JP2874642B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法において、窒化金属バリア層を用いたコンタクト構
造の形成方法の改良に関するものである。
方法において、窒化金属バリア層を用いたコンタクト構
造の形成方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年のデバイスの集積化に伴い、素子間
をつなぐ配線技術の重要性がますます増大している。特
に配線のコンタクトでは、信頼性を維持しながら抵抗を
低減することが緊急の課題である。従来のコンタクト構
造では、主たる構成金属としてＡｌやＷ等が用いられる
ことが多いが、これらの金属と基板のＳｉが近接して接
合された場合、熱処理によって界面相互拡散やシリサイ
ド化反応が生じ、界面に高抵抗層が形成されたり、反応
層が浅い接合を突き破ってリーク電流が発生したりす
る。これを防ぐためには、反応抑制力が高く、低抵抗な
バリア層が必要で、ＴｉやＷ等の高融点金属やそれらの
化合物からなるバリア層が用いられてきた。
をつなぐ配線技術の重要性がますます増大している。特
に配線のコンタクトでは、信頼性を維持しながら抵抗を
低減することが緊急の課題である。従来のコンタクト構
造では、主たる構成金属としてＡｌやＷ等が用いられる
ことが多いが、これらの金属と基板のＳｉが近接して接
合された場合、熱処理によって界面相互拡散やシリサイ
ド化反応が生じ、界面に高抵抗層が形成されたり、反応
層が浅い接合を突き破ってリーク電流が発生したりす
る。これを防ぐためには、反応抑制力が高く、低抵抗な
バリア層が必要で、ＴｉやＷ等の高融点金属やそれらの
化合物からなるバリア層が用いられてきた。
【０００３】特に、Ｓｉ上の高融点金属を熱窒化するこ
とによって、界面近傍の薄いシリサイド化層を伴った窒
化金属膜をバリアとして用いる技術は種々提案されてい
る。例えば、特開平２−２３５３７２号公報、特開平４
−１１２５２９号公報。図４はその一例を示す断面図で
あり、Ｓｉ基板４１上に絶縁膜としてＳｉＯ2 膜４２が
形成され、この絶縁膜４２に開設されたコンタクトホー
ル４３内にＴｉやＷ等の高融点金属の窒化金属からなる
バリア膜４４を形成し、その上に主たる金属であるＡｌ
やＷ等の金属４５を形成している。
とによって、界面近傍の薄いシリサイド化層を伴った窒
化金属膜をバリアとして用いる技術は種々提案されてい
る。例えば、特開平２−２３５３７２号公報、特開平４
−１１２５２９号公報。図４はその一例を示す断面図で
あり、Ｓｉ基板４１上に絶縁膜としてＳｉＯ2 膜４２が
形成され、この絶縁膜４２に開設されたコンタクトホー
ル４３内にＴｉやＷ等の高融点金属の窒化金属からなる
バリア膜４４を形成し、その上に主たる金属であるＡｌ
やＷ等の金属４５を形成している。
【０００４】しかしながら、これらの構成のバリア膜は
一般に多結晶構造であり、高速拡散路となる粒界がある
ため、バリア性は十分ではない。このため十分なバリア
性を得るためには結晶粒径より十分厚い膜厚が必要とな
り、コンタクト抵抗が上昇することになる。また、この
粒界を酸化により埋めてバリア性を高めると（１９８５
年９月、アプライト・フィジックス・レターズ、第４７
巻、４７１頁；Applied Physics Letters,vol.47,p471,
(1985)、特開平５−２６７２１１号公報）、酸素等の不
純物を導入することによって材料自身の比抵抗が上昇
し、やはりコンタクト抵抗が上昇してしまう。また、多
結晶バリア膜の場合には、バリア膜の形成に伴うＳｉ基
板表面でのダメージを防止するためにバリア膜を直接Ｓ
ｉ基板上に形成できず、良好な電気特性が得られなくな
る。
一般に多結晶構造であり、高速拡散路となる粒界がある
ため、バリア性は十分ではない。このため十分なバリア
性を得るためには結晶粒径より十分厚い膜厚が必要とな
り、コンタクト抵抗が上昇することになる。また、この
粒界を酸化により埋めてバリア性を高めると（１９８５
年９月、アプライト・フィジックス・レターズ、第４７
巻、４７１頁；Applied Physics Letters,vol.47,p471,
(1985)、特開平５−２６７２１１号公報）、酸素等の不
純物を導入することによって材料自身の比抵抗が上昇
し、やはりコンタクト抵抗が上昇してしまう。また、多
結晶バリア膜の場合には、バリア膜の形成に伴うＳｉ基
板表面でのダメージを防止するためにバリア膜を直接Ｓ
ｉ基板上に形成できず、良好な電気特性が得られなくな
る。
【０００５】こうした観点から結晶粒を小さくすること
が望ましく、窒素雰囲気中でスパッタすることによって
得られる、アモルファス膜や微結晶膜をバリア膜として
用いる技術も提案されている（１９８９年、アプライド
・サーフェス・サイエンス、第４１，４２巻、２０７
頁；Applied Surface Science,vol,41/42,p207(1989)。
が望ましく、窒素雰囲気中でスパッタすることによって
得られる、アモルファス膜や微結晶膜をバリア膜として
用いる技術も提案されている（１９８９年、アプライド
・サーフェス・サイエンス、第４１，４２巻、２０７
頁；Applied Surface Science,vol,41/42,p207(1989)。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このア
モルファス膜や微結晶粒膜をスパッタ法により形成する
場合には、コンタクト開口部へ選択的にバリア膜を形成
するためのセルフアラインプロセスが実現できず、特に
コンタクトホール内にバリア膜を形成することができ
ず、微細かつ高集積度の半導体装置への適用が難しいと
いう問題がある。
モルファス膜や微結晶粒膜をスパッタ法により形成する
場合には、コンタクト開口部へ選択的にバリア膜を形成
するためのセルフアラインプロセスが実現できず、特に
コンタクトホール内にバリア膜を形成することができ
ず、微細かつ高集積度の半導体装置への適用が難しいと
いう問題がある。
【０００７】本発明の目的は、セルフアラインプロセス
によってコンタクトホール内へのアモルファス膜の選択
的堆積を可能とし、低いコンタクト抵抗、高いバリア性
を持つコンタクト構造を実現し、高速な動作特性と簡素
な構造を持つ半導体装置の製造を可能とした製造方法を
提供することにある。
によってコンタクトホール内へのアモルファス膜の選択
的堆積を可能とし、低いコンタクト抵抗、高いバリア性
を持つコンタクト構造を実現し、高速な動作特性と簡素
な構造を持つ半導体装置の製造を可能とした製造方法を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、シ
リコン基板とコンタクト金属との間に形成されるバリア
膜を、シリコン基板上に高融点金属薄膜を一様に堆積し
た後、基板温度を４５０〜５５０℃に加熱して前記高融
点金属とシリコンとからなるアモルファス層を形成し、
引続き前記基板温度を保ちながら反応性のある窒素含有
気体にさらして高融点金属とシリコンと窒素とからなる
アモルファス状または微結晶状の薄いバリア層として形
成することを特徴とする。例えば、本発明の好ましい形
態としては、シリコン基板の表面に酸化シリコン等の絶
縁膜を形成し、この絶縁膜に局所的にコンタクトホール
を開設した後、このコンタクトホールを含む全面に高融
点金属薄膜を一様に堆積し、さらに基板を４５０〜５５
０℃に加熱してコンタクトホール内のシリコン露出部に
のみ前記高融点金属とシリコンとからなるアモルファス
層を形成し、絶縁膜上の未反応金属を化学エッチングに
より除去した後、反応性のある窒素含有気体にさらして
前記高融点金属とシリコンと窒素とからなるアモルファ
ス状または微結晶状の薄いバリア層を形成する。
リコン基板とコンタクト金属との間に形成されるバリア
膜を、シリコン基板上に高融点金属薄膜を一様に堆積し
た後、基板温度を４５０〜５５０℃に加熱して前記高融
点金属とシリコンとからなるアモルファス層を形成し、
引続き前記基板温度を保ちながら反応性のある窒素含有
気体にさらして高融点金属とシリコンと窒素とからなる
アモルファス状または微結晶状の薄いバリア層として形
成することを特徴とする。例えば、本発明の好ましい形
態としては、シリコン基板の表面に酸化シリコン等の絶
縁膜を形成し、この絶縁膜に局所的にコンタクトホール
を開設した後、このコンタクトホールを含む全面に高融
点金属薄膜を一様に堆積し、さらに基板を４５０〜５５
０℃に加熱してコンタクトホール内のシリコン露出部に
のみ前記高融点金属とシリコンとからなるアモルファス
層を形成し、絶縁膜上の未反応金属を化学エッチングに
より除去した後、反応性のある窒素含有気体にさらして
前記高融点金属とシリコンと窒素とからなるアモルファ
ス状または微結晶状の薄いバリア層を形成する。
【０００９】ここで、高融点金属薄膜は、Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｈｆを厚さ１０ｎｍ以下に形成することが好ましい。ま
た、反応性のある窒素含有気体にさらす工程は、ラジカ
ル窒素ビーム照射、あるいはヒドラジンガスまたはアン
モニアガス照射が採用される。
Ｈｆを厚さ１０ｎｍ以下に形成することが好ましい。ま
た、反応性のある窒素含有気体にさらす工程は、ラジカ
ル窒素ビーム照射、あるいはヒドラジンガスまたはアン
モニアガス照射が採用される。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施形態を
図１を参照して説明する。先ず、図１（ａ）のように、
（１００）面のＳｉ基板１１の表面にＳｉＯ2 からなる
絶縁膜１２を形成し、かつこの絶縁膜１２を選択エッチ
ングして所要箇所にコンタクトホール１３を開口する。
そして、高真空中において電子ビームガンを用いて、厚
さ４ｎｍの多結晶Ｔｉ膜１４を堆積する。
図１を参照して説明する。先ず、図１（ａ）のように、
（１００）面のＳｉ基板１１の表面にＳｉＯ2 からなる
絶縁膜１２を形成し、かつこの絶縁膜１２を選択エッチ
ングして所要箇所にコンタクトホール１３を開口する。
そして、高真空中において電子ビームガンを用いて、厚
さ４ｎｍの多結晶Ｔｉ膜１４を堆積する。
【００１１】次いで、図１（ｂ）のように、堆積した多
結晶Ｔｉ膜１４に対して５００℃、５分の加熱を行い、
Ｓｉ基板１１に接している領域の多結晶Ｔｉ膜１４をＴ
ｉアモルファス膜１５に改質する。これは、ＲＨＥＥＤ
（反射高速電子回折）パターンがハローとなり、ＸＰＳ
（Ｘ線光電子分光）のＳｉピーク強度が大幅に増大する
ことから、表面層がＴｉＳｉX のアモルファス層になっ
ていることを確認できる。加熱温度が６００℃以上では
急速にシリサイドの結晶化が始まり、アモルファス膜が
得られず、４００℃以下では金属とシリコンの相互拡散
に時間がかかるため、４５０〜５５０℃の範囲が望まし
いことがわかった。
結晶Ｔｉ膜１４に対して５００℃、５分の加熱を行い、
Ｓｉ基板１１に接している領域の多結晶Ｔｉ膜１４をＴ
ｉアモルファス膜１５に改質する。これは、ＲＨＥＥＤ
（反射高速電子回折）パターンがハローとなり、ＸＰＳ
（Ｘ線光電子分光）のＳｉピーク強度が大幅に増大する
ことから、表面層がＴｉＳｉX のアモルファス層になっ
ていることを確認できる。加熱温度が６００℃以上では
急速にシリサイドの結晶化が始まり、アモルファス膜が
得られず、４００℃以下では金属とシリコンの相互拡散
に時間がかかるため、４５０〜５５０℃の範囲が望まし
いことがわかった。
【００１２】次いで、図１（ｃ）のように、Ｓｉ基板温
度を保ったままラジカル窒素源を用いて、およそ１×１
０-5Ｔｏｒｒのフラックスのラジカル窒素ビームを５分
間基板表面に供給する。この結果、前記Ｔｉアモルファ
ス膜１５はＸＰＳの表面分析から、表面はＴｉ，Ｓｉ，
Ｎをほぼ等量ずつ含む一様な膜に改質され、バリア膜と
して構成される。断面ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）により
観測されるこのバリア膜１５は、極めて急峻な界面を有
する厚さ５ｎｍの均一な膜で、径が１ｎｍ以下の非常に
微細な粒からなるアモルファス状の構造である。また、
ＲＨＥＥＤパターンは基板温度を８００℃まで上げても
ハローのままであることから、この膜のアモルファス構
造が極めて安定であり、アモルファスＴｉＳｉX が６５
０℃付近で多結晶構造へ容易に相転移するのとは著しく
対照を示す。
度を保ったままラジカル窒素源を用いて、およそ１×１
０-5Ｔｏｒｒのフラックスのラジカル窒素ビームを５分
間基板表面に供給する。この結果、前記Ｔｉアモルファ
ス膜１５はＸＰＳの表面分析から、表面はＴｉ，Ｓｉ，
Ｎをほぼ等量ずつ含む一様な膜に改質され、バリア膜と
して構成される。断面ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）により
観測されるこのバリア膜１５は、極めて急峻な界面を有
する厚さ５ｎｍの均一な膜で、径が１ｎｍ以下の非常に
微細な粒からなるアモルファス状の構造である。また、
ＲＨＥＥＤパターンは基板温度を８００℃まで上げても
ハローのままであることから、この膜のアモルファス構
造が極めて安定であり、アモルファスＴｉＳｉX が６５
０℃付近で多結晶構造へ容易に相転移するのとは著しく
対照を示す。
【００１３】しかる上で、図１（ｄ）のように、Ｔｉア
モルファス膜１５上に、Ａｌ膜１６を５０ｎｍ堆積し、
このＡｌ膜１６を前記多結晶Ｔｉ膜１４と共に所要のパ
ターンにエッチング形成してコンタクト配線を形成す
る。この配線構造では、窒素雰囲気中での熱処理（５５
０℃、６０分）を行っても、バリア膜１５は若干の膜厚
の減少はあるものの平坦さを保ち、界面相互拡散バリア
膜の厚さ以下のレベルに抑制されている。
モルファス膜１５上に、Ａｌ膜１６を５０ｎｍ堆積し、
このＡｌ膜１６を前記多結晶Ｔｉ膜１４と共に所要のパ
ターンにエッチング形成してコンタクト配線を形成す
る。この配線構造では、窒素雰囲気中での熱処理（５５
０℃、６０分）を行っても、バリア膜１５は若干の膜厚
の減少はあるものの平坦さを保ち、界面相互拡散バリア
膜の厚さ以下のレベルに抑制されている。
【００１４】このように、Ｔｉがシリコンと反応する際
に、結晶化温度より低い温度では、準安定なアモルファ
スシリサイド状態となる。この段階で窒化を行えば、ア
モルファス状態が安定化し、緻密で均一なバリア膜が形
成できる。この膜はバリア性が高いため、従来に比べ大
幅に膜厚を薄くすることができ、コンタクト抵抗を低減
できる。また、スパッタ等によるダメージ層が界面に残
留しないため、良好な接合が実現できる。
に、結晶化温度より低い温度では、準安定なアモルファ
スシリサイド状態となる。この段階で窒化を行えば、ア
モルファス状態が安定化し、緻密で均一なバリア膜が形
成できる。この膜はバリア性が高いため、従来に比べ大
幅に膜厚を薄くすることができ、コンタクト抵抗を低減
できる。また、スパッタ等によるダメージ層が界面に残
留しないため、良好な接合が実現できる。
【００１５】本発明の第２の実施形態を図２を参照して
説明する。先ず、図２（ａ）のように、（１００）面の
ｎ−Ｓｉ基板２１の表面に厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2 か
らなる絶縁膜２２が形成され、その一部に直径１０μｍ
のコンタクトホール２３が開設される。そして、全面に
スパッタ法により厚さ１０ｎｍの多結晶Ｔｉ膜２４を堆
積し、５００℃，５分の加熱により、コンタクトホール
２３内のＴｉ膜２４のみをアモルファスＴｉＳｉX ２５
へ改質する。
説明する。先ず、図２（ａ）のように、（１００）面の
ｎ−Ｓｉ基板２１の表面に厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2 か
らなる絶縁膜２２が形成され、その一部に直径１０μｍ
のコンタクトホール２３が開設される。そして、全面に
スパッタ法により厚さ１０ｎｍの多結晶Ｔｉ膜２４を堆
積し、５００℃，５分の加熱により、コンタクトホール
２３内のＴｉ膜２４のみをアモルファスＴｉＳｉX ２５
へ改質する。
【００１６】次いで、図２（ｂ）のように、一旦、高真
空漕から取り出して塩酸を主成分とするエッチング液に
１分間浸して、未反応Ｔｉ膜２４を取り除く。再び高真
空中に導入してラジカル窒素ビーム照射を行う。この試
料表面をＡＥＳ（オージェ電子分光）で線分析すると、
コンタクトホール２３の底面にはＴｉ，Ｓｉ，Ｎ，Ｏの
各元素が、前記絶縁膜２２の表面にはＳｉ，Ｎ，Ｏのみ
が観測されることから、図２（ｃ）のように、コンタク
トホール２３の底面にのみ電導性のアモルファスＴｉＳ
ｉＮ膜２６が形成され、絶縁膜２２の表面にはＳｉＮ膜
２７が形成されていることが確認できる。しかる上で、
図２（ｄ）のように、厚さ２００ｎｍのＡｌ膜２８を形
成し、リソグラフィプロセスでコンタクトホール内にＡ
ｌパッドを形成する。
空漕から取り出して塩酸を主成分とするエッチング液に
１分間浸して、未反応Ｔｉ膜２４を取り除く。再び高真
空中に導入してラジカル窒素ビーム照射を行う。この試
料表面をＡＥＳ（オージェ電子分光）で線分析すると、
コンタクトホール２３の底面にはＴｉ，Ｓｉ，Ｎ，Ｏの
各元素が、前記絶縁膜２２の表面にはＳｉ，Ｎ，Ｏのみ
が観測されることから、図２（ｃ）のように、コンタク
トホール２３の底面にのみ電導性のアモルファスＴｉＳ
ｉＮ膜２６が形成され、絶縁膜２２の表面にはＳｉＮ膜
２７が形成されていることが確認できる。しかる上で、
図２（ｄ）のように、厚さ２００ｎｍのＡｌ膜２８を形
成し、リソグラフィプロセスでコンタクトホール内にＡ
ｌパッドを形成する。
【００１７】このようにして作製したショトキー接合の
ダイオード特性を、Ｉ−Ｖ法によって評価すると、障壁
高さを０．５５ｅＶとする理想に近いカーブが得られ
る。このことは、スパッタプロセスで導入された基板表
面のダメージ層が、シリサイド化によって食われ、欠陥
の少ない界面が得られることを示している。障壁高さ
は、Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）の半分で、オ
ーミックコンタクトとした場合、ｎ，ｐ−両タイプの基
板に対して十分低いコンタクト抵抗が得られることが期
待され、Ｃ−ＭＯＳ（相補性−ＭＯＳ）素子の形成にも
有効であると考えられる。
ダイオード特性を、Ｉ−Ｖ法によって評価すると、障壁
高さを０．５５ｅＶとする理想に近いカーブが得られ
る。このことは、スパッタプロセスで導入された基板表
面のダメージ層が、シリサイド化によって食われ、欠陥
の少ない界面が得られることを示している。障壁高さ
は、Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）の半分で、オ
ーミックコンタクトとした場合、ｎ，ｐ−両タイプの基
板に対して十分低いコンタクト抵抗が得られることが期
待され、Ｃ−ＭＯＳ（相補性−ＭＯＳ）素子の形成にも
有効であると考えられる。
【００１８】この実施形態のＴｉ膜２４の堆積とその後
の熱処理では、アモルファスＴｉＳｉX ２５がＳｉ基板
の露出部にのみ形成され、絶縁膜２２の被覆部では、Ｔ
ｉとの界面反応が遅いために未反応Ｔｉ膜２４が残留す
る。塩酸を主成分とするエッチング液では、未反応の金
属Ｔｉの溶解速度がアモルファスＴｉＳｉX のそれより
も非常に速いため、未反応Ｔｉ膜２４のみを化学的に除
去した後に、前記窒化プロセスを行うことによって、Ｓ
ｉ基板２１の露出部のみに選択的にアモルファスＴｉＳ
ｉＮのバリア膜２６を形成することが可能となり、コン
タクトホール内にのみバリア膜が形成可能となる。
の熱処理では、アモルファスＴｉＳｉX ２５がＳｉ基板
の露出部にのみ形成され、絶縁膜２２の被覆部では、Ｔ
ｉとの界面反応が遅いために未反応Ｔｉ膜２４が残留す
る。塩酸を主成分とするエッチング液では、未反応の金
属Ｔｉの溶解速度がアモルファスＴｉＳｉX のそれより
も非常に速いため、未反応Ｔｉ膜２４のみを化学的に除
去した後に、前記窒化プロセスを行うことによって、Ｓ
ｉ基板２１の露出部のみに選択的にアモルファスＴｉＳ
ｉＮのバリア膜２６を形成することが可能となり、コン
タクトホール内にのみバリア膜が形成可能となる。
【００１９】
【実施例】図３は本発明方法により製造されるコンタク
ト構造の評価を行った実施例を示す図である。ここで
は、ケルビン法テストパターンを形成してコンタクト抵
抗の測定をおこなっている。先ず、図３（ａ）のよう
に、（１００）面のｐ−Ｓｉ基板（抵抗率１０〜２０Ω
ｃｍ，４インチφ）３１を用い、その表面に厚さ０．５
μｍのフィールド酸化膜３２を形成し、通常のフォトリ
ソグラフィ技術でコンタクト領域のフィールド酸化膜３
２を除去し、コンタクトホール３３を開設する。そし
て、図示は省略するが前記コンタクトホール３３内に防
護用熱酸化膜２０ｎｍを成長した後、Ｓｉ基板３１に対
してＡｓイオンの打ち込みを行った。打ち込み条件は、
ドーズ量５×１０15ｃｍ-2、エネルギは８０ＫｅＶであ
る。窒素雰囲気で９００℃，３０分間の活性化アニール
を行った後、基板をバッファードフッ酸（ｐＨ〜４）中
でコンタクトホール３３内の前記防護用熱酸化膜を除去
する。
ト構造の評価を行った実施例を示す図である。ここで
は、ケルビン法テストパターンを形成してコンタクト抵
抗の測定をおこなっている。先ず、図３（ａ）のよう
に、（１００）面のｐ−Ｓｉ基板（抵抗率１０〜２０Ω
ｃｍ，４インチφ）３１を用い、その表面に厚さ０．５
μｍのフィールド酸化膜３２を形成し、通常のフォトリ
ソグラフィ技術でコンタクト領域のフィールド酸化膜３
２を除去し、コンタクトホール３３を開設する。そし
て、図示は省略するが前記コンタクトホール３３内に防
護用熱酸化膜２０ｎｍを成長した後、Ｓｉ基板３１に対
してＡｓイオンの打ち込みを行った。打ち込み条件は、
ドーズ量５×１０15ｃｍ-2、エネルギは８０ＫｅＶであ
る。窒素雰囲気で９００℃，３０分間の活性化アニール
を行った後、基板をバッファードフッ酸（ｐＨ〜４）中
でコンタクトホール３３内の前記防護用熱酸化膜を除去
する。
【００２０】次いで、図３（ｂ）のように、直ちにＳｉ
基板３１を真空層に導入して、スパッタ法によって厚さ
１０ｎｍのＴｉ薄膜をＳｉ基板３１の全体に堆積した。
スパッタを行った真空層を１×１０-5Ｔｏｒｒ以下のＡ
ｒ雰囲気として、５００℃，５分間に基板を加熱した
後、引き続いてラジカル窒素ビームを、フラックス強度
１×１０-4Ｔｏｒｒで照射する。この段階で、コンタク
トホール３３のＳｉ基板３１の表面部にはアモルファス
ＴｉＳｉＮ膜３４が、フィールド酸化膜３２の表面部に
はＴｉＮ膜３５がそれぞれ形成される。
基板３１を真空層に導入して、スパッタ法によって厚さ
１０ｎｍのＴｉ薄膜をＳｉ基板３１の全体に堆積した。
スパッタを行った真空層を１×１０-5Ｔｏｒｒ以下のＡ
ｒ雰囲気として、５００℃，５分間に基板を加熱した
後、引き続いてラジカル窒素ビームを、フラックス強度
１×１０-4Ｔｏｒｒで照射する。この段階で、コンタク
トホール３３のＳｉ基板３１の表面部にはアモルファス
ＴｉＳｉＮ膜３４が、フィールド酸化膜３２の表面部に
はＴｉＮ膜３５がそれぞれ形成される。
【００２１】しかる後、図３（ｃ）のように、Ｓｉ基板
温度を１５０℃以下に下げ、同じ真空漕内で厚さ０．６
μｍのＡｌ膜３６を堆積する。次に、この基板に対し、
反応ガスとしてＣｌ2 を用いたリソグラフィープロセス
で、Ａｌ膜３６と下地のＴｉＮ膜３５をエッチングし、
所望の形にコンタクトパッドを形成する。
温度を１５０℃以下に下げ、同じ真空漕内で厚さ０．６
μｍのＡｌ膜３６を堆積する。次に、この基板に対し、
反応ガスとしてＣｌ2 を用いたリソグラフィープロセス
で、Ａｌ膜３６と下地のＴｉＮ膜３５をエッチングし、
所望の形にコンタクトパッドを形成する。
【００２２】このように製造されたコンタクト構造の電
気特性の評価は、コンタクトサイズ１×１μｍ2 のもの
に対して、Ｉ−Ｖ法を用いて行った。１００個のコンタ
クトの平均比抵抗値は、１×１０-7Ωｃｍ2 以下であり
十分低い値が得られた。また、同じ試料に対し、水素雰
囲気中で５００℃，６０分間の熱処理を行った後、同様
のコンタクト抵抗測定を行ったところ、平均比抵抗値は
ほとんど上昇せず、リーク電流も観測されず、１００％
に近い良品率であった。
気特性の評価は、コンタクトサイズ１×１μｍ2 のもの
に対して、Ｉ−Ｖ法を用いて行った。１００個のコンタ
クトの平均比抵抗値は、１×１０-7Ωｃｍ2 以下であり
十分低い値が得られた。また、同じ試料に対し、水素雰
囲気中で５００℃，６０分間の熱処理を行った後、同様
のコンタクト抵抗測定を行ったところ、平均比抵抗値は
ほとんど上昇せず、リーク電流も観測されず、１００％
に近い良品率であった。
【００２３】なお、本発明においては、バリア膜を構成
する金属として、前記したＴｉ以外にも、シリサイドの
結晶化に先立ってアモルファス構造をとる、Ｚｒ，Ｈｆ
等の他の高融点金属でもよい。また、主たるコンタクト
金属はＡｌ以外にもＣｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｍｏ等の金属やそ
れらの合金、または微量な他の元素を含む場合でも同様
の効果が得られる。また、窒化のプロセスはラジカル窒
素ビーム照射以外にも、ヒドラジン（Ｎ2 Ｈ4 ）または
アンモニア（ＮＨ3 ）等反応性の高い窒素化合物ガスを
照射しても同様の効果が得られる。
する金属として、前記したＴｉ以外にも、シリサイドの
結晶化に先立ってアモルファス構造をとる、Ｚｒ，Ｈｆ
等の他の高融点金属でもよい。また、主たるコンタクト
金属はＡｌ以外にもＣｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｍｏ等の金属やそ
れらの合金、または微量な他の元素を含む場合でも同様
の効果が得られる。また、窒化のプロセスはラジカル窒
素ビーム照射以外にも、ヒドラジン（Ｎ2 Ｈ4 ）または
アンモニア（ＮＨ3 ）等反応性の高い窒素化合物ガスを
照射しても同様の効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明の製造方法に
おいては、次の効果を得ることができる。第１の効果
は、本発明のコンタクト構造を用いることにより、半導
体素子動作の高速化が図られることである。その理由
は、粒径が１ｎｍ以下のアモルファス状薄膜が得られる
ため、バリア性を確保するための膜厚が薄くてすみ、し
かも酸素や炭素等の抵抗を上昇させる不純物が混入しに
くく、低いコンタクト抵抗が得られるからである。第２
の効果は、装置構成を簡素化できることである。その理
由は、スパッタ等の基板に加えられたダメージ奏が界面
に残らず、基板との界面接合の電気的特性が優れている
ために、開口部のＳｉ露出部に直接、本プロセスによる
バリア膜を形成でき、下地シリサイド層形成等のプロセ
スが不要になるためである。第３の効果は、素子の高集
積化ができることである。その理由は、シリサイド化反
応をプロセス中に用いているため、コンタクト開口部へ
の選択的堆積によりセルフアラインプロセスが可能なた
めである。
おいては、次の効果を得ることができる。第１の効果
は、本発明のコンタクト構造を用いることにより、半導
体素子動作の高速化が図られることである。その理由
は、粒径が１ｎｍ以下のアモルファス状薄膜が得られる
ため、バリア性を確保するための膜厚が薄くてすみ、し
かも酸素や炭素等の抵抗を上昇させる不純物が混入しに
くく、低いコンタクト抵抗が得られるからである。第２
の効果は、装置構成を簡素化できることである。その理
由は、スパッタ等の基板に加えられたダメージ奏が界面
に残らず、基板との界面接合の電気的特性が優れている
ために、開口部のＳｉ露出部に直接、本プロセスによる
バリア膜を形成でき、下地シリサイド層形成等のプロセ
スが不要になるためである。第３の効果は、素子の高集
積化ができることである。その理由は、シリサイド化反
応をプロセス中に用いているため、コンタクト開口部へ
の選択的堆積によりセルフアラインプロセスが可能なた
めである。
【図１】本発明の第１の実施形態を工程順に示す断面図
である。
である。
【図２】本発明の第２の実施形態を工程順に示す断面図
である。
である。
【図３】本発明の実施例を工程順に示す断面図である。
【図４】従来のコンタクト構造を説明する断面図であ
る。
る。
１１，２１，３１ Ｓｉ基板 １２，２２，３２ 絶縁膜 １３，２３，３３ コンタクトホール １４，２４ Ｔｉ膜 １５，２５ アルモファスＴｉＳｉX 膜 １６，２８，３６ Ａｌ膜 ２６，３４ アモルファスＴｉＳｉＮ膜 ２７ ＳｉＮ膜 ３５ ＴｉＮ膜
Claims (4)
- 【請求項１】 シリコン基板とコンタクト金属との間に
バリア膜を有する半導体装置の製造方法において、前記
バリア膜は、シリコン基板上に高融点金属薄膜を一様に
堆積した後、基板温度を４５０〜５５０℃に加熱して前
記高融点金属とシリコンとからなるアモルファス層を形
成し、引続き前記基板温度を保ちながら反応性のある窒
素含有気体にさらし、前記高融点金属とシリコンと窒素
とからなるアモルファス状または微結晶状の薄いバリア
層として形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項２】 シリコン基板の表面に酸化シリコン等の
絶縁膜を形成し、この絶縁膜に局所的にコンタクトホー
ルを開設した後、このコンタクトホールを含む全面に高
融点金属薄膜を一様に堆積し、さらに基板を４５０〜５
５０℃に加熱してコンタクトホール内のシリコン露出部
にのみ前記高融点金属とシリコンとからなるアモルファ
ス層を形成し、絶縁膜上の未反応金属を化学エッチング
により除去した後、反応性のある窒素含有気体にさらし
て前記高融点金属とシリコンと窒素とからなるアモルフ
ァス状または微結晶状の薄いバリア層を形成することを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記高融点金属薄膜は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆを厚さ１０ｎｍ以下に形成する請求項１または２に記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 反応性のある窒素含有気体にさらす工程
は、ラジカル窒素ビーム照射、あるいはヒドラジンガス
またはアンモニアガス照射である請求項１ないし３のい
ずれかに記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10653996A JP2874642B2 (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10653996A JP2874642B2 (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09293690A JPH09293690A (ja) | 1997-11-11 |
| JP2874642B2 true JP2874642B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=14436193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10653996A Expired - Fee Related JP2874642B2 (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2874642B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3562628B2 (ja) * | 1999-06-24 | 2004-09-08 | 日本電気株式会社 | 拡散バリア膜、多層配線構造、およびそれらの製造方法 |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP10653996A patent/JP2874642B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09293690A (ja) | 1997-11-11 |
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