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JPH04364724A - 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

Publication number
JPH04364724A
JPH04364724A JP14025191A JP14025191A JPH04364724A JP H04364724 A JPH04364724 A JP H04364724A JP 14025191 A JP14025191 A JP 14025191A JP 14025191 A JP14025191 A JP 14025191A JP H04364724 A JPH04364724 A JP H04364724A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
melting point
high melting
point metal
layer
wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP14025191A
Other languages
English (en)
Inventor
Ikuo Miyamoto
宮本 郁生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
Priority to JP14025191A priority Critical patent/JPH04364724A/ja
Publication of JPH04364724A publication Critical patent/JPH04364724A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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、且つ、配線の応力を緩和し
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。
【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。
【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。
【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、且つ、配線の応力を緩和した
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、高融点金属ナイ
トライド、高融点金属及び高融点金属ナイトライドから
なる三層構造を有す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】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。
【0008】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、選択的にコンタクト
孔以外の領域の高融点金属層を不活性化する第4工程と
、高融点金属層を形成する第5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
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。
【0009】
【作用】請求項1記載の半導体装置によれば、配線を高
融点金属ナイトライド、高融点金属及び高融点金属ナイ
トライドからなる三層構造としたことで、当該高融点金
属層の上下に形成された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、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。
【0010】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。
【0011】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ことで、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ことで、当該高
融点金属層が直接下地のシリコンや絶縁膜に接触するの
を防ぐことができる。そして、選択的にコンタクト孔以
外の領域の高融点金属層を不活性化することで、この部
分の高融点金属層の反応性を低下することができるため
、次の工程で高融点金属を形成する際に、コンタクト孔
のみに当該高融点金属を形成する(コンタクト孔を埋め
込む)ことができる。そして、さらにこの上に、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を形
成することで、当該高融点金属層が酸化されることがな
い。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た半導体装置を
製造することができる。
【0012】
【実施例】次に本発明の一実施例について、図面に基づ
いて説明する。図1ないし図8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300Å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。
【0013】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、スパ
ッタリング法により、Ar雰囲気で、高融点金属層4と
してW層を500Å程度の膜厚で形成する。このように
、高融点金属層4が直接半導体基板1と接触することが
ないので、後の工程における熱処理においてもWsi2
 の反応が生じることがない。
【0014】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の全面にB2 O3 (ホウソ
ガラス)層5をCVD(Chemical  Vapo
r  Deposition)により形成した後、20
0〜300℃の低温でリフローさせ、コンタクト孔にB
2 O3 を埋め込む。このB2 O3 は、低温生成
ガラスであるため、200〜300℃の低温で十分にリ
フローさせることができる。
【0015】次いで、図4に示す工程では、図3に示す
工程で得たB2 O3 層5をBCl3 を用いたドラ
イエッチングによりエッチバックし、コンタクト孔に埋
め込まれたB2 O3 以外のB2 O3 層5を除去
し、前記図2に示す工程で得た高融点金属層4を再び露
出する。次に、図5に示す工程では、O2 を用いて、
図4に示す工程で得た半導体基板1上の高融点金属層4
を不活性化し、不活性化された高融点金属層6を形成す
る。
【0016】次いで、図6に示す工程では、コンタクト
孔に埋め込まれているB2 O3 層5を希酢酸溶液に
より除去する。次いで、図7に示す工程では、CVDに
より、図6に示す工程で得た半導体基板1に高融点金属
層7としてW層を形成する。この時、不活性化された高
融点金属層6は、反応が行われないため、高融点金属層
7は、コンタクト孔内にのみ形成される。
【0017】次に、図8に示す工程では、図7に示す工
程で得た半導体基板1を希NH4 OHを用いて表面処
理し、不活性化された高融点金属層6を除去する。その
後、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8として、WN層を500Å程度の膜厚で形成
する。この時、Arガス:N2 ガス=2:3の割合で
供給した。このようにして、高融点ナイトライド層3、
高融点金属層4、高融点ナイトライド層3の三層構造を
有する配線層(埋め込み配線及び配線)を形成した。こ
のように、高融点金属層4を高融点ナイトライド層3及
び8で挟んだ構造を有するため、高融点金属層4の酸化
を防止することができる。また、高融点ナイトライド層
3及び8は、高融点金属層4に比べ、ストレスが小さい
ので、配線の応力も緩和された。
【0018】その後、パターニングして配線等、必要な
素子を形成し、半導体装置を完成し、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、且つ、配線の応力を緩
和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。
【0019】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。
【0020】また、図2に示す工程では、スパッタリン
グ法により高融点金属層を形成したが、この方法に限ら
ず、CVD等、他の方法で形成してもよい。そして、図
3に示す工程では、B2 O3 層を形成したが、これ
に限らず、レジストや、他の低温生成ガラス等を形成し
てもよい。また、図4に示す工程では、ドライエッチン
グによりB2 O3 層をエッチバックしたが、希酢酸
等を用いたウエットエッチングによりエッチバックを行
ってもよい。
【0021】そして、図5に示す工程では、O2 を用
いて高融点金属層を不活性化したが、これに限らず、高
融点金属層を不活性化することが可能であれば、N2 
、NO等、他のガスを用いてもよい。尚、上下の高融点
ナイトライド層、高融点金属層の膜厚は、所望により決
定してよい。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、配線を高融点金属ナイトライド、高融点金
属及び高融点金属ナイトライドからなる三層構造とした
ことで、当該高融点金属層の上下に形成された高融点金
属ナイトライド層がバリアメタルとして働くため、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する
。従って、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。
【0023】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、前記効果に
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、エンクローチメントの発生を阻止し、
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。
【0024】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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図6】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。
【図7】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。
【図8】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。
【符号の説明】
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    B2 O3 層 6    不活性化された高融点金属層7    高融
点金属層 8    高融点金属ナイトライド層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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
    ナイトライド、高融点金属及び高融点金属ナイトライド
    からなる三層構造を有することを特徴とする半導体装置
  2. 【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。
  3. 【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、選択的にコンタクト孔
    以外の領域の高融点金属層を不活性化する第4工程と、
    高融点金属層を形成する第5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。
JP14025191A 1991-06-12 1991-06-12 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH04364724A (ja)

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