JP3189771B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造方法に係り、特に化学的気相成長によりチタンを堆積
してバリアメタルを形成する工程を含む半導体装置の製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学的気相成長を用いてコンタクトホー
ル（接続孔）にバリアメタルを形成する半導体装置の製
造方法について、特に窒化チタンとチタンの化学的気相
成長を例にあげて説明する。
【０００３】まず、図１（Ａ）に示すように、シリコン
基板１上に厚さ２００ｎｍの素子分離酸化膜２を形成し
てシリコン基板１に所定の不純物を導入し拡散層３を形
成する。続いて、厚さ１５００ｎｍの絶縁膜４を堆積し
拡散層３上に接続孔５を開口する。
【０００４】次に図１（Ｂ）に示すように、四塩化チタ
ン、水素、アルゴンを原料ガスとした化学的気相成長法
を用いて絶縁膜４上に厚さ１０ｎｍのチタン膜６を堆積
し、これにより拡散層３上に厚さ２０ｎｍのチタンシリ
サイド膜７を形成する。
【０００５】次に図１（Ｃ）に示すように、絶縁膜４上
のチタン膜６をアンモニアにより窒化し窒化チタン膜８
を形成し、図１（Ｄ）に示すように四塩化チタン、アン
モニア、窒素を原料ガスとした化学的気相成長法を用い
て窒化チタン膜８とチタンシリサイド膜７上に厚さ５０
０ｎｍの窒化チタン膜９を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置の製造方法は、以下に示す欠点がある。すなわち、
ハロゲン化チタンガスと高周波放電を用いた化学的気相
成長法によるチタン堆積においては、反応室内に残留す
るハロゲンを含むガスが半導体基板以外の場所に堆積し
たＴｉを腐食し基板上に過剰な塩化チタンを供給するた
め、塩化チタン分圧が半導体基板（ウエハ）の処理枚数
により変動し所望の分圧が得られない。従って、半導体
基板上のチタン堆積速度が変動し安定したコンタクト電
極の電気特性を得ることができないという欠点があった
のである。
【０００７】この発明は以上説明した事情に鑑みてなさ
れたものであり、半導体基板上のチタン堆積速度が安定
しており、良好な電気的特性のコンタクト電極が得られ
る半導体装置の製造方法を提供することを目的としてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置の製造方法は、ハロゲン化合物ガスを用いて化学的気
相成長法によりチタンを堆積する半導体装置の製造方法
において、チタン堆積後に反応室内に残留するハロゲン
を含むガスを、シランガスを用いて除去するハロゲンガ
ス除去工程を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施の形態について説明する。 Ａ．第１の実施形態 本実施形態に係る製造方法では、まず、図１（Ａ）に示
すように、シリコン基板１上に厚さ２００ｎｍの素子分
離酸化膜２を形成してシリコン基板１に所定の不純物を
導入し拡散層３を形成する。続いて厚さ２０００ｎｍの
絶縁膜４を堆積し拡散層３上に接続孔５を開口する。
【００１０】次に図１（Ｂ）に示すように、高周波放電
を用いた化学的気相成長法により、例えば四塩化チタン
２ｓｃｃｍ、水素１０００ｓｃｃｍ、アルゴン５００ｓ
ｃｃｍの混合ガスを原料ガスとして、基板温度６００
℃、圧力５Ｔ、高周波放電出力５００ｋＷの条件の下で
絶縁膜４上に厚さ１０ｎｍのチタン膜６を堆積し、これ
により拡散層３上に厚さ２０ｎｍのチタンシリサイド膜
７を形成する。そして、半導体基板を反応室から搬出す
る。
【００１１】このときの反応室の概略を図２（Ａ）に示
す。チタン膜１１を堆積した後、半導体基板は搬出され
ている状能であり、反応室内にＴｉＣｌ x 等の残留ハロ
ゲンガス１２が浮遊している。そこで、図２（Ｂ）に示
すように、残留ハロゲンガス１２を除去するために、１
Ｔ、１００ｓｃｃｍ、３０秒の条件のもとで、シラン
（ＳｉＨ 4 ）ガス１５を流す。この処理により残留ハロ
ゲンガス１２の分圧が低下するだけでなく、反応室に堆
積したチタン膜１１がシリサイド化されチタンシリサイ
ド膜１３が形成されるため、反応室に堆積したチタン膜
１１の四塩化チタンによる腐食も抑制することが可能と
なる。従って、引き続き処理される基板のチタン成膜に
おいて過剰な塩化チタンの供給を抑制できる。また、こ
のシランガス照射工程においてアルゴン５００ｓｃｃｍ
を加えて５００ｋＷ程度の高周波放電を用いても良い。
【００１２】次に図１（Ｃ）に示すように、アンモニア
１００ｓｃｃｍ、基板温度６００℃、圧力２０Ｔ、高周
波放電出力５００ｋＷの条件の下で絶縁膜４上のチタン
膜６上に窒化処理を施し窒化チタン膜８を形成する。
【００１３】次に図１（Ｄ）に示すように、化学的気相
成長法を用いて四塩化チタン４０ｓｃｃｍ、アンモニア
１００ｓｃｃｍ、窒素３０００ｓｃｃｍの混合ガスを原
料ガスとして基板温度６００℃、圧力２０Ｔの条件の下
で化学的気相成長法を用いて窒化チタン膜８上に厚さ５
０ｎｍの窒化チタン膜９を形成する。
【００１４】本実施形態において示した半導体装置の製
造方法によれば、チタン堆積用反応室では常に残留ハロ
ゲンガスが除去されており堆積チタン膜の四塩化チタン
による腐食も発生しないため、安定した四塩化チタン分
圧を得ることができる。従って、安定したチタン堆積速
度が得られるためコンタクト電極の電気特性の安定化が
可能となる。
【００１５】Ｂ．第２の実施形態 次に本発明の第２の実施形態について図面を参照して説
明する。本実施形態では、まず、図３（Ａ）に示すよう
に、シリコン基板１上に厚さ２００ｎｍの素子分離酸化
膜２を形成してシリコン基板１に所定の不純物を導入し
拡雌層３を形成する。続いて、厚さ２０００ｎｍの絶縁
膜４を堆積し拡散層３上に接続孔５を開口する。
【００１６】次に図３（Ｂ）に示すように、高周波放電
を用いた化学的気相成長法により、例えば四塩化チタン
２ｓｃｃｍ、水素１０００ｓｃｃｍ、アルゴン５００ｓ
ｃｃｍの混合ガスを原料ガスとして、基板温度６００
℃、圧力５Ｔ、高周波放電出力５００ｋＷの条件の下で
絶縁膜４上に厚さ１０ｎｍのチタン膜６を堆積し、これ
により拡散層３上に厚さ２０ｎｍのチタンシリサイド膜
７を形成する。
【００１７】このときの反応室の概略を図４（Ａ）に示
す。チタン膜１１を堆積した後、半導体基板は搬出され
ていない状態であり、反応室内にＴｉＣｌ x 等の残留ハ
ロゲンガス１２が浮遊している。そこで、図４（Ｂ）に
示すように、残留ハロゲンガス１２を除去するために、
１Ｔ、１００ｓｃｃｍ、３０秒の条件のもとで、シラン
（ＳｉＨ 4 ）ガス１５を流す。この処理により残留ハロ
ゲンガス１２の分圧が低下するだけでなく、反応室に堆
積したチタン膜１１がシリサイド化されチタンシリサイ
ド膜１３が形成されるため、反応室に堆積したチタン膜
１１の四塩化チタンによる腐食も抑制することが可能と
なる。従って、引き続き処理される基板のチタン成膜に
おいて過剰な塩化チタンの供給を抑制できる。また、こ
のシランガス照射工程においてアルゴン５００ｓｃｃｍ
を加えて５００ｋＷ程度の高周波放電を用いても良い。
【００１８】以上の処理によって、図３（Ｃ）に示すよ
うに、半導体基板上のチタン膜６はチタンシリサイド膜
１０に相転移する。従って、第１の実施形態で行ったチ
タン膜のアンモニア窒化処理による窒化チタン膜形成工
程は不要となる
【００１９】次に図３（Ｄ）に示すように、化学的気相
成長法を用いて四塩化チタン４０ｓｃｃｍ、アンモニア
１００ｓｃｃｍ、窒素３０００ｓｃｃｍの混合ガスを原
料ガスとして基板温度６００℃、圧力２０Ｔの条件の下
で化学的気相成長法を用いてチタンシリサイド膜１０上
に厚さ５０ｎｍの窒化チタン膜９を形成する。
【００２０】本実施形態において示した半導体装置の製
造方法によれば、チタン堆積用反応室では常に残留ハロ
ケンガスが除去されており、堆積チタン膜の四塩化チタ
ンによる腐食も発生しないため、安定した四塩化チタン
分圧を得ることができる。従って、安定したチタン堆積
速度が得られるためコンタクト電極の電気特性の安定化
が可能となる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、半導体基板上のチタン堆積速度が安定しているた
め、良好な電気的特性のコンタクト電極が得られるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施形態である半導体装置
の製造方法および従来の半導体装置の製造方法を説明す
る工程縦断面図である。
【図２】 同実施形態において使用する反応室の断面図
である。
【図３】 この発明の第２の実施形態である半導体装置
の製造方法を説明する工程縦断面図である。
【図４】 同実施形態において使用する反応室の断面図
である。
【符号の説明】
１ シリコン基板 ２ 素子分離酸化膜 ３ 拡散層 ４ 絶縁膜 ５ 接続孔 ６ チタニウム膜 ７ チタンシリサイド膜 ８ 窒化チタン膜 ９ 窒化チタン膜 １０ チタンシリサイド膜 １１ チタン膜 １２ 残留ハロゲンガス １３ チタンシリサイド膜 １４ 半導体基板 ｌ５ シランガス

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハロゲン化合物ガスを用いて化学的気相
    成長法によりチタンを堆積する半導体装置の製造方法に
    おいて、チタン堆積後に反応室内に残留するハロゲンを
    含むガスを、シランガスを用いて除去するハロゲンガス
    除去工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項２】 前記反応室から前記半導体装置を搬出し
    た後に前記ハロゲンガス除去工程を実施することを特徴
    とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記反応室から前記半導体装置を搬出す
    る前に前記ハロゲンガス除去工程を実施することを特徴
    とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
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