JP2675775B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に、電極取り出
し部において、半導体の拡散層と金属の間の相互拡散を
防止するバリア膜に関する。 【０００２】 【従来の技術】一般に半導体装置内には、シリコンと金
属、または金属と金属の接触箇所が多く存在する。該金
属接触が高温プロセスにさらされると、シリコンと金
属、または金属と金属間の相互拡散がおこる。これを防
ぐために種々の拡散防止膜が開発、検討されている。そ
の中で最も有望と考えられているものにＴｉＮ膜があ
る。 【０００３】このＴｉＮ膜をシリコン拡散層とＡｌ（ア
ルミニウム）膜の相互拡散防止膜に適用した場合につい
て述べる。 【０００４】図２（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基
板１において、接合深さ０．２０μｍのＮ型拡散領域２
上の一部にＴｉＮ膜３を１０００オングストロ−ム堆積
し、該ＴｉＮ膜３上にＡｌ膜４を１μｍ形成した。 【０００５】上記ＴｉＮ膜３は、Ｔｉタ−ゲットを用い
てＡｒ／Ｎ2 混合プラズマ（Ｎ2 ：６０％）で化成スパ
ッタリング法により形成した。なお、化成スパッタリン
グ法とは、化学反応（ここではＴｉとＮの化学反応）を
利用したスパッタリング法のことである。 【０００６】上記Ａｌ膜４、ＴｉＮ膜３をパタ−ニング
してダイオ−ドを形成し、接合リ−ク電流を測定した。
なお、７は、絶縁膜である。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】上記測定において、５
００℃で６０分間の熱処理を行ったところ、リ−ク電流
に異常なものが測定された。不良箇所を詳細に観察した
結果、拡散層２に微小なアロイスパイクが発見され、該
アロイスパイクによって接合が破壊されていることが判
明した。 【０００８】上記アロイスパイクは、ＴｉＮ膜３の一部
が何らかの理由でバリア性を失い、局所的にＡｌ−Ｓｉ
の相互拡散が発生したことを意味している。 【０００９】この原因を図２（ｂ）で説明する。 【００１０】ＴｉＮ膜３中に未反応Ｔｉ５が若干存在し
ており、該未反応Ｔｉが熱処理によってＴｉＮ膜３の粒
界等に集合し、該集合した未反応Ｔｉ５を介してＡｌ−
Ｓｉ拡散が起こり、アロイスパイク６が形成され、接合
リ−クが発生したものと考えられる。 【００１１】本発明は、相互拡散防止膜中の未反応物質
を他の物質で不活性にし、金属−半導体または金属相互
の拡散を抑制しようとすることを目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、半導体もしくは金属と金属
との間の相互拡散防止用のバリア膜として高融点金属窒
化膜を用いており、前記バリア膜には、ボロンもしくは
炭素が添加され、かつ、前記ボロンもしくは炭素は、前
記高融点金属窒化膜中の未反応物質と化合して不活性物
質を形成しているものである。 【００１３】これにより、バリア膜のバリア性を完全化
することができると共に、良導電性も保持することがで
きる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について詳細に説明する。 【００１５】図１（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基
板１０に、０．２μｍの接合深さをもったＮ型拡散層１
１が形成されており、この拡散層１１上に、ボロンを
０．３％含有したチタンタ−ゲットを用いて、Ａｒ／Ｎ
2 混合プラズマ（Ｎ2 ：６０％）による化成スパッタ法
で、ＴｉＮ膜１２を１０００オングストロ−ム形成し
た。なお、化成スパッタ法とは、化学反応（ここではＴ
ｉとＮの化学反応）を利用したスパッタ法のことであ
る。その後、Ａｌ膜１３を１μｍ堆積した。なお、１７
は、絶縁膜である。 【００１６】図１（ａ）のＴｉＮ膜１２には、前述した
ように未反応Ｔｉ１４が存在するが、同時にボロン１５
も混在している。このようなＴｉＮ膜を熱処理すると、
未反応Ｔｉはボロンと反応して、図１（ｂ）のように、
ＴｉＢ2 １６が形成される。このため、ＴｉＮ膜１２の
バリア性は著しく向上し、５００℃で６０分の熱処理を
行っても、接合リ−クの発生は全く測定されなかった。 【００１７】なお、上記ＴｉＢ2 の反応は、３００℃前
後で進行するから、ＴｉＮ膜形成時に、基板温度を３０
０〜４００℃に保持し、ＴｉＮ膜堆積と同時にＴｉＢ2
形成を図ってもよい。また、ＴｉＮ膜堆積後、熱処理を
行い、しかる後にＡｌ膜の堆積を行ってもよい。 【００１８】また、ボロンは、チタンタ−ゲット中にＴ
ｉＢ2 の状態で含有されていても、またはこれ以外のボ
ロン化合物の状態で含有されていても同様の効果があ
り、何らさしつかえない。また、ボロンを含まないチタ
ンと、ボロンまたはボロンを含む化合物（例えば、Ｔｉ
Ｂ2 ，ＢＮ）との組み合わせで作られたタ−ゲットを用
いてもよい。 【００１９】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。 【００２０】即ち、ボロンを含まないチタンタ−ゲット
を用いてＴｉＮ膜を堆積後、イオン注入法でボロンをＴ
ｉＮ膜に０．１％の濃度まで注入した。イオン注入後、
４５０℃で熱処理後、Ａｌ膜の堆積を行った。しかし
て、本実施例でも５００℃の熱処理を行っても、接合リ
−クの発生は全く測定されなかった。 【００２１】さらに、本発明の異なる実施の形態を説明
する。 【００２２】即ち、ボロンを含まないチタンタ−ゲット
を用いてＡｒ／Ｎ2 混合プラズマ中にＢ2 Ｈ2 ガスを
０．５％混入させて、ＴｉＮ膜の化成スパッタを行っ
た。ＴｉＮ膜中にボロンが含有され、所望の特性は達成
された。 【００２３】なお、前記実施例では、シリコン拡散層と
アルミニウム膜の間のバリア膜として評価したものであ
るが、本発明のＴｉＮ膜は、他のメタルシステム、例え
ば、ＴｉＳｉ2 とＡｌ，ＴｉＳｉ2 とＷ（タングステ
ン）といった金属相互の拡散防止膜にも有効であり、後
者のシステムでは、９００℃の高温でも十分なバリア性
があった。 【００２４】この他にも、ＧａＡｓなどのシリコン以外
の半導体基板と金属の拡散防止膜としても用いることが
できる。 【００２５】上述の各実施の形態では、ボロンで未反応
ＴｉをＴｉＢ2 として不活性化したが、カ−ボンでＴｉ
Ｃにしても同様の効果が期待される。 【００２６】また、高融点金属としてＴｉを用いたが、
Ｔｉ以外のＨｆやＷでも同様の現象が発生しており、本
発明は、Ｔｉ以外の高融点金属でも有効である。これら
高融点金属による高融点金属窒化膜は、ボロンや炭素を
含む場合には、酸素を含む場合とは異なり良導電性を有
するものである。 【００２７】 【発明の効果】以上、説明したように、本発明の半導体
装置によれば、次のような効果を奏する。 【００２８】化成スパッタ法により、バリア膜である高
融点金属窒化膜を形成する場合に、高融点金属窒化膜中
の未反応物質（高融点金属）をボロンまたはカ−ボンに
より不活性化している（例えば、ＴｉＮ2 やＴｉＣにす
ること）ため、バリア膜のバリア性を完全化し、該バリ
ア膜の良導電性も保持することができる。
し部において、半導体の拡散層と金属の間の相互拡散を
防止するバリア膜に関する。 【０００２】 【従来の技術】一般に半導体装置内には、シリコンと金
属、または金属と金属の接触箇所が多く存在する。該金
属接触が高温プロセスにさらされると、シリコンと金
属、または金属と金属間の相互拡散がおこる。これを防
ぐために種々の拡散防止膜が開発、検討されている。そ
の中で最も有望と考えられているものにＴｉＮ膜があ
る。 【０００３】このＴｉＮ膜をシリコン拡散層とＡｌ（ア
ルミニウム）膜の相互拡散防止膜に適用した場合につい
て述べる。 【０００４】図２（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基
板１において、接合深さ０．２０μｍのＮ型拡散領域２
上の一部にＴｉＮ膜３を１０００オングストロ−ム堆積
し、該ＴｉＮ膜３上にＡｌ膜４を１μｍ形成した。 【０００５】上記ＴｉＮ膜３は、Ｔｉタ−ゲットを用い
てＡｒ／Ｎ2 混合プラズマ（Ｎ2 ：６０％）で化成スパ
ッタリング法により形成した。なお、化成スパッタリン
グ法とは、化学反応（ここではＴｉとＮの化学反応）を
利用したスパッタリング法のことである。 【０００６】上記Ａｌ膜４、ＴｉＮ膜３をパタ−ニング
してダイオ−ドを形成し、接合リ−ク電流を測定した。
なお、７は、絶縁膜である。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】上記測定において、５
００℃で６０分間の熱処理を行ったところ、リ−ク電流
に異常なものが測定された。不良箇所を詳細に観察した
結果、拡散層２に微小なアロイスパイクが発見され、該
アロイスパイクによって接合が破壊されていることが判
明した。 【０００８】上記アロイスパイクは、ＴｉＮ膜３の一部
が何らかの理由でバリア性を失い、局所的にＡｌ−Ｓｉ
の相互拡散が発生したことを意味している。 【０００９】この原因を図２（ｂ）で説明する。 【００１０】ＴｉＮ膜３中に未反応Ｔｉ５が若干存在し
ており、該未反応Ｔｉが熱処理によってＴｉＮ膜３の粒
界等に集合し、該集合した未反応Ｔｉ５を介してＡｌ−
Ｓｉ拡散が起こり、アロイスパイク６が形成され、接合
リ−クが発生したものと考えられる。 【００１１】本発明は、相互拡散防止膜中の未反応物質
を他の物質で不活性にし、金属−半導体または金属相互
の拡散を抑制しようとすることを目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、半導体もしくは金属と金属
との間の相互拡散防止用のバリア膜として高融点金属窒
化膜を用いており、前記バリア膜には、ボロンもしくは
炭素が添加され、かつ、前記ボロンもしくは炭素は、前
記高融点金属窒化膜中の未反応物質と化合して不活性物
質を形成しているものである。 【００１３】これにより、バリア膜のバリア性を完全化
することができると共に、良導電性も保持することがで
きる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について詳細に説明する。 【００１５】図１（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基
板１０に、０．２μｍの接合深さをもったＮ型拡散層１
１が形成されており、この拡散層１１上に、ボロンを
０．３％含有したチタンタ−ゲットを用いて、Ａｒ／Ｎ
2 混合プラズマ（Ｎ2 ：６０％）による化成スパッタ法
で、ＴｉＮ膜１２を１０００オングストロ−ム形成し
た。なお、化成スパッタ法とは、化学反応（ここではＴ
ｉとＮの化学反応）を利用したスパッタ法のことであ
る。その後、Ａｌ膜１３を１μｍ堆積した。なお、１７
は、絶縁膜である。 【００１６】図１（ａ）のＴｉＮ膜１２には、前述した
ように未反応Ｔｉ１４が存在するが、同時にボロン１５
も混在している。このようなＴｉＮ膜を熱処理すると、
未反応Ｔｉはボロンと反応して、図１（ｂ）のように、
ＴｉＢ2 １６が形成される。このため、ＴｉＮ膜１２の
バリア性は著しく向上し、５００℃で６０分の熱処理を
行っても、接合リ−クの発生は全く測定されなかった。 【００１７】なお、上記ＴｉＢ2 の反応は、３００℃前
後で進行するから、ＴｉＮ膜形成時に、基板温度を３０
０〜４００℃に保持し、ＴｉＮ膜堆積と同時にＴｉＢ2
形成を図ってもよい。また、ＴｉＮ膜堆積後、熱処理を
行い、しかる後にＡｌ膜の堆積を行ってもよい。 【００１８】また、ボロンは、チタンタ−ゲット中にＴ
ｉＢ2 の状態で含有されていても、またはこれ以外のボ
ロン化合物の状態で含有されていても同様の効果があ
り、何らさしつかえない。また、ボロンを含まないチタ
ンと、ボロンまたはボロンを含む化合物（例えば、Ｔｉ
Ｂ2 ，ＢＮ）との組み合わせで作られたタ−ゲットを用
いてもよい。 【００１９】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。 【００２０】即ち、ボロンを含まないチタンタ−ゲット
を用いてＴｉＮ膜を堆積後、イオン注入法でボロンをＴ
ｉＮ膜に０．１％の濃度まで注入した。イオン注入後、
４５０℃で熱処理後、Ａｌ膜の堆積を行った。しかし
て、本実施例でも５００℃の熱処理を行っても、接合リ
−クの発生は全く測定されなかった。 【００２１】さらに、本発明の異なる実施の形態を説明
する。 【００２２】即ち、ボロンを含まないチタンタ−ゲット
を用いてＡｒ／Ｎ2 混合プラズマ中にＢ2 Ｈ2 ガスを
０．５％混入させて、ＴｉＮ膜の化成スパッタを行っ
た。ＴｉＮ膜中にボロンが含有され、所望の特性は達成
された。 【００２３】なお、前記実施例では、シリコン拡散層と
アルミニウム膜の間のバリア膜として評価したものであ
るが、本発明のＴｉＮ膜は、他のメタルシステム、例え
ば、ＴｉＳｉ2 とＡｌ，ＴｉＳｉ2 とＷ（タングステ
ン）といった金属相互の拡散防止膜にも有効であり、後
者のシステムでは、９００℃の高温でも十分なバリア性
があった。 【００２４】この他にも、ＧａＡｓなどのシリコン以外
の半導体基板と金属の拡散防止膜としても用いることが
できる。 【００２５】上述の各実施の形態では、ボロンで未反応
ＴｉをＴｉＢ2 として不活性化したが、カ−ボンでＴｉ
Ｃにしても同様の効果が期待される。 【００２６】また、高融点金属としてＴｉを用いたが、
Ｔｉ以外のＨｆやＷでも同様の現象が発生しており、本
発明は、Ｔｉ以外の高融点金属でも有効である。これら
高融点金属による高融点金属窒化膜は、ボロンや炭素を
含む場合には、酸素を含む場合とは異なり良導電性を有
するものである。 【００２７】 【発明の効果】以上、説明したように、本発明の半導体
装置によれば、次のような効果を奏する。 【００２８】化成スパッタ法により、バリア膜である高
融点金属窒化膜を形成する場合に、高融点金属窒化膜中
の未反応物質（高融点金属）をボロンまたはカ−ボンに
より不活性化している（例えば、ＴｉＮ2 やＴｉＣにす
ること）ため、バリア膜のバリア性を完全化し、該バリ
ア膜の良導電性も保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に関わる半導体装置の製造
方法を示す断面図。 【図２】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。 【符号の説明】 １０ ：Ｐ型シリコン基板、 １１ ：Ｎ型拡散層、 １２ ：ＴｉＮ膜、 １３ ：Ａｌ膜、 １４ ：ＴｉＢ2 。
方法を示す断面図。 【図２】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。 【符号の説明】 １０ ：Ｐ型シリコン基板、 １１ ：Ｎ型拡散層、 １２ ：ＴｉＮ膜、 １３ ：Ａｌ膜、 １４ ：ＴｉＢ2 。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．半導体もしくは金属と金属との間の相互拡散防止用
のバリア膜として高融点金属窒化膜を用いる半導体装置
において、前記バリア膜には、前記バリア膜中の全ての
未反応物質と化合するに足る量のボロンもしくは炭素が
添加され、かつ、前記ボロンもしくは炭素は、前記バリ
ア膜中の未反応物質と化合して不活性物質を形成してい
ることを特徴とする半導体装置。 ２．前記ボロンもしくは炭素は、前記バリア膜中におい
て０．１％の濃度を有することを特徴とする請求項１に
記載の半導体装置。 ３．前記高融点金属窒化膜が窒化チタンから構成され、
前記未反応物質が前記窒化チタン中のチタンであり、前
記チタンが前記ボロンもしくは炭素と化合して不活性物
質を形成していることを特徴とする請求項１に記載の半
導体装置。 ４．前記高融点金属窒化膜上の金属がアルミニウムもし
くはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１
に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8209467A JP2675775B2 (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8209467A JP2675775B2 (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7188995A Division JP2586885B2 (ja) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH098275A JPH098275A (ja) | 1997-01-10 |
| JP2675775B2 true JP2675775B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=16573354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8209467A Expired - Fee Related JP2675775B2 (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2675775B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6337151B1 (en) * | 1999-08-18 | 2002-01-08 | International Business Machines Corporation | Graded composition diffusion barriers for chip wiring applications |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH065733B2 (ja) * | 1984-08-27 | 1994-01-19 | アメリカン テレフオン アンド テレグラフ カムパニ− | 集積回路デバイスおよびその製造方法 |
-
1996
- 1996-08-08 JP JP8209467A patent/JP2675775B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＳＯＬＩＤ ＳＴＡＴＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．２８，ＮＯ．１０，ＰＰ．１６１−１６６ （１９８５−１０） （特に、第１６２頁右欄第２１行目〜第１６３頁左欄第６行目、第１６４頁右欄第１行目〜第１６５頁左欄第３６行目等参照） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH098275A (ja) | 1997-01-10 |
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