JPH04259242A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH04259242A JPH04259242A JP3020605A JP2060591A JPH04259242A JP H04259242 A JPH04259242 A JP H04259242A JP 3020605 A JP3020605 A JP 3020605A JP 2060591 A JP2060591 A JP 2060591A JP H04259242 A JPH04259242 A JP H04259242A
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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
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウムまたはアル
ミニウム合金から成る配線とシリコン基板との間に高融
点金属窒化膜から成るバリヤ層を設けて成る半導体装置
に関する。
ミニウム合金から成る配線とシリコン基板との間に高融
点金属窒化膜から成るバリヤ層を設けて成る半導体装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の内部配線材料として,アル
ミニウム(Al)またはAlとシリコン(Si)や銅(
Cu)との合金から成る薄膜が主用されている。しかし
ながら, AlまたはAl合金等とシリコン基板とを直
接に接触させた状態では, 加熱をともなう種々の後工
程において, これらの間で相互拡散を生じやすく,
接続の信頼性に問題がある。 とくに, 高密度半導体装置においては, シリコン基
板に形成される不純物拡散層の厚さが小さく, 上記の
ような相互拡散により, このような薄い不純物拡散層
が破壊されてしまうと言う重大な障害が生じる。
ミニウム(Al)またはAlとシリコン(Si)や銅(
Cu)との合金から成る薄膜が主用されている。しかし
ながら, AlまたはAl合金等とシリコン基板とを直
接に接触させた状態では, 加熱をともなう種々の後工
程において, これらの間で相互拡散を生じやすく,
接続の信頼性に問題がある。 とくに, 高密度半導体装置においては, シリコン基
板に形成される不純物拡散層の厚さが小さく, 上記の
ような相互拡散により, このような薄い不純物拡散層
が破壊されてしまうと言う重大な障害が生じる。
【0003】これに対して, Al薄膜とシリコン基板
との間に, 窒化チタン(TiN) のような高融点金
属の窒化膜をバリヤ層として介在させることによって,
Alとシリコン基板との相互拡散を抑制する方法が用
いられている。
との間に, 窒化チタン(TiN) のような高融点金
属の窒化膜をバリヤ層として介在させることによって,
Alとシリコン基板との相互拡散を抑制する方法が用
いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】TiN 薄膜等のバリ
ヤ層によっても,Alとシリコンとの相互拡散を完全に
抑えることができない。これは,TiN薄膜を構成する
微結晶の粒界をAl原子が拡散するためであると考えら
れている。また, AlとTiN 薄膜との相互反応に
より TiN薄膜の有効膜厚が低下し, バリヤ層とし
て機能しなくなる場合もある。
ヤ層によっても,Alとシリコンとの相互拡散を完全に
抑えることができない。これは,TiN薄膜を構成する
微結晶の粒界をAl原子が拡散するためであると考えら
れている。また, AlとTiN 薄膜との相互反応に
より TiN薄膜の有効膜厚が低下し, バリヤ層とし
て機能しなくなる場合もある。
【0005】これらの問題に対して,シリコン基板上に
高融点金属膜および窒化高融点金属膜を形成後,1〜3
×10−3Torrの酸素雰囲気中での熱処理により窒
化金属膜表面を薄く酸化し, この酸化膜上にアルミニ
ウム配線層を形成することによって,窒化高融点金属ま
たは基板シリコンとの反応を抑える方法が提案されてい
る。(特開昭62−113421 参照)しかしながら
, 上記公報の方法は, 低圧酸素雰囲気での熱処理を
行うための装置を必要とし, かつ, 大気中に取り出
しても酸化されない温度まで被処理物を上記熱処理装置
中で冷却するために長時間を要し, 熱処理工程のスル
ープットを犠牲にするか, あるいは, 冷却を促進す
るための機構に要する設備コストの増大を招くことが避
けられない問題があった。
高融点金属膜および窒化高融点金属膜を形成後,1〜3
×10−3Torrの酸素雰囲気中での熱処理により窒
化金属膜表面を薄く酸化し, この酸化膜上にアルミニ
ウム配線層を形成することによって,窒化高融点金属ま
たは基板シリコンとの反応を抑える方法が提案されてい
る。(特開昭62−113421 参照)しかしながら
, 上記公報の方法は, 低圧酸素雰囲気での熱処理を
行うための装置を必要とし, かつ, 大気中に取り出
しても酸化されない温度まで被処理物を上記熱処理装置
中で冷却するために長時間を要し, 熱処理工程のスル
ープットを犠牲にするか, あるいは, 冷却を促進す
るための機構に要する設備コストの増大を招くことが避
けられない問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記従来の問題点は,
半導体基板の一表面に高融点金属窒化膜を形成し, 該
半導体基板を大気とほぼ同じ組成の雰囲気炉中で加熱す
るか, または, 該半導体基板を酸化性の薬液中に浸
漬して該高融点金属窒化膜の表面に酸化膜を形成し,
該酸化膜が形成された該高融点金属窒化膜上にアルミニ
ウム,アルミニウム合金,タングステン,金または銅の
いずれかから成る導電層を堆積し, 該導電層と酸化膜
と高融点金属窒化膜とをエッチングして配線パターンを
形成する諸工程を含むことを特徴とする本発明に係る半
導体装置の製造方法によって解決される。
半導体基板の一表面に高融点金属窒化膜を形成し, 該
半導体基板を大気とほぼ同じ組成の雰囲気炉中で加熱す
るか, または, 該半導体基板を酸化性の薬液中に浸
漬して該高融点金属窒化膜の表面に酸化膜を形成し,
該酸化膜が形成された該高融点金属窒化膜上にアルミニ
ウム,アルミニウム合金,タングステン,金または銅の
いずれかから成る導電層を堆積し, 該導電層と酸化膜
と高融点金属窒化膜とをエッチングして配線パターンを
形成する諸工程を含むことを特徴とする本発明に係る半
導体装置の製造方法によって解決される。
【0007】
【作用】シリコン基板上に形成された,高融点金属窒化
膜,例えばTiN 膜表面を,大気とほぼ等しい組成の
雰囲気中での加熱または硝酸のような酸化性の薬液中へ
の浸漬により酸化し,20 〜50Å程度の表面酸化層
を形成する。この上にAlまたはAl合金から成る配線
層を堆積する。これにより, 配線層中のAlとシリコ
ン基板との相互拡散はもちろん, AlとTiN 膜と
の反応が阻止される。上記表面酸化層は,TiOとTi
O2を含有するTiN 層である。 このような酸化層が絶縁性であっても,20 〜50Å
程度の厚さ以下であれば, シリコン基板と配線層との
間には, トンネル効果によって実用上問題のない導電
性が維持される。
膜,例えばTiN 膜表面を,大気とほぼ等しい組成の
雰囲気中での加熱または硝酸のような酸化性の薬液中へ
の浸漬により酸化し,20 〜50Å程度の表面酸化層
を形成する。この上にAlまたはAl合金から成る配線
層を堆積する。これにより, 配線層中のAlとシリコ
ン基板との相互拡散はもちろん, AlとTiN 膜と
の反応が阻止される。上記表面酸化層は,TiOとTi
O2を含有するTiN 層である。 このような酸化層が絶縁性であっても,20 〜50Å
程度の厚さ以下であれば, シリコン基板と配線層との
間には, トンネル効果によって実用上問題のない導電
性が維持される。
【0008】本発明によれば, 低圧酸素雰囲気熱処理
装置を必要としない。また, 大気とほぼ等しい組成の
雰囲気中での熱処理または薬液中の浸漬による酸化が支
配的であるために, 被処理物を大気中に取り出しても
酸化はほとんど進行しない。したがって, 被処理物を
冷却するための特別の機構を必要とせず, 所定の厚さ
および膜質を有する表面酸化層を安定して形成できる。
装置を必要としない。また, 大気とほぼ等しい組成の
雰囲気中での熱処理または薬液中の浸漬による酸化が支
配的であるために, 被処理物を大気中に取り出しても
酸化はほとんど進行しない。したがって, 被処理物を
冷却するための特別の機構を必要とせず, 所定の厚さ
および膜質を有する表面酸化層を安定して形成できる。
【0009】
【実施例】図1は本発明の実施例の工程説明図であって
, 同図(a) に示すように, 例えばn型の不純物
拡散層2が形成されたp型のシリコン基板1表面に厚さ
0.2 μm のSiO2層31と厚さ0.5 μm
の BPSG(硼燐珪酸ガラス)層32とから成る絶縁
層3を堆積する。そして, 不純物拡散層2を表出する
開口を絶縁層3に形成したのち, シリコン基板1上に
, 厚さ300 ÅのTi膜4と厚さ1000ÅのTi
N 膜5を順次堆積する。Ti膜4はアルゴンガスを用
いる周知のスパッタリング法により, TiN 膜5は
窒素を添加したアルゴンガスを用いる周知の反応性スパ
ッタリング法により形成すればよい。
, 同図(a) に示すように, 例えばn型の不純物
拡散層2が形成されたp型のシリコン基板1表面に厚さ
0.2 μm のSiO2層31と厚さ0.5 μm
の BPSG(硼燐珪酸ガラス)層32とから成る絶縁
層3を堆積する。そして, 不純物拡散層2を表出する
開口を絶縁層3に形成したのち, シリコン基板1上に
, 厚さ300 ÅのTi膜4と厚さ1000ÅのTi
N 膜5を順次堆積する。Ti膜4はアルゴンガスを用
いる周知のスパッタリング法により, TiN 膜5は
窒素を添加したアルゴンガスを用いる周知の反応性スパ
ッタリング法により形成すればよい。
【0010】次いで, シリコン基板1を, 酸素20
±5%と窒素80±5%との混合ガス雰囲気中,350
〜450 ℃で所定時間熱処理し, 同図(b) に示
すように, TiN 膜5表面に, 20〜50Åの表
面酸化層6を形成する。この場合の酸素と窒素の流量は
, それぞれ, 6 SLMおよび24 SLMであっ
た。
±5%と窒素80±5%との混合ガス雰囲気中,350
〜450 ℃で所定時間熱処理し, 同図(b) に示
すように, TiN 膜5表面に, 20〜50Åの表
面酸化層6を形成する。この場合の酸素と窒素の流量は
, それぞれ, 6 SLMおよび24 SLMであっ
た。
【0011】次いで, 同図(c) に示すように,
例えば2%のCuを含有する厚さ0.5 μm のAl
膜7を, 周知のスパッタリング法を用いて, シリコ
ン基板1上に堆積する。 Al膜7を, 周知のリソグラフ技術を用いてパターニ
ングしたのち, 同図(d) に示すように, シリコ
ン基板1上に, 例えばBPSGから成るカバー膜8を
堆積し, さらに, 窒素と水素との混合ガス中,45
0℃で30分間のアニールを行う。
例えば2%のCuを含有する厚さ0.5 μm のAl
膜7を, 周知のスパッタリング法を用いて, シリコ
ン基板1上に堆積する。 Al膜7を, 周知のリソグラフ技術を用いてパターニ
ングしたのち, 同図(d) に示すように, シリコ
ン基板1上に, 例えばBPSGから成るカバー膜8を
堆積し, さらに, 窒素と水素との混合ガス中,45
0℃で30分間のアニールを行う。
【0012】上記カバー膜8の堆積は, 通常, 例え
ばCVD(化学気相成長)法により425 ℃で行われ
る。このカバー膜8の堆積およびその後の上記アニール
等の熱処理において, Al膜7とシリコン基板1との
相互拡散およびAl膜7とTiN 膜5との反応が表面
酸化層6によって阻止され, Al膜7とシリコン基板
1との接続部におけるPN接合の信頼性が保証される。 また, 表面酸化層6により, 単層Alの物性が阻害
されず, Al原子のエレクトロマイグレーションが抑
制されるために, Al配線のMTF(Mean Ti
me toFailure) 特性が向上される。
ばCVD(化学気相成長)法により425 ℃で行われ
る。このカバー膜8の堆積およびその後の上記アニール
等の熱処理において, Al膜7とシリコン基板1との
相互拡散およびAl膜7とTiN 膜5との反応が表面
酸化層6によって阻止され, Al膜7とシリコン基板
1との接続部におけるPN接合の信頼性が保証される。 また, 表面酸化層6により, 単層Alの物性が阻害
されず, Al原子のエレクトロマイグレーションが抑
制されるために, Al配線のMTF(Mean Ti
me toFailure) 特性が向上される。
【0013】上記のように,TiN膜5は大気とほぼ同
組成の雰囲気中で表面酸化が行われるため,350℃以
下の温度では, シリコン基板1を大気中に取り出して
もほとんど表面酸化は進行しない。したがって, 本発
明によれば, 表面酸化層6の厚さおよび膜質を再現性
よく制御することができる。また, シリコン基板1を
大気中に取り出すための冷却に要する時間は, 熱処理
炉が, 例えば400 ℃から350 ℃に達するまで
の時間であり, これは通常20分程度であるために,
工程のスループットを実質的に低下させる要因にはなら
ない。
組成の雰囲気中で表面酸化が行われるため,350℃以
下の温度では, シリコン基板1を大気中に取り出して
もほとんど表面酸化は進行しない。したがって, 本発
明によれば, 表面酸化層6の厚さおよび膜質を再現性
よく制御することができる。また, シリコン基板1を
大気中に取り出すための冷却に要する時間は, 熱処理
炉が, 例えば400 ℃から350 ℃に達するまで
の時間であり, これは通常20分程度であるために,
工程のスループットを実質的に低下させる要因にはなら
ない。
【0014】本発明においては, 図1(b) におけ
る表面酸化層6の形成を, 例えば硝酸のような酸化性
の薬液中に浸漬する別の方法を用いて行ってもよい。す
なわち, 図1(a) に示すシリコン基板1を, 例
えば図2に示すように, 60℃に加熱された10%の
濃硝酸溶液中に10min 間浸漬して, TiN 膜
5表面に表面酸化層6を形成し, 次いで10min
間水洗したのち, 乾燥炉中, 60℃で10min
間乾燥する。こののち, 図1(c) 以下と同様に,
Al膜7の堆積, パターニングおよびカバー膜8の
堆積を行う。
る表面酸化層6の形成を, 例えば硝酸のような酸化性
の薬液中に浸漬する別の方法を用いて行ってもよい。す
なわち, 図1(a) に示すシリコン基板1を, 例
えば図2に示すように, 60℃に加熱された10%の
濃硝酸溶液中に10min 間浸漬して, TiN 膜
5表面に表面酸化層6を形成し, 次いで10min
間水洗したのち, 乾燥炉中, 60℃で10min
間乾燥する。こののち, 図1(c) 以下と同様に,
Al膜7の堆積, パターニングおよびカバー膜8の
堆積を行う。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば, Al, Al合金,
タングステンその他の導電材料から成る配線層とシリ
コン基板との間に設けられるTiN バリヤ膜の表面に
, トンネル効果を生じ得る厚さの表面酸化層を再現性
よく形成可能とする。その結果,Al 等の配線とシリ
コン基板とを安定に低抵抗で接続可能とし, 高集積度
の半導体装置の製造歩留りならびに信頼性に寄与する効
果がある。とくに, 膜厚が1000Å以下のTiN膜
によって充分なバリヤ機能が発揮され, 多層配線の形
成が容易になる点で効果が大きい。
タングステンその他の導電材料から成る配線層とシリ
コン基板との間に設けられるTiN バリヤ膜の表面に
, トンネル効果を生じ得る厚さの表面酸化層を再現性
よく形成可能とする。その結果,Al 等の配線とシリ
コン基板とを安定に低抵抗で接続可能とし, 高集積度
の半導体装置の製造歩留りならびに信頼性に寄与する効
果がある。とくに, 膜厚が1000Å以下のTiN膜
によって充分なバリヤ機能が発揮され, 多層配線の形
成が容易になる点で効果が大きい。
【図1】 本発明の一実施例の工程説明図
1 シリコン基板
4 Ti膜2 不純物拡散層
5 TiN
膜3 絶縁層
6 表面酸化層
4 Ti膜2 不純物拡散層
5 TiN
膜3 絶縁層
6 表面酸化層
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体基板の一表面に高融点金属窒化
膜を形成する工程と,該半導体基板を大気とほぼ同じ組
成の雰囲気炉中で加熱して該高融点金属窒化膜の表面に
酸化膜を形成する工程と,該酸化膜が形成された該高融
点金属窒化膜上にアルミニウム,アルミニウム合金,タ
ングステン,金または銅のいずれかから成る導電層を堆
積する工程と,該導電層と酸化膜と高融点金属窒化膜と
をエッチングして配線パターンを形成する工程とを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 半導体基板の一表面に高融点金属窒化
膜を形成する工程と,該半導体基板を酸化性の薬液中に
浸漬して該高融点金属窒化膜の表面に酸化膜を形成する
工程と,該酸化膜が形成された該高融点金属窒化膜上に
アルミニウム,アルミニウム合金,タングステン,金ま
たは銅のいずれかから成る導電層を堆積する工程と,該
導電層と酸化膜と高融点金属窒化膜とをエッチングして
配線パターンを形成する工程とを含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3020605A JPH04259242A (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | 半導体装置の製造方法 |
US07/833,003 US5236869A (en) | 1991-02-14 | 1992-02-10 | Method of producing semiconductor device |
EP19920102410 EP0499249A3 (en) | 1991-02-14 | 1992-02-13 | Method of producing a semiconductor device including a barrier layer |
KR1019920002246A KR960005038B1 (ko) | 1991-02-14 | 1992-02-14 | 반도체 장치의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3020605A JPH04259242A (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04259242A true JPH04259242A (ja) | 1992-09-14 |
Family
ID=12031901
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3020605A Pending JPH04259242A (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5236869A (ja) |
EP (1) | EP0499249A3 (ja) |
JP (1) | JPH04259242A (ja) |
KR (1) | KR960005038B1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011108837A (ja) * | 2009-11-17 | 2011-06-02 | Seiko Epson Corp | 半導体装置および電子部品並びにそれらの製造方法 |
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GB2285337B (en) * | 1993-12-28 | 1997-12-17 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device with aluminium wiring |
DE19515564B4 (de) | 1994-04-28 | 2008-07-03 | Denso Corp., Kariya | Elektrode für ein Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung derselben |
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-
1991
- 1991-02-14 JP JP3020605A patent/JPH04259242A/ja active Pending
-
1992
- 1992-02-10 US US07/833,003 patent/US5236869A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-02-13 EP EP19920102410 patent/EP0499249A3/en not_active Withdrawn
- 1992-02-14 KR KR1019920002246A patent/KR960005038B1/ko not_active IP Right Cessation
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0499249A2 (en) | 1992-08-19 |
KR920017184A (ko) | 1992-09-26 |
KR960005038B1 (ko) | 1996-04-18 |
US5236869A (en) | 1993-08-17 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000613 |