JP2003142577A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

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JP2003142577A
JP2003142577A JP2001336615A JP2001336615A JP2003142577A JP 2003142577 A JP2003142577 A JP 2003142577A JP 2001336615 A JP2001336615 A JP 2001336615A JP 2001336615 A JP2001336615 A JP 2001336615A JP 2003142577 A JP2003142577 A JP 2003142577A
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Japan
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layer
forming
barrier metal
semiconductor device
manufacturing
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JP2001336615A
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Japanese (ja)
Inventor
Chigusa Yamane
千種 山根
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and its manufacturing method capable of preventing the increase of junction leakage and the increase of contact resistance. SOLUTION: The semiconductor device manufacturing method is provided with a process for forming a 1st inter-layer insulating film on a 1st conductive layer and forming a 1st aperture on the 1st inter-layer insulating film, a process for forming a 1st contact adhesion layer on the bottom of the 1st aperture, a process for forming a 2nd barrier metal layer by atomic layer deposition after forming a 1st barrier metal layer in the 1st aperture by sputtering, a process for forming a 1st plug in the 1st aperture, and a process for performing 1st heat processing. The method is provided also with a process for forming a 2nd inter-layer insulating film, a process for forming a 2nd aperture in the 2nd inter-layer insulating film, a process for forming a 2nd plug in the 2nd aperture, a process for performing 2nd heat processing, and a process for forming a 2nd conductive layer on the 2nd plug to form a semiconductor device.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の基板
と配線のコンタクト部、あるいは配線間のコンタクト部
の接合リークを低減できる半導体装置およびその製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device capable of reducing a junction leak in a contact portion between a substrate of a semiconductor device and a wiring, or a contact portion between wirings, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体集積回路のパターンの微細
化に伴い、アスペクト比の高いコンタクトホールにおけ
るコンタクト抵抗の上昇が深刻化してきている。一般
に、コンタクトホールのアスペクト比が高くなると、コ
ンタクトホール内に導電層を良好な被覆性(カバレッ
ジ)で埋め込むことが困難となる。これにより、コンタ
クト抵抗が上昇するのを避けるため、2段のコンタクト
ホールをスタックさせる方法が提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of patterns of semiconductor integrated circuits, the increase in contact resistance in contact holes having a high aspect ratio has become serious. Generally, when the aspect ratio of the contact hole is high, it becomes difficult to embed the conductive layer in the contact hole with good coverage. As a result, a method of stacking two stages of contact holes has been proposed in order to prevent the contact resistance from increasing.

【0003】コンタクトホールを2分割して形成するこ
とにより、各段のコンタクトホールのアスペクト比は比
較的低くなる。したがって、コンタクトホール内の導電
層のカバレッジを改善できる。以下、この方法につい
て、図8〜図12を参照して説明する。
By forming the contact hole by dividing it into two, the aspect ratio of the contact hole in each stage becomes relatively low. Therefore, the coverage of the conductive layer in the contact hole can be improved. Hereinafter, this method will be described with reference to FIGS.

【0004】まず、図8(a)に示すように、例えばシ
リコンからなる半導体基板201上に、例えば酸化シリ
コンからなる1段目の層間絶縁膜202を形成する。半
導体基板201のかわりに、金属からなる配線層であっ
てもよい。次に、図8(b)に示すように、1段目の層
間絶縁膜202にエッチングを行い、1段目のコンタク
トホール203を形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a first-level interlayer insulating film 202 made of, for example, silicon oxide is formed on a semiconductor substrate 201 made of, for example, silicon. A wiring layer made of metal may be used instead of the semiconductor substrate 201. Next, as shown in FIG. 8B, the first-stage interlayer insulating film 202 is etched to form a first-stage contact hole 203.

【0005】次に、図9(c)に示すように、層間絶縁
膜202上およびコンタクトホール203内に、バリア
メタル層として例えば窒化チタン(TiN)層204を
形成する。TiN層204は、例えばCVDにより形成
できる。具体的には、ソースガスとして塩化チタン(I
V)(TiCl4 )を用い、キャリアガスとして例えば
水素(H2 )、アルゴン(Ar)またはそれらの混合ガ
スの他に、窒素(N2)またはアンモニア(NH3 )等
の窒素化合物を用いてCVDを行う。CVDによれば、
良好なカバレッジでTiN層204を形成することがで
きる。
Next, as shown in FIG. 9C, a titanium nitride (TiN) layer 204, for example, is formed as a barrier metal layer on the interlayer insulating film 202 and in the contact hole 203. The TiN layer 204 can be formed by, for example, CVD. Specifically, titanium chloride (I
V) (TiCl 4 ), using, for example, hydrogen (H 2 ), argon (Ar) or a mixed gas thereof as a carrier gas, and nitrogen compounds such as nitrogen (N 2 ) or ammonia (NH 3 ). Perform CVD. According to CVD,
The TiN layer 204 can be formed with good coverage.

【0006】TiN層204は、コンタクトホール20
3底部の半導体基板201と、コンタクトホール203
内に埋め込まれるプラグ金属との密着性を高めたり、半
導体基板201中のシリコンとプラグ金属、あるいは層
間絶縁膜202に含まれるシリコンとプラグ金属との反
応や、プラグ金属の拡散を防止したりする目的で設けら
れる。ここで、CVDのかわりにスパッタリングにより
TiN層を形成することもできる。
The TiN layer 204 has contact holes 20.
3 bottom semiconductor substrate 201 and contact hole 203
Adhesion with a plug metal embedded therein is enhanced, reaction between silicon in the semiconductor substrate 201 and the plug metal, or reaction between silicon contained in the interlayer insulating film 202 and the plug metal, and diffusion of the plug metal are prevented. It is provided for the purpose. Here, the TiN layer may be formed by sputtering instead of CVD.

【0007】次に、図9(d)に示すように、例えばC
VDによりコンタクトホール203内を含む全面にタン
グステン層205を形成する。次に、図9(e)に示す
ように、全面にエッチバックを行い、コンタクトホール
203内にタングステンからなる1段目のプラグ206
を形成する。その後、例えば600℃以上の熱処理を行
い、例えば半導体基板201やプラグ206のエッチン
グダメージ等を回復させたり、層間絶縁膜202を緻密
化させたりする。以上の工程により、1段目のコンタク
トが形成される。
Next, as shown in FIG. 9D, for example, C
A tungsten layer 205 is formed on the entire surface including the inside of the contact hole 203 by VD. Next, as shown in FIG. 9E, the entire surface is etched back, and the first-stage plug 206 made of tungsten is formed in the contact hole 203.
To form. Thereafter, for example, heat treatment at 600 ° C. or higher is performed to recover etching damage of the semiconductor substrate 201 or the plug 206, or to densify the interlayer insulating film 202. Through the above steps, the first-stage contact is formed.

【0008】次に、図10(f)に示すように、全面
に、例えば酸化シリコンからなる2段目の層間絶縁膜2
07を形成する。次に、図10(g)に示すように、2
段目の層間絶縁膜207にエッチングを行い、2段目の
コンタクトホール208を形成する。次に、図11
(h)に示すように、層間絶縁膜207上およびコンタ
クトホール208内に、1段目と同様に、例えばCVD
により、バリアメタル層としてTiN層209を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 10 (f), the second stage interlayer insulating film 2 made of, for example, silicon oxide is formed on the entire surface.
07 is formed. Next, as shown in FIG.
The interlayer insulating film 207 of the second step is etched to form a contact hole 208 of the second step. Next, FIG.
As shown in (h), on the interlayer insulating film 207 and in the contact hole 208, similar to the first step, for example, CVD.
Thus, the TiN layer 209 is formed as a barrier metal layer.

【0009】TiN層209は、コンタクトホール20
8底部のプラグ206と、コンタクトホール208内に
埋め込まれるプラグ金属との密着性を高めたり、層間絶
縁膜207に含まれるシリコンとプラグ金属との反応
や、プラグ金属の拡散を防止したりする目的で設けられ
る。ここで、1段目と同様に、CVDのかわりにスパッ
タリングによりTiN層を形成することもできる。
The TiN layer 209 has contact holes 20.
(8) To increase the adhesion between the bottom plug 206 and the plug metal embedded in the contact hole 208, and to prevent the reaction between silicon contained in the interlayer insulating film 207 and the plug metal and the diffusion of the plug metal. It is provided in. Here, as in the first step, the TiN layer can be formed by sputtering instead of CVD.

【0010】次に、図11(i)に示すように、1段目
と同様に、例えばCVDによりコンタクトホール208
内を含む全面にタングステン層210を形成する。次
に、図12(j)に示すように、全面にエッチバックを
行うことにより、コンタクトホール208内に2段目の
プラグ211を形成する。
Next, as shown in FIG. 11 (i), the contact hole 208 is formed by CVD, for example, as in the first step.
A tungsten layer 210 is formed on the entire surface including the inside. Next, as shown in FIG. 12J, the second surface plug 211 is formed in the contact hole 208 by etching back the entire surface.

【0011】次に、例えば600℃以上の熱処理を行
い、例えばプラグ211のエッチングダメージ等を回復
させたり、1段目のプラグ206と2段目のプラグ21
1との接合部を均質化したり、あるいは層間絶縁膜20
7を緻密化させたりする。以上の工程により、1段目の
コンタクトに接続する2段目のコンタクトが形成され
る。
Next, for example, heat treatment at 600 ° C. or higher is performed to recover, for example, the etching damage of the plug 211, or the first-stage plug 206 and the second-stage plug 21.
1 is homogenized, or the interlayer insulating film 20
7 is densified. Through the above steps, the second-stage contact connected to the first-stage contact is formed.

【0012】その後、図12(k)に示すように、全面
に例えばアルミニウム等の金属層を形成してから、金属
層にエッチングを行うことにより、プラグ211に接続
する配線212を形成する。以上のようにして、プロセ
ス的にはアスペクト比を著しく高くせずに、半導体基板
201(あるいは下層の配線)と上層の配線212との
間に高アスペクト比のコンタクトホールを形成すること
ができる。
Thereafter, as shown in FIG. 12K, a metal layer such as aluminum is formed on the entire surface, and then the metal layer is etched to form a wiring 212 connected to the plug 211. As described above, a contact hole having a high aspect ratio can be formed between the semiconductor substrate 201 (or lower layer wiring) and the upper layer wiring 212 without increasing the aspect ratio remarkably in the process.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の半導体装置の製造方法に従って、コンタクトホー
ル203内にCVDによりTiN層204を形成し、プ
ラグ206を形成した後、例えば600℃以上の熱処理
を行うと、接合リークが増加することがわかっている。
However, according to the above-described conventional method for manufacturing a semiconductor device, the TiN layer 204 is formed in the contact hole 203 by CVD and the plug 206 is formed, and then heat treatment is performed at, for example, 600 ° C. or higher. It has been found that when done, junction leakage increases.

【0014】一方、コンタクトホール203内にTiN
層をスパッタリングにより形成した場合には、CVDの
ような良好なカバレッジが得られない。したがって、例
えば図13(a)に示すように、オーバーハングした断
面形状でTiN層213が形成される。
On the other hand, TiN is formed in the contact hole 203.
When the layer is formed by sputtering, good coverage as in CVD cannot be obtained. Therefore, for example, as shown in FIG. 13A, the TiN layer 213 is formed with an overhanging cross-sectional shape.

【0015】TiN層13にオーバーハングが生じる
と、図13(b)に示すように、次の工程でタングステ
ン層214が十分に埋め込まれなくなり、コンタクトホ
ール203内に空隙(ボイド)215が発生しやすくな
る。このようなボイド215は、エレクトロマイグレー
ション(EM;electro-migration)の問題を悪化させる
要因となる。
When the TiN layer 13 is overhanged, as shown in FIG. 13B, the tungsten layer 214 is not sufficiently filled in the next step, and a void 215 is generated in the contact hole 203. It will be easier. Such a void 215 becomes a factor that aggravates the problem of electro-migration (EM).

【0016】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、コンタクト形成後に熱
処理を行っても、接合リークの増大やコンタクト抵抗の
上昇を防止できる半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とする。また、本発明は、接合リークが少なく、
コンタクト抵抗が低い半導体装置を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and therefore, the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing an increase in junction leak and an increase in contact resistance even if a heat treatment is performed after forming a contact. The purpose is to provide. In addition, the present invention has less junction leakage,
An object is to provide a semiconductor device having low contact resistance.

【0017】[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の製造方法は、第1の導電層上
に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1の層間
絶縁膜に第1の開口部を形成する工程と、少なくとも前
記第1の開口部の底部に第1の密着層を形成する工程
と、前記第1の開口部内に前記第1の密着層を介して、
スパッタリングにより第1のバリアメタル層を形成する
工程と、前記第1のバリアメタル層の表面に、ALDに
より第2のバリアメタル層を形成する工程と、前記第1
の開口部内に前記第1の密着層、前記第1のバリアメタ
ル層および前記第2のバリアメタル層を介して、導電体
からなる第1のプラグを形成する工程と、第1の熱処理
を行う工程と、前記第1の層間絶縁膜上に第2の層間絶
縁膜を形成する工程と、前記第1の開口部上の前記第2
の層間絶縁膜に、第2の開口部を形成する工程と、前記
第2の開口部内に導電体からなる第2のプラグを形成す
る工程と、第2の熱処理を行う工程と、少なくとも前記
第2のプラグ上に、前記第1のプラグおよび前記第2の
プラグを介して前記第1の導電層に電気的に接続する第
2の導電層を形成する工程とを有することを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a first interlayer insulating film on a first conductive layer, and a step of forming the first interlayer insulating film. Forming a first opening in the interlayer insulating film; forming a first adhesion layer at least on the bottom of the first opening; and forming the first adhesion layer in the first opening. Through,
Forming a first barrier metal layer by sputtering; forming a second barrier metal layer on the surface of the first barrier metal layer by ALD;
Forming a first plug made of a conductor in the opening of the first adhesion layer, the first barrier metal layer and the second barrier metal layer, and performing a first heat treatment. A step of forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film, and a step of forming the second interlayer insulating film on the first opening.
Forming a second opening in the interlayer insulating film, a step of forming a second plug made of a conductor in the second opening, a step of performing a second heat treatment, Forming a second conductive layer electrically connected to the first conductive layer via the first plug and the second plug on the second plug.

【0018】本発明の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記第2の開口部を形成後、前記第2のプラグを形
成する前に、少なくとも前記第2の開口部の底部に第2
の密着層を形成する工程と、前記第2の開口部内に前記
第2の密着層を介して、スパッタリングにより第3のバ
リアメタル層を形成する工程と、前記第3のバリアメタ
ル層の表面に、ALDにより第4のバリアメタル層を形
成する工程とをさらに有し、前記第2のプラグを形成す
る工程において、前記第2の開口部内に前記第2の密着
層、前記第3のバリアメタル層および前記第4のバリア
メタル層を介して、前記第2のプラグを形成する。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, preferably, after forming the second opening, before forming the second plug, at least a second portion is formed at the bottom of the second opening.
The step of forming a third barrier metal layer by sputtering through the second adhesion layer in the second opening, and a step of forming a third adhesion layer on the surface of the third barrier metal layer. And ALD to form a fourth barrier metal layer, wherein in the step of forming the second plug, the second adhesion layer and the third barrier metal are formed in the second opening. The second plug is formed through the layer and the fourth barrier metal layer.

【0019】好適には、前記第1の密着層を形成する工
程は、CVDまたはスパッタリングによりチタン層を形
成する工程を含む。好適には、前記第2の密着層を形成
する工程は、CVDまたはスパッタリングによりチタン
層を形成する工程を含む。
Preferably, the step of forming the first adhesion layer includes the step of forming a titanium layer by CVD or sputtering. Preferably, the step of forming the second adhesion layer includes the step of forming a titanium layer by CVD or sputtering.

【0020】好適には、前記第1のバリアメタル層を形
成する工程と、前記第2のバリアメタル層を形成する工
程は、ともに(111)配向の窒化チタン層を形成する
工程を含む。好適には、前記第3のバリアメタル層を形
成する工程と、前記第4のバリアメタル層を形成する工
程は、ともに(111)配向の窒化チタン層を形成する
工程を含む。
Preferably, both the step of forming the first barrier metal layer and the step of forming the second barrier metal layer include the step of forming a (111) oriented titanium nitride layer. Preferably, both the step of forming the third barrier metal layer and the step of forming the fourth barrier metal layer include the step of forming a (111) -oriented titanium nitride layer.

【0021】好適には、前記第1のプラグを形成する工
程は、CVDによりタングステン層を形成する工程と、
前記タングステン層にエッチングを行う工程とを含む。
好適には、前記第2のプラグを形成する工程は、CVD
によりタングステン層を形成する工程と、前記タングス
テン層にエッチングを行う工程とを含む。
Preferably, the step of forming the first plug includes the step of forming a tungsten layer by CVD,
Etching the tungsten layer.
Preferably, the step of forming the second plug is CVD
And a step of etching the tungsten layer.

【0022】好適には、前記第1の密着層は、前記第1
のバリアメタル層の窒化チタンが(111)配向するよ
うな膜厚で形成する。さらに好適には、前記第1の密着
層の膜厚は、ほぼ0.5nm以上である。好適には、前
記第2の密着層は、前記第3のバリアメタル層の窒化チ
タンが(111)配向するような膜厚で形成する。さら
に好適には、前記第2の密着層の膜厚は、ほぼ0.5n
m以上である。
Preferably, the first adhesion layer is the first adhesion layer.
The barrier metal layer is formed to have a film thickness such that titanium nitride is (111) oriented. More preferably, the film thickness of the first adhesion layer is approximately 0.5 nm or more. Preferably, the second adhesion layer is formed to have a film thickness such that titanium nitride of the third barrier metal layer has (111) orientation. More preferably, the film thickness of the second adhesive layer is approximately 0.5 n.
It is m or more.

【0023】好適には、前記第1の密着層を形成する工
程は、平行平板型プラズマCVD、ECRプラズマCV
D、ICP CVDまたはHDP CVDを含む。好適
には、前記第2の密着層を形成する工程は、平行平板型
プラズマCVD、ECRプラズマCVD、ICP CV
DまたはHDP CVDを含む。
Preferably, the step of forming the first adhesion layer is parallel plate plasma CVD, ECR plasma CV.
D, ICP CVD or HDP CVD. Preferably, the step of forming the second adhesion layer is performed by parallel plate plasma CVD, ECR plasma CVD, ICP CV.
Includes D or HDP CVD.

【0024】好適には、前記第1のバリアメタル層を形
成する工程は、バイアススパッタリング、ロングディス
タンススパッタリングまたはセルフイオナイズドスパッ
タリングを含む。好適には、前記第3のバリアメタル層
を形成する工程は、バイアススパッタリング、ロングデ
ィスタンススパッタリングまたはセルフイオナイズドス
パッタリングを含む。
Preferably, the step of forming the first barrier metal layer includes bias sputtering, long distance sputtering or self-ionized sputtering. Preferably, the step of forming the third barrier metal layer includes bias sputtering, long distance sputtering, or self-ionized sputtering.

【0025】また、上記の目的を達成するため、本発明
の半導体装置は導電層と、前記導電層上に形成された層
間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成された、前記導電層
に達する開口部と、前記開口部の少なくとも底部に形成
された密着層と、前記開口部内に前記密着層を介してス
パッタリングにより形成された第1のバリアメタル層
と、前記第1のバリアメタル層の表面にALDにより形
成された第2のバリアメタル層であって、前記第1のバ
リアメタル層との積層膜の塩素含有率がほぼ1%以下で
ある前記第2のバリアメタル層とを有することを特徴と
する。好適には、前記密着層はCVDまたはスパッタリ
ングにより形成されたチタン層を含み、前記第1および
第2のバリアメタル層は窒化チタン層を含む。
In order to achieve the above object, the semiconductor device of the present invention reaches a conductive layer, an interlayer insulating film formed on the conductive layer, and the conductive layer formed on the interlayer insulating film. An opening, an adhesion layer formed at least at the bottom of the opening, a first barrier metal layer formed by sputtering in the opening via the adhesion layer, and a surface of the first barrier metal layer A second barrier metal layer formed by ALD, wherein the laminated film with the first barrier metal layer has a chlorine content of about 1% or less. Characterize. Preferably, the adhesion layer includes a titanium layer formed by CVD or sputtering, and the first and second barrier metal layers include a titanium nitride layer.

【0026】これにより、フッ素の拡散に対するバリア
性が高く、かつ塩素の拡散も少ないバリアメタル層を形
成できる。したがって、第1または第2のプラグ形成後
に熱処理を行っても、コンタクト部における接合リーク
の増大が防止される。また、上記の本発明の半導体装置
およびその製造方法によれば、密着層を介して第1のバ
リアメタル層または第3のバリアメタル層が形成される
ため、スパッタリングにより形成されるバリアメタル層
のカバレッジが改善される。これにより、バリアメタル
層のオーバーハングが防止され、第1または第2のプラ
グにボイドが発生しにくくなるため、エレクトロマイグ
レーションが抑制される。
This makes it possible to form a barrier metal layer having a high barrier property against the diffusion of fluorine and a small diffusion of chlorine. Therefore, even if the heat treatment is performed after the formation of the first or second plug, an increase in junction leak at the contact portion can be prevented. Further, according to the semiconductor device and the method of manufacturing the same of the present invention described above, since the first barrier metal layer or the third barrier metal layer is formed via the adhesion layer, the barrier metal layer formed by sputtering is Coverage is improved. As a result, overhang of the barrier metal layer is prevented and voids are less likely to occur in the first or second plug, and electromigration is suppressed.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の半導体装置およ
びその製造方法の実施の形態について、図面を参照して
説明する。 (実施形態1)図1(a)は本実施形態の半導体装置の
コンタクト部を表す断面図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1A is a sectional view showing a contact portion of a semiconductor device of this embodiment.

【0028】図1(a)に示すように、半導体基板10
1上に1段目の層間絶縁膜102が形成され、層間絶縁
膜102に1段目のコンタクトホール103が形成され
ている。コンタクトホール103の底部には、密着層と
して例えばCVDによりTi層104が形成されてい
る。
As shown in FIG. 1A, the semiconductor substrate 10
A first-stage interlayer insulating film 102 is formed on the first layer, and a first-stage contact hole 103 is formed in the interlayer insulating film 102. At the bottom of the contact hole 103, a Ti layer 104 is formed as an adhesion layer by, for example, CVD.

【0029】Ti層104上のコンタクトホール103
内には、バリア層として例えばスパッタリングによりT
iN層105が形成されている。TiN層105の表面
にはALDにより、さらにTiN層106が形成されて
いる。コンタクトホール103内にはTiN層105、
106を介して、例えばタングステンからなる1段目の
プラグ107が埋め込まれている。
Contact hole 103 on Ti layer 104
As a barrier layer, for example, T is formed by sputtering.
The iN layer 105 is formed. A TiN layer 106 is further formed on the surface of the TiN layer 105 by ALD. In the contact hole 103, the TiN layer 105,
A first-stage plug 107 made of, for example, tungsten is embedded through 106.

【0030】1段目の層間絶縁膜102上に2段目の層
間絶縁膜108が形成され、層間絶縁膜108に2段目
のコンタクトホール109が形成されている。コンタク
トホール109の底部には、密着層として例えばCVD
によりTi層110が形成されている。Ti層110上
のコンタクトホール109内には、バリア層として例え
ばスパッタリングによりTiN層111が形成されてい
る。TiN層111の表面にはALDにより、さらにT
iN層112が形成されている。
A second-stage interlayer insulating film 108 is formed on the first-stage interlayer insulating film 102, and a second-stage contact hole 109 is formed in the interlayer insulating film 108. At the bottom of the contact hole 109, for example, CVD is used as an adhesion layer.
Thereby forming a Ti layer 110. In the contact hole 109 on the Ti layer 110, a TiN layer 111 is formed as a barrier layer by sputtering, for example. On the surface of the TiN layer 111, A
The iN layer 112 is formed.

【0031】コンタクトホール109内にはTiN層1
11、112を介して、例えばタングステンからなる2
段目のプラグ113が埋め込まれている。2段目の層間
絶縁膜108上に、プラグ113に接続する配線114
が形成されている。以上のように、半導体基板101
(あるいは下層の配線)と上層の配線114との間に高
アスペクト比のコンタクトホールが形成されている。
The TiN layer 1 is formed in the contact hole 109.
2 made of, for example, tungsten through 11, 112
The plug 113 of the step is embedded. A wiring 114 connected to the plug 113 is formed on the second-layer interlayer insulating film 108.
Are formed. As described above, the semiconductor substrate 101
A contact hole having a high aspect ratio is formed between (or the lower layer wiring) and the upper layer wiring 114.

【0032】次に、上記のコンタクト部の形成方法につ
いて説明する。まず、図1(b)に示すように、例えば
シリコンからなる半導体基板101上に、例えば酸化シ
リコンからなる1段目の層間絶縁膜102を形成する。
半導体基板101のかわりに、金属からなる配線層であ
ってもよい。
Next, a method of forming the above contact portion will be described. First, as shown in FIG. 1B, a first-level interlayer insulating film 102 made of, for example, silicon oxide is formed on a semiconductor substrate 101 made of, for example, silicon.
A wiring layer made of metal may be used instead of the semiconductor substrate 101.

【0033】次に、図2(c)に示すように、レジスト
(不図示)をマスクとして1段目の層間絶縁膜102に
エッチングを行い、1段目のコンタクトホール103を
形成する。その後、例えば自然酸化膜等を除去して、コ
ンタクトホール103内を清浄化するため、適宜ドライ
エッチング等を行う。このドライエッチングは、Ti層
104を形成するための前処理として行われる。
Next, as shown in FIG. 2C, the first-stage interlayer insulating film 102 is etched using a resist (not shown) as a mask to form a first-stage contact hole 103. After that, for example, a natural oxide film or the like is removed, and dry etching or the like is appropriately performed in order to clean the inside of the contact hole 103. This dry etching is performed as a pretreatment for forming the Ti layer 104.

【0034】次に、図2(d)に示すように、層間絶縁
膜102上およびコンタクトホール103の底部に、密
着層として例えばTi層104を形成する。Ti層10
4は、例えばCVDにより形成できる。具体的には、ソ
ースガスとしてTiCl4 を用い、キャリアガスとして
例えばH2 、Ar、N2 またはそれらの混合ガスを用い
て、CVDを行う。CVDによれば、良好なカバレッジ
でTi層104を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 2D, for example, a Ti layer 104 is formed as an adhesion layer on the interlayer insulating film 102 and on the bottom of the contact hole 103. Ti layer 10
4 can be formed by CVD, for example. Specifically, CVD is performed using TiCl 4 as a source gas and H 2 , Ar, N 2 or a mixed gas thereof as a carrier gas. By CVD, the Ti layer 104 can be formed with good coverage.

【0035】Ti層104は、コンタクトホール103
底部の半導体基板101と、コンタクトホール103内
に埋め込まれるプラグ金属との密着性を高める目的で設
けられる。ここで、CVDのかわりにスパッタリングに
よりTi層を形成することもできる。スパッタリングに
よりTi層を形成した場合、層間絶縁膜102上および
コンタクトホール103の底部以外に、コンタクトホー
ル103の側面にもTi層が形成される。
The Ti layer 104 has contact holes 103.
It is provided for the purpose of improving the adhesion between the bottom semiconductor substrate 101 and the plug metal embedded in the contact hole 103. Here, the Ti layer may be formed by sputtering instead of CVD. When the Ti layer is formed by sputtering, the Ti layer is formed not only on the interlayer insulating film 102 and the bottom of the contact hole 103 but also on the side surface of the contact hole 103.

【0036】次に、図2(e)に示すように、コンタク
トホール103内を含む全面に、バリアメタル層として
スパッタリングによりTiN層105を形成する。Ti
N層105の膜厚は例えば5nmとする。TiN層10
5を形成することにより、半導体基板101中のシリコ
ンとプラグ金属、あるいは層間絶縁膜102に含まれる
シリコンとプラグ金属との反応や、プラグ金属の拡散が
防止される。
Next, as shown in FIG. 2E, a TiN layer 105 is formed as a barrier metal layer by sputtering on the entire surface including the inside of the contact hole 103. Ti
The film thickness of the N layer 105 is, eg, 5 nm. TiN layer 10
By forming 5, the reaction between silicon in the semiconductor substrate 101 and the plug metal, or reaction between silicon contained in the interlayer insulating film 102 and the plug metal, and diffusion of the plug metal are prevented.

【0037】このスパッタリングはバイアススパッタリ
ング、ロングディスタンススパッタリングまたはセルフ
イオナイズドスパッタリングとすることができる。バイ
アススパッタリングは、バイアスによって励起されたA
r等をターゲットに当ててスパッタリングを行うもので
ある。
This sputtering can be bias sputtering, long distance sputtering or self-ionized sputtering. Bias sputtering is A excited by a bias.
Sputtering is performed by applying r or the like to a target.

【0038】ロングディスタンススパッタリングは、バ
イアススパッタリングの一種であり、ターゲットとウェ
ハとの距離を通常のバイアススパッタリングの数倍とし
て、ウェハに垂直に入射する成分を増やしたものであ
る。セルフイオナイズドスパッタリングは、バイアス等
で励起されたAr等がターゲットに当たって、ターゲッ
ト自身がイオン化し、これによりスパッタが行われるも
のである。
The long distance sputtering is a kind of bias sputtering, in which the distance between the target and the wafer is set to be several times that of normal bias sputtering, and the component vertically incident on the wafer is increased. In self-ionized sputtering, Ar or the like excited by a bias or the like hits the target and the target itself is ionized, whereby sputtering is performed.

【0039】次に、図3(f)に示すように、TiN層
105上にALDにより、さらにTiN層106を形成
する。このALDの成膜条件は後述する。次に、図3
(g)に示すように、例えばCVDによりコンタクトホ
ール103内を含む全面にタングステン層115を形成
する。
Next, as shown in FIG. 3F, a TiN layer 106 is further formed on the TiN layer 105 by ALD. The film forming conditions for this ALD will be described later. Next, FIG.
As shown in (g), the tungsten layer 115 is formed on the entire surface including the inside of the contact hole 103 by CVD, for example.

【0040】次に、図3(h)に示すように、全面にエ
ッチバックを行い、コンタクトホール103内にタング
ステンからなる1段目のプラグ107を形成する。その
後、例えば600℃以上の熱処理を行い、例えば半導体
基板101やプラグ107のエッチングダメージ等を回
復させたり、層間絶縁膜102を緻密化させたりする。
以上の工程により、1段目のコンタクトが形成される。
Next, as shown in FIG. 3H, the entire surface is etched back to form a first-stage plug 107 made of tungsten in the contact hole 103. Thereafter, for example, heat treatment at 600 ° C. or higher is performed to recover etching damage of the semiconductor substrate 101 or the plug 107, or to densify the interlayer insulating film 102.
Through the above steps, the first-stage contact is formed.

【0041】本実施形態の半導体装置の製造方法によれ
ば、スパッタリングによりTiN層105の形成を行っ
た後、ALDによりTiN層106を積層させる。これ
により、1段目のプラグ107の形成後、600℃以上
の熱処理を行った場合にも、接合リークの増大やコンタ
クト抵抗の上昇が防止される。
According to the method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment, the TiN layer 105 is formed by sputtering, and then the TiN layer 106 is laminated by ALD. This prevents an increase in junction leak and an increase in contact resistance even when heat treatment is performed at 600 ° C. or higher after the formation of the first-stage plug 107.

【0042】プラグ107の形成後、600℃以上の熱
処理を行うと、プラグ金属であるタングステンからフッ
素が発生する。これは、タングステン層115を形成す
るCVDにおいて、ソースガスとしてフッ化タングステ
ン(WF6 )が用いられることに起因する。
When heat treatment is performed at 600 ° C. or higher after forming the plug 107, fluorine is generated from the plug metal tungsten. This is because tungsten fluoride (WF 6 ) is used as a source gas in the CVD for forming the tungsten layer 115.

【0043】TiN層105をスパッタリングにより形
成した場合、(111)配向でTiN層が形成される。
それに対し、TiN層をCVDにより形成した場合、
(200)配向でTiN層が形成される。TiNの配向
状態が異なると、熱処理で発生するフッ素に対するバリ
ア性が異なる。スパッタリングによりTiN層105を
形成した場合、フッ素の拡散による接合リークの増大を
有効に防止できる。
When the TiN layer 105 is formed by sputtering, the TiN layer is formed in the (111) orientation.
On the other hand, when the TiN layer is formed by CVD,
A TiN layer is formed with a (200) orientation. When the orientation state of TiN is different, the barrier property against fluorine generated by heat treatment is different. When the TiN layer 105 is formed by sputtering, it is possible to effectively prevent an increase in junction leak due to the diffusion of fluorine.

【0044】また、ALDによりTiN層106を形成
した場合、配向状態は下地のスパッタリング膜の(11
1)配向を引き継いだものとなる。したがって、TiN
層105、106の積層膜は、TiNのCVD膜に比較
して、フッ素の拡散による接合リークの増大を有効に防
止できる。
When the TiN layer 106 is formed by ALD, the orientation state is (11) of the underlying sputtering film.
1) The orientation is succeeded. Therefore, TiN
The laminated film of the layers 105 and 106 can effectively prevent an increase in junction leak due to fluorine diffusion, as compared with the TiN CVD film.

【0045】TiNのスパッタリング膜とCVD膜は、
フッ素に対するバリア性のみでなく、塩素含有量も異な
る。TiNのCVD膜は塩素を約3%含有する。一方、
TiNのスパッタリング膜の塩素含有率は0%、TiN
のALD膜の塩素含有率は1%以下である。したがっ
て、TiNのスパッタリング膜とALD膜の積層膜では
全体で塩素含有率を1%以下に抑えることができる。
The TiN sputtering film and the CVD film are
Not only the barrier property against fluorine but also the chlorine content is different. The TiN CVD film contains about 3% chlorine. on the other hand,
Chlorine content of sputtered TiN film is 0%, TiN
The chlorine content of the ALD film is 1% or less. Therefore, in the laminated film of the TiN sputtering film and the ALD film, the chlorine content can be suppressed to 1% or less as a whole.

【0046】TiN層に含まれる塩素は熱処理により拡
散し、例えば半導体基板101の欠陥部分等を攻撃す
る。これによっても、接合リークは増大する。したがっ
て、塩素の拡散による影響を少なくするためには、Ti
NのCVD膜を用いるよりも、スパッタリング膜を用い
る方が望ましい。
Chlorine contained in the TiN layer diffuses by heat treatment and attacks, for example, a defective portion of the semiconductor substrate 101. This also increases the junction leak. Therefore, in order to reduce the influence of chlorine diffusion, Ti
It is more preferable to use a sputtering film than to use a N CVD film.

【0047】以上のように、スパッタリングとALDに
より積層されたTiN層105、106は、フッ素に対
するバリア性が高く、かつ塩素の拡散源となりにくいこ
とから、熱処理による接合リークの増大を防止する上で
有効である。TiNのスパッタリング膜とALD膜は、
例えば、X線マイクロアナライザーの一種であるEDX
(Energy dispersive X-ray spectrometer)を用いて塩
素含有率を測定することにより、識別できる。また、A
LD膜はアモルファスであるのに対し、スパッタリング
膜は結晶であり、これもEDXにより識別できる。
As described above, the TiN layers 105 and 106 laminated by sputtering and ALD have a high barrier property against fluorine and are less likely to serve as a chlorine diffusion source, and therefore prevent an increase in junction leak due to heat treatment. It is valid. The TiN sputtering film and ALD film are
For example, EDX which is a kind of X-ray micro analyzer
It can be identified by measuring the chlorine content using (Energy dispersive X-ray spectrometer). Also, A
The LD film is amorphous, whereas the sputtering film is crystalline, which can also be identified by EDX.

【0048】次に、図4(i)に示すように、全面に、
例えば酸化シリコンからなる2段目の層間絶縁膜108
を形成する。次に、図4(j)に示すように、2段目の
層間絶縁膜108にエッチングを行い、2段目のコンタ
クトホール109を形成する。次に、図5(k)に示す
ように、層間絶縁膜108上およびコンタクトホール1
09底部に、1段目と同様に、例えばCVDにより密着
層としてTi層110を形成する。
Next, as shown in FIG. 4 (i),
For example, the second interlayer insulating film 108 made of silicon oxide
To form. Next, as shown in FIG. 4J, the second-level interlayer insulating film 108 is etched to form a second-level contact hole 109. Next, as shown in FIG. 5K, on the interlayer insulating film 108 and the contact hole 1
A Ti layer 110 is formed as an adhesion layer on the bottom of the substrate 09 by CVD, for example, as in the first step.

【0049】Ti層110は、コンタクトホール109
底部のプラグ107と、コンタクトホール109内に埋
め込まれるプラグ金属との密着性を高める目的で設けら
れる。ここで、1段目と同様に、CVDのかわりにスパ
ッタリングによりTi層を形成することもできる。スパ
ッタリングによりTi層を形成した場合、層間絶縁膜1
08上およびコンタクトホール109の底部以外に、コ
ンタクトホール109の側面にもTi層が形成される。
The Ti layer 110 has contact holes 109.
It is provided for the purpose of enhancing the adhesiveness between the bottom plug 107 and the plug metal embedded in the contact hole 109. Here, similarly to the first step, the Ti layer can be formed by sputtering instead of CVD. When the Ti layer is formed by sputtering, the interlayer insulating film 1
A Ti layer is formed on the side surface of the contact hole 109 as well as on the 08 and the bottom of the contact hole 109.

【0050】次に、図5(l)に示すように、コンタク
トホール109内を含む全面に、スパッタリングにより
TiN層111を形成する。このスパッタリングは、T
iN層105を形成する場合(図2(e)参照)と同様
に、バイアススパッタリング、ロングディスタンススパ
ッタリングまたはセルフイオナイズドスパッタリングと
することができる。
Next, as shown in FIG. 5L, a TiN layer 111 is formed on the entire surface including the inside of the contact hole 109 by sputtering. This sputtering is T
As in the case of forming the iN layer 105 (see FIG. 2E), bias sputtering, long distance sputtering, or self-ionized sputtering can be performed.

【0051】TiN層111を形成することにより、層
間絶縁膜108に含まれるシリコンとプラグ金属との反
応や、プラグ金属の拡散等が防止される。さらに、1段
目と同様に、TiN層111上にALDによりTiN層
112を形成する。このALDの成膜条件は、TiN層
106の成膜条件と同様でよい。
By forming the TiN layer 111, reaction between silicon contained in the interlayer insulating film 108 and the plug metal, diffusion of the plug metal, etc. are prevented. Further, similarly to the first step, the TiN layer 112 is formed on the TiN layer 111 by ALD. The film forming conditions for this ALD may be the same as the film forming conditions for the TiN layer 106.

【0052】次に、図6(m)に示すように、1段目と
同様に、例えばCVDによりコンタクトホール109内
を含む全面にタングステン層116を形成する。次に、
図6(n)に示すように、全面にエッチバックを行うこ
とにより、コンタクトホール109内に2段目のプラグ
113を形成する。
Next, as shown in FIG. 6M, similarly to the first step, a tungsten layer 116 is formed on the entire surface including the inside of the contact hole 109 by CVD, for example. next,
As shown in FIG. 6N, the entire surface is etched back to form the second plug 113 in the contact hole 109.

【0053】次に、例えば600℃以上の熱処理を行
い、例えばプラグ113のエッチングダメージ等を回復
させたり、1段目のプラグ107と2段目のプラグ11
3との接合部を均質化したり、あるいは層間絶縁膜10
8を緻密化させたりする。以上の工程により、1段目の
コンタクトに接続する2段目のコンタクトが形成され
る。
Next, for example, heat treatment at 600 ° C. or higher is performed to recover, for example, the etching damage of the plug 113, the first-stage plug 107 and the second-stage plug 11
3 is homogenized, or the interlayer insulating film 10
8 is densified. Through the above steps, the second-stage contact connected to the first-stage contact is formed.

【0054】2段目においても、1段目と同様に、Ti
Nのスパッタリング膜(TiN層111)とALD膜
(TiN層112)を積層させることにより、フッ素の
拡散による影響を少なくし、TiNからの塩素の拡散も
低減できる。したがって、2段目のプラグ113の形成
後、600℃以上の熱処理を行った場合にも、接合リー
クの増大やコンタクト抵抗の上昇が防止される。
In the second stage, as in the first stage, Ti
By stacking the N sputtering film (TiN layer 111) and the ALD film (TiN layer 112), the influence of fluorine diffusion can be reduced and the diffusion of chlorine from TiN can be reduced. Therefore, even if a heat treatment at 600 ° C. or higher is performed after the formation of the second-stage plug 113, an increase in junction leak and an increase in contact resistance are prevented.

【0055】その後、図1(a)に示すように、全面に
例えばアルミニウム等の金属層を形成してから、金属層
にエッチングを行うことにより、プラグ113に接続す
る配線114を形成する。以上のようにして、プロセス
的にはアスペクト比を著しく高くせずに、半導体基板1
01(あるいは下層の配線)と上層の配線114との間
に高アスペクト比のコンタクトホールを形成することが
できる。
After that, as shown in FIG. 1A, a metal layer such as aluminum is formed on the entire surface, and then the metal layer is etched to form the wiring 114 connected to the plug 113. As described above, the semiconductor substrate 1 can be processed without raising the aspect ratio remarkably.
A contact hole with a high aspect ratio can be formed between 01 (or lower layer wiring) and the upper layer wiring 114.

【0056】上記のTiN層106、112をALDに
より形成するとき、原料の供給は連続的に行っても、間
欠的に行ってもいずれでもよい。原料の供給を連続的に
行う場合の成膜条件は、例えばTiCl4 液体流量を1
5mgm、NH3 ガス流量を500sccm、基板温度
を680℃とする。
When the TiN layers 106 and 112 are formed by ALD, the raw material may be supplied continuously or intermittently. The film forming conditions for continuously supplying the raw materials are, for example, TiCl 4 liquid flow rate of 1
5 mgm, NH 3 gas flow rate is 500 sccm, and substrate temperature is 680 ° C.

【0057】一方、原料の供給を間欠的に行う場合の成
膜条件は、例えば次の2つのステップの繰り返しとな
る。ステップ1は、TiCl4 を液体流量20mgmで
1秒間供給する。その後、窒素ガスを流量500scc
mで10秒間供給し、パージを行う。ステップ2は、N
3 をガス流量500sccmで1秒間供給する。その
後、窒素ガスを流量500sccmで10秒間供給し、
パージを行う。
On the other hand, the film forming conditions for intermittently supplying the raw materials are, for example, the following two steps being repeated. In step 1, TiCl 4 is supplied at a liquid flow rate of 20 mgm for 1 second. After that, the flow rate of nitrogen gas is 500 scc.
m for 10 seconds and purge. Step 2 is N
H 3 is supplied at a gas flow rate of 500 sccm for 1 second. Then, nitrogen gas was supplied at a flow rate of 500 sccm for 10 seconds,
Purge.

【0058】図7は、この成膜条件の原料供給タイミン
グチャートであり、(1)はステップ1、(2)はステ
ップ2を示す。原料の供給を間欠的に行う場合、TiN
層106、112の膜厚が所望の膜厚(例えば5nm)
となるまで、図7に示すステップ1とステップ2を繰り
返す。
FIG. 7 is a raw material supply timing chart under the film forming conditions. (1) shows step 1 and (2) shows step 2. When the raw materials are supplied intermittently, TiN
The film thickness of the layers 106 and 112 is a desired film thickness (for example, 5 nm)
Until, the steps 1 and 2 shown in FIG. 7 are repeated.

【0059】上記の本実施形態の半導体装置の製造方法
によれば、コンタクトホール103(または109)内
に、スパッタリングによりTiN層105(または11
1)を形成した後、さらにALDによりTiN層106
(または112)を形成するため、フッ素の拡散に対す
るバリア性が高くなり、かつTiN層からの塩素の拡散
も少なくできる。したがって、プラグ形成後に熱処理を
行っても、接合リークの増大が防止される。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment described above, the TiN layer 105 (or 11) is formed in the contact hole 103 (or 109) by sputtering.
After forming 1), the TiN layer 106 is further formed by ALD.
Since (or 112) is formed, the barrier property against the diffusion of fluorine is enhanced, and the diffusion of chlorine from the TiN layer can be reduced. Therefore, even if the heat treatment is performed after forming the plug, an increase in junction leak can be prevented.

【0060】また、上記の本実施形態の半導体装置の製
造方法によれば、スパッタリングによりTiN層105
(または111)を形成する前に、CVDにより密着層
としてTi層104(または110)を形成する。これ
により、TiN層105(または111)のカバレッジ
が改善され、バリアメタル層のオーバーハングが防止さ
れる。したがって、プラグとなるタングステン層にボイ
ドが発生しにくくなり、エレクトロマイグレーションが
抑制される。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, the TiN layer 105 is formed by sputtering.
Before forming (or 111), a Ti layer 104 (or 110) is formed as an adhesion layer by CVD. This improves the coverage of the TiN layer 105 (or 111) and prevents overhang of the barrier metal layer. Therefore, voids are less likely to occur in the tungsten layer that will be the plug, and electromigration is suppressed.

【0061】(実施形態2)実施形態1の半導体装置の
製造方法において、1段目のTi層104を形成する前
の前処理エッチング、CVDによるTi層104の形
成、スパッタリングによるTiN層105の形成、およ
びALDによるTiN層106の形成は、同一の装置内
で連続的に行うことが可能である。
(Embodiment 2) In the method of manufacturing a semiconductor device of Embodiment 1, pretreatment etching before forming the Ti layer 104 of the first stage, formation of the Ti layer 104 by CVD, formation of the TiN layer 105 by sputtering. , And the formation of the TiN layer 106 by ALD can be continuously performed in the same apparatus.

【0062】同様に、CVDによる2段目のTi層11
0の形成、スパッタリングによるTiN層111の形
成、およびALDによるTiN層112の形成も、同一
の装置内で連続的に行うことが可能である。TiN層1
06またはTiN層112をALDにより形成した後、
チャンバ内を大気開放し、その後、プラグとなるタング
ステン層を形成した。
Similarly, the second Ti layer 11 formed by CVD is used.
The formation of 0, the formation of the TiN layer 111 by sputtering, and the formation of the TiN layer 112 by ALD can be continuously performed in the same apparatus. TiN layer 1
After forming the 06 or TiN layer 112 by ALD,
The inside of the chamber was opened to the atmosphere, and then a tungsten layer to be a plug was formed.

【0063】この場合、Ti層104、110を形成す
るためのCVDとしては、平行平板型、ECR型、IC
P型、HDP型等のプラズマCVDが挙げられる。平行
平板型プラズマCVDによりTi層104(または11
0)を形成する場合の成膜条件は、例えばTiCl4
体流量を50mgm、H2 ガス流量を3000scc
m、RFパワーを300W、圧力を5Torr、基板温
度を650℃とする。
In this case, as the CVD for forming the Ti layers 104 and 110, parallel plate type, ECR type, IC
P-type and HDP-type plasma CVD may be used. The Ti layer 104 (or 11) is formed by parallel plate plasma CVD.
0) is formed by, for example, a TiCl 4 liquid flow rate of 50 mgm and an H 2 gas flow rate of 3000 scc.
m, RF power is 300 W, pressure is 5 Torr, and substrate temperature is 650 ° C.

【0064】上記のように、Ti層104を形成する前
の前処理エッチング、CVDによるTi層104の形
成、スパッタリングによるTiN層105の形成、およ
びALDによるTiN層106の形成を、同一の装置内
で連続的に行った場合も、プラグ形成後の熱処理による
接合リークの増大は抑制される。同様に、CVDによる
Ti層110の形成、スパッタリングによるTiN層1
11の形成、およびALDによるTiN層112を、同
一の装置内で連続的に行った場合も、プラグ形成後の熱
処理による接合リークの増大が抑制される。
As described above, pretreatment etching before forming the Ti layer 104, formation of the Ti layer 104 by CVD, formation of the TiN layer 105 by sputtering, and formation of the TiN layer 106 by ALD are performed in the same apparatus. Also in the case of being continuously performed with, the increase in junction leak due to the heat treatment after the plug formation is suppressed. Similarly, the Ti layer 110 is formed by CVD, and the TiN layer 1 is formed by sputtering.
Even when the formation of 11 and the TiN layer 112 by ALD are continuously performed in the same apparatus, an increase in junction leak due to the heat treatment after the plug formation is suppressed.

【0065】上記の本発明の実施形態の半導体装置の製
造方法によれば、コンタクト部にプラグを形成した後、
例えば600℃以上の熱処理を行った場合にも、接合リ
ークの増大やコンタクト抵抗の上昇が防止される。ま
た、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、プロ
セス的にはアスペクト比を著しく高くせずに、半導体基
板101(あるいは下層の配線)と上層の配線114と
の間に高アスペクト比のコンタクトホールを形成するこ
とができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the above-described embodiment of the present invention, after forming the plug in the contact portion,
For example, even when heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, an increase in junction leak and an increase in contact resistance are prevented. Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, a high aspect ratio is not provided between the semiconductor substrate 101 (or lower layer wiring) and the upper layer wiring 114 without increasing the aspect ratio remarkably in process. A contact hole can be formed.

【0066】本発明の半導体装置およびその製造方法の
実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、Ti
層やTiN層の成膜条件等は適宜変更できる。また、1
段目のコンタクトのみスパッタリングとALDの両方に
よりTiN層を形成し、2段目のコンタクトにはスパッ
タリングのみでTiN層を形成するようにしてもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更
が可能である。
The embodiments of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention are not limited to the above description. For example, Ti
The conditions for forming the layers and the TiN layer can be changed as appropriate. Also, 1
It is also possible to form the TiN layer only by the sputtering and ALD only on the contact of the second step and form the TiN layer on the contact of the second step only by the sputtering.
Besides, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、プラグ形成後に熱処理を行っても、コンタクト部に
おける接合リークの増大や、コンタクト抵抗の上昇が防
止される。本発明の半導体装置によれば、コンタクト部
における接合リークが抑制され、コンタクト抵抗が低減
される。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, even if heat treatment is performed after the formation of the plug, an increase in junction leak and an increase in contact resistance at the contact portion can be prevented. According to the semiconductor device of the present invention, the junction leak at the contact portion is suppressed and the contact resistance is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1(a)は本発明の半導体装置の製造方法に
より形成されるコンタクト部の断面図であり、図1
(b)は本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示
す断面図である。
FIG. 1A is a cross-sectional view of a contact portion formed by a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
(B) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention.

【図2】図2(c)〜(e)は本発明の半導体装置の製
造方法の製造工程を示す断面図であり、図1(b)に続
く工程を示す。
2 (c) to 2 (e) are cross-sectional views showing a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, showing a process following FIG. 1 (b).

【図3】図3(f)〜(h)は本発明の半導体装置の製
造方法の製造工程を示す断面図であり、図2(e)に続
く工程を示す。
3 (f) to 3 (h) are cross-sectional views showing a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, showing a process following FIG. 2 (e).

【図4】図4(i)および(j)は本発明の半導体装置
の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図3(h)
に続く工程を示す。
4 (i) and 4 (j) are cross-sectional views showing a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and FIG.
The process following is shown.

【図5】図5(k)および(l)は本発明の半導体装置
の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図4(j)
に続く工程を示す。
5 (k) and 5 (l) are cross-sectional views showing a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and FIG.
The process following is shown.

【図6】図6(m)および(n)は本発明の半導体装置
の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図5(l)
に続く工程を示す。
6 (m) and 6 (n) are cross-sectional views showing a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and FIG.
The process following is shown.

【図7】図7は本発明の半導体装置の製造方法におい
て、ALDによりTiN層を形成する際の原料供給タイ
ミングチャートの一例である。
FIG. 7 is an example of a raw material supply timing chart when a TiN layer is formed by ALD in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図8】図8(a)および(b)は従来の半導体装置の
製造方法の製造工程を示す断面図である。
8A and 8B are cross-sectional views showing manufacturing steps of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図9】図9(c)〜(e)は従来の半導体装置の製造
方法の製造工程を示す断面図であり、図8(b)に続く
工程を示す。
9 (c) to 9 (e) are cross-sectional views showing manufacturing steps of a conventional method for manufacturing a semiconductor device, showing steps following FIG. 8 (b).

【図10】図10(f)および(g)は従来の半導体装
置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図9
(e)に続く工程を示す。
10 (f) and 10 (g) are cross-sectional views showing manufacturing steps of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
The process following (e) is shown.

【図11】図11(h)および(i)は従来の半導体装
置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図10
(g)に続く工程を示す。
11 (h) and 11 (i) are cross-sectional views showing manufacturing steps of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
The process following (g) is shown.

【図12】図12(j)および(k)は従来の半導体装
置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図11
(i)に続く工程を示す。
12 (j) and 12 (k) are cross-sectional views showing manufacturing steps of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
The process following (i) is shown.

【図13】図13(a)はコンタクトホール内にオーバ
ーハングした状態で形成されたTiN層を示す断面図で
あり、図13(b)はコンタクトホール内のタングステ
ンにボイドが発生した状態を示す断面図である。
13A is a cross-sectional view showing a TiN layer formed in a contact hole in an overhang state, and FIG. 13B shows a state in which a void is generated in tungsten in the contact hole. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201…半導体基板、102、108、20
2、207…層間絶縁膜、103、109、203、2
08…コンタクトホール、104、110…Ti層、1
05、106、111、112、204、209、21
3…TiN層、107、113、206、211…プラ
グ、114、212…配線、115、116、205、
210、214…タングステン層、215…ボイド。
101, 201 ... Semiconductor substrate, 102, 108, 20
2, 207 ... Interlayer insulating film, 103, 109, 203, 2
08 ... contact hole, 104, 110 ... Ti layer, 1
05, 106, 111, 112, 204, 209, 21
3 ... TiN layer, 107, 113, 206, 211 ... Plug, 114, 212 ... Wiring, 115, 116, 205,
210, 214 ... Tungsten layer, 215 ... Void.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 BB02 BB14 BB37 CC01 DD08 DD16 DD23 DD31 DD37 DD38 DD43 DD65 DD78 DD83 FF18 FF22 HH01 HH08 HH12 HH14 HH15 HH20 5F033 HH08 JJ18 JJ19 JJ33 KK01 KK07 LL07 NN06 NN07 NN37 PP06 PP12 PP15 PP17 PP33 QQ08 QQ09 QQ11 QQ31 QQ37 QQ73 QQ74 QQ92 QQ94 QQ98 RR04 XX00 XX01 XX02 XX03 XX04 XX05 XX09 XX13 XX28   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 4M104 BB02 BB14 BB37 CC01 DD08                       DD16 DD23 DD31 DD37 DD38                       DD43 DD65 DD78 DD83 FF18                       FF22 HH01 HH08 HH12 HH14                       HH15 HH20                 5F033 HH08 JJ18 JJ19 JJ33 KK01                       KK07 LL07 NN06 NN07 NN37                       PP06 PP12 PP15 PP17 PP33                       QQ08 QQ09 QQ11 QQ31 QQ37                       QQ73 QQ74 QQ92 QQ94 QQ98                       RR04 XX00 XX01 XX02 XX03                       XX04 XX05 XX09 XX13 XX28

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の導電層上に第1の層間絶縁膜を形成
する工程と、 前記第1の層間絶縁膜に第1の開口部を形成する工程
と、 少なくとも前記第1の開口部の底部に第1の密着層を形
成する工程と、 前記第1の開口部内に前記第1の密着層を介して、スパ
ッタリングにより第1のバリアメタル層を形成する工程
と、 前記第1のバリアメタル層の表面に、ALD(atomic l
ayer deposition)により第2のバリアメタル層を形成す
る工程と、 前記第1の開口部内に前記第1の密着層、前記第1のバ
リアメタル層および前記第2のバリアメタル層を介し
て、導電体からなる第1のプラグを形成する工程と、 第1の熱処理を行う工程と、 前記第1の層間絶縁膜上に第2の層間絶縁膜を形成する
工程と、 前記第1の開口部上の前記第2の層間絶縁膜に、第2の
開口部を形成する工程と、 前記第2の開口部内に導電体からなる第2のプラグを形
成する工程と、 第2の熱処理を行う工程と、 少なくとも前記第2のプラグ上に、前記第1のプラグお
よび前記第2のプラグを介して前記第1の導電層に電気
的に接続する第2の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。
1. A step of forming a first interlayer insulating film on a first conductive layer, a step of forming a first opening in the first interlayer insulating film, and at least the first opening. A first adhesion layer on the bottom of the first barrier layer; a step of forming a first barrier metal layer by sputtering in the first opening through the first adhesion layer; On the surface of the metal layer, ALD (atomic l
a second deposition process) to form a second barrier metal layer, and a conductive layer is formed in the first opening through the first adhesion layer, the first barrier metal layer and the second barrier metal layer. A step of forming a first plug made of a body, a step of performing a first heat treatment, a step of forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film, and a step of forming the first opening on the first opening. Forming a second opening in the second interlayer insulating film, forming a second plug made of a conductor in the second opening, and performing a second heat treatment. A step of forming a second conductive layer electrically connected to the first conductive layer via the first plug and the second plug on at least the second plug. Manufacturing method.
【請求項2】前記第2の開口部を形成後、前記第2のプ
ラグを形成する前に、少なくとも前記第2の開口部の底
部に第2の密着層を形成する工程と、 前記第2の開口部内に前記第2の密着層を介して、スパ
ッタリングにより第3のバリアメタル層を形成する工程
と、 前記第3のバリアメタル層の表面に、ALDにより第4
のバリアメタル層を形成する工程とをさらに有し、 前記第2のプラグを形成する工程において、前記第2の
開口部内に前記第2の密着層、前記第3のバリアメタル
層および前記第4のバリアメタル層を介して、前記第2
のプラグを形成する請求項1記載の半導体装置の製造方
法。
2. A step of forming a second adhesion layer on at least a bottom portion of the second opening after forming the second opening and before forming the second plug; Forming a third barrier metal layer by sputtering through the second adhesive layer in the opening of the third barrier metal layer, and forming a fourth barrier metal layer on the surface of the third barrier metal layer by ALD.
And a step of forming the barrier metal layer, the step of forming the second plug, wherein the second adhesion layer, the third barrier metal layer, and the fourth barrier metal layer are formed in the second opening. Through the barrier metal layer of
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the plug is formed.
【請求項3】前記第1の密着層を形成する工程は、化学
気相成長(CVD;chemical vapordeposition)により
チタン層を形成する工程を含む請求項1記載の半導体装
置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the first adhesion layer includes the step of forming a titanium layer by chemical vapor deposition (CVD).
【請求項4】前記第1の密着層を形成する工程は、スパ
ッタリングによりチタン層を形成する工程を含む請求項
1記載の半導体装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the first adhesion layer includes the step of forming a titanium layer by sputtering.
【請求項5】前記第2の密着層を形成する工程は、CV
Dによりチタン層を形成する工程を含む請求項2記載の
半導体装置の製造方法。
5. The step of forming the second adhesion layer comprises CV
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising the step of forming a titanium layer by D.
【請求項6】前記第2の密着層を形成する工程は、スパ
ッタリングによりチタン層を形成する工程を含む請求項
2記載の半導体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the step of forming the second adhesion layer includes the step of forming a titanium layer by sputtering.
【請求項7】前記第1のバリアメタル層を形成する工程
と、前記第2のバリアメタル層を形成する工程は、とも
に(111)配向の窒化チタン層を形成する工程を含む
請求項1記載の半導体装置の製造方法。
7. The step of forming the first barrier metal layer and the step of forming the second barrier metal layer both include the step of forming a (111) -oriented titanium nitride layer. Of manufacturing a semiconductor device of.
【請求項8】前記第3のバリアメタル層を形成する工程
と、前記第4のバリアメタル層を形成する工程は、とも
に(111)配向の窒化チタン層を形成する工程を含む
請求項2記載の半導体装置の製造方法。
8. The step of forming the third barrier metal layer and the step of forming the fourth barrier metal layer both include the step of forming a (111) -oriented titanium nitride layer. Of manufacturing a semiconductor device of.
【請求項9】前記第1のプラグを形成する工程は、CV
Dによりタングステン層を形成する工程と、 前記タングステン層にエッチングを行う工程とを含む請
求項1記載の半導体装置の製造方法。
9. The step of forming the first plug comprises CV
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: a step of forming a tungsten layer by D; and a step of etching the tungsten layer.
【請求項10】前記第2のプラグを形成する工程は、C
VDによりタングステン層を形成する工程と、 前記タングステン層にエッチングを行う工程とを含む請
求項2記載の半導体装置の製造方法。
10. The step of forming the second plug comprises C
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising: a step of forming a tungsten layer by VD; and a step of etching the tungsten layer.
【請求項11】前記第1の密着層は、前記第1のバリア
メタル層の窒化チタンが(111)配向するような膜厚
で形成する請求項7記載の半導体装置の製造方法。
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the first adhesion layer is formed with a film thickness such that titanium nitride of the first barrier metal layer is (111) oriented.
【請求項12】前記第1の密着層の膜厚は、ほぼ0.5
nm以上である請求項11記載の半導体装置の製造方
法。
12. The film thickness of the first adhesion layer is approximately 0.5.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the thickness is not less than nm.
【請求項13】前記第2の密着層は、前記第3のバリア
メタル層の窒化チタンが(111)配向するような膜厚
で形成する請求項8記載の半導体装置の製造方法。
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the second adhesion layer is formed with a film thickness such that titanium nitride of the third barrier metal layer is (111) oriented.
【請求項14】前記第2の密着層の膜厚は、ほぼ0.5
nm以上である請求項13記載の半導体装置の製造方
法。
14. The film thickness of the second adhesion layer is about 0.5.
14. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the thickness is not less than nm.
【請求項15】前記第1の密着層を形成する工程は、平
行平板型プラズマCVD、ECR(electron cyclotron
resonance)プラズマCVD、ICP(inductively co
upledplasma)CVDまたはHDP(high density plas
ma)CVDを含む請求項3記載の半導体装置の製造方
法。
15. The step of forming the first adhesion layer comprises parallel plate plasma CVD, ECR (electron cyclotron).
resonance) plasma CVD, ICP (inductively co
upled plasma (CVD) or HDP (high density plas)
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, which includes ma) CVD.
【請求項16】前記第2の密着層を形成する工程は、平
行平板型プラズマCVD、ECRプラズマCVD、IC
P CVDまたはHDP CVDを含む請求項5記載の
半導体装置の製造方法。
16. The step of forming the second adhesion layer comprises parallel plate plasma CVD, ECR plasma CVD, IC
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, which includes P CVD or HDP CVD.
【請求項17】前記第1のバリアメタル層を形成する工
程は、バイアススパッタリング、ロングディスタンスス
パッタリングまたはセルフイオナイズドスパッタリング
を含む請求項1記載の半導体装置の製造方法。
17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the first barrier metal layer includes bias sputtering, long distance sputtering, or self-ionized sputtering.
【請求項18】前記第3のバリアメタル層を形成する工
程は、バイアススパッタリング、ロングディスタンスス
パッタリングまたはセルフイオナイズドスパッタリング
を含む請求項2記載の半導体装置の製造方法。
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the step of forming the third barrier metal layer includes bias sputtering, long distance sputtering, or self-ionized sputtering.
【請求項19】導電層と、 前記導電層上に形成された層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜に形成された、前記導電層に達する開口
部と、 前記開口部の少なくとも底部に形成された密着層と、 前記開口部内に前記密着層を介してスパッタリングによ
り形成された第1のバリアメタル層と、 前記第1のバリアメタル層の表面にALDにより形成さ
れた第2のバリアメタル層であって、前記第1のバリア
メタル層との積層膜の塩素含有率がほぼ1%以下である
前記第2のバリアメタル層とを有する半導体装置。
19. A conductive layer, an interlayer insulating film formed on the conductive layer, an opening formed in the interlayer insulating film, the opening reaching the conductive layer, and formed at least at the bottom of the opening. An adhesion layer, a first barrier metal layer formed by sputtering in the opening via the adhesion layer, and a second barrier metal layer formed by ALD on the surface of the first barrier metal layer. And a second barrier metal layer in which the chlorine content of the laminated film with the first barrier metal layer is approximately 1% or less.
【請求項20】前記密着層はCVDまたはスパッタリン
グにより形成されたチタン層を含み、 前記第1および第2のバリアメタル層は窒化チタン層を
含む請求項19記載の半導体装置。
20. The semiconductor device according to claim 19, wherein the adhesion layer includes a titanium layer formed by CVD or sputtering, and the first and second barrier metal layers include a titanium nitride layer.
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