JPH07201779A - 電極配線およびその形成方法 - Google Patents
電極配線およびその形成方法Info
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- JPH07201779A JPH07201779A JP35117193A JP35117193A JPH07201779A JP H07201779 A JPH07201779 A JP H07201779A JP 35117193 A JP35117193 A JP 35117193A JP 35117193 A JP35117193 A JP 35117193A JP H07201779 A JPH07201779 A JP H07201779A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】微細構造の半導体装置において信頼性の高いア
ルミニウム配線およびその形成方法を提供することを目
的とする。 【構成】半導体基板21上に形成された第1の窒化チタ
ン膜23と、その上に形成され、結晶配向が(111)
配向である第2の窒化チタン膜24と、その上に形成さ
れたアルミニウム配線25とを具備することを特徴とす
る。また、半導体基板21上にCVD法により第1の窒
化チタン膜23を形成し、第1の窒化チタン膜23を少
なくともハロゲン元素を含むガスに晒し、その後第1の
窒化チタン膜23上にCVD法により結晶配向が(11
1)配向である第2の窒化チタン膜24を形成し、第2
の窒化チタン膜上にアルミニウム配線25を形成する工
程とを具備することを特徴とする。
ルミニウム配線およびその形成方法を提供することを目
的とする。 【構成】半導体基板21上に形成された第1の窒化チタ
ン膜23と、その上に形成され、結晶配向が(111)
配向である第2の窒化チタン膜24と、その上に形成さ
れたアルミニウム配線25とを具備することを特徴とす
る。また、半導体基板21上にCVD法により第1の窒
化チタン膜23を形成し、第1の窒化チタン膜23を少
なくともハロゲン元素を含むガスに晒し、その後第1の
窒化チタン膜23上にCVD法により結晶配向が(11
1)配向である第2の窒化チタン膜24を形成し、第2
の窒化チタン膜上にアルミニウム配線25を形成する工
程とを具備することを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電極配線およびその形
成方法に関する。
成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化に伴い、半
導体装置の構成素子の微細化が進められている。例え
ば、16MDRAMは0.6〜0.8μmの設計基準で
作られており、さらに集積度を上げるために、サブミク
ロンオーダーの設計基準で作られようとしている。
導体装置の構成素子の微細化が進められている。例え
ば、16MDRAMは0.6〜0.8μmの設計基準で
作られており、さらに集積度を上げるために、サブミク
ロンオーダーの設計基準で作られようとしている。
【0003】しかしながら、素子の微細化が進むにつれ
て半導体装置の製造プロセスに様々な問題が生じてい
る。例えば、設計基準のオーダーが小さくなるにつれ
て、配線幅は小さくなり、配線長そのものは増大する。
また、能動素子の集積度が向上することにより、電気的
に接続しなければならない箇所が多くなり、しかも、個
々のコンタクトホールのアスペクト比は増大する一方で
ある。このため、通常のAl−1重量%Si合金からな
る配線では、配線が切れるオープン不良、コンタクトホ
ール底部での段切れ不良、コンタクト抵抗増大の不良、
エレクトロ・マイグレーションやストレス・マイグレー
ション等が多くなり、信頼性の高いアルミニウム配線を
形成するのが困難になりつつある。
て半導体装置の製造プロセスに様々な問題が生じてい
る。例えば、設計基準のオーダーが小さくなるにつれ
て、配線幅は小さくなり、配線長そのものは増大する。
また、能動素子の集積度が向上することにより、電気的
に接続しなければならない箇所が多くなり、しかも、個
々のコンタクトホールのアスペクト比は増大する一方で
ある。このため、通常のAl−1重量%Si合金からな
る配線では、配線が切れるオープン不良、コンタクトホ
ール底部での段切れ不良、コンタクト抵抗増大の不良、
エレクトロ・マイグレーションやストレス・マイグレー
ション等が多くなり、信頼性の高いアルミニウム配線を
形成するのが困難になりつつある。
【0004】これらの問題を解決するため、新しい配線
材料や新しい配線構造の開発が求められている。例え
ば、コンタクト抵抗増大を防止するため、シリコン基板
等の半導体基板とアルミニウムやAl−Si合金からな
る配線との間に、高融点金属やそれらのシリサイドから
なる単層の拡散障壁層や窒化チタン膜/チタン膜の2層
構造の拡散障壁層を設けたりする試みがなされている。
材料や新しい配線構造の開発が求められている。例え
ば、コンタクト抵抗増大を防止するため、シリコン基板
等の半導体基板とアルミニウムやAl−Si合金からな
る配線との間に、高融点金属やそれらのシリサイドから
なる単層の拡散障壁層や窒化チタン膜/チタン膜の2層
構造の拡散障壁層を設けたりする試みがなされている。
【0005】上述のように拡散障壁層として使用される
窒化チタン膜は、通常スパッタリング法により形成され
ている。スパッタリング法により形成された(111)
の結晶配向を有する窒化チタン膜は、後述するように、
その上に形成するアルミニウム配線の信頼性を向上する
ことが可能である。しかしながら、スパッタリング法に
より形成された窒化チタン膜は段差被覆性が悪いため
に、図7に示すように、半導体基板70に形成されたア
スペクト比の大きい段差71の底部や側壁には平坦部と
同じ厚さで窒化チタン膜72を形成されない。一方、化
学的気相成長法(以下、CVD法と省略する)で形成さ
れた窒化チタン膜は段差被覆性が非常に良好である。特
に、数Torrの減圧下で行う減圧CVD法においては、反
応ガスのいわゆる「回り込み」現象が起り、アスペクト
比の大きい溝の底部や側壁でも平坦部と同じ厚さで成膜
することができる。このため、素子の微細化が進んだ場
合、段差被覆性が良好な膜を形成することができるの
で、上記CVD法の必要性が増大する傾向にある。
窒化チタン膜は、通常スパッタリング法により形成され
ている。スパッタリング法により形成された(111)
の結晶配向を有する窒化チタン膜は、後述するように、
その上に形成するアルミニウム配線の信頼性を向上する
ことが可能である。しかしながら、スパッタリング法に
より形成された窒化チタン膜は段差被覆性が悪いため
に、図7に示すように、半導体基板70に形成されたア
スペクト比の大きい段差71の底部や側壁には平坦部と
同じ厚さで窒化チタン膜72を形成されない。一方、化
学的気相成長法(以下、CVD法と省略する)で形成さ
れた窒化チタン膜は段差被覆性が非常に良好である。特
に、数Torrの減圧下で行う減圧CVD法においては、反
応ガスのいわゆる「回り込み」現象が起り、アスペクト
比の大きい溝の底部や側壁でも平坦部と同じ厚さで成膜
することができる。このため、素子の微細化が進んだ場
合、段差被覆性が良好な膜を形成することができるの
で、上記CVD法の必要性が増大する傾向にある。
【0006】実際の半導体装置においては、拡散障壁層
である窒化チタン膜上にはアルミニウム配線が形成され
る。拡散障壁層として必要な特性は、拡散障壁性に加え
てアルミニウム配線の信頼性である。最近研究におい
て、窒化チタン膜の配向性がアルミニウム配線の信頼性
に非常に大きな影響を与えることが分っている。具体的
には、アルミニウム配線が高い信頼性を得るためには、
窒化チタン膜の結晶配向が(111)配向でなければな
らないことが分っている。しかしながら、CVD法で形
成された窒化チタン膜は、結晶配向が(100)配向と
なってしまう。この窒化チタン膜は、段差被覆性が良
く、拡散障壁性は良好であるが、アルミニウム配線の信
頼性が悪い。そこで、結晶配向が(111)配向である
窒化チタン膜をCVD法で形成することができればよい
が、従来のCVD法では結晶配向を(111)配向に制
御することが非常に困難である。
である窒化チタン膜上にはアルミニウム配線が形成され
る。拡散障壁層として必要な特性は、拡散障壁性に加え
てアルミニウム配線の信頼性である。最近研究におい
て、窒化チタン膜の配向性がアルミニウム配線の信頼性
に非常に大きな影響を与えることが分っている。具体的
には、アルミニウム配線が高い信頼性を得るためには、
窒化チタン膜の結晶配向が(111)配向でなければな
らないことが分っている。しかしながら、CVD法で形
成された窒化チタン膜は、結晶配向が(100)配向と
なってしまう。この窒化チタン膜は、段差被覆性が良
く、拡散障壁性は良好であるが、アルミニウム配線の信
頼性が悪い。そこで、結晶配向が(111)配向である
窒化チタン膜をCVD法で形成することができればよい
が、従来のCVD法では結晶配向を(111)配向に制
御することが非常に困難である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の方
法では、段差被覆性が良好であり、拡散障壁性に優れ、
しかもアルミニウム配線の信頼性が高い拡散障壁層を形
成することができない。このため、従来の方法では、微
細構造の半導体装置において信頼性の高いアルミニウム
配線を形成することができないという問題点がある。
法では、段差被覆性が良好であり、拡散障壁性に優れ、
しかもアルミニウム配線の信頼性が高い拡散障壁層を形
成することができない。このため、従来の方法では、微
細構造の半導体装置において信頼性の高いアルミニウム
配線を形成することができないという問題点がある。
【0008】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、微細構造の半導体装置において信頼性の高い電極
配線およびその形成方法を提供することを目的とする。
あり、微細構造の半導体装置において信頼性の高い電極
配線およびその形成方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に形成された結晶配向が(100)配向である第1の窒
化チタン膜と、前記第1の窒化チタン膜上に形成され、
結晶配向が(111)配向である第2の窒化チタン膜
と、前記第2の窒化チタン膜上に形成されたアルミニウ
ム配線とを具備することを特徴とする電極配線を提供す
る。
に形成された結晶配向が(100)配向である第1の窒
化チタン膜と、前記第1の窒化チタン膜上に形成され、
結晶配向が(111)配向である第2の窒化チタン膜
と、前記第2の窒化チタン膜上に形成されたアルミニウ
ム配線とを具備することを特徴とする電極配線を提供す
る。
【0010】また、本発明は、半導体基板上に化学的気
相成長法により結晶配向が(100)配向である第1の
窒化チタン膜を形成する工程と、前記第1の窒化チタン
膜を少なくともハロゲン元素を含むガスに晒す工程と、
前記ガスに晒した後の前記第1の窒化チタン膜上に化学
的気相成長法により結晶配向が(111)配向である第
2の窒化チタン膜を形成する工程と、前記第2の窒化チ
タン膜上にアルミニウム配線を形成する工程とを具備す
ることを特徴とする電極配線の形成方法を提供する。
相成長法により結晶配向が(100)配向である第1の
窒化チタン膜を形成する工程と、前記第1の窒化チタン
膜を少なくともハロゲン元素を含むガスに晒す工程と、
前記ガスに晒した後の前記第1の窒化チタン膜上に化学
的気相成長法により結晶配向が(111)配向である第
2の窒化チタン膜を形成する工程と、前記第2の窒化チ
タン膜上にアルミニウム配線を形成する工程とを具備す
ることを特徴とする電極配線の形成方法を提供する。
【0011】さらに、本発明は、半導体基板上に化学的
気相成長法により結晶配向が(100)配向である第1
の窒化チタン膜を形成する工程と、少なくともハロゲン
元素を含むガスを添加しながら前記第1の窒化チタン膜
上に化学的気相成長法により結晶配向が(111)配向
である第2の窒化チタン膜を形成する工程と、前記第2
の窒化チタン膜上にアルミニウム配線を形成する工程と
を具備することを特徴とする電極配線の形成方法を提供
する。
気相成長法により結晶配向が(100)配向である第1
の窒化チタン膜を形成する工程と、少なくともハロゲン
元素を含むガスを添加しながら前記第1の窒化チタン膜
上に化学的気相成長法により結晶配向が(111)配向
である第2の窒化チタン膜を形成する工程と、前記第2
の窒化チタン膜上にアルミニウム配線を形成する工程と
を具備することを特徴とする電極配線の形成方法を提供
する。
【0012】ここで、半導体基板とは、シリコン基板、
TiSi2 膜等の高融点金属のシリサイド膜が形成され
ているシリコン基板、高融点金属があらかじめ堆積され
ているシリコン基板、シリコン酸化物からなる絶縁性基
板、SOI(Silicon On Insulator)基板等を挙げるこ
とができる。また、少なくともハロゲン元素を含むガス
としては、塩素ガス、フッ素ガス、臭素ガス、塩化水素
ガス、四フッ化炭素ガス等を挙げることができる。ま
た、アルミニウム配線に使用される材料としては、アル
ミニウム、Al−1%Siのようなアルミニウム合金を
用いることができる。
TiSi2 膜等の高融点金属のシリサイド膜が形成され
ているシリコン基板、高融点金属があらかじめ堆積され
ているシリコン基板、シリコン酸化物からなる絶縁性基
板、SOI(Silicon On Insulator)基板等を挙げるこ
とができる。また、少なくともハロゲン元素を含むガス
としては、塩素ガス、フッ素ガス、臭素ガス、塩化水素
ガス、四フッ化炭素ガス等を挙げることができる。ま
た、アルミニウム配線に使用される材料としては、アル
ミニウム、Al−1%Siのようなアルミニウム合金を
用いることができる。
【0013】本発明においてCVD法とは、通常使用さ
れる条件下で行われるCVD法を意味する。また、結晶
配向が(111)配向であるとは、X線回折において、
(100)配向のピークがほとんど確認できない場合を
いう。
れる条件下で行われるCVD法を意味する。また、結晶
配向が(111)配向であるとは、X線回折において、
(100)配向のピークがほとんど確認できない場合を
いう。
【0014】本発明において、少なくともハロゲン元素
を含むガスを添加しながらCVD法により窒化チタン膜
を形成する場合、少なくともハロゲン元素を含むガスの
添加量は特に制限しないが、1〜25%であることが好
ましい。
を含むガスを添加しながらCVD法により窒化チタン膜
を形成する場合、少なくともハロゲン元素を含むガスの
添加量は特に制限しないが、1〜25%であることが好
ましい。
【0015】本発明において、少なくともハロゲン元素
を含むガスに晒すとは、少なくともハロゲン元素を含む
ようなガスもしくはそのガスを放電することによって生
成される励起種に晒すことをいう。
を含むガスに晒すとは、少なくともハロゲン元素を含む
ようなガスもしくはそのガスを放電することによって生
成される励起種に晒すことをいう。
【0016】
【作用】本発明の電極配線は、半導体基板上に形成され
た結晶配向が(100)配向である第1の窒化チタン膜
と、その第1の窒化チタン膜上に形成され、結晶配向が
(111)配向である第2の窒化チタン膜からなる2層
構造の拡散障壁層と、その上に形成されたアルミニウム
配線とを具備することを特徴としている。
た結晶配向が(100)配向である第1の窒化チタン膜
と、その第1の窒化チタン膜上に形成され、結晶配向が
(111)配向である第2の窒化チタン膜からなる2層
構造の拡散障壁層と、その上に形成されたアルミニウム
配線とを具備することを特徴としている。
【0017】上記の構成において、第1の窒化チタン膜
は、(100)の結晶配向を有するので、拡散障壁性が
優れている。また、第2の窒化チタン膜は、(111)
の結晶配向を有するので、アルミニウム配線の信頼性が
高い。したがって、上記第1および第2の窒化チタン膜
からなる積層膜は、拡散障壁性および信頼性の両特性に
優れるものである。
は、(100)の結晶配向を有するので、拡散障壁性が
優れている。また、第2の窒化チタン膜は、(111)
の結晶配向を有するので、アルミニウム配線の信頼性が
高い。したがって、上記第1および第2の窒化チタン膜
からなる積層膜は、拡散障壁性および信頼性の両特性に
優れるものである。
【0018】また、本発明は、通常半導体基板上に結晶
配向が(100)配向である第1の窒化チタン膜を形成
し、この第1の窒化チタン膜を少なくともハロゲン元素
を含むガスに晒した後、第1の窒化チタン膜上にCVD
法により結晶配向が(111)配向である第2の窒化チ
タン膜を形成し、第2の窒化チタン膜上にアルミニウム
配線を形成することを特徴としている。
配向が(100)配向である第1の窒化チタン膜を形成
し、この第1の窒化チタン膜を少なくともハロゲン元素
を含むガスに晒した後、第1の窒化チタン膜上にCVD
法により結晶配向が(111)配向である第2の窒化チ
タン膜を形成し、第2の窒化チタン膜上にアルミニウム
配線を形成することを特徴としている。
【0019】第1の窒化チタン膜を少なくともハロゲン
元素を含むガスに晒すことにより、第1の窒化チタン膜
表面にチタンのハロゲン化物もしくはハロゲン原子が存
在する。このチタンのハロゲン化物もしくはハロゲン原
子により窒化チタン膜の表面が改質して第2の窒化チタ
ン膜の結晶配向が(111)配向となる。
元素を含むガスに晒すことにより、第1の窒化チタン膜
表面にチタンのハロゲン化物もしくはハロゲン原子が存
在する。このチタンのハロゲン化物もしくはハロゲン原
子により窒化チタン膜の表面が改質して第2の窒化チタ
ン膜の結晶配向が(111)配向となる。
【0020】さらに、本発明は、半導体基板上に結晶配
向が(100)配向である第1の窒化チタン膜を形成
し、少なくともハロゲン元素を含むガスを添加しながら
第1の窒化チタン膜上にCVD法により結晶配向が(1
11)配向である第2の窒化チタン膜を形成し、その上
にアルミニウム配線を形成することを特徴としている。
向が(100)配向である第1の窒化チタン膜を形成
し、少なくともハロゲン元素を含むガスを添加しながら
第1の窒化チタン膜上にCVD法により結晶配向が(1
11)配向である第2の窒化チタン膜を形成し、その上
にアルミニウム配線を形成することを特徴としている。
【0021】第2の窒化チタン膜を形成する際に、少な
くともハロゲン元素を含むガスを添加しながら行うこと
により、第1の窒化チタン膜の表面を改質することなし
に第2の窒化チタン膜の結晶配向を(111)配向にす
ることができる。
くともハロゲン元素を含むガスを添加しながら行うこと
により、第1の窒化チタン膜の表面を改質することなし
に第2の窒化チタン膜の結晶配向を(111)配向にす
ることができる。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体
的に説明する。 (実施例1)図1は本発明のアルミニウム配線の形成に
おいて使用される薄膜形成装置の概略図である。図中1
0は真空チャンバを示す。真空チャンバ10内の底部に
は、ヒータ11のような加熱手段を具備した載置台12
が設置されている。この載置台12上には被処理体13
が載置されている。真空チャンバ10の頂部には、反応
ガスを供給するための第1の配管14および少なくとも
ハロゲンを含むガスを供給するための第2の配管15が
取り付けられている。また、真空チャンバ10の頂部に
は、放電板支持部材16が貫挿されており、真空チャン
バ10と放電板支持部材16とは絶縁体17で絶縁され
ている。放電板支持部材16の真空チャンバ10内の端
部には、放電板18が取り付けられている。また、放電
板支持部材16の他方の端部は、高周波電源19に電気
的に接続されている。さらに、真空チャンバ10の側壁
には、排気口20が設けられており、排気口20に連結
された吸気手段(図示せず)により真空チャンバ10内
を真空にすることができるようになっている。
的に説明する。 (実施例1)図1は本発明のアルミニウム配線の形成に
おいて使用される薄膜形成装置の概略図である。図中1
0は真空チャンバを示す。真空チャンバ10内の底部に
は、ヒータ11のような加熱手段を具備した載置台12
が設置されている。この載置台12上には被処理体13
が載置されている。真空チャンバ10の頂部には、反応
ガスを供給するための第1の配管14および少なくとも
ハロゲンを含むガスを供給するための第2の配管15が
取り付けられている。また、真空チャンバ10の頂部に
は、放電板支持部材16が貫挿されており、真空チャン
バ10と放電板支持部材16とは絶縁体17で絶縁され
ている。放電板支持部材16の真空チャンバ10内の端
部には、放電板18が取り付けられている。また、放電
板支持部材16の他方の端部は、高周波電源19に電気
的に接続されている。さらに、真空チャンバ10の側壁
には、排気口20が設けられており、排気口20に連結
された吸気手段(図示せず)により真空チャンバ10内
を真空にすることができるようになっている。
【0023】次に、図1に示す薄膜形成装置を用いて、
微細な段差が設けられたシリコン基板上に窒化チタン膜
を形成する場合について説明する。
微細な段差が設けられたシリコン基板上に窒化チタン膜
を形成する場合について説明する。
【0024】まず、被処理体13を真空チャンバ10内
の載置台12上に設置し、吸気手段により排気口20を
介して真空チャンバ10内を真空排気した。被処理体1
3は、図2(A)に示すように、幅0.5μm、深さ
0.7μmの微細な段差22が形成されているn+ −S
i基板21上にTiSi2 が形成されたものである。
の載置台12上に設置し、吸気手段により排気口20を
介して真空チャンバ10内を真空排気した。被処理体1
3は、図2(A)に示すように、幅0.5μm、深さ
0.7μmの微細な段差22が形成されているn+ −S
i基板21上にTiSi2 が形成されたものである。
【0025】次いで、ヒータ11によりシリコン基板を
600℃に加熱し、第1の配管14から原料ガスとして
四塩化チタンガスおよびアンモニアガスを各々流量1SC
CMおよび50SCCM導入し、真空チャンバ10内の圧力を
10 mTorrに設定してCVDを行い、図2(B)に示す
ように、n+ −Si基板21上に厚さ50nmの第1の窒
化チタン膜23を形成した。第1の窒化チタン膜23が
所定の膜厚に達したところで原料ガスの導入を停止し
た。この第1の窒化チタン膜23は、X線回折により調
べたところ図3(A)に示すように、(100)の結晶
配向を有していた。
600℃に加熱し、第1の配管14から原料ガスとして
四塩化チタンガスおよびアンモニアガスを各々流量1SC
CMおよび50SCCM導入し、真空チャンバ10内の圧力を
10 mTorrに設定してCVDを行い、図2(B)に示す
ように、n+ −Si基板21上に厚さ50nmの第1の窒
化チタン膜23を形成した。第1の窒化チタン膜23が
所定の膜厚に達したところで原料ガスの導入を停止し
た。この第1の窒化チタン膜23は、X線回折により調
べたところ図3(A)に示すように、(100)の結晶
配向を有していた。
【0026】次いで、真空チャンバ10内部を真空排気
し、第2の配管15から少なくともハロゲン元素を含む
ガスとしてフッ素ガスを流量5SCCM導入し、真空チャン
バ10内の圧力を5 mTorrに設定し、例えば、500℃
の温度において高周波電源19により13.56MHz
の高周波電圧を放電板18に印加し、フッ素ガスを10
秒間放電した。その後、フッ素ガスの導入を停止し、真
空チャンバ10内を排気し、再びヒータ11によりシリ
コン基板を600℃に加熱し、第1の配管14から原料
ガスとして四塩化チタンガスおよびアンモニアガスを各
々流量1SCCMおよび50SCCM導入し、真空チャンバ10
内の圧力を10 mTorrに設定してCVDを行い、図2
(C)に示すように、第1の窒化チタン膜23上に厚さ
20nmの第2の窒化チタン膜24を形成した。第2の窒
化チタン膜24が所定の膜厚に達したところで原料ガス
の導入を停止した。この第2の窒化チタン膜24は、図
3(B)に示すように、(111)の結晶配向を有して
いた。なお、この図において、窒化チタンの(100)
の結晶配向が見られるが、これは主に下地の(100)
結晶配向を有する窒化チタンによるものである。
し、第2の配管15から少なくともハロゲン元素を含む
ガスとしてフッ素ガスを流量5SCCM導入し、真空チャン
バ10内の圧力を5 mTorrに設定し、例えば、500℃
の温度において高周波電源19により13.56MHz
の高周波電圧を放電板18に印加し、フッ素ガスを10
秒間放電した。その後、フッ素ガスの導入を停止し、真
空チャンバ10内を排気し、再びヒータ11によりシリ
コン基板を600℃に加熱し、第1の配管14から原料
ガスとして四塩化チタンガスおよびアンモニアガスを各
々流量1SCCMおよび50SCCM導入し、真空チャンバ10
内の圧力を10 mTorrに設定してCVDを行い、図2
(C)に示すように、第1の窒化チタン膜23上に厚さ
20nmの第2の窒化チタン膜24を形成した。第2の窒
化チタン膜24が所定の膜厚に達したところで原料ガス
の導入を停止した。この第2の窒化チタン膜24は、図
3(B)に示すように、(111)の結晶配向を有して
いた。なお、この図において、窒化チタンの(100)
の結晶配向が見られるが、これは主に下地の(100)
結晶配向を有する窒化チタンによるものである。
【0027】次いで、第2の窒化チタン膜まで形成した
シリコン基板を薄膜形成装置から取り出し、スパッタリ
ング装置に設置した。ターゲットととしてAl−Si−
Cu合金ターゲットを用い、Arガス中でArガス圧力
10-1Pa、印加電力6kWの条件でスパッタリングし
て、図2(D)に示すように、第2の窒化チタン膜24
上に厚さ0.1μmのアルミニウム配線25を形成し
た。
シリコン基板を薄膜形成装置から取り出し、スパッタリ
ング装置に設置した。ターゲットととしてAl−Si−
Cu合金ターゲットを用い、Arガス中でArガス圧力
10-1Pa、印加電力6kWの条件でスパッタリングし
て、図2(D)に示すように、第2の窒化チタン膜24
上に厚さ0.1μmのアルミニウム配線25を形成し
た。
【0028】次に、上記のようにして得られた本発明の
アルミニウム配線について、接合リーク電流特性を調べ
た。その結果を図4(A)に示す。なお、接合リーク電
流は2.5Vの定電圧を印加したときの電流を四端子法
により測定し、その常用対数を算出した。また、比較と
して、窒化チタン膜としてスパッタリング法により形成
された1層構造の膜を使用した場合を図4(B)に示
す。図4(A)および(B)に示すように、本発明のア
ルミニウム配線の方が接合リーク電流特性が良好である
ことが分かる。
アルミニウム配線について、接合リーク電流特性を調べ
た。その結果を図4(A)に示す。なお、接合リーク電
流は2.5Vの定電圧を印加したときの電流を四端子法
により測定し、その常用対数を算出した。また、比較と
して、窒化チタン膜としてスパッタリング法により形成
された1層構造の膜を使用した場合を図4(B)に示
す。図4(A)および(B)に示すように、本発明のア
ルミニウム配線の方が接合リーク電流特性が良好である
ことが分かる。
【0029】また、本発明のアルミニウム配線につい
て、コンタクト抵抗のコンタクトサイズ依存性を調べ
た。その結果を図5に示す。なお、コンタクト抵抗は四
端子法により測定した。また、比較として、スパッタリ
ング法により形成された窒化チタン膜を用いた場合も示
した。図5から分かるように、本発明のアルミニウム配
線の方がコンタクト抵抗が小さい。これは、コンタクト
サイズが小さくなるにつれて顕著である。特に、コンタ
クトサイズが0.7μmより小さい領域で顕著である。
図4および図5から、本発明のアルミニウム配線は、優
れた拡散障壁性を有することが分かる。
て、コンタクト抵抗のコンタクトサイズ依存性を調べ
た。その結果を図5に示す。なお、コンタクト抵抗は四
端子法により測定した。また、比較として、スパッタリ
ング法により形成された窒化チタン膜を用いた場合も示
した。図5から分かるように、本発明のアルミニウム配
線の方がコンタクト抵抗が小さい。これは、コンタクト
サイズが小さくなるにつれて顕著である。特に、コンタ
クトサイズが0.7μmより小さい領域で顕著である。
図4および図5から、本発明のアルミニウム配線は、優
れた拡散障壁性を有することが分かる。
【0030】さらに、本発明のアルミニウム配線につい
て、ストレスマイグレーション試験を行った。その結果
を図6に示す。なお、ストレスマイグレーション試験
は、アルミニウム配線上に厚さ1μmのPSG(リンシ
リケートガラス)および厚さ0.5μmのシリコン窒化
膜を形成し、四端子法により測定した。図6から分かる
ように、本発明のアルミニウム配線は、スパッタリング
法で形成した窒化チタン膜と同程度の信頼性が得られ
る。
て、ストレスマイグレーション試験を行った。その結果
を図6に示す。なお、ストレスマイグレーション試験
は、アルミニウム配線上に厚さ1μmのPSG(リンシ
リケートガラス)および厚さ0.5μmのシリコン窒化
膜を形成し、四端子法により測定した。図6から分かる
ように、本発明のアルミニウム配線は、スパッタリング
法で形成した窒化チタン膜と同程度の信頼性が得られ
る。
【0031】このように、本発明のアルミニウム配線
は、微細なコンタクトにおいて、優れた拡散障壁性かつ
高い信頼性を発揮する。 (実施例2)実施例1と同様にして、n+ −Si基板上
に(100)の結晶配向を有する第1の窒化チタン膜を
厚さ50nmで形成した。なお、薄膜形成装置は図1に示
すものを用いた。次いで、原料ガスを導入したまま、第
2の配管から少なくともハロゲン元素を含むガスとして
塩化水素ガスを0.5SCCM導入し、真空チャンバ内の圧
力を10 mTorrに設定してCVDを行い、第1の窒化チ
タン膜上に厚さ20nmの第2の窒化チタン膜を形成し
た。この第2の窒化チタン膜は、(111)の結晶配向
を有していた。第2の窒化チタン膜が所定の膜厚に達し
たところで原料ガスの導入を停止した。
は、微細なコンタクトにおいて、優れた拡散障壁性かつ
高い信頼性を発揮する。 (実施例2)実施例1と同様にして、n+ −Si基板上
に(100)の結晶配向を有する第1の窒化チタン膜を
厚さ50nmで形成した。なお、薄膜形成装置は図1に示
すものを用いた。次いで、原料ガスを導入したまま、第
2の配管から少なくともハロゲン元素を含むガスとして
塩化水素ガスを0.5SCCM導入し、真空チャンバ内の圧
力を10 mTorrに設定してCVDを行い、第1の窒化チ
タン膜上に厚さ20nmの第2の窒化チタン膜を形成し
た。この第2の窒化チタン膜は、(111)の結晶配向
を有していた。第2の窒化チタン膜が所定の膜厚に達し
たところで原料ガスの導入を停止した。
【0032】次いで、第2の窒化チタン膜まで形成した
シリコン基板を薄膜形成装置から取り出し、スパッタリ
ング装置に設置した。ターゲットとしてAl−Si−C
u合金ターゲットを用い、Arガス中でArガス圧力1
0-1Pa、印加電力6kWの条件でスパッタリングして、
第2の窒化チタン膜上に(111)の結晶配向を有する
厚さ0.1μmのアルミニウム配線を形成した。
シリコン基板を薄膜形成装置から取り出し、スパッタリ
ング装置に設置した。ターゲットとしてAl−Si−C
u合金ターゲットを用い、Arガス中でArガス圧力1
0-1Pa、印加電力6kWの条件でスパッタリングして、
第2の窒化チタン膜上に(111)の結晶配向を有する
厚さ0.1μmのアルミニウム配線を形成した。
【0033】この方法により得られたアルミニウム配線
は、実施例1において形成されたアルミニウム配線と同
様の拡散障壁性および信頼性を示した。
は、実施例1において形成されたアルミニウム配線と同
様の拡散障壁性および信頼性を示した。
【0034】上記実施例1,2においては、少なくとも
ハロゲン元素を含むガスを用いることによる窒化チタン
膜の配向性の制御は、下地としての窒化チタン膜表面に
おいてのみ有効であるわけではなく、他の物質の表面に
おいても有効である。例えば、シリコン基板やシリコン
酸化膜の表面を少なくともハロゲン元素を含むようなガ
スによって上記実施例と同様の条件で改質させても、図
3(C)に示すように、(111)配向を有する窒化チ
タン膜を形成することができる。
ハロゲン元素を含むガスを用いることによる窒化チタン
膜の配向性の制御は、下地としての窒化チタン膜表面に
おいてのみ有効であるわけではなく、他の物質の表面に
おいても有効である。例えば、シリコン基板やシリコン
酸化膜の表面を少なくともハロゲン元素を含むようなガ
スによって上記実施例と同様の条件で改質させても、図
3(C)に示すように、(111)配向を有する窒化チ
タン膜を形成することができる。
【0035】本発明は、上述した実施例に限定されな
い。例えば、チタンの原料ガスとして、四塩化チタンガ
スの代りにチタンの有機錯体ガス等を用いてもよく、窒
素の原料ガスとして、アンモニアの代りに窒素ガス、ヒ
ドラジンガス等を用いてもよく、少なくともハロゲン元
素を含むガスとして、フッ素ガスや塩化水素ガスの代り
に他のハロゲンガス等を用いてもよい。
い。例えば、チタンの原料ガスとして、四塩化チタンガ
スの代りにチタンの有機錯体ガス等を用いてもよく、窒
素の原料ガスとして、アンモニアの代りに窒素ガス、ヒ
ドラジンガス等を用いてもよく、少なくともハロゲン元
素を含むガスとして、フッ素ガスや塩化水素ガスの代り
に他のハロゲンガス等を用いてもよい。
【0036】上記実施例1,2では、真空チャンバ内で
高周波電圧を用いてフッ素ガスの放電を行っているが、
この方法に限定されるわけではなく、真空チャンバとは
別の場所で少なくともハロゲン元素を含むガスを放電し
てハロゲン元素の励起種を発生させ、それを真空チャン
バ内の被処理体近傍に導入してもよい。また、単にハロ
ゲン元素を含むガスに加熱した被処理体を晒したり、ハ
ロゲン元素を含むガスを加熱し、被処理体に晒すだけで
もよい。
高周波電圧を用いてフッ素ガスの放電を行っているが、
この方法に限定されるわけではなく、真空チャンバとは
別の場所で少なくともハロゲン元素を含むガスを放電し
てハロゲン元素の励起種を発生させ、それを真空チャン
バ内の被処理体近傍に導入してもよい。また、単にハロ
ゲン元素を含むガスに加熱した被処理体を晒したり、ハ
ロゲン元素を含むガスを加熱し、被処理体に晒すだけで
もよい。
【0037】上記実施例1,2では、窒化チタン膜の成
膜方法として、いわゆる熱CVD法を用いているが、本
発明は熱CVD法に限定されるわけではなく、マイクロ
波や高周波を用いたいわゆるプラズマCVD法を用いて
もよいし、光CVD法を用いてもよい。
膜方法として、いわゆる熱CVD法を用いているが、本
発明は熱CVD法に限定されるわけではなく、マイクロ
波や高周波を用いたいわゆるプラズマCVD法を用いて
もよいし、光CVD法を用いてもよい。
【0038】なお、上記実施例ではアルミニウム配線に
ついて述べたが、このアルミニウム配線とは、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金からなる配線を意味する。
さらに、アルミニウム配線以外に銅、銀、金等の面心立
方構造をとる金属もしくはこれらの合金からなる配線、
さらには、(111)の結晶配向を有する窒化チタンと
格子整合の良い金属もしくはその合金からなる配線を用
いることもできる。
ついて述べたが、このアルミニウム配線とは、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金からなる配線を意味する。
さらに、アルミニウム配線以外に銅、銀、金等の面心立
方構造をとる金属もしくはこれらの合金からなる配線、
さらには、(111)の結晶配向を有する窒化チタンと
格子整合の良い金属もしくはその合金からなる配線を用
いることもできる。
【0039】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変形が可能である。
種々の変形が可能である。
【0040】
【発明の効果】以上説明した如く本発明のアルミニウム
配線は、半導体基板上に形成された第1の窒化チタン膜
と、前記第1の窒化チタン膜上に化学的気相成長法によ
り形成され、結晶配向が(111)配向である第2の窒
化チタン膜と、前記第2の窒化チタン膜上に形成された
アルミニウム配線とを具備するので、微細構造の半導体
装置において段差被覆性、優れた拡散障壁性、および高
い信頼性を発揮するものである。
配線は、半導体基板上に形成された第1の窒化チタン膜
と、前記第1の窒化チタン膜上に化学的気相成長法によ
り形成され、結晶配向が(111)配向である第2の窒
化チタン膜と、前記第2の窒化チタン膜上に形成された
アルミニウム配線とを具備するので、微細構造の半導体
装置において段差被覆性、優れた拡散障壁性、および高
い信頼性を発揮するものである。
【0041】また、本発明のアルミニウム配線の形成方
法は、半導体基板上にCVD法により第1の窒化チタン
膜を形成し、この第1の窒化チタン膜を少なくともハロ
ゲン元素を含むガスに接触させながら第1の窒化チタン
膜上にCVD法により結晶配向が(111)配向である
第2の窒化チタン膜を形成し、第2の窒化チタン膜上に
アルミニウム配線を形成するので、段差被覆性に優れた
CVD法により優れた拡散障壁性および高い信頼性を発
揮するアルミニウム配線を効率よく形成することができ
る。
法は、半導体基板上にCVD法により第1の窒化チタン
膜を形成し、この第1の窒化チタン膜を少なくともハロ
ゲン元素を含むガスに接触させながら第1の窒化チタン
膜上にCVD法により結晶配向が(111)配向である
第2の窒化チタン膜を形成し、第2の窒化チタン膜上に
アルミニウム配線を形成するので、段差被覆性に優れた
CVD法により優れた拡散障壁性および高い信頼性を発
揮するアルミニウム配線を効率よく形成することができ
る。
【図1】本発明のアルミニウム配線の形成に使用される
薄膜形成装置の概略図。
薄膜形成装置の概略図。
【図2】(A)〜(D)は本発明のアルミニウム配線の
形成方法の成膜工程を示す断面図。
形成方法の成膜工程を示す断面図。
【図3】(A)は第1の窒化チタン膜のX線回折結果、
(B)は本発明における2層構造の窒化チタン膜のX線
回折結果、(C)は第2の窒化チタン膜のX線回折結
果。
(B)は本発明における2層構造の窒化チタン膜のX線
回折結果、(C)は第2の窒化チタン膜のX線回折結
果。
【図4】(A)および(B)は、アルミニウム配線の接
合リーク電流特性を示すグラフ。
合リーク電流特性を示すグラフ。
【図5】アルミニウム配線のコンタクト抵抗のコンタク
トサイズ依存性を示すグラフ。
トサイズ依存性を示すグラフ。
【図6】ストレスマイグレーション試験の結果を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図7】段差を有する半導体基板にスパッタリング法に
より窒化チタン膜を形成した場合を示す断面図。
より窒化チタン膜を形成した場合を示す断面図。
10…真空チャンバ、11…ヒータ、12…載置台、1
3…被処理体、14…第1の配管、15…第2の配管、
16…放電板支持部材、17…絶縁体、18…放電板、
19…高周波電源、20…排気口、21…n+ −Si基
板、22…段差、23…第1の窒化チタン膜、24…第
2の窒化チタン膜、25…アルミニウム配線。
3…被処理体、14…第1の配管、15…第2の配管、
16…放電板支持部材、17…絶縁体、18…放電板、
19…高周波電源、20…排気口、21…n+ −Si基
板、22…段差、23…第1の窒化チタン膜、24…第
2の窒化チタン膜、25…アルミニウム配線。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成された結晶配向が
(100)配向である第1の窒化チタン膜と、前記第1
の窒化チタン膜上に形成され、結晶配向が(111)配
向である第2の窒化チタン膜と、前記第2の窒化チタン
膜上に形成されたアルミニウム配線とを具備することを
特徴とする電極配線。 - 【請求項2】 半導体基板上に化学的気相成長法により
結晶配向が(100)配向である第1の窒化チタン膜を
形成する工程と、前記第1の窒化チタン膜を少なくとも
ハロゲン元素を含むガスに晒す工程と、前記ガスに晒し
た後の前記第1の窒化チタン膜上に化学的気相成長法に
より結晶配向が(111)配向である第2の窒化チタン
膜を形成する工程と、前記第2の窒化チタン膜上にアル
ミニウム配線を形成する工程とを具備することを特徴と
する電極配線の形成方法。 - 【請求項3】 半導体基板上に化学的気相成長法により
結晶配向が(100)配向である第1の窒化チタン膜を
形成する工程と、少なくともハロゲン元素を含むガスを
添加しながら前記第1の窒化チタン膜上に化学的気相成
長法により結晶配向が(111)配向である第2の窒化
チタン膜を形成する工程と、前記第2の窒化チタン膜上
にアルミニウム配線を形成する工程とを具備することを
特徴とする電極配線の形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35117193A JPH07201779A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 電極配線およびその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35117193A JPH07201779A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 電極配線およびその形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07201779A true JPH07201779A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=18415538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35117193A Pending JPH07201779A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 電極配線およびその形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07201779A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006109287A (ja) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Alps Electric Co Ltd | 弾性表面波素子及びその製造方法 |
JP2008016538A (ja) * | 2006-07-04 | 2008-01-24 | Renesas Technology Corp | Mos構造を有する半導体装置及びその製造方法 |
WO2009093366A1 (ja) | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Adeka Corporation | 金属化合物、これを含有してなる化学気相成長用原料及び金属含有薄膜の製造方法 |
US7923839B2 (en) | 2008-03-21 | 2011-04-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for fabricating semiconductor device |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP35117193A patent/JPH07201779A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006109287A (ja) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Alps Electric Co Ltd | 弾性表面波素子及びその製造方法 |
JP2008016538A (ja) * | 2006-07-04 | 2008-01-24 | Renesas Technology Corp | Mos構造を有する半導体装置及びその製造方法 |
WO2009093366A1 (ja) | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Adeka Corporation | 金属化合物、これを含有してなる化学気相成長用原料及び金属含有薄膜の製造方法 |
US8357815B2 (en) | 2008-01-25 | 2013-01-22 | Adeka Corporation | Metal compound, material for chemical vapor phase growth, and process for forming metal-containing thin film |
US7923839B2 (en) | 2008-03-21 | 2011-04-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for fabricating semiconductor device |
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