JPH06283465A - Formation of diffusion-proof layer of lsi - Google Patents

Formation of diffusion-proof layer of lsi

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JPH06283465A
JPH06283465A JP6780993A JP6780993A JPH06283465A JP H06283465 A JPH06283465 A JP H06283465A JP 6780993 A JP6780993 A JP 6780993A JP 6780993 A JP6780993 A JP 6780993A JP H06283465 A JPH06283465 A JP H06283465A
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titanium
layer
nitrogen
film
thin film
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JP6780993A
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Japanese (ja)
Inventor
Eiji Hirakawa
英司 平川
Akitoshi Hiraki
明敏 平木
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Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Abstract

PURPOSE:To deposit titanium silicide thinly and uniformly in an ohmic contact section and to form a titanium nitride layer which is thick enough. CONSTITUTION:Sputtering is conducted using a target whose atomic weight ratio of nitrogen to titanium 1 to deposit on silicon a thin film whose atomic weight ratio of nitrogen to titanium is less than 1. Nextly, by heat treatment, titanium silicide is deposited at the silicon side of the thin film and a layer for preventing diffusion of an ohmic contact section, not titanium nitride layer, at the wiring layer side of the thin film. After the wiring layer is formed, reactive sputtering is conducted using a target whose atomic weight ratio of nitrogen to titanium is less than 1 to form a layer for preventing diffusion of the wiring layer which is composed of titanium nitride.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、窒化チタン層を拡散防
止層とするLSIの拡散防止層形成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 method for forming a diffusion barrier layer for an LSI, which uses a titanium nitride layer as a diffusion barrier layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年LSIの高集積化に伴い、オーミッ
クコンタクト部においてコンタクトホール下に形成され
るP型あるいはN型のドープ層は、より浅く狭い領域に
形成されるようになってきている。上述したLSIのド
ープ層が浅い場合、配線として使用されるアルミニウム
等をシリコン基板上に直接形成すると、これらが相互拡
散反応を起こしアルミニウム等がドープ層を容易に突き
破り、半導体の接合構造を破壊するという問題が起こ
る。オーミックコンタクト部における相互拡散反応を防
止するため、配線とシリコン基板との間にチタン−タン
グステン合金層あるいは窒化チタン化合物層といった高
融点材料からなる拡散防止層(バリアメタル層とも言
う)を形成することが行われている。
2. Description of the Related Art With the recent high integration of LSIs, a P-type or N-type doped layer formed under a contact hole in an ohmic contact portion has been formed in a shallower and narrower region. When the above-mentioned LSI dope layer is shallow, when aluminum or the like used as wiring is directly formed on the silicon substrate, they cause an interdiffusion reaction, and aluminum or the like easily breaks through the dope layer and destroys the semiconductor junction structure. The problem occurs. In order to prevent the mutual diffusion reaction in the ohmic contact part, a diffusion prevention layer (also called a barrier metal layer) made of a high melting point material such as a titanium-tungsten alloy layer or a titanium nitride compound layer is formed between the wiring and the silicon substrate. Is being done.

【0003】拡散防止層のうち窒化チタン化合物層は特
に拡散防止性に優れているとされている。またこの窒化
チタン層は配線層となるアルミニウム層との格子定数の
差が極めて少ないことから、配向性の高い窒化チタン層
上にアルミニウム層を形成すると、アルミニウム層の配
向性も高くなるため、ストレスマイグレーション、エレ
クトロマイグレーション等による配線破壊の防止に効果
があることが知られている。この窒化チタン層をシリコ
ン基板に直接形成しただけではシリコン基板とのコンタ
クト抵抗が高いため、現在コンタクト抵抗を下げるため
の研究が進められているところである。シリコン基板と
窒化チタン化合物層のコンタクト抵抗を下げる一つの手
段として月刊 Semiconductor World 1989.12,p189-p19
2に示されるように、窒化チタン化合物層とシリコン基
板との間にコンタクト抵抗の低いチタンシリサイド層を
形成することが有効であることがわかってきた。
Of the diffusion prevention layers, the titanium nitride compound layer is said to be particularly excellent in diffusion prevention. In addition, since this titanium nitride layer has an extremely small difference in lattice constant from the aluminum layer that will be the wiring layer, when the aluminum layer is formed on the highly-oriented titanium nitride layer, the orientation of the aluminum layer also becomes high, so stress It is known to be effective in preventing wiring breakage due to migration, electromigration and the like. Since the contact resistance with the silicon substrate is high just by directly forming the titanium nitride layer on the silicon substrate, research for lowering the contact resistance is currently underway. Monthly Semiconductor World 1989.12, p189-p19 as one means to reduce contact resistance between silicon substrate and titanium nitride compound layer
As shown in Fig. 2, it has been found effective to form a titanium silicide layer having a low contact resistance between the titanium nitride compound layer and the silicon substrate.

【0004】チタンシリサイド層の形成は、(1)上述
した文献にも示されるようにスパッタリングにより純チ
タン薄膜をシリコン基板上に形成した後、窒素あるいは
アンモニアガス雰囲気で加熱処理することによって、純
チタン薄膜の表層を窒化し窒化チタン化合物層を形成す
るとともに純チタン薄膜とシリコン基板を反応させチタ
ンシリサイドを形成させるか、あるいは(2)スパッタ
リングにより極薄の純チタン薄膜を形成した後、加熱処
理してチタンシリサイド膜とし、その後チタンシリサイ
ド膜上にスパッタリングガス中の窒素とチタンターゲッ
トを反応させる反応性スパッタリングにより化学量論組
成の窒化チタン薄膜を形成する方法が通常とられてい
る。これらはいずれも純チタン薄膜をシリコン基板と反
応させる点で一致している。
The formation of the titanium silicide layer is carried out by (1) forming a pure titanium thin film on a silicon substrate by sputtering as shown in the above-mentioned literature, and then heat-treating it in a nitrogen or ammonia gas atmosphere to form pure titanium. The surface layer of the thin film is nitrided to form a titanium nitride compound layer, and a pure titanium thin film is reacted with a silicon substrate to form titanium silicide, or (2) an ultrathin pure titanium thin film is formed by sputtering, followed by heat treatment. As a titanium silicide film, a method in which a titanium nitride thin film having a stoichiometric composition is formed on the titanium silicide film by reactive sputtering in which nitrogen in a sputtering gas is reacted with a titanium target is usually used. All of them agree with each other in that a pure titanium thin film reacts with a silicon substrate.

【0005】また(3)Applied Surface Science 41/4
2(1989)272-276に示されるように、純チタンをターゲッ
トとして用い、気相中で窒素と反応させるイオンプレー
ティング法でTiNX 膜を成膜したのち、これを加熱処
理することにより、シリサイド化反応を起こすと同時に
膜中の窒素を膜表面に移動させて化学量論組成に近い窒
化チタンを表層に形成することも試みられている。
Also (3) Applied Surface Science 41/4
2 (1989) 272-276, a pure titanium is used as a target, a TiNx film is formed by an ion plating method in which it reacts with nitrogen in a gas phase, and then heat treatment is performed to form a silicide. It has also been attempted to cause nitrogen in the film to move to the surface of the film at the same time as causing a chemical reaction to form titanium nitride having a stoichiometric composition close to the surface.

【0006】ところでLSIの拡散防止層としては上述
したオーミックコンタクト部だけではなく、配線上にも
形成することが多い。これは配線上部に拡散防止層を設
けることによって、ストレスマイグレーション等による
配線の断線やショートを防止する目的と感光時にアルミ
ニウム配線層からの光の反射を防ぐ目的により形成する
ものである。配線上の拡散防止層の形成は、純チタンを
ターゲットとして用い、スパッタリングガス中の窒素と
チタンターゲットを反応させる反応性スパッタリングに
より化学量論組成の窒化チタン薄膜を形成する方法が通
常とられている。これは400℃あるいはそれ以上に加
熱される熱窒化処理を行うと先に形成されるオーミック
コンタクト部の拡散防止層を破壊する恐れがあるためで
ある。
Incidentally, the diffusion prevention layer of an LSI is often formed not only on the ohmic contact portion described above but also on the wiring. This is formed by providing a diffusion prevention layer on the upper part of the wiring for the purpose of preventing disconnection or short circuit of the wiring due to stress migration or the like and for preventing reflection of light from the aluminum wiring layer during exposure. The diffusion preventing layer on the wiring is usually formed by using pure titanium as a target and forming a titanium nitride thin film having a stoichiometric composition by reactive sputtering in which nitrogen in the sputtering gas is reacted with the titanium target. . This is because if the thermal nitriding treatment heated to 400 ° C. or higher is performed, the diffusion prevention layer of the ohmic contact portion formed earlier may be destroyed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述したようにオーミ
ックコンタクトの拡散防止層はいろいろな手法により形
成されているが、近年のLSIのさらなる高集積化に伴
い、オーミックコンタクトを形成するためのコンタクト
ホールの径をより小さく、かつその下のドープ層もより
浅くすることが求められている。より浅いドープ層を形
成した場合、拡散防止層とドープ層の界面に形成するチ
タンシリサイド層を均一にできるだけ薄く形成する必要
がある。これはチタンシリサイドがシリコン基板のシリ
コンを消費して生成するためであるため、シリコン基板
上の薄いドープ層を侵食し過ぎないようにできるだけ薄
いことが必要となるためである。
As described above, the diffusion prevention layer of the ohmic contact is formed by various methods. With the recent higher integration of LSIs, the contact hole for forming the ohmic contact is formed. It is required to make the diameter of the GaN smaller and the depth of the underlying doped layer shallower. When a shallower doped layer is formed, the titanium silicide layer formed at the interface between the diffusion prevention layer and the doped layer needs to be uniformly formed as thin as possible. This is because titanium silicide consumes and produces silicon of the silicon substrate, and therefore it is necessary to be as thin as possible so as not to erode the thin doped layer on the silicon substrate too much.

【0008】上述したチタンシリサイドを形成するため
に純チタン膜を予め形成する(2)の方法では、コンタ
クトホールの側壁によるシャドウイングの影響が大きく
膜厚を均一にしにくいため、コンタクトホールの底面を
チタン膜で十分に覆うためにはチタン膜厚を厚くしなけ
ればならない。チタン膜厚が厚くなるとチタンと反応す
る基板のシリコンを多く消費することになり、薄いチタ
ンシリサイド層が形成できなくなるという問題がある。
また純チタン薄膜を窒化雰囲気中で加熱処理することに
よって、窒化反応とシリサイド反応により窒化チタン層
とシリサイド層を形成する上記(1)の方法は、チタン
膜の表層部は窒化反応に消費されるため、(2)の方法
よりはチタンシリサイド層は薄くすることができる。し
かし気相からの窒素の供給による窒化チタン層の形成速
度が遅いため、拡散防止層として十分な厚さが必要であ
る窒化チタン層を厚く形成することがむずかしい状況に
ある。
In the method (2) of previously forming a pure titanium film to form titanium silicide, the side wall of the contact hole has a large influence of shadowing and it is difficult to make the film thickness uniform. In order to cover the titanium film sufficiently, the titanium film thickness must be increased. When the titanium film thickness is increased, a large amount of silicon of the substrate that reacts with titanium is consumed, and there is a problem that a thin titanium silicide layer cannot be formed.
Further, in the above method (1) of forming a titanium nitride layer and a silicide layer by a nitriding reaction and a silicide reaction by heating a pure titanium thin film in a nitriding atmosphere, the surface layer portion of the titanium film is consumed by the nitriding reaction. Therefore, the titanium silicide layer can be made thinner than the method (2). However, since the formation speed of the titanium nitride layer by supplying nitrogen from the vapor phase is slow, it is difficult to form a thick titanium nitride layer that requires a sufficient thickness as a diffusion preventing layer.

【0009】上述した(1)(2)の方法に対して、化
学量論組成よりもチタンが過剰である窒化チタンである
TiNX 膜をシリサイド化反応する(3)の方法を本発
明者等が検討したところ、薄膜の形成は1回で良く、窒
素が薄膜中に初めから存在しているため気相からの窒素
供給速度に制約されることなく、拡散防止層として十分
に厚い窒化チタン層が形成できることを予測した。しか
し、上記(3)を開示するApplied Surface Science 41
/42(1989)272-276に示されるように、(3)の方法には
チタンシリサイド膜は窒化チタンとシリコンの界面に部
分的に、あるいは島状に形成され、均一厚さに形成でき
ないという課題を有している。この原因は、ターゲット
に純チタンを用い、TiNX 膜中の窒素はすべて化学反
応によって取り込まれる必要があるため未反応のチタン
が残留しやすく、膜中のチタンがどうしても遍在するた
めと考えられる。
In contrast to the above methods (1) and (2), the present inventors have proposed a method (3) in which a TiNx film, which is titanium nitride in which titanium is in excess of the stoichiometric composition, is subjected to a silicidation reaction. As a result of the study, it is sufficient to form the thin film only once, and since nitrogen is initially present in the thin film, the titanium nitride layer that is sufficiently thick as the diffusion preventing layer is not restricted by the nitrogen supply rate from the gas phase. It was predicted that it could be formed. However, the Applied Surface Science 41 disclosing the above (3).
/ 42 (1989) 272-276, the method (3) says that titanium silicide film cannot be formed to a uniform thickness because it is partially or island-shaped at the interface between titanium nitride and silicon. Have challenges. It is considered that this is because pure titanium is used as the target and all the nitrogen in the TiNx film needs to be taken in by a chemical reaction, so that unreacted titanium is likely to remain and titanium in the film is omnipresent.

【0010】また、上述したようにLSIにはオーミッ
クコンタクト部だけではなく、配線層上にも拡散防止層
を形成する必要がある。配線形成後はオーミックコンタ
クト部を加熱するとオーミックコンタクト部の拡散防止
層を破壊することになるため、熱窒化処理法による拡散
防止層を形成することはできない。そのため配線上の拡
散防止層の形成は純チタンをターゲットとして用い窒素
と反応させる反応性スパッタリング法に限定されてい
た。本発明の目的はオーミックコンタクト部においては
チタンシリサイドを薄く均一な厚さに形成できしかも十
分に厚い窒化チタン層を形成でき、配線層上においては
短時間に窒化チタン層を形成できるLSIの拡散防止層
形成方法を提供することである。
Further, as described above, it is necessary to form the diffusion prevention layer not only on the ohmic contact portion but also on the wiring layer in the LSI. When the ohmic contact portion is heated after the wiring is formed, the diffusion prevention layer in the ohmic contact portion is destroyed, so that the diffusion prevention layer cannot be formed by the thermal nitriding method. Therefore, the formation of the diffusion prevention layer on the wiring is limited to the reactive sputtering method in which pure titanium is used as a target and reacted with nitrogen. An object of the present invention is to form titanium silicide thinly and uniformly in an ohmic contact portion, to form a sufficiently thick titanium nitride layer, and to form a titanium nitride layer on a wiring layer in a short time. It is to provide a layer forming method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、スパッタ
リング用ターゲットとして、従来の純チタンに代えて化
学量論組成よりも窒素が少ないターゲット(以下TiN
Xターゲットという)を用い、オーミックコンタクト部
の形成には通常のスパッタリングによって化学量論組成
よりも窒素が少ない薄膜(以下TiNX膜という)をシ
リコン基板上に成膜し、次いでこのTiNX膜を加熱処
理によりシリサイド化反応させて、窒化チタン層とチタ
ンシリサイド層を形成したところ、チタンシリサイド層
は薄く均一な厚みにすることができ、厚い窒化チタン層
を得ることができることを見いだした。またTiNx
ーゲットを窒素ガスで反応させる反応性スパッタリング
を行なうためのターゲットとして用いると、配線層上に
必要な拡散防止層を短時間に形成できることを見出し本
発明に到達した。
As a sputtering target, the present inventors have replaced the conventional pure titanium with a target containing less nitrogen than the stoichiometric composition (hereinafter referred to as TiN).
X target) is used to form the ohmic contact portion by a normal sputtering method to form a thin film (hereinafter referred to as TiN X film) containing less nitrogen than the stoichiometric composition on a silicon substrate, and then heating this TiN X film. When a silicidation reaction was performed by the treatment to form a titanium nitride layer and a titanium silicide layer, it was found that the titanium silicide layer can be thin and have a uniform thickness, and a thick titanium nitride layer can be obtained. Further, they have found that when a TiN x target is used as a target for reactive sputtering in which reaction is performed with nitrogen gas, a necessary diffusion prevention layer can be formed on a wiring layer in a short time.

【0012】すなわち本発明は実質的にチタンと窒素か
らなり、チタンに対する窒素の原子量比が1未満のター
ゲットを用いてスパッタリングを行い、チタンに対する
窒素の原子量比が1未満の組成を有する薄膜をシリコン
上に成膜し、次いで加熱処理を行って前記薄膜とシリコ
ンを反応させ、前記薄膜のシリコン側にチタンシリサイ
ドを生成させるとともに、前記薄膜の配線層側に窒化チ
タン層でなるオーミックコンタクト部拡散防止層を形成
し、次いで配線層を形成した後、実質的にチタンと窒素
からなり、チタンに対する窒素の原子量比が1未満のタ
ーゲットを用いて窒素を含むスパッタリングガスで反応
させる反応性スパッタリングを行い、窒化チタンよりな
る配線用拡散防止層を形成することを特徴とするLSI
の拡散防止層形成方法である。
That is, according to the present invention, sputtering is carried out using a target consisting essentially of titanium and nitrogen and having an atomic weight ratio of nitrogen to titanium of less than 1, and a thin film having a composition having an atomic weight ratio of nitrogen to titanium of less than 1 is silicon. A film is formed on top of it, and then heat treatment is performed to cause the thin film to react with silicon to generate titanium silicide on the silicon side of the thin film, and at the same time, to prevent diffusion of ohmic contact parts made of a titanium nitride layer on the wiring layer side of the thin film. After forming a layer, and then forming a wiring layer, reactive sputtering is carried out by reacting with a sputtering gas containing nitrogen using a target consisting essentially of titanium and nitrogen and having an atomic weight ratio of nitrogen to titanium of less than 1. LSI characterized by forming a diffusion barrier layer for wiring made of titanium nitride
This is the method for forming the diffusion prevention layer.

【0013】また本発明において使用するTiNX ター
ゲット中のチタンに対する窒素の原子量比(窒素/チタ
ン)は0.85以下であることが望ましい。窒素/チタ
ンの原子比が0.85を越える化学量論組成に近いター
ゲットは焼結性が悪く、スパッタリングで生成する膜中
に巨大粒子、いわゆるパーティクルの発生が多くなるた
めである。また本発明における加熱処理は気相からTi
X 膜に窒素を供給する熱窒化反応を伴うものであって
も無くてもよい。
The atomic weight ratio of nitrogen to titanium in the TiN x target used in the present invention (nitrogen / titanium) is preferably 0.85 or less. This is because a target having a nitrogen / titanium atomic ratio of more than 0.85 and having a stoichiometric composition and poor sinterability causes a large number of large particles, so-called particles, to be generated in the film formed by sputtering. Further, the heat treatment in the present invention is carried out from the vapor phase to Ti
It may or may not be accompanied by a thermal nitriding reaction for supplying nitrogen to the N x film.

【0014】[0014]

【作用】本発明の根幹をなす技術は、上述したようにシ
リサイド化処理するためのTiNx膜をTiNxターゲッ
トをスパッタリングして得たことにある。TiNxター
ゲットのスパッタリングによって得られたTiNx膜を
シリサイド化することにより、従来の純チタンを蒸発さ
せ気相の窒素と反応させるイオンプレーティング法によ
り得られるTiNx膜をシリサイド化するよりも、均一
なチタンシリサイド層が得られる。その理由は不詳であ
るが次のように考えられる。
The technique forming the basis of the present invention is that the TiN x film for the silicidation treatment was obtained by sputtering a TiN x target as described above. Siliding a TiN x film obtained by sputtering a TiN x target, rather than silicifying a TiN x film obtained by an ion plating method in which conventional pure titanium is vaporized and reacted with gas-phase nitrogen, A uniform titanium silicide layer is obtained. The reason is unknown, but it is considered as follows.

【0015】TiNxターゲットをスパッタリングする
本発明では、スパッタリング粒子はほぼ膜組成であり、
成膜過程でのチタン原子の偏在要因がほとんどない。ま
たスパッタリング粒子がシリコン基板に衝突して膜とな
るが、この時急冷されるため膜はアモルファスあるいは
非常に微細な結晶質のものとなる。したがって、本発明
で得られるTiNx膜は面内にチタン原子が均一に分布
しており、かつ結晶の成長点はシリコン基板との界面に
無数存在するものであるため、その後の加熱処理におい
て生成するチタンシリサイドは均一な厚みとなると考え
られる。これに対して、従来のイオンプレーティング法
では純チタンをターゲットとして用いるため、純チタン
蒸気を気相の窒素と反応させる必要があり、未反応のチ
タンが残留しやすく、膜中のチタンがどうしても偏在す
るため島状にチタンシリサイドが生成すると考えられ
る。
In the present invention for sputtering a TiN x target, the sputtered particles are approximately film composition,
There are almost no uneven distribution factors of titanium atoms in the film forming process. Further, the sputtered particles collide with the silicon substrate to form a film, which is rapidly cooled at this time, so that the film becomes amorphous or extremely fine crystalline. Therefore, in the TiN x film obtained by the present invention, titanium atoms are uniformly distributed in the plane, and the crystal growth points are innumerable at the interface with the silicon substrate. It is considered that the titanium silicide formed has a uniform thickness. On the other hand, in the conventional ion plating method, since pure titanium is used as the target, it is necessary to react pure titanium vapor with nitrogen in the gas phase, unreacted titanium tends to remain, and titanium in the film is inevitable. It is considered that titanium silicide is formed in an island shape due to uneven distribution.

【0016】本発明は上述したように、ターゲットから
スパッタリングされたTiNx膜からチタンシリサイド
を生成するものである。本発明におけるシリサイド反応
は、TiNx膜中の化学量論組成より過剰なチタンがシ
リサイド反応に関与する。したがって、本発明において
は、純チタンを窒素雰囲気で加熱処理して窒化チタン層
とチタンシリサイド層を形成する従来の方法のように窒
化反応とシリサイド化反応の反応速度のみでそれぞれ層
の厚さが決まるのではなく、シリサイド反応に関与でき
るチタン量が制限されるためチタンシリサイド層の厚さ
が制限され、最低厚さの窒化チタン層は確保できるもの
である。これは窒化チタンの生成速度が遅く、必要以上
にチタンシリサイド層を生成してしまうという従来の純
チタン膜を用いる方法の欠点を克服でき、オーミックコ
ンタクト部を形成するのに極めて都合が良い方法であ
る。
As described above, the present invention produces titanium silicide from the TiN x film sputtered from the target. In the silicidation reaction in the present invention, titanium in excess of the stoichiometric composition in the TiN x film participates in the silicidation reaction. Therefore, in the present invention, as in the conventional method of heat-treating pure titanium in a nitrogen atmosphere to form a titanium nitride layer and a titanium silicide layer, the thickness of each layer can be determined only by the reaction rate of the nitriding reaction and the silicidation reaction. The thickness of the titanium silicide layer is limited because the amount of titanium that can participate in the silicidation reaction is limited, and the titanium nitride layer having the minimum thickness can be secured. This is a very convenient method for forming an ohmic contact portion because it can overcome the drawbacks of the conventional method using a pure titanium film that the titanium nitride generation rate is slow and the titanium silicide layer is generated more than necessary. is there.

【0017】本発明のもう一つの重要な特徴は、配線層
上の拡散防止層をTiNxターゲットを反応性スパッタ
リングすることにより得たことである。配線層の上部の
拡散防止層としての窒化チタン層をTiNxターゲット
を用いるため、反応性スパッタリングにおいて反応に必
要な窒素は少なくて済み、実質的スパッタリング速度を
速めることができる。また本発明は、オーミックコンタ
クト部および配線層上の拡散防止層をスパッタリングと
いう同一の操作で形成できるという、製造上極めて有利
な特徴をもつものである。そのため本発明においては、
スパッタリング装置内のガス組成を変更するだけで、同
一装置および同一のターゲットでオーミックコンタクト
部および配線層上の拡散防止層の両方を形成することも
可能である。
Another important feature of the present invention is that the diffusion barrier layer on the wiring layer is obtained by reactive sputtering of a TiN x target. Since the TiN x target is used for the titanium nitride layer as the diffusion prevention layer on the wiring layer, the nitrogen required for the reaction in the reactive sputtering can be small and the sputtering rate can be substantially increased. Further, the present invention has a very advantageous feature in manufacturing that the diffusion preventing layer on the ohmic contact portion and the wiring layer can be formed by the same operation of sputtering. Therefore, in the present invention,
It is also possible to form both the ohmic contact portion and the diffusion prevention layer on the wiring layer with the same device and the same target by simply changing the gas composition in the sputtering device.

【0018】[0018]

【実施例】(実施例1)チタンに対する窒素の原子比が
1の化学量論組成を有する純度99.99%以上、平均
結晶粒径40μmの窒化チタン粉末と、純度99.99
%以上、平均結晶粒径40μmの純チタン粉末をチタン
に対する窒素の原子比が0.00〜0.92となる混合
比で配合し、Vブレンダで混合した。なお、窒素/チタ
ン原子比0.00とは、水素化チタンのみを原料とした
場合である。
Example 1 A titanium nitride powder having a stoichiometric composition in which the atomic ratio of nitrogen to titanium is 1 and having a purity of 99.99% or more and an average crystal grain size of 40 μm, and a purity of 99.99.
% Or more, and pure titanium powder having an average crystal grain size of 40 μm was mixed at a mixing ratio such that the atomic ratio of nitrogen to titanium was 0.00 to 0.92 and mixed with a V blender. The nitrogen / titanium atomic ratio of 0.00 is the case where only titanium hydride is used as the raw material.

【0019】得られた混合粉を内径φ133mmの熱間
静水圧プレス用のカプセルに充填し、700℃で脱水素
処理後、1250℃×5時間、120MPaの条件で熱
間静水圧プレスを行いφ75mm×6mmに機械加工し
てTiNx ターゲットを得た。得られたターゲットのチ
タンに対する窒素の原子量比(N/Ti)と相対密度の
関係を表1に示す。表1に示すターゲットを用いて、φ
6インチのシリコンウエハー上に表2に示すスパッタリ
ング条件で通常のスパッタリングを行い1000オング
ストロームのTiNx 膜を得た。TiNx 膜組成とター
ゲット組成に有意な差は認められなかった。得られたT
iNX 膜上に発生した0.3μm以上のパーティクル数
をカウントした結果を表1に示す。
The obtained mixed powder was filled in a capsule for hot isostatic pressing having an inner diameter of 133 mm, dehydrogenated at 700 ° C., and then hot isostatic pressed at 120 MPa for 5 hours at 120 ° C. to obtain 75 mm in diameter. The TiN x target was obtained by machining to a size of 6 mm. Table 1 shows the relationship between the atomic weight ratio of nitrogen to titanium (N / Ti) and the relative density of the obtained target. Using the targets shown in Table 1, φ
Normal sputtering was performed on a 6-inch silicon wafer under the sputtering conditions shown in Table 2 to obtain a 1000 Å TiN x film. No significant difference was observed between the TiN x film composition and the target composition. Obtained T
Table 1 shows the result of counting the number of particles of 0.3 μm or more generated on the iN x film.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】表1に示すようにチタンに対する窒素の原
子量比が0.85を越えるターゲットは焼結密度が低
く、パーティクルの発生も多いものであることがわか
る。得られたTiNX 膜を形成したシリコンウエハーを
分割して、次の2つの加熱処理を行った。 (1)10マイナス3乗Pa以下の真空下で700℃、
1分間の加熱処理。以下単純加熱処理という。 (2)常圧アンモニア雰囲気で735℃、30秒の熱窒
化反応を伴う加熱処理。 以下熱窒化処理という。
As shown in Table 1, it is understood that the target having an atomic ratio of nitrogen to titanium exceeding 0.85 has a low sintering density and many particles are generated. The obtained silicon wafer having the TiNx film formed was divided and subjected to the following two heat treatments. (1) 700 ° C. under a vacuum of 10 −3 Pa or less,
Heat treatment for 1 minute. Hereinafter referred to as simple heat treatment. (2) Heat treatment accompanied by thermal nitriding reaction at 735 ° C. for 30 seconds in an atmospheric ammonia atmosphere. Hereinafter referred to as thermal nitriding treatment.

【0023】これらの加熱処理によって得られた窒化チ
タン層およびチタンシリサイド層の膜厚比(dTiN/
dTiSi2 と表記する)と成膜した薄膜のチタンに対
する窒素の原子量比(N/Ti原子比と表記する)との
関係を単純加熱処理は図1に、熱窒化処理は図2にそれ
ぞれ示す。ここで窒化チタン層とチタンシリサイド層の
厚さはESCA分析により求めた。なお得られたすべて
の試料の表面は化学量論量の窒化チタンを示す黄金色を
呈していた。
The film thickness ratio of the titanium nitride layer and the titanium silicide layer obtained by these heat treatments (dTiN /
Simple heat treatment the relationship DTiSi 2 and hereinafter) and the atomic weight ratio of nitrogen to titanium thin film formed with (denoted as N / Ti atomic ratio) in FIG. 1, the thermal nitridation process are shown in FIG. Here, the thicknesses of the titanium nitride layer and the titanium silicide layer were obtained by ESCA analysis. The surfaces of all the obtained samples had a golden color showing a stoichiometric amount of titanium nitride.

【0024】図1に示すようにターゲット中の窒素の含
有量を増やしていくと窒化チタン層とチタンシリサイド
層の膜厚比を著しく高めることができる。すなわち本発
明例のように化学量論組成よりもチタンの多い窒化チタ
ンターゲットを用いてスパッタリングして得られたTi
X 膜によって窒化チタン層とチタンシリサイド層の膜
厚比の高いオーミックコンタクト部の拡散防止層を得ら
れることわかる。また図1および図2より、熱窒化反応
を行うことにより、膜厚比(dTiN/dTiSi2
をより高めることができることがわかる。
As shown in FIG. 1, if the content of nitrogen in the target is increased, the film thickness ratio between the titanium nitride layer and the titanium silicide layer can be significantly increased. That is, Ti obtained by sputtering using a titanium nitride target containing more titanium than the stoichiometric composition as in the example of the present invention.
It can be seen that the N x film can provide the diffusion prevention layer in the ohmic contact portion having a high film thickness ratio between the titanium nitride layer and the titanium silicide layer. Further, from FIG. 1 and FIG. 2, the film thickness ratio (dTiN / dTiSi 2 ) can be obtained by performing the thermal nitriding reaction.
It can be seen that can be further increased.

【0025】次に配線上の拡散防止層の形成を想定し
て、得られたφ6インチのウエハー上に、表3に示す条
件でアルミニウムをスパッタリングした。得られたアル
ミニウム層上に、N/Ti=0.40の組成のTiNx
ターゲットおよび比較例として純チタンターゲットを用
いて、表4に示す条件で反応性スパッタリングを行い、
1000オングストロームの実質的に化学量論組成であ
る窒化チタン層を形成した。この時化学量論組成となる
ようにスパッタリング電力による調整を行った。100
0オングストロームまで成膜成膜するのに要した時間
は、純チタンターゲットの2/3とすることができた。
Next, assuming formation of a diffusion prevention layer on the wiring, aluminum was sputtered on the obtained φ6 inch wafer under the conditions shown in Table 3. On the obtained aluminum layer, TiN x having a composition of N / Ti = 0.40.
Using a target and a pure titanium target as a comparative example, reactive sputtering was performed under the conditions shown in Table 4,
A 1000 Å substantially stoichiometric titanium nitride layer was formed. At this time, the sputtering power was adjusted so that the stoichiometric composition was obtained. 100
The time required for film formation up to 0 angstrom was 2/3 that of a pure titanium target.

【0026】[0026]

【表3】 [Table 3]

【0027】[0027]

【表4】 [Table 4]

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明はTiNxターゲットをスパッタ
リングして得られた薄膜を加熱処理することにより、チ
タンシリサイド薄く均一な厚さに形成でき、しかも厚い
窒化チタン層を形成することができる。また同じTiN
xターゲットを反応性スパッタリングすることで、配線
層上の拡散防止層である窒化チタン層の形成を純チタン
を用いる方法に比べ迅速に行えるものである。従って本
発明はより浅いドープ層を形成しようとするLSIの高
集積化への動きに対応でき、しかも生産効率も向上させ
ることができるので、LSI製造にとって、極めて有効
な手段となる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a thin film obtained by sputtering a TiN x target can be heat-treated to form titanium silicide in a thin and uniform thickness, and a thick titanium nitride layer can be formed. Also the same TiN
By reactively sputtering the x target, the titanium nitride layer, which is the diffusion prevention layer on the wiring layer, can be formed more quickly than the method using pure titanium. Therefore, the present invention can cope with the trend toward higher integration of LSIs for forming a shallower doped layer, and can also improve the production efficiency, which is an extremely effective means for LSI manufacturing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】成膜した薄膜の組成と単純加熱処理した薄膜中
の窒化チタン層とチタンシリサイド層の膜厚比との関係
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a composition of a formed thin film and a film thickness ratio between a titanium nitride layer and a titanium silicide layer in a thin film subjected to simple heat treatment.

【図2】成膜した薄膜の組成と熱窒化処理した薄膜中の
窒化チタン層とチタンシリサイド層の膜厚比との関係を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a composition of a formed thin film and a film thickness ratio of a titanium nitride layer and a titanium silicide layer in the thin film subjected to thermal nitriding treatment.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 実質的にチタンと窒素からなり、チタン
に対する窒素の原子量比が1未満のターゲットを用いて
スパッタリングを行い、チタンに対する窒素の原子量比
が1未満の組成を有する薄膜をシリコン上に成膜し、次
いで加熱処理を行って前記薄膜とシリコンを反応させ、
前記薄膜のシリコン側にチタンシリサイドを生成させる
とともに、前記薄膜の配線層側に窒化チタン層でなるオ
ーミックコンタクト部拡散防止層を形成し、次いで配線
層を形成した後、実質的にチタンと窒素からなり、チタ
ンに対する窒素の原子量比が1未満のターゲットを用い
て窒素を含むスパッタリングガスで反応させる反応性ス
パッタリングを行い、窒化チタンよりなる配線用拡散防
止層を形成することを特徴とするLSIの拡散防止層形
成方法。
1. A thin film having a composition in which the atomic ratio of nitrogen to titanium is less than 1 and which is substantially composed of titanium and nitrogen and the atomic ratio of nitrogen to titanium is less than 1 is formed on silicon. A film is formed, and then heat treatment is performed to react the thin film with silicon,
Titanium silicide is generated on the silicon side of the thin film, an ohmic contact diffusion preventing layer made of a titanium nitride layer is formed on the wiring layer side of the thin film, and then a wiring layer is formed. And diffusion of an LSI characterized in that a wiring diffusion preventing layer made of titanium nitride is formed by performing reactive sputtering in which a sputtering gas containing nitrogen is used to react with a target having an atomic weight ratio of nitrogen to titanium of less than 1. Method for forming prevention layer.
【請求項2】 加熱処理は熱窒化反応を伴わないことを
特徴とする請求項1に記載のLSIの配線形成方法。
2. The method for forming a wiring of an LSI according to claim 1, wherein the heat treatment does not involve a thermal nitriding reaction.
【請求項3】 加熱処理は熱窒化反応を伴うことを特徴
とする請求項1に記載のLSIの配線形成方法。
3. The method of claim 1, wherein the heat treatment is accompanied by a thermal nitriding reaction.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5367139A (en) * 1989-10-23 1994-11-22 International Business Machines Corporation Methods and apparatus for contamination control in plasma processing

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5367139A (en) * 1989-10-23 1994-11-22 International Business Machines Corporation Methods and apparatus for contamination control in plasma processing

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