JPH065733B2 - 集積回路デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
集積回路デバイスおよびその製造方法Info
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- JPH065733B2 JPH065733B2 JP60503249A JP50324985A JPH065733B2 JP H065733 B2 JPH065733 B2 JP H065733B2 JP 60503249 A JP60503249 A JP 60503249A JP 50324985 A JP50324985 A JP 50324985A JP H065733 B2 JPH065733 B2 JP H065733B2
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
- H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
- H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
- H01L23/53204—Conductive materials
- H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
- H01L23/53214—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being aluminium
- H01L23/53223—Additional layers associated with aluminium layers, e.g. adhesion, barrier, cladding layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は集積回路デバイス、より詳細には金属酸化物半
導体（ＭＯＳ）タイプのデバイスに使用される金属化構
造に関する。
導体（ＭＯＳ）タイプのデバイスに使用される金属化構
造に関する。
ＭＯＳデバイスに対する幾つかの金属化構造ではデバイ
スに対する悪影響を防ぐ目的で拡散バリア層が使用され
ている。例えば、シリコン（あるいはケイ化物）層とこ
れを覆うアルミニウム層との間にケイ素とアルミニウム
あるいはケイ化物とアルミニウムの相互作用を防止する
目的で拡散バリア層が提供される。こうして、金属化層
による悪影響、例えば、デバイス内に含まれる浅い接合
領域への浸透あるいは短絡が起こされることが回避され
る。
スに対する悪影響を防ぐ目的で拡散バリア層が使用され
ている。例えば、シリコン（あるいはケイ化物）層とこ
れを覆うアルミニウム層との間にケイ素とアルミニウム
あるいはケイ化物とアルミニウムの相互作用を防止する
目的で拡散バリア層が提供される。こうして、金属化層
による悪影響、例えば、デバイス内に含まれる浅い接合
領域への浸透あるいは短絡が起こされることが回避され
る。
従来、ジャーナル オブ アプライド フイジクス（Jo
urnal of Applied Physics）、Vol.５４．No.６、１９
８３年６月発行、ページ３１９５−３１９９、及びアプ
ライド フイジクス レターズ（Applied Physics Lett
ers）、Vol.３６．No.６、１９８０年３月１５日発行、
ページ４５６−４５８に説明のごとく、前述のＭＯＳデ
バイス内の拡散バリア層を形成する物質として窒化チタ
ンあるいは炭化チタンなどが提案されている。しかし、
実用上は、これら物質は、例えば、割れ、はがれ、乏し
い段包囲といつた特性を示し、高品質デバイスにこれら
を含むことには問題がある。このため改良されたバリア
層が必要とされている。
urnal of Applied Physics）、Vol.５４．No.６、１９
８３年６月発行、ページ３１９５−３１９９、及びアプ
ライド フイジクス レターズ（Applied Physics Lett
ers）、Vol.３６．No.６、１９８０年３月１５日発行、
ページ４５６−４５８に説明のごとく、前述のＭＯＳデ
バイス内の拡散バリア層を形成する物質として窒化チタ
ンあるいは炭化チタンなどが提案されている。しかし、
実用上は、これら物質は、例えば、割れ、はがれ、乏し
い段包囲といつた特性を示し、高品質デバイスにこれら
を含むことには問題がある。このため改良されたバリア
層が必要とされている。
発明の要約 本発明においては炭窒化チタンから構成される改良され
た拡散バリア層が提供される。一例として、この層は化
学蒸着法（ＣＶＤ）プロセスによつて形成される。こう
して形成された炭窒化チタン層は優れたバリア特性を示
するに加えて、低応力、順応的な段包囲、及び比較的低
い抵抗率を持つことを特徴とする。
た拡散バリア層が提供される。一例として、この層は化
学蒸着法（ＣＶＤ）プロセスによつて形成される。こう
して形成された炭窒化チタン層は優れたバリア特性を示
するに加えて、低応力、順応的な段包囲、及び比較的低
い抵抗率を持つことを特徴とする。
図面の簡単な説明 図面は本発明を具現する一例としてＭＯＳ集積回路デバ
イスの一部の断面図である。
イスの一部の断面図である。
詳細な説明 図面に示される半導体デバイスの部分は標準のｎ＋型の
ソースあるいはドレン領域１４を含むｐ−型シリコン領
域１２を持つシリコン本体１０を含む。デバイスによつ
ては、p-n+接合の深さｄは本体１０の表面からたつた１
０００から３０００オングストローム程度とされる。
ソースあるいはドレン領域１４を含むｐ−型シリコン領
域１２を持つシリコン本体１０を含む。デバイスによつ
ては、p-n+接合の深さｄは本体１０の表面からたつた１
０００から３０００オングストローム程度とされる。
一例として、本体１０上にソースあるいはドレン領域１
４を覆う耐熱金属ケイ化物の層１６が含まれる。一例と
して、層１６は約８００から１０００オングストローム
の厚さとされ、ケイ化コバルト、ケイ化タンタル、ケイ
化チタン、ケイ化プラチナ、ケイ化パラジウム、ケイ化
モリブデン、あるいはいケイ化タングステンから構成さ
れる。ＭＯＳデバイスにおいて高導電性コンタクト及び
相互接続を達成するためにシリコン上にこれらケイ化物
が使用されることは周知のことである。
４を覆う耐熱金属ケイ化物の層１６が含まれる。一例と
して、層１６は約８００から１０００オングストローム
の厚さとされ、ケイ化コバルト、ケイ化タンタル、ケイ
化チタン、ケイ化プラチナ、ケイ化パラジウム、ケイ化
モリブデン、あるいはいケイ化タングステンから構成さ
れる。ＭＯＳデバイスにおいて高導電性コンタクト及び
相互接続を達成するためにシリコン上にこれらケイ化物
が使用されることは周知のことである。
図面にはさらに個々の約１０，０００オングストローム
の厚さを持つ領域１８及び２０を含むリンをドープされ
た二酸化ケイ素の従来のパターン化された誘電層が示さ
れる。この誘電層を貫通して形成される開口部を通じて
高導電性コンタクト及び相互接続が実現される。この方
法によつて、ソースあるいはドレン領域１４及びデバイ
スの他の部分（図示なし）への電気接続が達成される。
の厚さを持つ領域１８及び２０を含むリンをドープされ
た二酸化ケイ素の従来のパターン化された誘電層が示さ
れる。この誘電層を貫通して形成される開口部を通じて
高導電性コンタクト及び相互接続が実現される。この方
法によつて、ソースあるいはドレン領域１４及びデバイ
スの他の部分（図示なし）への電気接続が達成される。
ソースあるいはドレン領域１４への電気接続は標準の導
電性物質、例えば、約０．７から１マイクロメートル
（μm）の厚さのアルミニウムから構成されるパターン
化された層２２を含む金属化構造によつて実現される。
アルミニウム層２２とケイ化物層１６の間には本発明に
従つて形成される拡散バリア層２４が存在する。
電性物質、例えば、約０．７から１マイクロメートル
（μm）の厚さのアルミニウムから構成されるパターン
化された層２２を含む金属化構造によつて実現される。
アルミニウム層２２とケイ化物層１６の間には本発明に
従つて形成される拡散バリア層２４が存在する。
好ましくは、このバリア層２４は、例えば、以下に説明
の化学蒸着法（ＣＶＤ）ステップによつて形成される炭
窒化チタンから構成される。当該層２４は例えば１００
０オングストロームの厚さである。このような層はケイ
素とアルミニウム及びケイ化物とアルミニウムが図示さ
れるＭＯＳデバイス内で相互作用するのを防止あるいは
大きく減少するために有利なバリアを与える。
の化学蒸着法（ＣＶＤ）ステップによつて形成される炭
窒化チタンから構成される。当該層２４は例えば１００
０オングストロームの厚さである。このような層はケイ
素とアルミニウム及びケイ化物とアルミニウムが図示さ
れるＭＯＳデバイス内で相互作用するのを防止あるいは
大きく減少するために有利なバリアを与える。
炭窒化チタン層２４は比較的高い温度、及び従来のＭＯ
Ｓデバイスの製造工程において遭遇される他の処理条件
によつて影響を受けない熱的に安定な抵抗の低い物質で
ある。さらにこの物質は、下側の層に対する良好な段包
囲を示し、またアルミニウムをパターン化するために通
常に使用される標準プロセスによつてエッチングするこ
とが可能である。
Ｓデバイスの製造工程において遭遇される他の処理条件
によつて影響を受けない熱的に安定な抵抗の低い物質で
ある。さらにこの物質は、下側の層に対する良好な段包
囲を示し、またアルミニウムをパターン化するために通
常に使用される標準プロセスによつてエッチングするこ
とが可能である。
本発明は各種の他の構造にも有効である。
例えば、層２４は、ケイ化物層１６のかわりにタングス
テンの層が使用される構造内のバリアとして有効であ
る。さらに、層２４は、本体１０とアルミニウム層２２
の間にバリアを形成するためにシリコン本体１０の表面
上に炭窒化チタン層２４が直接に被着されるような構造
内のバリアとしても有効である。
テンの層が使用される構造内のバリアとして有効であ
る。さらに、層２４は、本体１０とアルミニウム層２２
の間にバリアを形成するためにシリコン本体１０の表面
上に炭窒化チタン層２４が直接に被着されるような構造
内のバリアとしても有効である。
接触される下側の半導体材質が比較的厚くドープされた
ポリシリコン層から構成される場合はアルミニウムに対
する拡散バリアが必要である。ここに説明の炭窒化チタ
ン物質はこの目的にも適する。さらに、ポリシリコン上
にドープされたケイ化物を含む複合ゲート金属化構造に
おいては、このケイ化物とポリシリコンの間に介在する
炭窒化チタンはポリシリコンからケイ化物層への望まし
くないドーパントの拡散を防ぐのに有効である。
ポリシリコン層から構成される場合はアルミニウムに対
する拡散バリアが必要である。ここに説明の炭窒化チタ
ン物質はこの目的にも適する。さらに、ポリシリコン上
にドープされたケイ化物を含む複合ゲート金属化構造に
おいては、このケイ化物とポリシリコンの間に介在する
炭窒化チタンはポリシリコンからケイ化物層への望まし
くないドーパントの拡散を防ぐのに有効である。
状況によっては、バリア層２４と層２４の下側の領域と
の間に導電性の粘着促進剤が提供される。一例として、
図面においては、バリア層２４と下側の層１６の間に粘
着促進層２５が示される。一例として、被着されたチタ
ニウムの１００オングストロームの厚さの層がこの粘着
促進剤として有効に機能する。
の間に導電性の粘着促進剤が提供される。一例として、
図面においては、バリア層２４と下側の層１６の間に粘
着促進層２５が示される。一例として、被着されたチタ
ニウムの１００オングストロームの厚さの層がこの粘着
促進剤として有効に機能する。
一例として、炭窒化チタン層を形成するための開始物質
として周知の市販のTi〔Ｎ（ＣＨ２）２〕４の化学式を
持つ液体が使用される。この液体は、例えば、マサチュ
ーセツツ州、デンバー所在のアルフア プロダクツ、モ
ートン チオコール社（Alpha Products Morton Thioko
l、Inc.）から密封アンプルの形態で提供され、通常の状
態において比較的低い蒸気圧を示す。
として周知の市販のTi〔Ｎ（ＣＨ２）２〕４の化学式を
持つ液体が使用される。この液体は、例えば、マサチュ
ーセツツ州、デンバー所在のアルフア プロダクツ、モ
ートン チオコール社（Alpha Products Morton Thioko
l、Inc.）から密封アンプルの形態で提供され、通常の状
態において比較的低い蒸気圧を示す。
好ましくは、炭窒化チタン層はＣＶＤプロセスによつて
形成される。こうして集積回路デバイス上に形成された
低抵抗拡散バリア層は低応力及び順応的な段包囲を特徴
とする。
形成される。こうして集積回路デバイス上に形成された
低抵抗拡散バリア層は低応力及び順応的な段包囲を特徴
とする。
好ましいＣＶＤプロセスの最初のステツプは少なくとも
２５グラムの前述の開始物質を容器に入れることから開
始される。一例として、容器内に入れられた開始物質の
表面積は少なくとも約５０平方センチメートルあること
が要求される。容器への充填作業は管理された不活性雰
囲気（例えば、窒素あるいはアルゴン雰囲気）内におい
て、室温にて、特に開始物質が酸素や湿気にて汚染され
ないように注意しながら実施する。
２５グラムの前述の開始物質を容器に入れることから開
始される。一例として、容器内に入れられた開始物質の
表面積は少なくとも約５０平方センチメートルあること
が要求される。容器への充填作業は管理された不活性雰
囲気（例えば、窒素あるいはアルゴン雰囲気）内におい
て、室温にて、特に開始物質が酸素や湿気にて汚染され
ないように注意しながら実施する。
次に開始物質を含む容器が標準の３−ゾーンＣＶＤ反応
容器の入り口側に従来の高コンダクタンス バルブを介
して接続される。ここで、このＣＶＤ反応容器は炭窒化
層が被着される集積回路チツプを含む。一例として、反
応容器の入り口側の温度は約３２５℃とされ、この出口
側、つまりポンプにて吸引される側の温度は約３７５℃
とされる。反応容器内の圧力は約４０から１００ミリト
ルとされる。ポンピング速度は典型的には１５０立方フ
イート／分とされる。この条件のもとでは、炭窒化チタ
ン層が反応容器内においてチツプ上に約７０から８０オ
ングストローム／分の被着速度にて形成される。こうし
て、例えば、１０００から２０００オングストロームの
範囲のバリア層がチップ上に比較的短時間で形成され
る。
容器の入り口側に従来の高コンダクタンス バルブを介
して接続される。ここで、このＣＶＤ反応容器は炭窒化
層が被着される集積回路チツプを含む。一例として、反
応容器の入り口側の温度は約３２５℃とされ、この出口
側、つまりポンプにて吸引される側の温度は約３７５℃
とされる。反応容器内の圧力は約４０から１００ミリト
ルとされる。ポンピング速度は典型的には１５０立方フ
イート／分とされる。この条件のもとでは、炭窒化チタ
ン層が反応容器内においてチツプ上に約７０から８０オ
ングストローム／分の被着速度にて形成される。こうし
て、例えば、１０００から２０００オングストロームの
範囲のバリア層がチップ上に比較的短時間で形成され
る。
上記に説明のタイプのＣＶＤ被着層はTiCxNyの組成式を
持つ。この層の分析によつて、多くの場合において、ｘ
及びｙは互いに１か１に概むね等しいことが知られてい
る。より一般的には、この層におけるｘ及びｙは、０．
８＜ｘ＜１．２及び０．８＜ｙ＜１．２の範囲であるこ
とが知られている。
持つ。この層の分析によつて、多くの場合において、ｘ
及びｙは互いに１か１に概むね等しいことが知られてい
る。より一般的には、この層におけるｘ及びｙは、０．
８＜ｘ＜１．２及び０．８＜ｙ＜１．２の範囲であるこ
とが知られている。
好都合なことに、炭窒化チタン層は上側のアルミニウム
層をエツチングするのと同一のステツプでパターン化す
ることが可能である。例えば、アルミニウムを異方的に
反応性イオン（スパツター）エッチングするのに使用さ
れる標準の三塩化ホウ素あるいは塩素プラズマによつ
て、下側の炭窒化チタン層を同時に異方的にエツチング
することができる。
層をエツチングするのと同一のステツプでパターン化す
ることが可能である。例えば、アルミニウムを異方的に
反応性イオン（スパツター）エッチングするのに使用さ
れる標準の三塩化ホウ素あるいは塩素プラズマによつ
て、下側の炭窒化チタン層を同時に異方的にエツチング
することができる。
ここでは、酸素を含まない炭窒化層の形成について強調
されたが、場合によつてはこの中に回避不能の幾らかの
酸素が含まれることは許容されるのみか、必要とされる
場合もある。酸素を含む炭窒化チタンの層は、通常、酸
素を含まない炭窒化チタンより高い抵抗を示すが、有効
な拡散バリア特性を持つ。最高２５原子パーセントまで
の酸素を含む層は多くのデバイス用途に対して許容でき
る抵抗率を示し、従つて、使用が可能である。
されたが、場合によつてはこの中に回避不能の幾らかの
酸素が含まれることは許容されるのみか、必要とされる
場合もある。酸素を含む炭窒化チタンの層は、通常、酸
素を含まない炭窒化チタンより高い抵抗を示すが、有効
な拡散バリア特性を持つ。最高２５原子パーセントまで
の酸素を含む層は多くのデバイス用途に対して許容でき
る抵抗率を示し、従つて、使用が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−77257（ＪＰ，Ａ)
Claims (16)
- 【請求項１】互いに離して位置される第１の領域（２
２）及び第２の領域（１６）を含む集積回路デバイスに
おいて、 該領域の間に炭窒化チタンから成る拡散バリア層（２
４）が存在することを特徴とするデバイス。 - 【請求項２】請求の範囲第１項に記載のデバイスにおい
て、該第１の領域が該バリア層を覆うアルミニウムの層
を含むことを特徴とするデバイス。 - 【請求項３】請求の範囲第１項に記載のデバイスにおい
て、該第２の領域がケイ化物の層を含むことを特徴とす
るデバイス。 - 【請求項４】請求の範囲第３項に記載のデバイスにおい
て、該ケイ化物がケイ化コバルト、ケイ化タンタル、ケ
イ化チタン、ケイ化プラチナ、ケイ化パラジウム、ケイ
化モリブデン、及びケイ化タングステンから成る一群か
ら選択されることを特徴とするデバイス。 - 【請求項５】請求の範囲第３項に記載のデバイスにおい
て、該第２の領域がタングステンの層を含むことを特徴
とするデバイス。 - 【請求項６】請求の範囲第３項に記載のデバイスにおい
て、該第２の領域が表面下に形成された浅いp-n+接合を
持つシリコン本体（１０）を含むことを特徴とするデバ
イス。 - 【請求項７】請求の範囲第１項に記載のデバイスにおい
て、該バリア層が１０００から２０００オングストロー
ムの厚さを有する化学蒸着法によって披着された炭窒化
チタンよりなることを特徴とするデバイス。 - 【請求項８】請求の範囲第１項に記載のデバイスにおい
て、該バリア層が部分的に酸化された炭窒化チタンから
構成されることを特徴とするデバイス。 - 【請求項９】請求の範囲第８項に記載のデバイスにおい
て、該第２の領域が該バリア層の直下に存在し、該バリ
ア層と接触する導電性の粘着促進層（２５）を含むこと
を特徴とするデバイス。 - 【請求項１０】請求の範囲第９項に記載のデバイスにお
いて、該粘着促進層がチタニウムから構成されることを
特徴とするデバイス。 - 【請求項１１】第１の領域及び第２の領域を含みこの領
域の間に拡散バリア層が存在するタイプの集積回路デバ
イスを製造する方法において、該方法が 該第２の領域上に化学蒸着法によって炭窒化チタンより
なる拡散バリア層を形成するステップ、次いで前記バリ
ア層を覆う前記第１の領域を形成するステップを含むこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項１２】請求の範囲第１１項に記載の方法におい
て、該第１の領域がアルミニウムの層を含むことを特徴
とする方法。 - 【請求項１３】請求の範囲第１２項に記載の方法におい
て、該アルミニウム層と炭窒化チタン層を対応するよう
にパターン化する追加のステップが含まれることを特徴
とする方法。 - 【請求項１４】請求の範囲第１３項に記載の方法におい
て、該アルミニウム層及び炭窒化チタン層が同一のエッ
チング剤によって順次エッチングされることを特徴とす
る方法。 - 【請求項１５】請求の範囲第１４項に記載の方法におい
て、該エッチング剤が三塩化ホウ素及び塩素から派生さ
れるプラズマから構成されることを特徴とする方法。 - 【請求項１６】請求の範囲第１１項記載の方法におい
て、該バリア層が部分的に酸化された炭窒化チタンから
構成されることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US64445984A | 1984-08-27 | 1984-08-27 | |
| US644459 | 1984-08-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62500060A JPS62500060A (ja) | 1987-01-08 |
| JPH065733B2 true JPH065733B2 (ja) | 1994-01-19 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP60503249A Expired - Lifetime JPH065733B2 (ja) | 1984-08-27 | 1985-07-03 | 集積回路デバイスおよびその製造方法 |
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| JP (1) | JPH065733B2 (ja) |
| KR (1) | KR920009916B1 (ja) |
| CA (1) | CA1241457A (ja) |
| DE (1) | DE3574528D1 (ja) |
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| US5942799A (en) * | 1997-11-20 | 1999-08-24 | Novellus Systems, Inc. | Multilayer diffusion barriers |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5877257A (ja) * | 1981-11-04 | 1983-05-10 | Hitachi Ltd | 超高信頼性電極 |
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|---|---|---|---|---|
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1985
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- 1985-07-03 DE DE8585903616T patent/DE3574528D1/de not_active Expired - Fee Related
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- 1985-07-03 EP EP85903616A patent/EP0192646B1/en not_active Expired
- 1985-07-03 KR KR1019860700231A patent/KR920009916B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1985-07-30 CA CA000487801A patent/CA1241457A/en not_active Expired
- 1985-08-23 ES ES546383A patent/ES8704038A1/es not_active Expired
- 1985-08-26 IE IE2091/85A patent/IE56850B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5877257A (ja) * | 1981-11-04 | 1983-05-10 | Hitachi Ltd | 超高信頼性電極 |
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|---|---|
| EP0192646A1 (en) | 1986-09-03 |
| DE3574528D1 (de) | 1990-01-04 |
| ES8704038A1 (es) | 1987-03-01 |
| IE852091L (en) | 1986-02-27 |
| IE56850B1 (en) | 1992-01-01 |
| WO1986001640A1 (en) | 1986-03-13 |
| JPS62500060A (ja) | 1987-01-08 |
| ES546383A0 (es) | 1987-03-01 |
| CA1241457A (en) | 1988-08-30 |
| EP0192646B1 (en) | 1989-11-29 |
| KR860700312A (ko) | 1986-08-01 |
| KR920009916B1 (ko) | 1992-11-06 |
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