JP2000208436A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2000208436A
JP2000208436A JP507599A JP507599A JP2000208436A JP 2000208436 A JP2000208436 A JP 2000208436A JP 507599 A JP507599 A JP 507599A JP 507599 A JP507599 A JP 507599A JP 2000208436 A JP2000208436 A JP 2000208436A
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conductive layer
layer
contact hole
forming
semiconductor device
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Takaaki Miyamoto
孝章 宮本
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Original Assignee
Sony Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
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Abstract

(57)【要約】 【課題】コバルトシリサイド層に達するコンタクトホー
ルを有し、コンタクト抵抗の上昇を抑制することができ
る半導体装置と製造方法を提供する。 【解決手段】基板に形成されたコバルトシリサイドから
なる第1導電層と、第1導電層の上層に形成された絶縁
膜と、絶縁膜を貫通して第1導電層に達するように開口
されたコンタクトホールと、少なくともコンタクトホー
ルの底面を被覆して形成された第1導電層の窒化を防止
するチタン、タンタル、あるいはタングステンなどの第
2導電層と、第2導電層の上層に形成された少なくとも
窒素を含有する窒化チタンなどの第3導電層とを有する
構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に関し、特に微細な径のコンタクトホールに
よる接合を有する半導体装置およびその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体集積回路の微細化および高
集積化は3年で次世代へ進み、デザインルールは前世代
の7割の縮小化が行われ、縮小化に伴い半導体装置の高
速化も実現してきた。特に、近年においてはロジック部
とDRAMなどのメモリ部とを混載するULSIデバイ
スに対する要求が高まっており、その研究開発が盛んに
行われている。
【0003】上記のようなロジック部とメモリ部とを混
載するULSIデバイスの製造工程においては、トラン
ジスタのソース・ドレイン領域の抵抗を低減するため
に、ソース・ドレイン領域の上層に自己整合的にチタン
などの高融点金属シリサイド層を形成する方法が広く行
われている。この高融点金属シリサイド層は、ソース・
ドレイン領域の他にトランジスタのゲート電極の上層に
も形成されることがあり、自己整合的に高融点金属シリ
サイド層を形成するプロセスはサリサイド(SALIC
IDE:Self Aligned Silicide )プロセスとも呼ばれ
ている。
【0004】上記の高融点金属シリサイド層としては、
例えばチタンシリサイド(TiSi2 )あるいはコバル
トシリサイド(CoSi2 )が主に用いられている。中
でもコバルトシリサイドは線幅寸法が細くなった場合で
もチタンシリサイドに比べて抵抗の上昇が少ないという
利点を有している。
【0005】図8(a)は上記のコバルトシリサイド層
がトランジスタのソース・ドレイン領域の上層の形成さ
れた半導体装置の断面図であり、図8(b)は図8
(a)に示す半導体装置のコンタクト接合部を拡大した
断面図である。例えばLOCOS法により形成された素
子分離絶縁膜20により分離されたシリコン半導体基板
10の活性領域において、例えば酸化シリコンからなる
ゲート絶縁膜21とその上層にポリシリコンからなるゲ
ート電極30が形成されており、その両側部に酸化シリ
コンからなるサイドウォール絶縁膜22が形成されてい
る。また、ゲート電極の両側部の半導体基板10中に
は、導電性不純物を低濃度に含有する低濃度拡散層11
と高濃度に含有する高濃度拡散層12からなるLDD
(Lightly Doped Drain )構造のソース・ドレイン拡散
層が形成されている。以上で、MOS電界効果トランジ
スタ(FET)が構成されている。
【0006】上記のMOSFETにおいて、高濃度拡散
層12およびゲート電極30の上層には、抵抗値を下げ
るためにコバルトシリサイド層12a,30aがそれぞ
れ高濃度拡散層12およびゲート電極30に対して自己
整合的に形成されている。また、上記のMOSFETを
被覆して全面に酸化シリコンからなる層間絶縁膜23が
形成されており、例えば一方の高濃度拡散層12上に形
成されたコバルトシリサイド層12aに達するコンタク
トホールCHが開口されている。コンタクトホールCH
内には、窒化チタンからなるバリアメタル層32が被覆
して形成されており、その上層においてコンタクトホー
ルを埋め込むようにタングステンからなるプラグ33a
が形成されており、その上層に例えばアルミニウムから
なる上層配線34がパターン形成されている。
【0007】上記の半導体装置の製造方法について、図
8(a)に示す半導体装置の高濃度拡散層の近傍領域を
拡大した断面図である図8(b)に対応する断面図を用
いて説明する。まず、図9(a)に示す構造に至る工程
について説明する。シリコン半導体基板10に、例えば
LOCOS法により不図示の素子分離絶縁膜を形成し、
続いて活性領域において不図示のトランジスタを定法に
従い形成する。即ち、活性領域においてゲート絶縁膜お
よびゲート電極(不図示)を形成した後、導電性不純物
の低濃度拡散層(不図示)を形成し、次に、ゲート電極
の両側部にサイドウォール絶縁膜(不図示)を形成し、
さらに導電性不純物の高濃度拡散層12を形成する。以
上でMOSFETが形成される。
【0008】次に、希フッ酸洗浄によりシリコン表面上
の自然酸化膜を除去した後、スパッタリング法によりコ
バルト(Co)10nm、窒化チタン(TiN)5nm
をそれぞれ堆積させ、550℃、30秒間のRTA(Ra
pid Thearmal Annealing)処理により、シリコン上に堆
積されたコバルト層とシリコンとを反応させる。次に、
NH4OH/H2O2/H2O(65℃)からなる薬液に3分間浸漬
し、窒化チタン層を除去する。次に、H2SO4/H2O2(65
℃)からなる薬液に3分間浸漬し、素子分離絶縁膜およ
びサイドウォール絶縁膜の上層に形成された未反応のコ
バルト層を除去する。その後、さらに700℃、30秒
間のRTA処理により、残されたコバルト層をシリサイ
ド化してコバルトシリサイド層12aを形成する。次
に、MOSFETを被覆して全面に例えばCVD(Chem
ical Vapor Deposition )法により酸化シリコンを堆積
させ、層間絶縁膜23を形成する。
【0009】次に、図9(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィー工程により、開口径0.15〜0.3μm
φのコンタクトホールの開口パターンを有するレジスト
膜Rを形成し、プラズマエッチングなどのエッチングを
施して、層間絶縁膜23を貫通し、コバルトシリサイド
層12aに達するコンタクトホールCHを開口する。
【0010】次に、図9(c)に示すように、レジスト
膜Rを除去した後、逆スパッタリング装置により、アル
ゴンイオンや水素ラジカルなどの活性種Eを作用させ、
アルゴンイオンによる逆スパッタリング作用や水素ラジ
カルによる還元作用により、コンタクトホールCH底部
のコバルトシリサイド層12a上に形成された酸素や炭
素を含有する絶縁物Iを除去する。
【0011】次に、図10(d)に示すように、例えば
熱CVD法により、コンタクトホールCHの内壁を被覆
して全面に窒化チタンからなるバリアメタル層32を3
0〜60nmの膜厚で形成する。熱CVD法の条件とし
ては、例えば(原料ガスおよび流量:TiCl4/NH3/N2=30-
50/60-100/1000-5000sccm ,処理温度:630〜680
℃,圧力10〜50Torr)とする。
【0012】次に、図10(e)に示すように、例えば
CVD法によりコンタクトホールCHを埋め込んで全面
にタングステンからなるプラグ用層33を形成する。以
降の工程としては、例えばRIE(反応性イオンエッチ
ング)などによるエッチバック、あるいはCMP(Chem
ical Mechanical Polishing )法などにより、コンタク
トホールCHの外部のバリアメタル層32およびプラグ
用層33を除去し、コンタクトホールCHに埋め込まれ
たプラグ33aを形成し、さらに例えばアルミニウムな
どの上層配線34をプラグに接続して形成し、図8に示
す装置に至る。
【0013】上記の製造方法においては、半導体装置の
微細化に伴ってコンタクトホールの開口径が微細化して
おり、さらにトランジスタやキャパシタなどの半導体デ
バイスが立体化していることから層間絶縁膜が厚膜化し
ており、このためにコンタクトホールが高アスペクト比
してきている。このような状況下では、上記の半導体装
置において、バリアメタル層がコンタクトホール内を占
める割合が高くなり、コンタクトホールの実質的な開口
径がより小さくなることから、プラグを形成するために
タングステンによりコンタクトホール内を埋め込むよう
に成膜することが困難となってくる。このため、CVD
法により窒化チタンを成膜して、バリアメタル層そのも
のでコンタクトホール内を埋め込む方法が提案されてい
る。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
半導体装置においては、コバルトシリサイド層を露出さ
せたコンタクトホールに対して、直接、TiCl4/NH3/N2
どの窒素を含むガスを原料ガスとするCVD法などによ
り窒化チタン膜を成膜することから、コンタクト抵抗が
大きくなるなるという問題が生じる。これは、窒化チタ
ン膜を形成する工程において、NH3 あるいはH2/N2/Arプ
ラズマなどによりコバルトシリサイド層表面が窒化され
て、図8(b)に示すように、コバルトシリサイド層1
2aと窒化チタンのバリアメタル層32の界面に、高抵
抗の窒化シリコン層Nが形成されるためである。図11
(a)は、上記の半導体装置の製造方法において、p+
型のシリコン層である拡散層の上層にコバルトシリサイ
ド層を形成し、さらにその上層に絶縁膜を形成し、コバ
ルトシリサイド層に達する開口径0.5μm、アスペク
ト比4のコンタクトホールを開口し、窒化チタン層を成
膜した場合のコンタクト抵抗を累積頻度に対してプロッ
トした図である。この図に示すように、100〜100
0Ωと高いコンタクト抵抗を有し、さらにその分布は広
く、コンタクト抵抗が大きくばらついている。
【0015】図11(b)は、シリコン(Si)層の上
層に形成されたコバルトシリサイド(CoSi2 )層の
上層に直接TiCl4/H2/N2/Arプラズマの反応を用いて窒化
チタン(TiN)膜を形成した場合の深さ方向の組成プ
ロファイルをSIMS(二次イオン質量分析)法により
分析した結果を示す図である。横軸はスパッタリング時
間であり、深さ方向への距離を示す。縦軸はSIMS信
号の相対強度である。コバルトシリサイド層からバルク
のシリコンへのチタン(Ti)の拡散は見られないが、
窒化チタン(TiN)が拡散しており、さらに窒化チタ
ン(TiN)/コバルトシリサイド(CoSi2 )界面
にシリコン(Si)のパイルアップ層が形成されてい
る。この結果から、コバルトシリサイド層の上層に直接
窒化チタンを堆積した場合、コバルトシリサイド層表面
にてシリコンが窒化され、明らかに窒化シリコン層が形
成されていることがわかる。このような窒化シリコン層
は高抵抗であるので、コバルトシリサイド層と窒化チタ
ン層の導通が妨げられ、コンタクト抵抗が上昇してしま
う。
【0016】本発明は上記の状況を鑑みてなされたもの
であり、従って本発明は、微細加工時の抵抗の上昇が少
ないコバルトシリサイドを用いて、コバルトシリサイド
層に達するコンタクトホールを有していても、コンタク
ト抵抗の上昇を抑制することができる半導体装置と、そ
の製造方法を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、基板に形成されたコバルト
シリサイドからなる第1導電層と、前記第1導電層の上
層に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜を貫通して前記第
1導電層に達するように開口されたコンタクトホール
と、少なくとも前記コンタクトホールの底面を被覆して
形成された前記第1導電層の窒化を防止する第2導電層
と、前記第2導電層の上層に形成された少なくとも窒素
を含有する第3導電層とを有する。
【0018】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
前記第2導電層が前記コンタクトホールの内壁を全面に
被覆して形成されている。
【0019】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
前記第3導電層が前記コンタクトホールを埋め込んで形
成されている。あるいは好適には、前記第3導電層が前
記コンタクトホールの内壁を被覆して形成されており、
前記第3導電層の上層に第4導電層が前記コンタクトホ
ールを埋め込んで形成されている。
【0020】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
前記第2導電層が少なくともチタン、タンタル、コバル
ト、シリコンあるいはタングステンのいずれかを含有す
る。また、好適には、前記第3導電層が窒化チタンを含
有する。
【0021】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
前記基板にトランジスタが形成されており、前記第1導
電層が、前記トランジスタのソース・ドレイン領域を被
覆して形成されている。
【0022】上記の本発明の半導体装置は、トランジス
タのソース・ドレイン領域などに形成されたコバルトシ
リサイド層を露出させたコンタクトホールに対して、少
なくともコンタクトホールの底面を被覆してチタン、タ
ンタル、コバルト、シリコンあるいはタングステンなど
からなり、コバルトシリサイド層の窒化を防止する第2
導電層が形成されており、その上層に少なくとも窒素を
含有する第3導電層が形成されている構成を有する。コ
ンタクトホールは、この第3導電層あるいはこれと別な
第4導電層により埋め込まれる。窒化チタン膜などの窒
素を含有する第3導電層によるコバルトシリサイド層の
窒化をコンタクトホールの底面を被覆している第2導電
層が防止し、高抵抗な窒化シリコン層の形成を防止する
ことができ、従ってコンタクト抵抗の上昇を防止するこ
とが可能である。
【0023】また、上記の目的を達成するため、本発明
の半導体装置の製造方法は、基板にコバルトシリサイド
からなる第1導電層を形成する工程と、前記第1導電層
の上層に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を貫通し
て前記第1導電層に達するようにコンタクトホールを開
口する工程と、少なくとも前記コンタクトホールの底面
を被覆して前記第1導電層の窒化を防止する第2導電層
を形成する工程と、前記第2導電層の上層に少なくとも
窒素を含有する第3導電層を形成する工程とを有する。
【0024】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記第3導電層を形成する工程においては、
原料ガスとして窒素を含有するガスを用いる。
【0025】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記第2導電層を形成する工程においては、
前記コンタクトホールの内壁を全面に被覆して形成す
る。
【0026】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記第3導電層を形成する工程においては、
前記コンタクトホールを埋め込んで形成する。あるいは
好適には、前記第3導電層を形成する工程においては、
前記コンタクトホールの内壁を被覆して形成し、前記第
3導電層の上層に第4導電層を前記コンタクトホールを
埋め込んで形成する工程をさらに有する。
【0027】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記第2導電層を形成する工程においては、
少なくともチタン、タンタル、コバルト、シリコンある
いはタングステンのいずれかを含有する導電層を形成す
る。また、好適には、前記第3導電層を形成する工程に
おいては、窒化チタンを含有する導電層を形成する。
【0028】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記第1導電層を形成する工程の前に、前記
基板にトランジスタを形成する工程をさらに有し、前記
第1導電層を形成する工程においては、前記トランジス
タのソース・ドレイン領域を被覆して形成する。
【0029】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
基板にコバルトシリサイドからなる第1導電層を形成
し、第1導電層の上層に絶縁膜を形成し、絶縁膜を貫通
して第1導電層に達するようにコンタクトホールを開口
する。次に、少なくともコンタクトホールの底面を被覆
して第1導電層の窒化を防止する第2導電層を形成し、
次に、第2導電層の上層に少なくとも窒素を含有する第
3導電層を形成する。
【0030】上記の本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、トランジスタのソース・ドレイン領域などに形成
されたコバルトシリサイド層を露出させたコンタクトホ
ールに対して、少なくともコンタクトホールの底面を被
覆してチタン、タンタル、コバルト、シリコンあるいは
タングステンなどからなり、コバルトシリサイド層の窒
化を防止する第2導電層を形成した後に、その上層に少
なくとも窒素を含有する第3導電層を形成するので、Ti
Cl4/NH3/N2などの窒素を含むガスを原料ガスとするCV
D法などにより窒化チタン膜などの第3導電層を成膜す
る工程において、コンタクトホールの底面を被覆してコ
バルトシリサイド層の窒化を防止することができ、高抵
抗な窒化シリコン層の形成を防止して、コンタクト抵抗
の上昇を防止することが可能である。
【0031】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。
【0032】第1実施形態 本実施形態に係る半導体装置について、図面を参照して
説明する。図1(a)は本実施形態に係る半導体装置の
断面図であり、図1(b)は図1(a)に示す半導体装
置のコンタクト接合部を拡大した断面図である。例えば
LOCOS法により形成された素子分離絶縁膜20によ
り分離されたシリコン半導体基板10の活性領域におい
て、例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜21とそ
の上層にポリシリコンからなるゲート電極30が形成さ
れており、その両側部に酸化シリコンからなるサイドウ
ォール絶縁膜22が形成されている。また、ゲート電極
の両側部の半導体基板10中には、導電性不純物を低濃
度に含有する低濃度拡散層11と高濃度に含有する高濃
度拡散層12からなるLDD(Lightly Doped Drain )
構造のソース・ドレイン拡散層が形成されている。以上
で、MOS電界効果トランジスタ(FET)が構成され
ている。
【0033】上記のMOSFETにおいて、高濃度拡散
層12およびゲート電極30の上層には、抵抗値を下げ
るためにコバルトシリサイド層12a,30aがそれぞ
れ高濃度拡散層12およびゲート電極30に対して自己
整合的に形成されている。また、上記のMOSFETを
被覆して全面に酸化シリコンからなる層間絶縁膜23が
形成されており、例えば一方の高濃度拡散層12上に形
成されたコバルトシリサイド層12aに達するコンタク
トホールCHが開口されている。コンタクトホールCH
の内壁を被覆して、例えばチタンあるいはタンタルなど
からなり、コバルトシリサイド層12aの窒化を防止す
る窒化防止導電層31が形成されており、その上層に例
えば窒化チタンからなるバリアメタル層32が形成され
ており、その上層においてコンタクトホールを埋め込む
ようにタングステンからなるプラグ33aが形成されて
おり、その上層に例えばアルミニウムからなる上層配線
34がパターン形成されている。
【0034】上記の半導体装置の製造方法について、図
1(a)に示す半導体装置の高濃度拡散層の近傍領域を
拡大した断面図である図1(b)に対応する断面図を用
いて説明する。まず、図2(a)に示す構造に至る工程
について説明する。シリコン半導体基板10に、例えば
LOCOS法により不図示の素子分離絶縁膜を形成し、
続いて活性領域において不図示のトランジスタを定法に
従い形成する。即ち、活性領域においてゲート絶縁膜お
よびゲート電極(不図示)を形成した後、導電性不純物
の低濃度拡散層(不図示)を形成し、次に、ゲート電極
の両側部にサイドウォール絶縁膜(不図示)を形成し、
さらに導電性不純物の高濃度拡散層12を形成する。以
上でMOSFETが形成される。
【0035】次に、希フッ酸洗浄によりシリコン表面上
の自然酸化膜を除去した後、スパッタリング法によりコ
バルト(Co)10nm、窒化チタン(TiN)5nm
をそれぞれ堆積させ、550℃、30秒間のRTA(Ra
pid Thearmal Annealing)処理により、シリコン上に堆
積されたコバルト層とシリコンとを反応させる。次に、
NH4OH/H2O2/H2O(65℃)からなる薬液に3分間浸漬
し、窒化チタン層を除去する。次に、H2SO4/H2O2(65
℃)からなる薬液に3分間浸漬し、素子分離絶縁膜およ
びサイドウォール絶縁膜の上層に形成された未反応のコ
バルト層を除去する。その後、さらに700℃、30秒
間のRTA処理により、残されたコバルト層をシリサイ
ド化してコバルトシリサイド層12aを形成する。次
に、MOSFETを被覆して全面に例えばCVD(Chem
ical Vapor Deposition )法により酸化シリコンを堆積
させ、層間絶縁膜23を形成する。
【0036】次に、図2(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィー工程により、開口径0.15〜0.3μm
φのコンタクトホールの開口パターンを有するレジスト
膜Rを形成し、プラズマエッチングなどのエッチングを
施して、層間絶縁膜23を貫通し、コバルトシリサイド
層12aに達するコンタクトホールCHを開口する。
【0037】次に、図2(c)に示すように、レジスト
膜Rを除去した後、逆スパッタリング装置により、アル
ゴンイオンや水素ラジカルなどの活性種Eを作用させ、
アルゴンイオンによる逆スパッタリング作用や水素ラジ
カルによる還元作用により、コンタクトホールCH底部
のコバルトシリサイド層12a上に形成された酸素や炭
素を含有する絶縁物Iを除去する。
【0038】次に、図3(d)に示すように、例えばE
CR(Electron Cyclotron Resonance)型のプラズマC
VD法、あるいは、イオン化スパッタリング法などによ
り、コンタクトホールCHの内壁を被覆して全面にチタ
ン(Ti)あるいはタンタル(Ta)などからなり、後
工程においてコバルトシリサイド層が窒化されるのを防
止する窒化防止導電層31を10〜50nmの膜厚で形
成する。ECRプラズマCVD法によるチタン(Ti)
の成膜条件としては、例えば(原料ガスおよび流量:Ti
Cl4/H2/Ar=2/100/170sccm ,処理温度:460℃,圧力
3.5mTorr,μ波パワー:2800W)とする。
また、イオン化スパッタリング法によりチタン(Ti)
あるいはタンタル(Ta)を成膜することができ、その
条件としては、例えば、(Ar=60sccm ,処理温度:20
0℃,圧力20mTorr,ターゲット印加DCパワ
ー:2250W,ICPコイル印加RFパワー:275
0W,基板バイアス(13.56MHz):200W)
とする。
【0039】次に、図3(e)に示すように、例えば熱
CVD法により、窒化防止導電層31の上層に、コンタ
クトホールCHの内壁を被覆して全面に窒化チタンから
なるバリアメタル層32を30〜60nmの膜厚で形成
する。熱CVD法の条件としては、例えば(原料ガスお
よび流量:TiCl4/NH3/N2=30-50/60-100/1000-5000sccm
,処理温度:630〜680℃,圧力10〜50To
rr)とする。
【0040】次に、図3(f)に示すように、例えばC
VD法によりコンタクトホールCHを埋め込んで全面に
タングステンからなるプラグ用層33を形成する。以降
の工程としては、例えばRIE(反応性イオンエッチン
グ)などによるエッチバック、あるいはCMP(Chemic
al Mechanical Polishing )法などにより、コンタクト
ホールCHの外部のバリアメタル層32およびプラグ用
層33を除去し、コンタクトホールCHに埋め込まれた
プラグ33aを形成し、さらに例えばアルミニウムなど
の上層配線34をプラグに接続して形成し、図1に示す
装置に至る。
【0041】また、上記の製造方法において、タングス
テンプラグを用いずに、バリアメタル層32を形成する
ときに150nmの膜厚で形成することにより、コンタ
クトホールCH内を窒化チタンで埋め込むことも可能で
ある。
【0042】(実施例1)上記の本実施形態の半導体装
置とその製造方法において、p+ 型のシリコン層である
拡散層の上層にコバルトシリサイド層を形成し、さらに
その上層に絶縁膜を形成し、コバルトシリサイド層に達
する開口径0.5μm、アスペクト比4のコンタクトホ
ールを開口し、チタンからなる窒化防止導電層と窒化チ
タン層を成膜した場合のコンタクト抵抗を調べ、累積頻
度に対してプロットした図を図4(a)に示す。図中A
が本実施形態の半導体装置のコンタクト抵抗であり、B
は従来例のチタンからなる窒化防止導電層を形成しなか
った半導体装置のコンタクト抵抗である。本発明の半導
体装置においては、コンタクト抵抗は5Ω程度と低く、
さらにその分布が従来例よりも狭くなっており、コンタ
クト抵抗のばらつきが小さくなっていることが確認され
た。
【0043】(実施例2)図4(b)は、シリコン(S
i)層の上層に形成されたコバルトシリサイド(CoS
2 )層の上層に、チタン(Ti)層を形成し、その上
層にTiCl4/H2/N2/Arプラズマの反応を用いて窒化チタン
(TiN)膜を形成した場合の深さ方向の組成プロファ
イルをAES(オージェ電子分光)法により分析した結
果を示す図である。横軸はスパッタリング時間であり、
深さ方向への距離を示す。縦軸はAES信号の相対強度
である。窒化チタン(TiN)膜とコバルトシリサイド
(CoSi2 )層の間に形成されたチタン(Ti)層に
より、コバルトシリサイド(CoSi2 )層中への窒素
の拡散が防止されており、チタン(Ti)層がコバルト
シリサイド(CoSi2 )層表面の窒化防止膜として機
能していることがわかる。
【0044】本実施形態の半導体装置によれば、コバル
トシリサイド層を露出させたコンタクトホールに対し
て、少なくともコンタクトホールの底面を被覆してチタ
ン、タンタル、コバルトあるいはシリコンなどからな
り、コバルトシリサイド層の窒化を防止する窒化防止導
電層が形成されており、その上層に窒化チタンなどの導
電層が形成されている構成を有する。窒化チタン膜など
の窒素を含有する導電層によるコバルトシリサイド層の
窒化をコンタクトホールの底面を被覆している窒化防止
導電層が防止し、高抵抗な窒化シリコン層の形成を防止
することができ、従ってコンタクト抵抗の上昇を防止す
ることが可能である。また、本実施形態の半導体装置の
製造方法によれば、本実施形態の半導体装置を容易に製
造でき、コバルトシリサイド層を露出させたコンタクト
ホールによる接合を形成するときに、高抵抗な窒化シリ
コン層の形成を防止してコンタクト抵抗の上昇を防止す
ることが可能である。
【0045】第2実施形態 本実施形態に係る半導体装置について、図面を参照して
説明する。図5(a)は本実施形態に係る半導体装置の
断面図であり、図5(b)は図5(a)に示す半導体装
置のコンタクト接合部を拡大した断面図である。本実施
形態に係る半導体装置は実質的に第1実施形態に係る半
導体装置と同様であり、コンタクトホールCHの底部を
被覆して、例えばタングステンなどからなり、コバルト
シリサイド層12aの窒化を防止する窒化防止導電層3
1が形成されており、その上層にコンタクトホールCH
内を被覆して例えば窒化チタンからなるバリアメタル層
32が形成されていることが異なる。
【0046】上記の半導体装置の製造方法について、図
5(a)に示す半導体装置の高濃度拡散層の近傍領域を
拡大した断面図である図5(b)に対応する断面図を用
いて説明する。まず、第1実施形態と同様に、基板に形
成された高濃度拡散層12上にコバルトシリサイド層1
2aを形成し、さらに層間絶縁膜23を形成してコバル
トシリサイド層12aに達するコンタクトホールCHを
開口し、コンタクトホールCH底部のコバルトシリサイ
ド層12a上に形成された酸素や炭素を含有する絶縁物
Iを除去する。
【0047】次に、図6(a)に示すように、例えば選
択CVD法などにより、コンタクトホールCHの底部を
被覆して選択的にタングステン(W)などからなり、後
工程においてコバルトシリサイド層が窒化されるのを防
止する窒化防止導電層31を形成する。選択CVD法に
よるタングステン(W)の成膜条件としては、例えば
(原料ガスおよび流量:WF6/SiH4/H2/Ar=10/7/1000/10s
ccm ,処理温度:200〜280℃,圧力0.05〜
0.5Torr)とする。このとき、コバルトシリサイ
ド層の表面の絶縁物を除去する逆スパッタリング処理を
行った際に、層間絶縁膜23表面に多数のタングステン
の選択成長サイトが形成されるため、タングステン選択
成長工程において層間絶縁膜23表面上に多数のタング
ステン核31aが形成される。
【0048】次に、図6(b)に示すように、例えばC
MP法により、上記の層間絶縁膜23表面上に形成され
た多数のタングステン核31aを除去する。
【0049】次に、図7(c)に示すように、例えば熱
CVD法により、窒化防止導電層31の上層に、コンタ
クトホールCHの内壁を被覆して全面に窒化チタンから
なるバリアメタル層32を30〜60nmの膜厚で形成
する。熱CVD法の条件としては、例えば(原料ガスお
よび流量:TiCl4/NH3/N2=30-50/60-100/1000-5000sccm
,処理温度:630〜680℃,圧力10〜50To
rr)とする。
【0050】次に、図7(d)に示すように、例えばC
VD法によりコンタクトホールCHを埋め込んで全面に
タングステンからなるプラグ用層33を形成する。以降
の工程としては、例えばRIEなどによるエッチバッ
ク、あるいはCMP法などにより、コンタクトホールC
Hの外部のバリアメタル層32およびプラグ用層33を
除去し、コンタクトホールCHに埋め込まれたプラグ3
3aを形成し、さらに例えばアルミニウムなどの上層配
線34をプラグに接続して形成し、図5に示す半導体装
置に至る。
【0051】また、上記の製造方法において、タングス
テンプラグを用いずに、バリアメタル層32を形成する
ときに150nmの膜厚で形成することにより、コンタ
クトホールCH内を窒化チタンで埋め込むことも可能で
ある。
【0052】本実施形態の半導体装置によれば、第1実
施形態と同様に、コバルトシリサイド層を露出させたコ
ンタクトホールに対して、少なくともコンタクトホール
の底面を被覆してタングステンなどからなり、コバルト
シリサイド層の窒化を防止する窒化防止導電層が形成さ
れており、その上層に窒化チタンなどの導電層が形成さ
れている構成を有する。窒化チタン膜などの窒素を含有
する導電層によるコバルトシリサイド層の窒化をコンタ
クトホールの底面を被覆している窒化防止導電層が防止
し、高抵抗な窒化シリコン層の形成を防止することがで
き、従ってコンタクト抵抗の上昇を防止することが可能
である。また、本実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、本実施形態の半導体装置を容易に製造でき、コバ
ルトシリサイド層を露出させたコンタクトホールによる
接合を形成するときに、高抵抗な窒化シリコン層の形成
を防止してコンタクト抵抗の上昇を防止することが可能
である。
【0053】本発明の半導体装置としては、DRAMな
どのMOSトランジスタの半導体装置や、バイポーラ系
の半導体装置、あるいはA/Dコンバータなど、コンタ
クト接合を有する半導体装置であれば何にでも適用で
き、特にロジック部とメモリ部とを混載するULSIデ
バイスに採用されるサリサイドプロセスに好ましく適用
することが可能である。
【0054】本発明は、上記の実施の形態に限定されな
い。例えば、窒化防止導電層は、多層構成とすることが
できる。半導体基板上には、トランジスタやキャパシタ
などの種々の半導体素子を形成することができる。ま
た、窒化チタンやタングステンなどのコンタクトホール
を埋め込んで形成されている材料が少なくとも上層配線
の一部を構成してもよい。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々の変更を行うことができる。
【0055】
【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、微細加工時の抵抗の上昇が少ないコバルト
シリサイドを用いて、コバルトシリサイド層に達するコ
ンタクトホールを有していても、コンタクト抵抗の上昇
を抑制することができる。
【0056】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、本発明の半導体装置を容易に製造でき、コバルト
シリサイド層に達するコンタクトホールにおいてコンタ
クト抵抗の上昇を抑制して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は第1実施形態に係る半導体装置の
断面図であり、図1(b)はその要部断面図である。
【図2】図2は第1実施形態に係る半導体装置の製造方
法の製造工程を示す断面図であり、(a)は層間絶縁膜
の形成工程まで、(b)はコンタクトホールの開口工程
まで、(c)はコンタクトホール底部の絶縁物の除去工
程までを示す。
【図3】図3は図2の続きの工程を示し、(d)は窒化
防止導電層の形成工程まで、(e)はバリアメタル層の
形成工程まで、(f)はプラグ用層の形成工程までを示
す。
【図4】図4(a)は実施例1に係るコンタクト抵抗を
累積頻度に対してプロットした図であり、図4(b)は
実施例2に係るオージェ電子分光法による深さ方法の組
成プロファイルを示す図である。
【図5】図5(a)は第2実施形態に係る半導体装置の
断面図であり、図5(b)はその要部断面図である。
【図6】図6は第2実施形態に係る半導体装置の製造方
法の製造工程を示す断面図であり、(a)は窒化防止導
電層の形成工程まで、(b)はコンタクトホールの外部
に形成された導電層の除去工程までを示す。
【図7】図7は図6の続きの工程を示し、(c)はバリ
アメタル層の形成工程まで、(d)はプラグ用層の形成
工程までを示す。
【図8】図8(a)は従来例に係る半導体装置の断面図
であり、図8(b)はその要部断面図である。
【図9】図9は従来例に係る半導体装置の製造方法の製
造工程を示す断面図であり、(a)は層間絶縁膜の形成
工程まで、(b)はコンタクトホールの開口工程まで、
(c)はコンタクトホール底部の絶縁物の除去工程まで
を示す。
【図10】図10は図9の続きの工程を示し、(d)は
バリアメタル層の形成工程まで、(e)はプラグ用層の
形成工程までを示す。
【図11】図11(a)は従来例に係るコンタクト抵抗
を累積頻度に対してプロットした図であり、図11
(b)は従来例に係る二次イオン質量分析法による深さ
方法の組成プロファイルを示す図である。
【符号の説明】
10…半導体基板、11…低濃度拡散層、12…高濃度
拡散層、20…素子分離絶縁膜、21…ゲート絶縁膜、
22…サイドウォール絶縁膜、23…層間絶縁膜、30
…ゲート電極、31…窒化防止導電層、32…バリアメ
タル層、33…プラグ用層、33a…プラグ、34…上
層配線、12a,30a…コバルトシリサイド層、I…
絶縁物、N…窒化シリコン。
フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 BB24 CC01 DD23 DD37 DD43 DD79 DD80 DD84 FF18 FF22 GG09 GG16 HH15 5F033 HH08 JJ18 JJ19 JJ26 JJ33 KK01 NN06 NN07 PP06 PP12 PP15 QQ31 QQ48 QQ70 QQ73 RR04 SS11 TT02 XX09

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板に形成されたコバルトシリサイドから
    なる第1導電層と、 前記第1導電層の上層に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜を貫通して前記第1導電層に達するように開
    口されたコンタクトホールと、 少なくとも前記コンタクトホールの底面を被覆して形成
    された前記第1導電層の窒化を防止する第2導電層と、 前記第2導電層の上層に形成された少なくとも窒素を含
    有する第3導電層とを有する半導体装置。
  2. 【請求項2】前記第2導電層が前記コンタクトホールの
    内壁を全面に被覆して形成されている請求項1記載の半
    導体装置。
  3. 【請求項3】前記第3導電層が前記コンタクトホールを
    埋め込んで形成されている請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】前記第3導電層が前記コンタクトホールの
    内壁を被覆して形成されており、 前記第3導電層の上層に第4導電層が前記コンタクトホ
    ールを埋め込んで形成されている請求項1記載の半導体
    装置。
  5. 【請求項5】前記第2導電層が少なくともチタン、タン
    タル、コバルト、シリコンあるいはタングステンのいず
    れかを含有する請求項1記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】前記第3導電層が窒化チタンを含有する請
    求項1記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】前記基板にトランジスタが形成されてお
    り、 前記第1導電層が、前記トランジスタのソース・ドレイ
    ン領域を被覆して形成されている請求項1記載の半導体
    装置。
  8. 【請求項8】基板にコバルトシリサイドからなる第1導
    電層を形成する工程と、 前記第1導電層の上層に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜を貫通して前記第1導電層に達するようにコ
    ンタクトホールを開口する工程と、 少なくとも前記コンタクトホールの底面を被覆して前記
    第1導電層の窒化を防止する第2導電層を形成する工程
    と、 前記第2導電層の上層に少なくとも窒素を含有する第3
    導電層を形成する工程とを有する半導体装置の製造方
    法。
  9. 【請求項9】前記第3導電層を形成する工程において
    は、原料ガスとして窒素を含有するガスを用いる請求項
    8記載の半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】前記第2導電層を形成する工程において
    は、前記コンタクトホールの内壁を全面に被覆して形成
    する請求項8記載の半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項11】前記第3導電層を形成する工程において
    は、前記コンタクトホールを埋め込んで形成する請求項
    8記載の半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項12】前記第3導電層を形成する工程において
    は、前記コンタクトホールの内壁を被覆して形成し、 前記第3導電層の上層に第4導電層を前記コンタクトホ
    ールを埋め込んで形成する工程をさらに有する請求項8
    記載の半導体装置の製造方法。
  13. 【請求項13】前記第2導電層を形成する工程において
    は、少なくともチタン、タンタル、コバルト、シリコン
    あるいはタングステンのいずれかを含有する導電層を形
    成する請求項8記載の半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項14】前記第3導電層を形成する工程において
    は、窒化チタンを含有する導電層を形成する請求項8記
    載の半導体装置の製造方法。
  15. 【請求項15】前記第1導電層を形成する工程の前に、
    前記基板にトランジスタを形成する工程をさらに有し、 前記第1導電層を形成する工程においては、前記トラン
    ジスタのソース・ドレイン領域を被覆して形成する請求
    項8記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (4)

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