JP2728047B2 - 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Info
- Publication number
- JP2728047B2 JP2728047B2 JP25447395A JP25447395A JP2728047B2 JP 2728047 B2 JP2728047 B2 JP 2728047B2 JP 25447395 A JP25447395 A JP 25447395A JP 25447395 A JP25447395 A JP 25447395A JP 2728047 B2 JP2728047 B2 JP 2728047B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- conductive
- semiconductor device
- barrier
- contact hole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の構造お
よびその製造方法に関し、特に化学気相成長法で形成さ
れたバリアメタルの構造およびその形成方法に関するも
のである。
よびその製造方法に関し、特に化学気相成長法で形成さ
れたバリアメタルの構造およびその形成方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、コンタクト孔やビアホール内にバ
リアメタルを敷設するには、スパッタ法が用いられてい
た。しかし、集積度の向上により孔のサイズが縮小する
にしたがって、スパッタ法では膜の段差被覆性が不充分
となり、代わって化学気相成長法によるバリア膜が注目
されるようになってきている。スパッタ法あるいは化学
気相成長法で形成するバリアメタルは、現状ではＴｉＮ
がもっとも一般的であるがそのほかにもＺｒＮ、ＨｆＮ
等も候補にあがっている。
リアメタルを敷設するには、スパッタ法が用いられてい
た。しかし、集積度の向上により孔のサイズが縮小する
にしたがって、スパッタ法では膜の段差被覆性が不充分
となり、代わって化学気相成長法によるバリア膜が注目
されるようになってきている。スパッタ法あるいは化学
気相成長法で形成するバリアメタルは、現状ではＴｉＮ
がもっとも一般的であるがそのほかにもＺｒＮ、ＨｆＮ
等も候補にあがっている。
【０００３】図２（ａ）は、一般的なコンタクト孔のバ
リアメタルの形成方法を説明するための断面図である。
Ｓｉ基板２０１の表面領域に拡散層２０２を形成した
後、全面に層間絶縁膜２０３を成長させ、これにコンタ
クト孔２０４を開孔する。そしてＴｉＮなどからなるバ
リアメタル膜２０５を形成する。その後、コンタクト孔
２０４内をＷプラグ等で埋め込み層間絶縁膜２０３上に
Ａｌ合金等の良導電性材料を用いて配線を形成する。あ
るいは、コンタクト孔内にプラグを形成することなく、
直接良導電性材料を成膜して配線を形成する。
リアメタルの形成方法を説明するための断面図である。
Ｓｉ基板２０１の表面領域に拡散層２０２を形成した
後、全面に層間絶縁膜２０３を成長させ、これにコンタ
クト孔２０４を開孔する。そしてＴｉＮなどからなるバ
リアメタル膜２０５を形成する。その後、コンタクト孔
２０４内をＷプラグ等で埋め込み層間絶縁膜２０３上に
Ａｌ合金等の良導電性材料を用いて配線を形成する。あ
るいは、コンタクト孔内にプラグを形成することなく、
直接良導電性材料を成膜して配線を形成する。
【０００４】化学気相成長法によるバリアメタル膜の成
膜方法には大別して以下の３種類の方法がある。なお、
以下の例ではＴｉＮについて記述するが、例示されてい
る化合物中のＴｉ原子をＺｒ、Ｈｆ等に置換することに
より、ＺｒＮ、ＨｆＮの形成も同様に可能である。 無機原料からの成膜 最も広く用いられるのは、ＴｉＣｌ4 とＮＨ3 を原料と
し、減圧下、５００〜７００℃の成膜温度で膜形成する
方法である。この方法によれば、２００〜３００μΩｃ
ｍ程度の比抵抗と良好な段差被覆性を合せ持つ膜を容易
に形成できるが、成膜温度が高いので、主としてコンタ
クト孔用のバリアメタルとして考えられている。
膜方法には大別して以下の３種類の方法がある。なお、
以下の例ではＴｉＮについて記述するが、例示されてい
る化合物中のＴｉ原子をＺｒ、Ｈｆ等に置換することに
より、ＺｒＮ、ＨｆＮの形成も同様に可能である。 無機原料からの成膜 最も広く用いられるのは、ＴｉＣｌ4 とＮＨ3 を原料と
し、減圧下、５００〜７００℃の成膜温度で膜形成する
方法である。この方法によれば、２００〜３００μΩｃ
ｍ程度の比抵抗と良好な段差被覆性を合せ持つ膜を容易
に形成できるが、成膜温度が高いので、主としてコンタ
クト孔用のバリアメタルとして考えられている。
【０００５】 有機原料とアンモニアからの成膜 例えば、公開特許広報昭６３−２３０８７７号公報に記
載されているように、有機Ｔｉ化合物とアンモニアと水
素を供給し、０．１〜１０Ｔｏｒｒの減圧下、５０〜４
００℃程度の反応温度でＴｉＮ膜を成膜し、これによ
り、成長方向に垂直な結晶粒界の数が１μｍ当たり平均
１個以下であるようにする方法がある。
載されているように、有機Ｔｉ化合物とアンモニアと水
素を供給し、０．１〜１０Ｔｏｒｒの減圧下、５０〜４
００℃程度の反応温度でＴｉＮ膜を成膜し、これによ
り、成長方向に垂直な結晶粒界の数が１μｍ当たり平均
１個以下であるようにする方法がある。
【０００６】 有機原料の熱分解による成膜 例えば、ジャーナルオブエレクトロケミカルソサイエテ
ィ１２２巻（１９７５年）１５４５〜１５４９ページに
おいて述べられているように、含有窒素化合物であるア
ジド化合物Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3 ）2 ］4 等の有機金属化合
物を用い、３００〜４００℃程度での熱分解を利用して
ＴｉＮ膜を形成する。
ィ１２２巻（１９７５年）１５４５〜１５４９ページに
おいて述べられているように、含有窒素化合物であるア
ジド化合物Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3 ）2 ］4 等の有機金属化合
物を用い、３００〜４００℃程度での熱分解を利用して
ＴｉＮ膜を形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】バリアメタルを設ける
第一義的な目的は、これを挾む二つの層間での相互拡散
や反応を阻止することであるところ、上記の技術を用い
て形成したバリアメタル膜は、従来の半導体装置に対し
ては有効な性能を持ち、安定したコンタクトあるいはビ
アホール構造を得るのに効果的な技術であった。しかし
素子の微細化、集積度の向上にともない、使用されるバ
リアメタルの膜厚が微細化の程度に応じて薄くなってく
ると、上記の方法で形成した膜では、以下の理由により
そのバリア性が不十分になってきている。
第一義的な目的は、これを挾む二つの層間での相互拡散
や反応を阻止することであるところ、上記の技術を用い
て形成したバリアメタル膜は、従来の半導体装置に対し
ては有効な性能を持ち、安定したコンタクトあるいはビ
アホール構造を得るのに効果的な技術であった。しかし
素子の微細化、集積度の向上にともない、使用されるバ
リアメタルの膜厚が微細化の程度に応じて薄くなってく
ると、上記の方法で形成した膜では、以下の理由により
そのバリア性が不十分になってきている。
【０００８】（１）従来の方法によって形成された膜
は、反応性スパッタ法で形成された膜の場合と同様に、
結晶粒が柱状構造をとる。すなわち、図２（ａ）の部分
拡大図である図２（ｂ）に示されるように、バリアメタ
ル膜２０５が柱状結晶２０５ａとなる。この構造は電気
抵抗は比較的低いが、結晶粒界が膜表面から膜と下地界
面まで連続して存在するために、それが原子の拡散経路
となり、バリア性が低下する。このバリア性の低下は、
例えば、微細コンタクト孔底部に形成した約１００Åの
ＴｉＮ膜上にＷＦ6 とＨ2 を用いた化学気相成長法によ
ってＷ膜を形成し、Ｓｉ基板との電気的接続をとる構造
を形成しこれを６００℃以上で熱処理した場合に現れ
る。
は、反応性スパッタ法で形成された膜の場合と同様に、
結晶粒が柱状構造をとる。すなわち、図２（ａ）の部分
拡大図である図２（ｂ）に示されるように、バリアメタ
ル膜２０５が柱状結晶２０５ａとなる。この構造は電気
抵抗は比較的低いが、結晶粒界が膜表面から膜と下地界
面まで連続して存在するために、それが原子の拡散経路
となり、バリア性が低下する。このバリア性の低下は、
例えば、微細コンタクト孔底部に形成した約１００Åの
ＴｉＮ膜上にＷＦ6 とＨ2 を用いた化学気相成長法によ
ってＷ膜を形成し、Ｓｉ基板との電気的接続をとる構造
を形成しこれを６００℃以上で熱処理した場合に現れ
る。
【０００９】上述した従来例では、Ｗ膜中のＷ、あるい
は未反応のＷＦ6 やＦ等がＴｉＮ膜中の柱状結晶側面の
拡散経路をとおり下地Ｓｉ中に達することによって、接
合リーク電流特性が悪化する。埋め込み金属としてＣｕ
を用いた場合、Ｃｕの下方拡散により接合リーク特性の
劣化はより顕著に現れる。この問題はＴｉＮ膜の厚さを
増すことによってある程度回避するが可能ではあるが、
コンタクト径が微細化している今日、バリア膜を厚くす
る解決法はコンタクト孔側壁への成膜厚も同様に増加す
るため、ＴｉＮ膜形成後にコンタクトを埋め込む金属部
分の実効断面積を減少させ、コンタクト部の抵抗を増加
させることとなるため適切な解決策とはなりえない。
は未反応のＷＦ6 やＦ等がＴｉＮ膜中の柱状結晶側面の
拡散経路をとおり下地Ｓｉ中に達することによって、接
合リーク電流特性が悪化する。埋め込み金属としてＣｕ
を用いた場合、Ｃｕの下方拡散により接合リーク特性の
劣化はより顕著に現れる。この問題はＴｉＮ膜の厚さを
増すことによってある程度回避するが可能ではあるが、
コンタクト径が微細化している今日、バリア膜を厚くす
る解決法はコンタクト孔側壁への成膜厚も同様に増加す
るため、ＴｉＮ膜形成後にコンタクトを埋め込む金属部
分の実効断面積を減少させ、コンタクト部の抵抗を増加
させることとなるため適切な解決策とはなりえない。
【００１０】従来法の特開昭６３−２３０８７７号公
報に記載された方法では、結晶粒界の数を１μｍあたり
１個以下にすることによって、粒界に起因した上述の問
題点をある程度緩和することはできる。しかし、粒界が
存在していることには変わりはなく粒界による上記の問
題点を解消することはできない。しかも、結晶粒が大型
化した分、粒界間の差し渡し距離が大きくなるため、コ
ンタクト抵抗などの特性のばらつきが大きくなる。一般
に、対象とするスケール（この場合半導体装置の個別コ
ンタクト構造のサイズ）からみて十分に小さな構造を有
する材料を用いなければ、均質な材料とはみなせず、歩
留まりの安定性を確保することはできない。
報に記載された方法では、結晶粒界の数を１μｍあたり
１個以下にすることによって、粒界に起因した上述の問
題点をある程度緩和することはできる。しかし、粒界が
存在していることには変わりはなく粒界による上記の問
題点を解消することはできない。しかも、結晶粒が大型
化した分、粒界間の差し渡し距離が大きくなるため、コ
ンタクト抵抗などの特性のばらつきが大きくなる。一般
に、対象とするスケール（この場合半導体装置の個別コ
ンタクト構造のサイズ）からみて十分に小さな構造を有
する材料を用いなければ、均質な材料とはみなせず、歩
留まりの安定性を確保することはできない。
【００１１】（２）従来の方法によって形成されたバ
リアメタル膜２０５は、図３に示されるように、アモル
ファス膜２０５ｂとなる。このため上記（１）のように
膜中に結晶粒界が存在せず、良好なバリア特性を示す。
しかし、この膜がアモルファスとなるのは、膜中にＣ、
Ｏ等の不純物を多量に含むため結晶化が抑制されている
ためと考えられる。したがってこの膜は良好なバリア性
と引換えに電気抵抗は上記（１）の場合に比較して遥か
に高くなっている。
リアメタル膜２０５は、図３に示されるように、アモル
ファス膜２０５ｂとなる。このため上記（１）のように
膜中に結晶粒界が存在せず、良好なバリア特性を示す。
しかし、この膜がアモルファスとなるのは、膜中にＣ、
Ｏ等の不純物を多量に含むため結晶化が抑制されている
ためと考えられる。したがってこの膜は良好なバリア性
と引換えに電気抵抗は上記（１）の場合に比較して遥か
に高くなっている。
【００１２】発明者らの実験によれば、有機金属ソース
に含有窒素化合物であるアジド化合物Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ
3 ）2 ］4 等を用い、熱分解を利用してＴｉＮ膜を減圧
下、２００〜４００℃程度で形成した場合、その比抵抗
は数千μΩｃｍとなる。この値は上記（１）にくらべて
１桁以上高い。また、この方法による膜はその比抵抗が
経時的に上昇する（１日以内の経過時間で数１００％上
昇）という問題点を有しており、低抵抗コンタクトのた
めのバリアメタルとしては適当でない。よって、この発
明の目的とするところは、バリア性が高く、かつ、低抵
抗なコンタクトが可能なバリアメタルを提供しうるよう
にするすることである。
に含有窒素化合物であるアジド化合物Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ
3 ）2 ］4 等を用い、熱分解を利用してＴｉＮ膜を減圧
下、２００〜４００℃程度で形成した場合、その比抵抗
は数千μΩｃｍとなる。この値は上記（１）にくらべて
１桁以上高い。また、この方法による膜はその比抵抗が
経時的に上昇する（１日以内の経過時間で数１００％上
昇）という問題点を有しており、低抵抗コンタクトのた
めのバリアメタルとしては適当でない。よって、この発
明の目的とするところは、バリア性が高く、かつ、低抵
抗なコンタクトが可能なバリアメタルを提供しうるよう
にするすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による半導体装置は、半導体基板上にコンタ
クト孔あるいはビアホールが開口された絶縁膜が形成さ
れ、該コンタクト孔あるいはビアホールの内壁が金属化
合物を主体とするバリア性導電膜により被覆され、該バ
リア性導電膜により被覆されたコンタクト孔あるいはビ
アホール内が良導電性導電体により埋め込まれているも
のであって、前記バリア性導電膜は導電性アモルファス
膜を主体とし、その中に最大径が該バリア性導電膜の膜
厚以下の導電性微結晶を含んでいることを特徴としてい
る。そして、より好ましくは、前記導電性アモルファス
膜がＴｉＮにより構成され、前記導電性微結晶がＴｉＮ
または金属により構成される。
めの本発明による半導体装置は、半導体基板上にコンタ
クト孔あるいはビアホールが開口された絶縁膜が形成さ
れ、該コンタクト孔あるいはビアホールの内壁が金属化
合物を主体とするバリア性導電膜により被覆され、該バ
リア性導電膜により被覆されたコンタクト孔あるいはビ
アホール内が良導電性導電体により埋め込まれているも
のであって、前記バリア性導電膜は導電性アモルファス
膜を主体とし、その中に最大径が該バリア性導電膜の膜
厚以下の導電性微結晶を含んでいることを特徴としてい
る。そして、より好ましくは、前記導電性アモルファス
膜がＴｉＮにより構成され、前記導電性微結晶がＴｉＮ
または金属により構成される。
【００１４】また、上記の目的を達成するための本発明
による半導体装置の製造方法は、コンタクト孔あるいは
ビアホールの開口された絶縁膜を有する半導体基板を反
応炉内に配置し、反応炉内を０．０１〜１０Ｔｏｒｒに
減圧し、基板を３００〜５００℃に加熱し、有機金属化
合物を反応炉内に供給しその熱分解によりコンタクト孔
あるいはビアホール内にバリア性導電膜を形成するもの
であって、ハロゲン元素を含む雰囲気中でバリア性導電
膜の成膜が行われることを特徴としている。
による半導体装置の製造方法は、コンタクト孔あるいは
ビアホールの開口された絶縁膜を有する半導体基板を反
応炉内に配置し、反応炉内を０．０１〜１０Ｔｏｒｒに
減圧し、基板を３００〜５００℃に加熱し、有機金属化
合物を反応炉内に供給しその熱分解によりコンタクト孔
あるいはビアホール内にバリア性導電膜を形成するもの
であって、ハロゲン元素を含む雰囲気中でバリア性導電
膜の成膜が行われることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１（ａ）は、本発明の実施の形
態を説明するための断面図である。図１（ａ）に示され
るように、Ｓｉ基板１０１の表面領域内に拡散層１０２
が形成されており、その表面は、ＳｉＯ2 膜等からなる
層間絶縁膜１０３により覆われている。層間絶縁膜１０
３には、拡散層１０２の表面を露出させるコンタクト孔
１０４が開孔されており、コンタクト孔１０４の内壁お
よび底面はバリアメタル膜１０５により被覆されてい
る。コンタクト孔１０４内はＷプラグ１０６により埋め
込まれており、その上にはＡｌ配線１０７が形成されて
いる。
態を説明するための断面図である。図１（ａ）に示され
るように、Ｓｉ基板１０１の表面領域内に拡散層１０２
が形成されており、その表面は、ＳｉＯ2 膜等からなる
層間絶縁膜１０３により覆われている。層間絶縁膜１０
３には、拡散層１０２の表面を露出させるコンタクト孔
１０４が開孔されており、コンタクト孔１０４の内壁お
よび底面はバリアメタル膜１０５により被覆されてい
る。コンタクト孔１０４内はＷプラグ１０６により埋め
込まれており、その上にはＡｌ配線１０７が形成されて
いる。
【００１６】本発明におけるバリアメタル膜は、図１
（ｂ）に示されるように、微結晶粒１０５ｂとこれを内
部に含むアモルファス膜１０５ａとによって構成されて
いる。そして、微結晶粒１０５ｂはその最大粒径がバリ
アメタル膜の膜厚以下になされている。
（ｂ）に示されるように、微結晶粒１０５ｂとこれを内
部に含むアモルファス膜１０５ａとによって構成されて
いる。そして、微結晶粒１０５ｂはその最大粒径がバリ
アメタル膜の膜厚以下になされている。
【００１７】この構造のバリアメタル膜では、アモルフ
ァス膜を主体とし、かつ、微結晶粒はその結晶粒がバリ
アメタル膜の膜厚を越えていないので高いバリア性が示
される。そして、アモルファス膜中に微結晶粒１０５ｂ
が存在することによって、比抵抗の大幅な低減が可能と
なり、低いコンタクト抵抗を実現することができる。な
お、微結晶粒１０５ｂの材料はアモルファス膜と同一の
材料（例えば、アモルファス膜と微結晶粒がＴｉＮ）で
ある場合と、アモルファス膜とは異なって金属材料（例
えば、Ｗ）により構成される場合と、これらの混合物を
含む場合とがある。
ァス膜を主体とし、かつ、微結晶粒はその結晶粒がバリ
アメタル膜の膜厚を越えていないので高いバリア性が示
される。そして、アモルファス膜中に微結晶粒１０５ｂ
が存在することによって、比抵抗の大幅な低減が可能と
なり、低いコンタクト抵抗を実現することができる。な
お、微結晶粒１０５ｂの材料はアモルファス膜と同一の
材料（例えば、アモルファス膜と微結晶粒がＴｉＮ）で
ある場合と、アモルファス膜とは異なって金属材料（例
えば、Ｗ）により構成される場合と、これらの混合物を
含む場合とがある。
【００１８】本発明者らは、アモルファスのバリアメタ
ルを成長させる条件下で、バリアメタル膜にハロゲンを
導入することにより、その生起メカニズムは十分に解明
されてはいないが、アモルファス膜中に微結晶粒が成長
することを見いだした。そして、これにより、高い導電
性が得られることが確認された。
ルを成長させる条件下で、バリアメタル膜にハロゲンを
導入することにより、その生起メカニズムは十分に解明
されてはいないが、アモルファス膜中に微結晶粒が成長
することを見いだした。そして、これにより、高い導電
性が得られることが確認された。
【００１９】このバリアメタル膜にハロゲンを導入する
方法としては、以下の手法が挙げられる。本明細書で
は、ハロゲン元素として主にＣｌを用いた場合について
述べるが、他の元素（Ｆ、Ｂｒ、Ｉ等）でも同様の効果
が得られる。 （ａ）反応室内に、窒素を含む有機チタニウム化合物と
して、テトラキス・ジエチルアミノ・チタニウム（ＴＤ
ＥＡＴ）あるいはテトラキス・ジメチルアミノ・チタニ
ウム（ＴＤＭＡＴ）を供給するとともにハロゲンガスあ
るいはハロゲン化合物ガス、例えば、Ｃｌ2 、ＨＣｌ、
ＣＣｌ4 ガス等を導入する。これにより、成膜されたア
モルファスＴｉＮ膜内に数１０〜１００Å程度の結晶化
ＴｉＮ粒子を形成できる。
方法としては、以下の手法が挙げられる。本明細書で
は、ハロゲン元素として主にＣｌを用いた場合について
述べるが、他の元素（Ｆ、Ｂｒ、Ｉ等）でも同様の効果
が得られる。 （ａ）反応室内に、窒素を含む有機チタニウム化合物と
して、テトラキス・ジエチルアミノ・チタニウム（ＴＤ
ＥＡＴ）あるいはテトラキス・ジメチルアミノ・チタニ
ウム（ＴＤＭＡＴ）を供給するとともにハロゲンガスあ
るいはハロゲン化合物ガス、例えば、Ｃｌ2 、ＨＣｌ、
ＣＣｌ4 ガス等を導入する。これにより、成膜されたア
モルファスＴｉＮ膜内に数１０〜１００Å程度の結晶化
ＴｉＮ粒子を形成できる。
【００２０】（ｂ）有機金属化合物に、分子内にハロゲ
ン原子をもつ有機または無機化合物を混合して用いる。
例えば上記原料（ＴＤＥＡＴまたはＴＤＭＡＴ）分子の
少なくとも１つのエチル基またはメチル基をＣｌに置換
した原料を１〜５％、ＴＤＥＡＴ（またはＴＤＭＡＴ）
を９８〜９５％の割合で混合したものを原料とし、気化
器でガス化して熱分解による成膜を行なう。あるいは上
記原料に、ＴｉＣｌ4を０．１〜２％混合したものを原
料として用い、熱分解による気相成長を行う。この場合
にも、アモルファスＴｉＮ膜内に数１０〜１００Å程度
の結晶化ＴｉＮ粒子を形成できる。
ン原子をもつ有機または無機化合物を混合して用いる。
例えば上記原料（ＴＤＥＡＴまたはＴＤＭＡＴ）分子の
少なくとも１つのエチル基またはメチル基をＣｌに置換
した原料を１〜５％、ＴＤＥＡＴ（またはＴＤＭＡＴ）
を９８〜９５％の割合で混合したものを原料とし、気化
器でガス化して熱分解による成膜を行なう。あるいは上
記原料に、ＴｉＣｌ4を０．１〜２％混合したものを原
料として用い、熱分解による気相成長を行う。この場合
にも、アモルファスＴｉＮ膜内に数１０〜１００Å程度
の結晶化ＴｉＮ粒子を形成できる。
【００２１】（ｃ）有機金属原料およびハロゲン原子を
含む金属化合物を別々に反応室に導入し、気相成長を行
う。例えば、ＴＤＥＡＴまたはＴＤＭＡＴを気化器内で
気化させた後反応室に導入し、さらに別の導入口からＷ
Ｃｌ6 またはＷＦ6 を反応室に導入し、気相成長を行
う。この場合、導入されたハロゲン原子によりＴｉＮの
結晶化が促進されるとともにアモルファスＴｉＮ膜中に
数１０〜１００Å程度の結晶化金属粒子（Ｗ）が形成さ
れる。この方法によれば、他の方法による場合と同様に
高いバリア性をもつバリアメタル膜を形成できるととも
に、より低い比抵抗のバリアメタル膜を得ることができ
る。
含む金属化合物を別々に反応室に導入し、気相成長を行
う。例えば、ＴＤＥＡＴまたはＴＤＭＡＴを気化器内で
気化させた後反応室に導入し、さらに別の導入口からＷ
Ｃｌ6 またはＷＦ6 を反応室に導入し、気相成長を行
う。この場合、導入されたハロゲン原子によりＴｉＮの
結晶化が促進されるとともにアモルファスＴｉＮ膜中に
数１０〜１００Å程度の結晶化金属粒子（Ｗ）が形成さ
れる。この方法によれば、他の方法による場合と同様に
高いバリア性をもつバリアメタル膜を形成できるととも
に、より低い比抵抗のバリアメタル膜を得ることができ
る。
【００２２】以上のいずれかの方法によって成膜したＴ
ｉＮ膜は、従来法によって形成したアモルファス膜と同
程度のバリア性を有し、同時に従来法によるアモルファ
ス膜の抵抗率（６０００μΩｃｍ以上）に比較して１桁
以上低い抵抗率（１００〜５００μΩｃｍ）を有する。
また、アモルファス膜に見られる、抵抗率の経時上昇
も、常温大気中放置１５０時間経過後で１％以内と、ほ
ぼ完全に抑制できた。なお、上記の各実施の形態におい
て、０．１〜１０Ｔｏｒｒの減圧下で、成膜温度は２０
０〜５００℃（より好ましくは３００〜４５０℃）で有
効な効果が得られる。
ｉＮ膜は、従来法によって形成したアモルファス膜と同
程度のバリア性を有し、同時に従来法によるアモルファ
ス膜の抵抗率（６０００μΩｃｍ以上）に比較して１桁
以上低い抵抗率（１００〜５００μΩｃｍ）を有する。
また、アモルファス膜に見られる、抵抗率の経時上昇
も、常温大気中放置１５０時間経過後で１％以内と、ほ
ぼ完全に抑制できた。なお、上記の各実施の形態におい
て、０．１〜１０Ｔｏｒｒの減圧下で、成膜温度は２０
０〜５００℃（より好ましくは３００〜４５０℃）で有
効な効果が得られる。
【００２３】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。 ［第１の実施例］ＴＤＥＡＴを０．０１マイクロリット
ル／分加熱した気化器内に導き、窒素ガス７００ｓｃｃ
ｍと混合して蒸発させ、ＬＰＣＶＤ装置の成膜室内に導
入する。成膜室内圧力は約１Ｔｏｒｒ、基板温度は約４
００℃に設定した。この成膜条件のもとで、さらにＣｌ
2 を１．０ｓｃｃｍ成膜室内に導入し、結晶化ＴｉＮ粒
子を含む膜厚１００ÅのアモルファスＴｉＮ膜を形成し
た。
ル／分加熱した気化器内に導き、窒素ガス７００ｓｃｃ
ｍと混合して蒸発させ、ＬＰＣＶＤ装置の成膜室内に導
入する。成膜室内圧力は約１Ｔｏｒｒ、基板温度は約４
００℃に設定した。この成膜条件のもとで、さらにＣｌ
2 を１．０ｓｃｃｍ成膜室内に導入し、結晶化ＴｉＮ粒
子を含む膜厚１００ÅのアモルファスＴｉＮ膜を形成し
た。
【００２４】［第２の実施例］ＴＤＥＡＴを９７％、Ｔ
ＤＥＡＴ分子の４つのエチル基をＣｌに置換した原料を
３％の割合で混合した液体を原料とし、これを０．０１
マイクロリットル／分加熱した気化器内に導き、窒素ガ
ス７００ｓｃｃｍと混合して蒸発させ、圧力約１Ｔｏｒ
ｒ、基板温度約４００℃のＬＰＣＶＤ装置の導入して、
結晶化ＴｉＮ粒子を含む膜厚１００ÅのアモルファスＴ
ｉＮ膜を形成した。
ＤＥＡＴ分子の４つのエチル基をＣｌに置換した原料を
３％の割合で混合した液体を原料とし、これを０．０１
マイクロリットル／分加熱した気化器内に導き、窒素ガ
ス７００ｓｃｃｍと混合して蒸発させ、圧力約１Ｔｏｒ
ｒ、基板温度約４００℃のＬＰＣＶＤ装置の導入して、
結晶化ＴｉＮ粒子を含む膜厚１００ÅのアモルファスＴ
ｉＮ膜を形成した。
【００２５】［第３の実施例］ＴｉＣｌ4 を１ｍｏｌ％
混合したＴＤＭＡＴを原料液体として、これを０．０１
マイクロリットル／分加熱した気化器内に導き、窒素ガ
ス１０００ｓｃｃｍと混合して蒸発させ、圧力約１Ｔｏ
ｒｒ、基板温度約３５０℃のＬＰＣＶＤ装置に導入し
て、結晶化ＴｉＮ粒子をを含むアモルファスＴｉＮ膜を
形成した。
混合したＴＤＭＡＴを原料液体として、これを０．０１
マイクロリットル／分加熱した気化器内に導き、窒素ガ
ス１０００ｓｃｃｍと混合して蒸発させ、圧力約１Ｔｏ
ｒｒ、基板温度約３５０℃のＬＰＣＶＤ装置に導入し
て、結晶化ＴｉＮ粒子をを含むアモルファスＴｉＮ膜を
形成した。
【００２６】［第４の実施例］ＴＤＥＡＴを０．０１マ
イクロリットル／分加熱した気化器内に導き、窒素ガス
８００ｓｃｃｍと混合して蒸発させ、ＬＰＣＶＤ装置の
成膜室内に導入する。さらに、ＷＣｌ6 を別の導入口か
ら成膜室内に５ｓｃｃｍ導入する。成膜室内圧力は約１
Ｔｏｒｒ、基板温度は約３８０℃に設定した。この条件
で成膜することにより、Ｗ微結晶およびＴｉＮ微結晶を
含むＴｉＮアモルファス膜を得ることができた。
イクロリットル／分加熱した気化器内に導き、窒素ガス
８００ｓｃｃｍと混合して蒸発させ、ＬＰＣＶＤ装置の
成膜室内に導入する。さらに、ＷＣｌ6 を別の導入口か
ら成膜室内に５ｓｃｃｍ導入する。成膜室内圧力は約１
Ｔｏｒｒ、基板温度は約３８０℃に設定した。この条件
で成膜することにより、Ｗ微結晶およびＴｉＮ微結晶を
含むＴｉＮアモルファス膜を得ることができた。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体装置は、導電性微結晶を含むアモルファス膜をバリア
メタルとして用いるものであるので、アモルファス膜に
匹敵するバリア性を持ち、アモルファス膜に比較して１
桁以上低い抵抗率のバリアメタル膜を実現することがで
きる。また、従来のアモルファスバリアメタルで問題と
なった経時的抵抗上昇もほぼ完全に解消することができ
る。
体装置は、導電性微結晶を含むアモルファス膜をバリア
メタルとして用いるものであるので、アモルファス膜に
匹敵するバリア性を持ち、アモルファス膜に比較して１
桁以上低い抵抗率のバリアメタル膜を実現することがで
きる。また、従来のアモルファスバリアメタルで問題と
なった経時的抵抗上昇もほぼ完全に解消することができ
る。
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための断面図
とその部分拡大図。
とその部分拡大図。
【図２】従来例の断面図とその部分拡大断面図。
【図３】他の従来例の断面図。
１０１、２０１ Ｓｉ基板 １０２、２０２ 拡散層 １０３、２０３ 層間絶縁膜 １０４、２０４ コンタクト孔 １０５、２０５ バリアメタル膜 １０５ａ、２０５ｂ アモルファス膜 １０５ｂ 微結晶粒 ２０５ａ 柱状結晶 １０６ Ｗプラグ １０７ Ａｌ配線
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板上にコンタクト孔あるいはビ
アホールが開口された絶縁膜が形成され、該コンタクト
孔あるいはビアホールの内壁が金属化合物を主体とする
バリア性導電膜により被覆され、該バリア性導電膜によ
り被覆されたコンタクト孔あるいはビアホール内が良導
電性導電体により埋め込まれている半導体装置におい
て、前記バリア性導電膜は導電性アモルファス膜を主体
とし、その中に最大径が該バリア性導電膜の膜厚以下の
導電性微結晶を含んでいることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項２】 前記バリア性導電膜が、ハロゲン元素を
含んでいることを特徴とする請求項１記載の半導体装
置。 - 【請求項３】 前記導電性アモルファス膜がＴｉＮによ
り構成され、前記導電性微結晶がＴｉＮまたは金属によ
り構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導
体装置。 - 【請求項４】 コンタクト孔あるいはビアホールの開口
された絶縁膜を有する半導体基板を反応炉内に配置し、
反応炉内を０．１〜１０Ｔｏｒｒに減圧し、基板を２０
０〜５００℃に加熱し、有機金属化合物を反応炉内に供
給しその熱分解によりコンタクト孔あるいはビアホール
内にバリア性導電膜を形成する半導体装置の製造方法に
おいて、ハロゲン元素を含む雰囲気中でバリア性導電膜
の成膜が行われることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項５】 反応炉内に、有機金属化合物の他に、ハ
ロゲンガス、無機ハロゲン化物またはハロゲン原子を含
む他の有機金属化合物を供給して成膜を行うことを特徴
とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 有機金属化合物としてテトラキス・ジエ
チルアミノ・チタニウム（ＴＤＥＡＴ）またはテトラキ
ス・ジメチルアミノ・チタニウム（ＴＤＭＡＴ）を用い
ることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25447395A JP2728047B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25447395A JP2728047B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0974075A JPH0974075A (ja) | 1997-03-18 |
| JP2728047B2 true JP2728047B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=17265538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25447395A Expired - Fee Related JP2728047B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2728047B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012193445A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-10-11 | Tokyo Electron Ltd | 窒化チタン膜の形成方法、窒化チタン膜の形成装置及びプログラム |
| US9224773B2 (en) | 2011-11-30 | 2015-12-29 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Metal shielding layer in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same |
-
1995
- 1995-09-07 JP JP25447395A patent/JP2728047B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0974075A (ja) | 1997-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6399490B1 (en) | Highly conformal titanium nitride deposition process for high aspect ratio structures | |
| US5976976A (en) | Method of forming titanium silicide and titanium by chemical vapor deposition | |
| US6284316B1 (en) | Chemical vapor deposition of titanium | |
| EP0869544B1 (en) | Method for depositing a diffusion barrier | |
| US6624517B1 (en) | Low-resistance contact to silicon having a titanium silicide interface and an amorphous titanium carbonitride barrier layer | |
| EP0982772B1 (en) | A semiconductor non-planar storage capacitor | |
| JP2811004B2 (ja) | 金属薄膜成長方法および装置 | |
| US5723382A (en) | Method of making a low-resistance contact to silicon having a titanium silicide interface, an amorphous titanium nitride barrier layer and a conductive plug | |
| JP2002524847A (ja) | ケイ素化ルテニウム拡散バリアー層及びその製造方法 | |
| JP4168397B2 (ja) | 高アスペクト比の半導体デバイス用のボロンドープ窒化チタン層 | |
| US6143362A (en) | Chemical vapor deposition of titanium | |
| JP2728047B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JPH09260306A (ja) | 薄膜形成方法 | |
| JP3246046B2 (ja) | 高融点金属膜の堆積方法 | |
| JPH1056017A (ja) | 半導体素子のビットライン及びその製造方法 | |
| KR0141966B1 (ko) | 배선금속박막의 제조방법 | |
| JPH01191447A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2000007337A (ja) | タンタル薄膜およびタンタルを主体とした薄膜並びにそれらの作製方法 | |
| JPH09219382A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH01191446A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH05102080A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH03111568A (ja) | 堆積膜形成法 | |
| JPH0338031A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH0468524A (ja) | 選択的な化学蒸着におけるタングステンの差別的な成長方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |