JP2836567B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2836567B2
JP2836567B2 JP4815996A JP4815996A JP2836567B2 JP 2836567 B2 JP2836567 B2 JP 2836567B2 JP 4815996 A JP4815996 A JP 4815996A JP 4815996 A JP4815996 A JP 4815996A JP 2836567 B2 JP2836567 B2 JP 2836567B2
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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製造方
法、特に、化学気相成長法によるバリアメタル層の形成
方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a barrier metal layer by a chemical vapor deposition method.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体装置のコンタクト構造の
形成は、図3に示すごとく、行われる。すなわち、始め
に、図3の(A)を参照すると、P-型シリコン基板1
上に層間絶縁層2を形成し、この層間絶縁層2にフォト
リソグラフィー技術を用いてコンタクトホールCONT
を形成する。次いで、P-型シリコン基板1内にN+型不
純物拡散層3を自己整合的に形成する。次に、図3の
(B)を参照すると、全面に窒化チタン(TiN)より
なるバリアメタル層4を形成する。最後に、図3の
(C)を参照すると、バリアメタル層4上にアルミニウ
ム等よりなる金属層5を形成する。この場合、金属層5
はコンタクトホールCONT内に埋込められる。次い
で、これら金属層5及びバリアメタル層4をパターニン
グしてコンタクト構造が完成する。
2. Description of the Related Art Generally, a contact structure of a semiconductor device is formed as shown in FIG. That is, first, referring to FIG. 3A, the P type silicon substrate 1
An interlayer insulating layer 2 is formed thereon, and a contact hole CONT is formed on the interlayer insulating layer 2 by using a photolithography technique.
To form Next, an N + -type impurity diffusion layer 3 is formed in the P -type silicon substrate 1 in a self-aligned manner. Next, referring to FIG. 3B, a barrier metal layer 4 made of titanium nitride (TiN) is formed on the entire surface. Finally, referring to FIG. 3C, a metal layer 5 made of aluminum or the like is formed on the barrier metal layer 4. In this case, the metal layer 5
Is embedded in the contact hole CONT. Next, the metal layer 5 and the barrier metal layer 4 are patterned to complete a contact structure.

【0003】図3におけるバリアメタル層4は、N+
不純物拡散層3(P-型シリコン基板1)との接触性が
良く、かつ金属層5との接触性が良く、しかも、低電気
抵抗が要求される。同時に、バリアメタル層4は、金属
層5とN+型不純物拡散層3(P-型シリコン基板1)と
がバリアメタル層4を介して反応しないバリア性能が要
求される。従来、上述のコンタクトホールCONTある
いはビアホール内のバリアメタル層4の形成はスパッタ
法によって行われていたが、最近、集積度の向上に伴な
って微細化が要求され、段差被霧性の良い化学気相成長
法(CVD法)が採用されている。
The barrier metal layer 4 in FIG. 3 has good contact with the N + type impurity diffusion layer 3 (P type silicon substrate 1), good contact with the metal layer 5, and low electric resistance. Is required. At the same time, the barrier metal layer 4 is required to have a barrier performance in which the metal layer 5 and the N + -type impurity diffusion layer 3 (P -type silicon substrate 1) do not react via the barrier metal layer 4. Conventionally, the above-described barrier metal layer 4 in the contact hole CONT or the via hole has been formed by a sputtering method. A vapor phase growth method (CVD method) is employed.

【0004】CVD法を用いたバリアメタル層の第1の
形成方法は、無機原料からの成膜である。たとえば、T
iCl4及びNH3を原料ガスとして低圧CVD(LPC
VD)の成膜室に導入し、500〜700°Cの高温に
てTiNを成膜する。これにより、図4の(A)に示す
バリアメタル層4−Aが得られる。このバリアメタル層
4−Aは、成膜温度が高いので、主としてコンタクトホ
ール用のバリアメタル層として用いられる。
A first method for forming a barrier metal layer using a CVD method is a film formation from an inorganic material. For example, T
Low pressure CVD (LPC) using iCl 4 and NH 3 as source gases
VD) is introduced into a film formation chamber, and TiN is formed at a high temperature of 500 to 700 ° C. As a result, a barrier metal layer 4-A shown in FIG. This barrier metal layer 4-A is mainly used as a contact hole barrier metal layer because the film formation temperature is high.

【0005】CVD法を用いたバリアメタル層の第2の
形成方法は、有機原料からの成膜である。たとえば、有
機Ti化合物及びNH3を原料ガスとしてLPCVDの
成膜室に導入し、400°C程度の低温にてTiNを成
膜する(参照:Gurtej S. Sandhu et al., "CHARACTERI
ZATION OF TiN FILMS DEPOSITED USING METAL-ORANICCH
EMICAL VAPOR DEPOSITION", Conference Proceedings U
LSI-VII, MaterialsResearch Society, pp. 323-328, 1
992,及び特開昭63−230877号公報)。これによ
り、やはり、図4の(A)に示すバリアメタル層4−A
が得られる。
[0005] A second method for forming a barrier metal layer using a CVD method is film formation from an organic material. For example, an organic Ti compound and NH 3 are introduced as raw material gases into a LPCVD film forming chamber, and a TiN film is formed at a low temperature of about 400 ° C. (see “Gurtej S. Sandhu et al.,“ CHARACTERI ”).
ZATION OF TiN FILMS DEPOSITED USING METAL-ORANICCH
EMICAL VAPOR DEPOSITION ", Conference Proceedings U
LSI-VII, Materials Research Society, pp. 323-328, 1
992, and JP-A-63-230877). As a result, the barrier metal layer 4-A shown in FIG.
Is obtained.

【0006】CVD法を用いたバリアメタルの第3の形
成方法は有機原料の熱分解による成膜である。たとえ
ば、含有窒素化合物であるアジド化合物Ti[N(CH
324を熱分解してLPCVDの成膜室に導入し、3
00〜400°Cの低温にてTiNを成膜する(参照:
Kozoh Sugiyama et al., "Low Temperature Deposition
of Metal Nitrides by Thermal Decomposition of Org
anometallic Compounds", J. Electrochem. Soc., VoL.
122, No. 11, pp. 1545-1549, November, 1975)。これ
により、図4の(B)に示すバリアメタル層4−Bが得
られる。
A third method of forming a barrier metal using the CVD method is a film formation by thermal decomposition of an organic raw material. For example, an azide compound Ti [N (CH
3 ) 2 ] 4 is thermally decomposed and introduced into an LPCVD deposition chamber,
Deposit TiN at a low temperature of 00 to 400 ° C. (see:
Kozoh Sugiyama et al., "Low Temperature Deposition
of Metal Nitrides by Thermal Decomposition of Org
anometallic Compounds ", J. Electrochem. Soc., VoL.
122, No. 11, pp. 1545-1549, November, 1975). Thereby, a barrier metal layer 4-B shown in FIG. 4B is obtained.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
第1、第2の形成方法においては、図4の(A)のバリ
アメタル層4−Aの電気抵抗値は比較的低いが、結晶粒
が柱状構造をなしている。つまり、結晶粒界が上地界面
から下地界面まで連続して存在している。従って、これ
が原子の拡散経路となってバリア性能を悪化させる。た
とえば、100Å厚さのTiNよりなるバリアメタル層
4−A上に、WF6及びH2を原料ガスとするCVD法に
よりWよりなる金属層5を形成し、これを600°C以
上で熱処理した場合、金属層5のW及び未反応WF6
びFがバリアメタル層4−Aの結晶粒界を通ってN+
不純物拡散層3(P-型シリコン基板1)に到達する。
この結果、接合リーク電流特性は悪化する。特に、金属
層5をCuにより形成した場合、Cuの下方拡散により
接合リーク電流特性の悪化は顕著となる。従って、バリ
アメタル層4−Aは微細なバリアメタル層としては適当
でない。なお、バリアメタル層4−Aの厚さを増加させ
ることによりバリア性能を良くすることができるが、こ
れは微細化の流れに逆行する。また、1μm当りの結晶
粒界の数を1個以下にすることにより上記柱状構造の粒
界に起因した問題点を回避しようと提案されているが
(参照:特開昭63−230877号広報)、1μm当
りの結晶粒界の数を0に近づけることは実際には不可能
であり、また、結晶粒が大型化した分、1つの結晶粒界
の差し渡し距離が増大し、逆影響が広範囲に亘ることに
なる。一般に、コンタクト構造のサイズ等からみて十分
小さい構造を有する材料を用いなければ均値な材料とは
みなせず、結晶粒界を減らす方法は歩留りの安定性を確
保できない。
However, in the first and second forming methods described above, the barrier metal layer 4-A of FIG. It has a columnar structure. That is, the crystal grain boundary exists continuously from the upper interface to the lower interface. Therefore, this becomes a diffusion path of atoms, and deteriorates barrier performance. For example, a metal layer 5 made of W is formed on a barrier metal layer 4-A made of TiN having a thickness of 100 ° by a CVD method using WF 6 and H 2 as source gases, and this is heat-treated at 600 ° C. or more. In this case, W of the metal layer 5 and unreacted WF 6 and F reach the N + -type impurity diffusion layer 3 (P -type silicon substrate 1) through the crystal grain boundaries of the barrier metal layer 4-A.
As a result, the junction leakage current characteristics deteriorate. In particular, when the metal layer 5 is formed of Cu, the junction leakage current characteristics are significantly deteriorated due to the downward diffusion of Cu. Therefore, the barrier metal layer 4-A is not suitable as a fine barrier metal layer. Although the barrier performance can be improved by increasing the thickness of the barrier metal layer 4-A, this goes against the trend of miniaturization. Further, it has been proposed to reduce the number of crystal grain boundaries per 1 μm to one or less to avoid the problems caused by the grain boundaries of the columnar structure (see JP-A-63-230877). It is practically impossible to reduce the number of grain boundaries per 1 μm to zero, and the size of the crystal grains increases, so that the distance over which one grain boundary extends increases, and the adverse effect is widespread. Will span. In general, unless a material having a structure sufficiently small in view of the size of the contact structure is used, the material is not regarded as an average material, and the method of reducing the crystal grain boundaries cannot secure the yield stability.

【0008】また、上述の第3の形成方法においては、
図4の(B)に示すバリアメタル層4−Bは、C、O等
の不純物を多量に含むために結晶化が抑制され、この結
果、非晶質(アモルファス)となるので、結晶粒界は存
在せず、従って、良好なバリア性能を発揮する。しかし
ながら、この非晶質のために電気抵抗値はたとえば数m
Ω・cm(比抵抗)も非常に大きくなる。さらに、図5
に示すごとく、その比抵抗も1日で数100%も上昇す
るという経時的な変化も有している。従って、やはり、
バリアメタル層4−Bは微細なバリアメタル層として適
当でない。
[0008] In the above-mentioned third forming method,
Since the barrier metal layer 4-B shown in FIG. 4B contains a large amount of impurities such as C and O, crystallization is suppressed, and as a result, the barrier metal layer 4-B becomes amorphous. Are not present and therefore exhibit good barrier performance. However, due to this amorphous state, the electric resistance value is, for example, several m.
Ω · cm (specific resistance) also becomes very large. Further, FIG.
As shown in the figure, the specific resistance also has a temporal change such that it increases by several 100% in one day. Therefore,
The barrier metal layer 4-B is not suitable as a fine barrier metal layer.

【0009】従って、本発明の目的は、低抵抗値もしく
は経時的電気抵抗値の上昇がなくかつバリア性能の良好
なバリアメタル層の形成方法を提供することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for forming a barrier metal layer having a good barrier performance without a low resistance value or a rise in electric resistance value over time.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに第1の手段は、チタンを一構成要素とする化合物に
窒素源を混合した原料ガスに、フッ化物を混入させて5
50°C未満の成膜室に導入し、それにより、半導体基
板上に窒化チタンよりなるバリアメタル層を形成するも
のである。第1の手段によれば、バリアメタル層の従来
の第1、第2の形成方法において、柱状構造の結晶粒を
非晶質化するために、フッ化物を原料ガスに添加する。
また、上述の課題を解決するための第2の手段は、チタ
ン及び窒素を構成要素とする化合物を加熱して蒸発させ
た原料ガスに、フッ化物を混入させて成膜室に導入し、
これにより、半導体基板上に窒化チタンよりなるバリア
メタル層を形成するものである。第2の手段によれば、
バリアメタル層の従来の第3の形成方法において、非晶
質のバリアメタル層の耐酸化性を高めて電気抵抗値の経
時上昇を抑えるために、フッ化物を原料ガスに添加す
る。すなわち、バリアメタル層の電気抵抗値の経時上昇
は、バリアメタル層中に残留するTi−H結合がO原子
に置換されることに起因するものと考えられる。従っ
て、上記フッ化物は、バリアメタル層中のTi−H結合
からHFの形でH原子を引き抜くことにより、予めバリ
アメタル層中のTi−H結合数を減少させる作用をす
る。この結果、バリアメタル層の抵抗は安定する。
In order to solve the above-mentioned problems, the first means is to mix a compound containing titanium as a constituent element with a nitrogen source and to mix a fluoride with a source gas.
It is introduced into a film formation chamber at a temperature lower than 50 ° C., thereby forming a barrier metal layer made of titanium nitride on a semiconductor substrate. According to the first means, in the first and second conventional methods for forming a barrier metal layer, a fluoride is added to a source gas in order to amorphize crystal grains having a columnar structure.
Further, a second means for solving the above-mentioned problem is to mix a fluoride into a raw material gas obtained by heating and evaporating a compound containing titanium and nitrogen as components, and introduce the mixed gas into a film formation chamber;
Thus, a barrier metal layer made of titanium nitride is formed on the semiconductor substrate. According to the second means,
In the third conventional method for forming a barrier metal layer, a fluoride is added to a source gas in order to increase the oxidation resistance of the amorphous barrier metal layer and suppress the increase in electric resistance over time. That is, it is considered that the time-dependent increase in the electric resistance value of the barrier metal layer is caused by the substitution of O atoms for the Ti—H bonds remaining in the barrier metal layer. Therefore, the fluoride acts to reduce the number of Ti—H bonds in the barrier metal layer in advance by extracting H atoms from the Ti—H bonds in the barrier metal layer in the form of HF. As a result, the resistance of the barrier metal layer is stabilized.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態を図1
の(A)を参照して説明する。すなわち、チタンを含む
原料化合物としてTiCl4を用い、窒素源としてNH3
及び/またはヒドラジン類を混合した原料ガスに、フッ
化物としてフッ化シリコンを混入させてCVDの成膜室
に導入する。この場合の成膜条件は、 TiCl4流量: 5〜15sccm 5%モノメモルヒドラジン・95%NH3の混合ガス:
100〜250sccm フッ化シリコン流量: 10〜20sccm 成膜室圧力: 0.1〜10Torr 成膜室温度(基板温度): 350〜450°C である。この結果、フッ化シリコンのF原子が結晶化を
抑制するので、図1の(A)に示すごとく、非晶質のT
i−N−Siバリアメタル層4−A’が得られる。な
お、バリアメタル層4−A’のシリコン導入のためにF
原子を含まないシラン類(SiH4等)を用いた場合に
は、結晶化は抑制されない。また、基板温度を550°
C以上の高温にすると、やはり、結晶化は抑制されな
い。また、フッ化シリコンの代りに、シリコンのフッ化
水素化物、を用いてもよい。また、ゲルマニウムのフッ
化物、ゲルマニウムのフッ化水素化物を用いて同様の非
晶質のTi−N−Geバリアメタル層が得られる。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG. That is, TiCl 4 is used as a raw material compound containing titanium, and NH 3 is used as a nitrogen source.
And / or silicon fluoride as a fluoride is mixed into a raw material gas in which hydrazines are mixed and introduced into a CVD film formation chamber. The film forming conditions in this case are as follows: TiCl 4 flow rate: 5 to 15 sccm 5% monomeric hydrazine / 95% NH 3 mixed gas:
100-250 sccm Silicon fluoride flow rate: 10-20 sccm Deposition chamber pressure: 0.1-10 Torr Deposition chamber temperature (substrate temperature): 350-450 ° C. As a result, F atoms of silicon fluoride suppress crystallization, and as shown in FIG.
An i-N-Si barrier metal layer 4-A 'is obtained. Note that F is introduced to introduce silicon into the barrier metal layer 4-A ′.
When silanes containing no atoms (such as SiH 4 ) are used, crystallization is not suppressed. The substrate temperature is set to 550 °
When the temperature is higher than C, crystallization is not suppressed. Further, instead of silicon fluoride, silicon hydride may be used. A similar amorphous Ti—N—Ge barrier metal layer can be obtained using germanium fluoride and germanium hydride.

【0012】本発明の第2の実施の形態を図1の(B)
を参照して説明する。すなわち、チタンを含む原料化合
物としてテトラキス・ジエチルアミノ・チタニウム(T
DEAT)を加熱して気化器内に導き、ここで窒素ガス
と混合してCVDの成膜室に導びく。さらに、CVDの
成膜室においてフッ化モリブデン(M6)を混入さ
せる。この場合の成膜条件は、 TDEAT流量: 0.01μl/min 窒素ガス: 700sccm M6流量: 5〜20sccm 成膜室圧力: 0.1〜5Torr 成膜室温度(基板温度): 350〜500°C である。この結果、図1の(B)に示すバリアメタル層
4−B’が得られる。つまり、TDEATは熱分解して
TiNとなる。これと平行してバリアメタル層中のTi
−H結合とM6とが次の反応式(係数省略)に基づ
いて反応してHが引き抜かれる。 Ti−H+M6→TiF4↑+M+HF↑ この結果、バリアメタル層の耐酸化性が向上する。ま
た、成膜室温度を上げれば、TiF4が分解離脱し易く
なるので電気抵抗は低下し、さらに、M自体のバリア
メタル層への混入によりさらに電気抵抗は低下する。最
終的には、2000μmΩ・cm以下の比抵抗が得られ
た。なお、金属Mの代りに、ダングステン、レニウ
ム、ゲルマニウムの金属を用いても同様の低抵抗のバリ
アメタル層4−B’が得られる。また、ゲルマニウム金
属を用いた場合には、Ge−Ti−N系の非晶質形成を
歩進して電気抵抗値は余り低下しないが、耐酸化性は向
上して安定な非晶質のバリアメタル層が得られる。
A second embodiment of the present invention is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. That is, tetrakis-diethylamino-titanium (T
DEAT) is heated and led into a vaporizer, where it is mixed with nitrogen gas and led to a CVD film formation chamber. Furthermore, it is mixed fluoride molybdenum (M o F 6) in the film forming chamber of the CVD. Film forming conditions in this case, TDEAT flow: 0.01μl / min nitrogen gas: 700 sccm M o F 6 flow rate: 5~20Sccm deposition chamber pressure: 0.1~5Torr deposition chamber temperature (substrate temperature): 350 500 ° C. As a result, a barrier metal layer 4-B ′ shown in FIG. 1B is obtained. That is, TDEAT is thermally decomposed into TiN. In parallel with this, Ti in the barrier metal layer
The —H bond reacts with MoF 6 based on the following reaction formula (coefficient omitted) to extract H. Ti-H + M o F 6 → TiF 4 ↑ + M o + HF ↑ Consequently, oxidation resistance of the barrier metal layer is improved. Further, by raising the deposition chamber temperature, the electrical resistance decreases so TiF 4 is liable to decompose leaving further further electrical resistance is reduced by the incorporation into the barrier metal layer of M o itself. Finally, a specific resistance of 2000 μmΩ · cm or less was obtained. Instead of the metal M o, Dangusuten, rhenium, germanium metal similar low resistance barrier metal layer 4-B be used 'is obtained. Also, when germanium metal is used, the formation of Ge-Ti-N-based amorphous material is promoted, and the electric resistance value is not reduced much, but the oxidation resistance is improved and the stable amorphous barrier material is used. A metal layer is obtained.

【0013】また、チタンを含む原料化合物としてTD
EATを加熱して気化器内に導き、ここで窒素ガスと混
合してCVDの成膜室に導びく。さらに、CVDの成膜
室においてフッ化ホウ素(BF3)を混入させる。この
場合の成膜条件は、 TDEAT: 0.01μl/min 窒素ガス : 700sccm BF3流量: 5〜20sccm 成膜室圧力: 0.1〜5Torr 成膜室温度(基板温度): 350〜500°C である。この結果、やはり図1の(B)に示すバリアメ
タル層4−B’が得られる。つまり、TDEATは熱分
解してTiNとなる。これと平行してバリアメタル層中
のTi−H結合とM6とが次の反応式(係数省略)
に基づいて反応してHが引き抜かれる。 Ti−H+BF3→TiBX+HF↑ この結果、ホウ化チタンは導電性であると共に、きわめ
て高いバリア性能を示す。なお、非金属元素ホウ素の代
りに、非金属元素シリコンを用いても同様の低抵抗のバ
リアメタル層4−B’が得られる。この場合、成膜室温
度400°Cで、SiF4、SiHF4、SiH22の流
量5〜20sccmで行う。また、非金属元素炭素、窒
素あるいはヒ素を用いた場合には、水素の引き抜きと非
晶質化の促進である。従って、電気抵抗値は余り低下し
ないが、耐酸化性は向上し安定な非晶質のバリアメタル
層が得られる。
Further, TD is used as a starting compound containing titanium.
The EAT is heated and led into a vaporizer, where it is mixed with nitrogen gas and led to a CVD film formation chamber. Further, boron fluoride (BF 3 ) is mixed in a CVD film forming chamber. The film forming conditions in this case are: TDEAT: 0.01 μl / min Nitrogen gas: 700 sccm BF 3 Flow rate: 5 to 20 sccm Film forming chamber pressure: 0.1 to 5 Torr Film forming chamber temperature (substrate temperature): 350 to 500 ° C. It is. As a result, a barrier metal layer 4-B ′ also shown in FIG. 1B is obtained. That is, TDEAT is thermally decomposed into TiN. In parallel with this, the Ti—H bond in the barrier metal layer and MoF 6 form the following reaction formula (coefficient omitted):
H is extracted in response to the reaction. Ti-H + BF 3 → TiB X + HF ↑ As a result, the titanium boride is conductive, indicating a very high barrier performance. It should be noted that a similar low-resistance barrier metal layer 4-B ′ can be obtained by using nonmetallic silicon instead of nonmetallic boron. In this case, the film formation is performed at a temperature of 400 ° C. and a flow rate of SiF 4 , SiHF 4 , and SiH 2 F 2 of 5 to 20 sccm. In the case where carbon, nitrogen or arsenic is used as a nonmetallic element, hydrogen is extracted and amorphousization is promoted. Therefore, although the electric resistance value does not decrease so much, the oxidation resistance is improved and a stable amorphous barrier metal layer can be obtained.

【0014】さらに、チタンを含む原料化合物としてT
DEATを加熱して気化器内に導き、ここで窒素ガスと
混合してCVDの成膜室に導びく。さらに、CVDの成
膜室においてフッ化窒素(NF3)を混入させる。この
場合の成膜条件は、 TDEAT流量: 0.01μl/min 窒素ガス: 700sccm NF3流量: 50〜100sccm 成膜室圧力: 0.1〜5Torr 成膜室温度(基板温度): 350〜500°C である。この結果、やはり図1の(B)に示すバリアメ
タル層4−B’が得られる。つまり、TDEATは熱分
解してTiNとなる。これと平行してバリアメタル層中
のTi−H結合とNF3とが反応してHが引き抜かれ
る。この結果、バリアメタル層の耐酸化性が向上して安
定な非晶質のバリアメタル層が得られる。ただし、電気
抵抗値は余り低下しないが、図2に示すごとく、電気抵
抗値の経時的上昇は+5%/24時間と改善されてい
る。なお、不活性元素窒素の代りに、アルゴン、クリプ
トン、ゼノンの不活性元素を用いても同様のバリアメタ
ル層4−B’が得られる。
Further, as a raw material compound containing titanium, T
The DAT is heated and led into a vaporizer, where it is mixed with nitrogen gas and led to a CVD film formation chamber. Further, nitrogen fluoride (NF 3 ) is mixed in a CVD film formation chamber. The deposition conditions in this case are as follows: TDEAT flow rate: 0.01 μl / min Nitrogen gas: 700 sccm NF 3 flow rate: 50 to 100 sccm Deposition chamber pressure: 0.1 to 5 Torr Deposition chamber temperature (substrate temperature): 350 to 500 ° C. As a result, a barrier metal layer 4-B ′ also shown in FIG. 1B is obtained. That is, TDEAT is thermally decomposed into TiN. In parallel with this, the Ti—H bond in the barrier metal layer reacts with NF 3 to extract H. As a result, the oxidation resistance of the barrier metal layer is improved, and a stable amorphous barrier metal layer is obtained. However, although the electric resistance does not decrease so much, as shown in FIG. 2, the increase with time in the electric resistance is improved to + 5% / 24 hours. Note that a similar barrier metal layer 4-B 'can be obtained by using an inert element of argon, krypton, or xenon instead of the inert element nitrogen.

【0015】また、上述の第2の実施の形態において、
TDEATの代りに、テトラキス・ジメチルアミノ・チ
タニウム(TDMAT)を用いても同様のバリアメタル
層を得ることができる。
In the above-described second embodiment,
A similar barrier metal layer can be obtained by using tetrakis dimethylamino titanium (TDMAT) instead of TDEAT.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
気抵抗値が低いもしくは経時的上昇を抑制し、しかも、
バリア性能な良好な非晶質のバリアメタル層を得ること
ができる。
As described above, according to the present invention, the electric resistance value is low or a rise with time is suppressed, and
An amorphous barrier metal layer having good barrier performance can be obtained.

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

【図1】本発明に係るバリアメタル層の形成方法の実施
の形態を説明する断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of a method for forming a barrier metal layer according to the present invention.

【図2】本発明に係るバリアメタル層の電気抵抗値の経
時変化を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a change over time in an electric resistance value of a barrier metal layer according to the present invention.

【図3】一般的なコンタクト構造の製造方法を断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a general method of manufacturing a contact structure.

【図4】従来のバリアメタル層の形成方法を説明する断
面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a conventional method for forming a barrier metal layer.

【図5】従来のバリアメタル層の電気抵抗値の経時変化
を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a change over time of an electric resistance value of a conventional barrier metal layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1─P-型シリコン基板 2─層間絶縁層 3─N+型不純物拡散層 4、4−A、4−B、4−A’、4−B’─バリアメタ
ル層 5─金属層 CONT─コンタクトホール
1─P - -type silicon substrate 2─ interlayer insulating layer 3─N + -type impurity diffusion layer 4,4-A, 4-B, 4-A ', 4-B'─ barrier metal layer 5─ metal layer CONT─ Contacts hole

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 チタンを一構成要素とする化合物に窒素
源を混合した原料ガスに、フッ化物を混入させて550
°C未満の成膜室に導入し、それにより、半導体基板
(1、3)上に窒化チタンよりなるバリアメタル層(4
−A’)を形成する半導体装置の製造方法。
1. A fluoride is mixed with a raw material gas obtained by mixing a nitrogen source with a compound containing titanium as a constituent element.
The substrate is introduced into a film formation chamber at a temperature lower than 0 ° C., thereby forming a barrier metal layer (4) made of titanium nitride on the semiconductor substrate (1, 3).
-A ′) A method for manufacturing a semiconductor device for forming (A ′).
【請求項2】 前記化合物がTiC 4であり、前記フ
ッ化物がシリコンのフッ化物及びシリコンのフッ化水素
化物のいずれかである請求項1 に記載の半導体装置の製
造方法。
Wherein a said compound TiC l 4, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 wherein the fluoride is any one of hydrogen fluoride compound of fluoride and silicon silicon.
【請求項3】 前記化合物がTiC 4であり、前記フ
ッ化物がゲルマニウムのフッ化物及びゲルマニウムのフ
ッ化水素化物のいずれかである請求項1に記載の半導体
装置の製造方法。
Wherein a said compound TiC l 4, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 wherein the fluoride is any one of hydrogen fluoride compound of fluoride and germanium germanium.
【請求項4】 前記窒化源が窒素ガス、NH3及びヒド
ラジン類の少なくとも1つである請求項1に記載の半導
体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the nitriding source is at least one of nitrogen gas, NH 3 and hydrazines.
【請求項5】 チタン及び窒素を構成要素とする化合物
を加熱して窒素ガスと混合して蒸発させた原料ガスに、
フッ化物を混入させて成膜室に導入し、これにより、半
導体基板(1、3)上に窒化チタンよりなるバリアメタ
ル層(4−B’)を形成する半導体装置の製造方法。
5. A raw material gas obtained by heating a compound containing titanium and nitrogen as components, mixing with a nitrogen gas, and evaporating the raw material gas.
A method of manufacturing a semiconductor device in which a fluoride is mixed and introduced into a film formation chamber, whereby a barrier metal layer (4-B ′) made of titanium nitride is formed on a semiconductor substrate (1, 3).
【請求項6】 前記化合物が、テトラキス・ジエチルア
ミノ・チタニウム、テトラキス・ジメチルアミノ・チタ
ニウムのいずれかである請求項5に記載の半導体装置の
製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the compound is any one of tetrakis-diethylamino-titanium and tetrakis-dimethylamino-titanium.
【請求項7】 前記フッ化物が金属元素のフッ化物であ
り、該金属元素が、タングステン、モリブデン、レニウ
ム及びゲルマニウムのいずれかである請求項5に記載の
半導体装置の製造方法。
7. The method according to claim 5, wherein the fluoride is a fluoride of a metal element, and the metal element is any of tungsten, molybdenum, rhenium, and germanium.
【請求項8】 前記フッ化物が非金属元素のフッ化物で
あり、該非金属元素が、ホウ素、シリコン、炭素、窒素
及びひ素のいずれかである請求項5に記載の半導体装置
の製造方法。
8. The method according to claim 5, wherein the fluoride is a nonmetallic element fluoride, and the nonmetallic element is any of boron, silicon, carbon, nitrogen and arsenic.
【請求項9】 前記フッ化物が不活性ガスのフッ化物で
あり、該不活性ガスが、アルゴン、クリプトン、ゼノン
及び窒素のいずれかである請求項5に記載の半導体装置
の製造方法。
9. The method according to claim 5, wherein the fluoride is a fluoride of an inert gas, and the inert gas is any of argon, krypton, xenon, and nitrogen.
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