JPH07312354A - 改善したコンタクトバリアを有する集積回路 - Google Patents
改善したコンタクトバリアを有する集積回路Info
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Abstract
体を有する集積回路及びその製造方法を提供する。 【構成】 本発明によれば、コンタクトの底部における
露出されたシリコンにおいて形成したシリサイド膜に隣
接してチタンオキシナイトライド膜を設けることにより
バリア層のバリア特性が向上されている。チタンオキシ
ナイトライド膜は、コンタクト内のシリコンと接触して
いるチタン金属層の上に低密度窒化チタン膜を付着形成
し、その後に空気へ露呈させることにより比較的大量の
酸素及び窒素が窒化チタン内に侵入することを許容する
ことにより形成することが可能である。迅速熱アニール
(RTA)により、コンタクト位置においてシリサイド
化が発生し、且つ酸素及び窒素がゲッタリングされ、酸
素及び窒素はチタン金属及び雰囲気中の窒素と反応して
チタンオキシナイトライドを形成する。
Description
するものであって、更に詳細には、集積回路において金
属−対−半導体コンタクト構成体及びその製造方法に関
するものである。
型の集積回路特徴寸法への傾向が継続する中において、
メタリゼーション層と半導体要素との間の信頼性の高い
導電性のコンタクト、特にアルミニウムと単結晶シリコ
ン内への拡散接合との間のコンタクトを形成することは
益々困難となっている。このように困難性が増加してい
る原因は、互いにコンタクト即ち接触した場合で、且つ
集積回路を製造するために必要な高温度に露呈された場
合に、アルミニウムとシリコンとが相互に拡散する傾向
があるためである。当該技術分野において公知の如く、
従来の集積回路製造プロセスでは、アルミニウム原子を
純粋なアルミニウムの金属電極から単結晶シリコン内へ
拡散させその場合にシリコン内の浅いPN接合を短絡さ
せるような深さへ拡散させる場合があり、このような現
象は接合スパイキングとして知られている。接合スパイ
キングを防止しながら集積回路メタリゼーションを形成
する場合にシリコンをドープしたアルミニウムを使用す
ることは、コンタクトにおいてシリコンのノジュール即
ち団塊を形成してコンタクトに脆弱性を導入させ、この
ような団塊は実効的にコンタクトの面積を減少させ、従
ってコンタクトの導電性を著しく減少させることが知ら
れている。
の進展は、アルミニウムとシリコンとのコンタクトにい
わゆる「バリア」層を導入することによってなされてい
る。従来、このバリア層は、例えばチタン−タングステ
ン(TiW)等の耐火性金属化合物、又は例えば窒化チ
タン(TiN)等の耐火性窒化金属である。このバリア
層はシリコンとその上側に存在するアルミニウム層との
間に配設されるようにコンタクト位置に形成されてい
る。ある場合には、このバリア層は耐火性金属を付着形
成し、次いでアニーリングを行なって金属がシリコンと
接触している場所においてバリア層化合物と金属シリサ
イドの両方を形成することによって形成されており、当
該技術分野において公知の如く、その場合の金属シリサ
イドはコンタクトの導電性を改善させる。いずれの場合
においても、このバリア層はアルミニウム原子とシリコ
ン原子との相互拡散を禁止し、従って上述した接合スパ
イキング及びシリコン団塊形成の問題を取除いている。
技術としては、TiN膜の付着においてパラメータを操
作し且つ制御することによりバリアを向上させることが
ある。1990年12月11日付けで発行され本明細書
に引用により導入する米国特許第4,976,839号
は、窒化チタン膜内の粒界における酸化物の存在が該膜
がそれを介してシリコンとアルミニウムとの相互拡散が
発生することを防止する能力を改善することが記載され
ている。この特許は、更に、スパッタリング期間中に基
板温度を上昇させることによって大きな粒子寸法を有す
る窒化チタンバリア層を形成する方法を開示しており、
従って比較的多量の酸素が存在した状態であるが膜の導
電性を劣化させることなしに粒界において酸化物を形成
させることが可能である。このようなTiNバリアを向
上させるための基板温度の制御は、更に、Inoue
et al.著、プロシーディングズ・オブ・IEEE
VLSIマルチレベル・インターコネクト会議、(IE
EE、1988年)205頁以下の文献に記載されてい
る。該膜のバリア特性を向上させるために、基板温度以
外のTiN付着パラメータも制御されている。これらの
パラメータとしては、付着圧力及び基板バイアス電圧等
がある。これらの従来技術の各々は膜が改良されたバリ
ア特性を有することを目的として、より一層稠密化され
るか、又は結晶化されたTiN膜を付着形成することに
指向されている。
術としては、TiN膜を酸素で埋め尽くすことにより膜
の付着後の処理を使用するものがある。Sinke e
tal.、アプライド・フィジックス・レター、Vo
l.47、No.5、(1985年)471頁以下の文
献では、このような処理として空気への露呈を使用する
ことを記載している。Dixit et al.、アプ
ライド・フィジックス・レター、Vol.62、No.
4、(1993年)357頁以下の文献では、TiN膜
の別の付着後の処理として迅速熱アニール(RTA)を
使用することを記載している。
き従来技術の欠点を解消し、優れた相互拡散バリア特性
を与えるような態様でコンタクト位置においてバリア層
を形成することが可能な集積回路コンタクト構成体及び
その製造方法を提供することを目的とする。
1ミクロン以下の極めて小さなコンタクト開口において
有用な技術を提供することである。
度の処理の確実性を与える技術を提供することである。
置においてバリア層を形成することを包含する集積回路
の製造方法に組込むことが可能である。コンタクト位置
においてシリコンを露出させるために誘電体の開口を介
してコンタクト開口を形成した後に、本発明は、露出し
たシリコンにおいてチタンシリサイド層を形成し、その
上に窒化チタン膜を形成し、且つチタンシリサイドと窒
化チタンとの間にチタンオキシナイトライド層を形成す
る。本発明の1側面によれば、シリサイドを形成すべき
チタン金属上に有孔性の窒化チタン層を形成する。この
有孔性の窒化チタンを形成した後にウエハを酸素を担持
する雰囲気(空気を包含する)へ露呈させることによっ
て、酸素が該膜内へ入ることを許容し、その後に迅速熱
アニールを行なうことによりシリコンとチタンとの界面
においてシリサイド化が発生されると共に、窒化チタン
をしてシリサイド/窒化膜界面にチタンオキシナイトラ
イド層を具備する高密度の膜へ稠密化させる。
スパッタさせ且つその後に金属スパッタリングと共にそ
の場所においてチタンオキシナイトライド膜を付着形成
させ、次いでそれら両方の上に窒化チタン膜を形成し、
オプションとして、RTAを実施することが可能であ
る。本発明のこの側面は、金属付着と共に現場において
バリア層のスパッタリングを行なうことを可能とし、ウ
エハの取扱いを減少させる。
第一実施例に基づいてコンタクト開口においてバリア層
を有する集積回路を製造する方法について詳細に説明す
る。図1a乃至1eの断面図は集積回路を製造する全体
的な処理の流れの一部としてこの方法を示している。当
業者にとって明らかな如く、本明細書において記載すべ
き部分的な処理の流れは、多くのタイプの集積回路の製
造において適用することが可能なものであり、完全な処
理の流れはその他の多数の処理ステップを有するもので
ある。
一部を断面で示してある。本明細書に記載する実施例に
よれば、本発明は、単結晶シリコン内のドープした半導
体領域とアルミニウムメタリゼーション層との間にバリ
ア層を形成することに関するものであり、何故ならば、
このようなコンタクトは、通常、バリア層によって対処
されるスパイキング問題及び団塊(ノジュール)問題に
対して最も敏感なものだからである。勿論、本発明は、
更に、例えばメタリゼーションとポリシリコンとの間の
コンタクト等のその他のコンタクトを形成する場合にも
適用可能である。
り、その表面に基板2の導電型とは反対導電型のドープ
した拡散領域4が形成されている。例えば、基板2は軽
度にドープしたP型シリコンとすることが可能であり、
且つ拡散領域4は高度にドープしたN型シリコンとする
ことが可能である。勿論、上述した如く、同一の又は反
対の導電型を選択して(その他の構造を使用することも
可能であり、例えば基板2は拡散領域4を形成したCM
OSプロセスにおけるウエル又はタブ領域とすることが
可能である。図1aの実施例においては、拡散領域4は
従来の態様で形成したフィールド酸化膜6によって取囲
まれている。この実施例においては、拡散領域4は非常
に浅く、例えばサブミクロン特徴寸法を有する最近の集
積回路にとって一般的に行なわれているように0.15
ミクロンの程度とすることが可能である。従って、拡散
領域4は所定のドーパントをイオン注入し、次いで高温
アニールを行なって接合を形成することが可能であり、
一方、層を形成する前にイオン注入を行なうことが可能
であり、この場合には、所望により、プロセスの後の方
でドライブインアニールを実施することが可能である。
プの誘電体層とすることが可能な誘電体層8を、コンタ
クトを形成することを所望する位置を除いて、上側に存
在する導電性構成体を拡散領域4から電気的に分離させ
るために、拡散領域4及びフィールド酸化膜6の上に形
成する。図1aにおいては、例えば、反応性イオンエッ
チング又は別のタイプの異方性エッチングによって誘電
体層8を貫通してコンタクト開口9が形成されており、
以下の記載から明らかになる如く、本発明のこの実施例
は、コンタクト開口9を介して拡散領域4と接触する上
側に存在するメタリゼーション及びバリア構成体を形成
するものである。本実施例においては、コンタクト開口
9は最近のサブミクロン集積回路にとって典型的なよう
に、1ミクロン幅以下の小さな寸法とさせることが可能
である。
造する技術において通常使用されている処理ステップに
基づいて形成することが可能である。
体的にチタン金属の薄い層10を付着形成即ち堆積さ
せ、その結果得られる構成を図1bに示してある。チタ
ン層10は、好適には、スパッタリングによって300
乃至1,000Åの程度の厚さへ形成し、チタン層10
の厚さはコンタクト位置において形成すべきシリサイド
層の厚さに基づいて選択される(この点については後に
詳細に説明する)。本実施例においては、チタン層10
の厚さは約600Åである。
層12を全体的に形成し、その結果得られる構成を図1
cに示してある。本発明のこの実施例によれば、比較的
低い密度を有するように窒化チタン層12が意図的に形
成されている。窒化チタン層12を付着形成するための
好適な方法は、反応性スパッタリングを使用するもので
あり、その場合には、スパッタされるチタンイオンが雰
囲気中に存在する窒素と反応することを可能とさせる温
度、圧力及びバイアス条件下で、チタン金属を窒素を担
持する雰囲気中においてスパッタさせる。基板温度及び
スパッタリング室圧力を適切に選択することにより、低
密度の窒化チタン層12が形成される。例えば、100
℃の程度の比較的低い基板温度で及び比較的弱い真空条
件(10mTorrの程度)で窒化チタンを反応性スパ
ッタリングさせることによって、極めて低い密度の窒化
チタン膜が得られることが判明した。このことは、従来
の高密度の窒化チタンと対比され、この従来の高密度窒
化チタンを形成する場合には、従来技術において所望さ
れている大きなグレイン寸法及び高密度を与えるために
300℃程度の基板温度で且つ高々4mTorrの真空
でスパッタリングが行なわれる。本発明のこの第一の好
適実施例に基づくスパッタリング条件の結果として、本
プロセスのこの段階においては低密度の窒化チタン膜1
2は極めて多孔性である。窒化チタン層12の厚さは本
発明のこの実施例に基づく場合には300乃至1,00
0Åの程度であり、この特定の適用場面に対する窒化チ
タン層の好適な厚さは約1,000Åである。
び雰囲気を変化させて、チタン層10のスパッタリング
と共にインシチュー即ちその現場において窒化チタン層
12を形成することが可能であることが望ましい。一
方、窒化チタン層12のスパッタリングは、所望によ
り、チタン層10のスパッタリングとは異なる処理室に
おいて実施することも可能である。窒化チタン層12を
付着形成した後に、スパッタリングターゲットをクリー
ニングするために、その上に薄い(例えば、200Å)
のチタン金属層(不図示)をスパッタさせることが望ま
しく、この場合には、この付加的なチタン層が後に反応
して窒化チタンを形成し、そのことが結果的に得られる
構成体を著しく変化させることはない。
構成体を処理室から取出し酸素を担持する雰囲気であっ
て、好適には例えば酸素と窒素との両方を担持する空気
等の雰囲気へ露呈させる。雰囲気中の酸素分子(及び、
存在する場合には、窒素分子も)粒界に沿って窒化チタ
ン層12内へ拡散する。上述した如くに形成された低密
度の窒化チタン層12は、この露呈期間中に酸素(及び
窒素)がその中に浸透することを確保し、このことは、
従来技術によって形成された高密度且つ大きなグレイン
寸法を有する窒化チタン層の場合には、酸素及び窒素の
浸透が禁止されるものと対比される。低密度の窒化チタ
ン層12内への酸素の浸透は実質的に直ちに行なわれ
(即ち、数分の程度)、それより長い期間露呈させるこ
とは最終的に得られる膜に対して著しい影響を有するも
のではないことが判明した。そうであるから、窒化チタ
ン層12を空気へ露呈させる時間及び条件は何ら臨界的
なものではない。
に、本構成体をアニールし、この場合に好適には迅速熱
アニール(RTA)によってアニーリングを行ない、コ
ンタクト開口9の底部に下側に存在するシリサイドを形
成すると共に浸透した酸素及び窒素をチタン層10と窒
化チタン層12との界面において浸透された酸素及び窒
素をチタン層10と反応させる。RTAは、チタン層1
0内の元素チタン金属の酸化を最小とさせるためにこの
ステップに対して好適なものである。拡散領域4に隣接
した位置においてチタンジシリサイド(TiSi2 )を
形成するためにチタン層10を反応させるのにRTA即
ち迅速熱アニールが適切なものである限り、RTAの特
定の条件は臨界的なものでないことが判明した。RTA
は、更に、窒化チタン層12を一層コンパクトな構成へ
稠密化させる。本発明のこの実施例に基づいて有用なR
TAの一例は30秒間の間窒素雰囲気中において650
℃のアニールを行なうことである。
示的な構成を示している。チタンジシリサイド層16
が、以前にチタン層10と接触していた拡散領域4の露
出部分に形成されており、チタン層10の適切な厚さを
選択することにより、シリサイド層16を形成する場合
の拡散領域4のシリコンの消費は制限され、従ってシリ
サイド層16が拡散領域4を貫通して延在し拡散領域4
と基板2との間の接合を短絡させることはない。
低密度の窒化チタン層12を空気へ露呈させ且つこのよ
うな露呈期間中に酸素をその中へ浸透させることの結果
として、シリサイド層16と接触した位置及び絶縁層8
の上側の位置の両方において、以前にチタン層10と窒
化チタン層12との界面であった箇所においてチタンオ
キシナイトライド(TiON)層18が形成される。R
TA期間中にこの界面においての酸素のゲッタリングに
よってTiON層18が形成されるものと考えられ、そ
の場合に酸素がチタン層10及びその位置において得ら
れる窒素と反応してTiON化合物を形成する。チタン
層10に最も近い窒化チタン層12の部分は幾分酸素が
減少されて、チタン/窒化チタン界面へゲッタリングが
行なわれる。チタンオキシナイトライドの特定のストイ
キオメトリ即ち化学量論は特定の条件にしたがって変化
し、従ってオキシナイトライド層18は、TiOx Ny
と表わすことが可能である。チタンオキシナイトライド
層18の厚さは、この実施例においては、100乃至3
00Åの程度である。
TA期間中に誘電体層8の上側のチタン層10の厚さ全
体が反応してチタンシリサイドか又はチタンオキシナイ
トライド化合物の何れかを形成することを確保する厚さ
に制限されている。この時点において膜中に元素チタン
が残存していることは好ましいことではない。何故なら
ば、このような元素チタンはその後の処理ステップ期間
中に酸化するからである。
果として窒化チタン層12の上側部分が酸素で「詰め込
まれる」ことが判明した。このように詰め込まれた領域
を図1dにおいて層12′として示してある。本実施例
においては、酸素を詰め込んだ窒化チタン層12′の厚
さは300乃至500Åの程度である。
いて、本構成体の上にアルミニウムメタリゼーション2
0を蒸着又はスパッタリングにより所望の厚さに形成す
ることが可能である。アルミニウム層20は純粋なアル
ミニウムか、又は当該技術分野において公知の如くシリ
コン又は銅でドープしたアルミニウムから構成すること
が可能である。本実施例においては、アルミニウム層2
0の厚さは4,000乃至8,000Åの程度とするこ
とが可能である。アルミニウム層20の付着形成に続い
て、チタンオキシナイトライド層18と、窒化チタン層
12,12′と、アルミニウム層20との積層体をパタ
ーン形成及びエッチングを行なって特定の集積回路にお
いて所望される導体を形成する。図2は図1eの集積回
路構成体の一部を概略平面図で示してあり、コンタクト
開口9及び窒化チタン層12の内側端部の位置を図2の
平面図において点線で示してある。
シナイトライド層18と、窒化チタン層12と、酸素を
詰め込んだ窒化チタン層12′との構成によって形成さ
れるバリアは、高品質であり且つ信頼性のあるものであ
ることが判明した。実験によれば、本発明に基づくバリ
ア構成体は、ダイオードテスト構成体に適用した場合
に、例えばチタン金属の上に高密度窒化チタンを配設さ
せた従来のバリア層を有する同様の寸法のダイオードと
比較した場合、450℃の熱応力をかけた後においての
逆バイアスダイオードリーク欠陥の百分率はより低いも
のであった(RTAに露呈させた場合とRTAに露呈さ
せなかった場合の両方)。
て与えられる改良されたバリア性能は、チタン層10と
低密度窒化チタン層12との間の界面であった箇所にチ
タンオキシナイトライド層18を形成することによるも
のと考えられる。本発明のこの実施例に基づくこの層の
形成は、付着形成させた場合窒化チタン層12が低密度
であり、付着形成した後に空気又は別の酸素を担持する
雰囲気へ構成体を露呈させる期間中に酸素12で詰め込
まれるものであるということによって可能なものであ
る。
シリコンウエハを従来のCMOS技術で処理してN+/
Pテストダイオードストリングを形成した。該ダイオー
ドストリングは砒素注入(60KeVにおいて3×10
15ドーズ)、燐注入(65KeVにおいて3×1014ド
ーズ)及び接合を形成するための30分間の900℃に
おける炉アニールによって形成した浅いN+拡散領域を
有している。酸化物を付着形成した後に、並列に接続さ
せるべき(105 個のダイオードのグループにおいて)
拡散領域に対して1ミクロンコンタクトを形成し、各ダ
イオードは0.0635cm2 の面積を有している。
べるために、6つのバリア/金属構成体案を比較した。
各テストグループは、最初に、550Åのスパッタ形成
したチタンを受取った。3つのグループは、本発明のこ
の実施例と相対的に、上述した如くに形成された低密度
のスパッタされた窒化チタン膜(500Å)を受け、且
つ3つのグループは従来の対応で高密度にスパッタ形成
された窒化チタン膜(500Å)を受取った。空気を遮
断した後、及び空気の遮断と650℃でのRTAアニー
ルの両方の後に、現場において各テストグループ上にア
ルミニウムを付着形成させた。これら6つのテストグル
ープは以下のように要約することが可能である。
た本発明の第一の好適実施例に対応するものである。
電気的な導電度の測定によって確認した(低密度TiN
は、エアブレーキ即ち空気遮断後であるが、RTAの前
後において夫々1120μΩ・cm及び1640μΩ・
cmの平均的な固有抵抗を有しており、高密度TiNは
空気への露呈の後でRTAの前後の両方において90μ
Ω・cmの平均的固有抵抗を有している)。
によって、低密度TiN膜は、実際に、d間隔測定に基
づいて、付着された状態で低密度を有するものであるこ
とが確認された。これらのX線回折測定は、更に、本発
明の第一の好適実施例に基づいて構成された低密度Ti
Nは、RTAを行なった場合に、従来の高密度TiNの
密度よりも一層高い密度へ稠密化することを示してい
た。これらの結果は上述した6つのテストグループの以
下の表に示されており、尚「d」は特定した物質及び面
に対する測定した格子定数であり、尚「比」は特定した
物質及び面に対する理想的な格子定数に対するそのグル
ープに対しての測定した格子定数の比である。
低密度TiN膜はRTAが行なわれておらず、実際に、
RTAなしで同様の処理を行なったグループ(b)及び
(d)の高密度のTiN膜の格子定数(1.007及び
1.006)と比較して、比較的大きなTiN(11
1)格子定数(1.010及び1.012)を有してい
る。然しながら、上の表におけるデータが明らかに示し
ている如く、付着された状態で低密度であるグループ
(e)のTiN膜は、RTAによってより高い密度へ稠
密化され、且つRTAが行なわれるグループ(f)のT
iN膜(1.002)の高い密度(付着された状態で)
の格子定数よりもより低い格子定数(0.996)であ
る。このデータは、付着された状態で低密度のTiN膜
をRTA処理することによって一層高い密度のTiN膜
が得られるという本発明のこの第一の好適実施例の付加
的な利点を示している。
テストグループ(a)乃至(f)に基づいて形成された
バリア構成体(即ち、アルミニウム下側)のオージェ
(Auger)電子分光(AES)分析について説明す
る。アルミニウムがTi/TiN膜と共にインシチュー
即ち現場で付着形成された図3(a)及び図3bに示し
たグループ(a)及び(b)の場合には、いずれのグル
ープにおいても酸素が著しい程度に存在しているもので
はない。空気への露呈(即ち、空気遮断)の後にアルミ
ニウムを付着形成する図3c及び3dを参照すると、低
密度TiNグループ(c)においては著しい程度の酸素
が存在しており、一方高密度のTiNグループ(d)に
おいては著しい量の酸素が存在するものではなく、更
に、図3cはグループ(c)の低密度TiN膜内の窒素
ノードが、グループ(d)の高密度TiN膜のものより
も、膜内深くの位置において一層高いものであることを
示している。従って図3c及び3dは、本発明の第一実
施例に基づいて形成した低密度TiN膜は、ウエハを空
気へ露呈させた後(且つRTAの前)において高密度T
iN膜におけるものよりも、一層多くの酸素で及び一層
多くの窒素で詰め込まれていることを表わしている。低
密度TiN膜内により多くの酸素が存在するということ
は上述した固有抵抗が一層高いということにより表わさ
れる。
後の本発明の第一実施例に基づくバリア構成体のAES
結果が示されており、図3(f)は、比較のために、空
気遮断の後で且つアルミニウム付着形成の前にRTAで
同様に処理した高密度膜に対するAES結果を示してい
る。図3eから明らかな如く、TiN膜内へ詰め込まれ
た酸素はRTA処理によってTi/TiN界面において
ゲッタリングされており、そのことは、図3eにおいて
矢印で示した酸素のピーク及びこのピークの直上の膜の
部分から酸素が減少していることによって示されている
(図3cと図3eとを比較することにより理解され
る)。この酸素のゲッタリングは図3fにおける高密度
TiNグループ(f)においても存在しているが、図3
dに示した如く高密度TiN膜内へ詰め込まれる酸素及
び窒素はより少ないので、この構成体の場合にTi/T
iN界面において形成されるTiONはもっと厚さが薄
いものと考えられる。従って、RTAの後において低密
度TiN膜グループ(e)のTi/TiN界面において
より大きな酸素のゲッタリングが発生し、その結果そこ
において高い信頼性のTiONの層が得られ、且つ改良
されたバリア性能が得られる。図3eは、更に、AES
結果において比較的高いレベルの酸素がその箇所に表わ
れている場合には、TiN層の上側部分が酸素で詰め込
まれていることを示している。
チタン金属と窒素及び酸素との向上された反応は、更
に、シリサイド化のために使用可能な元素チタンの量を
減少させることによって、シリサイド厚さを制限すると
いう利点を有している。そうであるから、本発明は、特
に、シリサイド化による接合が消費されることが問題と
なる場合のある極めて浅い接合を有する集積回路に対し
て特に適している。
に、サンプルの集積回路におけるダイオードストリング
を450℃での熱応力に露呈させ、且つダイオード故障
率を各グループ毎にチェックした。図4はこの熱応力テ
スト結果を示しており、縦軸には故障率をとってあり且
つ横軸には応力時間をとってある。この熱応力ダイオー
ドリークテストは、コンタクト位置において熱応力がア
ルミニウムとシリコンとの相互拡散を加速させるという
ことを考慮し、バリアを介してアルミニウム原子が冶金
的なPN接合に到達する場合にダイオード接合の欠陥が
発生するので、バリアの一体性即ち信頼性と正確に相関
しているものと考えられる。図4から明らかな如く、本
発明の第一実施例に基づいて形成されたTiON層は、
その他のテストグループと相対的に、且つ特に、高密度
TiNを有しており且つ空気への露呈及びRTAの処理
が行なわれるグループ(f)と相対的に、このような相
互拡散に対する優れた保護を与えている。
2番目の好適実施例に基づいてコンタクト内にバリア構
成体を製造する方法について詳細に説明する。本発明の
この実施例においては、最初に、図2aの構成体の上に
チタン層を所望の厚さに付着形成してコンタクト位置に
おいてシリサイドを形成し、従って、それは拡散領域4
と接触し且つ誘電体層8の上側に位置している。本発明
のこの実施例によれば、本構成体を空気又は酸素を担持
する雰囲気中に露呈させ、従って酸素がチタン層に詰め
込まれる。次いで、窒素雰囲気中において迅速熱アニー
ル即ちRTAを実施し、チタン層を拡散領域4のシリコ
ン表面と反応させてそこにおいてシリサイドを形成し、
且つチタン金属が雰囲気中の窒素及び空気遮断からの詰
め込まれた酸素と反応し、その結果他の箇所においてチ
タンオキシナイトライド化合物が形成される。その結果
得られる構成を図5aに示してあり、シリサイド層16
がコンタクト開口9の底部に形成されている。チタンオ
キシナイトライド層22は誘電体層8の上側及びシリサ
イド領域16の上表面に形成されている。
いて、且つ図5bを参照すると、チタンオキシナイトラ
イド層22の上に窒化チタン層24をスパッタ形成し、
且つ窒化チタン層24の上にチタン金属層26をスパッ
タ形成する。本発明のこの実施例においては、窒化チタ
ン層24は従来の高密度のものとすることが可能であ
り、且つそうすることが望ましい。層24,26の厚さ
は特定の幾何学的形状に基づいて選択され、且つ、チタ
ン層26の場合には、それが完全に反応させることを確
保するために爾後の処理を考慮して決定される。例え
ば、窒化チタン層24は、好適には、500乃至1,0
00Åの程度の厚さを有しており、一方チタン層26は
好適には200乃至700Åの程度の厚さを有してい
る。窒化チタン層24及びチタン層26は、好適には、
互いにインシチュー即ち現場においてスパッタ形成さ
れ、窒化チタン層24を所定の厚さに付着形成した後
に、窒素供給源をターンオフし且つチタンのスパッタリ
ングを継続して行なう。所望により、チタン層26の上
に低密度窒化チタン層をオプションによってスパッタ形
成させることが可能である。
体を再度空気又は別の酸素を担持する雰囲気へ露呈さ
せ、チタン層26を酸素で詰め込む。この空気遮断に続
いて、前と同じように窒素雰囲気中において再度RTA
を実施し(特定の条件は臨界的なものではない)、チタ
ン層26を詰め込んだ酸素及び雰囲気中の窒素と反応さ
せてチタンオキシナイトライド化合物を形成する。その
結果得られる構成を図5cに示してあり、全体的にチタ
ンオキシナイトライド層28が形成されている。従っ
て、本発明の第二の好適実施例ではバリア構成体内にお
いて複数個の層からなるチタンオキシナイトライドが得
られる。この付加的なチタンオキシナイトライド層は処
理ステップが付加されることによりコンタクトのバリア
特性を更に向上させるものと考えられる。
理を継続して行ないアルミニウムメタリゼーションを付
着形成し、パターニング及びエッチングを行なって前と
同じように回路内における所望の金属導体を形成する。
勿論、付加的なチタンオキシナイトライド層が所望され
る場合には、アルミニウムの付着形成を行なう前に、再
度、窒化チタン及びチタンの付着、空気遮断、及びRT
Aの処理を繰り返し行なうことが可能である。
の第三実施例に基づいてバリア層を具備するコンタクト
を製造する方法について詳細に説明する。本発明のこの
実施例においては、チタン金属層をコンタクト開口9内
にスパッタ形成し、且つ、空気遮断の後に、RTA即ち
迅速熱アニールを行なって、シリサイド膜16及びチタ
ンオキシナイトライド22を形成し、その結果上述した
如き図5aに示したような構成体が得られる。本発明の
この第三実施例によれば、且つ図6aに示した如く、R
TAによる反応の後に、全体的にチタン金属層30をス
パッタ形成し、次いでチタン金属層30の上に低密度窒
化チタン層32をスパッタ形成する。例えば低基板温度
及び弱い真空等の本発明の一番目の好適実施例に関して
上述したものと同様な条件下で低密度窒化チタン層32
をスパッタ形成し、その結果膜中に小さなグレイン寸法
及び高い有孔度が得られる。前と同様に、チタン層30
及び低密度窒化チタン層32を形成するスパッタリング
ステップは、好適には、互いにインシチュー即ち現場に
おいて実施する。その結果得られる構成を図6aに示し
てある。
る雰囲気へ露呈させ、従って、本発明の一番目の好適実
施例に関して上述した態様で、酸素が低密度窒化チタン
層32へ詰め込まれる。この空気遮断に続いて、この構
成体は窒素雰囲気中においてRTA及び迅速熱アニール
が行なわれ、チタン/窒化チタン界面において詰め込ま
れた酸素のゲッタリングが行なわれ、そこで、詰め込ま
れた酸素及び使用可能な窒素が層30内の元素チタンと
反応しそこにおいてチタンオキシナイトライド化合物を
形成する。その結果得られる構成を図6bに示してあ
り、この場合には、第二のチタンオキシナイトライド層
34が前に形成されたチタンオキシナイトライド層22
の上側に存在しており、且つ窒化チタン層32の下側に
存在している。上述した如く、低密度窒化チタン層32
はRTA即ち迅速熱アニール期間中に稠密化され、且つ
その表面近くにおいて酸素が詰め込まれる。
て、コンタクト位置において二重の厚さのチタンオキシ
ナイトライドが形成され、従って後に付着形成されるア
ルミニウムメタリゼーションに対して提供されるバリア
を更に向上させている。勿論、アルミニウム付着形成の
後に、パターン形成及びエッチングを行なって前と同じ
ように回路内において所望の金属導体を形成する。所望
により、バリア構成体内に別のチタンオキシナイトライ
ド層を設けることが望まれる場合には、アルミニウムを
付着形成する前に、チタン金属及び低密度窒化チタンの
付着形成、空気遮断、及びRTAを再度繰り返し行なう
ことが可能である。
シナイトライドを組み込んだバリア構成体を製造するも
のである。本発明のこの四番目の好適実施例において
は、拡散領域4及び誘電体層8と接触して全体的にチタ
ン金属をスパッタ形成し、空気へ露呈させ、且つRTA
即ち迅速熱アニールを行なってコンタクト開口の底部に
おいてシリサイドを形成し、且つ他の箇所においてはチ
タンオキシナイトライドを形成し、その結果図5aに示
した構成が得られる。然しながら、本発明のこの四番目
の実施例によると、チタンオキシナイトライド膜はRT
Aによって形成された最初のチタンオキナイトライド膜
の上に直接的にスパッタ形成され、スパッタリング系内
へ酸素及び窒素を制御した量導入することによりその上
にチタンオキシナイトライド膜を反応性スパッタリング
反応を起こさせることが可能である。このチタンオキシ
ナイトライドの付着形成は、RTAシリサイド化反応か
ら発生するバリア層を厚くすることに寄与し、且つそこ
においてのバリア効果を向上させる。本発明のこの実施
例は、付加的な処理のためにスパッタリング装置から本
構成体を取除くことの必要性なしに、バリア構成体を形
成するための便利な方法を与えている。
ンオキシナイトライド層の反応性スパッタリングの後
に、所望により、その上に付加的な窒化チタン層をスパ
ッタ形成させることが可能である。下側に存在するチタ
ンオキシナイトライド層が既に本構成体の上に形成され
ているので、この付加的な窒化チタン層は高密度とする
ことが可能であり、且つそうすることが望ましい。この
付加的な層が形成されるか否かに拘らず、本構成体にお
けるチタンオキシナイトライド層を一層完全に反応させ
ることが必要な場合には、本構成体をRTA即ち迅速熱
アニールを行なうことが可能である。次いで、バリア構
成体上のアルミニウムの付着形成、パターニング及びエ
ッチングを行なって、集積回路における所望の電気的導
体を形成することが可能である。
コンタクトの底部においてシリコンを被覆するシリサイ
ド膜近くにチタンオキシナイトライドを組込むことによ
って高信頼性で高品質のバリア層が形成される。この化
合物は熱応力下においてダイオード欠陥率が減少される
ことによって証明される如く、優れたバリア特性を提供
するものであることが判明した。本発明の種々の実施例
は所望のバリア性能を与えるために適切な厚さ及び信頼
性を有するチタンオキシナイトライド膜を提供する新規
な方法を提供している。
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
ロセスの一段階における部分的に製造された集積回路を
示した概略断面図。
ロセスの一段階における部分的に製造された集積回路を
示した概略断面図。
ロセスの一段階における部分的に製造された集積回路を
示した概略断面図。
ロセスの一段階における部分的に製造された集積回路を
示した概略断面図。
ロセスの一段階における部分的に製造された集積回路を
示した概略断面図。
る集積回路の一部を示した概略平面図。
を与えるメカニズムを実験的に検証するオージェ電子分
光結果を示したグラフ図。
を与えるメカニズムを実験的に検証するオージェ電子分
光結果を示したグラフ図。
を与えるメカニズムを実験的に検証するオージェ電子分
光結果を示したグラフ図。
を与えるメカニズムを実験的に検証するオージェ電子分
光結果を示したグラフ図。
を与えるメカニズムを実験的に検証するオージェ電子分
光結果を示したグラフ図。
を与えるメカニズムを実験的に検証するオージェ電子分
光結果を示したグラフ図。
力時間対ダイオード欠陥率のプロットを示した説明図。
ロセスの一段階における部分的に製造された集積回路を
示した概略断面図。
ロセスの一段階における部分的に製造された集積回路を
示した概略断面図。
ロセスの一段階における部分的に製造された集積回路を
示した概略断面図。
ロセスの一段階における部分的に製造された集積回路を
示した概略断面図。
ロセスの一段階における部分的に製造された集積回路を
示した概略断面図。
Claims (26)
- 【請求項1】 コンタクト位置にバリア層を有する集積
回路構成体の製造方法において、 本体の半導体表面にドープした半導体領域を形成し、 前記ドープした領域の上にコンタクト開口を貫通させた
誘電体膜を形成し、 前記誘電体膜を形成するステップの後に、前記ドープし
た領域の表面と接触し且つ前記誘電体膜の上側にチタン
金属を有する層を付着形成し、 前記チタン金属を有する層の上に低密度窒化チタンの層
を付着形成し、 そのようにして構成されたものを酸素を担持する雰囲気
へ露呈させ、 前記露呈ステップの後に、アニーリングを行なって前記
コンタクト開口内で前記ドープした領域の表面の上側に
チタンオキシナイトライド膜を形成し、 次いで前記コンタクト開口内で前記チタンオキシナイト
ライド膜上にアルミニウムメタリゼーションを付着形成
する、上記各ステップを有することを特徴とする方法。 - 【請求項2】 請求項1において、前記低密度窒化チタ
ンの層を付着形成するステップが、約100℃以下の基
板温度で且つ約4mTorrの真空条件下で窒化チタン
膜を反応性スパッタにより付着形成させることを特徴と
する方法。 - 【請求項3】 請求項1において、前記アニーリングス
テップが前記チタン金属を前記ドープした領域の表面と
反応させてそこにおいて且つ前記チタンオキシナイトラ
イド膜の下側においてシリサイド膜を形成させることを
特徴とする方法。 - 【請求項4】 請求項1において、前記アニーリングス
テップが迅速熱アニールによって実施されることを特徴
とする方法。 - 【請求項5】 請求項4において、前記迅速熱アニール
が窒素雰囲気中において実施されることを特徴とする方
法。 - 【請求項6】 請求項1において、前記酸素を担持する
雰囲気中へ露呈させるステップが、空気へ露呈させるこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項7】 コンタクト位置においてバリア層を有す
る集積回路構成体の製造方法において、 本体の半導体表面においてドープした半導体領域を形成
し、 前記ドープした領域の上にコンタクト開口を貫通させた
誘電体膜を形成し、 前記誘電体膜を形成するステップの後に、前記コンタク
ト開口において前記ドープした領域の表面を反応させて
そこにおいてチタンシリサイド膜を形成し、 前記チタンシリサイド膜に隣接してチタンオキシナイト
ライド膜を形成し、 前記チタンオキシナイトライド膜の上側に窒化チタン膜
を形成し、 前記窒化チタン膜の上にアルミニウムを有するメタリゼ
ーション層を形成する、上記各ステップを有することを
特徴とする方法。 - 【請求項8】 請求項7において、前記誘電体膜を形成
するステップの後に、前記コンタクト開口内において前
記ドープした領域と接触してチタン金属層を付着形成
し、且つ前記反応ステップが、前記付着ステップの後に
アニーリングを行なうものであることを特徴とする方
法。 - 【請求項9】 請求項8において、前記窒化チタン膜を
形成するステップが、高密度窒化チタン膜を形成するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項10】 請求項9において、 前記高密度窒化チタン膜の上にチタン金属の第二層を付
着形成し、 酸素を担持する雰囲気へ露呈させ、 窒素雰囲気中においてアニーリングを行なって、前記チ
タン金属の第二層が酸素及び窒素と反応してチタンオキ
シナイトライドを形成する、ことを特徴とする方法。 - 【請求項11】 請求項7において、 前記誘電体膜を形成するステップの後に、前記コンタク
ト開口内において前記ドープした領域と接触するチタン
金属の第一層を付着形成し、 前記反応ステップの後に、チタン金属の第二層を付着形
成し、 前記チタン金属の第二層を付着形成した後に、低密度窒
化チタンの層を付着形成し、 前記低密度の窒化チタンの層を付着形成した後に、酸素
を担持する雰囲気へ露呈させ、 前記露呈ステップの後に、アニーリングを行なう、こと
を特徴とする方法。 - 【請求項12】 請求項7において、前記チタンシリサ
イド膜に隣接してチタンオキシナイトライド膜を形成す
るステップが、前記チタンオキシナイトライド膜をスパ
ッタにより付着形成することを特徴とする方法。 - 【請求項13】 コンタクト位置においてバリア層を有
する集積回路構成体の製造方法において、 本体の半導体表面においてドープした半導体領域を形成
し、 前記ドープした領域の上にコンタクト開口を貫通させた
誘電体膜を形成し、 前記誘電体膜を形成するステップの後に、前記コンタク
ト開口において前記ドープした領域の表面を反応させて
そこにおいてチタンシリサイド膜を形成し、 前記チタンシリサイド膜に隣接してチタンオキシナイト
ライド膜をスパッタにより付着形成し、 前記チタンオキシナイトライド膜の上にアルミニウムを
有するメタリゼーション層を形成する、上記各ステップ
を有することを特徴とする方法。 - 【請求項14】 請求項13において、前記チタンオキ
シナイトライド膜をスパッタにより付着形成するステッ
プの後に、前記チタンオキシナイトライド膜の上側に窒
化チタン膜を形成することを特徴とする方法。 - 【請求項15】 請求項14において、更にアニーリン
グを行なうことを特徴とする方法。 - 【請求項16】 請求項13において、更にアニーリン
グを行なうことを特徴とする方法。 - 【請求項17】 集積回路コンタクト構成体において、 本体の表面にドープした半導体領域が設けられており、 前記ドープした領域の上に誘電体膜が設けられており、
前記誘電体膜はそれを貫通してコンタクト開口を有して
おり、 前記コンタクト開口における前記ドープした領域の露出
部分にチタンシリサイド膜が設けられており、 前記コンタクト開口において前記チタンシリサイド膜の
上側に第一チタンオキシナイトライド膜が設けられてお
り、 前記コンタクト開口において前記チタンシリサイド膜の
上側に第一窒化チタン膜が設けられており、 前記第一チタンオキシナイトライド膜及び前記第一窒化
チタン膜上にアルミニウムを有するメタリゼーション層
が設けられている、ことを特徴とする集積回路コンタク
ト構成体。 - 【請求項18】 請求項17において、前記第一チタン
オキシナイトライド膜が熱チタンオキシナイトライドを
有することを特徴とする集積回路コンタクト構成体。 - 【請求項19】 請求項17において、前記第一窒化チ
タン膜の一部が酸素が詰め込まれていることを特徴とす
る集積回路コンタクト構成体。 - 【請求項20】 請求項17において、前記第一窒化チ
タン膜が前記第一チタンオキシナイトライド膜の上側に
存在していることを特徴とする集積回路コンタクト構成
体。 - 【請求項21】 請求項20において、前記第一窒化チ
タン膜の上側に第二チタンオキシナイトライド膜が設け
られていることを特徴とする集積回路コンタクト構成
体。 - 【請求項22】 請求項21において、前記第二チタン
オキシナイトライド膜の上側に第二窒化チタン膜が設け
られていることを特徴とする集積回路コンタクト構成
体。 - 【請求項23】 請求項17において、前記第一チタン
オキシナイトライド膜の上側に第二チタンオキシナイト
ライド膜が設けられていることを特徴とする集積回路コ
ンタクト構成体。 - 【請求項24】 請求項23において、前記第一窒化チ
タン膜が前記第一及び第二チタンオキシナイトライド膜
の両方の上側に設けられていることを特徴とする集積回
路コンタクト構成体。 - 【請求項25】 請求項24において、第三チタンオキ
シナイトライド膜が前記第一窒化チタン膜の上側に設け
られており、且つ第二窒化チタン膜が前記第三チタンオ
キシナイトライド膜の上側に設けられていることを特徴
とする集積回路コンタクト構成体。 - 【請求項26】 請求項17において、前記第一チタン
オキシナイトライド膜が反応性スパッタ付着によって形
成されていることを特徴とする集積回路コンタクト構成
体。
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