JPH06260444A - Wiring structure and manufacture thereof - Google Patents
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- JPH06260444A JPH06260444A JP6919793A JP6919793A JPH06260444A JP H06260444 A JPH06260444 A JP H06260444A JP 6919793 A JP6919793 A JP 6919793A JP 6919793 A JP6919793 A JP 6919793A JP H06260444 A JPH06260444 A JP H06260444A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に設ける配
線構造およびその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wiring structure provided in a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】デバイスの高集積化にともない、半導体
プロセスの寸法ルールは微細化している。したがって、
コンタクトホール径も微細化している。このため、コン
タクト抵抗は、コンタクト面積に比例して上昇する。ま
たコンタクトホールの微細化でコンタクトホール内に形
成されるバリアメタル層のカバリッジも低下し、これに
よってバリア性の低下を来している。ここで、従来の配
線プロセスの一例を、図４の製造工程図により説明す
る。2. Description of the Related Art With higher integration of devices, the dimensional rules of semiconductor processes are becoming finer. Therefore,
The contact hole diameter is also becoming smaller. Therefore, the contact resistance increases in proportion to the contact area. Further, due to the miniaturization of the contact hole, the coverage of the barrier metal layer formed in the contact hole is also lowered, which causes the deterioration of the barrier property. Here, an example of a conventional wiring process will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG.
【０００３】図４の（１）に示すように、半導体基板５
１の上面には絶縁膜５２が形成されている。この絶縁膜
５２には、上記半導体基板５１に達するコンタクトホー
ル５３が設けられている。またコンタクトホール５３の
底部側における半導体基板５１の上層には拡散層５４が
形成されている。このような構造の半導体基板５１に対
して、例えば通常のスパッタ法によって、上記コンタク
トホール５３の内壁と上記絶縁膜５２の上面とにチタン
膜５５と窒化チタン膜５６とを積層状態に形成する。As shown in FIG. 4A, the semiconductor substrate 5
An insulating film 52 is formed on the upper surface of 1. The insulating film 52 is provided with a contact hole 53 reaching the semiconductor substrate 51. A diffusion layer 54 is formed in the upper layer of the semiconductor substrate 51 on the bottom side of the contact hole 53. On the semiconductor substrate 51 having such a structure, a titanium film 55 and a titanium nitride film 56 are formed in a laminated state on the inner wall of the contact hole 53 and the upper surface of the insulating film 52 by, for example, a normal sputtering method.
【０００４】さらに図４の（２）に示すように、通常の
プラグ形成方法として、例えばブランケットタングステ
ン法によって、コンタクトホール５３の内部にタングス
テンプラグ５７を形成する。このとき、２点鎖線で示す
部分のチタン膜５５と窒化チタン膜５６とが除去され
る。Further, as shown in FIG. 4B, a tungsten plug 57 is formed inside the contact hole 53 by, for example, a blanket tungsten method as a usual plug forming method. At this time, the titanium film 55 and the titanium nitride film 56 in the part indicated by the chain double-dashed line are removed.
【０００５】次いで図４の（３）に示すように、例えば
スパッタ法によって、前記タングステンプラグ５７に接
続する状態に絶縁膜５２上にチタン膜５８を成膜する。
さらにチタン膜５８の表面に窒化酸化チタン膜５９とア
ルミニウム合金膜（例えばアルミニウム−シリコン膜）
６０とを順に積層状態に成膜する。Next, as shown in FIG. 4C, a titanium film 58 is formed on the insulating film 52 so as to be connected to the tungsten plug 57 by, for example, a sputtering method.
Further, a titanium nitride oxide film 59 and an aluminum alloy film (for example, an aluminum-silicon film) are formed on the surface of the titanium film 58.
60 and 60 are sequentially formed in a laminated state.
【０００６】その後、図４の（４）に示すように、通常
のホトリソグラフィー技術とエッチングとによって、上
記チタン膜５８，窒化酸化チタン膜５９，アルミニウム
合金膜６０の各２点鎖線で示す部分を除去し、残した上
記チタン膜５８，窒化酸化チタン膜５９，アルミニウム
合金膜６０で上記タングステンプラグ５７に接続する配
線６１を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 4 (4), the portions of the titanium film 58, the titanium oxynitride film 59, and the aluminum alloy film 60, which are indicated by the two-dot chain lines, are removed by the usual photolithography technique and etching. A wiring 61 connected to the tungsten plug 57 is formed by the titanium film 58, the titanium oxynitride film 59, and the aluminum alloy film 60 which are removed and left.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記製造方法によって
形成される配線構造では、スパッタ法によってバリアメ
タルになる窒化チタン膜を形成したので、コンタクトホ
ール内のカバリッジが非常に悪い。このため、タングス
テンプラグをブランケットタングステン法のようなＣＶ
Ｄ法を用いて形成した場合には、窒化チタン膜の薄い部
分が突き破られ、成膜ガスに用いる六フッ化タングステ
ン（ＷＦ6 ）ガスのフッ素によって半導体基板のシリコ
ンが腐食される。この結果、この部分に、例えば拡散層
を形成した場合には、接合リークが大きなものになる。In the wiring structure formed by the above manufacturing method, since the titanium nitride film serving as the barrier metal is formed by the sputtering method, the coverage in the contact hole is very bad. For this reason, the tungsten plug is used as a CV as in the blanket tungsten method.
When the film is formed by the D method, the thin portion of the titanium nitride film is pierced and the silicon of the semiconductor substrate is corroded by the fluorine of the tungsten hexafluoride (WF 6 ) gas used as the film forming gas. As a result, when, for example, a diffusion layer is formed in this portion, the junction leak becomes large.
【０００８】またコンタクトホールを形成する際のエッ
チングによって、下地の半導体基板が掘られる。このた
め、窒化チタン膜は掘れた部分の側壁にも形成される。
このように半導体基板の掘られた部分の側壁に形成され
る窒化チタン膜の結晶性とコンタクトホールの底部側の
半導体基板に形成される窒化チタン膜の結晶性とは連続
した状態にならない。したがって、結晶と結晶との間に
空間ができ易くなるので、空間ができたものではその部
分のバリア性が非常に低下する。The underlying semiconductor substrate is dug by etching when forming the contact hole. Therefore, the titanium nitride film is also formed on the side wall of the dug portion.
Thus, the crystallinity of the titanium nitride film formed on the sidewall of the dug portion of the semiconductor substrate and the crystallinity of the titanium nitride film formed on the semiconductor substrate on the bottom side of the contact hole are not continuous. Therefore, a space is likely to be formed between the crystals, and in the case where the space is formed, the barrier property of the portion is significantly deteriorated.
【０００９】さらにチタン膜と窒化チタン膜とをＣＶＤ
法によって形成した場合には、コンタクトホール内にお
けるカバリッジ性は改善される。しかしながら、窒化チ
タン膜が多結晶状態で成膜されるために、例えば後の拡
散工程またはアニール処理工程等で高温状態に保持する
ような工程を行った場合には、窒化チタン膜の結晶粒界
より成膜ガス成分のフッ素が侵入して半導体基板の腐食
を招く、または上層の金属配線の拡散を生じさせる等の
課題を有する。このため、バリア性に優れた配線構造に
ならない。Further, a titanium film and a titanium nitride film are formed by CVD.
When formed by the method, the coverage in the contact hole is improved. However, since the titanium nitride film is formed in a polycrystalline state, the crystal grain boundaries of the titanium nitride film may be changed when a process such as a diffusion process or an annealing process that is performed at a high temperature is performed. Further, there is a problem that fluorine as a film forming gas component invades to cause corrosion of the semiconductor substrate or cause diffusion of the upper metal wiring. Therefore, the wiring structure having an excellent barrier property cannot be obtained.
【００１０】本発明は、バリア性に優れた配線構造およ
びその製造方法を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a wiring structure having an excellent barrier property and a manufacturing method thereof.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたものである。すなわち、配線構造
としては、少なくとも単結晶シリコン基板と配線との接
続領域における当該単結晶シリコン基板と当該配線との
間に、単結晶窒化チタン膜を設けたものである。The present invention has been made to achieve the above object. That is, as the wiring structure, the single crystal titanium nitride film is provided at least between the single crystal silicon substrate and the wiring in the connection region between the single crystal silicon substrate and the wiring.
【００１２】また製造方法としては、第１の工程で、少
なくとも配線形成膜を成膜する部分における単結晶シリ
コン基板の表面を例えば水素プラズマにさらして清浄化
処理を行った後、第２の工程で、少なくとも上記清浄化
処理を行った部分の単結晶シリコン基板を非酸化性の雰
囲気に保持した状態で、当該単結晶シリコン基板の結晶
方位を基にして、当該単結晶シリコン基板上に単結晶窒
化チタン膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル
成長種を生成する。続いて第３の工程で、生成したエピ
タキシャル成長種を種にして窒化チタンをエピタキシャ
ル成長させて単結晶窒化チタン膜を形成する。その後第
４の工程で、単結晶窒化チタン膜を介して単結晶シリコ
ン基板に接続する配線を形成する。As the manufacturing method, in the first step, at least the surface of the single crystal silicon substrate at which the wiring forming film is to be formed is exposed to, for example, hydrogen plasma to perform a cleaning treatment, and then the second step is performed. In the state where at least the portion of the single crystal silicon substrate that has been subjected to the cleaning treatment is held in a non-oxidizing atmosphere, the single crystal on the single crystal silicon substrate is based on the crystal orientation of the single crystal silicon substrate. An epitaxial growth seed for epitaxially growing the titanium nitride film is generated. Then, in a third step, titanium nitride is epitaxially grown using the generated epitaxial growth seeds to form a single crystal titanium nitride film. After that, in a fourth step, a wiring connecting to the single crystal silicon substrate through the single crystal titanium nitride film is formed.
【００１３】また上記第２の工程におけるエピタキシャ
ル成長種の生成を、７００℃以上１２５０℃以下の温度
雰囲気に設定して行うことが望ましい。さらにこの工程
におけるエピタキシャル成長種の生成を行う前の成膜雰
囲気の圧力を非酸化性状態の圧力に設定することが望ま
しい。さらにまた第２の工程および第３の工程における
エピタキシャル成長時に、単結晶シリコン基板に対して
バイアスを印加しながらエピタキシャル成長を行っても
よい。Further, it is desirable that the epitaxially grown seeds in the second step be set in an atmosphere of a temperature of 700 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower. Further, it is desirable to set the pressure of the film forming atmosphere before the generation of the epitaxially grown seeds in this step to the pressure in the non-oxidizing state. Furthermore, during the epitaxial growth in the second step and the third step, the epitaxial growth may be performed while applying a bias to the single crystal silicon substrate.
【００１４】[0014]
【作用】上記配線構造では、単結晶シリコン基板と配線
との間に単結晶窒化チタン膜を設けたことにより、バリ
ア性の優れたものになる。In the above wiring structure, the single crystal titanium nitride film is provided between the single crystal silicon substrate and the wiring, whereby the barrier property becomes excellent.
【００１５】また上記製造方法では、清浄化処理を行う
ことにより単結晶シリコン基板の表面に形成されている
自然酸化膜が除去される。そして非酸化性の雰囲気に保
った状態で、単結晶窒化チタン膜をエピタキシャル成長
させるエピタキシャル成長種を生成し、続いてそのエピ
タキシャル成長種を種にして単結晶窒化チタン膜を形成
することにより、単結晶シリコン基板の結晶方位にそっ
た単結晶窒化チタン膜が形成される。また形成された単
結晶窒化チタン膜と単結晶シリコン基板とは電気的なオ
ーミック接合になる。Further, in the above manufacturing method, the natural oxide film formed on the surface of the single crystal silicon substrate is removed by performing the cleaning treatment. Then, in a state of being kept in a non-oxidizing atmosphere, an epitaxial growth seed for epitaxially growing the single crystal titanium nitride film is generated, and then the single crystal titanium nitride film is formed by using the epitaxial growth seed as a seed. A single crystal titanium nitride film having a crystal orientation of is formed. Further, the formed single crystal titanium nitride film and the single crystal silicon substrate form an electrical ohmic contact.
【００１６】またエピタキシャル成長種の生成を、７０
０℃以上１２５０℃以下の温度雰囲気に設定して行うこ
とにより、エピタキシャル成長種は単結晶シリコン基板
の結晶方位にそって生成される。例えば生成温度が７０
０℃より低い場合には、多結晶になり、生成温度が１２
５０℃より高い場合には、単結晶シリコン基板が熱変形
し易くなる。したがって、上記温度範囲が好ましい。さ
らにエピタキシャル成長種の生成を行う前の成膜雰囲気
の圧力を非酸化性状態の圧力に設定することにより、エ
ピタキシャル成長種は清浄な単結晶シリコン基板の表面
に生成される。したがって、単結晶シリコン基板の結晶
方位にそった結晶方位の単結晶窒化チタンが生成され
る。さらにまたエピタキシャル成長時に、単結晶シリコ
ン基板に対してバイアスを印加しながらエピタキシャル
成長を行うことにより、結晶方位がそろった単結晶窒化
チタン膜が形成される。Further, the generation of the epitaxially grown seed is controlled by 70
By setting the temperature atmosphere to be 0 ° C. or more and 1250 ° C. or less, the epitaxial growth seeds are generated along the crystal orientation of the single crystal silicon substrate. For example, the generation temperature is 70
When it is lower than 0 ° C, it becomes polycrystalline and the formation temperature is 12
If the temperature is higher than 50 ° C., the single crystal silicon substrate is likely to be thermally deformed. Therefore, the above temperature range is preferable. Further, by setting the pressure of the film forming atmosphere before the generation of the epitaxial growth seeds to the pressure in the non-oxidizing state, the epitaxial growth seeds are generated on the surface of the clean single crystal silicon substrate. Therefore, single crystal titanium nitride having a crystal orientation that matches the crystal orientation of the single crystal silicon substrate is generated. Furthermore, during epitaxial growth, a single crystal titanium nitride film with uniform crystal orientation is formed by performing epitaxial growth while applying a bias to the single crystal silicon substrate.
【００１７】[0017]
【実施例】本発明の実施例を図１に示す概略構成断面図
により説明する。図に示すように、単結晶シリコン基板
１１の上面には絶縁膜１２が形成されている。この絶縁
膜１２は例えば酸化シリコンよりなる。この絶縁膜１２
には、上記単結晶シリコン基板１１に達するコンタクト
ホール１３が形成されている。このコンタクトホール１
３の底部側の単結晶シリコン基板１１には、拡散層１４
が形成されている。また少なくとも上記コンタクトホー
ル１３の底部における上記単結晶シリコン基板１１の上
面には単結晶窒化チタン膜１５が形成されている。そし
てコンタクトホール１３の内部と上記絶縁膜１２上とに
は、上記単結晶窒化チタン膜１５を介して当該単結晶シ
リコン基板１１に接続する配線１６が設けられている。
この配線１６は、例えばアルミニウム−シリコンまたは
アルミニウム−シリコン−銅等のアルミニウム合金また
はアルミニウムで形成されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG. As shown in the figure, an insulating film 12 is formed on the upper surface of the single crystal silicon substrate 11. The insulating film 12 is made of, for example, silicon oxide. This insulating film 12
A contact hole 13 reaching the single crystal silicon substrate 11 is formed therein. This contact hole 1
In the single crystal silicon substrate 11 on the bottom side of No. 3, the diffusion layer 14
Are formed. A single crystal titanium nitride film 15 is formed on at least the bottom of the contact hole 13 and the upper surface of the single crystal silicon substrate 11. A wiring 16 is provided inside the contact hole 13 and on the insulating film 12 so as to be connected to the single crystal silicon substrate 11 via the single crystal titanium nitride film 15.
The wiring 16 is made of aluminum alloy such as aluminum-silicon or aluminum-silicon-copper, or aluminum.
【００１８】上記説明した配線構造では、単結晶シリコ
ン基板１１と配線１６との接続が単結晶窒化チタン膜１
５を介して成されているので、当該単結晶窒化チタン膜
１５は、バリアメタルとして作用するとともに配線密着
層としても作用する。特に配線１６にアルミニウム系金
属を用いた場合でも、単結晶窒化チタン膜１５が形成さ
れているので、従来の多結晶窒化チタン膜の場合のよう
に多結晶窒化チタン膜の結晶粒界を通ってアルミニウム
が単結晶シリコン基板１１に突き抜けるようなことがな
い。また同様にして、単結晶シリコン基板１１を腐食す
る作用を有する成膜ガスとして、例えばフッ素を含む成
膜ガスがバリアメタルに結晶粒界を通して単結晶シリコ
ン基板１１に達し、当該単結晶シリコン基板１１を腐食
することも防止される。In the wiring structure described above, the single crystal silicon substrate 11 and the wiring 16 are connected to each other by the single crystal titanium nitride film 1.
5, the single crystal titanium nitride film 15 acts not only as a barrier metal but also as a wiring adhesion layer. In particular, even when an aluminum-based metal is used for the wiring 16, since the single crystal titanium nitride film 15 is formed, it passes through the crystal grain boundaries of the polycrystalline titanium nitride film as in the case of the conventional polycrystalline titanium nitride film. Aluminum does not penetrate through the single crystal silicon substrate 11. Similarly, as a film forming gas having a function of corroding the single crystal silicon substrate 11, a film forming gas containing, for example, fluorine reaches the single crystal silicon substrate 11 through the barrier metal through crystal grain boundaries, and the single crystal silicon substrate 11 is formed. Corrosion is also prevented.
【００１９】次に上記第１の実施例で説明した配線構造
の製造方法を、図２，図３の製造工程図（その１），
（その２）により説明する。図２の（１）に示すよう
に、単結晶シリコン基板１１の上面には、例えば酸化シ
リコン系材料よりなる絶縁膜１２が成膜されている。こ
の絶縁膜１２には、上記単結晶シリコン基板１１に達す
るコンタクトホール１３が形成されている。このコンタ
クトホール１３の底部側の単結晶シリコン基板１１に
は、拡散層１４が形成されている。Next, the method of manufacturing the wiring structure described in the first embodiment will be described with reference to manufacturing process diagrams (part 1) of FIGS.
(Part 2) will be described. As shown in FIG. 2A, an insulating film 12 made of, for example, a silicon oxide-based material is formed on the upper surface of the single crystal silicon substrate 11. A contact hole 13 reaching the single crystal silicon substrate 11 is formed in the insulating film 12. A diffusion layer 14 is formed on the single crystal silicon substrate 11 on the bottom side of the contact hole 13.
【００２０】まず第１の工程では、清浄化処理を行う。
この清浄化処理では、例えば上記構造の単結晶シリコン
基板１１を水素プラズマにさらすことによって、単結晶
シリコン基板１１の表面に形成されている自然酸化膜３
１（２点鎖線で示す部分）を水素の還元反応によって除
去する。そしてコンタクトホール１３の底部における単
結晶シリコン基板１１の表面を清浄化する。First, in the first step, a cleaning process is performed.
In this cleaning process, the natural oxide film 3 formed on the surface of the single crystal silicon substrate 11 is exposed by exposing the single crystal silicon substrate 11 having the above structure to hydrogen plasma, for example.
1 (portion indicated by a chain double-dashed line) is removed by hydrogen reduction reaction. Then, the surface of the single crystal silicon substrate 11 at the bottom of the contact hole 13 is cleaned.
【００２１】上記清浄化処理の一例を具体的に説明す
る。清浄化処理を行う装置には、例えばＥＣＲ（Electr
on Cycrotron Resonance）プラズマＣＶＤ（Chemical
Vapour Deposition）装置を用いる。反応条件として
は、例えば反応ガスに、流量が２６ｓｃｃｍの水素（Ｈ
2 ）と流量が６０ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）との混合
ガスを用い、例えば２．８ｋＷのマイクロ波パワーを印
加する。そして水素プラズマを発生させて、単結晶シリ
コン基板１１の表面に形成されている自然酸化膜（図示
せず）を水素プラズマによる還元反応によって除去す
る。An example of the cleaning process will be specifically described. For example, an ECR (Electr
on Cycrotron Resonance) Plasma CVD (Chemical
Vapor Deposition) equipment is used. The reaction conditions include, for example, a reaction gas containing hydrogen (H 2) at a flow rate of 26 sccm.
2 ) and a mixed gas of argon (Ar) having a flow rate of 60 sccm, and microwave power of 2.8 kW, for example, is applied. Then, hydrogen plasma is generated to remove the natural oxide film (not shown) formed on the surface of the single crystal silicon substrate 11 by a reduction reaction by hydrogen plasma.
【００２２】その後、単結晶シリコン基板１１を非酸化
性の雰囲気に保持して、次工程に移行する。例えば、単
結晶シリコン基板１１の表面に自然酸化膜が生成されな
い圧力雰囲気（例えば２５℃の温度状態ではおよそ１．
３３×１０-5Ｐａ以下の圧力状態）に保持した状態で、
次の工程に移行する。なお、この説明では、非酸化性の
雰囲気では、後述する単結晶窒化チタン膜が成膜される
間に、その部分に酸化膜が形成されない圧力状態をい
う。After that, the single crystal silicon substrate 11 is held in a non-oxidizing atmosphere, and the process proceeds to the next step. For example, a pressure atmosphere in which a natural oxide film is not formed on the surface of the single crystal silicon substrate 11 (for example, about 1.
While maintaining the pressure of 33 × 10 −5 Pa or less),
Move to the next step. In this description, a non-oxidizing atmosphere refers to a pressure state in which an oxide film is not formed in a single crystal titanium nitride film, which will be described later, while the film is being formed.
【００２３】次いで図３の（２）に示す第２の工程を行
う。この工程では、上記非酸化性の雰囲気に保った状態
で、例えばＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いたＣＶＤ法
によって、コンタクトホール１３の底部における単結晶
シリコン基板１１の表面に、当該単結晶シリコン基板１
１の結晶方位を基にして、単結晶窒化チタン膜を成長さ
せるためのエピタキシャル成長種１７を生成する。この
際の生成雰囲気の温度は、例えば７００℃以上１２５０
℃以下の温度に設定する。Next, the second step shown in FIG. 3B is performed. In this step, the single crystal silicon substrate 1 is formed on the surface of the single crystal silicon substrate 11 at the bottom of the contact hole 13 by a CVD method using, for example, an ECR plasma CVD apparatus while maintaining the non-oxidizing atmosphere.
An epitaxial growth seed 17 for growing a single crystal titanium nitride film is generated based on the crystal orientation of 1. The temperature of the generation atmosphere at this time is, for example, 700 ° C. or higher and 1250.
Set the temperature below ℃.
【００２４】上記生成条件の一例を説明する。例えば反
応ガスに、流量が２ｓｃｃｍの四塩化チタン（ＴｉＣｌ
4 ）と流量が２．６ｓｃｃｍの水素（Ｈ2 ）と流量が
０．８ｓｃｃｍの窒素（Ｎ2 ）との混合ガスを用い、反
応雰囲気の圧力を例えば１．３３×１０-5Ｐａとし、ま
た成膜温度を７５０℃に設定する。そして例えば２．８
ｋＷのマイクロ波パワーを印加して、単結晶窒化チタン
膜のエピタキシャル成長種１７を生成する。このエピタ
キシャル成長は、単結晶窒化チタンが１０モノレイヤー
／分またはそれ以下の成長速度で行う。そしてエピタキ
シャル成長種１７を、例えば０．５ｎｍ程度の膜厚に形
成する。このとき、図示はしないが、絶縁膜１２の表面
にも窒化チタンが生成される。An example of the above generation condition will be described. For example, the reaction gas may be titanium tetrachloride (TiCl 2) with a flow rate of 2 sccm.
4 ), hydrogen (H 2 ) having a flow rate of 2.6 sccm, and nitrogen (N 2 ) having a flow rate of 0.8 sccm are used, and the pressure of the reaction atmosphere is set to 1.33 × 10 −5 Pa. The film forming temperature is set to 750 ° C. And, for example, 2.8
The microwave power of kW is applied to generate the epitaxial growth seed 17 of the single crystal titanium nitride film. This epitaxial growth is carried out at a monocrystalline titanium nitride growth rate of 10 monolayers / minute or less. Then, the epitaxial growth seed 17 is formed to have a film thickness of, for example, about 0.5 nm. At this time, although not shown, titanium nitride is also generated on the surface of the insulating film 12.
【００２５】上記エピタキシャル成長反応では、単結晶
シリコン基板１１の結晶方位が、例えば〈１００〉の場
合には、生成される単結晶窒化チタン膜のエピタキシャ
ル成長種１７の結晶方位は〈２００〉になる。また単結
晶シリコン基板１１の結晶方位が〈１１１〉の場合に
は、生成される単結晶窒化チタン膜のエピタキシャル成
長種１７の結晶方位は〈１１１〉になる。In the above epitaxial growth reaction, when the crystal orientation of the single crystal silicon substrate 11 is, for example, <100>, the crystal orientation of the epitaxial growth seed 17 of the single crystal titanium nitride film produced is <200>. Further, when the crystal orientation of the single crystal silicon substrate 11 is <111>, the crystal orientation of the epitaxial growth seeds 17 of the single crystal titanium nitride film produced is <111>.
【００２６】続いて図３の（３）に示す第３の工程を行
う。この工程では、上記第２の工程に引き続いて、エピ
タキシャル成長種１７を種にして窒化チタンをエピタキ
シャル成長させて単結晶窒化チタン膜１５を生成する。
このとき、絶縁膜１２の表面にも窒化チタン膜１８が形
成される。Subsequently, the third step shown in FIG. 3C is performed. In this step, subsequent to the second step, titanium nitride is epitaxially grown using the epitaxial growth seed 17 as a seed to form the single crystal titanium nitride film 15.
At this time, the titanium nitride film 18 is also formed on the surface of the insulating film 12.
【００２７】上記生成条件の一例を説明する。例えば反
応ガスに、流量が２０ｓｃｃｍの四塩化チタン（ＴｉＣ
ｌ4 ）と流量が２６ｓｃｃｍの水素（Ｈ2 ）と流量が８
ｓｃｃｍの窒素（Ｎ2 ）との混合ガスを用い、反応雰囲
気の圧力を例えば０．１２Ｐａとし、また成膜温度を７
５０℃に設定する。そして例えば２．８ｋＷのマイクロ
波パワーを印加して、上記エピタキシャル成長種１７を
種にして、単結晶窒化チタンを成長させて、例えば７０
ｎｍ程度の膜厚の単結晶窒化チタン膜１５を形成する。An example of the above generation condition will be described. For example, the reaction gas is titanium tetrachloride (TiC) with a flow rate of 20 sccm.
l 4 ) and hydrogen (H 2 ) with a flow rate of 26 sccm and a flow rate of 8
A mixed gas of sccm of nitrogen (N 2 ) is used, the pressure of the reaction atmosphere is set to 0.12 Pa, and the film formation temperature is set to 7
Set to 50 ° C. Then, a microwave power of, for example, 2.8 kW is applied to grow single crystal titanium nitride by using the epitaxial growth seed 17 as a seed, and for example, 70
A single crystal titanium nitride film 15 having a film thickness of about nm is formed.
【００２８】上記第２，第３の工程におけるエピタキシ
ャル成長では、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いている
ので、エピタキシャル成長時に、前記単結晶シリコン基
板１１に対してバイアスを印加しながらエピタキシャル
成長が行われる。Since the ECR plasma CVD apparatus is used in the epitaxial growth in the second and third steps, the epitaxial growth is performed while applying a bias to the single crystal silicon substrate 11 during the epitaxial growth.
【００２９】その後図３の（４）に示す第４の工程を行
う。この工程では、コンタクトホール１３の底部に形成
した上記単結晶窒化チタン膜１５を介して上記単結晶シ
リコン基板１１に接続する配線１６を形成する。After that, a fourth step shown in FIG. 3D is performed. In this step, the wiring 16 connected to the single crystal silicon substrate 11 is formed through the single crystal titanium nitride film 15 formed on the bottom of the contact hole 13.
【００３０】上記配線１６を形成する方法の一例を説明
する。まず通常のブランケットタングステン法によっ
て、コンタクトホール１３の内部にタングステンプラグ
２１を形成する。このブランケットタングステン法で
は、例えば成膜ガスに、流量が９５ｓｃｃｍの六フッ化
タングステン（ＷＦ6 ）と流量が５５０ｓｃｃｍの水素
（Ｈ2 ）との混合ガスを用い、成膜温度を例えば４５０
℃、成膜雰囲気の圧力を例えば１０．６４ｋＰａに設定
して、上記コンタクトホール１３の内部を完全埋め込む
状態に、例えば４００ｎｍの膜厚にタングステン膜（図
示せず）を形成する。その後、上記タングステン膜をエ
ッチバックすることによって、コンタクトホール１３の
内部のみに上記タングステン膜でタングステンプラグ２
１を形成する。また上記タングステン膜は除去する際に
は、絶縁膜１２上の窒化チタン膜（１８）〔上記（３）
図を参照〕も除去される。このエッチバック条件として
は、例えばエッチングガスに流量が５０ｓｃｃｍの六フ
ッ化イオウ（ＳＦ6 ）を用い、エッチング雰囲気の圧力
を１．３３Ｐａに設定する。またマイクロ波パワーを例
えば８５０Ｗ、ＲＦパワーをを例えば１５０Ｗに設定す
る。An example of a method of forming the wiring 16 will be described. First, a tungsten plug 21 is formed inside the contact hole 13 by a normal blanket tungsten method. In this blanket tungsten method, for example, a mixed gas of tungsten hexafluoride (WF 6 ) having a flow rate of 95 sccm and hydrogen (H 2 ) having a flow rate of 550 sccm is used as a film forming gas, and the film forming temperature is, for example, 450.
C., the pressure of the film forming atmosphere is set to, for example, 10.64 kPa, and a tungsten film (not shown) having a film thickness of, for example, 400 nm is formed to completely fill the inside of the contact hole 13. Then, by etching back the tungsten film, the tungsten film is formed only in the contact hole 13 by the tungsten film.
1 is formed. When the tungsten film is removed, the titanium nitride film (18) on the insulating film 12 [above (3)
See figure] is also removed. As the etching back conditions, for example, sulfur hexafluoride (SF 6 ) having a flow rate of 50 sccm is used as the etching gas, and the pressure of the etching atmosphere is set to 1.33 Pa. The microwave power is set to 850 W and the RF power is set to 150 W, for example.
【００３１】次いで通常のスパッタ法によって、上記タ
ングステンプラグ２１に接続する状態に、膜厚が例えば
３０ｎｍのチタン膜２２と膜厚が例えば７０ｎｍの窒化
酸化チタン膜２３と膜厚が例えば３０ｎｍのチタン膜２
４とを順に成膜する。さらに通常のスパッタ法よって、
上記チタン膜２４の上面に、膜厚が例えば５００ｎｍの
アルミニウム−シリコン膜２５を成膜する。上記チタン
膜２２と窒化酸化チタン膜２３とチタン膜２４とアルミ
ニウム−シリコン膜２５とが配線形成膜２６になる。Next, the titanium film 22 having a film thickness of, for example, 30 nm, the titanium oxynitride film 23 having a film thickness of, for example, 70 nm, and the titanium film having a film thickness of, for example, 30 nm are connected to the tungsten plug 21 by an ordinary sputtering method. Two
And 4 are sequentially formed. Furthermore, by the usual sputtering method,
An aluminum-silicon film 25 having a film thickness of, for example, 500 nm is formed on the upper surface of the titanium film 24. The titanium film 22, the titanium oxynitride film 23, the titanium film 24, and the aluminum-silicon film 25 become the wiring forming film 26.
【００３２】上記チタン膜２２，２４の成膜条件として
は、スパッタガスに、例えば流量が１００ｓｃｃｍのア
ルゴン（Ａｒ）ガスを用い、成膜温度を例えば１５０
℃、成膜雰囲気の圧力を例えば０．４７Ｐａ、パワーを
４ｋＷに設定する。そして、上記条件によって、チタン
膜２２，２４を例えば３０ｎｍの膜厚に形成する。また
窒化酸化チタン膜２３の成膜条件としては、スパッタガ
スに、例えば流量が６０ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）ガ
スと流量が７０ｓｃｃｍであって例えば６％の酸素（Ｏ
2 ）を含む窒素（Ｎ2 ）とよりなる混合ガスを用い、成
膜温度を例えば１５０℃、成膜雰囲気の圧力を例えば
０．４７Ｐａ、パワーを５ｋＷに設定する。上記条件に
よって、窒化酸化チタン膜２３を例えば７０ｎｍの膜厚
に形成する。上記アルミニウム−シリコン膜２５の成膜
条件としては、スパッタガスに、例えば流量が４０ｓｃ
ｃｍのアルゴン（Ａｒ）ガスを用い、成膜温度を例えば
１５０℃、成膜雰囲気の圧力を例えば０．４７Ｐａ、パ
ワーを２２．５ｋＷに設定する。そして、上記条件によ
って、アルミニウム−シリコン膜２５を例えば５００ｎ
ｍの膜厚に形成する。As the film forming conditions for the titanium films 22 and 24, an argon (Ar) gas having a flow rate of 100 sccm is used as a sputtering gas, and a film forming temperature is, for example, 150.
C., the pressure of the film forming atmosphere is set to 0.47 Pa, and the power is set to 4 kW. Then, under the above conditions, the titanium films 22 and 24 are formed to have a film thickness of, for example, 30 nm. The titanium nitride oxide film 23 is formed under the following conditions: sputter gas, for example, argon (Ar) gas with a flow rate of 60 sccm and oxygen (O) with a flow rate of 70 sccm.
2 ) is used and a mixed gas of nitrogen (N 2 ) is used, the film forming temperature is set to 150 ° C., the pressure of the film forming atmosphere is set to 0.47 Pa, and the power is set to 5 kW. Under the above conditions, the titanium nitride oxide film 23 is formed to have a film thickness of 70 nm, for example. The conditions for forming the aluminum-silicon film 25 are as follows: sputter gas with a flow rate of 40 sc
cm argon gas is used, the film forming temperature is set to 150 ° C., the pressure of the film forming atmosphere is set to 0.47 Pa, and the power is set to 22.5 kW. Then, under the above conditions, the aluminum-silicon film 25 is, for example, 500 n.
It is formed to a film thickness of m.
【００３３】その後図３の（５）に示すように、通常の
ホトリソグラフィー技術とドライエッチングによって、
２点鎖線で示す配線形成膜２６を除去して、残した上記
配線形成膜（２６）で配線１６を形成する。この際のド
ライエッチング条件としては、例えば、エッチングガス
を、流量が６０ｓｃｃｍの三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）と
流量が９０ｓｃｃｍの塩素（Ｃｌ2 ）とよりなる混合ガ
スを用い、成膜雰囲気の圧力を０．０１６Ｐａに設定
し、マイクロ波パワーを１ｋＷ、ＲＦパワーを５０Ｗに
設定する。Then, as shown in FIG. 3 (5), by the usual photolithography technique and dry etching,
The wiring forming film 26 indicated by the chain double-dashed line is removed, and the wiring 16 is formed by the remaining wiring forming film (26). As the dry etching conditions at this time, for example, a mixed gas of boron trichloride (BCl 3 ) with a flow rate of 60 sccm and chlorine (Cl 2 ) with a flow rate of 90 sccm is used as the etching gas, and the pressure of the film forming atmosphere is The power is set to 0.016 Pa, the microwave power is set to 1 kW, and the RF power is set to 50 W.
【００３４】上記説明した配線形成に関する方法は、一
例であって、上記記載事項に限定されることはない。し
たがって、他の配線形成方法によって配線１６を形成す
ることも可能である。The method for forming the wiring described above is an example, and the present invention is not limited to the above description. Therefore, it is possible to form the wiring 16 by another wiring forming method.
【００３５】上記製造方法では、清浄化処理を行うこと
により単結晶シリコン基板１１の表面に形成されている
自然酸化膜（図示せず）が除去される。そして酸化性の
雰囲気にさらすことなく、単結晶窒化チタン膜１５をエ
ピタキシャル成長させるエピタキシャル成長種１７を生
成し、続いてそのエピタキシャル成長種１７を種にして
単結晶窒化チタン膜１５を形成することにより、単結晶
シリコン基板１１の結晶方位にそった単結晶窒化チタン
膜１５が速い成膜速度で形成される。また形成された単
結晶窒化チタン膜１５と単結晶シリコン基板１１とは電
気的なオーミック接合になる。In the above manufacturing method, the natural oxide film (not shown) formed on the surface of the single crystal silicon substrate 11 is removed by performing the cleaning process. Then, an epitaxial growth seed 17 for epitaxially growing the single crystal titanium nitride film 15 is generated without exposing it to an oxidizing atmosphere, and then the single crystal titanium nitride film 15 is formed by using the epitaxial growth seed 17 as a seed to form a single crystal. The single crystal titanium nitride film 15 along the crystal orientation of the silicon substrate 11 is formed at a high film formation rate. Further, the formed single crystal titanium nitride film 15 and the single crystal silicon substrate 11 form an electrical ohmic contact.
【００３６】またエピタキシャル成長種１７の生成を、
７００℃以上１２５０℃以下の温度雰囲気に設定して行
うことにより、単結晶シリコン基板１１の結晶方位にそ
ったエピタキシャル成長種１７が確実に生成される。な
お生成温度が７００℃より低い場合には、多結晶の窒化
チタン膜が生成される。一方生成温度が１２５０℃より
高い場合には、単結晶シリコン基板１１が熱変形し易く
なる。The production of the epitaxially grown seed 17 is
By setting the temperature atmosphere to be 700 ° C. or more and 1250 ° C. or less, the epitaxial growth seeds 17 along the crystal orientation of the single crystal silicon substrate 11 are surely generated. When the generation temperature is lower than 700 ° C., a polycrystalline titanium nitride film is formed. On the other hand, when the generation temperature is higher than 1250 ° C., the single crystal silicon substrate 11 is likely to be thermally deformed.
【００３７】さらにエピタキシャル成長種１７の生成を
行う前の成膜雰囲気の圧力を自然酸化膜が生成されない
圧力に設定することにより、エピタキシャル成長種１７
が清浄な単結晶シリコン基板１１の表面に生成され、し
かも単結晶シリコン基板１１の結晶方位にそった結晶方
位の単結晶窒化チタン膜１５が形成される。Further, the pressure of the film forming atmosphere before the formation of the epitaxial growth seed 17 is set to a pressure at which the natural oxide film is not formed, whereby the epitaxial growth seed 17 is formed.
Are produced on the surface of the clean single crystal silicon substrate 11, and a single crystal titanium nitride film 15 having a crystal orientation along the crystal orientation of the single crystal silicon substrate 11 is formed.
【００３８】さらにまたＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用
いることによって、エピタキシャル成長時に、単結晶シ
リコン基板１１に対してバイアスを印加しながらエピタ
キシャル成長を行うことにより、結晶方位がそろった単
結晶窒化チタン膜１５が形成される。Further, by using the ECR plasma CVD apparatus, the epitaxial growth is performed while applying a bias to the single crystal silicon substrate 11 during the epitaxial growth, whereby the single crystal titanium nitride film 15 with uniform crystal orientation is formed. It
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上、説明したように本発明の配線構造
によれば、単結晶シリコン基板と配線との間に単結晶窒
化チタン膜を設けたので、バリア性の向上が図れる。As described above, according to the wiring structure of the present invention, since the single crystal titanium nitride film is provided between the single crystal silicon substrate and the wiring, the barrier property can be improved.
【００４０】また本発明の製造方法によれば、単結晶窒
化チタン膜を形成する前に、単結晶シリコン基板の表面
を清浄化処理するので、その面に形成される単結晶窒化
チタン膜と単結晶シリコン基板とは電気的にオーミック
接合になる。このため、コンタクト抵抗を低減すること
ができる。さらに単結晶窒化チタン膜をエピタキシャル
成長させるエピタキシャル成長種を生成し、続いてその
エピタキシャル成長種を種にして単結晶窒化チタン膜を
形成することにより、単結晶シリコン基板の結晶方位に
そった単結晶窒化チタン膜が速い成膜速度で形成するこ
とができる。Further, according to the manufacturing method of the present invention, the surface of the single crystal silicon substrate is cleaned before the single crystal titanium nitride film is formed. An electrical ohmic contact is formed with the crystalline silicon substrate. Therefore, the contact resistance can be reduced. Further, by generating an epitaxial growth seed for epitaxially growing the single crystal titanium nitride film, and then forming a single crystal titanium nitride film using the epitaxial growth seed as a seed, the single crystal titanium nitride film along the crystal orientation of the single crystal silicon substrate. Can be formed at a high film forming speed.
【００４１】またエピタキシャル成長種１７の生成を、
７００℃以上１２５０℃以下の温度雰囲気で行うので、
単結晶シリコン基板が変形することなく、当該単結晶シ
リコン基板の結晶方位にそったエピタキシャル成長種が
確実に生成できる。さらにエピタキシャル成長種の生成
を行う前の成膜雰囲気の圧力を非酸化性状態の圧力に設
定することにより、清浄な単結晶シリコン基板の表面に
エピタキシャル成長種を生成することができる。さらに
また単結晶シリコン基板１１に対してバイアスを印加し
ながらエピタキシャル成長を行うことにより、結晶方位
がそろった単結晶窒化チタン膜を速く形成することがで
きる。The production of the epitaxial growth seed 17 is
Since it is performed in a temperature atmosphere of 700 ° C or higher and 1250 ° C or lower,
Epitaxial growth seeds along the crystal orientation of the single crystal silicon substrate can be reliably generated without deformation of the single crystal silicon substrate. Further, by setting the pressure of the film forming atmosphere before the generation of the epitaxial growth seeds to the pressure in the non-oxidizing state, the epitaxial growth seeds can be generated on the surface of the clean single crystal silicon substrate. Furthermore, by performing epitaxial growth while applying a bias to the single crystal silicon substrate 11, a single crystal titanium nitride film with uniform crystal orientation can be rapidly formed.
【図１】本発明の実施例の概略構成断面図である。FIG. 1 is a schematic configuration sectional view of an embodiment of the present invention.
【図２】実施例の製造工程図（その１）である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram (1) of the embodiment.
【図３】実施例の製造工程図（その２）である。FIG. 3 is a manufacturing process diagram (2) of the embodiment.
【図４】従来例の製造工程図である。FIG. 4 is a manufacturing process diagram of a conventional example.
１１ 単結晶シリコン基板 １５ 単結晶窒化チタン膜 １６ 配線 １７ エピタキシャル成長種 ２６ 配線形成膜 11 Single Crystal Silicon Substrate 15 Single Crystal Titanium Nitride Film 16 Wiring 17 Epitaxial Growth Species 26 Wiring Forming Film
Claims (5)
線構造において、 少なくとも前記単結晶シリコン基板と前記配線との接続
領域における当該単結晶シリコン基板と当該配線との間
に、単結晶窒化チタン膜を設けたことを特徴とする配線
構造。1. In a wiring structure in which wiring is connected to a single crystal silicon substrate, a single crystal titanium nitride film is provided at least between the single crystal silicon substrate and the wiring in a connection region between the single crystal silicon substrate and the wiring. A wiring structure characterized by being provided.
リコン基板の表面を清浄化処理する第１の工程と、 少なくとも前記清浄化処理を行った部分の単結晶シリコ
ン基板を非酸化性の雰囲気に保持した状態で、当該単結
晶シリコン基板の結晶方位を基にして、当該単結晶シリ
コン基板上に単結晶窒化チタン膜を成長させるためのエ
ピタキシャル成長種を生成する第２の工程と、 前記エピタキシャル成長種を種にして窒化チタンをエピ
タキシャル成長させて単結晶窒化チタン膜を生成する第
３の工程と、 前記単結晶窒化チタン膜を介して前記単結晶シリコン基
板に接続する配線を形成する第４の工程とよりなること
を特徴とする配線構造の製造方法。2. A method of manufacturing a wiring structure, comprising a first step of cleaning the surface of a single crystal silicon substrate at least in a portion where a wiring forming film is formed, and at least a portion subjected to the cleaning treatment. In the state where the single crystal silicon substrate is maintained in a non-oxidizing atmosphere, an epitaxial growth seed for growing a single crystal titanium nitride film on the single crystal silicon substrate is used based on the crystal orientation of the single crystal silicon substrate. A second step of forming, a third step of epitaxially growing titanium nitride using the epitaxial growth seed as a seed to form a single crystal titanium nitride film, and a single crystal silicon substrate through the single crystal titanium nitride film. 4. A method of manufacturing a wiring structure, which comprises a fourth step of forming wiring to be connected.
いて、 前記第１の工程を行った後、前記第２の工程におけるエ
ピタキシャル成長種の生成を７００℃以上１２５０℃以
下の温度に設定して行い、その後、前記第３の工程と第
４の工程とを行うことを特徴とする配線構造の製造方
法。3. The method of manufacturing a wiring structure according to claim 2, wherein after the first step is performed, the generation of the epitaxial growth species in the second step is set to a temperature of 700 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower. A method of manufacturing a wiring structure, which is performed, and then, the third step and the fourth step are performed.
の製造方法において、 前記第１の工程を行った後、前記第２の工程でエピタキ
シャル成長種の生成を行う前の成膜雰囲気の圧力を非酸
化性状態の圧力に設定してから、エピタキシャル成長種
の生成を行い、その後、前記第３の工程と第４の工程と
を行うことを特徴とする配線構造の製造方法。4. The method of manufacturing a wiring structure according to claim 2, wherein a pressure of a film forming atmosphere after performing the first step and before generating an epitaxial growth seed in the second step. Is set to a pressure in a non-oxidizing state, epitaxial growth seeds are generated, and then the third step and the fourth step are performed, and a method for manufacturing a wiring structure.
ちのいづれか１項記載の配線構造の製造方法において、 前記第１の工程を行った後、前記第２の工程および前記
第３の工程におけるエピタキシャル成長時に、前記単結
晶シリコン基板に対してバイアスを印加しながら当該エ
ピタキシャル成長を行い、その後、前記第４の工程を行
うことを特徴とする配線構造の製造方法。5. The method of manufacturing a wiring structure according to claim 1, wherein the second step and the third step are performed after the first step is performed. During the epitaxial growth in the step, the epitaxial growth is carried out while applying a bias to the single crystal silicon substrate, and then the fourth step is carried out.
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|---|---|---|---|
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| JPH06260444A true JPH06260444A (en) | 1994-09-16 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09148268A (en) * | 1995-11-22 | 1997-06-06 | Nec Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
-
1993
- 1993-03-03 JP JP06919793A patent/JP3191477B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH09148268A (en) * | 1995-11-22 | 1997-06-06 | Nec Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
| US6020254A (en) * | 1995-11-22 | 2000-02-01 | Nec Corporation | Method of fabricating semiconductor devices with contact holes |
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