JP3010710B2 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に高融点金
属配線層の耐酸化性及び耐熱性を向上させる方法に関す
る。
属配線層の耐酸化性及び耐熱性を向上させる方法に関す
る。
半導体装置において、配線パターンの微細化に伴い配
線材料としてタングステン、モリブデン、タンタル等の
高融点金属を用いることが提案されている。これらの高
融点金属は、電気抵抗率が多結晶シリコンより低く、耐
熱性に優れるため、電流密度の高いコンタクトホールや
ビアホール内に孔埋めされた場合に、配線の信頼性を向
上させることができる。ただし、高融点金属は酸化シリ
コン等からなる層間絶縁膜に対する密着性に劣るため、
一般にTiNからなる材料層を下地として設けることが行
われている。
線材料としてタングステン、モリブデン、タンタル等の
高融点金属を用いることが提案されている。これらの高
融点金属は、電気抵抗率が多結晶シリコンより低く、耐
熱性に優れるため、電流密度の高いコンタクトホールや
ビアホール内に孔埋めされた場合に、配線の信頼性を向
上させることができる。ただし、高融点金属は酸化シリ
コン等からなる層間絶縁膜に対する密着性に劣るため、
一般にTiNからなる材料層を下地として設けることが行
われている。
ところで、高融点金属は、良好な状態に形成された場
合には上述のように配線材料としての優れた特性が期待
できるが、これらは比較的低温にて酸化され、その低級
酸化物は昇華し易く、アルミニウム表面の酸化物のよう
に不動態膜を形成し得るものではない。したがって、高
融点金属配線層の形成後に通常使用されている拡散炉で
アニールを行うと、様々な不都合が生ずる。
合には上述のように配線材料としての優れた特性が期待
できるが、これらは比較的低温にて酸化され、その低級
酸化物は昇華し易く、アルミニウム表面の酸化物のよう
に不動態膜を形成し得るものではない。したがって、高
融点金属配線層の形成後に通常使用されている拡散炉で
アニールを行うと、様々な不都合が生ずる。
まず、ウェハの搬入時に該ウェハと共に炉内に巻き込
まれた酸素やウェハ表面の吸着水分の作用により、高融
点金属配線層の酸化が内部まで進行し、酸化物の昇華に
よる大幅な層厚の減少、配線層の表面荒れ、配線層の剥
離等が生ずる。
まれた酸素やウェハ表面の吸着水分の作用により、高融
点金属配線層の酸化が内部まで進行し、酸化物の昇華に
よる大幅な層厚の減少、配線層の表面荒れ、配線層の剥
離等が生ずる。
また、層間絶縁膜中の湿分に起因する高融点金属配線
層の酸化も問題となる。例えば、第２図に示すように、
下層配線12が形成された半導体基板11上に層間絶縁膜13
が形成され、下層配線12に臨んで層間絶縁膜13に開口さ
れたコンタクトホール14を介してTiN等からなるバリヤ
メタル15及びタングステン等からなる上層配線16が順次
積層され、さらに基体が酸化シリコンからなる層間絶縁
膜17により被覆されている場合を考える。ここで、層間
絶縁膜15,17は例えば無機シラン系ガスとO2ガスを反応
ガスとするCVDで成膜されるが、この場合、反応系で副
生した水が膜内に若干取り込まれている。かかる基体に
ついてオーミック・コンタクト性の向上や層間絶縁膜1
5,17の安定化を目的としてアニールを行うと、特に上層
側の層間絶縁膜17中の湿分が上層配線16を酸化して昇華
性の酸化物を生成したり、湿分が気化する等の理由によ
り発泡が生ずる。かかる発泡により、第２に示すよう
に、上層配線16と層間絶縁膜17との間に剥離部18が形成
される場合がある。
層の酸化も問題となる。例えば、第２図に示すように、
下層配線12が形成された半導体基板11上に層間絶縁膜13
が形成され、下層配線12に臨んで層間絶縁膜13に開口さ
れたコンタクトホール14を介してTiN等からなるバリヤ
メタル15及びタングステン等からなる上層配線16が順次
積層され、さらに基体が酸化シリコンからなる層間絶縁
膜17により被覆されている場合を考える。ここで、層間
絶縁膜15,17は例えば無機シラン系ガスとO2ガスを反応
ガスとするCVDで成膜されるが、この場合、反応系で副
生した水が膜内に若干取り込まれている。かかる基体に
ついてオーミック・コンタクト性の向上や層間絶縁膜1
5,17の安定化を目的としてアニールを行うと、特に上層
側の層間絶縁膜17中の湿分が上層配線16を酸化して昇華
性の酸化物を生成したり、湿分が気化する等の理由によ
り発泡が生ずる。かかる発泡により、第２に示すよう
に、上層配線16と層間絶縁膜17との間に剥離部18が形成
される場合がある。
そこで、上述のような不都合を回避するために、上層
側の層間絶縁膜若しくは平坦化膜のの形成に先立ってア
ンモニアガス雰囲気中におけるアニール若しくはをプラ
ズマ処理を行うことにより、高融点金属配線層の表面に
緻密な窒化膜を形成して耐酸化性を向上させることが行
われている。あるいは、特開昭63−84154号公報に開示
されるように、タングステン等の高融点金属膜をアルミ
ニウム配線下のバリヤメタルとして使用し、そのバリヤ
性を高めるためにアルミニウム配線の形成に先立って上
述のような窒化が行われている。
側の層間絶縁膜若しくは平坦化膜のの形成に先立ってア
ンモニアガス雰囲気中におけるアニール若しくはをプラ
ズマ処理を行うことにより、高融点金属配線層の表面に
緻密な窒化膜を形成して耐酸化性を向上させることが行
われている。あるいは、特開昭63−84154号公報に開示
されるように、タングステン等の高融点金属膜をアルミ
ニウム配線下のバリヤメタルとして使用し、そのバリヤ
性を高めるためにアルミニウム配線の形成に先立って上
述のような窒化が行われている。
高融点金属の窒化反応は一般に進行が遅いので、十分
な耐酸化性が保証される膜厚の窒化膜を得ることが困難
であり、バリヤ性の著しい向上を期待することができな
い。
な耐酸化性が保証される膜厚の窒化膜を得ることが困難
であり、バリヤ性の著しい向上を期待することができな
い。
また、加熱下で長時間にわたるアニールを行うと、コ
ンタクトの破壊が新たな問題として生ずる虞れがある。
すなわち、第３図に示すように、下層配線22が形成され
たシリコン基板21上に層間絶縁膜23が形成され、下層配
線層22に臨んで層間絶縁膜23に開口されたコンタクトホ
ール24を介してTiN等からなるバリヤメタル25及びタン
グステン等からなる上層配線26が順次積層されている場
合をみる。ここで、上層配線26の上層側にさらなる層間
絶縁膜を形成する前に上述のような窒化を行うと、上層
配線26の表面に十分な膜厚を有する窒化膜26bが形成さ
れる頃には耐熱性の不足によりバリヤメタル25が一部破
壊され、この結果、高融点金属と基板シリコンとの間で
形成されたシリサイド26aが下層配線22を貫通してコン
タクトを破壊する場合がある。
ンタクトの破壊が新たな問題として生ずる虞れがある。
すなわち、第３図に示すように、下層配線22が形成され
たシリコン基板21上に層間絶縁膜23が形成され、下層配
線層22に臨んで層間絶縁膜23に開口されたコンタクトホ
ール24を介してTiN等からなるバリヤメタル25及びタン
グステン等からなる上層配線26が順次積層されている場
合をみる。ここで、上層配線26の上層側にさらなる層間
絶縁膜を形成する前に上述のような窒化を行うと、上層
配線26の表面に十分な膜厚を有する窒化膜26bが形成さ
れる頃には耐熱性の不足によりバリヤメタル25が一部破
壊され、この結果、高融点金属と基板シリコンとの間で
形成されたシリサイド26aが下層配線22を貫通してコン
タクトを破壊する場合がある。
さらに、前述のように高融点金属からなるバリヤメタ
ルの表面を窒化する技術においては、まず選択CVDによ
りコンタクト部にタングステン膜を300Å程度成長さ
せ、続いて550℃のアンモニアガス雰囲気中で60分間熱
処理を行うことにより、膜厚30Å程度のタングステン窒
化膜を形成している。しかし、下地のタングステン膜が
多結晶性であるため、この程度の膜厚の窒化膜では膜質
が十分に緻密とならず、バリヤ性が不足して実用には適
さない。
ルの表面を窒化する技術においては、まず選択CVDによ
りコンタクト部にタングステン膜を300Å程度成長さ
せ、続いて550℃のアンモニアガス雰囲気中で60分間熱
処理を行うことにより、膜厚30Å程度のタングステン窒
化膜を形成している。しかし、下地のタングステン膜が
多結晶性であるため、この程度の膜厚の窒化膜では膜質
が十分に緻密とならず、バリヤ性が不足して実用には適
さない。
そこで本発明は、上述のような諸問題を解決し、高融
点金属により信頼性の高い配線形成を行うことが可能な
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
点金属により信頼性の高い配線形成を行うことが可能な
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために提案される本発明に係る
半導体装置の製造方法は、下層配線が形成された基体上
にコンタクトホールを有する絶縁膜を形成する工程と、
上記コンタクトホールの少なくとも底部及び側部に第１
の高融点金属配線層を形成する工程と、アンモニアガス
と酸化窒素ガスを含む雰囲気中でプラズマ処理を施すこ
とにより上記第１の高融点金属配線層の表面をオキシナ
イトライド化する工程と、上記オキシナイトライド化さ
れた第１の高融点金属配線層上に第２の高融点金属配線
層を形成する工程と、アンモニアガスと酸化窒素ガスを
含む雰囲気中でプラズマ処理を施すことにより上記第２
の高融点金属配線層の表面をオキシナイトライド化する
工程とを含む。
半導体装置の製造方法は、下層配線が形成された基体上
にコンタクトホールを有する絶縁膜を形成する工程と、
上記コンタクトホールの少なくとも底部及び側部に第１
の高融点金属配線層を形成する工程と、アンモニアガス
と酸化窒素ガスを含む雰囲気中でプラズマ処理を施すこ
とにより上記第１の高融点金属配線層の表面をオキシナ
イトライド化する工程と、上記オキシナイトライド化さ
れた第１の高融点金属配線層上に第２の高融点金属配線
層を形成する工程と、アンモニアガスと酸化窒素ガスを
含む雰囲気中でプラズマ処理を施すことにより上記第２
の高融点金属配線層の表面をオキシナイトライド化する
工程とを含む。
また、本発明は、炭化水素ガスを含む雰囲気中でプラ
ズマ処理を施すことにより上記第１の高融点金属配線層
の表面をカーバイド化する工程と、上記カーバイド化さ
れた第１の高融点金属配線層上に第２の高融点金属配線
層を形成する工程と、炭化水素ガスを含む雰囲気中でプ
ラズマ処理を施すことにより上記第２の高融点金属配線
層の表面をカーバイド化する工程とを含む。
ズマ処理を施すことにより上記第１の高融点金属配線層
の表面をカーバイド化する工程と、上記カーバイド化さ
れた第１の高融点金属配線層上に第２の高融点金属配線
層を形成する工程と、炭化水素ガスを含む雰囲気中でプ
ラズマ処理を施すことにより上記第２の高融点金属配線
層の表面をカーバイド化する工程とを含む。
本発明では、高融点金属配線層の耐酸化性を向上させ
る手段として、プラズマ処理によるオキシナイトライド
（酸窒化物）化、若しくはカーバイド化を行う。
る手段として、プラズマ処理によるオキシナイトライド
（酸窒化物）化、若しくはカーバイド化を行う。
オキシナイトライド化は酸化反応と窒化反応との競
合、すなわちまず反応速度の速い酸化反応が起こった後
に取り込まれた酸化原子の一部が窒素原子に置換される
形式で進行する。一方のカーバイド化は、使用されるガ
ス系により色々な機構があるが、酸化よりは遅いものの
窒化よりは速やかに進行する。オキシナイトライド化、
カーバイド化のいずれにしても、窒化反応が単独で進行
する場合よりも反応速度は速く、実用的な速度で、しか
も比較的低温で十分な膜厚を有する酸窒化膜を形成する
ことができ、高融点金属配線層の耐酸化性及び耐熱性を
向上させることができる。
合、すなわちまず反応速度の速い酸化反応が起こった後
に取り込まれた酸化原子の一部が窒素原子に置換される
形式で進行する。一方のカーバイド化は、使用されるガ
ス系により色々な機構があるが、酸化よりは遅いものの
窒化よりは速やかに進行する。オキシナイトライド化、
カーバイド化のいずれにしても、窒化反応が単独で進行
する場合よりも反応速度は速く、実用的な速度で、しか
も比較的低温で十分な膜厚を有する酸窒化膜を形成する
ことができ、高融点金属配線層の耐酸化性及び耐熱性を
向上させることができる。
かかる耐酸化性及び耐熱性の向上により、高融点金属
配線層の信頼性が向上し、無機シラン系ガスとO2ガスと
を使用するCVDによる層間絶縁膜の形成や拡散炉を使用
したアニール等、従来のアルミニウム配線形成技術をそ
のまま適用することが可能となる。
配線層の信頼性が向上し、無機シラン系ガスとO2ガスと
を使用するCVDによる層間絶縁膜の形成や拡散炉を使用
したアニール等、従来のアルミニウム配線形成技術をそ
のまま適用することが可能となる。
以下、本発明の具体的な実施例について、図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
実施例１ 本実施例は、本発明の第１の発明をタングステン配線
形成に適用し、バリヤメタル及びタングステン配線表面
の両方をオキシナイトライド化した例である。
形成に適用し、バリヤメタル及びタングステン配線表面
の両方をオキシナイトライド化した例である。
まず第１図（Ａ）に示されるように、下層配線２が形
成された半導体基板１上に層間絶縁膜３が形成され、下
層配線２に臨んで層間絶縁膜３にコンタクトホール４が
形成されてなる基体の全面に、CVDにより層厚約300Åの
第１のタングステン層５をコンフォーマルに形成した。
成された半導体基板１上に層間絶縁膜３が形成され、下
層配線２に臨んで層間絶縁膜３にコンタクトホール４が
形成されてなる基体の全面に、CVDにより層厚約300Åの
第１のタングステン層５をコンフォーマルに形成した。
続いて、プラズマCVD装置内でアンモニア（NH3）ガス
流量100SCCM、一酸化二窒素（N2O）ガス流量10SCCM、N2
ガス流量100SCCM、ガス圧50Torr、高周波パワー500kW
（13.56MHz）、温度250℃の条件で基体についてプラズ
マ処理を行う。ここで、N2ガスは、キャリヤガスであ
る。上述の条件によれば、２分間のプラズマ処理により
第１のタングステン層５を膜厚全体にわたってオキシナ
イトライド化することができ、第１図（Ｂ）に示される
ように、一般的にWOxNyで表される組成を有する第１の
酸窒化タングステン層5bが形成される。
流量100SCCM、一酸化二窒素（N2O）ガス流量10SCCM、N2
ガス流量100SCCM、ガス圧50Torr、高周波パワー500kW
（13.56MHz）、温度250℃の条件で基体についてプラズ
マ処理を行う。ここで、N2ガスは、キャリヤガスであ
る。上述の条件によれば、２分間のプラズマ処理により
第１のタングステン層５を膜厚全体にわたってオキシナ
イトライド化することができ、第１図（Ｂ）に示される
ように、一般的にWOxNyで表される組成を有する第１の
酸窒化タングステン層5bが形成される。
次に、第１図（Ｃ）に示されるように、CVDにより基
体の全面に厚く第２のタングステン層６を形成した後、
第１図（Ｄ）に示されるように第２のタングステン層６
及び第１の酸窒化タングステン層5bを同時にパターニン
グし、タングステン配線6aを形成する。このタングステ
ン配線6aの下層側に残された第１の酸窒化タングステン
層5bはバリヤメタルとして機能する。
体の全面に厚く第２のタングステン層６を形成した後、
第１図（Ｄ）に示されるように第２のタングステン層６
及び第１の酸窒化タングステン層5bを同時にパターニン
グし、タングステン配線6aを形成する。このタングステ
ン配線6aの下層側に残された第１の酸窒化タングステン
層5bはバリヤメタルとして機能する。
次に、前述と同じ条件でプラズマ処理を行ってタング
ステン配線6aの表面に２分間で層厚300Å程度の第２の
酸窒化タングステン層6bを形成する。
ステン配線6aの表面に２分間で層厚300Å程度の第２の
酸窒化タングステン層6bを形成する。
最後に、第１図（Ｆ）に示されるように、基体の全面
にパッシベーション膜として例えばプラズマCVDにより
窒化シリコン膜７を形成した後、さらに表面をPSG等か
らなる平坦化膜８で被覆する。
にパッシベーション膜として例えばプラズマCVDにより
窒化シリコン膜７を形成した後、さらに表面をPSG等か
らなる平坦化膜８で被覆する。
このような工程を経て製造された半導体装置は、タン
グステン配線6aと他の材料層との界面が全て十分な層厚
を有する第１及び第２の酸窒化タングステン層5b,6bで
被覆された形となっているため、外部からタングステン
配線6aへの水分や酸素の侵入が効果的に阻止される。こ
れにより、層間絶縁膜を従来どおり水を副生する反応系
を利用するCVDにより形成することができるほか、ウェ
ハの搬入時に酸素を巻き込みやすい拡散炉内においても
高温アニールに耐え得るようになる。したがって、従来
のアルミニウム配線形成のプロセスがそのまま転用でき
るいう利点が生ずる。
グステン配線6aと他の材料層との界面が全て十分な層厚
を有する第１及び第２の酸窒化タングステン層5b,6bで
被覆された形となっているため、外部からタングステン
配線6aへの水分や酸素の侵入が効果的に阻止される。こ
れにより、層間絶縁膜を従来どおり水を副生する反応系
を利用するCVDにより形成することができるほか、ウェ
ハの搬入時に酸素を巻き込みやすい拡散炉内においても
高温アニールに耐え得るようになる。したがって、従来
のアルミニウム配線形成のプロセスがそのまま転用でき
るいう利点が生ずる。
なお、本発明は、上述の実施例に限定されるものでは
なく、例えば酸化窒素ガスとしては上述のN2Oの他、一
酸化窒素（NO）、三酸化二窒素（N2O3）、二酸化窒素
（NO2）若しくはその二量体の四酸化二窒素（N2O4）、
三酸化窒素（NO3）等を用いることができる。アンモニ
アガスと酸化窒素ガスとの混合比は特に限定されるもの
ではないが、反応速度や膜質等を考慮すると10:1程度に
設定されることが望ましい。
なく、例えば酸化窒素ガスとしては上述のN2Oの他、一
酸化窒素（NO）、三酸化二窒素（N2O3）、二酸化窒素
（NO2）若しくはその二量体の四酸化二窒素（N2O4）、
三酸化窒素（NO3）等を用いることができる。アンモニ
アガスと酸化窒素ガスとの混合比は特に限定されるもの
ではないが、反応速度や膜質等を考慮すると10:1程度に
設定されることが望ましい。
ガス圧は高いほど成膜速度は上昇するが、膜質や制御
性を考慮しておおよそ0.1〜100Torrの範囲で設定するこ
とが望ましい。
性を考慮しておおよそ0.1〜100Torrの範囲で設定するこ
とが望ましい。
高周波パワーについては、商用であれば特に限定され
るものではない。
るものではない。
温度は室温から550℃程度の範囲で設定することが望
ましい。
ましい。
形成される酸窒化膜の膜厚はおおよそ50〜1000Åの範
囲に選ばれるが、良好なバリヤ性が確保できる範囲で配
線の電気抵抗を考慮してできるだけ薄く形成されること
が望ましい。ただし、本明細書中で述べるバリヤ性と
は、コンタクトホール内部のバリヤメタルについてのみ
ならず、コンタクトホール外部の高融点金属配線層の表
面に形成される酸窒化膜若しくはカーバイド膜について
も酸素や湿分の侵入を阻止する能力を表すものとする。
酸窒化膜の組成は、バリヤ性を考慮して相対的に酸素よ
りも窒素に富んでいることが好ましい。
囲に選ばれるが、良好なバリヤ性が確保できる範囲で配
線の電気抵抗を考慮してできるだけ薄く形成されること
が望ましい。ただし、本明細書中で述べるバリヤ性と
は、コンタクトホール内部のバリヤメタルについてのみ
ならず、コンタクトホール外部の高融点金属配線層の表
面に形成される酸窒化膜若しくはカーバイド膜について
も酸素や湿分の侵入を阻止する能力を表すものとする。
酸窒化膜の組成は、バリヤ性を考慮して相対的に酸素よ
りも窒素に富んでいることが好ましい。
第２の酸窒化タングステン層6bを形成するためのプラ
ズマ処理に先立って、タングステン配線6aの表面に存在
する自然酸化膜を還元性雰囲気における熱処理により除
去することも一層効果的である。具体的には、H2ガスを
４〜10％程度含むN2ガス雰囲気中で700℃以上の温度に
おける熱処理を行い、表面の自然酸化膜を昇華除去する
か、若しくは還元して純タングステンとする。ここで、
上述のH2ガスの添加濃度は、爆発限界を越えない範囲で
通常のアルミニウム配線形成プロセスにおける添加濃度
（４％以下）よりも高めに設定されている。
ズマ処理に先立って、タングステン配線6aの表面に存在
する自然酸化膜を還元性雰囲気における熱処理により除
去することも一層効果的である。具体的には、H2ガスを
４〜10％程度含むN2ガス雰囲気中で700℃以上の温度に
おける熱処理を行い、表面の自然酸化膜を昇華除去する
か、若しくは還元して純タングステンとする。ここで、
上述のH2ガスの添加濃度は、爆発限界を越えない範囲で
通常のアルミニウム配線形成プロセスにおける添加濃度
（４％以下）よりも高めに設定されている。
さらに、上述の実施例ではバリヤメタルを酸窒化タン
グステン層で構成しているが、本発明では従来の窒化膜
形成のように基体が長時間高温にさらされることがない
ので、TiNやTiWのような従来公知の材料を使用すること
もできる。
グステン層で構成しているが、本発明では従来の窒化膜
形成のように基体が長時間高温にさらされることがない
ので、TiNやTiWのような従来公知の材料を使用すること
もできる。
また、上述の実施例ではパッシベーション膜を窒化シ
リコン膜で構成しているが、これに替えて例えばテトラ
エトキシシラン（TEOS）とO2の混合ガスを使用するプラ
ズマCVDにより酸化シリコン膜を形成してもよい。この
ようにして形成された酸化シリコン膜は、プラズマCVD
による窒化シリコン膜に比べて段差被覆性に優れ、有機
残分が少ないため該窒化シリコン膜に匹敵する緻密な膜
質を有し、しかも反応系で水を副生しないため耐湿性に
も優れている。これら窒化シリコン膜や酸化シリコン膜
を形成しなくても、第２の酸窒化タングステン層6bが十
分なバリヤ性を有しているために、従来の一般的なCVD
による酸化シリコン膜で被覆するのみでも本発明の効果
は十分に発揮される。
リコン膜で構成しているが、これに替えて例えばテトラ
エトキシシラン（TEOS）とO2の混合ガスを使用するプラ
ズマCVDにより酸化シリコン膜を形成してもよい。この
ようにして形成された酸化シリコン膜は、プラズマCVD
による窒化シリコン膜に比べて段差被覆性に優れ、有機
残分が少ないため該窒化シリコン膜に匹敵する緻密な膜
質を有し、しかも反応系で水を副生しないため耐湿性に
も優れている。これら窒化シリコン膜や酸化シリコン膜
を形成しなくても、第２の酸窒化タングステン層6bが十
分なバリヤ性を有しているために、従来の一般的なCVD
による酸化シリコン膜で被覆するのみでも本発明の効果
は十分に発揮される。
実施例２ 本実施例は、本発明の第２の発明をタングステン配線
形成に適用し、バリヤメタル及びタングステン配線表面
の両方をカーバイド化した例である。
形成に適用し、バリヤメタル及びタングステン配線表面
の両方をカーバイド化した例である。
本実施例の工程は、オキシナイトライド化の代わりに
カーバイド化を行った以外は前述の実施例１と同様であ
るので、必要に応じて第１図（Ａ）乃至第１図（Ｆ）を
参照しながら説明する。
カーバイド化を行った以外は前述の実施例１と同様であ
るので、必要に応じて第１図（Ａ）乃至第１図（Ｆ）を
参照しながら説明する。
カーバイド化の条件は、CH4流量10SCCM、N2ガス流量1
00SCCM、ガス圧50Torr、高周波パワー500kW（13.56MH
z）、温度250℃の条件で第１図（Ａ）及び第１図（Ｄ）
に示される状態の基体についてそれぞれ２分間のプラズ
マ処理を行った。これにより、第１のタングステン層５
は、膜厚全体にわたってカーバイド化され、一般的にWC
xで表される組成を有する第１のタングステン・カーバ
イド層となる。また、タングステン配線6aは、表面から
約300Åがカーバイド化されて同様に第２のタングステ
ン・カーバイド層となる。これらの過程では、ガス系に
含まれるN2ガスにより窒化反応も並行して進行するが、
カーバイド化の方が反応速度は速く、結果としてタング
ステン・カーバイドが生成する。
00SCCM、ガス圧50Torr、高周波パワー500kW（13.56MH
z）、温度250℃の条件で第１図（Ａ）及び第１図（Ｄ）
に示される状態の基体についてそれぞれ２分間のプラズ
マ処理を行った。これにより、第１のタングステン層５
は、膜厚全体にわたってカーバイド化され、一般的にWC
xで表される組成を有する第１のタングステン・カーバ
イド層となる。また、タングステン配線6aは、表面から
約300Åがカーバイド化されて同様に第２のタングステ
ン・カーバイド層となる。これらの過程では、ガス系に
含まれるN2ガスにより窒化反応も並行して進行するが、
カーバイド化の方が反応速度は速く、結果としてタング
ステン・カーバイドが生成する。
かかるカーバイド化によっても、実施例１と同様、良
好なバリヤ性が達成される。
好なバリヤ性が達成される。
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではな
く、例えば炭化水素ガスとしては上述のCH4の他、C
2H4、C2H6、C3H8等の容易に入手可能な各種の炭化水素
を使用することができる。キャリヤガスであるN2ガスと
の混合比は、実用的な速度でカーバイド化が進行するの
であれば特に限定されるものではない。さらに、CO2やN
2Oのように酸素を含むガスをわずかに添加することによ
り、カーバイド化と酸化反応とを競合させて全体として
の反応速度を増大させることも可能である。この場合、
酸素を含むガスの混合比は上記炭化水素ガスの10％程度
とすることが望ましい。
く、例えば炭化水素ガスとしては上述のCH4の他、C
2H4、C2H6、C3H8等の容易に入手可能な各種の炭化水素
を使用することができる。キャリヤガスであるN2ガスと
の混合比は、実用的な速度でカーバイド化が進行するの
であれば特に限定されるものではない。さらに、CO2やN
2Oのように酸素を含むガスをわずかに添加することによ
り、カーバイド化と酸化反応とを競合させて全体として
の反応速度を増大させることも可能である。この場合、
酸素を含むガスの混合比は上記炭化水素ガスの10％程度
とすることが望ましい。
以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれ
ば、高融点金属配線層の表面に実用的な速度で十分な膜
厚を有する酸窒化膜若しくはカーバイド膜を形成するこ
とができ、高融点金属配線層の耐酸化性及び耐熱性を向
上させることができる。このことにより、高融点金属配
線層自身の信頼性が向上することはもちろん、従来のア
ルミニウム配線形成技術をそのまま適用することが可能
となる。
ば、高融点金属配線層の表面に実用的な速度で十分な膜
厚を有する酸窒化膜若しくはカーバイド膜を形成するこ
とができ、高融点金属配線層の耐酸化性及び耐熱性を向
上させることができる。このことにより、高融点金属配
線層自身の信頼性が向上することはもちろん、従来のア
ルミニウム配線形成技術をそのまま適用することが可能
となる。
第１図（Ａ）乃至第１図（Ｆ）は本発明の半導体装置の
製造方法をタングステン配線形成に適用した一例をその
工程順にしたがって示す概略断面図であり、第１図
（Ａ）はバリヤメタルとなる第１のタングステン層の堆
積工程、第１図（Ｂ）はプラズマ処理による第１の酸窒
化タングステン層の形成工程、第１図（Ｃ）は第２のタ
ングステン層の堆積工程、第１図（Ｄ）はパターニング
によるタングステン配線の形成工程、第１図（Ｅ）はプ
ラズマ処理による第２の酸窒化タングステン層の形成工
程、第１図（Ｆ）はパッシベーション工程をそれぞれ示
す。 第２図はアニール中において上層配線と層間絶縁膜とが
剥離した状態を示す概略断面図である。 第３図は窒化膜の形成工程において上層配線とシリコン
基板とがシリサイド化を起こした状態を示す概略断面図
である。 １……シリコン基板、２……下層配線、３……層間絶縁
膜、４……コンタクトホール、５……第１のタングステ
ン層、5b……第１の酸窒化タングステン層、６……第２
のタングステン層、6a……タングステン配線、6b……第
２の酸窒化タングステン層、７……窒化シリコン膜、８
……平坦化膜。
製造方法をタングステン配線形成に適用した一例をその
工程順にしたがって示す概略断面図であり、第１図
（Ａ）はバリヤメタルとなる第１のタングステン層の堆
積工程、第１図（Ｂ）はプラズマ処理による第１の酸窒
化タングステン層の形成工程、第１図（Ｃ）は第２のタ
ングステン層の堆積工程、第１図（Ｄ）はパターニング
によるタングステン配線の形成工程、第１図（Ｅ）はプ
ラズマ処理による第２の酸窒化タングステン層の形成工
程、第１図（Ｆ）はパッシベーション工程をそれぞれ示
す。 第２図はアニール中において上層配線と層間絶縁膜とが
剥離した状態を示す概略断面図である。 第３図は窒化膜の形成工程において上層配線とシリコン
基板とがシリサイド化を起こした状態を示す概略断面図
である。 １……シリコン基板、２……下層配線、３……層間絶縁
膜、４……コンタクトホール、５……第１のタングステ
ン層、5b……第１の酸窒化タングステン層、６……第２
のタングステン層、6a……タングステン配線、6b……第
２の酸窒化タングステン層、７……窒化シリコン膜、８
……平坦化膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−115527（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−100221（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−56318（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−51517（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−185823（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−249273（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−177427（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−67763（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−173635（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−98229（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−70461（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 H01L 21/768 H01L 21/3205
Claims (2)
- 【請求項１】下層配線が形成された基体上にコンタクト
ホールを有する絶縁膜を形成する工程と、 上記コンタクトホールの少なくとも底部及び側部に第１
の高融点金属配線層を形成する工程と、 アンモニアガスと酸化窒素ガスを含む雰囲気中でプラズ
マ処理を施すことにより上記第１の高融点金属配線層の
表面をオキシナイトライド化する工程と、 上記オキシナイトライド化された上記第１の高融点配線
層上に第２の高融点金属配線層を形成する工程と、 アンモニアガスと酸化窒素ガスを含む雰囲気中でプラズ
マ処理を施すことにより上記第２の高融点金属配線層の
表面をオキシナイトライド化する工程とを含む半導体装
置の製造方法。 - 【請求項２】下層配線が形成された基体上にコンタクト
ホールを有する絶縁膜を形成する工程と、 上記コンタクトホールの少なくとも底部及び側部に第１
の高融点金属配線層を形成する工程と、 炭化水素ガスを含む雰囲気中でプラズマ処理を施すこと
により上記第１の高融点金属配線層の表面をカーバイド
化する工程と、 上記カーバイド化された第１の高融点金属層上に第２の
高融点金属配線層を形成する工程と、 炭化水素ガスを含む雰囲気中でプラズマ処理を施すこと
により上記第２の高融点金属配線層の表面をカーバイド
化する工程とを含む半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2243909A JP3010710B2 (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2243909A JP3010710B2 (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04124819A JPH04124819A (ja) | 1992-04-24 |
| JP3010710B2 true JP3010710B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=17110812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2243909A Expired - Lifetime JP3010710B2 (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3010710B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5959991B2 (ja) * | 2011-11-25 | 2016-08-02 | 東京エレクトロン株式会社 | タングステン膜の成膜方法 |
-
1990
- 1990-09-17 JP JP2243909A patent/JP3010710B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04124819A (ja) | 1992-04-24 |
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