JPH05343354A - 半導体装置の密着層及びメタルプラグ形成方法 - Google Patents
半導体装置の密着層及びメタルプラグ形成方法Info
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- JPH05343354A JPH05343354A JP17365892A JP17365892A JPH05343354A JP H05343354 A JPH05343354 A JP H05343354A JP 17365892 A JP17365892 A JP 17365892A JP 17365892 A JP17365892 A JP 17365892A JP H05343354 A JPH05343354 A JP H05343354A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高耐熱性で且つ優れた密着性を有し、形成時に
パーティクルの生成が少なく、しかも、形成時の原料ガ
スの制御が容易であり、更には、特性の安定した、半導
体装置のメタルプラグのための密着層を提供する。更に
は、かかる密着層の形成を含むメタルプラグの形成方法
を提供する。 【構成】密着層は、Ｈｆ／ＨｆＢX層、あるいはＺｒ／
ＺｒＢX層から成る。また、メタルプラグ形成方法は、
（イ）半導体基板１００上に形成された層間絶縁層１０
４に開口部１０６を形成する工程と、（ロ）Ｈｆ／Ｈｆ
ＢX、又はＺｒ／ＺｒＢXから成る密着層１１０を、層間
絶縁層の上面及び開口部内に形成する工程と、（ハ）金
属材料１１２を開口部内に形成する工程、から成る。
パーティクルの生成が少なく、しかも、形成時の原料ガ
スの制御が容易であり、更には、特性の安定した、半導
体装置のメタルプラグのための密着層を提供する。更に
は、かかる密着層の形成を含むメタルプラグの形成方法
を提供する。 【構成】密着層は、Ｈｆ／ＨｆＢX層、あるいはＺｒ／
ＺｒＢX層から成る。また、メタルプラグ形成方法は、
（イ）半導体基板１００上に形成された層間絶縁層１０
４に開口部１０６を形成する工程と、（ロ）Ｈｆ／Ｈｆ
ＢX、又はＺｒ／ＺｒＢXから成る密着層１１０を、層間
絶縁層の上面及び開口部内に形成する工程と、（ハ）金
属材料１１２を開口部内に形成する工程、から成る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造にお
ける密着層及びメタルプラグ形成方法に関する。
ける密着層及びメタルプラグ形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置等の電子デバイスは年々微細
化してきている。特に、半導体集積回路の微細化に伴
い、コンタクトホール、ビアホールあるいはスルーホー
ル（以下、総称して接続孔ともいう）の寸法も益々小さ
くなりつつある。接続孔は、半導体基板上に形成された
開口部に配線材料を埋め込むことによって形成される。
配線材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金を用
い、バイアススパッタ法等によってかかる配線材料で開
口部を埋め込む従来のスパッタ技術では、最早、微細な
接続孔の形成が困難になっている。
化してきている。特に、半導体集積回路の微細化に伴
い、コンタクトホール、ビアホールあるいはスルーホー
ル（以下、総称して接続孔ともいう）の寸法も益々小さ
くなりつつある。接続孔は、半導体基板上に形成された
開口部に配線材料を埋め込むことによって形成される。
配線材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金を用
い、バイアススパッタ法等によってかかる配線材料で開
口部を埋め込む従来のスパッタ技術では、最早、微細な
接続孔の形成が困難になっている。
【０００３】このような背景下、ステップカバレッジの
良い、所謂ブランケットＣＶＤ法が注目されている。こ
のブランケットＣＶＤ法においては、図４に示すよう
に、半導体基板１００上に形成された層間絶縁層１０４
に開口部１０６を設け、ＣＶＤ法にて例えばタングステ
ンから成る金属層１１２を層間絶縁層の上面上及び開口
部内に形成する。その後、層間絶縁層の上面上の金属層
１１２を選択的にエッチバックによって除去し、開口部
１０６内に金属から成るメタルプラグを形成し、これに
よって接続孔が完成する。尚、１０２は不純物拡散領域
である。
良い、所謂ブランケットＣＶＤ法が注目されている。こ
のブランケットＣＶＤ法においては、図４に示すよう
に、半導体基板１００上に形成された層間絶縁層１０４
に開口部１０６を設け、ＣＶＤ法にて例えばタングステ
ンから成る金属層１１２を層間絶縁層の上面上及び開口
部内に形成する。その後、層間絶縁層の上面上の金属層
１１２を選択的にエッチバックによって除去し、開口部
１０６内に金属から成るメタルプラグを形成し、これに
よって接続孔が完成する。尚、１０２は不純物拡散領域
である。
【０００４】このタングステンを用いたブランケットＣ
ＶＤ法においては、タングステンは半導体基板１００等
の下地と密着性が悪いため、金属層と半導体基板との間
に密着層を形成することが必須とされている。密着層と
しては、ＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層が多く用いられてい
る。ところが、図４に示すように、開口部に対する密着
層１１０のカバレッジが悪い場合、ブランケットＣＶＤ
法で層間絶縁層１０４上及び開口部１０６内に金属層を
堆積させたとき、開口部１０６中の金属層にボイド（中
空部）１１４が生じるという問題がある。
ＶＤ法においては、タングステンは半導体基板１００等
の下地と密着性が悪いため、金属層と半導体基板との間
に密着層を形成することが必須とされている。密着層と
しては、ＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層が多く用いられてい
る。ところが、図４に示すように、開口部に対する密着
層１１０のカバレッジが悪い場合、ブランケットＣＶＤ
法で層間絶縁層１０４上及び開口部１０６内に金属層を
堆積させたとき、開口部１０６中の金属層にボイド（中
空部）１１４が生じるという問題がある。
【０００５】更に、通常、ＴｉＮから成る密着層をＣＶ
Ｄ法で形成する場合、原料ガスとしてＴｉＣｌ4を使用
するため、ＴｉＮ層にＣｌが取り込まれ易いという問題
がある。これについては、例えば、文献、「Photo Assi
sted LP-CVD TiN For Deep Submicron Contact Using O
rgano-titanium Compound」, Koichi Ikeda et al, 199
0 Symposium on VLSI Technology pp61-62 を参照のこ
と。ＴｉＮ層にＣｌが取り込まれると、ＴｉＮ層（密着
層）の品質が低下し、バリヤ性が低下する。
Ｄ法で形成する場合、原料ガスとしてＴｉＣｌ4を使用
するため、ＴｉＮ層にＣｌが取り込まれ易いという問題
がある。これについては、例えば、文献、「Photo Assi
sted LP-CVD TiN For Deep Submicron Contact Using O
rgano-titanium Compound」, Koichi Ikeda et al, 199
0 Symposium on VLSI Technology pp61-62 を参照のこ
と。ＴｉＮ層にＣｌが取り込まれると、ＴｉＮ層（密着
層）の品質が低下し、バリヤ性が低下する。
【０００６】そこで、ＴｉＮ層を電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ法で成膜する方法が提案さ
れている（例えば、１９９０年春 応用物理学会予稿集
５９１頁の赤堀他 ２９ａ−ＺＡ−６参照）。この方
法によれば、カバレッジ良くＴｉＮ層を形成でき、しか
も６５０°Ｃ程度の温度でＴｉＮを成膜することによ
り、ＴｉＮ層中へのＣｌの取り込み量が少なくなったと
されている。
鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ法で成膜する方法が提案さ
れている（例えば、１９９０年春 応用物理学会予稿集
５９１頁の赤堀他 ２９ａ−ＺＡ−６参照）。この方
法によれば、カバレッジ良くＴｉＮ層を形成でき、しか
も６５０°Ｃ程度の温度でＴｉＮを成膜することによ
り、ＴｉＮ層中へのＣｌの取り込み量が少なくなったと
されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ＴｉＮ層、あるいはＴ
ｉＮ層の下にＴｉ層を形成することによってＴｉＮ層と
の不純物拡散領域との間の抵抗を減らしたＴｉ／ＴｉＮ
の２層構造を上述のようにブランケットＣＶＤ法におけ
る密着層として用いる場合、ＴｉＮ層では、耐熱性やバ
リア性が充分であるとはいい難い。そこでＴｉＮ層の代
わりにＴｉＯＮ層を形成する方法が提案されているが、
ＴｉＯＮ層の形成中にＴｉＯ2のパーティクルが発生す
るという問題がある。
ｉＮ層の下にＴｉ層を形成することによってＴｉＮ層と
の不純物拡散領域との間の抵抗を減らしたＴｉ／ＴｉＮ
の２層構造を上述のようにブランケットＣＶＤ法におけ
る密着層として用いる場合、ＴｉＮ層では、耐熱性やバ
リア性が充分であるとはいい難い。そこでＴｉＮ層の代
わりにＴｉＯＮ層を形成する方法が提案されているが、
ＴｉＯＮ層の形成中にＴｉＯ2のパーティクルが発生す
るという問題がある。
【０００８】また、ＴｉＯＮ層形成時の原料ガス組成の
制御が難しいという問題もある。その理由は、ＴｉＯＮ
成膜装置に残留したガス中に酸素が含まれており、Ｔｉ
ＯＮ形成時、ＴｉＯＮ成膜装置に残留した酸素を考慮し
てＴｉＯＮを形成しなければならないこと、及びＴｉが
酸化され易いことにある。
制御が難しいという問題もある。その理由は、ＴｉＯＮ
成膜装置に残留したガス中に酸素が含まれており、Ｔｉ
ＯＮ形成時、ＴｉＯＮ成膜装置に残留した酸素を考慮し
てＴｉＯＮを形成しなければならないこと、及びＴｉが
酸化され易いことにある。
【０００９】更に、スパッタ法でＴｉＯＮ層を形成した
場合、半導体基板の処理枚数が増加するにつれて、成膜
後のバリアメタルのシート抵抗が増加するという問題が
ある。この原因は、スパッタ装置の処理室の内壁に付着
したＴｉが、スパッタ処理の開始時、処理室に流したＯ
2を吸着するために、成膜後のバリアメタルのシート抵
抗が低くなる。ところが、スパッタ装置における半導体
基板の処理枚数が増加するに従い、スパッタ装置の処理
室の内壁に付着したＴｉにゲッターされる酸素が少なく
なるため、ＴｉＯＮ層に取り込まれる酸素が多くなり、
バリアメタルのシート抵抗が高くなるためであると考え
られている。そのため特性の安定した高耐熱性を有する
新しい密着層が望まれている。
場合、半導体基板の処理枚数が増加するにつれて、成膜
後のバリアメタルのシート抵抗が増加するという問題が
ある。この原因は、スパッタ装置の処理室の内壁に付着
したＴｉが、スパッタ処理の開始時、処理室に流したＯ
2を吸着するために、成膜後のバリアメタルのシート抵
抗が低くなる。ところが、スパッタ装置における半導体
基板の処理枚数が増加するに従い、スパッタ装置の処理
室の内壁に付着したＴｉにゲッターされる酸素が少なく
なるため、ＴｉＯＮ層に取り込まれる酸素が多くなり、
バリアメタルのシート抵抗が高くなるためであると考え
られている。そのため特性の安定した高耐熱性を有する
新しい密着層が望まれている。
【００１０】従って、本発明の目的は、高耐熱性で且つ
優れた密着性を有し、形成時にパーティクルの生成が少
なく、しかも、形成時の原料ガスの制御が容易であり、
更には、特性の安定した密着層を提供することにある。
更に、本発明の目的は、かかる密着層の形成を含むメタ
ルプラグの形成方法を提供することにある。
優れた密着性を有し、形成時にパーティクルの生成が少
なく、しかも、形成時の原料ガスの制御が容易であり、
更には、特性の安定した密着層を提供することにある。
更に、本発明の目的は、かかる密着層の形成を含むメタ
ルプラグの形成方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明の
第１の態様により、Ｈｆ層及びＨｆＢX層から成ること
を特徴とする、半導体装置のメタルプラグのための密着
層によって達成することができる。
第１の態様により、Ｈｆ層及びＨｆＢX層から成ること
を特徴とする、半導体装置のメタルプラグのための密着
層によって達成することができる。
【００１２】あるいは、上記の目的は、本発明の第２の
態様により、Ｚｒ層及びＺｒＢX層から成ることを特徴
とする、半導体装置のメタルプラグのための密着層によ
って達成することができる。
態様により、Ｚｒ層及びＺｒＢX層から成ることを特徴
とする、半導体装置のメタルプラグのための密着層によ
って達成することができる。
【００１３】ＨｆＢXあるいはＺｒＢXにおけるＸは、
０．１＜Ｘ≦２である。
０．１＜Ｘ≦２である。
【００１４】上記の目的は、本発明の第３の態様によ
り、（イ）半導体基板上に形成された層間絶縁層に開口
部を形成する工程と、（ロ）層間絶縁層の上面及び開口
部内に、Ｈｆ層及びＨｆＢX層から成る密着層を順次形
成する工程と、（ハ）金属材料を開口部内に形成する工
程、から成ることを特徴とするメタルプラグ形成方法に
よって達成することができる。
り、（イ）半導体基板上に形成された層間絶縁層に開口
部を形成する工程と、（ロ）層間絶縁層の上面及び開口
部内に、Ｈｆ層及びＨｆＢX層から成る密着層を順次形
成する工程と、（ハ）金属材料を開口部内に形成する工
程、から成ることを特徴とするメタルプラグ形成方法に
よって達成することができる。
【００１５】更に上記の目的は、本発明の第４の態様に
より、（イ）半導体基板上に形成された層間絶縁層に開
口部を形成する工程と、（ロ）層間絶縁層の上面及び開
口部内に、Ｚｒ層及びＺｒＢX層から成る密着層を順次
形成する工程と、（ハ）金属材料を開口部内に形成する
工程、から成ることを特徴とするメタルプラグ形成方法
によって達成することができる。
より、（イ）半導体基板上に形成された層間絶縁層に開
口部を形成する工程と、（ロ）層間絶縁層の上面及び開
口部内に、Ｚｒ層及びＺｒＢX層から成る密着層を順次
形成する工程と、（ハ）金属材料を開口部内に形成する
工程、から成ることを特徴とするメタルプラグ形成方法
によって達成することができる。
【００１６】本発明のメタルプラグ形成方法の好ましい
実施態様によれば、前記密着層を、電子サイクロトロン
共鳴プラズマＣＶＤ法にて形成する。
実施態様によれば、前記密着層を、電子サイクロトロン
共鳴プラズマＣＶＤ法にて形成する。
【００１７】本発明の密着層を形成する下地がシリコン
の場合、密着層の形成条件によっては、Ｈｆ層あるいは
Ｚｒ層は下地のシリコンと反応してシリサイド層にな
る。本明細書では、密着層として形成されたＨｆ層ある
いはＺｒ層という語には、Ｈｆシリサイド層あるいはＺ
ｒシリサイド層が含まれる。
の場合、密着層の形成条件によっては、Ｈｆ層あるいは
Ｚｒ層は下地のシリコンと反応してシリサイド層にな
る。本明細書では、密着層として形成されたＨｆ層ある
いはＺｒ層という語には、Ｈｆシリサイド層あるいはＺ
ｒシリサイド層が含まれる。
【００１８】
【作用】本発明の密着層がＨｆ／ＨｆＢX層又はＺｒ／
ＺｒX層から成る場合、ＴｉＮに比べて、パーティクル
の発生も少なく、また、組成の制御も行い易い。Ｈｆ／
ＨｆＢX層又はＺｒ／ＺｒX層から成る密着層は、元来バ
リア性が良い。更に、密着層の形成時酸素の添加が必要
なくなり、原料ガスの制御が容易となる。しかも、Ｔｉ
ＯＮ層の形成時問題となるバリアメタルのシート抵抗の
変動も生じることがない。従って、信頼性の高いプロセ
スで半導体装置を製造することができる。
ＺｒX層から成る場合、ＴｉＮに比べて、パーティクル
の発生も少なく、また、組成の制御も行い易い。Ｈｆ／
ＨｆＢX層又はＺｒ／ＺｒX層から成る密着層は、元来バ
リア性が良い。更に、密着層の形成時酸素の添加が必要
なくなり、原料ガスの制御が容易となる。しかも、Ｔｉ
ＯＮ層の形成時問題となるバリアメタルのシート抵抗の
変動も生じることがない。従って、信頼性の高いプロセ
スで半導体装置を製造することができる。
【００１９】本発明のメタルプラグ形成方法における好
ましい実施態様においては、連続してＨｆ／ＨｆＢX層
あるいはＺｒ／ＺｒＢX層の形成を行う。それ故、メタ
ルプラグのコンタクト抵抗を更に低下させ得るばかり
か、スループットを上げることができる。
ましい実施態様においては、連続してＨｆ／ＨｆＢX層
あるいはＺｒ／ＺｒＢX層の形成を行う。それ故、メタ
ルプラグのコンタクト抵抗を更に低下させ得るばかり
か、スループットを上げることができる。
【００２０】本発明のメタルプラグ形成方法における好
ましい実施態様によれば、密着層は、高密度プラズマが
形成可能な、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ法
（ＥＣＲ−ＣＶＤ法）にて形成される。このようなＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ法によって、密着層を、約７００゜Ｃで成膜
する熱ＣＶＤ法に比べて低温で成膜でき、しかも、開口
部の底部に密着層を厚く堆積させることができる。
ましい実施態様によれば、密着層は、高密度プラズマが
形成可能な、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ法
（ＥＣＲ−ＣＶＤ法）にて形成される。このようなＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ法によって、密着層を、約７００゜Ｃで成膜
する熱ＣＶＤ法に比べて低温で成膜でき、しかも、開口
部の底部に密着層を厚く堆積させることができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明を、図面を参照して実施例に基
づき説明する。 （実施例１）実施例１は、本発明の密着層及びメタルプ
ラグ形成方法を、ブランケットタングステンＣＶＤ法で
コンタクトホールを形成する場合に適用した例であり、
半導体基板とタングステンから成る金属層との間に、先
ずＨｆ層を形成し次いで連続してＨｆＢX層を形成して
密着層を完成させる。開口部内に形成される金属材料は
タングステンから成る。実施例１においては、原料ガス
の平均自由行程を長くとることができる、図２に示すＥ
ＣＲプラズマプロセス装置を使用した。また、Ｈｆ層を
形成するための原料ガスとして、ＨｆＯＣｌ2／Ｈ2を使
用し、ＨｆＢX層を形成するための原料ガスとして、Ｈ
ｆＯＣｌ2／ＢＣｌ3／Ｈ2を使用した。
づき説明する。 （実施例１）実施例１は、本発明の密着層及びメタルプ
ラグ形成方法を、ブランケットタングステンＣＶＤ法で
コンタクトホールを形成する場合に適用した例であり、
半導体基板とタングステンから成る金属層との間に、先
ずＨｆ層を形成し次いで連続してＨｆＢX層を形成して
密着層を完成させる。開口部内に形成される金属材料は
タングステンから成る。実施例１においては、原料ガス
の平均自由行程を長くとることができる、図２に示すＥ
ＣＲプラズマプロセス装置を使用した。また、Ｈｆ層を
形成するための原料ガスとして、ＨｆＯＣｌ2／Ｈ2を使
用し、ＨｆＢX層を形成するための原料ガスとして、Ｈ
ｆＯＣｌ2／ＢＣｌ3／Ｈ2を使用した。
【００２２】先ず、図２に示すＥＣＲプラズマプロセス
装置の概要を説明する。プラズマプロセス装置１は、成
膜チャンバ１０及びプラズマチャンバ２０から成る。成
膜チャンバ１０内には、半導体基板１００を載置するた
めのサセプタ１２が配置されている。サセプタ１２の下
にはランプ加熱手段５０が配置されている。半導体基板
１００をランプ加熱手段５０によって加熱することがで
きる。
装置の概要を説明する。プラズマプロセス装置１は、成
膜チャンバ１０及びプラズマチャンバ２０から成る。成
膜チャンバ１０内には、半導体基板１００を載置するた
めのサセプタ１２が配置されている。サセプタ１２の下
にはランプ加熱手段５０が配置されている。半導体基板
１００をランプ加熱手段５０によって加熱することがで
きる。
【００２３】プラズマチャンバ２０は成膜チャンバ１０
の上部と連通している。プラズマチャンバ２０の上部に
はマイクロ波導入窓２２が設けられ、マイクロ波導入窓
２２の上部には、２．４５ＭＨｚのマイクロ波を導入す
るためのレクタンギュラーウエイブガイド２６が設けら
れている。プラズマチャンバ２０の周囲には磁気コイル
２４が配設されている。ＲＦパワーがＲＦ電源２８から
マイクロ波導入窓２２に加えられる。プラズマチャンバ
２０には、アルゴンガス導入口３０からアルゴンガスが
供給される。アルゴンガスはマイクロ波導入窓２２のク
リーニングを行うために導入される（この技術について
は、１９８９年春の応用物理学会予稿集７２１頁の赤堀
ら３Ｐ−２Ｆ−１参照）。
の上部と連通している。プラズマチャンバ２０の上部に
はマイクロ波導入窓２２が設けられ、マイクロ波導入窓
２２の上部には、２．４５ＭＨｚのマイクロ波を導入す
るためのレクタンギュラーウエイブガイド２６が設けら
れている。プラズマチャンバ２０の周囲には磁気コイル
２４が配設されている。ＲＦパワーがＲＦ電源２８から
マイクロ波導入窓２２に加えられる。プラズマチャンバ
２０には、アルゴンガス導入口３０からアルゴンガスが
供給される。アルゴンガスはマイクロ波導入窓２２のク
リーニングを行うために導入される（この技術について
は、１９８９年春の応用物理学会予稿集７２１頁の赤堀
ら３Ｐ−２Ｆ−１参照）。
【００２４】成膜チャンバ１０には、第１の原料ガス供
給部から、マスフローコントローラ及び第１のガス導入
部４０を通して、Ｈｆ系化合物から成る第１の原料ガス
が供給される。また、各種の第２の原料ガスが、同様に
マスフローコントローラ及び第２のガス導入部４２を通
して成膜チャンバ１０に供給される。成膜チャンバ１０
内のガスはガス排気部１６から系外に排気される。尚、
図２中、３２はプラズマ流である。また、１００は図１
に示す構造を有する半導体基板である。熱電対（図示せ
ず）で半導体基板１００の温度をモニターし、公知の温
度制御手段（図示せず）によってランプ５２への供給電
力を制御し、半導体基板１００の温度を一定に保つ。
給部から、マスフローコントローラ及び第１のガス導入
部４０を通して、Ｈｆ系化合物から成る第１の原料ガス
が供給される。また、各種の第２の原料ガスが、同様に
マスフローコントローラ及び第２のガス導入部４２を通
して成膜チャンバ１０に供給される。成膜チャンバ１０
内のガスはガス排気部１６から系外に排気される。尚、
図２中、３２はプラズマ流である。また、１００は図１
に示す構造を有する半導体基板である。熱電対（図示せ
ず）で半導体基板１００の温度をモニターし、公知の温
度制御手段（図示せず）によってランプ５２への供給電
力を制御し、半導体基板１００の温度を一定に保つ。
【００２５】以下、図２に示したＥＣＲプラズマプロセ
ス装置を使用して、ブランケットタングステンＣＶＤ法
でコンタクトホールを形成する工程を、図１を参照して
説明する。
ス装置を使用して、ブランケットタングステンＣＶＤ法
でコンタクトホールを形成する工程を、図１を参照して
説明する。
【００２６】［工程−１００］シリコン基板等の基板１
００の不純物拡散領域１０２上に、ＳｉＯ2から成る層
間絶縁層１０４をＣＶＤ法で形成し、この層間絶縁層１
０４にフォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を
用いて、開口部１０６を形成する（図１の（Ａ）参
照）。この工程は、通常の各種の方法を適宜用いること
ができる。
００の不純物拡散領域１０２上に、ＳｉＯ2から成る層
間絶縁層１０４をＣＶＤ法で形成し、この層間絶縁層１
０４にフォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を
用いて、開口部１０６を形成する（図１の（Ａ）参
照）。この工程は、通常の各種の方法を適宜用いること
ができる。
【００２７】［工程−１１０］次に、図２に示したＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ装置１を用いて、Ｈｆ層を形成する。第１の
原料ガスとしてＨｆＯＣｌ2を、第２の原料ガスとして
Ｈ2を使用した。先ず、第１のガス導入部４０からＨｆ
ＯＣｌ2ガスを、第２のガス導入部４２からＨ2ガスを、
成膜チャンバ１０に供給し、厚さ３０ｎｍのＨｆ層１０
８を層間絶縁層１０４の上面上及び開口部１０６内に形
成する。Ｈｆ層１０８の成膜条件を以下のとおりとし
た。 ガス ＨｆＯＣｌ2／Ａｒ／Ｈ2＝１０／４０／
５０sccm 温度 約４００°Ｃ 圧力 ０．１３Ｐａ マイクロ波 ２．８ｋＷ 半導体基板１００はランプ加熱手段５０によって約４０
０゜Ｃに加熱される。ＨｆＯＣｌ2の代わりにＨｆ（Ｏ
−ｔ−Ｃ4Ｈ9）4を使用することもできる。ＨｆＯＣｌ2
及びＨｆ（Ｏ−ｔ−Ｃ4Ｈ9）4は液体原料である。それ
故、ＨｆＯＣｌ2を水、Ｈｆ（Ｏ−ｔ−Ｃ4Ｈ9）4をアル
コール等の溶媒に溶かした後、Ｈｅガス等でバブリング
して原料ガスとして使用する。
Ｒ−ＣＶＤ装置１を用いて、Ｈｆ層を形成する。第１の
原料ガスとしてＨｆＯＣｌ2を、第２の原料ガスとして
Ｈ2を使用した。先ず、第１のガス導入部４０からＨｆ
ＯＣｌ2ガスを、第２のガス導入部４２からＨ2ガスを、
成膜チャンバ１０に供給し、厚さ３０ｎｍのＨｆ層１０
８を層間絶縁層１０４の上面上及び開口部１０６内に形
成する。Ｈｆ層１０８の成膜条件を以下のとおりとし
た。 ガス ＨｆＯＣｌ2／Ａｒ／Ｈ2＝１０／４０／
５０sccm 温度 約４００°Ｃ 圧力 ０．１３Ｐａ マイクロ波 ２．８ｋＷ 半導体基板１００はランプ加熱手段５０によって約４０
０゜Ｃに加熱される。ＨｆＯＣｌ2の代わりにＨｆ（Ｏ
−ｔ−Ｃ4Ｈ9）4を使用することもできる。ＨｆＯＣｌ2
及びＨｆ（Ｏ−ｔ−Ｃ4Ｈ9）4は液体原料である。それ
故、ＨｆＯＣｌ2を水、Ｈｆ（Ｏ−ｔ−Ｃ4Ｈ9）4をアル
コール等の溶媒に溶かした後、Ｈｅガス等でバブリング
して原料ガスとして使用する。
【００２８】［工程−１２０］続いて、ＨｆＢX層を形
成した。第１の原料ガスとしてＨｆＯＣｌ2を使用し、
第２の原料ガスとしてＢＣｌ3及びＨ2ガスを使用した。
第１のガス導入部４０からＨｆＯＣｌ2ガスを、第２の
ガス導入部４２からＢＣｌ3及びＨ2ガスを流し、厚さ５
０ｎｍのＨｆＢX層１１０をＨｆ層１０８の上に形成し
密着層を完成させた。ＨｆＢX層１１０の成膜条件を以
下のとおりとした。 温度 約６５０°Ｃ マイクロ波 ２．８ｋＷ 圧力 ０．１３Ｐａ ＲＦバイアス ３００Ｗ ガス ＨｆＯＣｌ2／ＢＣｌ3／Ｈ2／Ａｒ＝１
０／３０／３０／５０sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。Ｈｆ
ＯＣｌ2の代わりにＨｆ（Ｏ−ｔ−Ｃ4Ｈ9）4を使用する
こともできる。また、ＢＣｌ3の代わりに、ＢＢｒ3、Ｂ
2Ｈ6を使用することもできる。半導体基板１００をラン
プ加熱手段５０によって約６５０゜Ｃに加熱しておく。
また、ＲＦバイアスを印加するので、ＨｆＢXのカバレ
ッジが向上し、一層緻密な膜となり、バリア性が向上す
る。ＨｆＢXから成る密着層１１０は低圧にて形成され
るため、開口部１０６の底部にも厚く形成され、図１の
（Ｂ）に示す構造が得られる。また、Ｃｌも揮発性の高
い化合物ＨＣｌという形態でＥＣＲ−ＣＶＤ装置１から
排気され、Ｈｆ層及びＨｆＢX層のＣｌ含有量が少なく
なり、膜質も向上する。又、これらの層を真空を破らず
連続して形成するので、膜質も安定し、スループットも
向上する。
成した。第１の原料ガスとしてＨｆＯＣｌ2を使用し、
第２の原料ガスとしてＢＣｌ3及びＨ2ガスを使用した。
第１のガス導入部４０からＨｆＯＣｌ2ガスを、第２の
ガス導入部４２からＢＣｌ3及びＨ2ガスを流し、厚さ５
０ｎｍのＨｆＢX層１１０をＨｆ層１０８の上に形成し
密着層を完成させた。ＨｆＢX層１１０の成膜条件を以
下のとおりとした。 温度 約６５０°Ｃ マイクロ波 ２．８ｋＷ 圧力 ０．１３Ｐａ ＲＦバイアス ３００Ｗ ガス ＨｆＯＣｌ2／ＢＣｌ3／Ｈ2／Ａｒ＝１
０／３０／３０／５０sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。Ｈｆ
ＯＣｌ2の代わりにＨｆ（Ｏ−ｔ−Ｃ4Ｈ9）4を使用する
こともできる。また、ＢＣｌ3の代わりに、ＢＢｒ3、Ｂ
2Ｈ6を使用することもできる。半導体基板１００をラン
プ加熱手段５０によって約６５０゜Ｃに加熱しておく。
また、ＲＦバイアスを印加するので、ＨｆＢXのカバレ
ッジが向上し、一層緻密な膜となり、バリア性が向上す
る。ＨｆＢXから成る密着層１１０は低圧にて形成され
るため、開口部１０６の底部にも厚く形成され、図１の
（Ｂ）に示す構造が得られる。また、Ｃｌも揮発性の高
い化合物ＨＣｌという形態でＥＣＲ−ＣＶＤ装置１から
排気され、Ｈｆ層及びＨｆＢX層のＣｌ含有量が少なく
なり、膜質も向上する。又、これらの層を真空を破らず
連続して形成するので、膜質も安定し、スループットも
向上する。
【００２９】［工程−１３０］次に、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層をＨ
ｆＢX層１１０の上に形成する。形成条件を以下の２段
階とした。 第１段階（核成長段階） ＷＦ6／ＳｉＨ4＝２５／１０sccm 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ 第２段階（高速成長段階） ＷＦ6／Ｈ2＝６０／３６０sccm 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ これにより、開口部１０６内の密着層１１０上にカバレ
ッジ良くタングステンから成る金属層１１２が形成され
た。こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られた。こ
の際、Ｈｆ／ＨｆＢX層にオーバーハングが生じること
がなく、カバレッジも良いので、開口部１０６内のタン
グステンから成る金属層にボイドが発生することがなか
った。また、開口部１０６において、このＨｆ／ＨｆＢ
X層は良好なバリア性を有する膜として機能した。更に
は、パーティクル発生の低減や組成の制御の面でも、従
来のＴｉＮ層あるいはＴｉＯＮ層の形成よりも改善され
た。次いで、層間絶縁層１０４の上面上のタングステン
から成る金属層を選択的にエッチバックして、開口部１
０６内に金属層が形成されたメタルプラグを完成させ
る。
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層をＨ
ｆＢX層１１０の上に形成する。形成条件を以下の２段
階とした。 第１段階（核成長段階） ＷＦ6／ＳｉＨ4＝２５／１０sccm 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ 第２段階（高速成長段階） ＷＦ6／Ｈ2＝６０／３６０sccm 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ これにより、開口部１０６内の密着層１１０上にカバレ
ッジ良くタングステンから成る金属層１１２が形成され
た。こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られた。こ
の際、Ｈｆ／ＨｆＢX層にオーバーハングが生じること
がなく、カバレッジも良いので、開口部１０６内のタン
グステンから成る金属層にボイドが発生することがなか
った。また、開口部１０６において、このＨｆ／ＨｆＢ
X層は良好なバリア性を有する膜として機能した。更に
は、パーティクル発生の低減や組成の制御の面でも、従
来のＴｉＮ層あるいはＴｉＯＮ層の形成よりも改善され
た。次いで、層間絶縁層１０４の上面上のタングステン
から成る金属層を選択的にエッチバックして、開口部１
０６内に金属層が形成されたメタルプラグを完成させ
る。
【００３０】（実施例２）図３に、実施例２で使用した
ＥＣＲプラズマプロセス装置２００の概要を示す。尚、
図３及び図２において、同一参照番号は同一の要素を示
す。
ＥＣＲプラズマプロセス装置２００の概要を示す。尚、
図３及び図２において、同一参照番号は同一の要素を示
す。
【００３１】図３に示すＥＣＲプラズマプロセス装置２
００は、Ｈｆ層を形成するための第１の成膜チャンバ２
１０、及びＨｆＢX層を成膜するための第２の成膜チャ
ンバ２２０から成る。第１の成膜チャンバ２１０には、
原料ガス供給部からマスフローコントローラ及び第１の
ガス導入部４０を通して第１の原料ガスが供給される。
また、第２の原料ガスが同様に、マスフローコントロー
ラ及び第２のガス導入部４２を通して成膜チャンバ２１
０に供給される。第２の成膜チャンバ２２０には、原料
ガス供給部からマスフローコントローラ及び第１のガス
導入部４０Ａを通して第１の原料ガスが供給され、第２
の原料ガスが、同様にマスフローコントローラ及び第２
のガス導入部４２Ａを通して供給される。第１の成膜チ
ャンバ２１０と第２の成膜チャンバ２２０とはゲートバ
ルブ２３０を介して接続されている。また、ランプ加熱
手段５０，５０Ａが、それぞれの成膜チャンバ２１０，
２２０内のサセプタ１２，１２Ａの下に設けられてい
る。
００は、Ｈｆ層を形成するための第１の成膜チャンバ２
１０、及びＨｆＢX層を成膜するための第２の成膜チャ
ンバ２２０から成る。第１の成膜チャンバ２１０には、
原料ガス供給部からマスフローコントローラ及び第１の
ガス導入部４０を通して第１の原料ガスが供給される。
また、第２の原料ガスが同様に、マスフローコントロー
ラ及び第２のガス導入部４２を通して成膜チャンバ２１
０に供給される。第２の成膜チャンバ２２０には、原料
ガス供給部からマスフローコントローラ及び第１のガス
導入部４０Ａを通して第１の原料ガスが供給され、第２
の原料ガスが、同様にマスフローコントローラ及び第２
のガス導入部４２Ａを通して供給される。第１の成膜チ
ャンバ２１０と第２の成膜チャンバ２２０とはゲートバ
ルブ２３０を介して接続されている。また、ランプ加熱
手段５０，５０Ａが、それぞれの成膜チャンバ２１０，
２２０内のサセプタ１２，１２Ａの下に設けられてい
る。
【００３２】図３に示すプラズマプロセス装置２００を
使用して、ブランケットタングステンＣＶＤ法でコンタ
クトホールを形成する工程を、図１を参照して説明す
る。半導体基板とタングステンから成る金属層との間
に、先ずＨｆ層を形成し、連続して、ＨｆＢX層を形成
し、密着層を完成させた。開口部内に形成される金属材
料はタングステンから成る。
使用して、ブランケットタングステンＣＶＤ法でコンタ
クトホールを形成する工程を、図１を参照して説明す
る。半導体基板とタングステンから成る金属層との間
に、先ずＨｆ層を形成し、連続して、ＨｆＢX層を形成
し、密着層を完成させた。開口部内に形成される金属材
料はタングステンから成る。
【００３３】［工程−２００］先ず、図１の（Ａ）に示
した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形成
した。
した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形成
した。
【００３４】［工程−２１０］次に図３に示した２つの
成膜チャンバを有するバイアス印加可能なＥＣＲ−ＣＶ
Ｄ装置にて、先ず、成膜チャンバ２１０内で、３０ｎｍ
厚さのＨｆ層１０８を実施例１と同じ条件で形成する。
即ち、Ｈｆ層１０８の形成条件を以下のとおりとした。
第１の原料ガスとしてＨｆＯＣｌ2を、第２の原料ガス
としてＨ2を使用した。 ガス ＨｆＯＣｌ2／Ａｒ／Ｈ2＝１０／４０／
５０sccm 温度 約４００°Ｃ 圧力 ０．１３Ｐａ マイクロ波 ２．８ｋＷ 尚、半導体基板１００をランプ加熱手段５０によって約
４００゜Ｃに加熱しておく。ＨｆＯＣｌ2の代わりにＨ
ｆ（Ｏ−ｔ−Ｃ4Ｈ9）4を使用することもできる。
成膜チャンバを有するバイアス印加可能なＥＣＲ−ＣＶ
Ｄ装置にて、先ず、成膜チャンバ２１０内で、３０ｎｍ
厚さのＨｆ層１０８を実施例１と同じ条件で形成する。
即ち、Ｈｆ層１０８の形成条件を以下のとおりとした。
第１の原料ガスとしてＨｆＯＣｌ2を、第２の原料ガス
としてＨ2を使用した。 ガス ＨｆＯＣｌ2／Ａｒ／Ｈ2＝１０／４０／
５０sccm 温度 約４００°Ｃ 圧力 ０．１３Ｐａ マイクロ波 ２．８ｋＷ 尚、半導体基板１００をランプ加熱手段５０によって約
４００゜Ｃに加熱しておく。ＨｆＯＣｌ2の代わりにＨ
ｆ（Ｏ−ｔ−Ｃ4Ｈ9）4を使用することもできる。
【００３５】［工程−２２０］続いて、ＨｆＢX層を形
成した。第１の原料ガスとしてＨｆＯＣｌ2を使用し、
第２の原料ガスとしてＢＣｌ3及びＨ2ガスを使用した。
即ち、Ｈｆ層の形成後、ゲートバルブ２３０を介して搬
送手段（図３には図示せず）によって、半導体基板１０
０を第２の成膜チャンバ２２０に搬入し、第１のガス導
入口４０ＡからＨｆＯＣｌ2を、第２のガス導入口４２
ＡからＢＣｌ3及びＨ2ガスを流し、ＨｆＢX層１１０を
形成する。ＨｆＢX層の具体的な形成条件は以下のとお
りとした。半導体基板１００をランプ加熱手段５０Ａに
よって約６５０゜Ｃに加熱しておく。 温度 約６５０°Ｃ マイクロ波 ２．８ｋＷ 圧力 ０．１３Ｐａ ＲＦバイアス ３００Ｗ ガス ＨｆＯＣｌ2／ＢＣｌ3／Ｈ2／Ａｒ＝１
０／３０／３０／５０sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。Ｈｆ
ＯＣｌ2の代わりにＨｆ（Ｏ−ｔ−Ｃ4Ｈ9）4を使用する
こともできる。また、ＢＣｌ3の代わりに、ＢＢｒ3、Ｂ
2Ｈ6を使用することもできる。ＲＦバイアスを印加する
ので、ＨｆＢXのカバレッジが向上し、一層緻密な膜と
なり、バリア性が向上する。ＨｆＢX層１１０は低圧に
て形成されるため、開口部１０６の底部にも厚く形成さ
れ、図１の（Ｂ）に示す構造が得られる。また、Ｃｌも
揮発性の高い化合物ＨＣｌという形態でＥＣＲ−ＣＶＤ
装置２００から排気され、Ｈｆ層及びＨｆＢX層のＣｌ
含有量が少なくなり、膜質も向上する。又、これらの層
を真空を破らず連続して形成するので、膜質も安定し、
スループットも向上する。
成した。第１の原料ガスとしてＨｆＯＣｌ2を使用し、
第２の原料ガスとしてＢＣｌ3及びＨ2ガスを使用した。
即ち、Ｈｆ層の形成後、ゲートバルブ２３０を介して搬
送手段（図３には図示せず）によって、半導体基板１０
０を第２の成膜チャンバ２２０に搬入し、第１のガス導
入口４０ＡからＨｆＯＣｌ2を、第２のガス導入口４２
ＡからＢＣｌ3及びＨ2ガスを流し、ＨｆＢX層１１０を
形成する。ＨｆＢX層の具体的な形成条件は以下のとお
りとした。半導体基板１００をランプ加熱手段５０Ａに
よって約６５０゜Ｃに加熱しておく。 温度 約６５０°Ｃ マイクロ波 ２．８ｋＷ 圧力 ０．１３Ｐａ ＲＦバイアス ３００Ｗ ガス ＨｆＯＣｌ2／ＢＣｌ3／Ｈ2／Ａｒ＝１
０／３０／３０／５０sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。Ｈｆ
ＯＣｌ2の代わりにＨｆ（Ｏ−ｔ−Ｃ4Ｈ9）4を使用する
こともできる。また、ＢＣｌ3の代わりに、ＢＢｒ3、Ｂ
2Ｈ6を使用することもできる。ＲＦバイアスを印加する
ので、ＨｆＢXのカバレッジが向上し、一層緻密な膜と
なり、バリア性が向上する。ＨｆＢX層１１０は低圧に
て形成されるため、開口部１０６の底部にも厚く形成さ
れ、図１の（Ｂ）に示す構造が得られる。また、Ｃｌも
揮発性の高い化合物ＨＣｌという形態でＥＣＲ−ＣＶＤ
装置２００から排気され、Ｈｆ層及びＨｆＢX層のＣｌ
含有量が少なくなり、膜質も向上する。又、これらの層
を真空を破らず連続して形成するので、膜質も安定し、
スループットも向上する。
【００３６】［工程−２３０］次に、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層を密
着層の上に形成する。形成条件を以下のとおりとした。 ＷＦ6／Ｈ2＝６０／３６０sccm 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ あるいは又、実施例１と同様に２段階でタングステンか
ら成る金属層を形成することもできる。 第１段階（核成長段階） ＷＦ6／ＳｉＨ4＝２５／１０sccm 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ 第２段階（高速成長段階） ＷＦ6／Ｈ2＝６０／３６０sccm 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ これにより、開口部１０６内の密着層１１０上にカバレ
ッジ良くタングステンから成る金属層１１２が形成され
た。こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られた。こ
の際、Ｈｆ／ＨｆＢX層にオーバーハングが生じること
がなく、カバレッジも良いので、開口部１０６内の金属
層にボイドが発生することがなかった。また、開口部１
０６において、このＨｆ／ＨｆＢX層は良好なバリア性
を有する膜として機能した。また、パーティクル発生の
低減や組成の制御の面でも、従来のＴｉＮ層あるいはＴ
ｉＯＮ層の形成よりも改善された。次いで、層間絶縁層
１０４の上面上のタングステンから成る金属層を選択的
にエッチバックして、開口部１０６内に金属層が形成さ
れたメタルプラグを完成させる。
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層を密
着層の上に形成する。形成条件を以下のとおりとした。 ＷＦ6／Ｈ2＝６０／３６０sccm 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ あるいは又、実施例１と同様に２段階でタングステンか
ら成る金属層を形成することもできる。 第１段階（核成長段階） ＷＦ6／ＳｉＨ4＝２５／１０sccm 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ 第２段階（高速成長段階） ＷＦ6／Ｈ2＝６０／３６０sccm 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ これにより、開口部１０６内の密着層１１０上にカバレ
ッジ良くタングステンから成る金属層１１２が形成され
た。こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られた。こ
の際、Ｈｆ／ＨｆＢX層にオーバーハングが生じること
がなく、カバレッジも良いので、開口部１０６内の金属
層にボイドが発生することがなかった。また、開口部１
０６において、このＨｆ／ＨｆＢX層は良好なバリア性
を有する膜として機能した。また、パーティクル発生の
低減や組成の制御の面でも、従来のＴｉＮ層あるいはＴ
ｉＯＮ層の形成よりも改善された。次いで、層間絶縁層
１０４の上面上のタングステンから成る金属層を選択的
にエッチバックして、開口部１０６内に金属層が形成さ
れたメタルプラグを完成させる。
【００３７】（実施例３）実施例３は、本発明の密着層
及びメタルプラグ形成方法を、ブランケットタングステ
ンＣＶＤ法でコンタクトホールを形成する場合に適用し
た例であり、半導体基板とタングステンから成る金属層
との間に、先ずＺｒ層を形成し次いで連続してＺｒＢX
層を形成し、密着層を完成させる。開口部内に形成され
る金属材料はタングステンから成る。実施例３において
は、図２に示すＥＣＲプラズマプロセス装置を使用し
た。また、Ｚｒ層を形成するための原料ガスとしてＺｒ
Ｃｌ4／Ｈ2を使用し、ＺｒＢX層を形成するための原料
ガスとしてＺｒＣｌ4／ＢＣｌ3／Ｈ2を使用した。
及びメタルプラグ形成方法を、ブランケットタングステ
ンＣＶＤ法でコンタクトホールを形成する場合に適用し
た例であり、半導体基板とタングステンから成る金属層
との間に、先ずＺｒ層を形成し次いで連続してＺｒＢX
層を形成し、密着層を完成させる。開口部内に形成され
る金属材料はタングステンから成る。実施例３において
は、図２に示すＥＣＲプラズマプロセス装置を使用し
た。また、Ｚｒ層を形成するための原料ガスとしてＺｒ
Ｃｌ4／Ｈ2を使用し、ＺｒＢX層を形成するための原料
ガスとしてＺｒＣｌ4／ＢＣｌ3／Ｈ2を使用した。
【００３８】［工程−３００］先ず、図１の（Ａ）に示
した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形成
した。
した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形成
した。
【００３９】［工程−３１０］次に、図２に示したＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ装置１を用いて、Ｚｒ層を形成する。第１の
原料ガスとしてＺｒＣｌ4を、第２の原料ガスとしてＨ2
を使用した。第１のガス導入部４０からＺｒＣｌ4ガス
を、第２のガス導入部４２からＨ2ガスを、成膜チャン
バ１０に供給し、厚さ３０ｎｍのＺｒ層１０８を層間絶
縁層１０４の上面上及び開口部１０６内に形成する。Ｚ
ｒ層１０８の成膜条件を以下のとおりとした。 ガス ＺｒＣｌ4／Ａｒ／Ｈ2＝１０／４０／５
０sccm 温度 約４００°Ｃ 圧力 ０．１３Ｐａ マイクロ波 ２．８ｋＷ 半導体基板１００はランプ加熱手段５０によって約４０
０゜Ｃに加熱される。ＺｒＣｌ4の代わりにＺｒＣｌ3を
使用することもできる。ＺｒＣｌ4及びＺｒＣｌ3は液体
原料である。それ故、これらを水等の溶媒に溶かした
後、Ｈｅガス等でバブリングして原料ガスとして使用す
る。
Ｒ−ＣＶＤ装置１を用いて、Ｚｒ層を形成する。第１の
原料ガスとしてＺｒＣｌ4を、第２の原料ガスとしてＨ2
を使用した。第１のガス導入部４０からＺｒＣｌ4ガス
を、第２のガス導入部４２からＨ2ガスを、成膜チャン
バ１０に供給し、厚さ３０ｎｍのＺｒ層１０８を層間絶
縁層１０４の上面上及び開口部１０６内に形成する。Ｚ
ｒ層１０８の成膜条件を以下のとおりとした。 ガス ＺｒＣｌ4／Ａｒ／Ｈ2＝１０／４０／５
０sccm 温度 約４００°Ｃ 圧力 ０．１３Ｐａ マイクロ波 ２．８ｋＷ 半導体基板１００はランプ加熱手段５０によって約４０
０゜Ｃに加熱される。ＺｒＣｌ4の代わりにＺｒＣｌ3を
使用することもできる。ＺｒＣｌ4及びＺｒＣｌ3は液体
原料である。それ故、これらを水等の溶媒に溶かした
後、Ｈｅガス等でバブリングして原料ガスとして使用す
る。
【００４０】［工程−３２０］続いて、ＺｒＢX層を形
成した。第１の原料ガスとしてＺｒＣｌ4を使用し、第
２の原料ガスとしてＢＣｌ3及びＨ2ガスを使用した。第
１のガス導入部４０からＺｒＣｌ4ガスを、第２のガス
導入部４２からＢＣｌ3及びＨ2ガスを流し、厚さ５０ｎ
ｍのＺｒＢX層１１０をＺｒ層１０８の上に形成する。
ＺｒＢX層１１０の成膜条件を以下のとおりとした。 温度 約６５０°Ｃ マイクロ波 ２．８ｋＷ 圧力 ０．１３Ｐａ ＲＦバイアス ３００Ｗ ガス ＺｒＣｌ4／ＢＣｌ3／Ｈ2／Ａｒ＝１０
／３０／３０／５０sccm ガス流量の比は適宜に設定することができる。ＺｒＣｌ
4の代わりにＺｒＣｌ3を使用することもできる。また、
ＢＣｌ3の代わりに、ＢＢｒ3、Ｂ2Ｈ6を使用することも
できる。半導体基板１００をランプ加熱手段５０によっ
て約６５０゜Ｃに加熱しておく。また、ＲＦバイアスを
印加するので、ＺｒＢXのカバレッジが向上し、一層緻
密な膜となり、バリア性が向上する。ＺｒＢX層１１０
は低圧にて形成されるため、開口部１０６の底部にも厚
く形成され、図１の（Ｂ）に示す構造が得られる。更に
は、Ｃｌも揮発性の高い化合物ＨＣｌという形態でＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ装置１から排気され、Ｚｒ層及びＺｒＢX層
のＣｌ含有量が少なくなり、膜質も向上する。又、これ
らの層を真空を破らず連続して形成するので、膜質も安
定し、スループットも向上する。
成した。第１の原料ガスとしてＺｒＣｌ4を使用し、第
２の原料ガスとしてＢＣｌ3及びＨ2ガスを使用した。第
１のガス導入部４０からＺｒＣｌ4ガスを、第２のガス
導入部４２からＢＣｌ3及びＨ2ガスを流し、厚さ５０ｎ
ｍのＺｒＢX層１１０をＺｒ層１０８の上に形成する。
ＺｒＢX層１１０の成膜条件を以下のとおりとした。 温度 約６５０°Ｃ マイクロ波 ２．８ｋＷ 圧力 ０．１３Ｐａ ＲＦバイアス ３００Ｗ ガス ＺｒＣｌ4／ＢＣｌ3／Ｈ2／Ａｒ＝１０
／３０／３０／５０sccm ガス流量の比は適宜に設定することができる。ＺｒＣｌ
4の代わりにＺｒＣｌ3を使用することもできる。また、
ＢＣｌ3の代わりに、ＢＢｒ3、Ｂ2Ｈ6を使用することも
できる。半導体基板１００をランプ加熱手段５０によっ
て約６５０゜Ｃに加熱しておく。また、ＲＦバイアスを
印加するので、ＺｒＢXのカバレッジが向上し、一層緻
密な膜となり、バリア性が向上する。ＺｒＢX層１１０
は低圧にて形成されるため、開口部１０６の底部にも厚
く形成され、図１の（Ｂ）に示す構造が得られる。更に
は、Ｃｌも揮発性の高い化合物ＨＣｌという形態でＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ装置１から排気され、Ｚｒ層及びＺｒＢX層
のＣｌ含有量が少なくなり、膜質も向上する。又、これ
らの層を真空を破らず連続して形成するので、膜質も安
定し、スループットも向上する。
【００４１】［工程−３３０］次に、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層をＺ
ｒ／ＺｒＢX層から成る密着層の上に形成する。形成条
件は、実施例１と同様であり、その詳細な説明は省略す
る。これにより、開口部１０６内の密着層１１０上にカ
バレッジ良くタングステンから成る金属層１１２が形成
された。こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られ
た。この際、Ｚｒ／ＺｒＢX層にオーバーハングが生じ
ることがなく、カバレッジも良いので、開口部１０６内
の金属層にボイドが発生することがなかった。また、開
口部１０６において、このＺｒ／ＺｒＢX層は良好なバ
リア性を有する膜として機能した。更には、パーティク
ル発生の低減や組成の制御の面でも、従来のＴｉＮ層あ
るいはＴｉＯＮ層の形成よりも改善された。次いで、層
間絶縁層１０４の上面上のタングステンから成る金属層
を選択的にエッチバックして、開口部１０６内に金属層
が形成されたメタルプラグを完成させる。
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層をＺ
ｒ／ＺｒＢX層から成る密着層の上に形成する。形成条
件は、実施例１と同様であり、その詳細な説明は省略す
る。これにより、開口部１０６内の密着層１１０上にカ
バレッジ良くタングステンから成る金属層１１２が形成
された。こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られ
た。この際、Ｚｒ／ＺｒＢX層にオーバーハングが生じ
ることがなく、カバレッジも良いので、開口部１０６内
の金属層にボイドが発生することがなかった。また、開
口部１０６において、このＺｒ／ＺｒＢX層は良好なバ
リア性を有する膜として機能した。更には、パーティク
ル発生の低減や組成の制御の面でも、従来のＴｉＮ層あ
るいはＴｉＯＮ層の形成よりも改善された。次いで、層
間絶縁層１０４の上面上のタングステンから成る金属層
を選択的にエッチバックして、開口部１０６内に金属層
が形成されたメタルプラグを完成させる。
【００４２】（実施例４）図３に示すプラズマプロセス
装置２００を使用して、ブランケットタングステンＣＶ
Ｄ法でコンタクトホールを形成する工程を、図１を参照
して説明する。半導体基板とタングステンから成る金属
層との間に、先ずＺｒ層を形成し、連続して、ＺｒＢX
から成る密着層を形成した。開口部内に形成される金属
材料はタングステンから成る。
装置２００を使用して、ブランケットタングステンＣＶ
Ｄ法でコンタクトホールを形成する工程を、図１を参照
して説明する。半導体基板とタングステンから成る金属
層との間に、先ずＺｒ層を形成し、連続して、ＺｒＢX
から成る密着層を形成した。開口部内に形成される金属
材料はタングステンから成る。
【００４３】［工程− ４００］先ず、図１の（Ａ）に
示した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形
成した。
示した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形
成した。
【００４４】［工程−４１０］次に図３に示した２つの
成膜チャンバを有するバイアス印加可能なＥＣＲ−ＣＶ
Ｄ装置２００を用いて、先ず、成膜チャンバ２１０内
で、３０ｎｍ厚さのＺｒ層１０８を形成した。第１の原
料ガスとしてＺｒＣｌ4を、第２の原料ガスとしてＨ2を
使用した。第１のガス導入部４０からＺｒＣｌ4ガス
を、第２のガス導入部４２からＨ2ガスを、成膜チャン
バ２１０に供給し、厚さ３０ｎｍのＺｒ層１０８を層間
絶縁層１０４の上面上及び開口部１０６内に形成する。
Ｚｒ層１０８の成膜条件は、実施例３におけるＺｒ層の
形成条件と同様とすることができる。
成膜チャンバを有するバイアス印加可能なＥＣＲ−ＣＶ
Ｄ装置２００を用いて、先ず、成膜チャンバ２１０内
で、３０ｎｍ厚さのＺｒ層１０８を形成した。第１の原
料ガスとしてＺｒＣｌ4を、第２の原料ガスとしてＨ2を
使用した。第１のガス導入部４０からＺｒＣｌ4ガス
を、第２のガス導入部４２からＨ2ガスを、成膜チャン
バ２１０に供給し、厚さ３０ｎｍのＺｒ層１０８を層間
絶縁層１０４の上面上及び開口部１０６内に形成する。
Ｚｒ層１０８の成膜条件は、実施例３におけるＺｒ層の
形成条件と同様とすることができる。
【００４５】［工程−４２０］続いて、ＺｒＢX層を形
成する。第１の原料ガスとしてＺｒＣｌ4を使用し、第
２の原料ガスとしてＢＣｌ3及びＨ2ガスを使用した。即
ち、Ｚｒ層１０８の形成後、ゲートバルブ２３０を介し
て搬送手段（図３には図示せず）によって、半導体基板
１００を第２の成膜チャンバ２２０に搬入し、第１のガ
ス導入口４０ＡからＺｒＣｌ4を、第２のガス導入口４
２ＡからＢＣｌ3及びＨ2ガスを流し、ＺｒＢX層１１０
を形成する。ＺｒＢX層の具体的な形成条件は、実施例
３におけるＺｒＢXの形成条件と同様であり、その詳細
な説明は省略する。これによって、図１の（Ｂ）に示す
構造が得られた。
成する。第１の原料ガスとしてＺｒＣｌ4を使用し、第
２の原料ガスとしてＢＣｌ3及びＨ2ガスを使用した。即
ち、Ｚｒ層１０８の形成後、ゲートバルブ２３０を介し
て搬送手段（図３には図示せず）によって、半導体基板
１００を第２の成膜チャンバ２２０に搬入し、第１のガ
ス導入口４０ＡからＺｒＣｌ4を、第２のガス導入口４
２ＡからＢＣｌ3及びＨ2ガスを流し、ＺｒＢX層１１０
を形成する。ＺｒＢX層の具体的な形成条件は、実施例
３におけるＺｒＢXの形成条件と同様であり、その詳細
な説明は省略する。これによって、図１の（Ｂ）に示す
構造が得られた。
【００４６】［工程−４３０］次に、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層を密
着層１１０の上に形成する。形成条件は、実施例２と同
様の条件であり、その詳細な説明は省略する。こうし
て、図１の（Ｃ）に示す構造が得られた。次いで、層間
絶縁層１０４の上面上の金属層を選択的にエッチバック
して、開口部１０６内に金属層が形成されたメタルプラ
グを完成させる。
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層を密
着層１１０の上に形成する。形成条件は、実施例２と同
様の条件であり、その詳細な説明は省略する。こうし
て、図１の（Ｃ）に示す構造が得られた。次いで、層間
絶縁層１０４の上面上の金属層を選択的にエッチバック
して、開口部１０６内に金属層が形成されたメタルプラ
グを完成させる。
【００４７】以上、実施例に基づき、本発明の密着層及
びメタルプラグの形成方法を説明したが、本発明はこれ
らの実施例に限定されるものではない。タングステンを
使用したブランケットＣＶＤ法の代わりに、Ｍｏ、Ｔ
ｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ等、あるいは、Ｗ、Ｍｏ、
Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ等の各種シリサイドを使用したブラン
ケットＣＶＤ法に本発明を適用することができる。ま
た、アルミニウムを使用して、メタルプラグを選択ＣＶ
Ｄ法で形成することもできる。
びメタルプラグの形成方法を説明したが、本発明はこれ
らの実施例に限定されるものではない。タングステンを
使用したブランケットＣＶＤ法の代わりに、Ｍｏ、Ｔ
ｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ等、あるいは、Ｗ、Ｍｏ、
Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ等の各種シリサイドを使用したブラン
ケットＣＶＤ法に本発明を適用することができる。ま
た、アルミニウムを使用して、メタルプラグを選択ＣＶ
Ｄ法で形成することもできる。
【００４８】更には、ブランケットＣＶＤ法の代わり
に、所謂、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用し
て高温スパッタ法にてメタルプラグを形成することも可
能である。この高温スパッタ法においては、半導体基板
が高温に加熱されているため、開口部内に堆積した配線
材料も約４００°Ｃ以上融点以下まで加熱される。その
結果、軟化した配線材料が流動状態となり開口部内を流
れることが可能となる。即ち、Ｈｆ／ＨｆＢX層あるい
はＺｒ／ＺｒＢX層から成る密着層を形成した後、真空
を破らずに連続して他のチャンバでＡｌ−１％Ｓｉから
成るアルミニウム合金を、例えば、以下の条件の高温ス
パッタ法に従って成膜することができる。 成膜パワー ＤＣ １０ｋＷ スパッタ圧力 ０．４Ｐａ 基板加熱温度 ５００°Ｃ プロセスガス Ａｒ：１００sccm 成膜速度 ０．３〜０．９μｍ／分
に、所謂、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用し
て高温スパッタ法にてメタルプラグを形成することも可
能である。この高温スパッタ法においては、半導体基板
が高温に加熱されているため、開口部内に堆積した配線
材料も約４００°Ｃ以上融点以下まで加熱される。その
結果、軟化した配線材料が流動状態となり開口部内を流
れることが可能となる。即ち、Ｈｆ／ＨｆＢX層あるい
はＺｒ／ＺｒＢX層から成る密着層を形成した後、真空
を破らずに連続して他のチャンバでＡｌ−１％Ｓｉから
成るアルミニウム合金を、例えば、以下の条件の高温ス
パッタ法に従って成膜することができる。 成膜パワー ＤＣ １０ｋＷ スパッタ圧力 ０．４Ｐａ 基板加熱温度 ５００°Ｃ プロセスガス Ａｒ：１００sccm 成膜速度 ０．３〜０．９μｍ／分
【００４９】層間絶縁層は、ＳｉＯ2だけでなく、ＰＳ
Ｇ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、ＳｂＳ
Ｇ、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ、ＳＯＧ、ＳｉＯＮ等か
ら構成することができ、従来のＣＶＤ法で形成すること
ができる。また、開口部の形成は、通常、フォトリソグ
ラフィ法及びリアクティブ・イオン・エッチング法で形
成することができる。
Ｇ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、ＳｂＳ
Ｇ、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ、ＳＯＧ、ＳｉＯＮ等か
ら構成することができ、従来のＣＶＤ法で形成すること
ができる。また、開口部の形成は、通常、フォトリソグ
ラフィ法及びリアクティブ・イオン・エッチング法で形
成することができる。
【００５０】また、不純物拡散領域にコンタクトホール
を形成する実施例に基づいて本発明を説明したが、本発
明のメタルプラグ形成方法は、配線材料によって形成さ
れた下層配線層と上層配線層を電気的に接続するための
所謂ビヤホールの形成、あるいはスルーホールの形成に
も適用することができる。
を形成する実施例に基づいて本発明を説明したが、本発
明のメタルプラグ形成方法は、配線材料によって形成さ
れた下層配線層と上層配線層を電気的に接続するための
所謂ビヤホールの形成、あるいはスルーホールの形成に
も適用することができる。
【００５１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の密着層及び
メタルプラグ形成方法によれば、バリア性の高いＨｆ又
はＺｒ系化合物から成る密着層を、パーティクルの発生
を抑制しつつ、安定性して形成でき、組成の制御も行い
易い。更に、密着層の形成時酸素の添加が必要なくな
り、原料ガスの制御が容易となる。しかも、ＴｉＯＮ層
の形成時、問題となるバリアメタルのシート抵抗の変動
も生じることがない。従って、信頼性の高いプロセスで
半導体装置を製造することができる。又、例えばＨｆ又
はＺｒ層とＨｆＢX又はＺｒＢX層を連続して形成すれ
ば、半導体基板を大気に暴露させることがなく、密着層
等の膜質が向上するし、スループットも向上する。従っ
て信頼性の高い電子デバイスを生産性良く製造すること
ができる。
メタルプラグ形成方法によれば、バリア性の高いＨｆ又
はＺｒ系化合物から成る密着層を、パーティクルの発生
を抑制しつつ、安定性して形成でき、組成の制御も行い
易い。更に、密着層の形成時酸素の添加が必要なくな
り、原料ガスの制御が容易となる。しかも、ＴｉＯＮ層
の形成時、問題となるバリアメタルのシート抵抗の変動
も生じることがない。従って、信頼性の高いプロセスで
半導体装置を製造することができる。又、例えばＨｆ又
はＺｒ層とＨｆＢX又はＺｒＢX層を連続して形成すれ
ば、半導体基板を大気に暴露させることがなく、密着層
等の膜質が向上するし、スループットも向上する。従っ
て信頼性の高い電子デバイスを生産性良く製造すること
ができる。
【図１】本発明の各実施例の工程を説明するための、半
導体素子の模式的な一部断面図である。
導体素子の模式的な一部断面図である。
【図２】本発明の密着層の形成に適したＣＶＤ装置の一
例の構成を示す図である。
例の構成を示す図である。
【図３】本発明の密着層の形成に適したＣＶＤ装置の別
の例の構成を示す図である。
の例の構成を示す図である。
【図４】従来の技術における問題点を示す図である。
１００ 半導体基板 １０２ 不純物拡散領域 １０４ 層間絶縁層 １０６ 開口部 １０８ Ｈｆ層又はＺｒ層 １１０ ＨｆＢX層又はＺｒＢX層 １１２ 金属層 １１４ ボイド １，２００ プラズマプロセス装置 １０，２１０，２２０ 成膜チャンバ ２０ プラズマチャンバ １２，１２Ａ サセプタ １６ ガス排気部 ２２ マイクロ波導入窓 ２４ 磁気コイル ２６ レクタンギュラーウエイブガイド ２８ ＲＦ電源 ３０ Ａｒガス導入口 ３２ プラズマ流 ３４ ＲＦバイアス印加装置 ４０，４０Ａ，４２，４２Ａ ガス導入部 ５０，５０Ａ ランプ加熱手段 ５２ ランプ ２３０ ゲートバルブ
Claims (5)
- 【請求項１】Ｈｆ層及びＨｆＢX層から成ることを特徴
とする、半導体装置のメタルプラグのための密着層。 - 【請求項２】Ｚｒ層及びＺｒＢX層から成ることを特徴
とする、半導体装置のメタルプラグのための密着層。 - 【請求項３】（イ）半導体基板上に形成された層間絶縁
層に開口部を形成する工程と、 （ロ）層間絶縁層の上面及び開口部内に、Ｈｆ層及びＨ
ｆＢX層から成る密着層を順次形成する工程と、 （ハ）金属材料を開口部内に形成する工程、 から成ることを特徴とするメタルプラグ形成方法。 - 【請求項４】（イ）半導体基板上に形成された層間絶縁
層に開口部を形成する工程と、 （ロ）層間絶縁層の上面及び開口部内に、Ｚｒ層及びＺ
ｒＢX層から成る密着層を順次形成する工程と、 （ハ）金属材料を開口部内に形成する工程、 から成ることを特徴とするメタルプラグ形成方法。 - 【請求項５】前記密着層を、電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマＣＶＤ法にて形成することを特徴とする請求項３
又は請求項４に記載のメタルプラグ形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17365892A JPH05343354A (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 半導体装置の密着層及びメタルプラグ形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17365892A JPH05343354A (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 半導体装置の密着層及びメタルプラグ形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343354A true JPH05343354A (ja) | 1993-12-24 |
Family
ID=15964701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17365892A Pending JPH05343354A (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 半導体装置の密着層及びメタルプラグ形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05343354A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004502301A (ja) * | 2000-06-27 | 2004-01-22 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 化学吸着技術を用いるホウ化物バリア層の形成 |
| KR100571626B1 (ko) * | 1999-07-27 | 2006-04-17 | 주식회사 하이닉스반도체 | 지르코늄다이보라이드 확산방지막을 이용한 반도체 소자의 금속배선 형성 방법 |
| KR100687879B1 (ko) * | 2005-06-30 | 2007-02-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속컨택 형성방법 |
-
1992
- 1992-06-09 JP JP17365892A patent/JPH05343354A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100571626B1 (ko) * | 1999-07-27 | 2006-04-17 | 주식회사 하이닉스반도체 | 지르코늄다이보라이드 확산방지막을 이용한 반도체 소자의 금속배선 형성 방법 |
| JP2004502301A (ja) * | 2000-06-27 | 2004-01-22 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 化学吸着技術を用いるホウ化物バリア層の形成 |
| KR100687879B1 (ko) * | 2005-06-30 | 2007-02-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속컨택 형성방법 |
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