎ、
５ｏｌｉｄ ＳｔａｔｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、 ８
月号、ｐ５８．１９８３．日本語版）。
このような処理による特性の変化が、如何なる理由によ
って生ずるかという点は未解明であるが、ＴｉＮの結晶
粒界に酸素が入り込み、ＳｉやＡＩ原子の移動を抑制す
るものと見られている（ｓｔｕｆ−ｆｉｎｇ効果とも呼
ばれる）。
って生ずるかという点は未解明であるが、ＴｉＮの結晶
粒界に酸素が入り込み、ＳｉやＡＩ原子の移動を抑制す
るものと見られている（ｓｔｕｆ−ｆｉｎｇ効果とも呼
ばれる）。
〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕ＴｉＮ等
の皮膜のバリヤ特性を十分に得るには、スパッタリング
工程を中断し、装置から大気中に取り出して熱処理しな
ければならない。スパッタリング装置から取り出すこと
なく配線層までの堆積形成を行うには、加熱装置をスパ
ッタリング装置内に組み込むことになるが、この熱処理
は４５０〜６００℃の高温で行われ、この温度に昇温可
能な加熱装置を通常のスパッタリング装置に組み込むこ
とは困難である。
の皮膜のバリヤ特性を十分に得るには、スパッタリング
工程を中断し、装置から大気中に取り出して熱処理しな
ければならない。スパッタリング装置から取り出すこと
なく配線層までの堆積形成を行うには、加熱装置をスパ
ッタリング装置内に組み込むことになるが、この熱処理
は４５０〜６００℃の高温で行われ、この温度に昇温可
能な加熱装置を通常のスパッタリング装置に組み込むこ
とは困難である。
スパッタリングのような真空処理工程の途中で大気中に
取り出すには、単に真空を破るだけでなく、塵埃の付着
を避ける処理も要求されるので、取り扱いが煩瑣になり
、工程の増加をもたらすことになる。
取り出すには、単に真空を破るだけでなく、塵埃の付着
を避ける処理も要求されるので、取り扱いが煩瑣になり
、工程の増加をもたらすことになる。
本発明の目的は、より低い温度でバリヤ膜の特性を改善
する新規な処理方法を提供することであり、それによっ
て、スパッタリング装置内に加熱装置を組み込むことを
可能にし、連続処理による簡易化された工程で、より安
定で接続抵抗の低い接続配線を形成する方法を提供する
ことである。
する新規な処理方法を提供することであり、それによっ
て、スパッタリング装置内に加熱装置を組み込むことを
可能にし、連続処理による簡易化された工程で、より安
定で接続抵抗の低い接続配線を形成する方法を提供する
ことである。
上記目的を達成するため、本発明の接続配線形成法には
半導体基板を被覆する絶縁物層に開口を設け、チタンを
主たる成分の一とする皮膜を堆積形成した後、 前記チタンを含む皮膜をオゾンを含む雰囲気中で加熱処
理する工程が包含される。
主たる成分の一とする皮膜を堆積形成した後、 前記チタンを含む皮膜をオゾンを含む雰囲気中で加熱処
理する工程が包含される。
チタンを含む皮膜は典型的にはＴｉＮであり、ＴｉＣや
Ｔｉ −Ｗ合金も同様の処理の対象になる。
Ｔｉ −Ｗ合金も同様の処理の対象になる。
また、処理温度は３００℃程度である。
バリヤ膜を酸素中で熱処理することよりバリヤとしての
特性が改善される理由は、上にも簡単に記したように、
ＴｉＮ層を構成する結晶の粒界に酸素原子が入り込み、
Ｔｉの酸化物を形成することによって、粒界を通るＡＩ
の拡散が抑制されるためと考えられている。この点につ
いては前掲のＩｗａｂｕｃｈｉやＨｏｆｆｍａｎの論文
の他、Ｗ、５ｉｎｋｅ ｅｔ ａｔＡｐｐ！、Ｐｈｙｓ
、Ｌｅｔｔ、、４７（５）、ｐ、４７１（１９８５）を
参照されたい。
特性が改善される理由は、上にも簡単に記したように、
ＴｉＮ層を構成する結晶の粒界に酸素原子が入り込み、
Ｔｉの酸化物を形成することによって、粒界を通るＡＩ
の拡散が抑制されるためと考えられている。この点につ
いては前掲のＩｗａｂｕｃｈｉやＨｏｆｆｍａｎの論文
の他、Ｗ、５ｉｎｋｅ ｅｔ ａｔＡｐｐ！、Ｐｈｙｓ
、Ｌｅｔｔ、、４７（５）、ｐ、４７１（１９８５）を
参照されたい。
熱処理中に酸素（０□）が大気から皮膜中に取り込まれ
、Ｔｉの酸化が進むためには、温度が４５０〜６００℃
であることが必要である。これに対し、オゾン（０３）
雰囲気で熱処理が行われると、オゾンは酸素に比べて化
学的に活性であるため、３００℃或いはそれ以下の温度
でも結晶粒界に於けるＴｉの酸化が進行し、ＡＩの拡散
が抑制されることになる。
、Ｔｉの酸化が進むためには、温度が４５０〜６００℃
であることが必要である。これに対し、オゾン（０３）
雰囲気で熱処理が行われると、オゾンは酸素に比べて化
学的に活性であるため、３００℃或いはそれ以下の温度
でも結晶粒界に於けるＴｉの酸化が進行し、ＡＩの拡散
が抑制されることになる。
第１図は本発明の実施に用いられる処理装置の構成を示
す模式図である。装置の概略の構成は、中央に設けられ
た搬送室２の周囲に処理室１ａ、 １ｂｌｌｃ、 ｌｄ
が配置されたものであって、被処理体であるＳｉウェハ
はロードロック３内に装填されたカセットから１枚づつ
取り出され、前記複数の処理室を順に送られて、各処理
室で夫々所定の処理を受ける。１つの処理室では、１枚
の処理が終わると続いて次の１枚の処理が行われる。各
処理室と搬送室の間にはゲートバルブが設けられている
。
す模式図である。装置の概略の構成は、中央に設けられ
た搬送室２の周囲に処理室１ａ、 １ｂｌｌｃ、 ｌｄ
が配置されたものであって、被処理体であるＳｉウェハ
はロードロック３内に装填されたカセットから１枚づつ
取り出され、前記複数の処理室を順に送られて、各処理
室で夫々所定の処理を受ける。１つの処理室では、１枚
の処理が終わると続いて次の１枚の処理が行われる。各
処理室と搬送室の間にはゲートバルブが設けられている
。
このように、まとめて装填されたウェハが１枚づつ処理
されることから、この種の処理装置は枚葉式と呼ばれて
いる。
されることから、この種の処理装置は枚葉式と呼ばれて
いる。
上記各処理室に於ける処理は、１ａではＴｉ膜のスパッ
タリング、■ｂではＴｉＮのスパッタリング、ｌｃでは
オゾン雰囲気の熱処理、１ｄではＡ１合金のスパッタリ
ングである。各処理の詳細は、後の実施例工程の説明中
に明らかにされる。
タリング、■ｂではＴｉＮのスパッタリング、ｌｃでは
オゾン雰囲気の熱処理、１ｄではＡ１合金のスパッタリ
ングである。各処理の詳細は、後の実施例工程の説明中
に明らかにされる。
第２図はＭＯＳ）ランジスタのＳ ／ Ｄ ｆｉｌ域コ
ンタクト配線に本発明を適用した実施例の工程を示す断
面模式図であり、以下、該図面に従って本発明実施例の
工程を説明するが、装置に関わる部分では第１図が参照
される。
ンタクト配線に本発明を適用した実施例の工程を示す断
面模式図であり、以下、該図面に従って本発明実施例の
工程を説明するが、装置に関わる部分では第１図が参照
される。
第２図（ａｌはＳｉ基板１１に素子分離用の選択酸化膜
１２、Ｓ／Ｄ領域１３，１４、ゲート絶縁膜１５、ポリ
Ｓｉゲート電極１６、層間絶縁膜であるＳｉＯ□層１７
層形７され、Ｓ／Ｄコンタクト孔が開口された状態を示
している。ここ迄は公知の方法によって処理が進められ
る。
１２、Ｓ／Ｄ領域１３，１４、ゲート絶縁膜１５、ポリ
Ｓｉゲート電極１６、層間絶縁膜であるＳｉＯ□層１７
層形７され、Ｓ／Ｄコンタクト孔が開口された状態を示
している。ここ迄は公知の方法によって処理が進められ
る。
該状態のＳｉウェハは１０フト分が第１図のロードロッ
ク３に装填され、その１枚が図示されない搬送装置によ
り搬送室２を経由してスパック処理室１ａに送られる。
ク３に装填され、その１枚が図示されない搬送装置によ
り搬送室２を経由してスパック処理室１ａに送られる。
該処理室では純アルゴンをスパッタガスとしてＴｉ膜１
８が５００人の厚さに形成される。
８が５００人の厚さに形成される。
次に該ウェハは前記の搬送装置によってスパッタ処理室
１ｂに送られ、ここではアルゴンと窒素（混合比はｌ：
１）をスパッタガスとし、圧力１〜１０ｍＴｏｒｒ、ス
パッタ電力〜５ＫＷで１Ｏ００〜２０００人のＴｉＮ１
９が堆積形成される。
１ｂに送られ、ここではアルゴンと窒素（混合比はｌ：
１）をスパッタガスとし、圧力１〜１０ｍＴｏｒｒ、ス
パッタ電力〜５ＫＷで１Ｏ００〜２０００人のＴｉＮ１
９が堆積形成される。
続いて処理室１ｃで行われる処理が、本発明の主たる要
件となるオゾン酸化処理である。オゾンは酸素を原料と
してオゾナイザ４で発生され、処理室内のオゾン圧力は
１〜１０Ｔｏｒｒに保たれる。ヒートステージ６によっ
てＳｉウェハは３００℃に昇温され、オゾンによる酸化
処理が行われる。処理時間はウェハの昇温に要する時間
も含めて〜３分である。
件となるオゾン酸化処理である。オゾンは酸素を原料と
してオゾナイザ４で発生され、処理室内のオゾン圧力は
１〜１０Ｔｏｒｒに保たれる。ヒートステージ６によっ
てＳｉウェハは３００℃に昇温され、オゾンによる酸化
処理が行われる。処理時間はウェハの昇温に要する時間
も含めて〜３分である。
３００℃程度の温度は、通常のスパッタリングに於いて
も基板温度として採用される程度のものであり、常用さ
れる加熱手段によってスパッタ処理室内でも容易に実現
することが出来る。なお、５ａ。
も基板温度として採用される程度のものであり、常用さ
れる加熱手段によってスパッタ処理室内でも容易に実現
することが出来る。なお、５ａ。
５ｂ、５ｄは上記各スパッタリングのターゲットである
。
。
酸化処理の終わったウェハは処理室１ｄに移され、配線
層であるＡｌ−３層合金２０を〜１μｍの厚さにスパッ
タリングで堆積する。この処理条件は通常のものと同じ
でよい。
層であるＡｌ−３層合金２０を〜１μｍの厚さにスパッ
タリングで堆積する。この処理条件は通常のものと同じ
でよい。
以上の処理により、第２図（′ｂ）に示されるように、
Ａｌ−５ｉ／ＴｉＮ／Ｔｉの３層が堆積形成されるので
、これをバターニングすることにより、第２図（Ｃ）の
如くコンタクト配線を備えたＭＯＳ）ランジスタが完成
する。
Ａｌ−５ｉ／ＴｉＮ／Ｔｉの３層が堆積形成されるので
、これをバターニングすることにより、第２図（Ｃ）の
如くコンタクト配線を備えたＭＯＳ）ランジスタが完成
する。
このようにして得られたＭＯＳ）ランジスタのＳ／Ｄ領
域とＡＩ配線との間のコンタクト抵抗は１×１０づΩ・
Ｃｌ１ｌ−２程度の値を示し、５５０℃の熱処理後でも
抵抗値の増加は認められなかった。因みに、ＴｉＮ膜の
酸化処理を行わない場合は５００℃の熱処理で既にトラ
ンジスタの特性の劣化が始まる。
域とＡＩ配線との間のコンタクト抵抗は１×１０づΩ・
Ｃｌ１ｌ−２程度の値を示し、５５０℃の熱処理後でも
抵抗値の増加は認められなかった。因みに、ＴｉＮ膜の
酸化処理を行わない場合は５００℃の熱処理で既にトラ
ンジスタの特性の劣化が始まる。
上記実施例はＴｉＮに対するものであったが、ＴｉＣに
対しても、同様の処理により同様の効果が得られる。そ
の場合ＴｉＣ膜は、上記実施例の処理室１ａに於ける処
理ガスを、アルゴンとメタンの混合雰囲気とし、リアク
ティブスパッタリングによって形成することが出来る。
対しても、同様の処理により同様の効果が得られる。そ
の場合ＴｉＣ膜は、上記実施例の処理室１ａに於ける処
理ガスを、アルゴンとメタンの混合雰囲気とし、リアク
ティブスパッタリングによって形成することが出来る。
以上説明したように、本発明によればＴｉＮなどのＴｉ
を主たる成分とするバリヤ膜の特性を、比較的低温の熱
処理によって改善することが可能であり、枚葉式スパッ
タリング装置に加熱装置を内蔵させることによって、処
理工程の増加やを煩雑化を伴うことなく、特性の優れた
コンタクト配線を形成することが出来る。
を主たる成分とするバリヤ膜の特性を、比較的低温の熱
処理によって改善することが可能であり、枚葉式スパッ
タリング装置に加熱装置を内蔵させることによって、処
理工程の増加やを煩雑化を伴うことなく、特性の優れた
コンタクト配線を形成することが出来る。
第１図は本発明を実施する装置の構成を示す模式図、
第２図は実施例の工程を示す断面模式、第３図はＡ１合
金配線の構造を示す断面模式図であって、 図に於いて １８〜１ｄはスパッタ処理室、 ２は搬送室、 ３はロードロック、 ４はオゾナイザ、 ５ａ ５ｂ ５ｄはターゲット、 ６はヒートヒテージ、 １１はＳｉ 葛目反、 １２は選択酸化膜、 １３．１４はＳ／Ｄ領域、 １５はゲート絶縁膜、 １６はゲート電極、 １７はＳ ｉ Ｏｚ、 １８はＴｉ３ ノ３ １５ 木イ＜ｅ月を実記イう装置ｔ（レリＬＸヒ、−１・４莫
弐Ｅつ第 １［２１ 亥）色◇１） ／ｌ Ｌ 程を示ず簡゛面オ葵弐図第
２ 図
金配線の構造を示す断面模式図であって、 図に於いて １８〜１ｄはスパッタ処理室、 ２は搬送室、 ３はロードロック、 ４はオゾナイザ、 ５ａ ５ｂ ５ｄはターゲット、 ６はヒートヒテージ、 １１はＳｉ 葛目反、 １２は選択酸化膜、 １３．１４はＳ／Ｄ領域、 １５はゲート絶縁膜、 １６はゲート電極、 １７はＳ ｉ Ｏｚ、 １８はＴｉ３ ノ３ １５ 木イ＜ｅ月を実記イう装置ｔ（レリＬＸヒ、−１・４莫
弐Ｅつ第 １［２１ 亥）色◇１） ／ｌ Ｌ 程を示ず簡゛面オ葵弐図第
２ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体基板を被覆する絶縁物層に開口を設け、チタンを
主たる成分の一とする皮膜を堆積形成した後、 前記チタンを主たる成分の一とする皮膜を、少なくもオ
ゾンを含む雰囲気中で加熱処理する工程を包含すること
を特徴とする接続配線形成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19494688A JPH0243726A (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | 接続配線形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19494688A JPH0243726A (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | 接続配線形成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0243726A true JPH0243726A (ja) | 1990-02-14 |
Family
ID=16332960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19494688A Pending JPH0243726A (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | 接続配線形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0243726A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02271633A (ja) * | 1989-04-13 | 1990-11-06 | Hitachi Ltd | 半導体装置の配線層 |
| JPH056865A (ja) * | 1991-06-27 | 1993-01-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH06140357A (ja) * | 1990-12-11 | 1994-05-20 | Samsung Semiconductor Inc | 金属バリヤを形成させる方法 |
| US6824825B2 (en) | 1999-09-13 | 2004-11-30 | Tokyo Electron Limited | Method for depositing metallic nitride series thin film |
-
1988
- 1988-08-03 JP JP19494688A patent/JPH0243726A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02271633A (ja) * | 1989-04-13 | 1990-11-06 | Hitachi Ltd | 半導体装置の配線層 |
| JPH06140357A (ja) * | 1990-12-11 | 1994-05-20 | Samsung Semiconductor Inc | 金属バリヤを形成させる方法 |
| JPH056865A (ja) * | 1991-06-27 | 1993-01-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| US6824825B2 (en) | 1999-09-13 | 2004-11-30 | Tokyo Electron Limited | Method for depositing metallic nitride series thin film |
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