JP3441019B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【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、半導体表面と配線とのコンタクトにおい
て、バリアメタルあるいはコンタクトメタルとしてＴｉ
Ｎ層を含む半導体装置の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, in contacting a semiconductor surface with a wiring, Ti is used as a barrier metal or contact metal.
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including an N layer.
【０００２】なお、本明細書に記載の「半導体基板」
は、絶縁表面上にシリコン単結晶薄膜を形成したＳＯＩ
基板を含む。The "semiconductor substrate" described in the present specification
Is an SOI in which a silicon single crystal thin film is formed on an insulating surface.
Including the substrate.
【０００３】[0003]
【従来の技術】ＴｉＮとＴｉの積層構造は、半導体表面
と配線とのコンタクトにおけるバリアメタルとして使用
されている。また、コンタクトホール内にＣＶＤ法によ
りＷを堆積しコンタクトホールを埋め込む場合には、コ
ンタクトメタルとしても機能する。2. Description of the Related Art A laminated structure of TiN and Ti is used as a barrier metal in a contact between a semiconductor surface and a wiring. Further, when W is deposited in the contact hole by the CVD method to fill the contact hole, it also functions as a contact metal.
【０００４】Ｔｉ膜表面にＴｉＮ膜を堆積した積層構造
の上にＣＶＤによりＷを堆積すると、Ｗ成長に用いるＷ
Ｆ6 ガスが解離して生じたＦとＴｉＮ膜下のＴｉが反応
する。この反応により固体が形成されてＴｉＮ膜が押し
上げられ剥離する場合がある。ＦとＴｉとの反応を防止
しＴｉＮ膜が剥離しないようにするために、Ｗを堆積す
る前に熱処理を行い、ＴｉＮ膜下のＴｉ膜を全て窒化し
ＴｉＮ膜としている。When W is deposited by CVD on the laminated structure in which the TiN film is deposited on the surface of the Ti film, W used for W growth
F generated by dissociation of F 6 gas reacts with Ti under the TiN film. A solid may be formed by this reaction and the TiN film may be pushed up and peeled off. In order to prevent the reaction between F and Ti and prevent the TiN film from peeling off, heat treatment is performed before depositing W, and the Ti film under the TiN film is entirely nitrided to form a TiN film.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来のスパッタにより
形成したＴｉ／ＴｉＮ積層構造のＴｉ膜を全て窒化して
ＴｉＮ膜とするためには、８００℃以上の温度で熱処理
する必要があった。In order to nitride all the Ti film having the Ti / TiN laminated structure formed by the conventional sputtering to form the TiN film, it is necessary to perform heat treatment at a temperature of 800 ° C. or higher.
【０００６】半導体装置の製造工程で８００℃以上の温
度でアニールを行うことは、絶縁膜中の不純物が半導体
基板内に拡散する等の弊害があるため好ましくない。ま
た、コンタクトホール内のＴｉが半導体基板表面から基
板内に拡散し、ＴｉＳｉ層が深く形成される。コンタク
トホール部に形成された拡散領域の深さを越えてＴｉＳ
ｉ層が形成されると、リーク電流増大の原因になる。こ
れらの問題を回避するために、アニール温度をなるべく
低くすることが望ましい。Annealing at a temperature of 800 ° C. or higher in the manufacturing process of a semiconductor device is not preferable because it may cause impurities such as impurities in the insulating film to diffuse into the semiconductor substrate. Further, Ti in the contact hole diffuses from the surface of the semiconductor substrate into the substrate, and a TiSi layer is deeply formed. Beyond the depth of the diffusion region formed in the contact hole, TiS
The formation of the i layer causes an increase in leak current. In order to avoid these problems, it is desirable to set the annealing temperature as low as possible.
【０００７】本発明の目的は、Ｔｉ／ＴｉＮ積層構造を
比較的低温でアニールしてＴｉ層を窒化する半導体装置
の製造方法を提供することである。An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which a Ti / TiN laminated structure is annealed at a relatively low temperature to nitride a Ti layer.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、上面を有する半導体基板の上に、（００２）
配向したＴｉ膜を堆積する工程と、前記Ｔｉ膜の表面に
（１１１）配向したＴｉＮ膜を堆積する工程と、前記半
導体基板を窒素含有雰囲気中で熱処理して、前記Ｔｉ膜
を窒化し、ＴｉＮ膜にする工程とを含む。According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, (002) is formed on a semiconductor substrate having an upper surface.
Depositing a oriented Ti film, depositing the Ti layer surface (111) oriented TiN film, and the semiconductor substrate is heat-treated in a nitrogen-containing atmosphere, by nitriding the Ti film, TiN And a step of forming a film .
【０００９】本発明の他の半導体装置の製造方法は、上
面を有する半導体基板の上に、（００２）配向したＴｉ
膜を堆積する工程と、前記Ｔｉ膜の表面に（１１１）配
向したＴｉＮ膜を堆積する工程と、前記半導体基板を窒
素含有雰囲気中で熱処理して、前記Ｔｉ膜を窒化する工
程とを含み、前記Ｔｉ膜を堆積する工程は、ターゲット
としてＴｉを使用し、スパッタガスとして不活性ガスを
使用し、基板温度２００℃以下の条件でスパッタにより
Ｔｉ膜を堆積し、前記ＴｉＮ膜を堆積する工程は、ター
ゲットとしてＴｉを使用し、スパッタガスとして不活性
ガス、反応ガスとしてＮ2ガスを使用し、Ｎ2ガスの流量
が不活性ガスとＮ2ガスの全流量の３０〜４０％となる
条件で反応性スパッタによりＴｉＮ膜を堆積する。According to another method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a (002) -oriented Ti film is formed on a semiconductor substrate having an upper surface.
A step of depositing a film, a step of depositing a (111) -oriented TiN film on the surface of the Ti film, and a step of heat-treating the semiconductor substrate in a nitrogen-containing atmosphere to nitride the Ti film, In the step of depositing the Ti film, Ti is used as a target, an inert gas is used as a sputtering gas, and the Ti film is deposited by sputtering at a substrate temperature of 200 ° C. or lower. , using Ti as a target, the inert gas as the sputtering gas, using the N 2 gas as reaction gases, under the condition that the flow rate of N 2 gas is 30 to 40% of the total flow rate of the inert gas and N 2 gas A TiN film is deposited by reactive sputtering.
【００１０】[0010]
【作用】Ｔｉの（００２）面は比較的活性であり、他の
面に比べて窒化されやすい。また、ＴｉＮの（１１１）
面の法線方向には窒素が拡散し易い。従って、Ｔｉ膜の
上にＴｉＮ膜を堆積したＴｉ／ＴｉＮ積層構造におい
て、Ｔｉ膜を（００２）配向させ、ＴｉＮ膜を（１１
１）配向させることにより、Ｔｉ膜が窒化されやすくな
る。このため、比較的低温でＴｉ膜を窒化することがで
きる。The (002) plane of Ti is relatively active and is more easily nitrided than other planes. Also, TiN (111)
Nitrogen easily diffuses in the normal direction of the surface. Therefore, in the Ti / TiN laminated structure in which the TiN film is deposited on the Ti film, the Ti film is oriented (002) and the TiN film is (11).
1) The orientation facilitates the nitriding of the Ti film. Therefore, the Ti film can be nitrided at a relatively low temperature.
【００１１】ＴｉＮ膜の下のＴｉ膜を窒化することによ
り、ＴｉＮ膜の表面上にＷＦ6 を使用してＣＶＤにより
Ｗ膜を堆積する場合に、ＴｉとＦとの反応を防止するこ
とができる。ＴｉとＦが反応しなくなるため、ＴｉＮ膜
の剥離等が生じなくなる。By nitriding the Ti film under the TiN film, the reaction between Ti and F can be prevented when the W film is deposited on the surface of the TiN film by CVD using WF 6. . Since Ti and F do not react with each other, peeling of the TiN film does not occur.
【００１２】基板温度２００℃以下でＴｉ膜をスパッタ
により成膜することにより、（００２）配向させること
ができる。Ｎ2 ガスの流量比を３０〜４０％として、反
応性スパッタによりＴｉＮ膜を成膜することにより、
（１１１）配向させることができる。The (002) orientation can be achieved by forming a Ti film by sputtering at a substrate temperature of 200 ° C. or lower. By forming a TiN film by reactive sputtering with a flow rate ratio of N 2 gas of 30 to 40%,
It can be (111) oriented.
【００１３】[0013]
【実施例】まず、図４を参照して、従来の方法により形
成したＴｉ／ＴｉＮ積層構造をＮ 2 雰囲気中でアニール
した時にＴｉ膜が窒化される様子を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, referring to FIG.
The formed Ti / TiN laminated structure is N 2Anneal in atmosphere
The manner in which the Ti film is nitrided when the above is performed will be described.
【００１４】図４は、Ｔｉ／ＴｉＮ積層構造のＸ線回折
結果を示す。横軸はＸ線回折角２θを表し、縦軸はＸ線
回折強度を相対目盛りで表す。図中の曲線ａ、ｂ、ｃ、
ｄは、それぞれ積層構造堆積後、６００℃で６０秒間の
アニール後、７００℃で６０秒間のアニール後、及び８
００℃で６０秒間のアニール後のＸ線回折パターンを示
す。なお、積層構造形成時のＴｉ膜の厚さは３５ｎｍ、
ＴｉＮ膜の厚さは８０ｎｍである。FIG. 4 shows the X-ray diffraction result of the Ti / TiN laminated structure. The horizontal axis represents the X-ray diffraction angle 2θ, and the vertical axis represents the X-ray diffraction intensity on a relative scale. Curves a, b, c, in the figure
d is, respectively, after the laminated structure deposition, after annealing at 600 ° C. for 60 seconds, after annealing at 700 ° C. for 60 seconds, and 8
4 shows an X-ray diffraction pattern after annealing at 00 ° C. for 60 seconds. The thickness of the Ti film when forming the laminated structure is 35 nm,
The thickness of the TiN film is 80 nm.
【００１５】積層構造堆積後は、曲線ａで示すように、
回折角３７°近傍にＴｉＮの（１１１）面のピーク、回
折角４３°近傍にＴｉＮの（２００）面のピークが現れ
ている。回折角３８．５°近傍にＴｉの（００２）面の
ピーク、回折角４０．５°近傍にＴｉの（０１１）面の
ピークが現れている。After deposition of the laminated structure, as shown by the curve a,
A peak of the (111) plane of TiN appears near the diffraction angle of 37 °, and a peak of the (200) plane of TiN appears near the diffraction angle of 43 °. A peak of the (002) plane of Ti appears near the diffraction angle of 38.5 °, and a peak of the (011) plane of Ti appears near the diffraction angle of 40.5 °.
【００１６】６００℃でアニールすると、曲線ｂで示す
ように、Ｔｉの（００２）面及び（０１１）面のピーク
がやや低角度側にシフトする。これは、アニールにより
格子定数が変動したためと考えられる。このＸ線回折結
果から、６００℃のアニールではＴｉ膜はほとんど窒化
されないことがわかる。When annealed at 600 ° C., the peaks of the (002) plane and the (011) plane of Ti shift to a slightly lower angle side, as shown by the curve b. It is considered that this is because the lattice constant was changed by annealing. From this X-ray diffraction result, it can be seen that the Ti film is hardly nitrided by annealing at 600 ° C.
【００１７】７００℃でアニールすると、曲線ｃで示す
ように、Ｔｉの（００２）面のピークは完全に消滅する
が、（０１１）面のピークはわずかに残っている。この
結果から、Ｔｉ膜の窒化が進んでいるが、まだＴｉ膜が
残っていることがわかる。また、Ｔｉの（００２）面は
（０１１）面に比べて活性であり窒化されやすいと考え
られる。When annealed at 700 ° C., the peak of the (002) plane of Ti disappears completely, but a slight peak of the (011) plane remains, as shown by the curve c. From these results, it can be seen that the Ti film is still being nitrided but the Ti film still remains. Further, it is considered that the (002) plane of Ti is more active than the (011) plane and is easily nitrided.
【００１８】８００℃でアニールすると、曲線ｄで示す
ように、Ｔｉのピークは全て消滅する。この結果から８
００℃でアニールすることにより、Ｔｉ膜を全て窒化で
きることがわかる。When annealed at 800 ° C., all the peaks of Ti disappear as shown by the curve d. 8 from this result
It can be seen that the Ti film can be entirely nitrided by annealing at 00 ° C.
【００１９】より低温でＴｉ膜を全て窒化するために
は、Ｔｉ膜を（００２）配向させ、窒化し易くすること
が好ましい。また、ＴｉＮ膜において、（１１１）面の
法線方向に窒素が拡散し易いことが知られている。従っ
て、ＴｉＮ膜を（１１１）配向させることが好ましい。In order to entirely nitride the Ti film at a lower temperature, it is preferable that the Ti film be (002) oriented to facilitate nitriding. Further, it is known that nitrogen easily diffuses in the normal direction of the (111) plane in the TiN film. Therefore, it is preferable to orient the TiN film to (111).
【００２０】次に、図１を参照して、ＴｉＮ膜を（１１
１）配向させ、Ｔｉ膜を（００２）配向させるための条
件について説明する。図１（Ａ）は、ＤＣマグネトロン
スパッタによりスパッタ条件を変えてＴｉＮ膜を形成し
たときのＴｉＮ膜の（１１１）面及び（２００）面のＸ
線回折強度を示す。ターゲットにはＴｉを用い、スパッ
タガスとしてＡｒとＮ2 の混合ガスを使用した。また、
下地基板は熱酸化膜、基板温度は２５０℃、雰囲気圧力
は３．０ｍＴｏｒｒ、スパッタガスの全流量は７０ｓｃ
ｃｍである。図１（Ａ）の横軸はスパッタガスの全流量
に対するＮ2 ガスの流量比を単位％で表し、縦軸はＸ線
回折強度を単位ｃｐｓ（カウント／秒）で表す。Next, referring to FIG.
The conditions for 1) orientation and (002) orientation of the Ti film will be described. FIG. 1A shows X-rays of the (111) plane and the (200) plane of the TiN film when the TiN film is formed by changing the sputtering conditions by DC magnetron sputtering.
The line diffraction intensity is shown. Ti was used as a target, and a mixed gas of Ar and N 2 was used as a sputtering gas. Also,
The base substrate is a thermal oxide film, the substrate temperature is 250 ° C., the atmospheric pressure is 3.0 mTorr, and the total flow rate of the sputtering gas is 70 sc.
cm. The horizontal axis of FIG. 1A represents the flow rate ratio of the N 2 gas to the total flow rate of the sputtering gas in the unit of%, and the vertical axis represents the X-ray diffraction intensity in the unit of cps (count / second).
【００２１】図中の記号●及び■は、それぞれ（１１
１）面及び（２００）面のＸ線回折強度を示す。Ｎ2 ガ
ス流量比を７０％から４０％に減少すると、（２００）
面の配向性が顕著に弱くなり（１１１）面の配向性が顕
著に強くなる。Ｎ2 ガス流量比が７０％のときは、（２
００）面のピーク強度は（１１１）面のピーク強度の２
０倍以上である。The symbols ● and ■ in the figure are (11
The X-ray diffraction intensities of the (1) plane and the (200) plane are shown. When the N 2 gas flow rate ratio is reduced from 70% to 40%, (200)
The orientation of the plane is significantly weakened, and the orientation of the (111) plane is significantly strengthened. When the N 2 gas flow rate ratio is 70%, (2
The peak intensity of (00) plane is 2 of the peak intensity of (111) plane.
It is 0 times or more.
【００２２】Ｎ2 ガス流量比を５０％とすると、（２０
０）面と（１１１）面のピーク強度がほぼ等しくなり、
４０％にすると、（１１１）面のピーク強度が（２０
０）面のピーク強度の約５倍になる。ＴｉＮ膜の（１１
１）面配向を強くするためには、Ｎ2 ガス流量比を４０
％以下とすることが好ましい。If the N 2 gas flow rate ratio is 50%, (20
The peak intensities of the (0) plane and the (111) plane become almost equal,
When it is 40%, the peak intensity of the (111) plane becomes (20
It is about 5 times the peak intensity of the 0) plane. TiN film (11
1) In order to strengthen the plane orientation, the N 2 gas flow rate ratio should be 40
% Or less is preferable.
【００２３】一方、ＴｉＮ膜を安定性良く形成するため
には、Ｎ2 ガス流量比は３０％以上であることが好まし
い。図１（Ｂ）は、ＤＣマグネトロンスパッタによりス
パッタ条件を変えてＴｉ膜を形成したときのＴｉ膜の
（０１１）面及び（００２）面のＸ線回折強度を示す。
ターゲットにはＴｉを用い、スパッタガスとしてＡｒを
使用した。また、下地基板は熱酸化膜、雰囲気圧力は５
ｍＴｏｒｒ、Ａｒガスの全流量は４０ｓｃｃｍである。
図１（Ｂ）の横軸は成膜温度を単位℃で表し、縦軸はＸ
線回折強度を単位ｃｐｓで表す。On the other hand, in order to form the TiN film with good stability, the N 2 gas flow rate ratio is preferably 30% or more. FIG. 1B shows the X-ray diffraction intensities of the (011) plane and the (002) plane of the Ti film when the Ti film was formed by changing the sputtering conditions by DC magnetron sputtering.
Ti was used as the target and Ar was used as the sputtering gas. The base substrate is a thermal oxide film and the atmospheric pressure is 5
The total flow rate of mTorr and Ar gas is 40 sccm.
The horizontal axis in FIG. 1B represents the film formation temperature in the unit of ° C, and the vertical axis represents X.
The line diffraction intensity is expressed in units of cps.
【００２４】図中の記号●及び■は、それぞれ（０１
１）面及び（００２）面のＸ線回折強度を示す。成膜温
度を４００℃から２００℃に低下させると、（０１１）
面の配向性が弱くなり、２００℃以下では（０１１）面
はほとんど形成されないことがわかる。また、（００
２）面のＸ線回折強度は成膜温度３００℃のときに極大
になり、それ以下になるとやや低下する。この結果か
ら、成膜温度を２００℃以下にすると、Ｔｉ膜の（０１
１）面はほとんどなくなり、（００２）面のみとなるこ
とがわかる。The symbols ● and ■ in the figure are (01
The X-ray diffraction intensities of the (1) plane and the (002) plane are shown. When the film forming temperature is lowered from 400 ° C. to 200 ° C., (011)
It can be seen that the orientation of the plane becomes weak and the (011) plane is hardly formed at 200 ° C. or lower. In addition, (00
The X-ray diffraction intensity of the 2) surface becomes maximum when the film forming temperature is 300 ° C., and decreases slightly below that. From this result, when the film formation temperature is set to 200 ° C. or lower, (01
It can be seen that the (1) plane is almost eliminated and only the (002) plane is present.
【００２５】なお、スパッタにより形成された膜の配向
性は、スパッタ装置により異なる。例えば、マグネット
の形状、磁力線の分布等によって配向性が異なると考え
られる。従って、装置ごとにスパッタ条件を変えて実際
に成膜し、好適なスパッタ条件を見つけることが好まし
い。The orientation of the film formed by sputtering varies depending on the sputtering device. For example, it is considered that the orientation is different depending on the shape of the magnet, the distribution of magnetic force lines, and the like. Therefore, it is preferable to find a suitable sputtering condition by actually forming a film by changing the sputtering condition for each device.
【００２６】次に、図２を参照して本発明の実施例によ
るＴｉＮ膜の形成方法について説明する。図２（Ａ）に
示すように、シリコン基板１の表面に低抵抗の拡散領域
２が形成されている。シリコン基板１の表面上に層間絶
縁膜３が形成され、層間絶縁膜３には拡散領域２とコン
タクトをとるための２つのコンタクトホール４が形成さ
れている。Next, a method of forming a TiN film according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, a low resistance diffusion region 2 is formed on the surface of a silicon substrate 1. An interlayer insulating film 3 is formed on the surface of the silicon substrate 1, and two contact holes 4 for making contact with the diffusion region 2 are formed in the interlayer insulating film 3.
【００２７】層間絶縁膜３及びコンタクトホール４の内
面を覆うように、厚さ２００ｎｍのＴｉ膜５を堆積す
る。Ｔｉ膜５は、ＤＣマグネトロンスパッタにより堆積
する。スパッタ条件は、基板温度が２００℃、雰囲気圧
力が５ｍＴｏｒｒ、Ａｒガス流量が４０ｓｃｃｍであ
る。A Ti film 5 having a thickness of 200 nm is deposited so as to cover the inner surfaces of the interlayer insulating film 3 and the contact hole 4. The Ti film 5 is deposited by DC magnetron sputtering. The sputtering conditions are a substrate temperature of 200 ° C., an atmospheric pressure of 5 mTorr, and an Ar gas flow rate of 40 sccm.
【００２８】次に、Ｔｉ膜５を覆うように厚さ１０００
〜１５００ｎｍのＴｉＮ膜６を堆積する。ＴｉＮ膜６
は、Ｔｉターゲットを用いた反応性ＤＣマグネトロンス
パッタにより堆積する。スパッタ条件は、基板温度が２
５０℃、雰囲気圧力が３ｍＴｏｒｒ、スパッタガスはＡ
ｒとＮ2 の混合であり、総流量が７０ｓｃｃｍ、Ｎ2 比
が４０％である。Next, a thickness of 1000 is formed so as to cover the Ti film 5.
Deposit a TiN film 6 of ˜1500 nm. TiN film 6
Are deposited by reactive DC magnetron sputtering with a Ti target. The sputtering condition is that the substrate temperature is 2
50 ° C., atmospheric pressure 3 mTorr, sputtering gas is A
It is a mixture of r and N 2 , the total flow rate is 70 sccm, and the N 2 ratio is 40%.
【００２９】上記条件下で、Ｔｉ／ＴｉＮ積層構造を形
成することにより、（００２）配向したＴｉ膜５と、
（１１１）配向したＴｉＮ膜６を形成することができ
る。図２（Ｂ）に示すようにランプ８から光を照射し、
Ｎ2 雰囲気中で基板温度６００℃、アニール時間６０秒
のラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）を行う。Under the above conditions, by forming a Ti / TiN laminated structure, a (002) oriented Ti film 5 and
The (111) oriented TiN film 6 can be formed. Light is emitted from the lamp 8 as shown in FIG.
Rapid thermal annealing (RTA) is performed in an N 2 atmosphere at a substrate temperature of 600 ° C. and an annealing time of 60 seconds.
【００３０】６００℃のアニールにより、窒素がＴｉＮ
膜６中を拡散しＴｉ膜５が窒化される。コンタクトホー
ル４の底面では、Ｔｉが拡散領域２の中に拡散してＴｉ
Ｓｉ層７が形成される。Nitrogen was converted to TiN by annealing at 600.degree.
The Ti film 5 is nitrided by diffusing in the film 6. At the bottom surface of the contact hole 4, Ti diffuses into the diffusion region 2 and Ti
The Si layer 7 is formed.
【００３１】図３は、上記条件で形成したＴｉ／ＴｉＮ
積層構造のＸ線回折結果を示す。横軸はＸ線回折角２θ
を表し、縦軸はＸ線回折強度を相対目盛りで表す。図中
の曲線ｐ、ｑは、それぞれ積層構造堆積後、ＲＴＡ後の
Ｘ線回折パターンを示す。FIG. 3 shows the Ti / TiN formed under the above conditions.
The X-ray-diffraction result of a laminated structure is shown. Horizontal axis is X-ray diffraction angle 2θ
And the vertical axis represents the X-ray diffraction intensity on a relative scale. Curves p and q in the figure show X-ray diffraction patterns after RTA after stacking structure deposition.
【００３２】積層構造堆積後は、曲線ｐで示すように、
回折角３７°近傍にＴｉＮの（１１１）面のピーク、回
折角３８°近傍にＴｉの（００２）面のピークが現れて
いる。ＴｉＮの（２００）面及びＴｉの（０１１）面の
ピークは現れていない。After deposition of the laminated structure, as shown by the curve p,
A peak of the (111) plane of TiN appears near the diffraction angle of 37 °, and a peak of the (002) plane of Ti appears near the diffraction angle of 38 °. The peaks of the (200) plane of TiN and the (011) plane of Ti do not appear.
【００３３】ＲＴＡ後は、曲線ｑで示すように、Ｔｉの
（００２）面のピークが完全に消滅している。このこと
から、Ｔｉ膜５は全て窒化されたと考えられる。上記実
施例のように、Ｔｉ膜を（００２）配向とし、ＴｉＮ膜
を（１１１）配向とすることで、６００℃程度のアニー
ルでＴｉ膜を全て窒化することができる。After RTA, as shown by the curve q, the peak of the (002) plane of Ti disappeared completely. From this, it is considered that the Ti film 5 is entirely nitrided. As in the above embodiment, the Ti film has the (002) orientation and the TiN film has the (111) orientation, so that the Ti film can be entirely nitrided by annealing at about 600 ° C.
【００３４】なお、上記実施例では、ＲＴＡで熱処理を
行う場合について説明したが、その他の熱処理を行って
もよい。例えば、電気炉によるアニール等でもよい。ま
た、Ｎ2 雰囲気でアニールを行う場合について説明した
が、窒素含有雰囲気、例えばＮＨ3 等の雰囲気でアニー
ルを行ってもよい。In the above embodiment, the case where the heat treatment is performed by RTA has been described, but other heat treatments may be performed. For example, annealing by an electric furnace may be used. Although the case of performing the annealing in the N 2 atmosphere has been described, the annealing may be performed in a nitrogen-containing atmosphere, for example, an atmosphere of NH 3 or the like.
【００３５】また、上記実施例では、ＤＣマグネトロン
スパッタによりＴｉ膜及びＴｉＮ膜を堆積する場合を説
明したが、その他の堆積方法を使用してもよい。例え
ば、ＲＦマグネトロンスパッタ、電子ビーム蒸着等を使
用してもよい。In the above embodiment, the case where the Ti film and the TiN film are deposited by DC magnetron sputtering has been described, but other deposition methods may be used. For example, RF magnetron sputtering, electron beam evaporation or the like may be used.
【００３６】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｔｉ／ＴｉＮ積層構造のＴｉ層を比較的低温で窒化する
ことができる。下層のＴｉ層を窒化することにより、Ｔ
ｉＮ膜表面上にＣＶＤにより安定にＷを堆積することが
できる。また、アニールによる不純物の再拡散等を抑制
することができ、半導体装置の信頼性の向上を図ること
ができる。As described above, according to the present invention,
The Ti layer of the Ti / TiN laminated structure can be nitrided at a relatively low temperature. By nitriding the underlying Ti layer, T
W can be stably deposited on the surface of the iN film by CVD. In addition, it is possible to suppress re-diffusion of impurities due to annealing and improve reliability of the semiconductor device.
【図１】図１（Ａ）は、窒素流量比を変化させてスパッ
タにより成膜したＴｉＮ膜のＸ線回折強度を示すグラフ
である。図１（Ｂ）は、成膜温度を変化させてスパッタ
により成膜したＴｉ膜のＸ線回折強度を示すグラフであ
る。FIG. 1A is a graph showing the X-ray diffraction intensity of a TiN film formed by sputtering while changing the nitrogen flow rate ratio. FIG. 1B is a graph showing the X-ray diffraction intensity of a Ti film formed by sputtering while changing the film forming temperature.
【図２】本発明の実施例によるＴｉ／ＴｉＮ積層構造を
形成する方法を説明するための基板の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a substrate for explaining a method of forming a Ti / TiN laminated structure according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例により形成したＴｉ／ＴｉＮ積
層構造及びＴｉＮ層のＸ線回折結果を示すグラフであ
る。FIG. 3 is a graph showing an X-ray diffraction result of a Ti / TiN laminated structure and a TiN layer formed according to an example of the present invention.
【図４】従来例により形成したＴｉ／ＴｉＮ積層構造及
びＴｉＮ層のＸ線回折結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing X-ray diffraction results of a Ti / TiN laminated structure and a TiN layer formed by a conventional example.
１ シリコン基板 ２ 拡散領域 ３ 層間絶縁膜 ４ コンタクトホール ５ Ｔｉ膜 ６ ＴｉＮ膜 ７ ＴｉＳｉ層 ８ ランプ 1 Silicon substrate 2 diffusion area 3 Interlayer insulation film 4 contact holes 5 Ti film 6 TiN film 7 TiSi layer 8 lamps
Claims (3)
２）配向したＴｉ膜を堆積する工程と、 前記Ｔｉ膜の表面に（１１１）配向したＴｉＮ膜を堆積
する工程と、 前記半導体基板を窒素含有雰囲気中で熱処理して、前記
Ｔｉ膜を窒化し、ＴｉＮ膜にする工程とを含む半導体装
置の製造方法。1. On a semiconductor substrate having an upper surface, (00
2) depositing a oriented Ti film, depositing the Ti layer surface (111) oriented TiN film, and the semiconductor substrate is heat-treated in a nitrogen-containing atmosphere, by nitriding the Ti film , A step of forming a TiN film .
２）配向したＴｉ膜を堆積する工程と、 前記Ｔｉ膜の表面に（１１１）配向したＴｉＮ膜を堆積
する工程と、 前記半導体基板を窒素含有雰囲気中で熱処理して、前記
Ｔｉ膜を窒化する工程とを含み、 前記Ｔｉ膜を堆積する工程は、ターゲットとしてＴｉを
使用し、スパッタガスとして不活性ガスを使用し、基板
温度２００℃以下の条件でスパッタによりＴｉ膜を堆積
し、前記ＴｉＮ膜を堆積する工程は、ターゲットとして
Ｔｉを使用し、スパッタガスとして不活性ガス、反応ガ
スとしてＮ 2 ガスを使用し、Ｎ 2 ガスの流量が不活性ガス
とＮ 2 ガスの全流量の３０〜４０％となる条件で反応性
スパッタによりＴｉＮ膜を堆積する 半導体装置の製造方
法。2. On a semiconductor substrate having an upper surface, (00
2) depositing an oriented Ti film, depositing a (111) oriented TiN film on the surface of the Ti film, and heat treating the semiconductor substrate in a nitrogen-containing atmosphere to nitride the Ti film. and a step viewed including the steps of depositing the Ti film, a Ti as a target
Use, inert gas as sputter gas, substrate
Deposit Ti film by sputtering under the condition of temperature below 200 ℃
Then, the step of depositing the TiN film is performed as a target.
Ti is used with an inert gas and a reactive gas as the sputtering gas.
N 2 gas is used as the gas and the flow rate of N 2 gas is an inert gas.
And reactivity under the condition of 30-40% of the total flow rate of N 2 gas
A method for manufacturing a semiconductor device in which a TiN film is deposited by sputtering .
２）配向したＴｉ膜を堆積する工程と、 前記Ｔｉ膜の表面に（１１１）配向したＴｉＮ膜を堆積
する工程と、 前記半導体基板をＮＨ 3 雰囲気中で熱処理して、前記Ｔ
ｉ膜を窒化する工程とを含む半導体装置の製造方法。3. A semiconductor substrate having an upper surface, (00
2) depositing an oriented Ti film, depositing a (111) oriented TiN film on the surface of the Ti film, heat treating the semiconductor substrate in an NH 3 atmosphere,
and a step of nitriding the i film.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP29834394A JP3441019B2 (en) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP29834394A JP3441019B2 (en) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | Method for manufacturing semiconductor device |
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| JPH08162530A JPH08162530A (en) | 1996-06-21 |
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