JP3221381B2 - 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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    • H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material

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
法に関し、特に半導体基板とオーミックコンタクトを形
成する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体基板に
形成された半導体素子と配線を接続するために絶縁膜に
開孔される接続孔（コンタクトホール）も微細となる
が、絶縁膜の膜厚は薄くなることはほとんどないため、
コンタクトホールの開口径で絶縁膜の膜厚を割ったアス
ペクト比は増大し、従来の技術では、低抵抗でオーミッ
クな抵抗のコンタクトホールを形成することは困難とな
ってきている。現在では、Ｎ型とＰ型のＳｉ（シリコ
ン）基板両方で低抵抗のオーミックコンタクトの形成が
可能なＴｉ膜を形成後、Ｓｉ基板と配線金属等の相互拡
散を防止するバリアメタルとしてのＴｉＮ膜を形成し、
その上にアスペクト比の大きなコンタクトホールでも埋
設性の良好なＣＶＤ法によるＷを形成しているのが一般
的である。
【０００３】これらＴｉ膜やＴｉＮ膜は、どちらもコン
タクトホール底で、１０ｎｍ以上の膜厚が必要とされて
いる。Ｔｉ膜は１０ｎｍよりも薄いとコンタクトホール
での接続抵抗が高く、ＴｉＮ膜が１０ｎｍよりも薄いと
Ｗを成長する際の原料ガスである六フッ化タングステン
（ＷＦ６）に対するバリア性が低く、ＴｉＮ膜下のＴｉ
膜やＳｉと反応してしまい、接続抵抗が高くなったりＰ
Ｎ接合が破壊されたりする。
【０００４】６４Ｍｂ（メガビット）ＤＲＡＭのような
最先端デバイスにおいては、コンタクトホールのアスペ
クト比は４を超え、このような高アスペクト比のコンタ
クトホールの底に、通常のスパッタ法では、１０ｎｍ以
上の膜厚のＴｉ膜、ＴｉＮ膜を形成することは困難であ
り、高アスペクト比のコンタクトホールの底にも被覆性
良く形成可能なスパッタ方法が提案され実用化されつつ
ある。
【０００５】コンタクトホールの底に被覆性良く形成す
るためには基板に対して垂直に近いスパッタ粒子を増加
させることが必要であるが、このようなスパッタ方法と
して、コリメートスパッタ法とロングスローススパッタ
法がある。
【０００６】コリメートスパッタ法とは、基板とターゲ
ットの間にコリメート板と呼ばれる多数の開口が設けら
れた板を設け、基板に対して垂直に近いスパッタ粒子は
通過させるがそれ以外の粒子はコリメート板で捉えてし
まう方法である（例えば特開平５−２９９３７５号公報
参照）。
【０００７】ロングスロースパッタ法とは、基板とター
ゲットの距離を従来のスパッタ装置よりも大きくする事
により、基板の面に平行な方向の速度成分が大きなスパ
ッタ粒子はシールド板に行き、基板に対して垂直に近い
粒子のみが基板に達するようにする方法である。例えば
文献（１９９４年セイコン韓国のセミナー予稿集２２５
〜２３０頁のフィリング テクノロジー フォー コン
タクト ホールズ ウィズ ハイ アスペクト レシオ
ユージング スパッタリング ウィザウトア コリメ
ーター（Ｆｉｌｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｏ
ｒ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｈｏｌｅｓ Ｗｉｔｈ ａ Ｈｉ
ｇｈｔ Ａｓｐｅｃｔ ＲａｔｉｏＵｓｉｎｇ Ｓｐｕ
ｔｔｅｒｉｎｇ Ｗｉｔｈｏｕｔ ａ Ｃｏｌｌｉｍａ
ｔｏｒ））参照。
【０００８】また、Ｔｉ膜、ＴｉＮ（窒化チタン）膜を
形成後、窒素雰囲気中で熱処理を行い、Ｔｉ膜とＳｉ基
板を反応させてＴｉシリサイドを形成し、接続抵抗をよ
り低抵抗にすると共に、ＴｉＮ膜中の未反応Ｔｉを窒化
させてバリア性を高める事が行われている。この加熱処
理は、炉を用いて行っても良いが（例えば前記特開平５
−２９９３７５号公報参照）、大口径の基板に適してい
たり、熱処理時間が短くて良い等の理由でランプアニー
ル装置を用いた急速加熱が行われることがある。
【０００９】以下にコリメートスパッタ法でＴｉ膜、Ｔ
ｉＮ膜を形成し、高アスペクト比のコンタクトホールを
形成する従来技術を図面を用いて説明する。
【００１０】図１は、従来のコンタクトホール形成方法
の工程順断面図である。まず、素子（図示せず）が形成
されたシリコン基板１上に層間絶縁膜としてシリコン酸
化膜にリンとホウ素を添加したＢＰＳＧ膜２をＣＶＤ
（化学気相成長）法により形成した後、素子に達するコ
ンタクトホールを通常のリソグラフィー技術とドライエ
ッチ技術により形成する。ここで、コンタクトホールの
直径は、０．３５μｍ以下に形成されている。
【００１１】次に、コリメートスパッタ法により、Ｔｉ
膜３、ＴｉＮ膜４をそれぞれ５０〜１００ｎｍ、８０〜
１５０ｎｍの厚さに形成する。コリメート板のアスペク
ト比（板厚み／開口直径）は１．５とする。Ｔｉ膜はＴ
ｉターゲットをＡｒガスで０．５から３ｍＴｏｒｒの圧
力でスパッタし、基板温度は１５０〜４００℃程度で行
う。ＴｉＮ膜はＴｉターゲットを窒素とＡｒの混合ガス
又は窒素のみでスパッタするが、圧力は１．５〜５ｍＴ
ｏｒｒ、基板温度は１５０〜４００℃とする（図１
（ａ）参照）。
【００１２】その後、ランプアニール装置により窒素雰
囲気中で６５０〜７２０℃の温度で１０〜６０秒熱処理
を行う。これにより、Ｔｉ膜３とシリコン基板１が反応
しＴｉシリサイド５が形成されると共に、ＴｉＮ中の未
反応Ｔｉが窒化されてバリア性が向上する（図１（ｂ）
参照）。
【００１３】次にＷＦ６ガスを水素で還元する減圧ＣＶ
Ｄ法により、Ｗ（タングステン）をＴｉＮ膜４上に４０
０〜６００ｎｍの厚さに形成後、全面６弗化イオウ（Ｓ
Ｆ６）ガスを用いたドライエッチング技術によりエッチ
バックし、コンタクトホール内のみにＷ（タングステ
ン）６を残し、Ｗプラグを形成する（図１（ｃ）参
照）。
【００１４】その後、スパッタ法によりＡｌ合金膜７と
ＴｉＮ膜８を形成し、周知のリソグラフィー技術及びド
ライエッチング技術により、ＴｉＮ膜８、Ａｌ合金膜
７、ＴｉＮ膜４、Ｔｉ膜３を所望の形状にパターニング
してＡｌ配線を形成する（図１（ｄ）参照）。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】コリメートスパッタ法
で形成したＴｉＮ膜は、例えば文献（１９９２年ＶＬＳ
Ｉ マルチレブェル インターコネクション カンファ
レンス（ＶＬＳＩ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｉｎｔｅｒ
ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）の予稿
集第３１０〜３１３頁、「キャラクタリゼーション オ
ブ イムプループド ＴｉＮ フィルムズ バイ コン
トロールド ダイヴァージェンス スパッタリング（Ｃ
ｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｍｐｒｏｖ
ｅｄ ＴｉＮ Ｆｉｌｍｓ ｂｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅ
ｄ Ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎ
ｇ）」）にも記載されているように、一般的に従来のス
パッタ法に比べ、１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ2台以上の大き
な圧縮応力を持っている。
【００１６】バリアメタルの応力が大きい場合には、熱
処理によりＰＮ接合特性が劣化するため、応力を５×１
０9ｄｙｎｅ／ｃｍ2以下にすることが提案されている
（例えば特開昭６３−１１１６６５号公報参照）。
【００１７】また、バリアメタル（ＴｉＮ膜）の応力が
強いと、その後の熱工程でＴｉＮ膜が剥がれたり、クラ
ックが入りやすい、という問題も指摘されている（例え
ば特開平２−１３３９６４号公報参照）。特に、熱処理
を急速で行う場合にクラックが入りやすい。熱処理によ
りクラックが入りやすい理由を以下に示す。
【００１８】このように１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ2台の大
きな圧縮応力を持つＴｉＮ膜に熱処理を行うと、膜が緻
密になり応力は引っ張り応力に変化する。引っ張り応力
の膜はクラックが入りやすく、特にランプアニール装置
のような短時間で昇温と降温を行う工程では、短時間で
圧縮応力から引っ張り応力に変化するため、ＴｉＮ膜が
塑性変形し、クラックが入りやすい。
【００１９】図６は、コンタクトホール底部の拡大断面
図を示したものであるが、このように、特に、ホール底
の角部でクラックが入りやすい。ＴｉＮ膜にクラックが
入ると、Ｗ成長時のＷＦ６ガスがクラックから入り込
み、Ｔｉ膜やシリコン基板と反応し、コンタクトホール
底部での接続抵抗が高くなったり、ＰＮ接合が破壊され
てしまう、という問題点がある。
【００２０】前記特開平２−１３３９６４号公報におい
ては、ＴｉＮ膜の応力を低下させる為に、炭素（Ｃ）を
ＴｉＮ膜中に添加させる方法が提案されているが、この
方法では、Ｃの添加を制御性よく行うことが困難である
こと、エッチング時に残渣が残りやすく、加工性が劣化
する等の問題があり、実用化は未だ行われていない。
【００２１】上記問題点は、コリメートスパッタ法でＴ
ｉＮ膜を形成する場合について説明したが、従来の一般
的なスパッタ法で形成したＴｉＮ膜においても、スパッ
タ終了時点では圧縮応力であるが、熱処理後、引っ張り
応力に変化し、ＴｉＮ膜にクラックが入ることがある。
特に、加熱する際の昇温温度を１００℃／ｍｉｎ以上と
大きくするとクラックが入りやすい。
【００２２】また、ロングスロースパッタ法において
も、コリメートスパッタ法と同様にスパッタ直後では、
１×１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ2以上の大きな圧縮応力を持
ち熱処理後、引っ張り応力に変化するためにクラックが
入りやすい。
【００２３】したがって、本発明は、上記問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的は、コリメートスパ
ッタやロングスロースパッタ法で形成したＴｉＮ膜をラ
ンプアニール装置で急速に加熱してもクラックが入るこ
とが無いようにし、更にバリア性に優れたＴｉＮ膜と
し、高アスペクト比のコンタクトホールを低抵抗に安定
して形成出来るようにし、これにより所望の電気特性を
得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供すること
にある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に達
する開口部を有する絶縁膜を前記半導体基板上に形成す
る工程と、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜をスパッタ法により順次形
成する工程と、急速加熱処理により前記半導体基板と前
記Ｔｉ膜を反応させる工程とを含む半導体装置の製造方
法において、前記熱処理前後での応力の変化の小さい条
件にてＴｉＮを形成することである。
【００２５】また、本発明においては、基板の熱処理工
程は、好ましくは、ランプアニール装置により６５０か
ら７５０℃の温度で急速に加熱する工程とされる。
【００２６】更に、本発明においては、ＴｉＮ膜のスパ
ッタを基板に対して垂直方向の指向性の強い条件にてス
パッタするという特徴を有する。基板に対して垂直方向
の指向性の強いスパッタ方法が、コリメートスパッタ法
あるいはターゲットと基板間の距離を大きくするロング
スロースパッタ法である。
【００２７】また、本発明においては、ＴｉＮ膜の成膜
後の応力が、好ましくは５×１０9ｄｙｎｅ／ｃｍ2以下
の圧縮応力であり、主に（２００）面に配向している。
さらに、本発明においては、好ましくは、半導体基板の
温度を４５０℃以上、スパッタ圧力を３ｍＴｏｒｒ以下
のスパッタ条件で成膜を行う。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。本発明は、その好ましい実施の形態におい
て、半導体基板に達する開口部を有する絶縁膜を前記半
導体基板上に形成する工程と、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜をスパ
ッタ法により順次形成する工程と、急速加熱処理により
前記半導体基板と前記Ｔｉ膜を反応させる工程と、を含
む半導体装置の製造方法において、ＴｉＮ膜形成後の熱
処理前後で応力変化の小さい条件でＴｉＮ膜を形成する
ようにしたものである。このため、ランプアニール装置
等で急速に加熱を行っても、ＴｉＮ膜が塑性変形を起こ
しクラックが発生することは無い。
【００２９】また、コリメートスパッタ法やロングスロ
ースパッタ法のように基板に対して垂直方向の指向性が
強いスパッタ法で形成した膜でも、基板温度が４５０
℃、圧力が３ｍＴｏｒｒ以下の条件でスパッタし、５×
１０9ｄｙｎｅ／ｃｍ2以下の応力にしている。これによ
り、ＴｉＮ膜の成膜後に急速加熱を行ってもその熱処理
前後での応力変化は小さくクラックが発生することは無
い。
【００３０】更に、基板温度が４５０℃以上、圧力３ｍ
Ｔｏｒｒ以下の条件でスパッタすることにより、（２０
０）面に強く配向したバリア性の強いＴｉＮ膜が形成さ
れるため、比較的薄いＴｉＮ膜でもＷ成膜時のＷＦ６ガ
スに対するバリア性が高くコンタクト抵抗が高くなった
りＰＮ接合にリークが発生することは無い。（２００）
面に強く配向しているＴｉＮ膜の方がバリア性が高いこ
とは一般的に広く知られている。例えば前記文献（１９
９２年ＶＬＳＩ マルチレブェル インターコネクショ
ン カンファレンスの予稿集第３１０〜３１３頁、「キ
ャラクタリゼーション オブ イムプループド ＴｉＮ
フィルムズ バイ コントロールドダイヴァージェン
ス スパッタリング」）には、（２００）面に配向して
いるＴｉＮ膜の方が密度が高く良い膜であることが示さ
れている。
【００３１】
【実施例】上記した本発明の実施の形態について至に詳
細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。以下では、従来技術の説明で用いた製造工
程順の主要工程断面図である図１を参照して、本発明の
第一の実施例について説明する。
【００３２】まず、素子（図示せず）が形成されたシリ
コン基板１上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜にリン
とホウ素を添加したＢＰＳＧ膜２をＣＶＤ法により形成
した後、素子に達するコンタクトホールを、通常のリソ
グラフィー技術とドライエッチ技術により形成する。こ
こで、コンタクトホールの直径は、０．３５μｍ以下に
形成されている。
【００３３】次に、コリメートスパッタ法により、Ｔｉ
膜３、ＴｉＮ膜４をそれぞれ５０〜１００ｎｍ、８０〜
１５０ｎｍの厚さに形成する。コリメート板のアスペク
ト比（板厚み／開口直径）は１．５とする。Ｔｉ膜は、
ＴｉターゲットをＡｒガスで０．５から３ｍＴｏｒｒの
圧力でスパッタし、基板温度は１５０〜４００℃程度で
その成膜を行う。ＴｉＮ膜は、Ｔｉターゲットを窒素と
Ａｒの混合ガス又は窒素のみでスパッタするが、例えば
全流量の８０％を窒素の条件で形成する。圧力は３ｍＴ
ｏｒｒ以下、基板温度は４５０℃以上、例えば５００℃
とする（図１（ａ）参照）。
【００３４】その後、ランプアニール装置により、窒素
雰囲気中で６５０〜７２０℃の温度で１０〜６０秒熱処
理を行う。このときの昇温速度は、例えば５０〜１００
℃／秒と急速に加熱を行う。これにより、Ｔｉ膜３とシ
リコン基板１が反応しＴｉシリサイド５が形成されると
共にＴｉＮ中の未反応Ｔｉが窒化されてバリア性が向上
する（図１（ｂ）参照）。
【００３５】次にＷＦ６ガスを水素で還元する減圧ＣＶ
Ｄ法によりＷ６をＴｉＮ膜４上に４００〜６００ｎｍの
厚さに形成後、全面六弗化イオウ（ＳＦ６）ガスを用い
たドライエッチング技術によりエッチバックし、コンタ
クトホール内のみにＷ（タングステン）６を残し、Ｗプ
ラグを形成する（図１（ｃ）参照）。
【００３６】その後、スパッタ法によりＡｌ合金膜７と
ＴｉＮ膜８を形成し、周知のリソグラフィー技術及びド
ライエッチング技術によりＴｉＮ膜８、Ａｌ合金膜７、
ＴｉＮ膜４、Ｔｉ膜３を所望の形状にパターニングして
Ａｌ配線を形成する（図１（ｄ）参照）。
【００３７】次に、本発明の一実施例の動作について説
明する。図２に、コリメートスパッタ法で形成したＴｉ
Ｎ膜の成膜時の基板温度と膜応力の関係を示す。スパッ
タ成膜直後と７００℃で３０秒の熱処理を行った後の膜
応力を比較して示す。応力の測定は、Ｓｉ基板にＴｉ膜
を５０ｎｍ形成後、ＴｉＮ膜を１００ｎｍ形成し、Ｔｉ
膜、ＴｉＮ膜の成膜前後及び熱処理後のＳｉ基板のそり
の変化から求めた。ＴｉＮ膜のスパッタ圧力は３ｍＴｏ
ｒｒである。
【００３８】図２を参照すると、成膜直後は基板温度が
低いほど１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ2台の大きい圧縮応力で
あるが、成膜温度が高いほど応力は小さくなり、５００
℃以上では１０9ｄｙｎｅ／ｃｍ2台の応力となる。７０
０℃の熱処理後は逆に引っ張り応力となり、熱処理前に
大きな圧縮応力であったほど大きな引っ張り応力とな
る。つまり、成膜時の基板温度が低く圧縮応力の大きな
膜は、熱処理後、逆に大きな引っ張り応力となり、熱処
理前後で非常に大きな応力変化が起こっている。
【００３９】これに対し、成膜時も基板温度が５００℃
以上と高い場合には、熱処理前も熱処理後もどちらも応
力は小さく、熱処理前後での応力変化は小さい。従っ
て、ランプアニール装置で急速加熱、急速冷却を行って
もＴｉＮ膜が塑性変形を起こしクラックが入ることは無
い。
【００４０】Ｓｉ基板にＴｉ膜を５０ｎｍ、ＴｉＮ膜を
１００ｎｍの厚さにスパッタ条件を変化させることによ
り応力を変化させて形成後、１００℃／秒の昇温速度で
ランプアニール装置により７００℃で３０秒のアニール
を行ってから、４端子のシート抵抗測定機により基板面
内の抵抗を測定したところ、５×１０9ｄｙｎｅ／ｃｍ2
よりも応力の大きなＴｉＮ膜では、異常に高いシート抵
抗を示す場所があった。この部分を電子顕微鏡で観察し
たところ、ＴｉＮ膜にクラックが観察された。つまり、
熱処理によりＴｉＮ膜にマイクロクラックが発生し、シ
ート抵抗が増加したものと思われる。
【００４１】５×１０9ｄｙｎｅ／ｃｍ2よりも小さい応
力のＴｉＮ膜では、異常に高いシート抵抗を示す部分は
なくクラックは発生していないものと思われる。
【００４２】また、図３に、コリメートスパッタ法で形
成したＴｉＮ膜の成膜時の基板温度とＸ線回折スペクト
ル（θ−２θスキャン）の（１１１）面に対する（２０
０）面の強度比（Ｉ（２００）／Ｉ（１１１））の関係
を示す。ＴｉＮ膜はスパッタ圧力３ｍＴｏｒｒで行い、
ＴｉＮ膜のみをＳｉＯ2上に１００ｎｍ形成した場合で
ある。基板温度が高いほど、ＴｉＮの（２００）面の強
度が大きくなっており、ＴｉＮ膜は（２００）面に強く
配向している方がバリア性が高い。
【００４３】しかし、基板温度を高くするだけでは、
（２００）面に強く配向したＴｉＮ膜を形成することは
出来ない。図４に、コリメートスパッタ法で形成したＴ
ｉＮ膜の成膜時のスパッタ圧力とＸ線回折スペクトルの
（１１１）面に対する（２００）面の強度比の関係を示
す。この時の基板加熱温度は５００℃であり、ＴｉＮ膜
はＳｉＯ2上に１００ｎｍ形成している。図４からも分
かるように、スパッタ圧力が高くなると、ＴｉＮの（２
００）面の配向率は減少し、１２ｍＴｏｒｒではほとん
ど（１１１）面配向になってしまう。（１１１）面に配
向したＴｉＮ膜は（２００）面に配向した膜よりもバリ
ア性が低い。
【００４４】仮にＴｉＮ膜形成時の基板温度を高くせ
ず、一般的に使われている２００〜３００℃で形成して
もスパッタ圧力さえ高く、例えば１０ｍＴｏｒｒ以上と
すれば、ＴｉＮ膜の応力は小さくなり、ランプアニール
装置で急速加熱を行ってもクラックが入ることはない
が、（１１１）面配向が強い膜となってしまうため、高
アスペクト比のコンタクトホールの底部で膜厚が十分で
無い場合には、Ｗ成長時のＷＦ6ガスに対するバリア性
が不十分であり、コンタクトホールの接続抵抗が高くな
ったり、ＰＮ接合でリーク電流が発生しやすい。
【００４５】種々の成膜条件で形成したＴｉＮ膜のバリ
ア性の比較としてコンタクトの接続抵抗を比較したもの
を図５に示す。ＴｉＮ膜成膜時の基板温度とスパッタ圧
力を変化させた時の直径０．３μｍのコンタクトホール
の接続抵抗を示している。コンタクトホールの深さは
１．８μｍでありＮ型とＰ型のＳｉ基板に対する抵抗で
ある。Ｔｉ，ＴｉＮ膜の膜厚はそれぞれ５０，１００ｎ
ｍであり、アスペクト比１．５のコリメート板を用いた
コリメートスパッタ法により形成している。その他の条
件は実施例で示した通りである。
【００４６】スパッタ時の基板温度が高いほどコンタク
トの接続抵抗は低くなり、ばらつきも小さい。また、ス
パッタ圧力が高いと、基板温度が５００℃と高い場合で
も、コンタクトの接続抵抗は高く、ばらつきも大きい。
【００４７】次に、本発明の第二の実施例として、Ｔｉ
Ｎ膜をロングスロースパッタ法で形成する場合について
説明する。本実施例においても、第一の実施例とほぼ同
じ工程であり、ＴｉＮ膜の成膜条件が異なるだけである
のでＴｉＮ膜の形成部分を中心にして、図１を用いて説
明する。
【００４８】コンタクトホールを形成後、Ｔｉ膜３を５
０ｎｍの厚さに形成するが、Ｔｉ膜３もロングスロース
パッタ法で形成する。Ｔｉ膜３はターゲットと基板間の
距離を３００〜５００ｍｍとし、０．３〜０．５ｍＴｏ
ｒｒの圧力でＴｉターゲットをスパッタして形成する。
その後、ＴｉＮ膜４をロングスロースパッタ法で１００
ｎｍ形成する。ＴｉＮ膜４はターゲットと基板間の距離
を２００〜３５０ｍｍとしＴｉターゲットをＡｒと窒素
の混合雰囲気中でスパッタする。窒素は全流量の７０〜
９０％とし圧力が０．４〜０．７ｍＴｏｒｒとなるよう
に調整する。
【００４９】成膜時の基板温度が４００℃では、スパッ
タ直後１×１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ2の圧縮応力が、７０
０℃のランプアニール後には１．５×１０10ｄｙｎｅ／
ｃｍ2の引っ張り応力に変化し、アニール後ＴｉＮ膜４
にクラックが入りやすい。
【００５０】これに対して基板温度を５００℃とすると
スパッタ直後では３×１０9ｄｙｎｅ／ｃｍ2の圧縮応力
であり７００℃のランプアニール後では２×１０9ｄｙ
ｎｅ／ｃｍ2以下の引っ張り応力であり、急速加熱、急
速冷却後でもＴｉＮ膜４にクラックが入ることは無い。
【００５１】また、ロングスロースパッタ法では、１ｍ
Ｔｏｒｒ以下と低い圧力でスパッタしているので、Ｔｉ
Ｎ膜は（２００）面に配向しやすいが、基板温度を高く
した方が更に（２００）面への配向が強くなり、５００
℃ではＩ（２００）／Ｉ（１１１）は８０以上となる。
【００５２】その後、第一の実施例と同様に、ＣＶＤ法
で形成したＷをエッチバックしＷプラグによりコンタク
トホールを埋め込んだ後Ａｌ合金膜７、ＴｉＮ膜８を形
成後パターニングしてＡｌ配線を形成する。
【００５３】ロングスロースパッタでは、１ｍＴｏｒｒ
以下のスパッタガスによる散乱を避けるために低圧力で
スパッタするのが一般的であり、低圧力でスパッタした
場合高い応力の膜となり易いが、基板加熱温度を４５０
℃以上とすることにより応力を小さくすることが可能で
あり、緻密で密度が高くバリア性の優れたＴｉＮ膜でも
ランプアニールでクラックが入ることは無い。
【００５４】従って、コンタクトホール底に被覆性が良
く緻密なバリア性に優れたＴｉＮ膜を低応力で形成可能
であるため、例えば５以上の高アスペクト比のコンタク
トホールでも低抵抗でＰＮ接合でリーク電流の発生無く
形成できる。
【００５５】上記した各実施例では、コリメートスパッ
タ法やロングスロースパッタ法のような異方性の強いス
パッタ法に関して説明したが、通常のスパッタ法で形成
するＴｉＮ膜においても同様の結果が得られる。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板に対して垂直な指向性の強いスパッタ方法を用いて
形成したＴｉＮ膜に対してランプアニール装置による急
速加熱を行っても、ＴｉＮ膜にクラックが入ることが無
く、高アスペクト比のコンタクトホールを低抵抗に安定
して形成可能である、という効果を奏する。
【００５７】その理由は、本発明においては、ＴｉＮ膜
を低圧力で形成し、（２００）面に強く配向したバリア
性に優れた膜とし、高温で形成することにより、低応力
でアニール後の応力変化を小さくすることが可能である
からであり、緻密な膜でありながら熱処理後にクラック
が入らないためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例及び従来例を説明するための主
要工程順の工程断面図である。
【図２】ＴｉＮ膜の成膜時の基板温度と応力の関係を示
すグラフである。
【図３】ＴｉＮ膜の成膜時の基板温度とＸ線回折の（１
１１）面に対する（２００）面の強度比を示す図であ
る。
【図４】ＴｉＮ膜の成膜時のスパッタ圧力とＸ線回折の
（１１１）面に対する（２００）面の強度比を示す図で
ある。
【図５】ＴｉＮ膜スパッタ条件とコンタクトホールの接
続抵抗の関係を示す図である。
【図６】従来技術の問題点を説明するためのコンタクト
ホール底部の断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板 ２ ＢＰＳＧ膜 ３ Ｔｉ膜 ４ ＴｉＮ膜 ５ Ｔｉシリサイド ６ タングステン ７ Ａｌ合金膜 ８ ＴｉＮ膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−161662（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−78789（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−196486（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−93117（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−228042（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−181212（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−111665（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−245300（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−78520（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−65004（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−162871（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−67689（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−177971（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−172077（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−264529（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−299375（ＪＰ，Ａ) 電子情報通信学会技術研究報告，Ｖｏ ｌ．95，Ｎｏ．497，ｐ．57−63（1996 −１) 半導体・集積回路技術シンポジウム講 演論文集，Ｖｏｌ．46ｔｈ，ｐ．92−97 （1994−５) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 301 H01L 21/285 H01L 21/768

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板に達する開口部を有する絶縁膜
    を前記半導体基板上に形成する工程と、基板上にＴｉ膜
    とＴｉＮ膜をスパッタ法により順次形成する工程と、急
    速加熱処理により前記半導体基板と前記Ｔｉ膜を反応さ
    せる工程と、を含む半導体装置の製造方法において、前記ＴｉＮ膜を形成する際に基板温度を４５０℃以上と
    し、スパッタ圧力を３ｍＴｏｒｒ以下の低圧力とし、前
    記ＴｉＮ膜形成後の急速加熱を行っても該熱処理前後で
    の応力変化を小さくした ことを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  2. 【請求項２】半導体基板に達する開口部を有する絶縁膜
    を前記半導体基板上に形成する工程と、基板上にＴｉ膜
    とＴｉＮ膜をスパッタ法により順次形成する工程と、急
    速加熱処理により前記半導体基板と前記Ｔｉ膜を反応さ
    せる工程と、を含み、前記基板の熱処理工程がランプア
    ニール装置により６５０から７５０℃の温度で急速に加
    熱する工程よりなる半導体装置の製造方法において、 ＴｉＮ膜の形成条件が、前記半導体基板の温度を４５０
    ℃以上、スパッタ圧力を３ｍＴｏｒｒ以下とし、ＴｉＮ
    膜の成膜後の応力が５×１０ 9 ｄｙｎｅ／ｃｍ 2 以下の圧
    縮応力であり、（２００）面に配向している、ことを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】ＴｉＮ膜のスパッタを、基板に対して垂直
    方向の指向性の強い条件にて、スパッタすることを特徴
    とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】基板に対して垂直方向の指向性の強いスパ
    ッタ方法が、コリメートスパッタ法である、ことを特徴
    とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】基板に対して垂直方向の指向性の強いスパ
    ッタ方法が、ターゲットと基板間の距離を大きくする方
    法である、ことを特徴とする請求項３記載の半導体装置
    の製造方法。
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