JP2000235978A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属配線の上に堆積された窒化チタン膜を窒
素プラズマに暴露して比抵抗を低減させる場合におい
て、金属配線の高抵抗化を防止して、高速で動作する半
導体装置が得られるようにする。 【解決手段】 半導体基板１００の上に形成された下層
の金属配線１０３の上に層間絶縁膜１０４を堆積した
後、層間絶縁膜１０４にスルーホール１０５を形成す
る。スルーホール１０５の底部に、チタン膜１０６及び
５ｎｍ以上の膜厚を有する第２の窒化チタン膜１０７を
堆積した後、第２の窒化チタン膜１０７に窒素プラズマ
を暴露して第２の窒化チタン膜１０７の比抵抗を低減す
る。第２の窒化チタン膜１０７の上に第３の窒化チタン
膜１０８を堆積した後、第３の窒化チタン膜１０８に窒
素プラズマを暴露して第３の窒化チタン膜１０８の比抵
抗を低減する。スルーホール１０５にタングステン膜１
０９を充填した後、層間絶縁膜１０４の上に上層の金属
配線１１２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化に伴い、下層金属配
線と上層金属配線とを接続するためのスルーホールのア
スペクト比は増大し続けており、近年ではアスペクト比
が４を超えるような高アスペクト比のスルーホールが使
用されるようになってきている。

【０００３】スルーホールに導電膜を確実に埋め込ん
で、下層金属配線と上層金属配線とを確実に接続する技
術としては、六フッ化タングステンを用いるブランケッ
ト・タングステン法が広く使用されている。ブランケッ
ト・タングステン法によりスルーホールを埋め込む場合
には、スルーホールの底部に十分な厚さの窒化チタン膜
を堆積しておき、六フッ化タングステンによる下層金属
配線の侵食を防止することが必要である。

【０００４】このため、窒化チタン膜の堆積は、段差被
覆性の良い化学的気相成長法により行なう方法が主流と
なりつつある。

【０００５】化学的気相成長法による窒化チタン膜の堆
積方法としては、材料及び励起方法の差異によって様々
な形態が知られているが、前記の目的に用いられる場合
には、もっぱらチタンを含む有機化合物（例えばテトラ
キスジメチルチタン等）を材料とする化学的気相成長法
が用いられる。これは、２５０〜４５０℃といった比較
的低い温度で窒化チタン膜の堆積が可能なためである。

【０００６】もっとも、化学的気相成長法により堆積さ
れた窒化チタン膜は、比抵抗が非常に高い（数万μΩｃ
ｍ）ので、配線材料としてそのまま使用するのは不適切
である。

【０００７】そこで、堆積された窒化チタン膜に対して
窒素プラズマ処理を行なうことにより、比抵抗を低減さ
せる試みがなされている。

【０００８】以下、従来の半導体装置の製造方法につい
て、図１０及び図１１を参照しながら説明する。

【０００９】まず、図１０（ａ）に示すように、半導体
基板１０の上に第１のアルミニウム合金膜１１及び第１
の窒化チタン膜１２を順次堆積した後、第１のアルミニ
ウム合金膜１１及び第１の窒化チタン膜１２をパターニ
ングして、下層の金属配線１３を形成する。

【００１０】次に、図１０（ｂ）に示すように、下層の
金属配線１３の上に全面に亘って層間絶縁膜１４を堆積
した後、該層間絶縁膜１４にスルーホール１５を形成す
る。このようにすると、スルーホール１５の底部に第１
のアルミニウム合金膜１１が露出する。

【００１１】次に、図１０（ｃ）に示すように、化学的
気相成長法により、スルーホール１５の内部を含む層間
絶縁膜１４の上に全面に亘って、チタン膜１６及び第２
の窒化チタン膜１７を順次堆積した後、該第２の窒化チ
タン膜１７に窒素プラズマを暴露して、第２の窒化チタ
ン膜１７の比抵抗を低減する。

【００１２】次に、図１１（ａ）に示すように、化学的
気相成長法により、第２の窒化チタン膜１７の上に第３
の窒化チタン膜１８を堆積した後、該第３の窒化チタン
膜１８に窒素プラズマを暴露して、第３の窒化チタン膜
１８の比抵抗を低減する。窒化チタン膜の堆積と窒素プ
ラズマの暴露とを繰り返すのは、比抵抗の低減効果を向
上させるためである。

【００１３】次に、図１１（ｂ）に示すように、六フッ
化タングステンを材料とする化学的気相成長法により、
スルーホール１５を含む第３の窒化チタン膜１８の上に
全面に亘ってタングステン膜１９を堆積する。

【００１４】次に、図１１（ｃ）に示すように、チタン
膜１６、第２の窒化チタン膜１７、第３の窒化チタン膜
１８及びタングステン膜１９における、層間絶縁膜１４
の上に露出している部分を例えば化学的機械研磨法によ
り除去した後、層間絶縁膜１４の上に第２のアルミニウ
ム合金膜２０及び第４の窒化チタン膜２１を順次堆積し
た後、第２のアルミニウム合金膜２０及び第４の窒化チ
タン膜２１をパターニングして上層の金属配線２２を形
成する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
半導体装置の製造方法により得られた多層金属配線にお
いては、以下に説明するような新たな問題が発生した。

【００１６】第２の窒化チタン膜１７を窒素プラズマに
暴露する工程において、窒素プラズマ中に含まれる窒素
化合物のイオンの一部が、第２の窒化チタン膜１７及び
チタン膜１６を通過して第１のアルミニウム合金膜１１
の表面に到達する。第１のアルミニウム合金膜１１に到
達した窒素化合物イオンは、第１のアルミニウム合金膜
１１と反応して、高抵抗な窒化アルミニウム層を形成す
る。この窒化アルミニウム層は、下層の金属配線１３と
上層の金属配線２１との接続抵抗を増大させるので、半
導体装置の動作速度が低下するという問題である。

【００１７】前記に鑑み、本発明は、金属配線の上に堆
積された窒化チタン膜を窒素プラズマに暴露して比抵抗
を低減させた場合においても、金属配線の高抵抗化を防
止して、高速で動作する半導体装置が得られるようにす
ることを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、半導
体基板上に形成された金属配線の上に層間絶縁膜を堆積
した後、該層間絶縁膜に、金属配線を露出させるスルー
ホールを形成する工程と、スルーホールの底部にチタン
膜を堆積する工程と、チタン膜の上に、５ｎｍ以上の膜
厚を有する窒化チタン膜を堆積する工程と、窒化チタン
膜に窒素化合物のイオンを照射して、該窒化チタン膜の
比抵抗を低減する工程とを備えている。

【００１９】第１の半導体装置の製造方法によると、窒
化チタン膜の膜厚は５ｎｍ以上であるため、窒化チタン
膜に照射された窒素化合物のイオンは金属配線には到達
しない。

【００２０】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に形成された金属配線の上に層間絶縁
膜を堆積した後、該層間絶縁膜に、金属配線を露出させ
るスルーホールを形成する工程と、スルーホールの底部
にチタン膜を堆積する工程と、チタン膜の上に窒化チタ
ン膜を堆積する工程と、窒化チタン膜に、窒素化合物の
イオンを３００ｅＶ以下のエネルギーで照射して、該窒
化チタン膜の比抵抗を低減する工程とを備えている。

【００２１】第２の半導体装置の製造方法によると、窒
化チタン膜に照射される窒素化合物のイオンのエネルギ
ーは３００ｅＶ以下であるため、窒素化合物のイオンは
金属配線には到達しない。

【００２２】本発明に係る第３の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に形成された金属配線の上に層間絶縁
膜を堆積した後、該層間絶縁膜に、金属配線を露出させ
るスルーホールを形成する工程と、スルーホールの底部
にチタン膜を堆積する工程と、チタン膜の上に酸化チタ
ン膜を形成する工程と、酸化チタン膜の上に窒化チタン
膜を堆積する工程と、窒化チタン膜に窒素化合物のイオ
ンを照射して、該窒化チタン膜の比抵抗を低減する工程
とを備えている。

【００２３】第３の半導体装置の製造方法によると、金
属配線と窒化チタン膜との間には非晶質の酸化チタン膜
が介在しているため、窒化チタン膜に照射された窒素化
合物のイオンは酸化チタン膜に遮断されて金属配線には
到達しない。

【００２４】本発明に係る第４の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に、上部に第１の窒化チタン膜を有す
る金属配線を形成した後、該金属配線の上に層間絶縁膜
を堆積する工程と、層間絶縁膜に、金属配線を露出させ
るスルーホールを、第１の窒化チタン膜が残存するよう
に形成する工程と、スルーホールの底部にチタン膜を堆
積する工程と、チタン膜の上に第２の窒化チタン膜を堆
積する工程と、第２の窒化チタン膜に窒素化合物のイオ
ンを照射して、該第２の窒化チタン膜の比抵抗を低減す
る工程とを備えている。

【００２５】第４の半導体装置の製造方法によると、金
属配線と第２の窒化チタン膜との間には第１の窒化チタ
ン膜が介在しているため、第２の窒化チタン膜に照射さ
れた窒素化合物のイオンは第１の窒化チタン膜に遮断さ
れて金属配線には到達しない。

【００２６】本発明に係る第５の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に形成された金属配線の上に層間絶縁
膜を堆積した後、該層間絶縁膜に、金属配線を露出させ
るスルーホールを形成する工程と、スルーホールの底部
にチタン膜を堆積する工程と、チタン膜の上に第１の窒
化チタン膜を堆積した後、該第１の窒化チタン膜に窒素
化合物のイオンを照射して、該第１の窒化チタン膜の比
抵抗を低減する工程と、第１の窒化チタン膜の上に第２
の窒化チタン膜を堆積した後、該第２の窒化チタン膜に
窒素化合物のイオンを照射して、該第２の窒化チタン膜
の比抵抗を低減する工程とを備え、第１の窒化チタン膜
の膜厚は、第２の窒化チタン膜の膜厚よりも大きく設定
されている。

【００２７】第５の半導体装置の製造方法によると、窒
化チタン膜の堆積と該窒化チタン膜に対する窒素化合物
のイオンの照射とを繰り返す際に、下側つまり金属配線
に近い第１の窒化チタン膜の膜厚を、上側つまり金属配
線から遠い第２の窒化チタン膜の膜厚よりも大きくする
ため、窒素化合物のイオンが第１の窒化チタン膜を通過
して金属配線に到達する事態を防止することができる。

【００２８】第５の半導体装置の製造方法において、第
１の窒化チタン膜の膜厚は５ｎｍ以上であり、第２の窒
化チタン膜の膜厚は５ｎｍよりも小さいことが好まし
い。

【００２９】本発明に係る第６の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に形成された金属配線の上に層間絶縁
膜を堆積した後、該層間絶縁膜に、金属配線を露出させ
るスルーホールを形成する工程と、スルーホールの底部
にチタン膜を堆積する工程と、チタン膜の上に第１の窒
化チタン膜を堆積した後、該第１の窒化チタン膜に窒素
化合物のイオンを照射して、該第１の窒化チタン膜の比
抵抗を低減する工程と、第１の窒化チタン膜の上に第２
の窒化チタン膜を堆積した後、該第２の窒化チタン膜に
窒素化合物のイオンを照射して、該第２の窒化チタン膜
の比抵抗を低減する工程とを備え、第１の窒化チタン膜
に照射される窒素化合物のイオンのエネルギーは、第２
の窒化チタン膜に照射される窒素化合物のイオンのエネ
ルギーよりも小さい。

【００３０】第６の半導体装置の製造方法によると、窒
化チタン膜の堆積と該窒化チタン膜に対する窒素化合物
のイオンの照射とを繰り返す際に、下側つまり金属配線
に近い第１の窒化チタン膜に照射される窒素化合物のイ
オンのエネルギーを、上側つまり金属配線から遠い第２
の窒化チタン膜に照射される窒素化合物のイオンのエネ
ルギーよりも小さくするため、窒素化合物のイオンが第
１の窒化チタン膜を通過して金属膜に到達する事態を防
止することができる。

【００３１】第６の半導体装置の製造方法において、第
１の窒化チタン膜に照射される窒素化合物のイオンのエ
ネルギーは３００ｅＶ以下であり、第２の窒化チタン膜
に照射される窒素化合物のイオンのエネルギーは３００
ｅＶよりも大きいことが好ましい。

【００３２】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法につい
て、図１及び図２を参照しながら説明する。

【００３３】まず、図１（ａ）に示すように、半導体基
板１００の上に第１のアルミニウム合金膜１０１及び第
１の窒化チタン膜１０２を順次堆積した後、第１のアル
ミニウム合金膜１０１及び第１の窒化チタン膜１０２を
パターニングして、下層の金属配線１０３を形成する。

【００３４】次に、図１（ｂ）に示すように、下層の金
属配線１０３の上に全面に亘って層間絶縁膜１０４を堆
積した後、該層間絶縁膜１０４にスルーホール１０５を
形成する。

【００３５】次に、図１（ｃ）に示すように、スルーホ
ール１０５の内部を含む層間絶縁膜１０４の上に全面に
亘ってチタン膜１０６を堆積した後、該チタン膜１０６
の上に、化学的気相成長法により、５ｎｍ以上の膜厚、
例えば１０ｎｍの膜厚を有する第２の窒化チタン膜１０
７を堆積し、その後、第２の窒化チタン膜１０７に窒素
プラズマを暴露して、第２の窒化チタン膜１０７の比抵
抗を低減する。

【００３６】この場合、第２の窒化チタン膜１０７の膜
厚としては５ｎｍ以上が好ましい。その理由は、第２の
窒化チタン膜１０７の膜厚が５ｎｍ以上であると、窒素
プラズマに含まれる窒素化合物のイオンが、第２の窒化
チタン膜１０７及びチタン膜１０６を通過して第１のア
ルミニウム合金膜１０２に到達しないためである。

【００３７】次に、図２（ａ）に示すように、化学的気
相成長法により、第２の窒化チタン膜１０７の上に、５
ｎｍよりも小さい膜厚を有する第３の窒化チタン膜１０
８を堆積した後、該第３の窒化チタン膜１０８に窒素プ
ラズマを暴露して、第３の窒化チタン膜１０８の比抵抗
を低減する。

【００３８】この場合、第３の窒化チタン膜１０８の膜
厚を５ｎｍよりも小さくする理由は、窒素プラズマの暴
露による第３の窒化チタン膜１０８の比抵抗の低減効果
を十分にするためである。

【００３９】次に、図２（ｂ）に示すように、六フッ化
タングステンを材料とする化学的気相成長法により、ス
ルーホール１０５を含む第３の窒化チタン膜１０８の上
に全面に亘ってタングステン膜１０９を堆積する。

【００４０】次に、図２（ｃ）に示すように、チタン膜
１０６、第２の窒化チタン膜１０７及び第３の窒化チタ
ン膜１０８及びタングステン膜１０９における、層間絶
縁膜１０４の上に露出している部分を例えば化学的機械
研磨法により除去した後、層間絶縁膜１０４の上に第２
のアルミニウム合金膜１１０及び第４の窒化チタン膜１
１１を順次堆積し、その後、第２のアルミニウム合金膜
１１０及び第４の窒化チタン膜１１１をパターニングし
て上層の金属配線１１２を形成する。 （第２の実施形態）以下、本発明の第２の実施形態に係
る半導体装置の製造方法について図３及び図４を参照し
ながら説明する。

【００４１】まず、図３（ａ）に示すように、半導体基
板２００の上に第１のアルミニウム合金膜２０１及び第
１の窒化チタン膜２０２を順次堆積した後、第１のアル
ミニウム合金膜２０１及び第１の窒化チタン膜２０２を
パターニングして、下層の金属配線２０３を形成する。

【００４２】次に、図３（ｂ）に示すように、下層の金
属配線２０３の上に全面に亘って層間絶縁膜２０４を堆
積した後、該層間絶縁膜２０４にスルーホール２０５を
形成する。

【００４３】次に、図３（ｃ）に示すように、スルーホ
ール２０５の内部を含む層間絶縁膜２０４の上に全面に
亘ってチタン膜２０６を堆積した後、該チタン膜２０６
の上に、化学的気相成長法により、第２の窒化チタン膜
２０７を堆積し、その後、第２の窒化チタン膜２０７に
窒素プラズマを暴露して、第２の窒化チタン膜２０７の
比抵抗を低減する。

【００４４】この場合、第２の窒化チタン膜２０７の上
部に、−３００Ｖ以下の自己バイアス電圧、例えば−２
００Ｖの自己バイアス電圧が発生するように窒素プラズ
マの発生条件を調節する。このようにすると、窒素プラ
ズマに含まれるイオンの大部分を占める一価の窒素化合
物イオン（例えば窒素分子イオン等）は、２００ｅＶの
エネルギーで第２の窒化チタン膜２０７の表面に到達す
るが、イオンのエネルギーが小さいため、窒素プラズマ
に含まれるイオンは、第２の窒化チタン膜２０７及びチ
タン膜２０６を通過できないので、第１のアルミニウム
合金膜２０１の表面には到達しない。

【００４５】次に、図４（ａ）に示すように、化学的気
相成長法により、第２の窒化チタン膜２０７の上に第３
の窒化チタン膜２０８を堆積した後、該第３の窒化チタ
ン膜２０８に窒素プラズマを暴露して、第３の窒化チタ
ン膜２０８の比抵抗を低減する。

【００４６】この場合、第３の窒化チタン膜２０８の上
部に、−３００Ｖよりも大きい自己バイアス電圧、例え
ば−４００Ｖの自己バイアス電圧が発生するように、窒
素プラズマの発生条件を調節する。このようにすると、
窒素プラズマに含まれる一価の窒素化合物イオンは、４
００ｅＶという高いエネルギーで第３の窒化チタン膜２
０８の表面に到達するので、比抵抗の低減を効率良く行
なうことができる。

【００４７】次に、図４（ｂ）に示すように、六フッ化
タングステンを材料とする化学的気相成長法により、ス
ルーホール２０５を含む第３の窒化チタン膜２０８の上
に全面に亘ってタングステン膜２０９を堆積する。

【００４８】次に、図４（ｃ）に示すように、チタン膜
２０６、第２の窒化チタン膜２０７、第３の窒化チタン
膜２０８及びタングステン膜２０９における、層間絶縁
膜２０４の上に露出している部分を例えば化学的機械研
磨法により除去した後、層間絶縁膜２０４の上に第２の
アルミニウム合金膜２１０及び第４の窒化チタン膜２１
１を順次堆積し、その後、第２のアルミニウム合金膜２
１０及び第４の窒化チタン膜２１１をパターニングして
上層の金属配線２１２を形成する。

【００４９】尚、第２の実施形態においては、窒素化合
物イオンが窒化チタン膜に到達するときのエネルギーを
制御するために、放電電力を変化させたが、これに代え
て、例えば窒素分圧などを変化させることによって、窒
素化合物イオンが窒化チタン膜に到達するときのエネル
ギーを制御してもよい。 （第３の実施形態）以下、本発明の第３の実施形態に係
る半導体装置の製造方法について図５〜図７を参照しな
がら説明する。

【００５０】まず、図５（ａ）に示すように、半導体基
板３００の上に第１のアルミニウム合金膜３０１及び第
１の窒化チタン膜３０２を順次堆積した後、第１のアル
ミニウム合金膜３０１及び第１の窒化チタン膜３０２を
パターニングして、下層の金属配線３０３を形成する。

【００５１】次に、図５（ｂ）に示すように、下層の金
属配線３０３の上に全面に亘って層間絶縁膜３０４を堆
積した後、該層間絶縁膜３０４にスルーホール３０５を
形成する。

【００５２】次に、図５（ｃ）に示すように、スルーホ
ール３０５の内部を含む層間絶縁膜３０４の上に全面に
亘ってチタン膜３０６を堆積した後、該チタン膜３０６
を酸素に暴露することによって、チタン膜３０６の表面
に酸化チタン膜３０７を形成する。

【００５３】次に、図６（ａ）に示すように、酸化チタ
ン膜３０７の上に、化学的気相成長法により、第２の窒
化チタン膜３０８を堆積し、その後、第２の窒化チタン
膜３０８に窒素プラズマを暴露して、第２の窒化チタン
膜３０８の比抵抗を低減する。

【００５４】この場合、酸化チタン層３０７は非晶質で
あって、結晶性を有するチタン膜３０６に比べてイオン
の通過に対する遮蔽能力が大きいため、窒素プラズマ中
に含まれる窒素化合物イオンは、酸化チタン層３０７を
通過しないので、第１のアルミニウム合金膜２の表面に
到達しない。

【００５５】次に、図６（ｂ）に示すように、化学的気
相成長法により、第２の窒化チタン膜３０８の上に第３
の窒化チタン膜３０９を堆積した後、該第３の窒化チタ
ン膜３０９に窒素プラズマを暴露して、第３の窒化チタ
ン膜３０９の比抵抗を低減する。

【００５６】次に、図６（ｃ）に示すように、六フッ化
タングステンを材料とする化学的気相成長法により、ス
ルーホール３０５を含む第３の窒化チタン膜３０９の上
に全面に亘ってタングステン膜３１０を堆積する。

【００５７】次に、図７に示すように、チタン膜３０
６、酸化チタン膜３０７、第２の窒化チタン膜３０８及
び第４の窒化チタン膜３０９及びタングステン膜３１０
における、層間絶縁膜３０４の上に露出している部分を
例えば化学的機械研磨法により除去した後、層間絶縁膜
３０４の上に第２のアルミニウム合金膜３１１及び第４
の窒化チタン膜３１２を順次堆積し、その後、第２のア
ルミニウム合金膜３１１及び第４の窒化チタン膜３１２
をパターニングして上層の金属配線３１３を形成する。 （第４の実施形態）以下、本発明の第４の実施形態に係
る半導体装置の製造方法について図８及び図９を参照し
ながら説明する。

【００５８】まず、図８（ａ）に示すように、半導体基
板４００の上に第１のアルミニウム合金膜４０１及び第
１の窒化チタン膜４０２を順次堆積した後、第１のアル
ミニウム合金膜４０１及び第１の窒化チタン膜４０２を
パターニングして、下層の金属配線４０３を形成する。

【００５９】次に、図８（ｂ）に示すように、下層の金
属配線４０３の上に全面に亘って層間絶縁膜４０４を堆
積した後、該層間絶縁膜４０４にスルーホール４０５を
形成する。この場合、第１の窒化チタン膜４０２が除去
されずに残るように、スルーホール４０５の形成条件を
調節する。

【００６０】次に、図８（ｃ）に示すように、スルーホ
ール４０５の内部を含む層間絶縁膜４０４の上に全面に
亘ってチタン膜４０６を堆積した後、該チタン膜４０６
の上に、化学的気相成長法により、第２の窒化チタン膜
４０７を堆積し、その後、第２の窒化チタン膜４０７に
窒素プラズマを暴露して、第２の窒化チタン膜４０７の
比抵抗を低減する。

【００６１】この場合、スルーホール４０５の底部に
は、第１の窒化チタン膜４０２が残存しており、該第１
の窒化チタン膜４０２が窒素化合物イオンの通過を効果
的に遮蔽するため、窒素プラズマに含まれる窒素化合物
イオンは、第１のアルミニウム合金膜４０２の表面に到
達しない。

【００６２】次に、図９（ａ）に示すように、化学的気
相成長法により、第２の窒化チタン膜４０７の上に第３
の窒化チタン膜４０８を堆積した後、該第３の窒化チタ
ン膜４０８に窒素プラズマを暴露して、第３の窒化チタ
ン膜４０８の比抵抗を低減する。

【００６３】次に、図９（ｂ）に示すように、六フッ化
タングステンを材料とする化学的気相成長法により、ス
ルーホール４０５を含む第３の窒化チタン膜４０８の上
に全面に亘ってタングステン膜４０９を堆積する。

【００６４】次に、図９（ｃ）に示すように、チタン膜
４０６、第２の窒化チタン膜４０７及び第３の窒化チタ
ン膜４０８及びタングステン膜４０９における、層間絶
縁膜４０４の上に露出している部分を例えば化学的機械
研磨法により除去した後、層間絶縁膜４０４の上に第２
のアルミニウム合金膜４１０及び第４の窒化チタン膜４
１１を順次堆積し、その後、第２のアルミニウム合金膜
４１０及び第４の窒化チタン膜４１１をパターニングし
て上層の金属配線４１２を形成する。

【００６５】尚、第１〜第４の実施形態においては、第
３の窒化チタン膜の上にタングステン膜を堆積したが、
該タングステン膜に代えて、アルミニウム合金膜又は銅
膜等の他の金属膜を堆積してもよい。

【００６６】また、第１〜第４の実施形態においては、
窒化チタン膜の堆積と窒素プラズマの暴露とのサイクル
を２回繰り返し行なったが、該サイクル数は限定され
ず、サイクル数は、窒化チタン膜の上に堆積される金属
膜の種類及び堆積方法等によって適宜選択することがで
きる。

【００６７】また、第１〜第４の実施形態においては、
窒化チタン膜の原材料としてテトラキスジメチルチタン
を用いたが、これに限定されるものではなく、テトラキ
スジエチルチタン、テトラキスエチルメチルチタン等の
ように、チタンを含む有機化合物を適宜用いることがで
きる。

【００６８】また、第１〜第４の実施形態においては、
窒化チタンに窒素プラズマを暴露したが、これに代え
て、アンモニア又はヒドラジン等の窒素化合物のプラズ
マを暴露してもよい。

【００６９】さらに、第１〜第４の実施形態は、２層の
配線構造を有する場合であったが、配線層の数は限定さ
れず、３層以上の配線構造にも適用できることは当然で
ある。

【００７０】

【発明の効果】第１の半導体装置の製造方法によると、
窒化チタン膜の膜厚が５ｎｍ以上であるため、窒化チタ
ン膜に照射された窒素化合物のイオンは金属配線には到
達しないので、金属配線の高抵抗化を防止でき、これに
よって、半導体装置の高速動作化を実現できる。

【００７１】第２の半導体装置の製造方法によると、窒
化チタン膜に照射される窒素化合物のイオンのエネルギ
ーが３００ｅＶ以下であるため、窒素化合物のイオンは
金属配線には到達しないので、金属配線の高抵抗化を防
止でき、これによって、半導体装置の高速動作化を実現
できる。

【００７２】第３の半導体装置の製造方法によると、金
属配線と窒化チタン膜との間に非晶質の酸化チタン膜が
介在しているため、窒化チタン膜に照射された窒素化合
物のイオンは、酸化チタン膜に遮断されて金属配線には
到達しないので、金属配線の高抵抗化を防止でき、これ
によって、半導体装置の高速動作化を実現できる。

【００７３】第４の半導体装置の製造方法によると、金
属配線と第２の窒化チタン膜との間に第１の窒化チタン
膜が介在しているため、第２の窒化チタン膜に照射され
た窒素化合物のイオンは第１の窒化チタン膜に遮断され
て金属配線には到達しないので、金属配線の高抵抗化を
防止でき、これによって、半導体装置の高速動作化を実
現できる。

【００７４】第５の半導体装置の製造方法によると、金
属配線に近い第１の窒化チタン膜の膜厚を、金属配線か
ら遠い第２の窒化チタン膜の膜厚よりも大きくするた
め、窒素化合物のイオンは第１の窒化チタン膜を通過し
て金属配線に到達する事態が防止されるので、金属配線
の高抵抗化を防止でき、これによって、半導体装置の高
速動作化を実現できる。

【００７５】第５の半導体装置の製造方法において、第
１の窒化チタン膜の膜厚が５ｎｍ以上で、第２の窒化チ
タン膜の膜厚が５ｎｍよりも小さいと、金属配線の高抵
抗化を確実に防止できると共に、第２の窒化チタン膜の
比抵抗の低減を確実に行なうことができる。

【００７６】第６の半導体装置の製造方法によると、金
属配線に近い第１の窒化チタン膜に照射される窒素化合
物のイオンのエネルギーを、金属配線から遠い第２の窒
化チタン膜に照射される窒素化合物のイオンのエネルギ
ーよりも小さくするため、窒素化合物のイオンは第１の
窒化チタン膜を通過して金属配線に到達する事態が防止
されるので、金属配線の高抵抗化を防止でき、これによ
って、半導体装置の高速動作化を実現できる。

【００７７】第６の半導体装置の製造方法において、第
１の窒化チタン膜に照射される窒素化合物のイオンのエ
ネルギーが３００ｅＶ以下で、第２の窒化チタン膜に照
射される窒素化合物のイオンのエネルギーが３００ｅＶ
よりも大きいと、金属配線の高抵抗化を確実に防止でき
ると共に、第２の窒化チタン膜の比抵抗の低減を確実に
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図９】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は従来の半導体装置の製造方
法の各工程を示す断面図である。

【図１１】（ａ）〜（ｃ）は従来の半導体装置の製造方
法の各工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１００ 半導体装置 １０１ 第１のアルミニウム合金 １０２ 第１の窒化チタン膜 １０３ 下層の金属配線 １０４ 層間絶縁膜 １０５ コンタクトホール １０６ チタン膜 １０７ 第２の窒化チタン膜 １０８ 第３の窒化チタン膜 １０９ タングステン膜 １１０ 第２のアルミニウム合金膜 １１１ 第４の窒化チタン膜 １１２ 上層の金属配線 ２００ 半導体基板 ２０１ 第１のアルミニウム合金膜 ２０２ 第１の窒化チタン膜 ２０３ 下層の金属配線 ２０４ 層間絶縁膜 ２０５ スルーホール ２０６ チタン膜 ２０７ 第２の窒化チタン膜 ２０８ 第３の窒化チタン膜 ２０９ タングステン膜 ２１０ 第２のアルミニウム合金膜 ２１１ 第４の窒化チタン膜 ２１２ 上層の金属配線 ３００ 半導体基板 ３０１ 第１のアルミニウム合金膜 ３０２ 第１の窒化チタン膜 ３０３ 下層の金属配線 ３０４ 層間絶縁膜 ３０５ スルーホール ３０６ チタン膜 ３０７ 酸化チタン膜 ３０８ 第２の窒化チタン膜 ３０９ 第３の窒化チタン膜 ３１０ タングステン膜 ３１１ 第２のアルミニウム合金膜 ３１２ 第４の窒化チタン膜 ３１３ 上層の金属配線 ４００ 半導体基板 ４０１ 第１のアルミニウム合金膜 ４０２ 第１の窒化チタン膜 ４０３ 下層の金属配線 ４０４ 層間絶縁膜 ４０５ スルーホール ４０６ チタン膜 ４０７ 第２の窒化チタン膜 ４０８ 第３の窒化チタン膜 ４０９ タングステン膜 ４１０ 第２のアルミニウム合金膜 ４１１ 第４の窒化チタン膜 ４１２ 上層の金属配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 BB02 BB14 BB18 BB30 DD07 DD15 DD45 DD82 EE08 FF07 FF13 FF18 FF22 HH16 5F033 HH08 HH33 JJ09 JJ12 JJ18 JJ19 JJ33 JJ35 KK09 KK33 MM08 MM12 PP02 PP06 QQ37 QQ48 QQ53 TT01 WW02 WW07 XX04 XX09

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成された金属配線の上
   に層間絶縁膜を堆積した後、該層間絶縁膜に、前記金属
   配線を露出させるスルーホールを形成する工程と、 前記スルーホールの底部にチタン膜を堆積する工程と、 前記チタン膜の上に、５ｎｍ以上の膜厚を有する窒化チ
   タン膜を堆積する工程と、 前記窒化チタン膜に窒素化合物のイオンを照射して、該
   窒化チタン膜の比抵抗を低減する工程とを備えているこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 半導体基板上に形成された金属配線の上
   に層間絶縁膜を堆積した後、該層間絶縁膜に、前記金属
   配線を露出させるスルーホールを形成する工程と、 前記スルーホールの底部にチタン膜を堆積する工程と、 前記チタン膜の上に窒化チタン膜を堆積する工程と、 前記窒化チタン膜に、窒素化合物のイオンを３００ｅＶ
   以下のエネルギーで照射して、該窒化チタン膜の比抵抗
   を低減する工程とを備えていることを特徴とする半導体
   装置の製造方法。
3. 【請求項３】 半導体基板上に形成された金属配線の上
   に層間絶縁膜を堆積した後、該層間絶縁膜に、前記金属
   配線を露出させるスルーホールを形成する工程と、 前記スルーホールの底部にチタン膜を堆積する工程と、 前記チタン膜の上に酸化チタン膜を形成する工程と、 前記酸化チタン膜の上に窒化チタン膜を堆積する工程
   と、 前記窒化チタン膜に窒素化合物のイオンを照射して、該
   窒化チタン膜の比抵抗を低減する工程とを備えているこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 半導体基板上に、上部に第１の窒化チタ
   ン膜を有する金属配線を形成した後、該金属配線の上に
   層間絶縁膜を堆積する工程と、 前記層間絶縁膜に、前記金属配線を露出させるスルーホ
   ールを、前記第１の窒化チタン膜が残存するように形成
   する工程と、 前記スルーホールの底部にチタン膜を堆積する工程と、 前記チタン膜の上に第２の窒化チタン膜を堆積する工程
   と、 前記第２の窒化チタン膜に窒素化合物のイオンを照射し
   て、該第２の窒化チタン膜の比抵抗を低減する工程とを
   備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 半導体基板上に形成された金属配線の上
   に層間絶縁膜を堆積した後、該層間絶縁膜に、前記金属
   配線を露出させるスルーホールを形成する工程と、 前記スルーホールの底部にチタン膜を堆積する工程と、 前記チタン膜の上に第１の窒化チタン膜を堆積した後、
   該第１の窒化チタン膜に窒素化合物のイオンを照射し
   て、該第１の窒化チタン膜の比抵抗を低減する工程と、 前記第１の窒化チタン膜の上に第２の窒化チタン膜を堆
   積した後、該第２の窒化チタン膜に窒素化合物のイオン
   を照射して、該第２の窒化チタン膜の比抵抗を低減する
   工程とを備え、 前記第１の窒化チタン膜の膜厚は、前記第２の窒化チタ
   ン膜の膜厚よりも大きく設定されていることを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記第１の窒化チタン膜の膜厚は５ｎｍ
   以上であり、前記第２の窒化チタン膜の膜厚は５ｎｍよ
   りも小さいことを特徴とする請求項５に記載の半導体装
   置の製造方法。
7. 【請求項７】 半導体基板上に形成された金属配線の上
   に層間絶縁膜を堆積した後、該層間絶縁膜に、前記金属
   配線を露出させるスルーホールを形成する工程と、 前記スルーホールの底部にチタン膜を堆積する工程と、 前記チタン膜の上に第１の窒化チタン膜を堆積した後、
   該第１の窒化チタン膜に窒素化合物のイオンを照射し
   て、該第１の窒化チタン膜の比抵抗を低減する工程と、 前記第１の窒化チタン膜の上に第２の窒化チタン膜を堆
   積した後、該第２の窒化チタン膜に窒素化合物のイオン
   を照射して、該第２の窒化チタン膜の比抵抗を低減する
   工程とを備え、 前記第１の窒化チタン膜に照射される窒素化合物のイオ
   ンのエネルギーは、前記第２の窒化チタン膜に照射され
   る窒素化合物のイオンのエネルギーよりも小さいことを
   特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 前記第１の窒化チタン膜に照射される窒
   素化合物のイオンのエネルギーは３００ｅＶ以下であ
   り、前記第２の窒化チタン膜に照射される窒素化合物の
   イオンのエネルギーは３００ｅＶよりも大きいことを特
   徴とする半導体装置の製造方法。