JP3449428B2 - 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
【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、より詳しくは、半導体層と配線の間に介在され
るバリアメタルの材料となる高融点金属窒化物の成長工
程を有する半導体装置の製造方法に関する。近年、半導
体装置は、更なる高密度化が要望されており、半導体基
板においては拡散層が薄層化され、配線が多層化されて
いる。従って、拡散層への電極金属の侵入を防止した
り、電極の密着性を良くしたり、電極のヒロックを防止
するために、電極の下地層、あるいは電極の表面層とし
て高融点金属窒化物よりなるバリアメタルが用いられて
いる。
に関し、より詳しくは、半導体層と配線の間に介在され
るバリアメタルの材料となる高融点金属窒化物の成長工
程を有する半導体装置の製造方法に関する。近年、半導
体装置は、更なる高密度化が要望されており、半導体基
板においては拡散層が薄層化され、配線が多層化されて
いる。従って、拡散層への電極金属の侵入を防止した
り、電極の密着性を良くしたり、電極のヒロックを防止
するために、電極の下地層、あるいは電極の表面層とし
て高融点金属窒化物よりなるバリアメタルが用いられて
いる。
【０００２】
【従来の技術】配線層の下地となるバリアメタルを形成
する場合には、高融点金属のハロゲン化物ガスとアンモ
ニアガスを用いる熱ＣＶＤ（thermal chemical vapor d
eposition)法が広く検討されている。例えば、TiCl4 と
NH3 を反応ガスに用いて熱ＣＶＤ法によりバリアメタル
となるTiN を形成する場合に、良好なステップカバレッ
ジが得られる成長温度は６５０℃以上である。
する場合には、高融点金属のハロゲン化物ガスとアンモ
ニアガスを用いる熱ＣＶＤ（thermal chemical vapor d
eposition)法が広く検討されている。例えば、TiCl4 と
NH3 を反応ガスに用いて熱ＣＶＤ法によりバリアメタル
となるTiN を形成する場合に、良好なステップカバレッ
ジが得られる成長温度は６５０℃以上である。
【０００３】この場合、バリアメタル中には塩素が残留
して高抵抗化の原因となるので、塩素を抜くためには６
００℃よりも高い成長温度を必要とする。その詳細は、
例えば次の３つの文献に記載されている。 M. J. Buiting, A. F. Otterloo, and A. H. Montre
e, J. Electrochem. Soc., VOL.138, No.2, Feb. 199
1、I. J. Raaijmakers and A. Sherman, Proc.V.M.I.
C., Santa Clara, June 1990、E. 0. Travis, W. M.
Paulson, F. Pintchovski, B. Boeck, L. C. Parillo,
M. L. Kottke, K. Y. Yu, M. J. Rice, J.B. Price, an
d E. C. Eichman, IEEE IEDM Tech. Dig., 47(1990) TiCl4 とNH3 は、常温下でも次のような反応が生じる。
して高抵抗化の原因となるので、塩素を抜くためには６
００℃よりも高い成長温度を必要とする。その詳細は、
例えば次の３つの文献に記載されている。 M. J. Buiting, A. F. Otterloo, and A. H. Montre
e, J. Electrochem. Soc., VOL.138, No.2, Feb. 199
1、I. J. Raaijmakers and A. Sherman, Proc.V.M.I.
C., Santa Clara, June 1990、E. 0. Travis, W. M.
Paulson, F. Pintchovski, B. Boeck, L. C. Parillo,
M. L. Kottke, K. Y. Yu, M. J. Rice, J.B. Price, an
d E. C. Eichman, IEEE IEDM Tech. Dig., 47(1990) TiCl4 とNH3 は、常温下でも次のような反応が生じる。
【０００４】
TiCl4 ＋NH3 → TiCl4 ・ｎ NH3
また、TiN が成長できる高温領域でも次の反応がおこ
り、NH4Cl が反応室の冷えた場所に析出する。 TiCl4 ＋NH3 → TiN ＋ HCl＋N2 、 NH3＋HCl → NH4Cl TiCl4 ・ｎ NH3 やNH4Cl は常温下で固体であるの
で、これらがチャンバの内壁に付着するとパーティクル
の原因になる。これを昇華させるためには、ＣＶＤ装置
のチャンバ内壁を１２０℃以上に加熱しなければならな
い。しかし、チャンバを加熱する機構を設けると、ＣＶ
Ｄ装置が大型化して電気使用量が増加する。
り、NH4Cl が反応室の冷えた場所に析出する。 TiCl4 ＋NH3 → TiN ＋ HCl＋N2 、 NH3＋HCl → NH4Cl TiCl4 ・ｎ NH3 やNH4Cl は常温下で固体であるの
で、これらがチャンバの内壁に付着するとパーティクル
の原因になる。これを昇華させるためには、ＣＶＤ装置
のチャンバ内壁を１２０℃以上に加熱しなければならな
い。しかし、チャンバを加熱する機構を設けると、ＣＶ
Ｄ装置が大型化して電気使用量が増加する。
【０００５】これに対して、反応ガスとしてTiCl4 とN2
を用い、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）−Ｃ
ＶＤ法によりTiN を成長する方法もあるが、成長温度が
非常に高くなり、また、μ波、ＥＣＲを発生させる設備
は複雑で大型化し、コスト高になる。その成長方法は、
次の文献において報告されている。 T. Akahori and A. Tanihara, Extended Abstracts S
olid State Devices and Materials, 180 (1991)
を用い、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）−Ｃ
ＶＤ法によりTiN を成長する方法もあるが、成長温度が
非常に高くなり、また、μ波、ＥＣＲを発生させる設備
は複雑で大型化し、コスト高になる。その成長方法は、
次の文献において報告されている。 T. Akahori and A. Tanihara, Extended Abstracts S
olid State Devices and Materials, 180 (1991)
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような高い温度でTiN バリアメタルを成長すると、アル
ミニウム配線後の多層配線構造では、アルミニウムがメ
ルトしたり、アルミニウム配線のヒロックの原因になる
といった問題がある。これに対して、有機チタンソース
を用いて熱ＣＶＤ法又は光ＣＶＤ法により４５０℃以下
の成長温度でTiN を成長することも可能であるが、これ
によって得られるTiN は、ステップカバレッジが劣り、
高抵抗膜である。このことは、次の文献などにおいて記
載されている。
ような高い温度でTiN バリアメタルを成長すると、アル
ミニウム配線後の多層配線構造では、アルミニウムがメ
ルトしたり、アルミニウム配線のヒロックの原因になる
といった問題がある。これに対して、有機チタンソース
を用いて熱ＣＶＤ法又は光ＣＶＤ法により４５０℃以下
の成長温度でTiN を成長することも可能であるが、これ
によって得られるTiN は、ステップカバレッジが劣り、
高抵抗膜である。このことは、次の文献などにおいて記
載されている。
【０００７】I. J. Raaijmakers, R. N. Vrtis, G.
S. Sandhu, J. Yang, E.K.Broadbent, D. A. Toberts,
and A. Lagendijk, June 9-10, 1992 VMIC Conf. 、K
azuyaISHIHARA et al., JAPANESE JOURNAL OF APPLIED
PHYSICS VOL.29, No.10, Oct. 1990、KOICHI IKEDA e
t al., 1990 Symposium on VLSI Technology 一方、高融点金属窒化物よりなるバリアメタルを半導体
基板の上に直に形成すると、それらは良好にコンタクト
しないことが知られており、それらの間にコンタクトメ
タルを介在させる必要がある。このことは、次の文献に
おいて記載されている。
S. Sandhu, J. Yang, E.K.Broadbent, D. A. Toberts,
and A. Lagendijk, June 9-10, 1992 VMIC Conf. 、K
azuyaISHIHARA et al., JAPANESE JOURNAL OF APPLIED
PHYSICS VOL.29, No.10, Oct. 1990、KOICHI IKEDA e
t al., 1990 Symposium on VLSI Technology 一方、高融点金属窒化物よりなるバリアメタルを半導体
基板の上に直に形成すると、それらは良好にコンタクト
しないことが知られており、それらの間にコンタクトメ
タルを介在させる必要がある。このことは、次の文献に
おいて記載されている。
【０００８】C. Y. TiNG AND M. WITTMER, Thin Soli
d Films, 96 (1982) 327-345, ELECTRONICS AND OPTICS そのコンタクトメタル形成時には自然酸化膜を成長させ
ることなく除去しなければならない。しかし、現状で
は、自然酸化膜をフッ酸と純水の混合液により除去した
後に、スパッタ装置を使用してコンタクトメタルを形成
し、ついで、ＣＶＤ装置を用いてバリアメタルを形成す
るというように、異なる処理毎に半導体ウェハを空気中
に出して移動している。
d Films, 96 (1982) 327-345, ELECTRONICS AND OPTICS そのコンタクトメタル形成時には自然酸化膜を成長させ
ることなく除去しなければならない。しかし、現状で
は、自然酸化膜をフッ酸と純水の混合液により除去した
後に、スパッタ装置を使用してコンタクトメタルを形成
し、ついで、ＣＶＤ装置を用いてバリアメタルを形成す
るというように、異なる処理毎に半導体ウェハを空気中
に出して移動している。
【０００９】しかし、それら一連のプロセスを、減圧状
態を解除せずに行う技術は存在していないので、コンタ
クトメタル形成の際に自然酸化膜が完全に除去されず
に、接触不良が起こり易くなっている。本発明はこのよ
うな問題に鑑みてなされたものであり、配線のバリアメ
タルとなる高融点金属窒化物を低温で低抵抗に形成し、
しかも、膜成長の際の反応生成物のチャンバ内の付着を
防止するとともに、自然酸化膜の除去からコンタクトメ
タル、バリアメタルの成長までを減圧下で行うことがで
きる半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
態を解除せずに行う技術は存在していないので、コンタ
クトメタル形成の際に自然酸化膜が完全に除去されず
に、接触不良が起こり易くなっている。本発明はこのよ
うな問題に鑑みてなされたものであり、配線のバリアメ
タルとなる高融点金属窒化物を低温で低抵抗に形成し、
しかも、膜成長の際の反応生成物のチャンバ内の付着を
防止するとともに、自然酸化膜の除去からコンタクトメ
タル、バリアメタルの成長までを減圧下で行うことがで
きる半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【課題を解決するための手段】 上記した課題は、
シリコ
ン層の上に、ヒドラジンガス、ヒドラジンアルキル化合
物ガスのいずれかと、高融点金属を含むソースガスと、
ポリシランガスとの混合ガスを導入することにより、高
融点金属シリサイド層を形成する工程と、前記高融点金
属シリサイド層の上に、少なくとも、ヒドラジン、ヒド
ラジンアルキル化合物のうちのいずれかのガスと高融点
金属を含むソースガスとを含む混合ガスを導入し、高融
点金属窒化物層を形成する工程とを有することを特徴と
する半導体装置の製造方法により達成する。
ン層の上に、ヒドラジンガス、ヒドラジンアルキル化合
物ガスのいずれかと、高融点金属を含むソースガスと、
ポリシランガスとの混合ガスを導入することにより、高
融点金属シリサイド層を形成する工程と、前記高融点金
属シリサイド層の上に、少なくとも、ヒドラジン、ヒド
ラジンアルキル化合物のうちのいずれかのガスと高融点
金属を含むソースガスとを含む混合ガスを導入し、高融
点金属窒化物層を形成する工程とを有することを特徴と
する半導体装置の製造方法により達成する。
【００１３】または、前記高融点金属シリサイド層を形
成する前に、減圧雰囲気中に置かれた前記シリコン層の
表面に、ヒドラジンガス、ヒドラジンアルキル化合物ガ
スの少なくとも１つを還元剤として導入し、熱化学反応
により、前記シリコン層の表面の自然酸化膜を除去する
工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法に
より達成する。
成する前に、減圧雰囲気中に置かれた前記シリコン層の
表面に、ヒドラジンガス、ヒドラジンアルキル化合物ガ
スの少なくとも１つを還元剤として導入し、熱化学反応
により、前記シリコン層の表面の自然酸化膜を除去する
工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法に
より達成する。
【００１４】または、前記自然酸化膜を除去する工程か
ら前記高融点金属窒化物層を形成する工程までの間は、
前記シリコン層は、真空を破らずに減圧雰囲気内に置か
れることを特徴とする半導体装置の製造方法により達成
する。または、前記ソースガスは、高融点金属のハロゲ
ン化物、アルキルアミノ化物、アルコキシド化物、シク
ロペンタジエニル化物のいずれかを有するガスであるこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法により達成する。
ら前記高融点金属窒化物層を形成する工程までの間は、
前記シリコン層は、真空を破らずに減圧雰囲気内に置か
れることを特徴とする半導体装置の製造方法により達成
する。または、前記ソースガスは、高融点金属のハロゲ
ン化物、アルキルアミノ化物、アルコキシド化物、シク
ロペンタジエニル化物のいずれかを有するガスであるこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法により達成する。
【００１５】
【作 用】本発明によれば、シリコン層に接する配線電
極を構成する場合に、高融点金属バリアメタルの下に高
融点金属シリサイド膜を設けるようにしている。高融点
金属シリサイド膜をシリコン層と配線層の間に介在させ
ると、バリアメタルとのコンタクトが良くなる。
極を構成する場合に、高融点金属バリアメタルの下に高
融点金属シリサイド膜を設けるようにしている。高融点
金属シリサイド膜をシリコン層と配線層の間に介在させ
ると、バリアメタルとのコンタクトが良くなる。
【００１６】また、本発明によれば、バリアメタルとな
るTiN のような高融点金属窒化物を成長する場合に、還
元ガス及び窒化源としてNH3 ではなく、アルキルアミノ
化物、アルキルアジド化合物、ヒドラジン、ヒドラジン
アルキル化合物のいずれかを含むガスを使用している。
これによれば、アルミニウムの下層配線にメルトやヒロ
ックを生じさせないような低い温度で、高融点金属窒化
物よりなるバリアメタルが成長される。また、高融点金
属窒化物を生成する際に、常温で固体となるような生成
物が反応によって生じることはなく、チャンバ内壁にパ
ーティクルの原因となる生成物の堆積が抑制される。し
かも、還元ガス及び窒化源としてNH3 のみを用いる場合
に比べて高融点金属窒化物膜中の塩素含有量が少なくな
り、その上に形成される配線電極用のアルミニウム膜の
腐食が抑制され、TiCl4 をTiソースとして用いる場合で
もカバレッジが良く、比抵抗も小さくなる。
るTiN のような高融点金属窒化物を成長する場合に、還
元ガス及び窒化源としてNH3 ではなく、アルキルアミノ
化物、アルキルアジド化合物、ヒドラジン、ヒドラジン
アルキル化合物のいずれかを含むガスを使用している。
これによれば、アルミニウムの下層配線にメルトやヒロ
ックを生じさせないような低い温度で、高融点金属窒化
物よりなるバリアメタルが成長される。また、高融点金
属窒化物を生成する際に、常温で固体となるような生成
物が反応によって生じることはなく、チャンバ内壁にパ
ーティクルの原因となる生成物の堆積が抑制される。し
かも、還元ガス及び窒化源としてNH3 のみを用いる場合
に比べて高融点金属窒化物膜中の塩素含有量が少なくな
り、その上に形成される配線電極用のアルミニウム膜の
腐食が抑制され、TiCl4 をTiソースとして用いる場合で
もカバレッジが良く、比抵抗も小さくなる。
【００１７】また、別の本発明によれば、減圧雰囲気中
で、シリコン層の表面にヒドラジン又はヒドラジンアル
キル化合物のガスを供給して自然酸化膜を除去するよう
にし、その後に、真空状態を破らずに、コンタクトメタ
ルとなる高融点金属シリサイド膜と、バリアメタルとな
る高融点金属窒化物膜を成長するようにしている。これ
によれば、自然酸化膜の再成長が防止される。しかも、
高融点金属シリサイド膜、高融点金属窒化物膜を形成す
る際に還元ガスとして使用できるヒドラジン又はヒドラ
ジンアルキル化合物を用いて自然酸化膜を除去すれば、
連続してＣＶＤ膜を成長でき、スループットが向上す
る。
で、シリコン層の表面にヒドラジン又はヒドラジンアル
キル化合物のガスを供給して自然酸化膜を除去するよう
にし、その後に、真空状態を破らずに、コンタクトメタ
ルとなる高融点金属シリサイド膜と、バリアメタルとな
る高融点金属窒化物膜を成長するようにしている。これ
によれば、自然酸化膜の再成長が防止される。しかも、
高融点金属シリサイド膜、高融点金属窒化物膜を形成す
る際に還元ガスとして使用できるヒドラジン又はヒドラ
ジンアルキル化合物を用いて自然酸化膜を除去すれば、
連続してＣＶＤ膜を成長でき、スループットが向上す
る。
【００１８】
【００１９】なお、上記した高融点金属窒化物は、絶縁
膜に形成されたホールを埋め込む場合にも同様にして適
用される。
膜に形成されたホールを埋め込む場合にも同様にして適
用される。
【００２０】
【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を本発明の実
施のための参考例を付して図面に基づいて説明する。 （ａ）本発明の実施のための第１の参考例の説明 図１は、本発明の実施のための第１の参考例に係るバリ
アメタルの成長に用いる熱化学気相成長（熱ＣＶＤ）装
置を示す概要構成図である。
施のための参考例を付して図面に基づいて説明する。 （ａ）本発明の実施のための第１の参考例の説明 図１は、本発明の実施のための第１の参考例に係るバリ
アメタルの成長に用いる熱化学気相成長（熱ＣＶＤ）装
置を示す概要構成図である。
【００２１】この熱ＣＶＤ装置は、膜を成長するための
チャンバ１と、ヒータが内蔵された半導体基板載置用の
載置台２と、チャンバ１内にソースガスを導入するため
の第１のガス導入口３と、チャンバ１内に還元ガスを導
入するための第２のガス導入口４と、図示しない排気機
構に接続されてチャンバ１内のガスを排気する排気口５
とを有している。
チャンバ１と、ヒータが内蔵された半導体基板載置用の
載置台２と、チャンバ１内にソースガスを導入するため
の第１のガス導入口３と、チャンバ１内に還元ガスを導
入するための第２のガス導入口４と、図示しない排気機
構に接続されてチャンバ１内のガスを排気する排気口５
とを有している。
【００２２】次に、上記した熱ＣＶＤ装置を使用し、バ
リアメタルとしてTiN を半導体基板の上に形成する工程
を図２(A) 〜図２(D),図３(A) 〜図３(C) を参照しなが
ら説明する。バリアメタルの成長の説明に先立って、バ
リアメタル形成前の半導体基板とその上の積層構造を説
明する。
リアメタルとしてTiN を半導体基板の上に形成する工程
を図２(A) 〜図２(D),図３(A) 〜図３(C) を参照しなが
ら説明する。バリアメタルの成長の説明に先立って、バ
リアメタル形成前の半導体基板とその上の積層構造を説
明する。
【００２３】図２(A) は、ＭＯＳＦＥＴを覆う層間絶縁
膜にコンタンクトホールが形成された状態を示す断面図
である。ｐ型のシリコンよりなる半導体基板１１の上面
には、SiO2よりなるフィールド酸化膜１２が選択的な熱
酸化により６０００Åの厚さに形成されている。そのフ
ィールド酸化膜１２に囲まれた領域にはＭＯＳＦＥＴが
形成されている。そのＭＯＳＦＥＴは、半導体基板１１
の表面に熱酸化により形成された膜厚約１００ÅのSiO2
よりなるゲート絶縁膜１３と、その上にＣＶＤ法により
成長された膜厚約２０００Åのポリシリコン膜からなる
ゲート電極１４と、ゲート電極１４の両側の半導体基板
１１にイオン注入法により形成されたｎ+ 型のＳ／Ｄ領
域層１５ａ，１５ｂとを有している。
膜にコンタンクトホールが形成された状態を示す断面図
である。ｐ型のシリコンよりなる半導体基板１１の上面
には、SiO2よりなるフィールド酸化膜１２が選択的な熱
酸化により６０００Åの厚さに形成されている。そのフ
ィールド酸化膜１２に囲まれた領域にはＭＯＳＦＥＴが
形成されている。そのＭＯＳＦＥＴは、半導体基板１１
の表面に熱酸化により形成された膜厚約１００ÅのSiO2
よりなるゲート絶縁膜１３と、その上にＣＶＤ法により
成長された膜厚約２０００Åのポリシリコン膜からなる
ゲート電極１４と、ゲート電極１４の両側の半導体基板
１１にイオン注入法により形成されたｎ+ 型のＳ／Ｄ領
域層１５ａ，１５ｂとを有している。
【００２４】そのＳ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂは、例え
ば、半導体基板１１に砒素（As）をドーズ量４×１０15
/ cm2 、加速エネルギー３０KeV で注入し、その領域を
８５０℃で活性化したものである。また、ゲート電極１
４、Ｓ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂ、フィールド酸化膜１
２は、シリコン酸化膜からなる膜厚５０００Åの層間絶
縁膜１６に覆われ、Ｓ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂの上に
はコンタクトホール１７ａ，１７ｂが形成されている。
ば、半導体基板１１に砒素（As）をドーズ量４×１０15
/ cm2 、加速エネルギー３０KeV で注入し、その領域を
８５０℃で活性化したものである。また、ゲート電極１
４、Ｓ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂ、フィールド酸化膜１
２は、シリコン酸化膜からなる膜厚５０００Åの層間絶
縁膜１６に覆われ、Ｓ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂの上に
はコンタクトホール１７ａ，１７ｂが形成されている。
【００２５】このようなＭＯＳＦＥＴが形成された半導
体基板１１をＣＶＤ装置の載置台２に載置するととも
に、載置台２の内部のヒータにより半導体基板１１を温
度６００℃以下、好ましくは３００℃〜５００℃の温度
になるように加熱し、その状態を保持する。また、排気
口５を通してチャンバ１内のガスを排気し、その内部を
減圧する。
体基板１１をＣＶＤ装置の載置台２に載置するととも
に、載置台２の内部のヒータにより半導体基板１１を温
度６００℃以下、好ましくは３００℃〜５００℃の温度
になるように加熱し、その状態を保持する。また、排気
口５を通してチャンバ１内のガスを排気し、その内部を
減圧する。
【００２６】そして、Tiのアルキルアミノ化物であるTi
(N(CH3)2)4液中にキャリアガスとしてN2ガスを流量１０
sccmでバブリングして通過させ、これによって得られた
Ti(N(CH3)2)4とＮ2 の混合ガスをソースガスとして第１
のガス導入口３からチャンバ１内に導入する。このと
き、ソースガスの分圧は約４０mTorr となり、そのうち
約１０mTorr がTi(N(CH3)2)4の分圧である。
(N(CH3)2)4液中にキャリアガスとしてN2ガスを流量１０
sccmでバブリングして通過させ、これによって得られた
Ti(N(CH3)2)4とＮ2 の混合ガスをソースガスとして第１
のガス導入口３からチャンバ１内に導入する。このと
き、ソースガスの分圧は約４０mTorr となり、そのうち
約１０mTorr がTi(N(CH3)2)4の分圧である。
【００２７】また、還元剤及び窒化源としてジメチルヒ
ドラジン（(CH3)2NNH2）ガスを流量１０〜１００sccmで
第２のガス導入口４からチャンバ１内に導入する。(C
H3)2NNH2は、常温（２５℃）で約１５０Torr位の蒸気圧
をもつので、ＭＦＣ(Mass FlowController)を用いて直
接供給する。このようなガス導入時には、ガス排気量を
調整してチャンバ１の内部圧力を数十mTorr 〜１Torrに
保持する。
ドラジン（(CH3)2NNH2）ガスを流量１０〜１００sccmで
第２のガス導入口４からチャンバ１内に導入する。(C
H3)2NNH2は、常温（２５℃）で約１５０Torr位の蒸気圧
をもつので、ＭＦＣ(Mass FlowController)を用いて直
接供給する。このようなガス導入時には、ガス排気量を
調整してチャンバ１の内部圧力を数十mTorr 〜１Torrに
保持する。
【００２８】なお、H2等のキャリアガスを流量１０〜10
00sccm程度導入してもよく、これによれば還元を補助す
る役目も果たすが、無くてはならないものではない。こ
のような条件によれば、チャンバ１内では、加熱温度に
より(CH3)2NNH2が活性化されてTi(N(CH3)2)4と反応し、
TiN とCH4 （気体）とH2（気体）が生じる。これによ
り、反応生成物としてのTiN が、Ｓ／Ｄ領域層１５ａ，
１５ｂの上面とコンタクトホール１７ａ，１７ｂの内周
面と層間絶縁膜１６の上面に沿って堆積し、残りのCH4
とH2は常温で気体となって排気口２５から排気される。
00sccm程度導入してもよく、これによれば還元を補助す
る役目も果たすが、無くてはならないものではない。こ
のような条件によれば、チャンバ１内では、加熱温度に
より(CH3)2NNH2が活性化されてTi(N(CH3)2)4と反応し、
TiN とCH4 （気体）とH2（気体）が生じる。これによ
り、反応生成物としてのTiN が、Ｓ／Ｄ領域層１５ａ，
１５ｂの上面とコンタクトホール１７ａ，１７ｂの内周
面と層間絶縁膜１６の上面に沿って堆積し、残りのCH4
とH2は常温で気体となって排気口２５から排気される。
【００２９】この状態で所定時間保持し、図２(B) に示
すように、半導体基板１１の上に、高融点金属の窒化物
であるTiN 膜１８を約４００Å程度の厚さに形成する。
次いで、図２(C) に示すように、TiN 膜１８の上に、ス
パッタ等のＰＶＤ法によりAl膜１９を約５０００Åの厚
さに堆積する。続いて、TiN 膜１８とAl膜１９の２層膜
を、同一のマスクを使用してパターニングし、Ｓ／Ｄ領
域層１５ａ，１５ｂから引き出されるＳ／Ｄ電極２０
ａ，２０ｂを形成する。
すように、半導体基板１１の上に、高融点金属の窒化物
であるTiN 膜１８を約４００Å程度の厚さに形成する。
次いで、図２(C) に示すように、TiN 膜１８の上に、ス
パッタ等のＰＶＤ法によりAl膜１９を約５０００Åの厚
さに堆積する。続いて、TiN 膜１８とAl膜１９の２層膜
を、同一のマスクを使用してパターニングし、Ｓ／Ｄ領
域層１５ａ，１５ｂから引き出されるＳ／Ｄ電極２０
ａ，２０ｂを形成する。
【００３０】続いて、図２(D) に示すように、ＰＳＧ等
の層間絶縁膜２１を形成した後、Ｓ／Ｄ電極２０ａ，２
０ｂの上にビアホール２１ａ，２１ｂを形成する。次
に、図３(A),(B) に示すように、既述したTiN 膜１８、
Al膜１９と同様な形成方法により、膜厚約４００ÅのTi
N 膜２２と膜厚約５０００ÅのAl膜２３の二層膜を形成
する。
の層間絶縁膜２１を形成した後、Ｓ／Ｄ電極２０ａ，２
０ｂの上にビアホール２１ａ，２１ｂを形成する。次
に、図３(A),(B) に示すように、既述したTiN 膜１８、
Al膜１９と同様な形成方法により、膜厚約４００ÅのTi
N 膜２２と膜厚約５０００ÅのAl膜２３の二層膜を形成
する。
【００３１】続いて、図３(C) に示すように、リソグラ
フィー技術によりTiN 膜２２とAl膜２３をパターニング
し、Ｓ／Ｄ電極２０ａ，２０ｂに接続されるAl配線層２
４ａ，２４ｂを形成する。この後に、特に図示していな
いが、配線パッド、保護絶縁膜等を形成して、半導体装
置を完成させる。以上のように、本発明の実施のための
第１の参考例においては、高融点金属元素を含むソース
ガスとして、Tiのアルキルアミノ化物であるTi(N(C
H3)2)4を用い、該ソースガス用の還元及び窒化ガスとし
てアルキルアミノ化合物である(CH3)2NNH2ガスを含むも
のを用いて、ＣＶＤ法により基体上にTiN 膜１８を形成
している。
フィー技術によりTiN 膜２２とAl膜２３をパターニング
し、Ｓ／Ｄ電極２０ａ，２０ｂに接続されるAl配線層２
４ａ，２４ｂを形成する。この後に、特に図示していな
いが、配線パッド、保護絶縁膜等を形成して、半導体装
置を完成させる。以上のように、本発明の実施のための
第１の参考例においては、高融点金属元素を含むソース
ガスとして、Tiのアルキルアミノ化物であるTi(N(C
H3)2)4を用い、該ソースガス用の還元及び窒化ガスとし
てアルキルアミノ化合物である(CH3)2NNH2ガスを含むも
のを用いて、ＣＶＤ法により基体上にTiN 膜１８を形成
している。
【００３２】このとき、反応生成物としてTiN のほかに
は、常温でガス状になっているアルキル化合物、窒素及
び水素ガスを生成するだけであり、TiCl4 とNH3 のガス
を用いる従来技術のように、常温で固体となるNH4Cl の
ようなものは生成されない。CH4 ガスやH2ガスは、チャ
ンバ１の排気口５から排気されるので、チャンバ１内壁
には不要な反応生成物は堆積せず、反応生成物を昇華す
るためのヒータ等をＣＶＤ装置に付加する必要がない。
は、常温でガス状になっているアルキル化合物、窒素及
び水素ガスを生成するだけであり、TiCl4 とNH3 のガス
を用いる従来技術のように、常温で固体となるNH4Cl の
ようなものは生成されない。CH4 ガスやH2ガスは、チャ
ンバ１の排気口５から排気されるので、チャンバ１内壁
には不要な反応生成物は堆積せず、反応生成物を昇華す
るためのヒータ等をＣＶＤ装置に付加する必要がない。
【００３３】しかも、上述したようなソースガスと還元
性ガスを用いることにより、熱的にも３００℃程度でも
活性化が可能であり、膜形成温度を従来の６００℃以上
から大幅に下げることができる。これにより、TiN 膜２
２とその上下に形成されるAl膜１９，２３との間に生じ
る熱歪が抑制され、Ｓ／Ｄ電極２０ａ，２０ｂやAl配線
２４ａ，２４ｂのメルトやヒロックが発生し難くなる。
性ガスを用いることにより、熱的にも３００℃程度でも
活性化が可能であり、膜形成温度を従来の６００℃以上
から大幅に下げることができる。これにより、TiN 膜２
２とその上下に形成されるAl膜１９，２３との間に生じ
る熱歪が抑制され、Ｓ／Ｄ電極２０ａ，２０ｂやAl配線
２４ａ，２４ｂのメルトやヒロックが発生し難くなる。
【００３４】なお、上記した説明では、ソースガスとし
て、Tiのアルキルアミノ化物であるTi(N(CH3)2)4を使用
しているが、Ti(N(C2H5)2)4 であってもよい。その他の
Tiを含むソースガスとしては、Ti(i-OC3H7)4，Ti(t-OC4
H9)4等のアルコキシド化物或いはTiCl4 ，TiCl3 ，TiCl
2 ，TiF4等のハロゲン化物を含むガス，又はCp2Ti
(N3)2，Cp2Ti 等のシクロペンタジエニル化物を含むガ
スを用いてもよい。
て、Tiのアルキルアミノ化物であるTi(N(CH3)2)4を使用
しているが、Ti(N(C2H5)2)4 であってもよい。その他の
Tiを含むソースガスとしては、Ti(i-OC3H7)4，Ti(t-OC4
H9)4等のアルコキシド化物或いはTiCl4 ，TiCl3 ，TiCl
2 ，TiF4等のハロゲン化物を含むガス，又はCp2Ti
(N3)2，Cp2Ti 等のシクロペンタジエニル化物を含むガ
スを用いてもよい。
【００３５】但し、シクロペンタジエニル化物であるCp
2Ti(N3)2，Cp2Ti 等は、通常、常温で固体であるので、
温度約２００℃で昇華し、ガス化して用いる。なお、こ
れらの化学式のうち、ｉはイソ、ｔはターシャルを示し
ている。また、Cpはシクロペンタジエニル基を表し、C5
H5を略したものである。更に、還元ガスとしては、(C
H3)2NNH2、(CH3)HNNH2の他に、CH3NH2、(CH3)2NH、(C
H3)3N 、(C2H5)2NH 、(C2H5)3N、CH3NHNH2、C6H5NHNH2
等のアルキルアミノ化合物であってもよい。その他に、
ヒドラジンN2H4を含むガス或いはヒドラジンのアルキル
化合物を含むガスを用いてもよい。ヒドラジンアルキル
化合物は、上記したような(CH3)HNNH2、(CH3)2NNH2等が
ある。さらに、アルキルアジド化合物でも可能であり、
(CH3)N3 や(C2H5)N3等であってもよい。なお、これらの
還元ガスは窒化源としても作用する。
2Ti(N3)2，Cp2Ti 等は、通常、常温で固体であるので、
温度約２００℃で昇華し、ガス化して用いる。なお、こ
れらの化学式のうち、ｉはイソ、ｔはターシャルを示し
ている。また、Cpはシクロペンタジエニル基を表し、C5
H5を略したものである。更に、還元ガスとしては、(C
H3)2NNH2、(CH3)HNNH2の他に、CH3NH2、(CH3)2NH、(C
H3)3N 、(C2H5)2NH 、(C2H5)3N、CH3NHNH2、C6H5NHNH2
等のアルキルアミノ化合物であってもよい。その他に、
ヒドラジンN2H4を含むガス或いはヒドラジンのアルキル
化合物を含むガスを用いてもよい。ヒドラジンアルキル
化合物は、上記したような(CH3)HNNH2、(CH3)2NNH2等が
ある。さらに、アルキルアジド化合物でも可能であり、
(CH3)N3 や(C2H5)N3等であってもよい。なお、これらの
還元ガスは窒化源としても作用する。
【００３６】この参考例では、バリアメタルとしてTiN
を用いているが、その他の高融点金属窒化物として、タ
ングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）の窒化物を用い
てもよい。この場合のソースガスは、それらの高融点金
属のアルキルアミノ化物、アルコキシド化合物、ハロゲ
ン化物、シクロペンタジエニル化物である。次に、ソー
スガスとしてTiCl4 を用い、還元及び窒化ガスとしてメ
チルヒドラジン（(CH3)HNNH2、以下、ＭＨという）を用
いた場合の成膜速度、比抵抗、塩素濃度及びステップカ
バレッジについて説明する。なお、試験的にチャンバ内
の圧力は１００mTorr とし、４００〜７００℃の温度範
囲でTiN を成長した。 図４に、還元剤としてＭＨを使
用した場合と、NH3 を使用した場合の成長速度を示す。
を用いているが、その他の高融点金属窒化物として、タ
ングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）の窒化物を用い
てもよい。この場合のソースガスは、それらの高融点金
属のアルキルアミノ化物、アルコキシド化合物、ハロゲ
ン化物、シクロペンタジエニル化物である。次に、ソー
スガスとしてTiCl4 を用い、還元及び窒化ガスとしてメ
チルヒドラジン（(CH3)HNNH2、以下、ＭＨという）を用
いた場合の成膜速度、比抵抗、塩素濃度及びステップカ
バレッジについて説明する。なお、試験的にチャンバ内
の圧力は１００mTorr とし、４００〜７００℃の温度範
囲でTiN を成長した。 図４に、還元剤としてＭＨを使
用した場合と、NH3 を使用した場合の成長速度を示す。
【００３７】ＭＨ還元によるTiN の成長速度は、NH3 還
元に比べて一桁高く、ＭＨ流量１０sccmで成長温度４０
０℃の場合に、８００Å／min の成長速度が得られた。
このことから、ＭＨ還元の反応性はNH3 還元に比べて極
めて高いことがわかる。また、ＭＨ還元により成長され
たTiN の結晶構造をＸ線回折で調べたところ、典型的な
NaCl型のTiN 結晶が成長し（２００）面に優先配向し、
また、その結晶のグレインサイズは２００〜２６０Åと
なることがわかった。また、SiO2膜の上でもTiN が成長
し、（２００）面に優先配向した。なお、ＰＶＤ法によ
るTi膜の上に形成する場合には、（１１１）面に優先配
向する。
元に比べて一桁高く、ＭＨ流量１０sccmで成長温度４０
０℃の場合に、８００Å／min の成長速度が得られた。
このことから、ＭＨ還元の反応性はNH3 還元に比べて極
めて高いことがわかる。また、ＭＨ還元により成長され
たTiN の結晶構造をＸ線回折で調べたところ、典型的な
NaCl型のTiN 結晶が成長し（２００）面に優先配向し、
また、その結晶のグレインサイズは２００〜２６０Åと
なることがわかった。また、SiO2膜の上でもTiN が成長
し、（２００）面に優先配向した。なお、ＰＶＤ法によ
るTi膜の上に形成する場合には、（１１１）面に優先配
向する。
【００３８】図５に、比抵抗と成長温度の関係を示す。
比抵抗は、成長温度の増加にともなって低くなり、ＭＨ
還元により成長されたTiN は、５００℃で９０μΩ・cm
になった。NH3 還元により同等の比抵抗を得るためには
７００℃以上の高い温度が必要となる。図６は、TiN 膜
中の塩素濃度と成長温度の関係を示すもので、NH3 還元
により成長されたTiN 中の塩素濃度は成長温度５００℃
で３．３atomic％であるのに対して、ＭＨ還元により成
長されたTiN では、同じ成長温度で０．１８atomic％と
なった。
比抵抗は、成長温度の増加にともなって低くなり、ＭＨ
還元により成長されたTiN は、５００℃で９０μΩ・cm
になった。NH3 還元により同等の比抵抗を得るためには
７００℃以上の高い温度が必要となる。図６は、TiN 膜
中の塩素濃度と成長温度の関係を示すもので、NH3 還元
により成長されたTiN 中の塩素濃度は成長温度５００℃
で３．３atomic％であるのに対して、ＭＨ還元により成
長されたTiN では、同じ成長温度で０．１８atomic％と
なった。
【００３９】これによりＭＨガスはTiCl4 を充分に還元
し、残留塩素濃度を減らすことができることがわかる。
塩素濃度は成長温度の上層とともに低くなり、図５の結
果を考え合わせると、比抵抗は残留塩素濃度の減少とと
もに低下すると考えられる。塩素濃度が低くなるとその
上に形成されるアルミニウムの腐食が少なくなる。その
腐食は、水洗後に観察される。そこで、ＭＨ還元により
TiN を形成し、その上にアルミニウム膜を積層し、水洗
後に顕微鏡観察をしたところ、アルミニウム表面の腐食
は全く観察されなかった。これに対して、NH3 還元によ
れば、腐食をなくすためには成長温度を５５０℃以上に
し、塩素含有量を少なくする必要がある。
し、残留塩素濃度を減らすことができることがわかる。
塩素濃度は成長温度の上層とともに低くなり、図５の結
果を考え合わせると、比抵抗は残留塩素濃度の減少とと
もに低下すると考えられる。塩素濃度が低くなるとその
上に形成されるアルミニウムの腐食が少なくなる。その
腐食は、水洗後に観察される。そこで、ＭＨ還元により
TiN を形成し、その上にアルミニウム膜を積層し、水洗
後に顕微鏡観察をしたところ、アルミニウム表面の腐食
は全く観察されなかった。これに対して、NH3 還元によ
れば、腐食をなくすためには成長温度を５５０℃以上に
し、塩素含有量を少なくする必要がある。
【００４０】なお、NH3 によりソースガスを還元してTi
N を形成した場合のアルミニウムの腐食は、層間絶縁膜
とアルミニウム膜の界面で発生している。これは、水洗
の際にその界面に滲み込んだ水に、TiN 膜中の塩素が拡
散するために生じるからと考えられる。ステップカバレ
ッジに関しては、ＭＨ還元により生成されたTiN を１７
００Åの厚さに成長したところ、０．２μｍφ、アスペ
クト比約２．６のコンタクトホールが完全に埋め込ま
れ、カバレッジも良好であることがわかった。また、リ
ーク電流は、従来と変わらない大きさであることも確認
している。
N を形成した場合のアルミニウムの腐食は、層間絶縁膜
とアルミニウム膜の界面で発生している。これは、水洗
の際にその界面に滲み込んだ水に、TiN 膜中の塩素が拡
散するために生じるからと考えられる。ステップカバレ
ッジに関しては、ＭＨ還元により生成されたTiN を１７
００Åの厚さに成長したところ、０．２μｍφ、アスペ
クト比約２．６のコンタクトホールが完全に埋め込ま
れ、カバレッジも良好であることがわかった。また、リ
ーク電流は、従来と変わらない大きさであることも確認
している。
【００４１】なお、上記した高融点金属窒化物は、絶縁
膜に形成されたホールを埋め込む場合にも同様にして適
用される。 （ｂ）本発明の実施のための第２の参考例の説明 図７は、本発明の実施のための第２の参考例に係る高融
点金属窒化物形成用のＣＶＤ装置の構成図である。
膜に形成されたホールを埋め込む場合にも同様にして適
用される。 （ｂ）本発明の実施のための第２の参考例の説明 図７は、本発明の実施のための第２の参考例に係る高融
点金属窒化物形成用のＣＶＤ装置の構成図である。
【００４２】図７において、図１と異なるところは、還
元性ガスを活性化する手段として平行平板電極に高周波
電圧を印加する手段を有していることである。ＣＶＤ装
置の反応室３１内には、半導体基板を載置する載置台３
２と、反応室３１内にソースガスを導入するガス導入口
３３と、不図示の排気装置に接続された排気口３５を有
している。
元性ガスを活性化する手段として平行平板電極に高周波
電圧を印加する手段を有していることである。ＣＶＤ装
置の反応室３１内には、半導体基板を載置する載置台３
２と、反応室３１内にソースガスを導入するガス導入口
３３と、不図示の排気装置に接続された排気口３５を有
している。
【００４３】また、反応室３１の上にはプラズマ室３６
が接続され、それらの空間は、反応室３１にプラズマが
侵入しないようにするメッシュ状のイオントラップ部３
７により仕切られている。さらに、プラズマ室３６の内
部には、還元性ガスを導入するためのガス導入口３４が
設けられ、また、その外部の周囲には、一対の電極３８
ａ，３８ｂが配置され、電極間に電界を印加することに
よりプラズマ室３６内の還元性ガスを活性化するように
構成されている。一方の電極３８ｂには、１３．４６Ｍ
Hzの周波数の高周波電圧を供給する高周波電源３９が接
続され、また他方の電極３８ａは接地されている。
が接続され、それらの空間は、反応室３１にプラズマが
侵入しないようにするメッシュ状のイオントラップ部３
７により仕切られている。さらに、プラズマ室３６の内
部には、還元性ガスを導入するためのガス導入口３４が
設けられ、また、その外部の周囲には、一対の電極３８
ａ，３８ｂが配置され、電極間に電界を印加することに
よりプラズマ室３６内の還元性ガスを活性化するように
構成されている。一方の電極３８ｂには、１３．４６Ｍ
Hzの周波数の高周波電圧を供給する高周波電源３９が接
続され、また他方の電極３８ａは接地されている。
【００４４】そして、２つの電極３８ａ，３８ｂの間に
高周波電圧を印加することにより、プラズマ室３６内部
に導入された還元性ガスを活性化する。この場合、還元
性ガスをプラズマにより活性化しているので、載置台３
１に内蔵されたヒータによる基板加熱温度は５００℃以
下でも充分に成長する。このようなＣＶＤ装置において
も、本発明の第１の参考例と同様に、高融点金属元素を
含むソースガスとして、高融点金属のアルキルアミノ化
物、アルコキシド化物、ハロゲン化物又はシクロペンタ
ジエニル化物を含むガスを用いるとともに、そのソース
ガスを還元する還元剤として、アルキルアミノ化合物や
アルキルアジド化合物を含むガスや、ヒドラジン或いは
そのアルキル化合物を含むガスを用いる。
高周波電圧を印加することにより、プラズマ室３６内部
に導入された還元性ガスを活性化する。この場合、還元
性ガスをプラズマにより活性化しているので、載置台３
１に内蔵されたヒータによる基板加熱温度は５００℃以
下でも充分に成長する。このようなＣＶＤ装置において
も、本発明の第１の参考例と同様に、高融点金属元素を
含むソースガスとして、高融点金属のアルキルアミノ化
物、アルコキシド化物、ハロゲン化物又はシクロペンタ
ジエニル化物を含むガスを用いるとともに、そのソース
ガスを還元する還元剤として、アルキルアミノ化合物や
アルキルアジド化合物を含むガスや、ヒドラジン或いは
そのアルキル化合物を含むガスを用いる。
【００４５】このようなソースガスと還元ガスの反応に
より、高融点金属の窒化物、例えばTiN と、常温でガス
状になるアルキル化合物、N2やH2が生成される。それら
のガスは、反応室３１の排気口３５から排気され、反応
室３１の内壁には残留しない。そのTiN は、第１参考例
と同じように半導体基板上に形成され、配線のバリアメ
タルに用いられる。
より、高融点金属の窒化物、例えばTiN と、常温でガス
状になるアルキル化合物、N2やH2が生成される。それら
のガスは、反応室３１の排気口３５から排気され、反応
室３１の内壁には残留しない。そのTiN は、第１参考例
と同じように半導体基板上に形成され、配線のバリアメ
タルに用いられる。
【００４６】また、本参考例では、上記したソースガス
と還元ガスを用い、しかも、高周波電圧の電界により還
元性ガスを活性化しているので、TiN を得るための基板
加熱温度は３００℃〜５００℃の範囲で充分であり、そ
の電極の下に配線層がある場合には、その下部配線層に
与える熱的な影響をさらに低減し、アルミニウム配線の
メルトやヒロックの発生も抑制される。
と還元ガスを用い、しかも、高周波電圧の電界により還
元性ガスを活性化しているので、TiN を得るための基板
加熱温度は３００℃〜５００℃の範囲で充分であり、そ
の電極の下に配線層がある場合には、その下部配線層に
与える熱的な影響をさらに低減し、アルミニウム配線の
メルトやヒロックの発生も抑制される。
【００４７】さらに、ソースガスの還元剤としてNH3 を
用いる場合と、本参考例の還元剤を使用する場合とを比
べると、本参考例の方が、成膜速度は大きく、比抵抗は
小さく、塩素濃度は低く、しかもステップカバレッジは
良好である。 （ｃ）本発明の実施のための第３の参考例の説明 図８は本発明の実施のための第３の参考例のＴｉＮ膜を
形成するためのＣＶＤ装置の構成図である。
用いる場合と、本参考例の還元剤を使用する場合とを比
べると、本参考例の方が、成膜速度は大きく、比抵抗は
小さく、塩素濃度は低く、しかもステップカバレッジは
良好である。 （ｃ）本発明の実施のための第３の参考例の説明 図８は本発明の実施のための第３の参考例のＴｉＮ膜を
形成するためのＣＶＤ装置の構成図である。
【００４８】図８において、図１と異なるところは、還
元ガスを活性化する手段として紫外線を照射する水銀ラ
ンプを用いていることである。そのＣＶＤ装置のチャン
バ４１内には、膜が成長される半導体基板を載置するヒ
ータ内蔵の載置台４２と、チャンバ４１内にソースガス
を導入するガス導入口４３と、チャンバ４１内に還元性
ガスを導入するガス導入口４４と、不図示の排気装置に
接続されてチャンバ４１内のガスを排気する排気口４５
と、還元性ガスを活性化するためにチャンバ４１内に紫
外線照射するための水銀ランプ４６と、チャンバ４１の
壁の一部に形成されて水銀ランプ４５からの紫外線を透
過する透過窓４７とを有している。
元ガスを活性化する手段として紫外線を照射する水銀ラ
ンプを用いていることである。そのＣＶＤ装置のチャン
バ４１内には、膜が成長される半導体基板を載置するヒ
ータ内蔵の載置台４２と、チャンバ４１内にソースガス
を導入するガス導入口４３と、チャンバ４１内に還元性
ガスを導入するガス導入口４４と、不図示の排気装置に
接続されてチャンバ４１内のガスを排気する排気口４５
と、還元性ガスを活性化するためにチャンバ４１内に紫
外線照射するための水銀ランプ４６と、チャンバ４１の
壁の一部に形成されて水銀ランプ４５からの紫外線を透
過する透過窓４７とを有している。
【００４９】このＣＶＤ装置においては、水銀ランプ４
５の点灯により発生する高エネルギの紫外線によって、
チャンバ４１内の還元性ガスとソースガスを活性化す
る。この紫外線照射により、基板加熱温度は５００℃以
下で充分となる。また、チャンバ４１内に導入する高融
点金属元素を含むソースガスとして、第１参考例と同様
に、高融点金属のアルキルアミノ化物、アルコキシド化
物、ハロゲン化物又はシクロペンタジエニル化物等を含
むガスを用いるとともに、そのソースガスの還元ガスと
して、第１参考例と同じく、アルキルアジド化合物、ア
ルキルアミノ化合物を含むガス、ヒドラジン或いはその
アルキル化合物等を含むガスを使用して、これにより半
導体基板の上にバリアメタルとなる高融点金属の窒化物
膜を形成する。この還元ガスは、窒化ガスとしても作用
する。
５の点灯により発生する高エネルギの紫外線によって、
チャンバ４１内の還元性ガスとソースガスを活性化す
る。この紫外線照射により、基板加熱温度は５００℃以
下で充分となる。また、チャンバ４１内に導入する高融
点金属元素を含むソースガスとして、第１参考例と同様
に、高融点金属のアルキルアミノ化物、アルコキシド化
物、ハロゲン化物又はシクロペンタジエニル化物等を含
むガスを用いるとともに、そのソースガスの還元ガスと
して、第１参考例と同じく、アルキルアジド化合物、ア
ルキルアミノ化合物を含むガス、ヒドラジン或いはその
アルキル化合物等を含むガスを使用して、これにより半
導体基板の上にバリアメタルとなる高融点金属の窒化物
膜を形成する。この還元ガスは、窒化ガスとしても作用
する。
【００５０】この場合、反応生成物として高融点金属の
窒化物の他には、常温でガス状になっているアルキル化
合物、N2及びH2を生成するだけであって、それらはチャ
ンバ４１の内壁には残留しない。また、上記した反応ガ
スと還元ガスを用い、しかも、高エネルギの紫外線によ
りソースガスと還元性ガスを活性化しているので、TiN
よりなるバリアメタルを形成するための基板加熱温度は
３００℃〜５００℃の範囲で充分であり、そのバリアメ
タルの下に配線層がある場合には、その下側配線層に与
える熱的な影響をさらに低減し、アルミニウム配線のヒ
ロックの発生も抑制される。
窒化物の他には、常温でガス状になっているアルキル化
合物、N2及びH2を生成するだけであって、それらはチャ
ンバ４１の内壁には残留しない。また、上記した反応ガ
スと還元ガスを用い、しかも、高エネルギの紫外線によ
りソースガスと還元性ガスを活性化しているので、TiN
よりなるバリアメタルを形成するための基板加熱温度は
３００℃〜５００℃の範囲で充分であり、そのバリアメ
タルの下に配線層がある場合には、その下側配線層に与
える熱的な影響をさらに低減し、アルミニウム配線のヒ
ロックの発生も抑制される。
【００５１】なお、成膜速度、比抵抗、塩素濃度、カバ
レッジに関しては、第１参考例と同様な結果が得られ、
半導体装置の配線用バリアメタル材料として最適であ
る。 （ｄ）本発明の第１の実施例の説明 図９は、本発明の第１の実施例の半導体装置の製造工程
を示す断面図である。この実施例では、第１参考例で使
用した図１に示すＣＶＤ装置を用いるので、ＣＶＤ装置
の説明は省略する。
レッジに関しては、第１参考例と同様な結果が得られ、
半導体装置の配線用バリアメタル材料として最適であ
る。 （ｄ）本発明の第１の実施例の説明 図９は、本発明の第１の実施例の半導体装置の製造工程
を示す断面図である。この実施例では、第１参考例で使
用した図１に示すＣＶＤ装置を用いるので、ＣＶＤ装置
の説明は省略する。
【００５２】バリアメタルとしてTiN を形成する前の半
導体基板の断面の一部は、図９(A)に示すような状態で
ある。ｐ型シリコンよりなる半導体基板１１の上面の素
子形成領域を囲む部分には、選択酸化法によりフィール
ド酸化膜１２が形成され、また、その素子形成領域には
ＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜１３、ゲート電極１４及び
Ｓ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂが形成され、さらに、それ
らを覆う層間絶縁膜１６にはＳ／Ｄ領域層１５ａ，１５
ｂを露出するためのコンタクトホール１７ａ，１７ｂが
形成されている。
導体基板の断面の一部は、図９(A)に示すような状態で
ある。ｐ型シリコンよりなる半導体基板１１の上面の素
子形成領域を囲む部分には、選択酸化法によりフィール
ド酸化膜１２が形成され、また、その素子形成領域には
ＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜１３、ゲート電極１４及び
Ｓ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂが形成され、さらに、それ
らを覆う層間絶縁膜１６にはＳ／Ｄ領域層１５ａ，１５
ｂを露出するためのコンタクトホール１７ａ，１７ｂが
形成されている。
【００５３】また、コンタクトホール１７ａ，１７ｂか
ら露出したＳ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂの表面には、自
然酸化膜（SiO2）５０が成長している。このような状態
で、図１に示すようなＣＶＤ装置のチャンバ１内に半導
体基板１１を入れ、その半導体基板１１を載置台２の上
に載せる。この後に、コンタクトメタル形成のための前
処理工程に入る。
ら露出したＳ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂの表面には、自
然酸化膜（SiO2）５０が成長している。このような状態
で、図１に示すようなＣＶＤ装置のチャンバ１内に半導
体基板１１を入れ、その半導体基板１１を載置台２の上
に載せる。この後に、コンタクトメタル形成のための前
処理工程に入る。
【００５４】まず、チャンバ１内を１×１０-4Torr以下
に減圧した後に、載置台２に内蔵されたヒータにより半
導体基板１１を加熱し、常温状態の基板温度を４００〜
７００℃まで上昇させる。ついで、ガス導入口４を通し
てヒドラジン（N2H4）ガスを１００sccmの流量でチャン
バ１内に導入し、半導体基板１１の上面をN2H4に曝す
と、コンタクトホール１７ａ，１７ｂから露出したＳ／
Ｄ領域層１５ａ，１５ｂの表面に形成された厚さ約１０
Åの自然酸化膜（SiO2）５０は、図９(B) に示すように
除去される。
に減圧した後に、載置台２に内蔵されたヒータにより半
導体基板１１を加熱し、常温状態の基板温度を４００〜
７００℃まで上昇させる。ついで、ガス導入口４を通し
てヒドラジン（N2H4）ガスを１００sccmの流量でチャン
バ１内に導入し、半導体基板１１の上面をN2H4に曝す
と、コンタクトホール１７ａ，１７ｂから露出したＳ／
Ｄ領域層１５ａ，１５ｂの表面に形成された厚さ約１０
Åの自然酸化膜（SiO2）５０は、図９(B) に示すように
除去される。
【００５５】なお、基板温度を４００℃とし、N2H4の代
わりにヒドラジンアルキル化合物、例えばメチルヒドラ
ジン（ＭＨ）を流量１００sccmで６０秒間流しても、自
然酸化膜５０は基板上から除去できる。このように自然
酸化膜５０が除去されるのは、N2H4から解離した活性な
水素ラジカルがSiO2を還元するためであると考えられ
る。
わりにヒドラジンアルキル化合物、例えばメチルヒドラ
ジン（ＭＨ）を流量１００sccmで６０秒間流しても、自
然酸化膜５０は基板上から除去できる。このように自然
酸化膜５０が除去されるのは、N2H4から解離した活性な
水素ラジカルがSiO2を還元するためであると考えられ
る。
【００５６】次に、コンタクトメタルとしてTiSiを成長
する工程に入る。半導体基板１１の温度を４００℃〜７
００℃に加熱するとともに、TiCl4 ガスを１０sccm、Ｍ
Ｈガスを５sccm、Si2H6 ガスを２００sccmの流量でチャ
ンバ１内に導入するとともに、チャンバ１内の圧力を数
十 mTorrに設定する。この条件によれば、約１００Å／
min の成長速度でTiSix が成長するので、その状態を所
定時間保持することにより、図９(C) に示すように、Ｓ
／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂの上面とコンタクトホール１
７ａ，１７ｂの内周面と層間絶縁膜１６の上面に沿っ
て、TiSix 膜５１を１００Åの厚さに形成する。この場
合、TiSi x 膜５１の中には数ppm の窒素が含まれる。
する工程に入る。半導体基板１１の温度を４００℃〜７
００℃に加熱するとともに、TiCl4 ガスを１０sccm、Ｍ
Ｈガスを５sccm、Si2H6 ガスを２００sccmの流量でチャ
ンバ１内に導入するとともに、チャンバ１内の圧力を数
十 mTorrに設定する。この条件によれば、約１００Å／
min の成長速度でTiSix が成長するので、その状態を所
定時間保持することにより、図９(C) に示すように、Ｓ
／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂの上面とコンタクトホール１
７ａ，１７ｂの内周面と層間絶縁膜１６の上面に沿っ
て、TiSix 膜５１を１００Åの厚さに形成する。この場
合、TiSi x 膜５１の中には数ppm の窒素が含まれる。
【００５７】なお、Si2H6 の他にSiH4、Si3H8 等のポリ
シランガスを用いてもよい。次に、配線のバリアメタル
としてTiN を成長する工程に移る。半導体基板１１を４
００〜５００℃に加熱するとともに、TiCl4 を１０scc
m、ＭＨを１０sccmの流量でチャンバ１内に導入する。
このときの、チャンバ１内の圧力を１００m Torrとす
る。なお、キャリア及び窒素源としてNH3 を１００sccm
入れてもよい。
シランガスを用いてもよい。次に、配線のバリアメタル
としてTiN を成長する工程に移る。半導体基板１１を４
００〜５００℃に加熱するとともに、TiCl4 を１０scc
m、ＭＨを１０sccmの流量でチャンバ１内に導入する。
このときの、チャンバ１内の圧力を１００m Torrとす
る。なお、キャリア及び窒素源としてNH3 を１００sccm
入れてもよい。
【００５８】この条件によれば、図１０(A) に示すよう
に、比抵抗１００μΩ・cm以下のTiＮ 膜５２が、Ｓ／
Ｄ領域層１５ａ，１５ｂの上と、コンタクトホール１７
ａ，１７ｂの内周面と、層間絶縁膜１６の上に形成され
る。そのTiN 膜５２の中に残留する塩素濃度は、還元剤
としてNH3 を使用する場合に比べて１／４０にまで下が
った。塩素の密度が高くなると、水洗の際に塩素が水に
溶け込んで、そのバリアメタルの上に積層されるAl膜の
腐食原因となるが、本実施例のように塩素濃度が大幅に
低下すると腐食の可能性が殆どなくなる。
に、比抵抗１００μΩ・cm以下のTiＮ 膜５２が、Ｓ／
Ｄ領域層１５ａ，１５ｂの上と、コンタクトホール１７
ａ，１７ｂの内周面と、層間絶縁膜１６の上に形成され
る。そのTiN 膜５２の中に残留する塩素濃度は、還元剤
としてNH3 を使用する場合に比べて１／４０にまで下が
った。塩素の密度が高くなると、水洗の際に塩素が水に
溶け込んで、そのバリアメタルの上に積層されるAl膜の
腐食原因となるが、本実施例のように塩素濃度が大幅に
低下すると腐食の可能性が殆どなくなる。
【００５９】このようなバリアメタルを積層した後に、
ＣＶＤ装置から半導体基板１１を取り出し、ついで、図
１０(B) に示すように、スパッタ法によりAl膜５３を５
０００Å程度の厚さに積層する。そして、フォトリソグ
ラフィー技術により、Al膜５３からコンタクトメタル５
１までの層をパターニングして、Ｓ／Ｄ電極５４、５５
を形成する。この後に、ＣＶＤ法により層間絶縁膜２１
を積層する。ついで、図１０(C) に示すように、TiN ／
Alよりなる上側配線２４ａ，２４ｂを形成することにな
るが、その詳細は第１参考例で既に説明したので省略す
る。
ＣＶＤ装置から半導体基板１１を取り出し、ついで、図
１０(B) に示すように、スパッタ法によりAl膜５３を５
０００Å程度の厚さに積層する。そして、フォトリソグ
ラフィー技術により、Al膜５３からコンタクトメタル５
１までの層をパターニングして、Ｓ／Ｄ電極５４、５５
を形成する。この後に、ＣＶＤ法により層間絶縁膜２１
を積層する。ついで、図１０(C) に示すように、TiN ／
Alよりなる上側配線２４ａ，２４ｂを形成することにな
るが、その詳細は第１参考例で既に説明したので省略す
る。
【００６０】なお、還元ガスとしてはＭＨの他のヒドラ
ジンアルキル化合物であってもよいし、N2H4であっても
よい。以上のような工程によれば、Ｓ／Ｄ領域層１５
ａ，１５ｂの表面の自然酸化膜５０を除去する工程から
バリアメタルとなるTiN 膜５２の形成工程までは同一の
ＣＶＤ装置のチャンバ１内で真空状態を破らずに行われ
ているので、自然酸化膜が再成長することもなく、スル
ープットが向上する。また、ヒドラジン又はヒドラジン
アルキル化合物を用いて、自然酸化膜の除去した後から
コンタクトメタルの形成までの一連の工程を６００℃以
下の低温で処理しているので、層間に生じる熱歪が低減
する。
ジンアルキル化合物であってもよいし、N2H4であっても
よい。以上のような工程によれば、Ｓ／Ｄ領域層１５
ａ，１５ｂの表面の自然酸化膜５０を除去する工程から
バリアメタルとなるTiN 膜５２の形成工程までは同一の
ＣＶＤ装置のチャンバ１内で真空状態を破らずに行われ
ているので、自然酸化膜が再成長することもなく、スル
ープットが向上する。また、ヒドラジン又はヒドラジン
アルキル化合物を用いて、自然酸化膜の除去した後から
コンタクトメタルの形成までの一連の工程を６００℃以
下の低温で処理しているので、層間に生じる熱歪が低減
する。
【００６１】なお、バリアメタルとなるTiN のうちTiが
６０％以上の場合は、Ｓ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂのシ
リコン面とTiN 膜５２の界面にはTiリッチなTiN が形成
されるので、コンタクトメタルを形成せずに、４５０℃
以上の温度、例えば６００℃でアニールを１０秒間行う
と、その界面にはTiSix 層が形成される。これにより、
コンタクトメタルを形成するためにポリシランを流す必
要がなくなる。
６０％以上の場合は、Ｓ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂのシ
リコン面とTiN 膜５２の界面にはTiリッチなTiN が形成
されるので、コンタクトメタルを形成せずに、４５０℃
以上の温度、例えば６００℃でアニールを１０秒間行う
と、その界面にはTiSix 層が形成される。これにより、
コンタクトメタルを形成するためにポリシランを流す必
要がなくなる。
【００６２】また、反応ガスとして、第１参考例に示す
ようなソースガスと還元ガスを用いても良い。本実施例
における、成膜速度、比抵抗、塩素濃度、カバレッジに
関しては、第１参考例と同様な結果が得られ、半導体装
置の配線のバリアメタル材料として最適である。
ようなソースガスと還元ガスを用いても良い。本実施例
における、成膜速度、比抵抗、塩素濃度、カバレッジに
関しては、第１参考例と同様な結果が得られ、半導体装
置の配線のバリアメタル材料として最適である。
【００６３】（ｅ）本発明の第２の実施例の説明
第１実施例では、１つの反応チャンバ内で自然酸化膜除
去からバリアメタル形成が行われているが、自然酸化膜
除去と、メタル成長とを別々のチャンバ内で行ってもよ
く、その装置の一例を図１１に示す。その装置は、２つ
の反応チャンバ６１，６２を有し、反応チャンバ６１，
６２の間には半導体基板を減圧雰囲気中で搬送する真空
搬送室６３が設けられている。また、真空搬送室６３に
は、半導体基板を出し入れするためのロードチャンバ６
４とアンロードチャンバ６５が接続され、それらには半
導体基板を収納するカセットステーション６６，６７が
接続されている。
去からバリアメタル形成が行われているが、自然酸化膜
除去と、メタル成長とを別々のチャンバ内で行ってもよ
く、その装置の一例を図１１に示す。その装置は、２つ
の反応チャンバ６１，６２を有し、反応チャンバ６１，
６２の間には半導体基板を減圧雰囲気中で搬送する真空
搬送室６３が設けられている。また、真空搬送室６３に
は、半導体基板を出し入れするためのロードチャンバ６
４とアンロードチャンバ６５が接続され、それらには半
導体基板を収納するカセットステーション６６，６７が
接続されている。
【００６４】なお、反応チャンバ６１，６２と真空搬送
室６３の間、真空搬送室６３とロードチャンバ６４の
間、真空搬送室６３とアンロードチャンバ６５の間、ロ
ードチャンバ６４と第１のカセットステーション６６の
間、およびアンロードチャンバ６５と第２のカセットス
テーション６７の間のそれぞれには、ゲートバルブ６７
〜７３が取り付けられている。これらのゲートバルブ６
７〜７３は、半導体基板の移動に際して開閉することに
なり、以下の説明ではその開閉については省略してい
る。
室６３の間、真空搬送室６３とロードチャンバ６４の
間、真空搬送室６３とアンロードチャンバ６５の間、ロ
ードチャンバ６４と第１のカセットステーション６６の
間、およびアンロードチャンバ６５と第２のカセットス
テーション６７の間のそれぞれには、ゲートバルブ６７
〜７３が取り付けられている。これらのゲートバルブ６
７〜７３は、半導体基板の移動に際して開閉することに
なり、以下の説明ではその開閉については省略してい
る。
【００６５】次に、前記した装置を使用して自然酸化膜
の除去からバリアメタルを形成する工程までを説明す
る。なお、本実施例では、ガスの種類、成長温度等の成
長条件や成長膜厚については、第１実施例と同じとし、
半導体基板の上の積層構造の変化は図９、図１０に示す
ようになる。まず、図示しない搬送システムによって第
１のカセットステーション６６から取り出された半導体
基板１１は、ロードチャンバ６４に搬送され、ここで減
圧された雰囲気に置かれた後に、真空搬送室６３を介し
て第１の反応チャンバ６１内に取付けられる。真空搬送
室６３及び反応チャンバ６１は、減圧状態となってい
る。
の除去からバリアメタルを形成する工程までを説明す
る。なお、本実施例では、ガスの種類、成長温度等の成
長条件や成長膜厚については、第１実施例と同じとし、
半導体基板の上の積層構造の変化は図９、図１０に示す
ようになる。まず、図示しない搬送システムによって第
１のカセットステーション６６から取り出された半導体
基板１１は、ロードチャンバ６４に搬送され、ここで減
圧された雰囲気に置かれた後に、真空搬送室６３を介し
て第１の反応チャンバ６１内に取付けられる。真空搬送
室６３及び反応チャンバ６１は、減圧状態となってい
る。
【００６６】そして、第１の反応チャンバ６１内では、
ヒドラジン又はヒドラジンアルキル化合物を導入し、内
部圧力を１００mTorr とした状態で、基板温度を４００
℃〜７００℃にする。この状態を所定時間保持すると、
図９(A) に示すようなＳ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂの表
面に形成された自然酸化膜（SiO2）５０が除去される。
ヒドラジン又はヒドラジンアルキル化合物を導入し、内
部圧力を１００mTorr とした状態で、基板温度を４００
℃〜７００℃にする。この状態を所定時間保持すると、
図９(A) に示すようなＳ／Ｄ領域層１５ａ，１５ｂの表
面に形成された自然酸化膜（SiO2）５０が除去される。
【００６７】次に、図示しない搬送システムにより半導
体基板１１を第１の反応チャンバ６１から取り出してか
ら、その半導体基板１１を真空搬送室６３を通して第２
の反応チャンバ６２内に移す。その反応チャンバ６２内
では、第１実施例と同様に、TiCl4 とＭＨとSi2H6 を導
入し、基板温度を４００〜６００℃とする。これによ
り、コンタクトホール１７ａ，１７ｂの内周面とＳ／Ｄ
領域層１５ａ，１５ｂの表面と層間絶縁膜１６の上面に
沿って、図９(C) に示すように、コンタクトメタルとし
てTiSix 膜５１を形成する。
体基板１１を第１の反応チャンバ６１から取り出してか
ら、その半導体基板１１を真空搬送室６３を通して第２
の反応チャンバ６２内に移す。その反応チャンバ６２内
では、第１実施例と同様に、TiCl4 とＭＨとSi2H6 を導
入し、基板温度を４００〜６００℃とする。これによ
り、コンタクトホール１７ａ，１７ｂの内周面とＳ／Ｄ
領域層１５ａ，１５ｂの表面と層間絶縁膜１６の上面に
沿って、図９(C) に示すように、コンタクトメタルとし
てTiSix 膜５１を形成する。
【００６８】次に、第２の反応チャンバ６２内に導入す
るガスを変え、TiCl4 とＭＨを導入して、半導体基板１
１を４００℃〜５００℃に加熱し、これにより図１０
(A) に示すように、バリアメタルとしてTiN 膜５２を成
長する。この後に、図示しない搬送システムにより半導
体基板１１を、第２の反応チャンバ６２から真空搬送室
６３に移し、ついで、真空搬送室６３から減圧状態のア
ンロードチャンバ６５へ移送する。さらに、アンロード
チャンバ６５と真空搬送室６３の間のゲートバルブ７３
を閉めた後に、アンロードチャンバ６５内を常圧にし、
ついで半導体基板１１を第２のカッセットステーション
６７の中に収納する。
るガスを変え、TiCl4 とＭＨを導入して、半導体基板１
１を４００℃〜５００℃に加熱し、これにより図１０
(A) に示すように、バリアメタルとしてTiN 膜５２を成
長する。この後に、図示しない搬送システムにより半導
体基板１１を、第２の反応チャンバ６２から真空搬送室
６３に移し、ついで、真空搬送室６３から減圧状態のア
ンロードチャンバ６５へ移送する。さらに、アンロード
チャンバ６５と真空搬送室６３の間のゲートバルブ７３
を閉めた後に、アンロードチャンバ６５内を常圧にし、
ついで半導体基板１１を第２のカッセットステーション
６７の中に収納する。
【００６９】その後に、第１実施例と同様にして、図１
０(B) に示すように、スパッタ法によりAl膜５３をバリ
アメタル膜５２の上に積層してから、リソグラフィー技
術によりAl膜５３からコンタクトメタル膜５１までをパ
ターニングして図１０(C) に示すようなＳ／Ｄ電極５
４，５５を形成する。なお、この実施例においても、コ
ンタクトメタルを形成するためにSi2H6 を導入せずに、
TiN 膜５２のTiの含有量を６０％以上とし、４５０℃以
上の温度でアニールすれば、Ｓ／Ｄ領域層１５ａ，１５
ｂのシリコン面とTiN 膜５２との間にTiSiが形成される
ことになる。
０(B) に示すように、スパッタ法によりAl膜５３をバリ
アメタル膜５２の上に積層してから、リソグラフィー技
術によりAl膜５３からコンタクトメタル膜５１までをパ
ターニングして図１０(C) に示すようなＳ／Ｄ電極５
４，５５を形成する。なお、この実施例においても、コ
ンタクトメタルを形成するためにSi2H6 を導入せずに、
TiN 膜５２のTiの含有量を６０％以上とし、４５０℃以
上の温度でアニールすれば、Ｓ／Ｄ領域層１５ａ，１５
ｂのシリコン面とTiN 膜５２との間にTiSiが形成される
ことになる。
【００７０】この実施例で使用するソースガスと還元ガ
スは、第１参考例と同じものでもよく、成膜速度、比抵
抗、塩素濃度、カバレッジに関しては、第１実施例と同
様な結果が得られる。
スは、第１参考例と同じものでもよく、成膜速度、比抵
抗、塩素濃度、カバレッジに関しては、第１実施例と同
様な結果が得られる。
【００７１】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、シリ
コン層に接する配線電極を構成する場合に、高融点金属
バリアメタルの下に高融点金属シリサイド膜を設けるよ
うにしているので、バリアメタルとシリコン層のコンタ
クトを良くできる。また、本発明によれば、バリアメタ
ルとなる高融点金属窒化物を成長する場合に、還元及び
窒化ガスとしてNH3 のみではなく、アルキルアジド化合
物、アルキルアミノ化合物、ヒドラジン、ヒドラジンア
ルキル化合物を含むガスを使用している。これによれ
ば、アルミニウムの配線を形成する場合に、メルトやヒ
ロックを生じさせないような低い温度で高融点金属窒化
物を成長できる。また、高融点金属窒化物を生成する際
に、常温で固体となるような生成物が反応によって生じ
ることはなく、チャンバ内壁にパーティクルの原因とな
る生成物の堆積を抑制できる。さらに、還元ガスとして
NH3 を用いる場合に比べて高融点金属窒化物膜中の塩素
含有量が少なくなり、その上に配線電極用に積層される
アルミニウム膜の腐食を抑制でき、TiCl4 をTiソースと
して用いた場合に、そのカバレッジを良くでき、その比
抵抗を小さくできる。
コン層に接する配線電極を構成する場合に、高融点金属
バリアメタルの下に高融点金属シリサイド膜を設けるよ
うにしているので、バリアメタルとシリコン層のコンタ
クトを良くできる。また、本発明によれば、バリアメタ
ルとなる高融点金属窒化物を成長する場合に、還元及び
窒化ガスとしてNH3 のみではなく、アルキルアジド化合
物、アルキルアミノ化合物、ヒドラジン、ヒドラジンア
ルキル化合物を含むガスを使用している。これによれ
ば、アルミニウムの配線を形成する場合に、メルトやヒ
ロックを生じさせないような低い温度で高融点金属窒化
物を成長できる。また、高融点金属窒化物を生成する際
に、常温で固体となるような生成物が反応によって生じ
ることはなく、チャンバ内壁にパーティクルの原因とな
る生成物の堆積を抑制できる。さらに、還元ガスとして
NH3 を用いる場合に比べて高融点金属窒化物膜中の塩素
含有量が少なくなり、その上に配線電極用に積層される
アルミニウム膜の腐食を抑制でき、TiCl4 をTiソースと
して用いた場合に、そのカバレッジを良くでき、その比
抵抗を小さくできる。
【００７２】また、別の本発明によれば、減圧雰囲気中
で、シリコン層の表面にヒドラジン又はヒドラジンアル
キル化合物を供給して自然酸化膜を除去するようにして
いるので、ＣＶＤ膜の形成が連続して形成でき、自然酸
化膜の再成長を防止できる。さらに、その自然酸化膜除
去と、コンタクトメタルとなる高融点金属シリサイド膜
の成長用と、バリアメタルとなる高融点金属窒化物膜の
成長とを真空状態を破らずに成長するようにしているの
で、スループットを向上できる。
で、シリコン層の表面にヒドラジン又はヒドラジンアル
キル化合物を供給して自然酸化膜を除去するようにして
いるので、ＣＶＤ膜の形成が連続して形成でき、自然酸
化膜の再成長を防止できる。さらに、その自然酸化膜除
去と、コンタクトメタルとなる高融点金属シリサイド膜
の成長用と、バリアメタルとなる高融点金属窒化物膜の
成長とを真空状態を破らずに成長するようにしているの
で、スループットを向上できる。
【００７３】さらに、シリコン層の表面に高融点金属シ
リサイドを形成する方法として、その上に形成される高
融点金属窒化物膜の中の高融点金属の含有量を６０％以
上にし、その後の熱処理により高融点金属窒化物膜とシ
リコン層との間に高融点金属シリサイドを成長するよう
にしているので、高融点金属シリサイドを成長する際に
ポリサイドの導入を不要としてスループットを向上でき
る。
リサイドを形成する方法として、その上に形成される高
融点金属窒化物膜の中の高融点金属の含有量を６０％以
上にし、その後の熱処理により高融点金属窒化物膜とシ
リコン層との間に高融点金属シリサイドを成長するよう
にしているので、高融点金属シリサイドを成長する際に
ポリサイドの導入を不要としてスループットを向上でき
る。
【図１】本発明の実施のための第１の参考例及び第１の
実施例に係るTiN 膜の形成に用いられるＣＶＤ装置の構
成図である。
実施例に係るTiN 膜の形成に用いられるＣＶＤ装置の構
成図である。
【図２】本発明の実施のための第１の参考例の半導体装
置の製造方法について説明する断面図（その１）であ
る。
置の製造方法について説明する断面図（その１）であ
る。
【図３】本発明の実施のための第１の参考例の半導体装
置の製造方法について説明する断面図（その２）であ
る。
置の製造方法について説明する断面図（その２）であ
る。
【図４】本発明の実施のための第１の参考例に係るTiN
膜の成長速度と従来方法によるTiN 膜の成長速度を示す
特性図である。
膜の成長速度と従来方法によるTiN 膜の成長速度を示す
特性図である。
【図５】本発明の実施のための第１の参考例に係るTiN
膜の比抵抗と従来方法によるTiN 膜の比抵抗を示す特性
図である。
膜の比抵抗と従来方法によるTiN 膜の比抵抗を示す特性
図である。
【図６】本発明の実施のための第１の参考例に係るTiN
膜のCl濃度と従来方法によるTiN 膜のCl濃度を示す特性
図である。
膜のCl濃度と従来方法によるTiN 膜のCl濃度を示す特性
図である。
【図７】本発明の実施のための第２の参考例に係るTiN
膜の形成に用いられるＣＶＤ装置の構成図である。
膜の形成に用いられるＣＶＤ装置の構成図である。
【図８】本発明の実施のための第３の参考例に係るTiN
膜の形成に用いられるＣＶＤ装置の構成図である。
膜の形成に用いられるＣＶＤ装置の構成図である。
【図９】本発明の第１、第２の実施例の半導体装置の製
造方法について説明する断面図（その１）である。
造方法について説明する断面図（その１）である。
【図１０】本発明の第１、第２の実施例の半導体装置の
製造方法について説明する断面図（その２）である。
製造方法について説明する断面図（その２）である。
【図１１】本発明の第２の実施例に係る自然酸化膜の除
去からバリアメタル膜形成までの工程に用いられる装置
の構成図である。
去からバリアメタル膜形成までの工程に用いられる装置
の構成図である。
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(72)発明者 陣内 新平
東京都新宿区西新宿２丁目３番１号 東
京エレクトロン株式会社内
(72)発明者 村上 誠志
東京都新宿区西新宿２丁目３番１号 東
京エレクトロン株式会社内
(56)参考文献 特開 平３−278431（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−2319（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−174319（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−101231（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−214734（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/28 - 21/288
H01L 21/3205 - 21/3213
H01L 21/768
Claims (4)
- 【請求項１】シリコン層の上に、ヒドラジンガス、ヒド
ラジンアルキル化合物ガスのいずれかと、高融点金属を
含むソースガスと、ポリシランガスとの混合ガスを導入
することにより、高融点金属シリサイド層を形成する工
程と、 前記高融点金属シリサイド層の上に、少なくとも、ヒド
ラジン、ヒドラジンアルキル化合物のうちのいずれかの
ガスと高融点金属を含むソースガスとを含む混合ガスを
導入し、高融点金属窒化物層を形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】前記高融点金属シリサイド層を形成する前
に、減圧雰囲気中に置かれた前記シリコン層の表面に、
ヒドラジンガス、ヒドラジンアルキル化合物ガスの少な
くとも１つを還元剤として導入し、熱化学反応により、
前記シリコン層の表面の自然酸化膜を除去する工程を有
することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項３】前記自然酸化膜を除去する工程から前記高
融点金属窒化物層を形成する工程までの間は、前記シリ
コン層は、真空を破らずに減圧雰囲気内に置かれること
を特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】前記ソースガスは、高融点金属のハロゲン
化物、アルキルアミノ化物、アルコキシド化物、シクロ
ペンタジエニル化物のいずれかを有するガスであること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半
導体装置の製造方法。
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| JP4-147656 | 1992-06-08 | ||
| JP13361893A JP3449428B2 (ja) | 1992-06-08 | 1993-06-03 | 半導体装置の製造方法 |
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| JP2003036183A Division JP4012090B2 (ja) | 1992-06-08 | 2003-02-14 | 高融点金属窒化膜の堆積方法及び半導体装置の製造方法 |
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-
1993
- 1993-06-03 JP JP13361893A patent/JP3449428B2/ja not_active Expired - Fee Related
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