JPH04364723A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH04364723A JPH04364723A JP14025091A JP14025091A JPH04364723A JP H04364723 A JPH04364723 A JP H04364723A JP 14025091 A JP14025091 A JP 14025091A JP 14025091 A JP14025091 A JP 14025091A JP H04364723 A JPH04364723 A JP H04364723A
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
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、半導体装置及びその製
造方法に係り、特に、下地とのエンクローチメントの防
止、配線の酸化防止を図り、配線の応力を緩和し、配線
の安定性を向上した半導体装置及びその製造方法に関す
る。
造方法に係り、特に、下地とのエンクローチメントの防
止、配線の酸化防止を図り、配線の応力を緩和し、配線
の安定性を向上した半導体装置及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の配線として、アルミ
ニウム、或いは、その合金が一般的に用いられている。 近年、半導体装置の高集積化が進み、3次元構造を有す
る半導体装置が広く製造されている。この3次元構造を
有する半導体装置の製造工程では、通常、第1配線形成
工程後にトランジスタを形成するが、このトランジスタ
形成工程は、800〜900℃程度の高温熱処理を行う
必要がある。このため、この半導体装置には、融点の低
いアルミニウム配線やアルミニウム合金からなる配線を
使用することができないという問題があった。
ニウム、或いは、その合金が一般的に用いられている。 近年、半導体装置の高集積化が進み、3次元構造を有す
る半導体装置が広く製造されている。この3次元構造を
有する半導体装置の製造工程では、通常、第1配線形成
工程後にトランジスタを形成するが、このトランジスタ
形成工程は、800〜900℃程度の高温熱処理を行う
必要がある。このため、この半導体装置には、融点の低
いアルミニウム配線やアルミニウム合金からなる配線を
使用することができないという問題があった。
【0003】そこで、この問題を解決するため、前記3
次元構造を有する半導体装置には、アルミニウムやアル
ミニウム合金の代わりに、例えば、タングステン(W)
等のような高融点金属を用いた配線が使用されている。
次元構造を有する半導体装置には、アルミニウムやアル
ミニウム合金の代わりに、例えば、タングステン(W)
等のような高融点金属を用いた配線が使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記高
融点金属は、酸化され易く、配線の信頼性に支障を来す
という問題があった。また、この高融点金属をコンタク
ト孔の埋め込み配線として用いる場合は、一般的に当該
高融点金属をH2 をソースガスとしてCVD法で形成
するため、例えば、シリコン基板上に高融点金属として
W膜を形成する場合、反応初期において、2WF6 +
3Si→2W+3SiF4 (1)の
反応が生じる。そして、その後、W膜がシリコン基板上
にある程度以上形成されると、W膜自身が触媒となり、 WF6 +3H2 →W+6HF
(2)の反応が生じ、W膜を形成する。こ
のため、WF6 が下地のシリコンと反応し、エンクロ
ーチメントが発生易いという問題があった。そして、前
記コンタクト孔の埋め込みに前記高融点金属1種のみを
使用すると、この部分に強い応力が発生するという問題
があった。
融点金属は、酸化され易く、配線の信頼性に支障を来す
という問題があった。また、この高融点金属をコンタク
ト孔の埋め込み配線として用いる場合は、一般的に当該
高融点金属をH2 をソースガスとしてCVD法で形成
するため、例えば、シリコン基板上に高融点金属として
W膜を形成する場合、反応初期において、2WF6 +
3Si→2W+3SiF4 (1)の
反応が生じる。そして、その後、W膜がシリコン基板上
にある程度以上形成されると、W膜自身が触媒となり、 WF6 +3H2 →W+6HF
(2)の反応が生じ、W膜を形成する。こ
のため、WF6 が下地のシリコンと反応し、エンクロ
ーチメントが発生易いという問題があった。そして、前
記コンタクト孔の埋め込みに前記高融点金属1種のみを
使用すると、この部分に強い応力が発生するという問題
があった。
【0005】そこで本発明は、このような問題を解決す
るためになされたものであり、高温熱処理に対しても安
定した性能を有し、下地とのエンクローチメントの防止
、配線の酸化防止を図り、配線の応力を緩和し、配線の
安定性を向上した半導体装置及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。
るためになされたものであり、高温熱処理に対しても安
定した性能を有し、下地とのエンクローチメントの防止
、配線の酸化防止を図り、配線の応力を緩和し、配線の
安定性を向上した半導体装置及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、半導体基板上に絶縁膜を介して配線を形成
した半導体装置において、前記配線は、高融点金属層の
周りを高融点金属ナイトライド層で囲んだことを特徴と
する半導体装置を提供するものである。そして、前記絶
縁膜は、前記配線と半導体基板とを接続するコンタクト
孔を有し、当該コンタクト孔は、前記高融点金属ナイト
ライドと前記高融点金属とが埋め込まれてなり、当該高
融点金属ナイトライド層は、当該コンタクト孔の側壁及
び前記半導体基板との導通部に形成されてなることを特
徴とする半導体装置を提供するものである。
に本発明は、半導体基板上に絶縁膜を介して配線を形成
した半導体装置において、前記配線は、高融点金属層の
周りを高融点金属ナイトライド層で囲んだことを特徴と
する半導体装置を提供するものである。そして、前記絶
縁膜は、前記配線と半導体基板とを接続するコンタクト
孔を有し、当該コンタクト孔は、前記高融点金属ナイト
ライドと前記高融点金属とが埋め込まれてなり、当該高
融点金属ナイトライド層は、当該コンタクト孔の側壁及
び前記半導体基板との導通部に形成されてなることを特
徴とする半導体装置を提供するものである。
【0007】また、半導体基板上の絶縁膜にコンタクト
孔を開口する第1工程と、反応性スパッタリング法によ
り高融点金属ナイトライド層を形成する第2工程と、高
融点金属層を形成する第3工程と、前記高融点金属をエ
ッチバックする第4工程と、選択的に配線を形成する第
5工程と、前記配線形成後の高融点金属層の表面に高融
点金属ナイトライド層を形成する第6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を提供するもの
である。
孔を開口する第1工程と、反応性スパッタリング法によ
り高融点金属ナイトライド層を形成する第2工程と、高
融点金属層を形成する第3工程と、前記高融点金属をエ
ッチバックする第4工程と、選択的に配線を形成する第
5工程と、前記配線形成後の高融点金属層の表面に高融
点金属ナイトライド層を形成する第6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を提供するもの
である。
【0008】
【作用】請求項1記載の半導体装置によれば、配線を、
高融点金属層の周りを高融点金属ナイトライド層で囲ん
だ構造にしたことで、当該高融点金属ナイトライド層が
バリアメタルとして働き、その還元能力により当該高融
点金属が自然酸化膜等により酸化されることを防ぐこと
ができる。また、前記高融点金属ナイトライド層は、高
融点金属層に比べてストレスが小さいため、配線全体の
ストレスを緩和することができる。従って、高温熱処理
に対しても安定した性能を有し、且つ、配線の酸化を防
止し、配線の断線がなく、半導体装置の信頼性を向上す
ることができる。
高融点金属層の周りを高融点金属ナイトライド層で囲ん
だ構造にしたことで、当該高融点金属ナイトライド層が
バリアメタルとして働き、その還元能力により当該高融
点金属が自然酸化膜等により酸化されることを防ぐこと
ができる。また、前記高融点金属ナイトライド層は、高
融点金属層に比べてストレスが小さいため、配線全体の
ストレスを緩和することができる。従って、高温熱処理
に対しても安定した性能を有し、且つ、配線の酸化を防
止し、配線の断線がなく、半導体装置の信頼性を向上す
ることができる。
【0009】そして、請求項2記載の半導体装置によれ
ば、コンタクト孔に前記高融点金属ナイトライドと前記
高融点金属とを、当該コンタクト孔の側壁及び前記半導
体基板との導通部に前記高融点金属ナイトライド層が形
成された状態となるように埋め込むことで、前記利点に
加え、当該高融点金属層が直接シリコン基板に接触する
ことがないため、前記反応式(1)のように、WF6
が下地のシリコンと反応することがない結果、エンクロ
ーチメントが発生することがない。このため、当該コン
タクト孔の導通部における界面構造の劣化及び電気特性
の劣化を防止することができる。また、当該高融点金属
層が直接絶縁膜(SiO2 膜)と接触することもない
ので、当該高融点金属が酸化されることもない。
ば、コンタクト孔に前記高融点金属ナイトライドと前記
高融点金属とを、当該コンタクト孔の側壁及び前記半導
体基板との導通部に前記高融点金属ナイトライド層が形
成された状態となるように埋め込むことで、前記利点に
加え、当該高融点金属層が直接シリコン基板に接触する
ことがないため、前記反応式(1)のように、WF6
が下地のシリコンと反応することがない結果、エンクロ
ーチメントが発生することがない。このため、当該コン
タクト孔の導通部における界面構造の劣化及び電気特性
の劣化を防止することができる。また、当該高融点金属
層が直接絶縁膜(SiO2 膜)と接触することもない
ので、当該高融点金属が酸化されることもない。
【0010】また、請求項3記載の半導体装置の製造方
法によれば、反応性スパッタリング法により高融点金属
ナイトライド層を形成するため、下地のシリコンと当該
高融点金属ナイトライド層とが反応することがない。ま
た、その後、高融点金属層を形成するため、当該高融点
金属層が直接下地や絶縁膜に接触するのを防ぐことがで
きる。そして、前記高融点金属層をエッチバックするこ
とで、配線の膜厚を任意に決定することができる。また
、選択的に配線を形成した後の高融点金属層表面に高融
点金属ナイトライド層を形成するため、当該高融点金属
層の全周を当該高融点金属ナイトライド層で囲むことが
できる。従って、下地とのエンクローチメントの防止、
配線の酸化防止を図り、配線の応力を緩和し、配線の安
定性を向上した半導体装置を簡単に製造することができ
る。
法によれば、反応性スパッタリング法により高融点金属
ナイトライド層を形成するため、下地のシリコンと当該
高融点金属ナイトライド層とが反応することがない。ま
た、その後、高融点金属層を形成するため、当該高融点
金属層が直接下地や絶縁膜に接触するのを防ぐことがで
きる。そして、前記高融点金属層をエッチバックするこ
とで、配線の膜厚を任意に決定することができる。また
、選択的に配線を形成した後の高融点金属層表面に高融
点金属ナイトライド層を形成するため、当該高融点金属
層の全周を当該高融点金属ナイトライド層で囲むことが
できる。従って、下地とのエンクローチメントの防止、
配線の酸化防止を図り、配線の応力を緩和し、配線の安
定性を向上した半導体装置を簡単に製造することができ
る。
【0011】
【実施例】次に、本発明に係る実施例について、図面を
参照して説明する。図1ないし図5は、本発明に係る半
導体装置の製造工程を示す部分断面図である。図1に示
す工程では、半導体基板1上に絶縁膜2としてSiO2
膜を形成し、これにコンタクト孔を開口する。その後
、反応性スパッタリング法により、半導体基板1の全面
に高融点金属ナイトライド層3として、WN層を300
Å程度の膜厚で形成する。即ち、絶縁膜2上、コンタク
ト孔の導通部及び側壁に前記高融点金属ナイトライド層
3を形成する。この時、Arガス:N2 ガス=2:3
の割合で供給した。このように、反応性スパッタリング
法により高融点金属ナイトライド層3を形成することで
、半導体基板1と高融点金属ナイトライド層3との反応
を防止することができる。
参照して説明する。図1ないし図5は、本発明に係る半
導体装置の製造工程を示す部分断面図である。図1に示
す工程では、半導体基板1上に絶縁膜2としてSiO2
膜を形成し、これにコンタクト孔を開口する。その後
、反応性スパッタリング法により、半導体基板1の全面
に高融点金属ナイトライド層3として、WN層を300
Å程度の膜厚で形成する。即ち、絶縁膜2上、コンタク
ト孔の導通部及び側壁に前記高融点金属ナイトライド層
3を形成する。この時、Arガス:N2 ガス=2:3
の割合で供給した。このように、反応性スパッタリング
法により高融点金属ナイトライド層3を形成することで
、半導体基板1と高融点金属ナイトライド層3との反応
を防止することができる。
【0012】次いで、図2に示す工程では、図1に示す
工程で得た高融点金属ナイトライド層3の全面にCVD
(Chemical Vapor Deposit
ion)により、450℃、100Torr、WF6
、H2 を使用した雰囲気で高融点金属層4として、W
層を1000Å程度の膜厚で形成する。この高融点金属
層4は、高融点金属ナイトライド層3の存在により、直
接半導体基板1と接触することがないため、下地とのエ
ンクローチメントの発生が防止される。また、同様に、
絶縁膜2とも接触しないため、高融点金属層4が酸化さ
れることがない。
工程で得た高融点金属ナイトライド層3の全面にCVD
(Chemical Vapor Deposit
ion)により、450℃、100Torr、WF6
、H2 を使用した雰囲気で高融点金属層4として、W
層を1000Å程度の膜厚で形成する。この高融点金属
層4は、高融点金属ナイトライド層3の存在により、直
接半導体基板1と接触することがないため、下地とのエ
ンクローチメントの発生が防止される。また、同様に、
絶縁膜2とも接触しないため、高融点金属層4が酸化さ
れることがない。
【0013】次に、図3に示す工程では、図2に示す工
程で得た高融点金属層4を3000Å程度の膜厚となる
までエッチバックする。このように、エッチバックする
ことで、簡単に任意の膜厚を設定することができる。次
いで、図4に示す工程では、図3に示す工程で得た半導
体基板1上に形成された高融点金属ナイトライド層3及
び高融点金属層4をパターニングして、配線を形成する
。
程で得た高融点金属層4を3000Å程度の膜厚となる
までエッチバックする。このように、エッチバックする
ことで、簡単に任意の膜厚を設定することができる。次
いで、図4に示す工程では、図3に示す工程で得た半導
体基板1上に形成された高融点金属ナイトライド層3及
び高融点金属層4をパターニングして、配線を形成する
。
【0014】その後、図5に示す工程では、図4に示す
工程で得た半導体基板1に、800℃、8×103 T
orr、NH3 の雰囲気で高圧窒化を行い、前記高融
点金属層4の表面に高融点金属ナイトライド層5として
WN層を形成する。この高圧窒化で高融点金属ナイトラ
イド層5を形成することで、高融点金属層4のサイド部
にも確実に高融点金属ナイトライド層5を形成すること
ができる。このようにして、高融点金属層4の全周を高
融点金属ナイトライド層3及び5で囲んだ構造を有する
配線を形成した。
工程で得た半導体基板1に、800℃、8×103 T
orr、NH3 の雰囲気で高圧窒化を行い、前記高融
点金属層4の表面に高融点金属ナイトライド層5として
WN層を形成する。この高圧窒化で高融点金属ナイトラ
イド層5を形成することで、高融点金属層4のサイド部
にも確実に高融点金属ナイトライド層5を形成すること
ができる。このようにして、高融点金属層4の全周を高
融点金属ナイトライド層3及び5で囲んだ構造を有する
配線を形成した。
【0015】以上の工程により、下地とのエンクローチ
メントの防止、配線の酸化防止を図り、配線の応力を緩
和し、配線の安定性を向上した半導体装置を得た。尚、
本実施例では、高融点金属ナイトライド層としてWN層
を形成したが、これに限らず、MoN、TaN、NbN
等、他の高融点金属ナイトライド層を用いても同様の効
果を得ることができる。
メントの防止、配線の酸化防止を図り、配線の応力を緩
和し、配線の安定性を向上した半導体装置を得た。尚、
本実施例では、高融点金属ナイトライド層としてWN層
を形成したが、これに限らず、MoN、TaN、NbN
等、他の高融点金属ナイトライド層を用いても同様の効
果を得ることができる。
【0016】また、高融点金属層としてW層を形成した
が、これに限らず、Mo、Ta、Nb等、他の高融点金
属層を用いても同様の効果を得ることができることは、
勿論である。そして、前記高融点金属ナイトライド層を
構成する高融点金属と、前記高融点金属層に使用した高
融点金属とは、一致してもしなくてもよい。
が、これに限らず、Mo、Ta、Nb等、他の高融点金
属層を用いても同様の効果を得ることができることは、
勿論である。そして、前記高融点金属ナイトライド層を
構成する高融点金属と、前記高融点金属層に使用した高
融点金属とは、一致してもしなくてもよい。
【0017】また、図5に示す工程では、高圧窒化によ
り高融点金属ナイトライド層5を形成したが、高融点金
属層4の全表面に高融点金属ナイトライド層5の形成が
可能であれば、他の方法により高融点金属ナイトライド
層5を形成してもよい。
り高融点金属ナイトライド層5を形成したが、高融点金
属層4の全表面に高融点金属ナイトライド層5の形成が
可能であれば、他の方法により高融点金属ナイトライド
層5を形成してもよい。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の半
導体装置によれば、配線の構造を、高融点金属層の周り
を高融点金属ナイトライド層で囲んだ構造にしたことで
、当該高融点金属ナイトライド層がバリアメタルとして
働き、当該高融点金属が酸化するのを防ぐことができる
。また、前記高融点金属ナイトライド層は、高融点金属
層に比べてストレスが小さいため、配線全体のストレス
を緩和し、配線の断線を防ぐことができる。この結果、
高温熱処理に対しても安定した性能を有し、且つ、半導
体装置の信頼性を向上することができる。
導体装置によれば、配線の構造を、高融点金属層の周り
を高融点金属ナイトライド層で囲んだ構造にしたことで
、当該高融点金属ナイトライド層がバリアメタルとして
働き、当該高融点金属が酸化するのを防ぐことができる
。また、前記高融点金属ナイトライド層は、高融点金属
層に比べてストレスが小さいため、配線全体のストレス
を緩和し、配線の断線を防ぐことができる。この結果、
高温熱処理に対しても安定した性能を有し、且つ、半導
体装置の信頼性を向上することができる。
【0019】そして、請求項2記載の半導体装置によれ
ば、コンタクト孔内においても、前記高融点金属層が直
接半導体基板に接触することがなく、また、当該高融点
金属層が直接絶縁膜と接触することもない。この結果、
前記効果に加え、下地とのエンクローチメントの発生を
防止し、さらに、埋め込み配線の酸化も防止することが
でき、より半導体装置の信頼性を向上することができる
。
ば、コンタクト孔内においても、前記高融点金属層が直
接半導体基板に接触することがなく、また、当該高融点
金属層が直接絶縁膜と接触することもない。この結果、
前記効果に加え、下地とのエンクローチメントの発生を
防止し、さらに、埋め込み配線の酸化も防止することが
でき、より半導体装置の信頼性を向上することができる
。
【0020】また、請求項3記載の半導体装置の製造方
法によれば、下地とのエンクローチメントの発生がなく
、配線の酸化を防止し、且つ、配線の応力を緩和し、配
線の安定性を向上した、信頼性の高い半導体装置を簡単
に製造することができる。
法によれば、下地とのエンクローチメントの発生がなく
、配線の酸化を防止し、且つ、配線の応力を緩和し、配
線の安定性を向上した、信頼性の高い半導体装置を簡単
に製造することができる。
【図1】本発明の実施例に係る半導体装置の製造工程を
示す部分断面図である。
示す部分断面図である。
【図2】本発明の実施例に係る半導体装置の製造工程を
示す部分断面図である。
示す部分断面図である。
【図3】本発明の実施例に係る半導体装置の製造工程を
示す部分断面図である。
示す部分断面図である。
【図4】本発明の実施例に係る半導体装置の製造工程を
示す部分断面図である。
示す部分断面図である。
【図5】本発明の実施例に係る半導体装置の製造工程を
示す部分断面図である。
示す部分断面図である。
1 半導体基板
2 絶縁膜
3 高融点金属ナイトライド層
4 高融点金属層
5 高融点金属ナイトライド層
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板上に絶縁膜を介して配線を
形成した半導体装置において、前記配線は、高融点金属
層の周りを高融点金属ナイトライド層で囲んだことを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記絶縁膜は、前記配線と半導体基板
とを接続するコンタクト孔を有し、当該コンタクト孔は
、前記高融点金属ナイトライドと前記高融点金属とが埋
め込まれてなり、当該高融点金属ナイトライド層は、当
該コンタクト孔の側壁及び前記半導体基板との導通部に
形成されてなることを特徴とする請求項1記載の半導体
装置。 - 【請求項3】 半導体基板上の絶縁膜にコンタクト孔
を開口する第1工程と、反応性スパッタリング法により
高融点金属ナイトライド層を形成する第2工程と、高融
点金属層を形成する第3工程と、前記高融点金属をエッ
チバックする第4工程と、選択的に配線を形成する第5
工程と、前記配線形成後の高融点金属層の表面に高融点
金属ナイトライド層を形成する第6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 |
---|---|---|---|
JP14025091A JPH04364723A (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14025091A JPH04364723A (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04364723A true JPH04364723A (ja) | 1992-12-17 |
Family
ID=15264409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14025091A Pending JPH04364723A (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04364723A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1780589A2 (en) * | 1999-04-12 | 2007-05-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for fabricating the same |
JP2009027161A (ja) * | 2007-07-18 | 2009-02-05 | Hynix Semiconductor Inc | フラッシュメモリ素子の製造方法 |
-
1991
- 1991-06-12 JP JP14025091A patent/JPH04364723A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1780589A2 (en) * | 1999-04-12 | 2007-05-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for fabricating the same |
EP1780589A3 (en) * | 1999-04-12 | 2013-10-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for fabricating the same |
US8866143B2 (en) | 1999-04-12 | 2014-10-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for fabricating the same |
JP2009027161A (ja) * | 2007-07-18 | 2009-02-05 | Hynix Semiconductor Inc | フラッシュメモリ素子の製造方法 |
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