JPH05160068A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH05160068A
JPH05160068A JP14250891A JP14250891A JPH05160068A JP H05160068 A JPH05160068 A JP H05160068A JP 14250891 A JP14250891 A JP 14250891A JP 14250891 A JP14250891 A JP 14250891A JP H05160068 A JPH05160068 A JP H05160068A
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JP
Japan
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film
forming
contact hole
heat treatment
interlayer insulating
Prior art date
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JP14250891A
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English (en)
Inventor
Takuya Naonaga
卓也 直永
Shunichi Inagi
俊一 稲木
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Tiのシリサイド化反応を抑えてTiN膜を
十分な厚さに形成する。 【構成】 コンタクトホール8を形成後、Ti膜10堆
積する。その後、基板をスパッタリング装置から取り出
して大気中にさらし、Ti膜10の表面に自然酸化膜1
2を形成する。基板上に再びTi膜14を堆積する。そ
の後、熱処理を施す。熱処理条件は最初650℃程度で
行ない、その後750℃程度で行なう。Ti膜の中間に
は自然酸化膜が形成されているので、高温アニール時の
Tiのシリサイド化スピードが低下し、その分Ti窒化
膜の厚さが増えて十分なTiN膜16が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシリコン基板を用いた半
導体装置を製造する方法に関し、特にシリコン基板の拡
散領域などにメタル配線を接続するコンタクトの形成工
程に特徴をもつ半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】メタル配線としてアルミニウム配線を用
いる場合、シリコン基板にアルミニウムが直接接触する
と熱処理によりアロイ・スパイクが発生して拡散層を突
き抜ける不具合が発生することがある。特に微細化が進
んで拡散層が浅くなるとこの問題は顕著になる。
【0003】そこで、このアロイ・スパイクによる拡散
層の突き抜けを防ぐ1つの方法として、シリコン基板と
アルミニウム配線の間にバリアメタルを介在させるコン
タクト方法が採用されている。バリアメタルを形成する
方法としては、MoSi2、WSi2、TiWなどをスパ
ッタリング法で堆積する方法や、Tiをスパッタリング
法で堆積した後アニール処理を施してTiSi2を形成
する方法、又はTiを含窒素雰囲気中でスパッタリング
することによりスパッタリング中の反応によりTiN膜
を堆積する反応性スパッタリング法などが行なわれてい
る。TiN膜の形成方法としては、他にTi膜を堆積し
た後窒素やアンモニアなどの含窒素雰囲気中で熱処理し
てTi表面を窒化させてTiN膜とする方法も行なわれ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】バリアメタルとしてT
iN膜を用いる場合、その形成方法としてTi膜を窒素
中やアンモニア中で窒化する方法においては、コンタク
トホール形成後Ti膜を1000Å程度に堆積し、ラン
プアニール装置やファーネス炉にて窒素やアンモニア雰
囲気中で熱処理を施してTi表面を窒化させる。その
際、熱処理によりTi表面ではTiN膜が形成される
が、同時にシリコン基板とTi膜との接触面ではTiの
シリサイド化反応が進行し、TiSixが同時に形成さ
れる。TiSix反応は低温(650℃程度)ではTi
SiやTi3Si5などが形成され、コンタクト抵抗が低
下しない。そのため、低抵抗のTiSi2を形成するに
は熱処理温度が750℃以上であることが必要とされて
いる。しかし、750℃以上で熱処理を行なうと、Ti
の窒化反応速度に比べてTiのシリサイド化反応の方が
速いために窒化されるTi量が減少し、TiN膜の膜厚
が薄くなってバリア層としての効果が十分に得られな
い。
【0005】その対策としては2ステップアニール法が
試みられている。2ステップアニール法では、まず65
0℃前後で熱処理を行なってTiN膜を形成し、続いて
750℃で熱処理を行なってTiSi2膜を形成させて
いる。しかし、シリサイド化の量を増やさないためには
750℃での熱処理時間は15秒程度と短く設定されて
おり、そのためTiN膜が十分に形成されないという不
具合がある。
【0006】バリアメタル層としてはTiSi2膜自体
も用いられている。TiSi2膜の形成方法では、コン
タクトホール形成後全面にTi膜をスパッタリング法な
どで堆積し、熱処理してTiSi2を形成させている
が、熱処理の際にコンタクトホールの底部から層間絶縁
膜とシリコン基板表面の界面に沿ってシリサイド化反応
が横方向に速い速度で進む。バリア効果を高めるにはT
iSi2膜の膜厚を厚くした方がよいが、膜厚を厚くし
ようとすればそれだけ横方向の広がりも大きくなるた
め、TiSi2膜をあまり厚くすることができない。
【0007】本発明はTiN膜を含むバリア層を形成す
る方法では、Tiのシリサイド化反応を抑えてTiN膜
を十分な厚さに形成することのできる方法を提供するこ
とを目的とするものである。TiSi2膜をバリア層と
する方法では、コンタクトホール底部から横方向へのT
iSi2広がりを抑えてバリア効果の高いTiSi2膜を
形成することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明では、シリコン基
板上に層間絶縁膜を形成し、シリコン基板とコンタクト
を形成すべき領域の前記層間絶縁膜にコンタクトホール
を形成し、そのコンタクトホールにTiN膜を含むバリ
ア層を介してメタル配線を形成する工程において、バリ
ア層を次の工程(A)から(D)により形成する。
(A)Ti膜を堆積する工程、(B)前記Ti膜を大気
中にさらして自然酸化膜を形成する工程、(C)その自
然酸化膜上にさらにTi膜を堆積する工程、(D)含窒
素雰囲気中で熱処理して前記下層Ti膜をシリサイド化
し、前記上層Ti膜を窒化する工程。
【0009】本発明ではまた、TiN膜を含むバリア層
を次の工程(A)から(C)により形成する。(A)第
1の堆積方法でTi膜を堆積する工程、(B)その上に
前記第1の堆積方法とは異なる第2の堆積方法でTi膜
を形成する工程、(C)含窒素雰囲気中で熱処理して前
記下層Ti膜をシリサイド化し、前記上層Ti膜を窒化
する工程。
【0010】本発明ではまた、TiSi2膜にてなるバ
リア層を次の工程(A)から(C)により形成する。
(A)Ti膜を堆積する工程、(B)その上に多結晶シ
リコン膜を堆積する工程、(C)熱処理して前記Ti膜
をシリサイド化する工程。
【0011】
【実施例】図1は請求項1に対応した実施例を表わして
いる。 (A)シリコン基板2に半導体装置を構成する拡散層4
が形成されているものとする。拡散層4にコンタクトを
設けるために、基板上に層間絶縁膜6が形成され、写真
製版とエッチングによりコンタクトホール8を形成す
る。 (B)スパッタリング法によりTi膜10を約400Å
の厚さに堆積する。(C)その後、基板をスパッタリン
グ装置の真空チェンバから取り出して大気中にさらす。
これによりTi膜10の表面にTiの自然酸化膜12が
形成される。 (D)基板を再びスパッタリング装置の真空チェンバに
入れ、再度スパッタリング法によりTi膜14を約40
0Åの厚さ堆積する。 (E)その後、ランプアニール法などの方法により熱処
理を施す。熱処理条件は最初650℃程度で行ない、そ
の後750℃程度で行なう。Ti膜は合計で約800Å
程度形成されているが、中間にはTiの自然酸化膜が形
成されているので、高温アニール時のTiのシリサイド
化スピードが低下し、その分Ti窒化膜の厚さが増えて
十分なTiN膜16が上層に形成される。
【0012】図2は請求項2に対応した実施例を表わし
ている。 (A)図1と同様に基板2の拡散層4上の層間絶縁膜6
にコンタクトホール8を形成する。 (B)全面にTi膜20をスパッタリング法により約4
00Åの厚さに堆積する。 (C)同一チェンバ又は異なるチェンバ内で下層のTi
膜20とは異なる条件のスパッタリング法、例えばRF
バイアス法やDCバイヤス法によりTi膜22を約40
0Åの厚さに堆積する。バイアスをかけて堆積したTi
スパッタリング膜とバイアスをかけないで堆積したTi
スパッタリング膜とでは粒形や成長方向が異なるため、
窒化反応やシリサイド化反応のスピードが異なる。 (D)2層のTi膜の膜質の相違を利用して窒化速度と
シリサイド化速度を制御し、窒素中又はアンモニア中で
熱処理を施してTiN膜24とTiSi2膜26を形成
する。 図1又は図2の実施例で堆積するTi膜の膜厚は所望の
TiN膜の膜厚から逆算して決定すればよい。
【0013】図1の実施例では2層のTi膜の間の自然
酸化膜にシリサイド化のストッパの役目を果たさせ、ま
た図2の実施例では膜質の異なる2層のTi膜でシリサ
イド化と窒化の速度を制御することにより、所望のTi
N膜の膜厚を得ることができる。これらの方法ではシリ
サイド化反応を抑えることができるので、図3に示され
るように、低温部(650℃前後)での熱処理を15秒
程度とし、高温部(750℃程度)での熱処理を45秒
程度するように、高温での熱処理時間を長くすることが
できる。
【0014】図4は請求項3に対応した実施例を表わし
ている。 (A)図1と同様に基板2の拡散層4上の層間絶縁膜6
にコンタクトホール8を形成する。 (B)Ti膜30をスパッタリング法で全面に1000
〜1200Åの厚さに堆積する。 (C)その上に多結晶シリコン膜32をスパッタリング
法で500〜600Åの厚さに堆積する。 (D)ランプアニール法で650℃、30秒間熱処理
し、続けて750℃で30〜90秒間の熱処理を行な
い、TiSi2膜34とする。
【0015】上記の図1、図2又は図3の実施例のよう
にバリア層を形成した後、全面にメタル膜(例えばSi
を1%程度含んだAl−Si膜)をスパッタリング法で
堆積し、フォトリソグラフィーとエッチングによりパタ
ーン化を施してメタル配線を形成する。このとき、同時
にメタル層の下のバリア層もパターン化する。その後、
必要があれば、通常の方法により層間絶縁膜を堆積し、
スルーホールを形成し、2層目のメタル配線を形成す
る。
【0016】図4の説明では多結晶シリコン膜32の堆
積をスパッタリング法で行なっているが、多結晶シリコ
ン膜32の堆積をCVD法で行なう場合は堆積温度を6
30℃とし、ランプアニール温度は750℃で30〜9
0秒間行なうようにすればよい。
【0017】
【発明の効果】請求項1の発明では2層のTi膜の間に
自然酸化膜が挾まれた構造になっているので、熱処理の
際のシリサイド化は自然酸化膜でストップし、高温で窒
化処理を行なうことができるようになり、十分な膜厚の
TiN膜を形成することができる。請求項2の発明では
異なる膜質の2層で形成されたTi膜はシリサイド化ス
ピードが異なるので、TiN膜厚を制御することができ
る。請求項3の発明では、Tiの上に多結晶シリコン膜
を堆積し、熱処理を施すので、TiSi2の膜厚を厚く
することができ、バリア効果が高く、しかもコンタクト
ホール部の横方向の広がりを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に対応した実施例を示す工程断面図で
ある。
【図2】請求項2に対応した実施例を示す工程断面図で
ある。
【図3】図1及び図2の実施例での熱処理条件を示す図
である。
【図4】請求項3に対応した実施例を示す工程断面図で
ある。
【符号の説明】
2 シリコン基板 4 拡散層 6 層間絶縁膜 8 コンタクトホール 10,14,20,22,30 Ti膜 12 自然酸化膜 16,24 TiN膜 18,26,34 TiSi2

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上に層間絶縁膜を形成し、
    シリコン基板とコンタクトを形成すべき領域の前記層間
    絶縁膜にコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホ
    ールにTiN膜を含むバリア層を介してメタル配線を形
    成する工程において、バリア層を次の工程(A)から
    (D)により形成することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。 (A)Ti膜を堆積する工程、 (B)前記Ti膜を大気中にさらして自然酸化膜を形成
    する工程、 (C)その自然酸化膜上にさらにTi膜を堆積する工
    程、 (D)含窒素雰囲気中で熱処理して前記下層Ti膜をシ
    リサイド化し、前記上層Ti膜を窒化する工程。
  2. 【請求項2】 シリコン基板上に層間絶縁膜を形成し、
    シリコン基板とコンタクトを形成すべき領域の前記層間
    絶縁膜にコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホ
    ールにTiN膜を含むバリア層を介してメタル配線を形
    成する工程において、バリア層を次の工程(A)から
    (C)により形成することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。 (A)第1の堆積方法でTi膜を堆積する工程、 (B)その上に前記第1の堆積方法とは異なる第2の堆
    積方法でTi膜を形成する工程、 (C)含窒素雰囲気中で熱処理して前記下層Ti膜をシ
    リサイド化し、前記上層Ti膜を窒化する工程。
  3. 【請求項3】 シリコン基板上に層間絶縁膜を形成し、
    シリコン基板とコンタクトを形成すべき領域の前記層間
    絶縁膜にコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホ
    ールにTiSi2膜にてなるバリア層を介してメタル配
    線を形成する工程において、バリア層を次の工程(A)
    から(C)により形成することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。 (A)Ti膜を堆積する工程、 (B)その上に多結晶シリコン膜を堆積する工程、 (C)熱処理して前記Ti膜をシリサイド化する工程。
JP14250891A 1991-05-17 1991-05-17 半導体装置の製造方法 Pending JPH05160068A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5494860A (en) * 1995-03-14 1996-02-27 International Business Machines Corporation Two step annealing process for decreasing contact resistance
GB2345013A (en) * 1998-06-19 2000-06-28 Nec Corp Substrate polishing
KR100670744B1 (ko) * 2000-06-30 2007-01-17 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 실리사이드막 형성 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5494860A (en) * 1995-03-14 1996-02-27 International Business Machines Corporation Two step annealing process for decreasing contact resistance
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