JP3383113B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に係り、詳しくは、ＩＣにおける基板あるいは配
線と配線との接続部の構造及びその製造方法に適用する
ことができ、特に、ＴｉＮ膜のバリア性を向上させるこ
とができる半導体装置及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, it can be applied to a structure of a substrate or a connection portion between wirings in an IC and a method for manufacturing the same. The present invention relates to a semiconductor device capable of improving the barrier property of a film and a manufacturing method thereof.
【０００２】近年、ＩＣの集積化に伴い、配線や配線と
配線の接続部等が微細化されてきているが、その微細化
時の信頼性についても厳しく要求されてきている。[0002] In recent years, with the integration of ICs, wirings and the connecting portions between wirings have been miniaturized, and the reliability at the time of miniaturization is also severely required.
【０００３】[0003]
【従来の技術】図８は従来の半導体装置の配線の接続部
の構造を示す断面図である。図８において、１００１は
Ｓｉ基板であり、１００２はＳｉ基板１００１上部に形
成した拡散層であり、１００３はＳｉ基板１００１上に
形成した拡散層１００２が露出されたコンタクトホール
と言われる開口部１００３ａを有するＳｉＯ 2 等の層間
絶縁膜である。１００４〜１００６は開口部１００３ａ
の拡散層１００２とコンタクトするように順次形成され
た各々Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ａｌ，Ｗ等の配線となる金属
膜である。ここで、Ｔｉ膜１００４は、Ｓｉ基板１００
１の拡散層１００２とＴｉＮ膜１００５間のコンタクト
抵抗を低減するために形成しており、ＴｉＮ膜１００５
は、Ｓｉ基板１００１のＳｉと金属膜１００６のＡｌ，
Ｗ等が拡散し反応して合金層を形成するのを防止するバ
リア性を持たせるために形成している。2. Description of the Related Art FIG. 8 is a wiring connection portion of a conventional semiconductor device.
It is a cross-sectional view showing the structure of. In FIG. 8, 1001 is
Si substrate 1002 is formed on top of Si substrate 1001.
1003 is a diffusion layer formed on the Si substrate 1001.
Contact hole where the formed diffusion layer 1002 is exposed
SiO having an opening 1003a referred to as 2Etc. between layers
It is an insulating film. 1004 to 1006 are openings 1003a
Sequentially formed so as to contact the diffusion layer 1002 of
Metals such as Ti film, TiN film, Al, W, etc. which will be wiring
It is a film. Here, the Ti film 1004 is formed on the Si substrate 100.
Contact between diffusion layer 1002 of No. 1 and TiN film 1005
The TiN film 1005 is formed to reduce the resistance.
Is Si of the Si substrate 1001 and Al of the metal film 1006,
A bar that prevents W and the like from diffusing and reacting to form an alloy layer.
It is formed to have a rear characteristic.
【０００４】次に、図９は従来の他の半導体装置の配線
の接続部の構造を示す断面図である。図９において、２
００１はＡｌ，Ｗ等の配線となる金属膜であり、２００
２は金属膜２００１上に形成したバリアメタルとなるＴ
ｉＮ膜であり、２００３はＴｉＮ膜２００２上に形成し
たＴｉＮ膜２００２が露出されたビアと言われる開口部
２００３ａを有するＳｉＯ2 等の層間絶縁膜である。２
００４〜２００６は開口部２００３ａ内のＴｉＮ膜２０
０２及び金属膜２００１とコンタクトするように順次形
成された各々バリアメタルとなるＴｉＮ膜、Ｗ埋め込み
層、配線となるＡｌ，Ｗ等の金属膜である。Next, FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a wiring connecting portion of another conventional semiconductor device. In FIG. 9, 2
Reference numeral 001 denotes a metal film that becomes a wiring of Al, W, etc.
2 is a barrier metal T formed on the metal film 2001
Reference numeral 2003 denotes an iN film, which is an interlayer insulating film such as SiO 2 having an opening 2003a called a via in which the TiN film 2002 formed on the TiN film 2002 is exposed. Two
004 to 2006 are the TiN film 20 in the opening 2003a.
02 and the metal film 2001, which are sequentially formed so as to be in contact with each other, and are a TiN film serving as a barrier metal, a W buried layer, and a metal film such as Al and W serving as a wiring.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の半導体装置においてもＴｉＮのバリアメタルとして用
いられるが、通常、ＴｉＮを成長すると、（１１１）に
配向する傾向があった。そして、このようなＴｉＮ膜で
は、図１０（ａ），（ｂ）に示す如く、（１１１）に配
向したＴｉＮ膜１００５の結晶間に隙間３００１を生じ
てしまう。このため、上記した図８に示す従来の半導体
装置では、ＴｉＮ膜１００５上に形成した金属膜１００
６を構成するＡｌやＷ等がＴｉＮ膜１００５の結晶間に
生じた隙間３００１を通してＳｉ基板１００１中に拡散
して、拡散層１００２による接合部を破壊して素子特性
を劣化させるという問題があった。As described above, it is used as a barrier metal of TiN also in the conventional semiconductor device, but normally, when TiN is grown, it tends to be oriented in (111). Then, in such a TiN film, as shown in FIGS. 10A and 10B, a gap 3001 is generated between the crystals of the TiN film 1005 oriented in (111). Therefore, in the conventional semiconductor device shown in FIG. 8 described above, the metal film 100 formed on the TiN film 1005.
There is a problem that Al, W, etc. constituting No. 6 diffuse into the Si substrate 1001 through the gap 3001 generated between the crystals of the TiN film 1005, destroying the joint portion by the diffusion layer 1002 and deteriorating the device characteristics. .
【０００６】また、ＴｉＮ膜１００５下に形成したＴｉ
膜１００４のＴｉがＴｉＮ膜１００５の結晶間に生じた
隙間３００１を通して金属膜１００６中に拡散して、配
線となる金属膜１００６の信頼性が低下するという問題
があった。更に、上記した図９に示す他の従来の半導体
装置では、開口部２００３ａ内をＷ埋め込み層２００５
で埋め込んで成膜する時に、ＷやＦがＴｉＮ膜２００４
の結晶間に生じた隙間３００１を通してＴｉＮ膜２００
４とＴｉＮ膜２００２の界面にまで拡散し、ＴｉＮ膜２
００４とＴｉＮ膜２００２の界面での密着性が劣化する
という問題があった。Further, Ti formed under the TiN film 1005
There is a problem that Ti of the film 1004 diffuses into the metal film 1006 through the gap 3001 formed between the crystals of the TiN film 1005, and the reliability of the metal film 1006 to be a wiring is lowered. Further, in the other conventional semiconductor device shown in FIG. 9 described above, the W embedded layer 2005 is formed inside the opening 2003a.
When the film is formed by burying with, the W and F become TiN film 2004
Through the gap 3001 formed between the crystals of the TiN film 200
4 and the TiN film 2002 are diffused to the TiN film 2 interface.
There is a problem that the adhesion at the interface between 004 and the TiN film 2002 deteriorates.
【０００７】また、上記した図９に示す従来の半導体装
置では、配向性を考慮せずに形成した配線となるＡｌ金
属膜２００１上に配向性を考慮せずにバリアメタルとな
るＴｉＮ膜２００２を形成して構成していたため、Ａｌ
金属膜２００１とＴｉＮ膜２００２間にＡｌＮやＡｌ2
Ｏ3 等の高抵抗層４００１が形成され易く、コンタクト
抵抗が増加するという問題があった。Further, in the conventional semiconductor device shown in FIG. 9 described above, the TiN film 2002 serving as a barrier metal without considering the orientation is formed on the Al metal film 2001 serving as the wiring formed without considering the orientation. Since it was formed and configured, Al
Between the metal film 2001 and the TiN film 2002, AlN or Al 2
There is a problem that the high resistance layer 4001 such as O 3 is easily formed and the contact resistance increases.
【０００８】そこで、本発明は、配線層を構成するＡ
ｌ，Ｗ等がＴｉＮ膜を通してＳｉ基板中に拡散すること
を生じ難くし拡散層による接合部の破壊を抑えて、素子
特性の劣化を抑えることができるとともに、ＴｉＮ膜下
に形成したＴｉ膜のＴｉをＴｉＮ膜を通して配線層中に
拡散することを生じ難くして、配線層の信頼性の劣化を
抑えることができる他、開口部内にＷ埋め込み層を埋め
込んで成膜する時に、Ｗ，Ｆが上層のＴｉＮ膜を通して
上層のＴｉＮ膜と下層のＴｉＮ膜の界面に拡散すること
を生じ難くして、上層のＴｉＮ膜と下層のＴｉＮ膜の界
面での密着性の劣化を抑えることができ、また、Ａｌ配
線層とＴｉＮ膜間に高抵抗層を形成され難くして、Ａｌ
配線層とＴｉＮ膜間のコンタクト抵抗を低減することが
できる半導体装置及びその製造方法を提供することを目
的とする。Therefore, according to the present invention, the wiring layer A
It is possible to prevent 1 and W from diffusing into the Si substrate through the TiN film, suppress the destruction of the junction portion by the diffusion layer, and suppress the deterioration of the device characteristics. It is possible to prevent Ti from diffusing into the wiring layer through the TiN film to suppress the deterioration of the reliability of the wiring layer. Further, when the W embedded layer is embedded in the opening to form a film, W and F are It is possible to prevent the diffusion of the TiN film of the upper layer and the TiN film of the lower layer through the TiN film of the upper layer, and to suppress the deterioration of the adhesion at the interface of the TiN film of the upper layer and the TiN film of the lower layer. , It is difficult to form a high resistance layer between the Al wiring layer and the TiN film.
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the contact resistance between the wiring layer and the TiN film and a method for manufacturing the same.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
（１１１）に配向した窒化チタン膜よりも密度が大きく
なるように、（１１１）配向の結晶と該（１１１）配向
の結晶との間に、（１１１）配向以外の配向性を有する
結晶を含んでなる単一層の窒化チタン膜を有することを
特徴とするものである。請求項２記載の発明は、（１１
１）配向の結晶と該（１１１）配向の結晶との間に、
（１１１）配向以外の配向性を有する結晶を含んでなる
窒化チタン膜は、その密度が４．５ｇ／ｃｍ３ 以上で
あることを特徴とする。The invention according to claim 1 is
Higher density than titanium nitride film oriented in (111)
So that(111) orientationCrystals and the (111) orientation
Between the crystals of(111)OrientationHas an orientation other than
crystalToOf single layerHaving a titanium nitride film
It is a feature. The invention according to claim 2 provides (11
1) OrientationBetween the crystal and the (111) -oriented crystal,
(111)OrientationHas an orientation other thanComprising crystals
The titanium nitride film isThatIf the density is more than 4.5g / cm3
It is characterized by being.
【００１０】請求項３記載の発明は、上記請求項１，２
記載の発明において、前記（１１１）配向の結晶と（１
１１）配向以外の配向性を有する結晶とからなる窒化チ
タン膜が、（１１１）配向の結晶と（２００）配向の結
晶との混合状態の窒化チタン膜であり、請求項４記載の
発明は、上記請求項１乃至３記載の発明において、前記
（１１１）配向の結晶と（１１１）配向以外の配向性を
有する結晶とからなる窒化チタン膜が、上層の金属膜と
下層のシリコン基板との間に形成されてなる特徴を有す
る。The invention according to claim 3 is the same as claims 1 and 2 above.
In the above invention, the (111) -oriented crystal and (1
11) The titanium nitride film made of a crystal having an orientation other than the orientation has a (111) -oriented crystal and a (200) -oriented crystal.
A titanium nitride film in a mixed state with a crystal , wherein the invention according to claim 4 is, in the invention according to claims 1 to 3, a crystal having the (111) orientation and a crystal having an orientation other than the (111) orientation. titanium nitride film comprising a has a feature in which a is formed between the silicon substrate and the lower layer of the upper metal film.
【００１１】請求項５記載の発明は、上記請求項１乃至
４記載の発明において、前記（１１１）配向の結晶と
（１１１）配向以外の配向性を有する結晶とからなる窒
化チタン膜の上層又は下層の少なくと一方にチタン膜が
形成されてなることを特徴とするものである。請求項６
記載の発明は、上記請求項１乃至５記載の発明におい
て、前記（１１１）配向の結晶と（１１１）配向以外の
配向性を有する結晶とからなる窒化チタン膜の上層に金
属膜を形成し、下層に窒化シリコン膜を形成してなるこ
とを特徴とする。According to a fifth aspect of the invention, in the invention according to the first to fourth aspects, the nitriding is performed, which is composed of the crystal having the (111) orientation and the crystal having an orientation other than the (111) orientation. one and less of the upper layer or the lower layer of the titanium film is characterized in that the titanium film ing is <br/> formed. Claim 6
In the invention described in any one of claims 1 to 5, a metal film is formed on an upper layer of a titanium nitride film composed of the crystal of the (111) orientation and the crystal having an orientation other than the (111) orientation. It is characterized in that a silicon nitride film is formed as a lower layer.
【００１２】請求項７記載の発明は、上記請求項１乃至
６記載の発明において、前記（１１１）配向の結晶と
（１１１）配向以外の配向性を有する結晶とからなる窒
化チタン膜上に酸素含有窒化チタン膜を形成してなるこ
とを特徴とするものである。請求項８記載の発明は、タ
ーゲット表面における磁束密度が２００Ｇ以上を有する
マグネットを用いたスパッタ法により、（１１１）に配
向した窒化チタン膜よりも密度が大きくなるように、
（１１１）配向の結晶と（１１１）配向以外の配向性を
有する結晶とからなる窒化チタン膜を形成する工程を含
むことを特徴とするものである。The invention according to claim 7 is the above-mentioned claim 1 to
In the invention described in 6, the (111) orientationCrystal ofWhen
Having an orientation other than the (111) orientationConsisting of crystalsSuffocation
An oxygen-containing titanium nitride film is formed on the titanium oxide film.
And are characterized by. The invention according to claim 8 is
The magnetic flux density on the target surface is more than 200G
Placed on (111) by sputtering method using magnet.
Higher density than oriented titanium nitride filmSo that
(111) orientationCrystal ofAnd orientations other than (111) orientation
HaveConsisting of crystalsIncluding the step of forming a titanium nitride film
MuIt is characterized by that.
【００１３】請求項９記載の発明は、上記請求項８記載
の発明において、前記スパッタ法は、コリメートスパッ
タ法であることを特徴とするものである。請求項１０記
載の発明は、上記請求項８、９記載の発明において、前
記（１１１）配向の結晶と該（１１１）配向の結晶間
に、（１１１）配向以外の配向性とを有する結晶とを同
一層に含んでなる窒化チタン膜を、１００ｐｐｍ以下の
微量の酸素を含む窒素雰囲気中でアニールすることによ
り、前記窒化チタン膜上に酸素含有窒化チタン膜を形成
することを特徴とするものである。According to a ninth aspect of the present invention, in the above-mentioned eighth aspect, the sputtering method is a collimating sputtering method. The invention according to claim 10 is the invention according to claim 8 or 9, wherein the crystal having the (111) orientation and the crystal having an orientation other than the (111) orientation between the crystals having the (111) orientation. Is formed in the same layer by annealing in a nitrogen atmosphere containing a trace amount of oxygen of 100 ppm or less to form an oxygen-containing titanium nitride film on the titanium nitride film. It is what
【００１４】[0014]
【００１５】[0015]
【００１６】請求項１１記載の発明は、Ｎ２ １００％
雰囲気中におけるＤＣマグネトロンスパッタ法にて（１
１１）に配向した窒化チタン膜よりも密度が大きい（１
１１）配向と（１１１）より大きい（２００）配向を有
する窒化チタン膜を形成する工程を含むことを特徴とす
るものである。The invention according to claim 11 is such that N2 100%
By DC magnetron sputtering method in the atmosphere (1
The density is higher than that of the titanium nitride film oriented in (11) (1
11) Orientation and a step of forming a titanium nitride film having a (200) orientation larger than (111).
【００１７】[0017]
【作用】本発明では、（１１１）配向結晶と（１１１）
配向以外の配向性をもつ結晶を配合して、（１１１）配
向結晶よりも密度の大きい膜を形成することができ、結
晶間の隙間をなくすことにより緻密化された膜ができ
る。以下、後述する実施例を例示して説明する。なお、
ここでは、（１１１）配向以外の配向性を有する結晶と
して（２００）配向結晶を例示して説明するが、本発明
は、これのみに限定されるものではない。例えば、後述
する実施例１の図１〜３に示す如く、Ｓｉ基板１と配線
となる金属膜７間のバリアメタルとして（１１１）と
（２００）に配向したＴｉＮ膜６を形成して構成したた
め、図３（ａ），（ｂ）に示す如く、（１１１）と（２
００）に配向したＴｉＮ膜６のＴｉＮ柱状結晶間の隙間
１５を密着させることができる。In the present invention, (111) oriented crystal and (111) oriented crystal
Crystals blended with the orientation of the non-oriented, (111) distribution
A film having a density higher than that of oriented crystals can be formed, and a dense film can be obtained by eliminating a gap between crystals. Examples will be described below by way of example. In addition,
Here, a crystal having a (200) orientation will be described as an example of a crystal having an orientation other than the (111) orientation, but the present invention is not limited thereto. For example, as shown in FIGS. 1 to 3 of Example 1 which will be described later, a TiN film 6 oriented in (111) and (200) is formed as a barrier metal between the Si substrate 1 and the metal film 7 to be wiring. , (111) and (2) as shown in FIGS.
The gap 15 between the TiN columnar crystals of the TiN film 6 oriented in (00) can be closely attached.
【００１８】このため、従来のＴｉＮ柱状結晶間に隙間
が大きく生じたＴｉＮ膜の場合よりも、（１１１）と
（２００）に配向したＴｉＮ膜６のバリア性を向上させ
ることができるので、配線となる金属膜７を構成するＷ
が（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜６を通し
てＳｉ基板１中に拡散することを生じ難くすることがで
きる。従って、Ｓｉ基板１上部に形成したソース／ドレ
イン拡散層２による接合部の破壊を抑えることができる
ため、素子特性の劣化を抑えることができる。Therefore, the barrier property of the TiN film 6 oriented in (111) and (200) can be improved as compared with the case of the conventional TiN film having a large gap between the TiN columnar crystals. W forming the metal film 7 to be
Can be prevented from diffusing into the Si substrate 1 through the TiN film 6 oriented in (111) and (200). Therefore, it is possible to suppress the destruction of the junction portion due to the source / drain diffusion layers 2 formed on the Si substrate 1, and thus it is possible to suppress the deterioration of the device characteristics.
【００１９】また、（１１１）と（２００）に配向した
ＴｉＮ膜６のバリア性を向上させることができるため、
（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜６下に形成
したＴｉ膜５のＴｉを、（１１１）と（２００）に配向
したＴｉＮ膜６を通して配線となる金属膜７中に拡散す
ることを生じ難くすることができ、配線となる金属膜７
の信頼性の劣化を抑えることができる。Further, since the barrier property of the TiN film 6 oriented in (111) and (200) can be improved,
The Ti of the Ti film 5 formed under the TiN film 6 oriented in (111) and (200) is diffused through the TiN film 6 oriented in (111) and (200) into the metal film 7 serving as a wiring. A metal film 7 that can be hard to occur and becomes wiring
It is possible to suppress the deterioration of the reliability.
【００２０】本発明では、後述する実施例１の図１〜３
に示す如く、配線の金属膜１３とＷ埋め込み層１１間の
バリアメタルとして（１１１）と（２００）に配向した
ＴｉＮ膜１０，１４を形成して構成したため、図３
（ａ），（ｂ）に示す如く、（１１１）と（２００）に
配向したＴｉＮ膜１０，１４のＴｉＮ柱状結晶間の隙間
１５を密着させることができる。The present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, since the (111) and (200) oriented TiN films 10 and 14 are formed as barrier metals between the metal film 13 of the wiring and the W burying layer 11, the structure shown in FIG.
As shown in (a) and (b), the gap 15 between the TiN columnar crystals of the (111) and (200) oriented TiN films 10 and 14 can be closely attached.
【００２１】このため、従来のＴｉＮ柱状結晶間に隙間
が大きく生じたＴｉＮ膜の場合よりも、（１１１）と
（２００）に配向したＴｉＮ膜１０，１４のバリア性を
向上させることができるので、開口部９内にＷ埋め込み
層１１を埋め込んで成膜する時に、ＷやＦが上層の（１
１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜１０を通して上
層の（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜１０と
下層の（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜１４
の界面に拡散することを生じ難くすることができる。従
って、上層の（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ
膜１０と下層の（１１１）と（２００）に配向したＴｉ
Ｎ膜１４の界面での密着性の劣化を抑えることができ
る。Therefore, the barrier properties of the (111) and (200) oriented TiN films 10 and 14 can be improved as compared with the conventional TiN film having a large gap between the TiN columnar crystals. When the W burying layer 11 is buried in the opening 9 to form a film, W and F are the upper layers (1
11) and (200) oriented TiN film 10 and upper (111) and (200) oriented TiN films 10 and lower (111) and (200) oriented TiN films 14
It is possible to make it difficult for the diffusion to occur at the interface. Therefore, the upper layer (111) and (200) oriented TiN
Ti oriented in (111) and (200) in the film 10 and the lower layer
It is possible to suppress deterioration of adhesion at the interface of the N film 14.
【００２２】次に、本発明では、後述する実施例２の図
４，５に示す如く、〈２００〉面の配向性を有するＡｌ
金属膜３４上に〈２００〉面の配向性を有するＴｉＮ膜
３５を形成して構成したため、比較例の〈２００〉面の
配向性が存在しないＡｌ金属膜３４及びＴｉＮ膜３５を
形成する場合よりも、コンタクト抵抗が１．０７Ω→
０．８０３Ωと低減することができる。Next, in the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5 of Example 2 described later, Al having a <200> plane orientation is used.
Since the TiN film 35 having the <200> plane orientation is formed on the metal film 34, it is better than the case of forming the Al metal film 34 and the TiN film 35 having no <200> plane orientation in the comparative example. Also, the contact resistance is 1.07Ω →
It can be reduced to 0.803Ω.
【００２３】次に、本発明は、後述する実施例１に示す
如く、（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜６，
１０，１２，１４をターゲット表面における磁束密度と
して３００Ｇを有するマグネットを用いたスパッタ法で
形成したため、マグネットの磁場を強くすることにより
（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜６，１０，
１２，１４の密度を高くするには、ターゲット表面にお
ける磁束密度が２００Ｇ以上になるようなマグネットを
用いることが望ましい。Next, according to the present invention, as shown in Example 1 which will be described later, the TiN film 6 having (111) and (200) orientations 6,
10, 12, 14 and a magnetic flux density at the target surface
Since it was formed by the sputtering method using a magnet having 300 G, the TiN films 6, 10 having the (111) and (200) orientations by increasing the magnetic field of the magnet.
In order to increase the densities of 12 and 14, it is desirable to use a magnet having a magnetic flux density of 200 G or more on the target surface.
【００２４】[0024]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
（実施例１）図１，２は本発明に係る実施例１の半導体
装置の製造方法を示す図である。図示例は、ＭＯＳトラ
ンジスタ等の半導体装置に適用する場合である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIGS. 1 and 2 are views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. The illustrated example is applied to a semiconductor device such as a MOS transistor.
【００２５】本実施例では、まず、前工程にてＳｉ基板
１に素子分離プロセス、ゲート形成及びソース／ドレイ
ン拡散層２等のプロセスを経た後、ＣＶＤ法等によりＳ
ｉ基板１上に酸化膜による絶縁層３を膜厚３００ｎｍ程
度堆積した後、ＳＯＧ等による平坦化を行う。次いで、
ＲＩＥ等により絶縁層３を選択的にエッチングしてソー
ス／ドレイン拡散層２が露出されたコンタクトホールと
言われる開口部４を形成する（図１（ａ））。In this embodiment, first, the Si substrate 1 is subjected to a device isolation process, a gate formation process, a source / drain diffused layer 2 process, and the like in the previous process, and then an S
After the insulating layer 3 made of an oxide film is deposited on the i substrate 1 to have a thickness of about 300 nm, it is flattened by SOG or the like. Then
The insulating layer 3 is selectively etched by RIE or the like to form an opening 4 called a contact hole in which the source / drain diffusion layer 2 is exposed (FIG. 1A).
【００２６】次に、Ａｒ雰囲気中にてＤＣマグネトロン
スパッタ法等により開口部４内のソース／ドレイン拡散
層２とコンタクトするように全面に膜厚２０ｎｍ程度の
Ｔｉ膜５を形成した後、Ａｒ／Ｎ２ を５０／５０ｓｃ
ｃｍとし、圧力を２ｍＴｏｒｒとし、パワーを８．０Ｋ
ｗとし、ターゲット表面の磁束密度を３００ＧとしたＤ
Ｃマグネトロンスパッタ法等により、Ｔｉ膜５上に膜厚
５０ｎｍ程度の（１１１）と（２００）とに配向性が混
合した結晶からなるＴｉＮ膜６を形成する。なお、この
ＤＣマグネトロンスパッタ法により、配向性が変化され
るのは、磁場を調整してプラズマ密度を変化させること
により達成されるものと推定される。例えば、磁場を強
くすると、プラズマ密度を上げることができる。次い
で、ＷＦ６雰囲気とし、Ｓｉ基板温度を４８０℃にして
ＣＶＤ法等により、（１１１）と（２００）とに配向し
たＴｉＮ膜６上にＷを堆積して配線となる膜厚１５０ｎ
ｍ程度の金属膜７を形成する（図１（ｂ））。Then, a Ti film 5 having a thickness of about 20 nm is formed on the entire surface so as to be in contact with the source / drain diffusion layer 2 in the opening 4 by a DC magnetron sputtering method or the like in an Ar atmosphere, and then Ar / N2 50 / 50sc
cm, pressure 2 mTorr, power 8.0K
w and the magnetic flux density on the target surface was 300 G
The C magnetron sputtering, orientation is mixed in on the Ti film 5 thickness of about 50nm with (111) and (200)
A TiN film 6 made of combined crystals is formed. It is assumed that the change in the orientation by the DC magnetron sputtering method is achieved by adjusting the magnetic field to change the plasma density. For example, a strong magnetic field can increase the plasma density. Then, a WF6 atmosphere, by the CVD method or the like to the Si substrate temperature at 480 ° C., (111) and (200) becomes by depositing a W wiring on the TiN film 6 oriented in the film thickness 150n
A metal film 7 having a thickness of about m is formed (FIG. 1B).
【００２７】次に、ＲＩＥ等により金属膜７の配線部分
が残るように選択的にエッチングし、その後、ＣＶＤ法
等により酸化膜による絶縁層８を８００ｎｍ程度の膜厚
で堆積した後、ＳＯＧ等による平坦化を行う。次いで、
ＲＩＥ等により絶縁層８を選択的にエッチングしてビア
と言われる金属膜７が露出された開口部９を形成する
（図１（Ｃ））。Next, it is selectively etched by RIE or the like so that the wiring portion of the metal film 7 remains, and then an insulating layer 8 made of an oxide film is deposited to a thickness of about 800 nm by the CVD method or the like, and then SOG or the like is performed. Flattening by. Then
The insulating layer 8 is selectively etched by RIE or the like to form an opening 9 in which the metal film 7 called a via is exposed (FIG. 1C).
【００２８】次に、Ａｒスパッタエッチング等により開
口部９底部の金属膜７表面に生じた自然酸化膜等をエッ
チングした後、（１１１）と（２００）に配向したＴｉ
Ｎ膜６を成膜した時と同様の方法により、開口部９内の
金属膜７とコンタクトするように全面に膜厚５０ｎｍ程
度の（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜１０を
形成する。次いで、ＷＦ6 雰囲気とし、４５０℃の基板
温度にしたＣＶＤ法等により、開口部９を覆うように
（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜１０上にＷ
膜を形成した後、ＲＩＥ等によりＷ膜を開口部９内に埋
め込むようにエッチバックしてＷ埋め込み層１１を形成
する。Next, after etching a natural oxide film or the like formed on the surface of the metal film 7 at the bottom of the opening 9 by Ar sputter etching or the like, Ti oriented in (111) and (200) is formed.
By a method similar to that of forming the N film 6, a TiN film 10 oriented to (111) and (200) with a film thickness of about 50 nm is formed on the entire surface so as to contact the metal film 7 in the opening 9. . Then, W is formed on the TiN film 10 oriented in (111) and (200) so as to cover the opening 9 by the CVD method or the like in which the atmosphere is WF 6 and the substrate temperature is 450 ° C.
After the film is formed, the W film is etched back by RIE or the like so as to fill the opening 9 to form the W buried layer 11.
【００２９】次に、Ａｒスパッタエッチング等により
（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜１０及びＷ
埋め込み層１１表面に生じた自然酸化膜をエッチングし
た後、（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜６，
１０と同様の方法により、全面に膜厚２０ｎｍ程度の
（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜１２を形成
する（図２（ａ））。Next, the TiN film 10 and W oriented in (111) and (200) by Ar sputter etching or the like.
After etching the natural oxide film formed on the surface of the buried layer 11, the TiN film 6 oriented in (111) and (200) 6,
By the same method as in 10, a TiN film 12 having a film thickness of about 20 nm and oriented in (111) and (200) is formed on the entire surface (FIG. 2A).
【００３０】次に、１００ｐｐｍ以下の微量のＯ2 を含
む４５０℃，Ｎ2 雰囲気中にて３０分アニールすること
により、（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜１
２表面部分を酸化してＴｉＮＯ膜１２ａを形成した後、
Ａｒスパッタエッチングを行わずに、スパッタ法等によ
りＴｉＮＯ膜１２ａ上に配線となるＡｌＣｕ合金等の膜
厚４００ｎｍ程度の金属膜１３及び膜厚１００ｎｍ程度
の（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜１４を各
々独立のチャンバーにて成膜する（図２（ｂ））。Next, the TiN film 1 oriented in (111) and (200) was annealed for 30 minutes in an N 2 atmosphere at 450 ° C. containing a trace amount of O 2 of 100 ppm or less.
2 After oxidizing the surface portion to form the TiNO film 12a,
Without performing Ar sputter etching, a metal film 13 having a film thickness of about 400 nm, such as an AlCu alloy, which becomes a wiring on the TiNO film 12a, and a TiN film having (111) and (200) orientations having a film thickness of about 100 nm are formed by sputtering or the like. 14 is deposited in each independent chamber (FIG. 2B).
【００３１】そして、配線のパターニングを行い、ＲＩ
Ｅ等にて加工した後、前述した絶縁層８の形成工程から
（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜１４の形成
工程等までを繰り返し行うことにより、図２（Ｃ）に示
すような配線を積層構造にした半導体装置を得ることが
できる。このように、本実施例では、Ｓｉ基板１と配線
となる金属膜７間のバリアメタルとして（１１１）と
（２００）に配向したＴｉＮ膜６を形成して構成したた
め、図３（ａ），（ｂ）に示す如く、（１１１）と（２
００）に配向したＴｉＮ膜６のＴｉＮ柱状結晶間の隙間
１５を密着させることができる。Then, the wiring is patterned, and RI is
After being processed by E or the like, the steps from the above-described step of forming the insulating layer 8 to the step of forming the TiN film 14 oriented in (111) and (200) are repeated, and as shown in FIG. It is possible to obtain a semiconductor device in which the wiring has a laminated structure. As described above, in this embodiment, since the TiN film 6 oriented in (111) and (200) is formed as the barrier metal between the Si substrate 1 and the metal film 7 to be the wiring, as shown in FIG. As shown in (b), (111) and (2
The gap 15 between the TiN columnar crystals of the TiN film 6 oriented in (00) can be closely attached.
【００３２】このため、従来のＴｉＮ柱状結晶間に隙間
が大きく生じたＴｉＮ膜の場合よりも、（１１１）と
（２００）に配向したＴｉＮ膜６のバリア性を向上させ
ることができるので、配線となる金属膜７を構成するＷ
が（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜６を通し
てＳｉ基板１中に拡散することを生じ難くすることがで
きる。従って、Ｓｉ基板１上部に形成したソース／ドレ
イン拡散層２による接合部の破壊を抑えることができる
ため、素子特性の劣化を抑えることができる。Therefore, the barrier property of the TiN film 6 oriented in (111) and (200) can be improved as compared with the conventional TiN film having a large gap between the TiN columnar crystals. W forming the metal film 7 to be
Can be prevented from diffusing into the Si substrate 1 through the TiN film 6 oriented in (111) and (200). Therefore, it is possible to suppress the destruction of the junction portion due to the source / drain diffusion layers 2 formed on the Si substrate 1, and thus it is possible to suppress the deterioration of the device characteristics.
【００３３】また、（１１１）と（２００）に配向した
ＴｉＮ膜６のバリア性を向上させることができるため、
（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜６下に形成
したＴｉ膜５のＴｉを、（１１１）と（２００）に配向
したＴｉＮ膜６を通して配線となる金属膜７中に拡散す
ることを生じ難くすることができ、配線となる金属膜７
の信頼性の劣化を抑えることができる。Further, since the barrier property of the TiN film 6 oriented in (111) and (200) can be improved,
The Ti of the Ti film 5 formed under the TiN film 6 oriented in (111) and (200) is diffused through the TiN film 6 oriented in (111) and (200) into the metal film 7 serving as a wiring. A metal film 7 that can be hard to occur and becomes wiring
It is possible to suppress the deterioration of the reliability.
【００３４】本実施例では、配線の金属膜１３とＷ埋め
込み層１１間のバリアメタルとして（１１１）と（２０
０）に配向したＴｉＮ膜１０，１４を形成して構成した
ため、図３（ａ），（ｂ）に示す如く、（１１１）と
（２００）に配向したＴｉＮ膜１０，１４のＴｉＮ柱状
結晶間の隙間１５を密着させることができる。このた
め、従来のＴｉＮ柱状結晶間に隙間が大きく生じたＴｉ
Ｎ膜の場合よりも、（１１１）と（２００）に配向した
ＴｉＮ膜１０，１４のバリア性を向上させることができ
るので、開口部９内にＷ埋め込み層１１を埋め込んで成
膜する時に、ＷやＦが上層の（１１１）と（２００）に
配向したＴｉＮ膜１０を通して上層の（１１１）と（２
００）に配向したＴｉＮ膜１０と下層の（１１１）と
（２００）に配向したＴｉＮ膜１４の界面に拡散するこ
とを生じ難くすることができる。従って、上層の（１１
１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜１０と下層の（１
１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜１４の界面での
密着性の劣化を抑えることができる。In this embodiment, (111) and (20) are used as barrier metals between the metal film 13 of the wiring and the W burying layer 11.
Since the TiN films 10 and 14 oriented to (0) are formed, as shown in FIGS. 3A and 3B, the TiN columnar crystals of the TiN films 10 and 14 oriented to (111) and (200) are The gap 15 can be closely attached. For this reason, a large gap was generated between the conventional TiN columnar crystals.
Since the barrier properties of the (111) and (200) oriented TiN films 10 and 14 can be improved more than in the case of the N film, when the W burying layer 11 is embedded in the opening 9 to form a film, The upper layers (111) and (2) pass through the TiN film 10 in which W and F are oriented in the upper layers (111) and (200).
The diffusion to the interface between the TiN film 10 oriented to (00) and the TiN film 14 oriented to (111) and (200) in the lower layer can be suppressed. Therefore, the upper layer (11
1) and (200) oriented TiN film 10 and the lower layer (1
It is possible to suppress deterioration of adhesion at the interface between the TiN film 14 oriented in (11) and (200).
【００３５】また、本実施例は、（１１１）と（２０
０）に配向したＴｉＮ膜６，１０，１２，１４をターゲ
ット表面における磁束密度を３００Ｇを有するマグネッ
トを用いたスパッタ法で形成したため、マグネットの磁
場を強くすることにより（１１１）と（２００）に配向
したＴｉＮ膜６，１０，１２，１４の密度を高くするこ
とができる。（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ
膜６，１０，１２，１４の密度を高くするには、ターゲ
ット表面における磁束密度が２００Ｇ以上になるような
マグネットを用いることが望ましい。In this embodiment, (111) and (20)
The TiN films 6, 10, 12, and 14 oriented in (0) are formed by the sputtering method using a magnet having a magnetic flux density of 300 G on the target surface. Therefore, by increasing the magnetic field of the magnet, (111) and (200) are obtained. The density of the oriented TiN films 6, 10, 12 and 14 can be increased. TiN oriented in (111) and (200)
In order to increase the density of the films 6, 10, 12, and 14, it is desirable to use a magnet having a magnetic flux density of 200 G or more on the target surface.
【００３６】本実施例は、（１１１）と（２００）に配
向したＴｉＮ膜１２を微量のＯ2 を含むＮ2 雰囲気でア
ニールすることにより、（１１１）と（２００）に配向
したＴｉＮ膜１２上にＴｉＮＯ膜１２ａを形成して構成
したため、（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜
１２の結晶間に生じた隙間をＴｉＮＯ膜１２ａにより埋
めることができる。In this embodiment, the TiN film 12 oriented in (111) and (200) is annealed in an N 2 atmosphere containing a slight amount of O 2 to obtain the TiN film 12 oriented in (111) and (200). Since the TiNO film 12a is formed on the TiN film 12a, the gap formed between the crystals of the (111) and (200) oriented TiN films 12 can be filled with the TiNO film 12a.
【００３７】このため、（１１１）と（２００）に配向
したＴｉＮ膜１２のみで構成する場合よりも、更にバリ
ア性を高めることができる。なお、ＴｉＮＯ膜１２ａ
は、コンタクト抵抗を考慮すると、できるだけ薄膜で形
成することが望ましい。なお、上記実施例１では、バリ
アメタルとして（１１１）に配向したＴｉＮ膜よりも密
度が大きい（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜
６，１０，１２，１４で構成してバリア性を向上させる
好ましい態様の場合を説明したが、本発明はこれのみに
限定されるものではなく、バリアメタルとしては、（１
１１）に配向したＴｉＮ膜よりも密度が大きい（１１
１）配向と（１１１）配向以外の配向性とを有するＴｉ
Ｎ膜であればよい。この（１１１）配向と（１１１）配
向以外の配向性とを有するＴｉＮ膜は、バリア性を効果
的に上げることを考慮すると、密度が４．５ｇ／ｃｍ3
以上であることが好ましい。Therefore, the barrier property can be further enhanced as compared with the case where only the TiN film 12 oriented in (111) and (200) is used. The TiNO film 12a
Considering the contact resistance, it is desirable to form as thin as possible. In the first embodiment, the barrier metal is composed of (111) and (200) oriented TiN films 6, 10, 12 and 14 having a density higher than that of the (111) oriented TiN film. Although the case of a preferred embodiment for improving the barrier metal has been described, the present invention is not limited to this, and as the barrier metal, (1
The density is higher than that of the TiN film oriented in (11) (11
Ti having 1) orientation and orientations other than (111) orientation
Any N film may be used. The TiN film having the (111) orientation and the orientation other than the (111) orientation has a density of 4.5 g / cm 3 in view of effectively enhancing the barrier property.
The above is preferable.
【００３８】上記実施例は、（１１１）と（２００）に
配向したＴｉＮ膜６，１０，１２，１４をＤＣマグネト
ロンスパッタ法で形成する場合について説明したが、本
発明はこれのみに限定されるものではなく、例えばコリ
メートスパッタ法で形成してもよい。この場合、Ｓｉ基
板１に対して、ＴｉターゲットからＴｉに方向性を付け
て衝突させることができるため、ＴｉＮ膜６，１０，１
２，１４に（２００）配向の配向性を効率良く持たせる
ことができる。In the above embodiment, the case where the TiN films 6, 10, 12, 14 oriented in (111) and (200) are formed by the DC magnetron sputtering method has been described, but the present invention is not limited to this. However, it may be formed by, for example, a collimate sputtering method. In this case, the Si substrate 1, it is possible to collide with the directional from Ti target Ti, TiN film 6,10,1
2, 2 and 14 can be efficiently provided with the (200) orientation.
【００３９】上記実施例は、（１１１）と（２００）に
配向したＴｉＮ膜６，１０，１２，１４の上下層にＴ
ｉ，Ａｌ・Ｃｕ，Ｗからなる層で構成する場合について
説明したが、上下層にはそれ以外の例えばＴｉ合金、Ａ
ｌ，Ａｌ合金等で構成してもよいし、Ｃｏ，Ｍｏ，Ｃ
ｕ，Ａｕ等の高融点金属やＮｉ，Ｐｔ等の遷移金属等を
含む合金で構成してもよい。In the above-described embodiment, T is formed on the upper and lower layers of the (111) and (200) oriented TiN films 6, 10, 12, and 14.
Although the case where the layers are composed of i, Al, Cu and W has been described, the upper and lower layers are made of other materials such as Ti alloy and A.
l, Al alloy, etc., Co, Mo, C
It may be made of an alloy containing a refractory metal such as u or Au or a transition metal such as Ni or Pt.
【００４０】上記実施例は、コンタクト抵抗を低減化す
るために、Ｔｉ膜５を（１１１）と（２００）に配向し
たＴｉＮ膜６下に形成して構成する場合について説明し
たが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、
（１１１）と（２００）に配向したＴｉＮ膜６上下に形
成して構成してもよいし、（１１１）と（２００）に配
向したＴｉＮ膜６上のみに形成して構成してもよい。な
お、Ｔｉ膜５は、これ以外の層間に適宜設けて構成して
もよい。
（実施例２）次に、図４は本発明に係る実施例２の半導
体装置の構造を示す平面及び断面図である。In the above embodiment, the Ti film 5 is formed under the TiN film 6 oriented to (111) and (200) in order to reduce the contact resistance. However, the present invention is not limited to this. It is not limited to this,
It may be formed on and below the TiN film 6 oriented in (111) and (200), or may be formed only on the TiN film 6 oriented in (111) and (200). The Ti film 5 may be appropriately provided between the other layers. (Embodiment 2) Next, FIG. 4 is a plan view and a sectional view showing the structure of a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention.
【００４１】本実施例では、まず、スパッタ法によりＳ
ｉ基板３１上にコンタクト抵抗を低減化するためのＴｉ
膜３２、バリアメタルとなるＴｉＮ膜３３、配線となる
Ａｌ金属膜３４及びバリアメタルとなるＴｉＮ膜３５を
順次形成する。このスパッタ成膜時、Ａｌ金属膜３４及
びＴｉＮ膜３５は、両方共〈２００〉面が存在するよう
に面方位を調整する。ここでは、下地をＳｉ基板３１で
構成したが、下地はＳｉ基板３１以外のＳｉＯ2 等の絶
縁膜やＡｌ等の金属膜で構成してもよい。次いで、ＲＩ
Ｅ等によりＴｉＮ膜３５からＴｉ膜３２までを異方性エ
ッチングして下層配線３６を形成する。In this embodiment, first, S is formed by the sputtering method.
Ti for reducing the contact resistance on the i substrate 31
A film 32, a TiN film 33 serving as a barrier metal, an Al metal film 34 serving as a wiring, and a TiN film 35 serving as a barrier metal are sequentially formed. At the time of this sputtering film formation, the Al metal film 34 and the TiN film 35 are adjusted in plane orientation so that both <200> planes exist. Here, the base is made of the Si substrate 31, but the base may be made of an insulating film other than the Si substrate 31 such as SiO 2 or a metal film such as Al. Then RI
The TiN film 35 to the Ti film 32 are anisotropically etched by E or the like to form the lower wiring 36.
【００４２】次に、ＣＶＤ法等により下層配線３６を覆
うようにＳｉＯ2 等の層間絶縁膜３７を形成した後、Ｒ
ＩＥ等により層間絶縁膜３７を選択的にエッチングして
ビアと言われる下層配線３６が露出された開口部３７ａ
を形成する。そして、スパッタ法とＲＩＥ法等により開
口部３７ａ内の下層配線３６とコンタクトするようにコ
ンタクト抵抗を低減化するためのＴｉ膜３８、バリアメ
タルとなるＴｉＮ膜３９及び配線となるＡｌ金属膜４０
から構成される上層配線４１を形成することにより、図
４に示すような配線が積層された構造の半導体装置を得
ることができる。 このように、本実施例では、〈２０
０〉面の配向性を有するＡｌ金属膜３４上に〈２００〉
面の配向性を有するＴｉＮ膜３５を形成して構成したと
ころ、比較例の〈２００〉面の配向性が存在しないＡｌ
金属膜３４及びＴｉＮ膜３５を形成する場合よりも、図
５に示す如く、コンタクト抵抗が１．０７Ω→０．８０
３Ωと低減することができた。Next, an interlayer insulating film 37 such as SiO 2 is formed to cover the lower wiring 36 by the CVD method or the like, and then R
Opening 37a in which lower layer wiring 36 called a via is exposed by selectively etching interlayer insulating film 37 by IE or the like
To form. Then, a Ti film 38 for reducing the contact resistance so as to come into contact with the lower wiring 36 in the opening 37a by a sputtering method and an RIE method, a TiN film 39 serving as a barrier metal, and an Al metal film 40 serving as a wiring.
By forming the upper wiring 41 composed of the above, it is possible to obtain a semiconductor device having a structure in which wirings are laminated as shown in FIG. Thus, in this embodiment, <20
<200> on the Al metal film 34 having the orientation of the 0> plane.
When a TiN film 35 having a surface orientation is formed and formed, Al having no <200> orientation of the comparative example is formed.
As compared with the case where the metal film 34 and the TiN film 35 are formed, the contact resistance is 1.07Ω → 0.80 as shown in FIG.
It could be reduced to 3Ω.
【００４３】なお、上記実施例２では、ビアとなる開口
部３７ａを、下層配線３６及び上層配線４１の配線幅よ
りも小さくして構成する場合について説明したが、本発
明はこれのみに限定されるものではなく、例えば図６に
示す如く、ビアとなる開口部３７ａを、下層配線３６及
び上層配線４１の配線幅と同じにして構成してもよい。
この場合も、図７に示す如く、コンタクト抵抗を比較例
の＜２００＞面の配向性が存在しない場合の７．４６Ω
から１．２５Ωと著しく低減することができた。In the second embodiment, the case where the opening 37a to be a via is made smaller than the wiring width of the lower layer wiring 36 and the upper layer wiring 41 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6, the opening 37a to be a via may be configured to have the same wiring width as that of the lower layer wiring 36 and the upper layer wiring 41.
Also in this case, as shown in FIG. 7, the contact resistance was 7.46Ω when the <200> plane orientation of the comparative example was not present.
To 1.25 Ω.
【００４４】上記実施例２は、金属膜３４をＡｌから構
成する場合について説明したが、本発明はこれのみに限
定されるものではなく、Ａｌ・Ｃｕ，Ａｌ・Ｓｉ，Ａｌ
・Ｔｉ等の合金から構成する場合であってもよい。上記
した２実施例は、〈２００〉面の配向性を有するＴｉＮ
膜３５を、通常のスパッタ法により形成する場合につい
て説明したが、本発明はこれのみに限定されるものでは
なく、配向性を制御し易いコリメートスパッタ法により
形成するように構成してもよい。Although the second embodiment has been described with respect to the case where the metal film 34 is made of Al, the present invention is not limited to this, and Al.Cu, Al.Si, Al.
It may be made of an alloy such as Ti. The above-mentioned two examples are TiN having <200> plane orientation.
Although the case where the film 35 is formed by the normal sputtering method has been described, the present invention is not limited to this, and the film 35 may be formed by the collimating sputtering method in which the orientation can be easily controlled.
【００４５】次に、本発明においては、Ｎ２ １００％
雰囲気中におけるＤＣマグネトロンスパッタ法にて（１
１１）配向した窒化チタン膜よりも密度が大きいものが
得られる。例えば、（１１１）配向と、（２００）配向
との混合状態を有する窒化チタン膜を形成するように構
成してもよい。即ち、前述の如く、磁束密度を強くする
ことの他にＮ２ １００％にすることで（２００）配向
を増加させることができる。Ａｒ／Ｎ２ ＝６０／３０
で（１１１）／（２００）＝１１２／４０≒１：０．３
５となるのに対し、Ｎ２ １００％で６３／１０６≒
１：１．６８となる。Next, in the present invention, N2 100%
By DC magnetron sputtering method in the atmosphere (1
11) those density greater than Oriented titanium nitride film
can get. For example, (111) orientation and (200) orientation
A titanium nitride film having a mixed state with may be formed. That is, as described above, the (200) orientation can be increased by increasing the magnetic flux density and setting N2 to 100%. Ar / N2 = 60/30
And (111) / (200) = 112 / 40≈1: 0.3
5, while N2 100% 63/106 ≒
It becomes 1: 1.68.
【００４６】[0046]
【発明の効果】本発明によれば、配線層を構成するＡ
ｌ，Ｗ等がＴｉＮ膜を通してＳｉ基板中に拡散すること
を生じ難くし拡散層による接合部の破壊を抑えて、素子
特性の劣化を抑えることができるとともに、ＴｉＮ膜下
に形成したＴｉ膜のＴｉをＴｉＮ膜を通して配線層中に
拡散することを生じ難くして、配線層の信頼性の劣化を
抑えることができる他、開口部内にＷ埋め込み層を埋め
込んで成膜する時に、Ｗ，Ｆが上層のＴｉＮ膜を通して
上層のＴｉＮ膜と下層のＴｉＮ膜の界面に拡散すること
を生じ難くして、上層のＴｉＮ膜と下層のＴｉＮ膜の界
面での密着性の劣化を抑えることができ、また、Ａｌ配
線層とＴｉＮ膜間に高抵抗層を形成され難くして、Ａｌ
配線層とＴｉＮ膜間のコンタクト抵抗を低減することが
できるという効果がある。According to the present invention, the wiring layer A
It is possible to prevent 1 and W from diffusing into the Si substrate through the TiN film, suppress the destruction of the junction portion by the diffusion layer, and suppress the deterioration of the device characteristics. It is possible to prevent Ti from diffusing into the wiring layer through the TiN film to suppress the deterioration of the reliability of the wiring layer. Further, when the W embedded layer is embedded in the opening to form a film, W and F are It is possible to prevent the diffusion of the TiN film of the upper layer and the TiN film of the lower layer through the TiN film of the upper layer, and to suppress the deterioration of the adhesion at the interface of the TiN film of the upper layer and the TiN film of the lower layer. , It is difficult to form a high resistance layer between the Al wiring layer and the TiN film.
There is an effect that the contact resistance between the wiring layer and the TiN film can be reduced.
【図１】本発明に係る実施例１の半導体装置の製造方法
を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明に係る実施例１の半導体装置の製造方法
を示す図である。FIG. 2 is a view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図３】ＴｉＮ柱状結晶間の隙間が密着している様子を
示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a state in which a gap between TiN columnar crystals is in close contact.
【図４】本発明に係る実施例２の半導体装置の構造を示
す平面及び断面図である。FIG. 4 is a plan view and a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明と比較例における配線のコンタクト抵抗
の結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing results of contact resistance of wirings in the present invention and a comparative example.
【図６】本発明に適用できる半導体装置の構造を示す平
面及び断面図である。6A and 6B are a plan view and a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device applicable to the present invention.
【図７】本発明と比較例における配線のコンタクト抵抗
の結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a result of contact resistance of wiring in the present invention and a comparative example.
【図８】従来の半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor device.
【図９】従来の半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor device.
【図１０】ＴｉＮ柱状結晶間に隙間が生じている様子を
示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a state in which a gap is formed between TiN columnar crystals.
【図１１】Ａｌ金属膜とＴｉＮ膜間に高抵抗層が形成さ
れる様子を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing how a high resistance layer is formed between an Al metal film and a TiN film.
【符号の説明】
１，３１ Ｓｉ基板
２ ソース／ドレイン拡散層
３，８ 絶縁層
４，９，３７ａ 開口部
５，３２，３８ Ｔｉ膜
６，１０，１２，１４ （１１１）と（２００）に配
向したＴｉＮ膜
７，１３，３４，４０ 金属膜
１１ Ｗ埋め込み層
１２ａ ＴｉＮＯ膜
１５ 隙間
３３，３５，３９ ＴｉＮ膜
３６ 下層配線
３７ 層間絶縁膜
４１ 上層配線[Description of Reference Signs] 1,31 Si substrate 2 Source / drain diffusion layers 3,8 Insulating layers 4,9,37a Openings 5,32,38 Ti films 6,10,12,14 (111) and (200) Oriented TiN film 7, 13, 34, 40 Metal film 11 W Buried layer 12a TiNO film 15 Gap 33, 35, 39 TiN film 36 Lower layer wiring 37 Interlayer insulating film 41 Upper layer wiring
フロントページの続き (72)発明者 遠田 孝之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 細田 勉 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 中村 友二 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 アンソニー・ホッブス 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 水谷 寛 愛知県春日井市高蔵寺町二丁目1844番２ 富士通ヴィエルエスアイ株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−5604（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−256313（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−283532（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−260445（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−45553（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−299375（ＪＰ，Ａ) 国際公開95／2893（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 H01L 21/768 H01L 21/3205 Front page continued (72) Inventor Takayuki Toda 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited (72) Inventor Tsutomu Hosoda 1015, Kamedotachu, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited (72) Invention Yuji Nakamura 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited (72) Inventor Anthony Hobbs 1015, Kamikodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Fujitsu Limited (72) Inventor, Hiroshi Mizutani Kasugai, Aichi Prefecture 1-844-2, Kozoji-cho, Ichi, Japan (56) References Japanese Patent Laid-Open No. 6-5604 (JP, A) Japanese Patent Laid-Open No. 4-256313 (JP, A) Japanese Patent Laid-Open No. 6-283532 (JP, A) JP-A-6-260445 (JP, A) JP-A-7-45553 (JP, A) JP-A-5-299375 (JP, A) International Publication 95/2893 (WO, A1) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/28 H01L 21/768 H01L 21/3205
Claims (11)
密度が大きくなるように、（１１１）配向の結晶と該
（１１１）配向の結晶との間に、（１１１）配向以外の
配向性を有する結晶を含んでなる単一層の窒化チタン膜
を有することを特徴とする半導体装置。1. A titanium nitride film oriented in (111)
In order to increase the density , crystals with (111) orientation and
A semiconductor device having a single-layer titanium nitride film including a crystal having an orientation other than the (111) orientation , between the (111) -oriented crystal and the crystal .
の結晶との間に、（１１１）以外の配向性を有する結晶
を含んでなる窒化チタン膜は、その密度が４．５ｇ／ｃ
ｍ３以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体
装置。2. A (111) -oriented crystal and the (111) -oriented crystal
Crystal having an orientation other than (111) with the crystal of
Titanium nitride comprising the membrane, its density 4.5 g / c
The semiconductor device according to claim 1, which is at least m3.
向以外の配向性を有する結晶とからなる窒化チタン膜
が、（１１１）配向の結晶と（２００）配向の結晶との
混合状態の窒化チタン膜である請求項１又は２記載の半
導体装置。3. A titanium nitride film comprising the (111) -oriented crystal and the crystal having an orientation other than the (111) -oriented crystal is composed of a (111) -oriented crystal and a (200) -oriented crystal.
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the titanium nitride film in a mixed state.
向以外の配向性を有する結晶とからなる窒化チタン膜
が、上層の金属膜と下層のシリコン基板との間に形成さ
れてなる請求項１乃至３の何れかに記載の半導体装置。Wherein said (111) oriented crystal (111) crystal and titanium nitride consists film having orientation other than the orientation of the
But the formation of between the upper metal layer and the underlying silicon substrate
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3 is composed.
向以外の配向性を有する結晶とからなる窒化チタン膜の
上層又は下層の少なくと一方にチタン膜が形成されてな
る請求項１乃至４の何れかに記載の半導体装置。5. A titanium film is formed on at least one of an upper layer and a lower layer of a titanium nitride film composed of the crystal of the (111) orientation and the crystal having an orientation other than the (111) orientation.
The semiconductor device according to any of that請 Motomeko 1 to 4.
向以外の配向性を有する結晶とからなる窒化チタン膜の
上層に金属膜を形成し、下層に窒化シリコン膜を形成し
てなることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載
の半導体装置。6. A metal film is formed on an upper layer of a titanium nitride film composed of crystals of the (111) orientation and crystals having an orientation other than the (111) orientation, and a silicon nitride film is formed on the lower layer thereof. the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, characterized in.
向以外の配向性を有する結晶とからなる窒化チタン膜上
に酸素含有窒化チタン膜を形成してなることを特徴とす
る請求項１乃至６の何れかに記載の半導体装置。7. An oxygen-containing titanium nitride film is formed on a titanium nitride film composed of crystals of the (111) orientation and crystals having an orientation other than the (111) orientation. 7. The semiconductor device according to any one of 6 to 6.
Ｇ以上を有するマグネットを用いたスパッタ法により、
（１１１）に配向した窒化チタン膜よりも密度が大きく
なるように、（１１１）配向の結晶と（１１１）配向以
外の配向性を有する結晶とからなる窒化チタン膜を形成
する工程を含む半導体装置の製造方法。8. The magnetic flux density on the target surface is 200.
By the sputtering method using a magnet having G or more,
Higher density than titanium nitride film oriented in (111)
So as to, (111) The method of producing a process including a semiconductor device for forming a titanium nitride film made of a crystal having a crystal (111) orientation other than the orientation of the orientation.
であることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製
造方法。9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the sputtering method is a collimated sputtering method.
１）配向の結晶間に、（１１１）配向以外の配向性とを
有する結晶とを同一層に含んでなる窒化チタン膜を、１
００ｐｐｍ以下の微量の酸素を含む窒素雰囲気中でアニ
ールすることにより、前記窒化チタン膜上に酸素含有窒
化チタン膜を形成することを特徴とする請求項８又は９
記載の半導体装置の製造方法。10. The (111) oriented crystal and the (11)
Between 1) of oriented crystals, the titanium nitride film comprising the same layer and a crystal having a orientation other than the orientation (111), 1
By annealing in a nitrogen atmosphere containing oxygen of the following trace 00Ppm, claim 8 or characterized by forming an oxygen-containing titanium nitride film on the titanium nitride film 9
A method for manufacturing a semiconductor device as described above.
グネトロンスパッタ法より、（１１１）配向した窒化チ
タン膜よりも密度が大きくなるように、（１１１）配向
の結晶と（２００）配向の結晶とを有する窒化チタン膜
を形成する工程を含む請求項８乃至１０の何れかに記載
された半導体装置の製造方法。 Than DC magnetron sputtering in 11. N2 100% atmosphere, (111) such that the density is greater than the oriented titanium nitride film, and a (111) orientation of the crystal (200) orientation crystal wherein the step of forming a titanium nitride film on either including claims 8 to 10
Of manufacturing a completed semiconductor device.
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