JPH05136137A - 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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- JPH05136137A JPH05136137A JP29312991A JP29312991A JPH05136137A JP H05136137 A JPH05136137 A JP H05136137A JP 29312991 A JP29312991 A JP 29312991A JP 29312991 A JP29312991 A JP 29312991A JP H05136137 A JPH05136137 A JP H05136137A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】金属配線への異種金属の拡散量を配線幅によら
ず一定としてその濃度を最適化して、金属配線の信頼性
向上を図った半導体装置の製造方法を提供することを目
的とする。 【構成】素子形成されたシリコン基板１にシリコン酸化
膜２が形成され、この上にＡl 配線３がパターン形成さ
れる。このＡl 配線３の側壁に拡散障壁層となるＴｉＮ
膜４が選択的に形成された状態でＣｕ膜５が形成され、
Ａl 配線３の上面のみからＣｕを拡散させることによっ
て、Ｃｕ含有Ａl 配線７が形成される。
ず一定としてその濃度を最適化して、金属配線の信頼性
向上を図った半導体装置の製造方法を提供することを目
的とする。 【構成】素子形成されたシリコン基板１にシリコン酸化
膜２が形成され、この上にＡl 配線３がパターン形成さ
れる。このＡl 配線３の側壁に拡散障壁層となるＴｉＮ
膜４が選択的に形成された状態でＣｕ膜５が形成され、
Ａl 配線３の上面のみからＣｕを拡散させることによっ
て、Ｃｕ含有Ａl 配線７が形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、とくに金属配線層の形成方法に関する。
に係り、とくに金属配線層の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より半導体装置の配線材料にＡl ま
たはＡl 合金が広く用いられている。これは、Ａl 膜や
Ａl 合金膜が成膜加工性、低抵抗性，基板半導体との低
抵抗コンタクト性、絶縁膜との密着性等の点で優れてい
るためである。
たはＡl 合金が広く用いられている。これは、Ａl 膜や
Ａl 合金膜が成膜加工性、低抵抗性，基板半導体との低
抵抗コンタクト性、絶縁膜との密着性等の点で優れてい
るためである。
【０００３】しかしながら、集積回路の高集積化に伴
い、Ａl 配線幅が小さくなり電流密度が増大するに従っ
て、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、Ａl 配線の信頼性が大きな問題になってきて
いる。
い、Ａl 配線幅が小さくなり電流密度が増大するに従っ
て、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、Ａl 配線の信頼性が大きな問題になってきて
いる。
【０００４】この問題に対して、Ａl 配線にＡl 拡散の
バリアとなるＣｕを含有させることが有効であることは
既に知られている。Ａl 配線にＣｕを含有させる最も単
純な方法は、Ｃｕを含有させたＡl ターゲットを用意し
て、スパッタ法で成膜してパターニングすることであ
る。ところがこの方法では、純粋なＡl 膜の場合に比べ
て加工性が悪くなる、という問題がある。
バリアとなるＣｕを含有させることが有効であることは
既に知られている。Ａl 配線にＣｕを含有させる最も単
純な方法は、Ｃｕを含有させたＡl ターゲットを用意し
て、スパッタ法で成膜してパターニングすることであ
る。ところがこの方法では、純粋なＡl 膜の場合に比べ
て加工性が悪くなる、という問題がある。
【０００５】そこで、Ａl 配線をパターン形成した後
に、これにＣｕを含有させる方法が考えられている。図
７はその方法を示している。素子形成されたシリコン基
板６１上にシリコン酸化膜６２を形成し、必要なコンタ
クト孔（図示せず）を形成した後、この上に通常の工程
でＣｕを含まないＡl 配線６３を形成する（図７(a)
）。次いでＡl 配線６３上に重ねてＣｕ膜６４を形成
する（図７(b) ）。そして熱処理を行って、ＣｕをＡl
配線６３に拡散させて、配線層表面部にＣｕ拡散層（反
応層）を形成する。（図７(b) ）。その後未反応のＣｕ
膜を除去したのち、フォーミングガス中で熱処理して、
Ａl 配線中にＣｕを均一に拡散させたＣｕ含有Ａl 配線
６６を得る（図７(c) ）。
に、これにＣｕを含有させる方法が考えられている。図
７はその方法を示している。素子形成されたシリコン基
板６１上にシリコン酸化膜６２を形成し、必要なコンタ
クト孔（図示せず）を形成した後、この上に通常の工程
でＣｕを含まないＡl 配線６３を形成する（図７(a)
）。次いでＡl 配線６３上に重ねてＣｕ膜６４を形成
する（図７(b) ）。そして熱処理を行って、ＣｕをＡl
配線６３に拡散させて、配線層表面部にＣｕ拡散層（反
応層）を形成する。（図７(b) ）。その後未反応のＣｕ
膜を除去したのち、フォーミングガス中で熱処理して、
Ａl 配線中にＣｕを均一に拡散させたＣｕ含有Ａl 配線
６６を得る（図７(c) ）。
【０００６】この方法によれば、Ａl 配線の良好な加工
性は保たれるが、新たな問題が生じる。Ａl 配線中のＣ
ｕ濃度が配線幅に依存して変化するという現象である。
例えば図８は、４００nmの厚さのＡl 配線に０．５nmの
Ｃｕ膜を被着して熱処理したときのＡl 配線中のＣｕ濃
度の配線幅依存性を示している。図示のように配線幅が
減少するに従って配線中のＣｕ濃度が増大している。こ
の現象は、Ａl 配線上面からのＣｕ拡散量は配線幅に依
存して変化するのに対して、側面からのＣｕ拡散量が配
線幅に依存せず、膜厚が一定である限り一定であるため
に生じる。つまり、配線幅が狭くなるにつれて、Ａl 配
線中のＣｕ総量に対して占める側面からの拡散分の割合
が増えるためである。
性は保たれるが、新たな問題が生じる。Ａl 配線中のＣ
ｕ濃度が配線幅に依存して変化するという現象である。
例えば図８は、４００nmの厚さのＡl 配線に０．５nmの
Ｃｕ膜を被着して熱処理したときのＡl 配線中のＣｕ濃
度の配線幅依存性を示している。図示のように配線幅が
減少するに従って配線中のＣｕ濃度が増大している。こ
の現象は、Ａl 配線上面からのＣｕ拡散量は配線幅に依
存して変化するのに対して、側面からのＣｕ拡散量が配
線幅に依存せず、膜厚が一定である限り一定であるため
に生じる。つまり、配線幅が狭くなるにつれて、Ａl 配
線中のＣｕ総量に対して占める側面からの拡散分の割合
が増えるためである。
【０００７】この現象は、集積回路中の多数のＡl 配線
の幅が異なるものについて同時にＣｕ濃度の最適化がで
きないことを意味する。より具体的に言えば、ある配線
幅についてＣｕ濃度を最適化した時に、これより配線幅
の小さいものではＣｕ濃度が高くなりすぎる。Ｃｕ濃度
が高くなりすぎると、Ａl 配線中の特に結晶粒界に、Ａ
l 2 Ｃｕ層（θ層）が析出する。このＡl 2 Ｃｕ析出層
はＡl の原子流に対する大きな拡散障壁として働き、原
子流の下流ではボイドが形成されて断線の原因となる。
また粒界に析出したθ層はその後のＡl の粒成長を抑制
する。このためＡl の結晶粒径は、大きいものが望まれ
るにも拘らず、たかだか２〜３μm 程度にしか大きくな
らない。結晶粒径には同一の膜中でもばらつきがあるの
で、粒径１μm 以下の結晶粒も多数存在し、したがって
大きな結晶粒がつながった状態のバンブー構造の実現を
妨げる。
の幅が異なるものについて同時にＣｕ濃度の最適化がで
きないことを意味する。より具体的に言えば、ある配線
幅についてＣｕ濃度を最適化した時に、これより配線幅
の小さいものではＣｕ濃度が高くなりすぎる。Ｃｕ濃度
が高くなりすぎると、Ａl 配線中の特に結晶粒界に、Ａ
l 2 Ｃｕ層（θ層）が析出する。このＡl 2 Ｃｕ析出層
はＡl の原子流に対する大きな拡散障壁として働き、原
子流の下流ではボイドが形成されて断線の原因となる。
また粒界に析出したθ層はその後のＡl の粒成長を抑制
する。このためＡl の結晶粒径は、大きいものが望まれ
るにも拘らず、たかだか２〜３μm 程度にしか大きくな
らない。結晶粒径には同一の膜中でもばらつきがあるの
で、粒径１μm 以下の結晶粒も多数存在し、したがって
大きな結晶粒がつながった状態のバンブー構造の実現を
妨げる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のようにマイグレ
ーション耐性の高い配線の形成法である、Ａl 配線パタ
ーニング後にこれにＣｕを拡散させる従来の方法では、
Ｃｕ濃度が配線幅に依存し、これが配線の信頼性を低下
させるという問題があった。
ーション耐性の高い配線の形成法である、Ａl 配線パタ
ーニング後にこれにＣｕを拡散させる従来の方法では、
Ｃｕ濃度が配線幅に依存し、これが配線の信頼性を低下
させるという問題があった。
【０００９】本発明はこの様な事情を考慮してなされた
もので、金属配線への異種金属の拡散量を配線幅によら
ず一定としてその濃度の最適化して金属配線の信頼性向
上を図った半導体装置の製造方法を提供することを目的
とする。
もので、金属配線への異種金属の拡散量を配線幅によら
ず一定としてその濃度の最適化して金属配線の信頼性向
上を図った半導体装置の製造方法を提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、素子形成され
た半導体基板上に、側壁に選択的に拡散障壁膜が形成さ
れた状態で第１の金属膜による配線パターンを形成し、
その後第１の金属膜とは異種の第２の金属膜を形成し、
熱処理を行って第１の金属膜の上面でのみ第２の金属膜
と反応させるようにしたことを特徴とする。第１の金属
膜による配線パターンの形成工程とその側壁の拡散障壁
層の形成工程とは、いずれが先であっても良い。
た半導体基板上に、側壁に選択的に拡散障壁膜が形成さ
れた状態で第１の金属膜による配線パターンを形成し、
その後第１の金属膜とは異種の第２の金属膜を形成し、
熱処理を行って第１の金属膜の上面でのみ第２の金属膜
と反応させるようにしたことを特徴とする。第１の金属
膜による配線パターンの形成工程とその側壁の拡散障壁
層の形成工程とは、いずれが先であっても良い。
【００１１】
【作用】本発明によると、第１の金属膜配線に対してそ
の上面からのみ第２の金属を拡散させるから、配線中の
第２の金属の拡散濃度は配線幅によらず一定になる。従
って素子チップ上の全ての配線について第２の金属の濃
度を最適化することができ、信頼性の高い金属配線を得
ることができる。
の上面からのみ第２の金属を拡散させるから、配線中の
第２の金属の拡散濃度は配線幅によらず一定になる。従
って素子チップ上の全ての配線について第２の金属の濃
度を最適化することができ、信頼性の高い金属配線を得
ることができる。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
説明する。
【００１３】図１は、本発明の第１の実施例に係る半導
体装置の金属配線形成工程である。シリコン基板１には
所望の素子が形成され、その表面はシリコン酸化膜２で
覆われている。シリコン酸化膜２には必要なコンタクト
孔（図示せず）が形成された後、Ａl 配線３が形成され
る（図１(a) ）。Ａl 配線３の形成工程は、周知の方
法、例えばスパッタによる膜形成と、フォトリソグラフ
ィよるパターニングによる。Ａl 配線３の膜厚は例えば
４００nmとする。こうしてＡl 配線３が形成された後、
拡散炉を用いてフォーミングガス中で４５０℃，１５分
の熱処理が行われる。これにより、Ａl の粒径が成長す
る。
体装置の金属配線形成工程である。シリコン基板１には
所望の素子が形成され、その表面はシリコン酸化膜２で
覆われている。シリコン酸化膜２には必要なコンタクト
孔（図示せず）が形成された後、Ａl 配線３が形成され
る（図１(a) ）。Ａl 配線３の形成工程は、周知の方
法、例えばスパッタによる膜形成と、フォトリソグラフ
ィよるパターニングによる。Ａl 配線３の膜厚は例えば
４００nmとする。こうしてＡl 配線３が形成された後、
拡散炉を用いてフォーミングガス中で４５０℃，１５分
の熱処理が行われる。これにより、Ａl の粒径が成長す
る。
【００１４】その後、ＴｉＮ膜４が例えば５０nm程度形
成される（図１(b) ）。このＴｉＮ膜４はその後反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）によりエッチングされ、Ａ
l 配線３の側壁のみに残される（図１(c) ）。このＴｉ
Ｎ膜４は、次のＡl 配線にＣｕを拡散する工程で拡散障
壁層として用いられるものである。
成される（図１(b) ）。このＴｉＮ膜４はその後反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）によりエッチングされ、Ａ
l 配線３の側壁のみに残される（図１(c) ）。このＴｉ
Ｎ膜４は、次のＡl 配線にＣｕを拡散する工程で拡散障
壁層として用いられるものである。
【００１５】そしてＡl 配線３の表面に形成されている
自然酸化膜が逆スパッタ法により除去され、その後例え
ば０．５nmのＣｕ膜５がスパッタ法で形成される（図１
(d)）。Ｃｕ膜５が形成された状態で拡散炉によりＡｒ
ガス中で２５０℃で１５分の熱処理が行われ、これによ
りＡl 配線３の表面部にＡl とＣｕの反応層（Ｃｕ拡散
層）６が形成される（図１(e) ）。Ａl 配線３の側面は
ＴｉＮ膜４により保護されて、Ｃｕとの反応は生じな
い。
自然酸化膜が逆スパッタ法により除去され、その後例え
ば０．５nmのＣｕ膜５がスパッタ法で形成される（図１
(d)）。Ｃｕ膜５が形成された状態で拡散炉によりＡｒ
ガス中で２５０℃で１５分の熱処理が行われ、これによ
りＡl 配線３の表面部にＡl とＣｕの反応層（Ｃｕ拡散
層）６が形成される（図１(e) ）。Ａl 配線３の側面は
ＴｉＮ膜４により保護されて、Ｃｕとの反応は生じな
い。
【００１６】その後基板を硝酸に浸漬することにより、
未反応のＣｕ膜が除去される。最後に拡散炉でフォーミ
ングガス中で４００℃，１５分の熱処理が行われ、Ｃｕ
が全体に拡散されたＡl 配線７が得られる（図１(f)
）。
未反応のＣｕ膜が除去される。最後に拡散炉でフォーミ
ングガス中で４００℃，１５分の熱処理が行われ、Ｃｕ
が全体に拡散されたＡl 配線７が得られる（図１(f)
）。
【００１７】以上のようにしてこの実施例では、パター
ニングされたＡl 配線に対してその上面からのみＣｕ拡
散が行われる。したがって配線幅によらずＡl 配線中の
Ｃｕ濃度は一定となるから、信頼性の高いＣｕ含有Ａl
配線が得られる。
ニングされたＡl 配線に対してその上面からのみＣｕ拡
散が行われる。したがって配線幅によらずＡl 配線中の
Ｃｕ濃度は一定となるから、信頼性の高いＣｕ含有Ａl
配線が得られる。
【００１８】図２は、本発明の第２の実施例に係る半導
体装置の金属配線形成工程である。第１の実施例と対応
する部分には第１の実施例と同一符号を付してある。シ
リコン基板１には所望の素子が形成され、その表面はシ
リコン酸化膜２で覆われている。シリコン酸化膜２には
必要なコンタクト孔が形成された後、Ｔｉ／ＴｉＮ積層
膜８がスパッタ法で形成される。この積層膜８は例え
ば、Ｔｉ膜３０nmとＴｉＮ膜８０nmの積層構造とする。
この積層膜８は、この上にＣｕ膜が形成された時にその
後の熱工程でＣｕが酸化膜２を通して基板１に拡散され
るのを防止する働きをする。このＴｉ／ＴｉＮ積層膜８
上にＡl 配線３が形成される（図２(a) ）。Ａl 配線３
の膜厚は例えば４００nmとする。
体装置の金属配線形成工程である。第１の実施例と対応
する部分には第１の実施例と同一符号を付してある。シ
リコン基板１には所望の素子が形成され、その表面はシ
リコン酸化膜２で覆われている。シリコン酸化膜２には
必要なコンタクト孔が形成された後、Ｔｉ／ＴｉＮ積層
膜８がスパッタ法で形成される。この積層膜８は例え
ば、Ｔｉ膜３０nmとＴｉＮ膜８０nmの積層構造とする。
この積層膜８は、この上にＣｕ膜が形成された時にその
後の熱工程でＣｕが酸化膜２を通して基板１に拡散され
るのを防止する働きをする。このＴｉ／ＴｉＮ積層膜８
上にＡl 配線３が形成される（図２(a) ）。Ａl 配線３
の膜厚は例えば４００nmとする。
【００１９】その後、Ａl 配線３への拡散障壁層として
用いられるＴｉＮ膜４が例えば５０nm程度形成される
（図２(b) ）。このＴｉＮ膜４は反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ）によりエッチングされ、Ａl 配線３の側壁
のみに残される（図２(c) ）。
用いられるＴｉＮ膜４が例えば５０nm程度形成される
（図２(b) ）。このＴｉＮ膜４は反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ）によりエッチングされ、Ａl 配線３の側壁
のみに残される（図２(c) ）。
【００２０】そしてＡl 配線３の表面に形成されている
自然酸化膜が逆スパッタ法により除去され、その後例え
ば０．５nmのＣｕ膜５がスパッタ法で形成される（図２
(d)）。Ｃｕ膜５が形成された状態でＡｒガス中で２０
０℃で３分の熱処理が行われ、これによりＡl 配線３の
表面部にＡlとＣｕの反応層６が形成される（図２(e)
）。Ａl 配線３の側面はＴｉＮ膜４により保護され
て、Ｃｕとの反応は生じない。
自然酸化膜が逆スパッタ法により除去され、その後例え
ば０．５nmのＣｕ膜５がスパッタ法で形成される（図２
(d)）。Ｃｕ膜５が形成された状態でＡｒガス中で２０
０℃で３分の熱処理が行われ、これによりＡl 配線３の
表面部にＡlとＣｕの反応層６が形成される（図２(e)
）。Ａl 配線３の側面はＴｉＮ膜４により保護され
て、Ｃｕとの反応は生じない。
【００２１】その後基板を硝酸に浸漬することにより、
未反応のＣｕ膜が除去される。さらにＲＩＥにより、配
線部以外の領域にあるＴｉ／ＴｉＮ積層膜８が除去され
る。最後にフォーミングガス中で４００℃，１５分の熱
処理が行われ、Ｃｕが全体に拡散されたＡl 配線７が得
られる（図２(f) ）。この実施例によっても先の実施例
と同様の効果が得られる。
未反応のＣｕ膜が除去される。さらにＲＩＥにより、配
線部以外の領域にあるＴｉ／ＴｉＮ積層膜８が除去され
る。最後にフォーミングガス中で４００℃，１５分の熱
処理が行われ、Ｃｕが全体に拡散されたＡl 配線７が得
られる（図２(f) ）。この実施例によっても先の実施例
と同様の効果が得られる。
【００２２】図３は、本発明の第３の実施例に係る半導
体装置の金属配線形成工程である。この実施例は第２の
実施例を僅かに変形した実施例である。シリコン基板１
には所望の素子が形成され、その表面はシリコン酸化膜
２で覆われている。シリコン酸化膜２には必要なコンタ
クト孔が形成された後、第２の実施例と同様にＴｉ／Ｔ
ｉＮ積層膜８がスパッタ法で形成される。このＴｉ／Ｔ
ｉＮ積層膜８上にＡl配線３が形成される（図３(a)
）。Ａl 配線３の膜厚は例えば４００nmとする。
体装置の金属配線形成工程である。この実施例は第２の
実施例を僅かに変形した実施例である。シリコン基板１
には所望の素子が形成され、その表面はシリコン酸化膜
２で覆われている。シリコン酸化膜２には必要なコンタ
クト孔が形成された後、第２の実施例と同様にＴｉ／Ｔ
ｉＮ積層膜８がスパッタ法で形成される。このＴｉ／Ｔ
ｉＮ積層膜８上にＡl配線３が形成される（図３(a)
）。Ａl 配線３の膜厚は例えば４００nmとする。
【００２３】その後、拡散障壁層として用いられるＴｉ
Ｎ膜４が例えば５０nm程度形成される（図３(b) ）。こ
のＴｉＮ膜４は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によ
りエッチングされ、Ａl 配線３の側壁のみに残される
（図３(c) ）。
Ｎ膜４が例えば５０nm程度形成される（図３(b) ）。こ
のＴｉＮ膜４は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によ
りエッチングされ、Ａl 配線３の側壁のみに残される
（図３(c) ）。
【００２４】そしてＡl 配線３の表面に形成されている
自然酸化膜が逆スパッタ法により除去され、その後例え
ば１nmのＣｕ膜５がスパッタ法で形成される（図３(d)
）。Ｃｕ膜５が形成された状態でＡｒガス中で１００
℃で１０分の熱処理が行われ、これによりＡl 配線３の
表面部にＡlとＣｕの反応層６が形成される（図３
(e)）。Ａl 配線３の側面はＴｉＮ膜４により保護され
て、Ｃｕとの反応は生じない。
自然酸化膜が逆スパッタ法により除去され、その後例え
ば１nmのＣｕ膜５がスパッタ法で形成される（図３(d)
）。Ｃｕ膜５が形成された状態でＡｒガス中で１００
℃で１０分の熱処理が行われ、これによりＡl 配線３の
表面部にＡlとＣｕの反応層６が形成される（図３
(e)）。Ａl 配線３の側面はＴｉＮ膜４により保護され
て、Ｃｕとの反応は生じない。
【００２５】その後基板を硝酸に浸漬することにより、
未反応のＣｕ膜が除去される。さらにケミカルドライエ
ッチング（ＣＤＥ）により、配線部以外の領域にあるＴ
ｉ／ＴｉＮ積層膜８および配線側壁部のＴｉＮ膜４が除
去される。最後にフォーミングガス中で４００℃，１５
分の熱処理が行われ、Ｃｕが全体に拡散されたＡl 配線
７が得られる（図２(f) ）。この実施例によっても先の
実施例と同様の効果が得られる。
未反応のＣｕ膜が除去される。さらにケミカルドライエ
ッチング（ＣＤＥ）により、配線部以外の領域にあるＴ
ｉ／ＴｉＮ積層膜８および配線側壁部のＴｉＮ膜４が除
去される。最後にフォーミングガス中で４００℃，１５
分の熱処理が行われ、Ｃｕが全体に拡散されたＡl 配線
７が得られる（図２(f) ）。この実施例によっても先の
実施例と同様の効果が得られる。
【００２６】図４は、本発明の第４の実施例に係る半導
体装置の金属配線形成工程である。シリコン基板１には
所望の素子が形成され、その表面はシリコン酸化膜２で
覆われている。シリコン酸化膜２には必要なコンタクト
孔が形成された後、Ａl 配線３が形成される（図４(a)
）。Ａl 配線３の膜厚は例えば４００nmとする。こう
してＡl 配線３が形成された後、フォーミングガス中で
４５０℃，１５分の熱処理が行われる。これにより、Ａ
l の粒径が成長する。
体装置の金属配線形成工程である。シリコン基板１には
所望の素子が形成され、その表面はシリコン酸化膜２で
覆われている。シリコン酸化膜２には必要なコンタクト
孔が形成された後、Ａl 配線３が形成される（図４(a)
）。Ａl 配線３の膜厚は例えば４００nmとする。こう
してＡl 配線３が形成された後、フォーミングガス中で
４５０℃，１５分の熱処理が行われる。これにより、Ａ
l の粒径が成長する。
【００２７】その後陽極酸化法によって、Ａl 配線３の
表面に厚さ１０nm程度のＡl 2 Ｏ3膜１０が形成される
（図４(b) ）。Ａl 2 Ｏ3 膜１０は通常のＲＩＥにより
異方性エッチングされ、Ａl 配線３の側壁のみに残され
る（図４(c) ）。
表面に厚さ１０nm程度のＡl 2 Ｏ3膜１０が形成される
（図４(b) ）。Ａl 2 Ｏ3 膜１０は通常のＲＩＥにより
異方性エッチングされ、Ａl 配線３の側壁のみに残され
る（図４(c) ）。
【００２８】そしてＡl 配線３の表面に形成されている
自然酸化膜が逆スパッタ法により除去され、その後例え
ば０．５nmのＣｕ膜５がスパッタ法で形成される（図４
(d)）。Ｃｕ膜５が形成された状態でＡｒガス中で２５
０℃で１０分の熱処理が行われ、これにより、Ａl 配線
３の表面部にＡl とＣｕの反応層６が形成される（図４
(e) ）。
自然酸化膜が逆スパッタ法により除去され、その後例え
ば０．５nmのＣｕ膜５がスパッタ法で形成される（図４
(d)）。Ｃｕ膜５が形成された状態でＡｒガス中で２５
０℃で１０分の熱処理が行われ、これにより、Ａl 配線
３の表面部にＡl とＣｕの反応層６が形成される（図４
(e) ）。
【００２９】その後基板を硝酸に浸漬することにより、
未反応のＣｕ膜が除去される。最後にフォーミングガス
中で４００℃，１５分の熱処理が行われ、Ｃｕが全体に
拡散されたＡl 配線７が得られる（図４(f) ）。この実
施例によっても先の実施例と同様の効果が得られる。
未反応のＣｕ膜が除去される。最後にフォーミングガス
中で４００℃，１５分の熱処理が行われ、Ｃｕが全体に
拡散されたＡl 配線７が得られる（図４(f) ）。この実
施例によっても先の実施例と同様の効果が得られる。
【００３０】図５は、本発明の第５の実施例の金属配線
形成工程である。ここまでの実施例では、Ａl 配線の形
成後にその側壁に拡散障壁層が形成されたのに対して、
この実施例では拡散障壁層がＡl 配線層形成の前に形成
される。
形成工程である。ここまでの実施例では、Ａl 配線の形
成後にその側壁に拡散障壁層が形成されたのに対して、
この実施例では拡散障壁層がＡl 配線層形成の前に形成
される。
【００３１】シリコン基板１には所望の素子が形成さ
れ、その表面はシリコン酸化膜２で覆われている。シリ
コン酸化膜２には必要なコンタクト孔が形成され、これ
とは別に配線領域に沿ってシリコン酸化膜２には配線幅
より僅かに幅が広い溝１１が形成される（図５(a) ）。
溝１１の深さは例えば４０nmとする。その後、Ｔｉ／Ｔ
ｉＮ積層膜１２がスパッタ法により形成され、さらにＡ
l 膜３0 がスパッタ法により形成される（図５(b) ）。
Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜１２は例えば、Ｔｉ膜２０nmとＴｉ
Ｎ膜６０nmの積層構造とし、Ａl 膜３0 は例えば４００
nmとする。
れ、その表面はシリコン酸化膜２で覆われている。シリ
コン酸化膜２には必要なコンタクト孔が形成され、これ
とは別に配線領域に沿ってシリコン酸化膜２には配線幅
より僅かに幅が広い溝１１が形成される（図５(a) ）。
溝１１の深さは例えば４０nmとする。その後、Ｔｉ／Ｔ
ｉＮ積層膜１２がスパッタ法により形成され、さらにＡ
l 膜３0 がスパッタ法により形成される（図５(b) ）。
Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜１２は例えば、Ｔｉ膜２０nmとＴｉ
Ｎ膜６０nmの積層構造とし、Ａl 膜３0 は例えば４００
nmとする。
【００３２】その後、６００℃，３０分の熱処理によっ
てＡl 膜３が流動化され、平坦化される。そしてエッチ
バックによって溝外部にあるＡl 膜３0 が除去され、こ
れによりＡl 配線３が溝１１にのみ埋め込まれた状態で
パターン形成される。（図５(c) ）。
てＡl 膜３が流動化され、平坦化される。そしてエッチ
バックによって溝外部にあるＡl 膜３0 が除去され、こ
れによりＡl 配線３が溝１１にのみ埋め込まれた状態で
パターン形成される。（図５(c) ）。
【００３３】そしてＡl 配線３の表面に形成されている
自然酸化膜が逆スパッタ法により除去され、その後例え
ば１nmのＣｕ膜５がスパッタ法で形成される（図５(d)
）。Ｃｕ膜５が形成された状態でＡｒガス中で２００
℃で３分の熱処理が行われ、これによりＡl 配線３の表
面部にＡl とＣｕの反応層６が形成される（図５(e)
）。
自然酸化膜が逆スパッタ法により除去され、その後例え
ば１nmのＣｕ膜５がスパッタ法で形成される（図５(d)
）。Ｃｕ膜５が形成された状態でＡｒガス中で２００
℃で３分の熱処理が行われ、これによりＡl 配線３の表
面部にＡl とＣｕの反応層６が形成される（図５(e)
）。
【００３４】その後基板を硝酸に浸漬することにより、
未反応のＣｕ膜が除去される。さらにケミカルドライエ
ッチング（ＣＤＥ）により、配線部以外の領域にあるＴ
ｉ／ＴｉＮ積層膜８が除去される。最後にフォーミング
ガス中で４００℃，１５分の熱処理が行われ、Ｃｕが全
体に拡散されたＡl 配線７が得られる（図５(f) ）。こ
の実施例では、Ａl 配線３の形成前に形成されるＴi ／
Ｔi Ｎ積層膜１２が、Ａl 配線３の側壁からのＣｕ拡散
に対して障壁層として働く。
未反応のＣｕ膜が除去される。さらにケミカルドライエ
ッチング（ＣＤＥ）により、配線部以外の領域にあるＴ
ｉ／ＴｉＮ積層膜８が除去される。最後にフォーミング
ガス中で４００℃，１５分の熱処理が行われ、Ｃｕが全
体に拡散されたＡl 配線７が得られる（図５(f) ）。こ
の実施例では、Ａl 配線３の形成前に形成されるＴi ／
Ｔi Ｎ積層膜１２が、Ａl 配線３の側壁からのＣｕ拡散
に対して障壁層として働く。
【００３５】図６は、本発明の第６の実施例の金属配線
形成工程である。この実施例は、図５の実施例における
Ｔi ／Ｔi Ｎ積層膜１２を省略したもので、それ以外は
図５の実施例と変わらない。すなわちこの実施例では、
シリコン酸化膜２のみがＡl配線３に対する拡散障壁層
としても用いられている。Ｃｕのシリコン酸化膜２を通
しての基板１への拡散が素子特性に影響する程に大きく
なければ、この実施例でも先の実施例と同様の効果が得
られる。
形成工程である。この実施例は、図５の実施例における
Ｔi ／Ｔi Ｎ積層膜１２を省略したもので、それ以外は
図５の実施例と変わらない。すなわちこの実施例では、
シリコン酸化膜２のみがＡl配線３に対する拡散障壁層
としても用いられている。Ｃｕのシリコン酸化膜２を通
しての基板１への拡散が素子特性に影響する程に大きく
なければ、この実施例でも先の実施例と同様の効果が得
られる。
【００３６】本発明は上記実施例に限られるものではな
い。例えば実施例では、配線材料である第１の金属膜材
料としてＡl 、これに拡散させる第２の金属膜材料とし
てＣｕを用いたが、第１の金属膜材料として、Ａl の他
にＡl 合金，Ｃｕ，β−Ｔｉ，Ａｕ，Ａｇ等が用いら
れ、第２の金属膜材料としてＣｕの他にＣｒ，Ｔｉ，Ｚ
ｒ等が用いられ、これらを適宜組み合わせることができ
る。障壁拡散層としても、実施例で説明したＴｉＮ，Ａ
l 2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 の他、ＳｉＮ等を用いることができ
る。膜形成法としては、スパッタ法，ＣＶＤ法の他に、
クラスターイオンビーム法，ＭＢＥ法等が用いられる。
熱処理法は、拡散炉による加熱の他、ランプ加熱，レー
ザアニール，電子ビームアニール等が使用可能である。
その他本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。
い。例えば実施例では、配線材料である第１の金属膜材
料としてＡl 、これに拡散させる第２の金属膜材料とし
てＣｕを用いたが、第１の金属膜材料として、Ａl の他
にＡl 合金，Ｃｕ，β−Ｔｉ，Ａｕ，Ａｇ等が用いら
れ、第２の金属膜材料としてＣｕの他にＣｒ，Ｔｉ，Ｚ
ｒ等が用いられ、これらを適宜組み合わせることができ
る。障壁拡散層としても、実施例で説明したＴｉＮ，Ａ
l 2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 の他、ＳｉＮ等を用いることができ
る。膜形成法としては、スパッタ法，ＣＶＤ法の他に、
クラスターイオンビーム法，ＭＢＥ法等が用いられる。
熱処理法は、拡散炉による加熱の他、ランプ加熱，レー
ザアニール，電子ビームアニール等が使用可能である。
その他本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。
【００３７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、金属
配線への異種金属の拡散量を配線幅によらず一定として
その濃度を最適化して、金属配線の信頼性向上を図った
半導体装置を得ることができる。
配線への異種金属の拡散量を配線幅によらず一定として
その濃度を最適化して、金属配線の信頼性向上を図った
半導体装置を得ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体装置の配線
形成工程を示す図。
形成工程を示す図。
【図２】本発明の第２の実施例に係る半導体装置の配線
形成工程を示す図。
形成工程を示す図。
【図３】本発明の第３の実施例に係る半導体装置の配線
形成工程を示す図。
形成工程を示す図。
【図４】本発明の第４の実施例に係る半導体装置の配線
形成工程を示す図。
形成工程を示す図。
【図５】本発明の第５の実施例に係る半導体装置の配線
形成工程を示す図。
形成工程を示す図。
【図６】本発明の第６の実施例に係る半導体装置の配線
形成工程を示す図。
形成工程を示す図。
【図７】従来法による配線形成工程を示す図。
【図８】従来法によるＣｕ含有Ａl 配線のＣｕ濃度の配
線幅依存性を示す図。
線幅依存性を示す図。
【符号の説明】 １…シリコン基板、 ２…シリコン酸化膜、 ３…Ａl 配線、 ４…ＴｉＮ膜（拡散障壁層）、 ５…Ｃｕ膜、 ６…反応層、 ７…Ｃｕ含有Ａl 配線、 ８…Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜、 １０…Ａl 2 Ｏ3 膜（拡散障壁層）、 １１…溝、 １２…Ｔｉ／ＴｉＮ膜（拡散障壁層）。
Claims (1)
- 【請求項１】素子形成された半導体基板上に第１の金属
膜により配線をパターン形成する工程と、 前記配線の側壁に選択的に拡散障壁膜を形成する工程
と、 前記拡散障壁層が形成された配線の表面に第１の金属膜
とは異種の第２の金属膜を形成し、熱処理を行って第１
の金属膜と第２の金属膜を反応させる工程とを有するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29312991A JPH05136137A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29312991A JPH05136137A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05136137A true JPH05136137A (ja) | 1993-06-01 |
Family
ID=17790797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29312991A Pending JPH05136137A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05136137A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6208000B1 (en) | 1998-05-08 | 2001-03-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor element having charge accumulating layer under gate electrode and using single electron phenomenon |
| US6403462B1 (en) | 1998-05-29 | 2002-06-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing high reliability interconnection having diffusion barrier layer |
-
1991
- 1991-11-08 JP JP29312991A patent/JPH05136137A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6208000B1 (en) | 1998-05-08 | 2001-03-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor element having charge accumulating layer under gate electrode and using single electron phenomenon |
| US6403462B1 (en) | 1998-05-29 | 2002-06-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing high reliability interconnection having diffusion barrier layer |
| US6552434B2 (en) | 1998-05-29 | 2003-04-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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