JPS5948923A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、半導体装置の製造方法に関し、さらに詳し
くは平坦かつ微細な電極配線を形成するに好適な窒化チ
タニウムを主拐とｉイ）電極配線の新規な形成方法に関
するものである。

〔発明の技術的背景〕

半導体装置の製造においてＨＨｌＡｌ、Ａｕ　などを用
いて半導体基板の絶縁膜上に置棚配線を形１ｊ５ｊして
いるが、この電極配線パクーンは集積度が高まるに伴な
い益々微細化するとともに、通常電極配線パターン上［
プらにパッシベーション膜を被覆したり中間絶縁ｊ摸を
介して多層配線を行ったりするために平坦化し々ければ
ならス（い。すなわち、電極配線面の凹凸が激しいとそ
の段差部ｖｃおいて、バンンベーションＩＥ２がン（す
＜］Ｃつたりクラックが入ったり等パッシベーション膜
のステ、ツブカバレッジが悪く斤ったり、また上層の多
層配線が断ｔｉ；９１切ソｔを起こして断線する確率が
高く歌ったりするからである。従って電極配線パターン
は微細化寸Ｚ）とともにできる凹凸のない一１１′坦な
而として形成する必要がある。

従来、′！１（導体装置の置棚配線の形成方法とし７て
、一般に次の２方法が採用されているが、平坦な電極配
線として夫々下記するような問題点があった。

〔背景技術の問題点〕

第１図（へ、第一の従来方法として、エツチング法又は
リフトオフ法と呼ばれる方法で形成された電極配線構造
を示したものである。第１図の構造は、ご１′樽休基板
１上に破粒された絶縁膜２の所定部分に電極形成用の開
口部３ｆ：設けた後、基板全面にＡ１等の電極配線材ｆ
ｉｌを蒸着し、しかる後に蒸着膜の不要部分をエツチン
グ又はリフトオフをし７て選択的に電極配線パターン２
残すという方法により形成される。

し力・しながら、この第一の従来方法では、後述する理
由によって蒸着膜厚ば１．５μ７７１８度が必要であり
、従って絶縁ｊ換２と絶縁ｊ摸上に凸状に形成された電
極配線４との段差も１．５μ？ｎ程度となり、パッシベ
ーション膜形成の障害になるほどに極めて大きなもので
ある。上記した蒸着膜厚が１．５μｍ程度必要である理
由は、第２図に蒸着膜厚の部分的バラツキを図示したよ
うに、蒸着粒子の入射方向が主として矢印方向であると
き、開１］部６のＪｉＴ部２１や底面の角部２２で蒸着
膜厚が極端に薄くなる現象が生じ、この現象を補償する
ために、蒸着膜厚を１．５胛程匿に厚くしたり或は開１
］ＢＢ　５の側壁２６の傾角θを小さくしたりする必要
があるからである。

第６図ｕ２、電極配線面をより５１工坦にするｌとめＶ
ζ考案された第°二の従来方法すなわち陽極化Ｊ＆法に
よる構造を図示したものである。この陽極化成法におい
ては、先ず基板１に絶縁膜２及び開１７１部６を設はブ
ヒ後、Ａ１の電極層線構造を基板全面にｉｒ−着させる
が、そこまでの工程は第１図のξ）、−の従来方法と同
様である。次に基板全ｒｉＴｉに形成し７ｊＡＩ蒸着膜
に対して、電極配線パターン４ン、残（プでそれ以外の
Ａ１蒸着膜を陽極酸化し、こ）′シラ酸化アルミニウム
層５に変ルさすることによってＣＥ　３図の構造が完成
する。以上第二の従来方法によノｔば、約１．５胛厚の
Ａ１層は約１．８μ〃Ｌ厚の酸化アルミニウム層に陽極
化成されるので、電極配線面の凹凸は０．３μ７ｎ程度
となって、前ｇＱ第一の従来力θ、（エツチング法ｐの
１．５μ７ｎ程度に比べて平坦度は改善されている。

（−かしながら、この第二の従来方法の問題点として、 ■陽極化成した酸化アルミニウム層５がＡｌ配線４間の
絶縁層となっているが、陽極化成による酸化アルミニウ
ム層はピンホール発生率が高く゛また絶Ｒ破壊耐圧も低
いため配線間短絡が起き易いこと、 ■Ａ１の陽極化Ｉ′Ｊｙ、はマスク端部がらＡ１層横力
向へ酸化アルミニウムの食い込みが大きく、Ａ１層４の
膜厚が厚いためにその食い込み量が無視できず、従って
微π１１１な電極配線パターンの形成には適さないこと
等の点が挙けらｎる。

以」Ｅδｆ３−及び第二の従来方法に用いられる電極配
線材イ；ＩとしてＡｔ材について説明したが、最近はＡ
Ｉ以外の４．（別が種々用いられている。そのうぢて、
蟹化チタニウム材は融点が高く化学的安定性にすぐれる
とともにプロ、り性が良いこともあってη−目されてい
る。しがし、なから、窒化チタニウムの電極配線形成方
法に＠記第−の従来方法による方法が知られているだけ
であって、前記第二の従来方法のように電極配線面をＹ
担化する有効な方法は知られていない。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、上記従来方法に比較して電極配線面
がより平坦な窒化チタニウムの電イセ配線層を形成して
、パッシベーション膜のクラック、ピンホール等の欠陥
を極力抑え或は上層の多層配線の断線を除土できる新規
な半導体装置の製造方法を提供することである。またこ
の発明の別の１」的に、薄い配線電極層の形成ができ、
従って微π１１１な電極配線パターン形成を可能にする
新規なｌ／ノ、７体装置の製造方法を提供することであ
る。さらに別のその目的は、前記したような優れたさ〃
化チタニウム電極配線材を蒸着法よりもイｆ易Ｖこ形成
てきる新規な半導体装置の製造方法を提供することでも
ある。

〔発明の概要〕

この発明は、蒙化チタニウム主イ／］の電極層かＪｊを
形成するのに、半導体基板上に窒化シリコン（Ｓ１３Ｎ
４）とチタニウム（Ｔｉ）全それぞれ付着させ、接触し
てイ」着した５１３Ｎ４とＴｉ　’（ｒ−１０００℃程
度に加熱して、次式の反応により窒化チタニウム（Ｔｉ
Ｎ　）　’に生成させることを利用したものである。

Ｓｉ；３Ｎ４＋　４Ｔｉ　　　　　　４ＴｉＮ＋　３８
ｉ従ってＴｉＮ　’ｒスパッタリングさせＴｉＮ’に基
板上に付着させる従来のＴｉＮ電極配線形成と異なって
いる。′またその従来のＴｉＮＴＱ；極配線にかいては
電極配線層がＴｉＮであるのに対して、本発明において
はＳｉ、Ｔｉ、５ｉ−Ｔｉ合金等が主材ＴｉＮとともに
電極配線材料を構成している。

この発明において原拐料の一つであるＳｉ３Ｎ４の付着
は、スパッタリング法などＰＶＤ法でも付着してもよい
けれども、減圧ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などＣ’Ｖ
Ｄ法で利着させることができ、またＣ’ＶＤ法で付着さ
せるのが好ましい。Ｃ’ＶＤ　Ｓ　１３Ｎ、ｉＪ摸は、
従来方法におけるＡｌ蒸着膜の膜厚（１５μ？？Ｌ８度
９よりもはるかに薄い膜厚でも第２図で説明した開口部
の肩部や底面角部の欠陥がなく付着できる。その結果Ｔ
ｉＮ主材の電極配線層の層厚を０．２μｍ程度°まで極
めて薄いものＣ（することができ、従って微細なパター
ンを形成することもＡＩ蒸着ｊ良にＪ：る従来方法に比
べて容易となる。

また半導体基板全面にＳｉ３Ｎ４膜を形成し、この５１
３Ｎ４膜上にＴｉのパターンを選択料ス′」させてＴｉ
Ｎ生成生成反応性うと、Ｔ１パターン下のＳ　ｉ、＊Ｎ
４１１！’ａはＴｉＮ電極配線となるとともにＴ１〕く
ターンが付着していないところのＳ　ｉ　３Ｎ、Ｉ膜ば
ｓｉ、、Ｎ、の°まま残る。

その結果この場合の配線間の絶縁層は絶縁層の良好々Ｓ
　１３１’Ｊ４によって構成され、従来の陽極酸化法の
酸化アルミニウム絶縁層にふ・ける配線間短絡の問題は
ｉＱ’（消できるとともに、”ｒｉＮ電極配線層とＳｉ
３Ｎ４配線間絶縁層とが最初刺着させた同−Ｓｉ、、Ｎ
４層内に形成さｆするため電極配線層が極めて一５Ｖ坦
になるという利点が生ずる。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の一実施例２第４図及び第５図を参照して
説明する。

第４図は、８１３Ｎ４とＴｉとが半導体基板上にイ：］
−１，４着された状態街示した断面図である。この状態
は、半容体素子を形成し−ｆｃ、−’ｌ’尋体基板１上
にＳｉＯ２のような絶縁ｊ模２（Ｔ−設ｉｉ−、その絶
縁膜２の所定部分に電極形成用の開口部６を開口させ、
次に半導体基板」−全面に減圧プラズマＣＶＤ法により
２０００λ膜厚のＳｉ３Ｎ４膜４１を被核し、さらにこ
のＳｉ３Ｎ。

ｊ摸４１上全面に蒸着法により　２０００＾膜厚のＴｉ
膜を被覆し、このＴｉ　ｌ換を電極配線パターンの通り
にＰＥＰ技術により所望のＴｉパターン４２を残したも
のである。

刺着させる５１３Ｎ４膜４１の膜厚は、ＴｉＮ電極配線
の膜厚が０１μｍ程度以上必要であるところ力・ら、そ
ｉｔと略同じ１ｏｏｏＡ以」二堆石“ｆ−ｆ）ｔばよい
。１７１着さぜるＳｉ１．Ｎ、の組成は、スパッタリン
グした化学量論的Ｓｉ；３Ｎ４組成のものから、プラズ
マＣＶＤ法により過剰Ｓ１を含イ１したＳ］ＸＮｙ組成
のものや５ｉＩ（を含有したＳ　ｉ　ｘＮ、ｌ−Ｉ２組
成のような非化学量論的ＳｉＮ組成のものであっても使
用できることが確めらソｔた。

また伺危させるＴ１膜４２の膜厚は、５１３Ｎ４膜４１
中に拡散反応して、開口部乙において基板上にオーミッ
ク接触が可能な：１１を以」、あソＬば」、く、Ｓｒ：
ｓＮＮ模膜１の膜厚と略同膜厚のＴｉ　ｌ撲４２とすれ
ばよい。

ＴｉＯ伺着利殖着法以外Ｃ’ＶＤ法、イオン注入法など
によって刺着させてもよく、Ｓ　ｊ：、Ｎ、１ＪＩｒ４
の下層に形成するなど（〜でもＪ：い。

第５図は、Ｓｉ３Ｎ４とＴｉとを加熱して反応さぜ、Ｔ
ｉＮ主材の電極配線が形成された状態を図示したもので
ある。この状態は、５１３Ｎ４　トＴ、バクーンを刺着
させた第４図の半導体基板’ｉ１．ｏｏＯ°Ｃで窒素雰
囲気中で１時間程度加熱することにより形成される。Ｔ
１パターン４２下のＳｉ：３Ｎ４１摸中にばＴ１が拡散
してゆき、前記反応式のようにＴＩＮがａｌＪｋ、して
ＴｉＮ主材の電（夕配線５１が形ｈ’ｙ：され、）１′
樽休基板１と゛の間では十分なオーミック接触をする。

反応を起こす加熱条件は、８００’Ｃ以上であ；ａ　ｉ
Ｊ：実用的な速度で反応全進行さぜることがてきる。

゛また形成されるＴｉＮ主材の電極配線パターン（ｄ］
、短時間の加熱ですむから、横方向への反応の拡がりも
少なく、略Ｔ１パターンとロー、Ｊ法ｐこ形成てき微糸
ＩＪＩ化配線をすることができた。さらに配線間のＳ　
ｉ　３Ｎ４Ｊ帝４１の絶縁破壊電圧は２〜８　Ｘ　１’
０６”’／ａｎと極めて高く保たれていた。

〔発明の効果〕

本発明によ７し妊′、従来ＴｉＮの電極配線はＴｉＮの
スパッタリングによって形成されていたのに対して、基
板」−に付凋さぜた５１３Ｎ、ＩとＴｌとの加熱反応に
より形成するという新規な半導体装置の製造方法が提供
される。

そして、本発明によれは、電極形成用量［１部などの段
差がある場合にもステップカバレッジのよイＳ１３Ｎ４
　ＪＭ　カＣ’％鵜によって形成できるので、上記実施
例のように２０００　Ａ膜厚のＳｉ３Ｎ４膜と２ｏｏｏ
、Ａ膜厚のＴｉパターンによって合計０．４μｍ膜厚程
世のＴｉＮ主祠からなる薄い電極配線層が形成てきる。

こ）′シ全従来のＡ１蒸着膜からなる電極配ね層のｊワ
さ１５μ７ｎ８度と比較″すれば１部４程度の厚みであ
り、本発明の電極配線層が極めて薄いことがわかり、半
導体素子の微細化に寄与することができる。

また、本発明によれば、上記実施例において電極配線厚
みは０．４μノｎ１配線間絶縁層厚みは０２μＩＩ＋で
あり従ってその差が０２μＩ１１．　ｌ’前ＤＩ　（ｉ
／７　ｆきないｊ＝うに、極めて電極配線面の平Ｊ１−
１１度が高い。こ＃’Ｌ’ｉ従来の陽極化成法の平坦５
０．３１１ｒｒｒＶこ比へても、本発明が平坦度に優れ
た方法であることがわ７１）ｖ、本発す］は電極配線面
上にパッンベーンヨンｊ挽を設けたり、中間絶縁）Ｍを
介して多層配線全形成しグとすする場合に極めて有利な
段差形状を形成できる方法である。

さらＶこ、ＴＩＮは融点が高＜　（２９５０℃つ　ブロ
ック性など化学的にも安定したｊ睨である。従って不発
明によｔＬば配線後の半導体装７の１０００’Ｃ以上の
熱処理が可能であって、配線後の素子特性の変更（例え
ば電流増幅率の変更）などの熱処理な・することによっ
て半導体装ｉトＬの歩留り全土けることができる。

以上のように、本発明は平坦がっ微細化７ζ適するＴｉ
Ｎ主材の電極配線を形成する新規な半）、ｉ’ｉ、　１
４；装置製造方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来方法のエツチング法による電極配線構造
を示す断面図、第２図は蒸着法にょるステップカバレッ
ジの欠点を説明する図、第３図は従来方法の陽極化成法
による電極配線構造を示す断面図、第４図は本発明実施
例のＳｉ３Ｎ４及びＴｉ伺利殖状態を示す断面図、第５
図は本発明実施例の加熱後の状態を示す断面図である。 １・・・）１部導体基板、２・・・絶縁層、４・・・Ａ
ｌ電極配線、４１・・・窒化ケイ素（Ｓ１３Ｎ４）膜、
４２・・・チクニウム（Ｔｉ）パターン、５１・窒化チ
タニウム（ＴｉＮ）電極配線。 特許出願人　東京芝浦電気株式会社 柳 第１図 第２図 禎３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　窒化チタニウム材を用いて配線若しくは電極を形成
   する半導体装置の製造方法において、気１化ケイ素とチ
   タニウムとを半導体基板上に利殖させた後加熱して反応
   させ、窒化チタニウムを主拐とする配線若しくｄ：電極
   を形成することを牛ケ徴とする半導体装置の製造方法。 ２　半導体基板」二にＣＶＤ技術により利殖させた窒化
   ケイ素膜と、該Ｃ’ＶＤ窒化ケイ素ｊ摸上に選択料ン：
   、’、：さぜたチタニウム膜とを加熱して反応さぜ、該
   Ｃ’ＶＤ窒化ケイ素膜からなる絶縁膜の一部に窒化チタ
   ニウムを主材とする配線若しくは電イ砿を形成する特許
   Ｍ’！’ｉ求の範囲第１項記載の製造方法。