JPH08279558A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH08279558A
JPH08279558A JP8119495A JP8119495A JPH08279558A JP H08279558 A JPH08279558 A JP H08279558A JP 8119495 A JP8119495 A JP 8119495A JP 8119495 A JP8119495 A JP 8119495A JP H08279558 A JPH08279558 A JP H08279558A
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titanium nitride
nitride film
film
ammonia
semiconductor device
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Kenji Kaizuka
健志 貝塚
Hiroshi Jinriki
博 神力
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Abstract

PURPOSE: To provide a method which forms a titanium nitride film having together good barrier properties and a high reliability to a wiring at a temperature lower than the melting point of aluminium and can decrease the concentration of chlorine being remained in the titanim nitride film. CONSTITUTION: A titanium nitride film is deposited so that the nitride film is formed into a desired film thickness by a CVD method and thereafter, a plasma irradiation treatment is performed in an atmosphere containing at least one kind of the gas of hydrogen, nitrogen and ammonia gases to make the radicals of these gases produce and the concentration of chlorine being remained in the nitride film is reduced by these radials 15. It is also possible that the deposition of this titanium nitride film and the plasma irradiation treatment are repeated to obtain a titanium nitride film of a desired film thickness.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はチタンナイトライド膜を
含む金属配線を有する半導体装置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 method of manufacturing a semiconductor device having a metal wiring containing a titanium nitride film.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の微細化・高集積化が進んで
いる現在、浅い拡散層において配線材料であるアルミニ
ウムの拡散層へのスパイクや基板シリコンのアルミニウ
ム配線での析出などの問題を解決するために、アルミニ
ウム膜またはアルミニウム合金層とシリコン基板表面に
形成した拡散層とのコンタクト部に拡散バリア層(バリ
アメタルと呼ばれている)を介挿することが行われてい
る。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices are being miniaturized and highly integrated, problems such as spikes of aluminum, which is a wiring material, in a diffusion layer and deposition of substrate silicon on aluminum wiring are solved in a shallow diffusion layer. Therefore, a diffusion barrier layer (called a barrier metal) is inserted in the contact portion between the aluminum film or aluminum alloy layer and the diffusion layer formed on the surface of the silicon substrate.

【0003】このバリアメタルとして現在最も有望と考
えれているのがチタンナイトライド(TiN)である。その
理由は、このチタンナイトライドはバリア性に優れてい
ることや比較的低抵抗であることの他に、アルミニウム
との積層配線を形成することでエレクトロマイグレーシ
ョン耐性、ストレスマイグレーション耐性といった配線
の信頼性を向上させる役割をも果たすことが分かったか
らである。このようにチタンナイトライド膜をバリアメ
タルとして形成することは、例えば特開平3-214734号公
報および同6-196482号公報に記載されている。チタンナ
イトライド膜は、これまで反応性スパッタリング法、ま
たはチタンをスパッタ堆積した後アンモニアまたは窒素
により窒化して得ていた。最近はコンタクト孔底部に十
分な厚さのチタンナイトライド膜を形成するために、コ
リメータを用いたスパッタ法による成膜の検討がなされ
ている。しかし、今後さらにコンタクト孔のアスペクト
比が大きくなった場合、コリメータを用いたスパッタ法
でも限界が訪れ、微細孔内部でもコンフォーマルな成膜
が可能なCVD 法が主流になるものと考えられる。
The most promising barrier metal at present is titanium nitride (TiN). The reason for this is that this titanium nitride has excellent barrier properties and relatively low resistance, as well as the reliability of wiring such as electromigration resistance and stress migration resistance due to the formation of laminated wiring with aluminum. It has been found that it also plays a role of improving. The formation of the titanium nitride film as a barrier metal in this way is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 3-214734 and 6-196482. Titanium nitride films have heretofore been obtained by reactive sputtering, or by sputtering deposition of titanium and then nitriding with ammonia or nitrogen. Recently, in order to form a titanium nitride film having a sufficient thickness at the bottom of the contact hole, studies have been made on film formation by a sputtering method using a collimator. However, if the aspect ratio of the contact hole becomes larger in the future, the sputtering method using a collimator will reach its limit, and it is considered that the CVD method, which enables conformal film formation inside the fine hole, will become the mainstream.

【0004】チタンナイトライド膜を成膜するCVD 法に
おいて、現在最も有望な原料は4塩化チタンを用いる方
法である。このような無機系の原料を用いて得られるチ
タンナイトライド膜は有機系の原料から形成されるチタ
ンナイトライド膜に比べて低抵抗、すなわち低不純物な
膜が得られるのみならず、成膜条件を最適化することに
よってアスペクト比が5以上の微細孔に対してもほぼ10
0%のカバレッジが達成されることが報告されている(例
えば、IDEM Conf. Proc., Dec., 1990, p.47)。
In the CVD method for forming a titanium nitride film, the most promising raw material at present is titanium tetrachloride. The titanium nitride film obtained by using such an inorganic raw material not only has a low resistance, that is, a low impurity film as compared with a titanium nitride film formed by an organic raw material, By optimizing, even for fine holes with an aspect ratio of 5 or more, almost 10
It has been reported that 0% coverage is achieved (eg IDEM Conf. Proc., Dec., 1990, p.47).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】4塩化チタンを用いた
系でのCVD 法によるチタンナイトライド膜の成膜の課題
の一つはチタンナイトライド膜に取り込まれる塩素濃度
を下げることである。これは、塩素濃度が高いチタンナ
イトライド膜は抵抗が高くなるとともにチタンナイトラ
イド膜上に形成されるアルミニウム合金は塩素で容易に
腐食されるため、チタンナイトライド膜中の塩素濃度が
高い場合、配線の信頼性に影響を及ぼすからである。
One of the problems in forming a titanium nitride film by the CVD method in a system using titanium tetrachloride is to reduce the concentration of chlorine taken into the titanium nitride film. This is because when the titanium nitride film having a high chlorine concentration has a high resistance and the aluminum alloy formed on the titanium nitride film is easily corroded by chlorine, when the chlorine concentration in the titanium nitride film is high, This is because it affects the reliability of the wiring.

【0006】上述した課題を解決するために、VMIC Con
ference, June, 1992, p.295には、アンモニア雰囲気中
でRTA を行なうことが開示されている。しかしながら、
この方法では、750℃と、アルミニウムの融点(660℃)
よりも高い温度が必要であり、すでに下側にアルミニウ
ムを含む場合、例えば第1層の金属配線層がアルミニウ
ム配線のときコンタクト孔に対してこの方法を適用しよ
うとすると、既に形成されているアルミニウム配線が75
0 ℃という高温に耐えられないので、この方法を適用で
きないという問題があった。また、コンタクト孔に対す
るバリアメタルとしてのみ適用する場合でも、最近の浅
い拡散層を考慮すると金属配線形成プロセスをできるだ
け低温で行なうのが望ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, VMIC Con
ference, June, 1992, p.295 discloses performing RTA in an ammonia atmosphere. However,
With this method, the melting point of aluminum is 750 ° C (660 ° C)
If a higher temperature is required and aluminum is already included in the lower side, for example, when the first metal wiring layer is aluminum wiring, when the method is applied to the contact hole, the already formed aluminum is formed. Wiring is 75
There is a problem that this method cannot be applied because it cannot withstand a high temperature of 0 ° C. Further, even when it is applied only as a barrier metal to the contact hole, it is desirable to carry out the metal wiring forming process at the lowest possible temperature, considering the recent shallow diffusion layer.

【0007】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を除去し、半導体基板に対するバリア性と配線の高信頼
性とを併せ持つチタンナイトライド膜を、アルミニウム
配線の融点よりも低い温度でのプロセスにも拘らず、十
分に不純物濃度が低く、低抵抗として形成することがで
きる半導体装置の製造方法を提供しようとするものであ
る。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to process a titanium nitride film having both barrier properties against a semiconductor substrate and high reliability of wiring at a temperature lower than the melting point of aluminum wiring. Nevertheless, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device which has a sufficiently low impurity concentration and can be formed with low resistance.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による半導体の製
造方法は、チタンナイトライド膜を含む金属配線を有す
る半導体装置を製造するに当たり、前記チタンナイトラ
イド膜を所望の膜厚となるまで化学気相成長法によって
堆積する成膜工程と、続いて水素、窒素、アンモニアの
内の少なくとも1つを含む雰囲気中において生成される
これら物質のラジカルで処理してチタンナイトライド膜
中に残留する塩素濃度を低減する後処理工程とを具える
ことを特徴とするものである。さらに本発明による半導
体装置の製造方法は、チタンナイトライド膜を含む金属
配線を有する半導体装置を製造するに当たり、(a)
前記チタンナイトライド膜を所望の膜厚よりも薄く化学
気相成長法によって堆積する成膜工程と、(b) 続い
て水素、窒素、アンモニアの内の少なくとも1つを含む
雰囲気中において生成されるこれら物質のラジカルで処
理してチタンナイトライド膜中に残留する塩素濃度を低
減するする後処理工程と、(c) 前記成膜工程(a)
および後処理(b)を、前記チタンナイトライド膜の膜
厚が所望の膜厚となるまで繰り返す工程とを具えること
を特徴とするものである。このような本発明による半導
体装置の製造方法においては、前記後処理工程はプラズ
マ処理とするの特に好適である。
According to the method of manufacturing a semiconductor of the present invention, in manufacturing a semiconductor device having a metal wiring including a titanium nitride film, the titanium nitride film is chemically vaporized until a desired film thickness is obtained. Concentration of chlorine remaining in the titanium nitride film after a film formation step of depositing by a phase growth method and subsequent treatment with radicals of these substances generated in an atmosphere containing at least one of hydrogen, nitrogen and ammonia And a post-treatment step for reducing Furthermore, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is intended to manufacture a semiconductor device having a metal wiring containing a titanium nitride film.
A film forming step of depositing the titanium nitride film by a chemical vapor deposition method so as to be thinner than a desired film thickness, and (b) subsequently formed in an atmosphere containing at least one of hydrogen, nitrogen and ammonia. A post-treatment step of reducing the chlorine concentration remaining in the titanium nitride film by treating with radicals of these substances, (c) the film forming step (a)
And a step of repeating the post-treatment (b) until the film thickness of the titanium nitride film reaches a desired film thickness. In such a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the post-treatment step is particularly preferably plasma treatment.

【0009】[0009]

【作用】上述した本発明による半導体装置の製造方法に
おいては、CVD 法によるチタンナイトライド膜の形成に
際して全ての工程をアルミニウムの融点よりも低い温度
で行なうことができるので、第1層配線のバリアメタル
としてのチタンナイトライド膜のみでなく下層にアルミ
ニウム配線を有する場合にも被覆性に優れたCVD法によ
るチタンナイトライド膜の成膜を行なうことができる。
これと同時に、水素、窒素、アンモニアの内少なくとも
1つを含む雰囲気中でプラズマ処理することによりチタ
ンナイトライド膜中に取り込まれる塩素濃度を低減する
ことができるので、アルミニウム膜が腐食するような恐
れもなくなる。すなわち、チタンナイトライド膜中に残
留する不純物濃度をアルミニウムの融点よりも低い温度
でのプロセスによって十分に低減できる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above, since all the steps can be performed at a temperature lower than the melting point of aluminum when forming a titanium nitride film by the CVD method, the barrier for the first layer wiring is formed. Not only the titanium nitride film as the metal but also the aluminum wiring in the lower layer can be used to form the titanium nitride film by the CVD method with excellent coverage.
At the same time, plasma treatment in an atmosphere containing at least one of hydrogen, nitrogen, and ammonia can reduce the concentration of chlorine taken into the titanium nitride film, which may cause corrosion of the aluminum film. Also disappears. That is, the concentration of impurities remaining in the titanium nitride film can be sufficiently reduced by the process at a temperature lower than the melting point of aluminum.

【0010】[0010]

【実施例】本発明による半導体装置の製造方法の第1の
実施例においては、半導体基板としてシリコン基板を用
い、CVD-TiN 膜の原料系としてTiCl4/NH3/H2を用い、表
1に示す成膜条件でチタンナイトライド膜を300 Åの膜
厚に成膜した。この表において、SCCMは0℃、1気圧の
標準状態での流量をCM3 で示すものである。
EXAMPLE In the first example of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a silicon substrate is used as a semiconductor substrate, and TiCl 4 / NH 3 / H 2 is used as a raw material system for a CVD-TiN film. A titanium nitride film was formed to a film thickness of 300 Å under the film forming conditions shown in. In this table, SCCM indicates the flow rate under standard conditions of 0 ° C. and 1 atm by CM 3 .

【表1】 このような条件で成膜したチタンナイトライド膜は段差
上でもコンフォーマルに成膜することができることを確
認した。さらに、このようにして成膜したチタンナイト
ライド膜をコンタクトに適用した場合、良好なバリア特
性を示すことも確認した。これはチタンナイトライド層
がコンフォーマルに形成されるため、コンタクト孔の底
部にも十分な膜厚のチタンナイトライド層が形成される
からであると考えられる。
[Table 1] It was confirmed that the titanium nitride film formed under such conditions can be conformally formed even on a step. Furthermore, it was also confirmed that when the titanium nitride film formed in this manner was applied to the contact, good barrier properties were exhibited. It is considered that this is because the titanium nitride layer is conformally formed, so that the titanium nitride layer having a sufficient film thickness is also formed at the bottom of the contact hole.

【0011】本発明においては、CVD 法でチタンナイト
ライド層を形成した後、水素、窒素、アンモニアの内の
少なくとも1種の雰囲気中でプラズマ処理するが、本発
明の効果を確認するために、水素、窒素、アンモニアの
他にアルゴンをガス種として使用してプラズマ処理を行
った。このプラズマ処理の条件は、すべて全圧を1Torr
とし、RFパワーは250Wとし、シリコン基板を500 ℃に加
熱し、6分間処理を行った。また、比較のために、全
圧、基板温度は同一にしてプラズマは発生させずに同一
時間だけ熱処理を行った。なお、試料の作製は、チタン
ナイトライド層の成膜チャンバと、プラズマ処理チャン
バとの両方を具えたマルチチャンバ型の装置を使用し
た。このような装置では、2つのプロセスチャンバは試
料の搬送を行なうための搬送室とゲートバルブを介して
連結されている。この搬送室は常時真空引きされている
ので、チタンナイトライド層の成膜とプラズマ処理との
2つのプロセスとの間でシリコン基板を大気に曝すこと
なく連続的に行なうことができる。
In the present invention, after the titanium nitride layer is formed by the CVD method, plasma treatment is performed in an atmosphere of at least one of hydrogen, nitrogen and ammonia. To confirm the effect of the present invention, Plasma treatment was performed by using argon as a gas species in addition to hydrogen, nitrogen, and ammonia. The conditions for this plasma treatment are that the total pressure is 1 Torr.
The RF power was 250 W, the silicon substrate was heated to 500 ° C., and the treatment was performed for 6 minutes. Further, for comparison, the total pressure and the substrate temperature were the same, and the heat treatment was performed for the same time without generating plasma. The sample was prepared by using a multi-chamber type apparatus having both a titanium nitride layer deposition chamber and a plasma processing chamber. In such a device, two process chambers are connected to a transfer chamber for transferring a sample through a gate valve. Since the transfer chamber is constantly evacuated, it can be continuously performed without exposing the silicon substrate to the atmosphere between the two processes of forming the titanium nitride layer and plasma treatment.

【0012】上述したようにして処理した幾つかの試料
について、膜中の塩素濃度を調べた。これはSIMS分析に
より行った。CVD 法で成膜したままのチタンナイトライ
ド膜には約3原子%の濃度で塩素が混入していた。この
ようなチタンナイトライド膜に対してプラズマ処理を行
った試料の塩素濃度およびプラズマを発生させずに熱処
理を行った試料の塩素濃度を表2に示す。
The chlorine concentration in the film was examined for several samples treated as described above. This was done by SIMS analysis. Chlorine was mixed in the titanium nitride film as deposited by the CVD method at a concentration of about 3 atom%. Table 2 shows the chlorine concentration of a sample obtained by subjecting such a titanium nitride film to plasma treatment and the chlorine concentration of a sample subjected to a heat treatment without generating plasma.

【表2】 [Table 2]

【0013】この結果から、水素、窒素、アンモニアガ
スによるプラズマ処理は、チタンナイトライド膜中の残
留塩素濃度の低減に効果があることが分かった。一方、
アルゴンガスによるプラズマ処理は塩素濃度の低減にそ
れほど効果がないことが分かった。さらに、プラズマを
用いずに、単なる熱処理の場合は、アンモニア雰囲気を
除いては塩素低減効果が殆どないことも分かった。これ
らのことから、チタンナイトライド膜中の残留塩素濃度
の低減には、水素プラズマ、窒素プラズマ、アンモニア
プラズマ中に生成されるラジカル、すなわち水素ラジカ
ル、窒素ラジカルおよびアンモニアラジカルなどが作用
することが分かった。プラズマを用いない熱処理の場合
に、アンモニアガスだけが塩素濃度の低減に効果が認め
られるのは、アンモニアは熱エネルギーだけでも比較的
低温で分解してラジカルを生成するためであると思われ
るが、塩素濃度の低減効果は温度が低いために十分では
ない。
From these results, it was found that the plasma treatment with hydrogen, nitrogen and ammonia gas is effective in reducing the residual chlorine concentration in the titanium nitride film. on the other hand,
It was found that the plasma treatment with argon gas was not so effective in reducing the chlorine concentration. Furthermore, it was also found that in the case of simple heat treatment without using plasma, there is almost no chlorine reduction effect except in the ammonia atmosphere. From these, it was found that radicals generated in hydrogen plasma, nitrogen plasma, and ammonia plasma, that is, hydrogen radicals, nitrogen radicals, and ammonia radicals, act to reduce the residual chlorine concentration in the titanium nitride film. It was In the case of heat treatment that does not use plasma, it is considered that the reason why only ammonia gas is effective in reducing the chlorine concentration is that ammonia is decomposed at relatively low temperature with only thermal energy to generate radicals. The effect of reducing the chlorine concentration is not sufficient due to the low temperature.

【0014】上述したようにして形成したチタンナイト
ライド膜上にアルミニウム膜をスパッタ法によって3000
Åの厚さに堆積した後、Al/TiN積層膜をライン状にパタ
ーニングしたものをクリーンルーム中で24時間大気中に
放置してアルミニウム膜の腐食の様子を調べた。後処理
を全く行っていないチタンナイトライド膜やプラズマ処
理を行っていないチタンナイトライド膜上のアルミニウ
ム膜およびアルゴンプラズマ処理したチタンナイトライ
ド膜上のアルミニウム膜には腐食の様子が見られた。一
方、水素、窒素、アンモニア雰囲気中でプラズマ処理し
たチタンナイトライド膜上のアルミニウム膜には腐食の
様子はまったく見られなかった。このような結果はチタ
ンナイトライド膜中の残留塩素濃度の違いによって説明
することができる。すなわち、後処理を行っていないチ
タンナイトライド膜中の残留塩素濃度がアルミニウムの
腐食を引き起こすほどに大きなものであり、また塩素濃
度の低減効果の小さい後処理(熱処理およびアルゴンプ
ラズマ処理) を施してもアルミニウムの腐食を抑制する
ことはできない。それに対し、水素、窒素、アンモニア
中でのプラズマ処理を施した試料ではチタンナイトライ
ド膜中に残留する塩素濃度がきわめて低くなるので、ア
ルミニウムの腐食が有効に防止されることが分かった。
An aluminum film is formed on the titanium nitride film formed as described above by a sputtering method at 3000
After depositing to a thickness of Å, a line-patterned Al / TiN laminated film was left in the clean room for 24 hours in the atmosphere to examine the corrosion state of the aluminum film. Corrosion was observed in the titanium nitride film which was not subjected to any post-treatment, the aluminum film on the titanium nitride film which was not subjected to plasma treatment and the aluminum film on the titanium nitride film which was subjected to argon plasma treatment. On the other hand, no corrosion was observed in the aluminum film on the titanium nitride film plasma-treated in the atmosphere of hydrogen, nitrogen and ammonia. Such a result can be explained by the difference in the residual chlorine concentration in the titanium nitride film. That is, the residual chlorine concentration in the titanium nitride film that has not been post-treated is large enough to cause corrosion of aluminum, and the post-treatment (heat treatment and argon plasma treatment) with a small chlorine concentration reduction effect is performed. Can not suppress the corrosion of aluminum. On the other hand, in the sample subjected to the plasma treatment in hydrogen, nitrogen and ammonia, the chlorine concentration remaining in the titanium nitride film was extremely low, and it was found that the corrosion of aluminum was effectively prevented.

【0015】本発明による半導体装置の製造方法の第2
の実施例においては、塩素濃度低減効果の高い水素プラ
ズマ、窒素プラズマおよびアンモニアプラズマ処理につ
いてさらに次のような実験を行った。すなわち、先ずCV
D-TiN 膜を100 Åの膜厚に成膜した後、各雰囲気中でプ
ラズマ処理を2分間行い、同様の工程を3回繰り返すこ
とによって最終的に300 Åの膜厚のチタンナイトライド
膜を形成した。この場合の成膜条件およびプラズマ処理
条件は上述したところと同じとした。したがって、全プ
ラズマ処理時間は6分である。このようにして形成した
チタンナイトライド膜中の塩素濃度を表3において3回
処理として示す。なお、1回処理とはCVD による成膜
と、プラズマ処理とを1回だけ行う上述した第1の実施
例で得られたチタンナイトライド膜の残留塩素濃度を示
すものである。
A second method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
In the example, the following experiment was further conducted on hydrogen plasma, nitrogen plasma, and ammonia plasma treatments that have a high chlorine concentration reducing effect. That is, first CV
After forming the D-TiN film to a film thickness of 100 Å, perform plasma treatment for 2 minutes in each atmosphere, and repeat the same process 3 times to finally obtain a titanium nitride film with a film thickness of 300 Å. Formed. The film forming conditions and the plasma processing conditions in this case were the same as described above. Therefore, the total plasma processing time is 6 minutes. The chlorine concentration in the titanium nitride film thus formed is shown as three treatments in Table 3. The one-time treatment means the residual chlorine concentration of the titanium nitride film obtained in the above-mentioned first embodiment in which the film formation by CVD and the plasma treatment are performed only once.

【表3】 [Table 3]

【0016】膜厚および全体のプラズマ処理時間が等し
いにも拘らず、1回で目的とする膜厚のチタンナイトラ
イド膜を形成するより、3回に分けて成膜およびプラズ
マ処置を行なう方が残留塩素濃度が低くなることが確か
められた。このことは、プラズマ処理の効果はチタンナ
イトライド膜の表面近くで大きく、膜の厚さ方向に行く
にしたがって小さくなることを示している。実際、SIMS
の深さ方向でのプロファイルを見ると、プラズマ処理を
施さないチタンナイトライド膜と比べてプラズマ処理し
たチタンナイトライド膜のプロファイルは表面付近で塩
素濃度の低下が著しく、深さ方向へ進むにしたがって両
者の差が小さくなっていることが確認された。
Despite the same film thickness and the same plasma processing time, it is better to perform the film formation and the plasma treatment in three steps than to form the titanium nitride film having the desired film thickness in one time. It was confirmed that the residual chlorine concentration was low. This indicates that the effect of the plasma treatment is large near the surface of the titanium nitride film and diminishes in the thickness direction of the film. In fact, SIMS
The profile of the titanium nitride film subjected to plasma treatment showed a remarkable decrease in chlorine concentration near the surface as compared with the titanium nitride film not subjected to plasma treatment. It was confirmed that the difference between the two was small.

【0017】本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、幾多の変更や変形が可能である。例えば、上
述した実施例においては、CVD-TiN の成膜の原料系とし
てTiCl4/NH3/H2を選択したが、チタンの原料源としては
他のハロゲン化チタン( 例えば4臭化チタン)でも有機
原料(例えばテトラジメチルアミノチタニウム)でも良
い。また、窒素源のNH3 に限定されるものではない。た
だし、段差部での被覆形状を考慮すると、コンフォーマ
ルな形状が得れる上述した実施例の原料系あるいはTiCl
4/NH3 を採用するのが望ましい。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but various modifications and variations are possible. For example, although TiCl 4 / NH 3 / H 2 was selected as the raw material system for the CVD-TiN film formation in the above-mentioned embodiments, other titanium halides (for example, titanium tetrabromide) are used as the raw material source for titanium. However, an organic raw material (for example, tetradimethylaminotitanium) may be used. Further, the nitrogen source is not limited to NH 3 . However, considering the coating shape at the stepped portion, the raw material system of the above-mentioned embodiment or TiCl 2 which can obtain a conformal shape is used.
It is desirable to adopt 4 / NH 3 .

【0018】また、プラズマ処理でのガス流量、全圧も
上述した実施例に限定されるものではなく、被覆形状に
優れたものであれば、どのような条件を選択しても良
い。さらに、成膜温度についても、500 ℃に限定される
ものではなく、400 〜500 ℃の範囲内で任意に選択する
ことができる。500 ℃を越えるプロセスは下地に既にア
ルミニウム配線がある場合には、配線の信頼性が損なわ
れるので好ましくない。400 ℃未満の成膜では残留塩素
濃度が著しく高くなり、その後のプラズマ処理でも十分
に塩素濃度を低減できなくなるので好ましくない。
Further, the gas flow rate and total pressure in the plasma treatment are not limited to those in the above-mentioned embodiment, and any condition may be selected as long as the coating shape is excellent. Further, the film forming temperature is not limited to 500 ° C., and can be arbitrarily selected within the range of 400 to 500 ° C. The process of exceeding 500 ° C is not preferable because the reliability of the wiring is impaired when aluminum wiring is already present in the base. When the film is formed at a temperature lower than 400 ° C, the residual chlorine concentration becomes extremely high, and the chlorine concentration cannot be sufficiently reduced by the subsequent plasma treatment, which is not preferable.

【0019】また、上述した実施例では、チタンナイト
ライド膜の成膜に熱CVD 法を用いているが、CVD 法であ
れば、プラズマCVD 法や光CVD 法を用いることもでき
る。しかし、段差部での被覆形状を考慮すると熱CVD 法
を用いるのが最も好適である。さらに、上述した実施例
では、後処理としてRF放電により生成されるラジカルを
用いるプラズマ処理を採用したが、DC放電、ECR 放電を
用いたプラズマ処理でも良い。また、上述したように塩
素濃度の低減に寄与するのはラジカル種であるので、ラ
ジカルを生成するものであればプラズマ処理でなくても
良く、例えばUV照射によるラジカル生成を用いた後処理
を採用することもできる。しかし、塩素濃度の低減効果
やプロセスの容易さなどを考慮するとプラズマ処理が好
適である。
Further, in the above-mentioned embodiment, the thermal CVD method is used for forming the titanium nitride film, but if it is the CVD method, the plasma CVD method or the optical CVD method can be used. However, it is most preferable to use the thermal CVD method in consideration of the coating shape at the step portion. Further, in the above-described embodiments, the plasma treatment using radicals generated by RF discharge is adopted as the post-treatment, but plasma treatment using DC discharge or ECR discharge may be used. Further, as described above, since it is the radical species that contribute to the reduction of the chlorine concentration, it is not necessary to use the plasma treatment as long as it produces radicals. For example, post-treatment using radical production by UV irradiation is adopted. You can also do it. However, in consideration of the effect of reducing the chlorine concentration and the ease of the process, plasma treatment is preferable.

【0020】また、上述した実施例では、後処理温度も
成膜温度と同じ500 ℃としたが、それに限定されるもの
ではなく、500 ℃以下であれば任意に選択することがで
きる。この場合、500 ℃を越えると、上述した成膜時の
基板温度と同様に下地に既にアルミニウム配線がある場
合には、配線の信頼性が損なわれるので好ましくない。
一方、温度の下限には特に制限はないが、効率良く塩素
濃度の低減を行なうには可能な限り高い温度が望まし
い。プラズマ処理を行なう際の雰囲気に関しては、上述
した実施例では水素、窒素およびアンモニアの内の1種
類のガスを使用したが、水素、窒素およびアンモニアの
内の少なくともどれか1つを含んでいれば、複数のガス
の混合ガスを使用することもできる。さらに、上述した
第2の実施例では、チタンナイトライド膜の成膜工程お
よびそれに続くプラス間処理を3回繰り返し、それぞれ
の成膜条件およびプラズマ処理条件を全て同一とした
が、この繰り返し回数は任意に設定することができると
ともに各回の処理条件も任意に設定できることは勿論で
ある。
Further, although the post-treatment temperature is set to 500 ° C. which is the same as the film forming temperature in the above-mentioned embodiment, the post-processing temperature is not limited thereto and may be arbitrarily selected as long as it is 500 ° C. or less. In this case, if the temperature exceeds 500 ° C., the reliability of the wiring is impaired if aluminum wiring is already present in the base, as is the case with the substrate temperature at the time of film formation, which is not preferable.
On the other hand, although the lower limit of the temperature is not particularly limited, it is desirable that the temperature is as high as possible in order to efficiently reduce the chlorine concentration. Regarding the atmosphere when performing the plasma treatment, in the above-mentioned embodiment, one kind of gas among hydrogen, nitrogen and ammonia was used, but if at least any one of hydrogen, nitrogen and ammonia is contained, It is also possible to use a mixed gas of a plurality of gases. Further, in the above-described second embodiment, the titanium nitride film forming step and the subsequent plus-plus treatment are repeated three times, and the respective film forming conditions and the plasma processing conditions are all the same. Needless to say, it can be set arbitrarily and the processing conditions for each time can also be set arbitrarily.

【0021】[0021]

【発明の効果】上述したように本発明による半導体装置
の製造方法によれば、アルミニウムの融点以下の温度で
段差被覆性に優れ、かつ不純物濃度が十分に低いチタン
ナイトライド膜を形成することができる。この結果、バ
リア性を十分確保しつつアルミニウム膜の腐食の心配の
ない信頼性の高い金属配線を有する半導体装置を提供す
ることができる。また、下層にアルミニウム膜が既に形
成されている場合にもチタンナイトライド膜を成膜する
ことができるので、CVD-TiN 成膜技術の適用可能な範囲
を広げることができる。
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to form a titanium nitride film having excellent step coverage and a sufficiently low impurity concentration at a temperature equal to or lower than the melting point of aluminum. it can. As a result, it is possible to provide a semiconductor device having a highly reliable metal wiring in which the barrier property is sufficiently ensured and the aluminum film is not corroded. Further, since the titanium nitride film can be formed even when the aluminum film is already formed as the lower layer, the applicable range of the CVD-TiN film forming technique can be expanded.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チタンナイトライド膜を含む金属配線を
有する半導体装置を製造するに当たり、 前記チタンナイトライド膜を所望の膜厚となるまで化学
気相成長法によって堆積する成膜工程と、 続いて水素、窒素、アンモニアの内の少なくとも1つを
含む雰囲気中において生成されるラジカルで処理してチ
タンナイトライド膜中に残留する塩素濃度を低減させる
後処理工程とを具えることを特徴とする半導体装置の製
造方法。
1. When manufacturing a semiconductor device having a metal wiring including a titanium nitride film, a film forming step of depositing the titanium nitride film by a chemical vapor deposition method to a desired film thickness, and And a post-treatment step of reducing the concentration of chlorine remaining in the titanium nitride film by treating with radicals generated in an atmosphere containing at least one of hydrogen, nitrogen and ammonia. Device manufacturing method.
【請求項2】 チタンナイトライド膜を含む金属配線を
有する半導体装置を製造するに当たり、(a) 前記チ
タンナイトライド膜を所望の膜厚よりも薄く化学気相成
長法によって堆積する工程と、(b) 続いて水素、窒
素、アンモニアの内の少なくとも1つを含む雰囲気中に
おいて生成されるラジカルで処理してチタンナイトライ
ド膜中に残留する塩素濃度を低減させる後処理工程と、
(c) 前記工程(a)および(b)を、前記チタンナ
イトライド膜の膜厚が所望の膜厚となるまで繰り返す工
程とを具えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. In manufacturing a semiconductor device having a metal wiring containing a titanium nitride film, (a) a step of depositing the titanium nitride film by a chemical vapor deposition method so as to be thinner than a desired film thickness, b) a post-treatment step of subsequently treating with radicals generated in an atmosphere containing at least one of hydrogen, nitrogen and ammonia to reduce the concentration of chlorine remaining in the titanium nitride film;
(C) A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: repeating the steps (a) and (b) until the film thickness of the titanium nitride film reaches a desired film thickness.
【請求項3】 前記後処理工程を、水素、窒素、アンモ
ニアの内の少なくとも1つを含む雰囲気中におけるプラ
ズマ処理とすることを特徴とする請求項1または2記載
の半導体装置の製造方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the post-treatment step is a plasma treatment in an atmosphere containing at least one of hydrogen, nitrogen and ammonia.
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