JPH098139A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH098139A JPH098139A JP20448696A JP20448696A JPH098139A JP H098139 A JPH098139 A JP H098139A JP 20448696 A JP20448696 A JP 20448696A JP 20448696 A JP20448696 A JP 20448696A JP H098139 A JPH098139 A JP H098139A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- titanium
- aluminum
- titanium nitride
- sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】減圧化学気相成長法を用いて試料上に、底部が
チタンであって、その上が窒化チタンである膜を形成す
る。 【効果】試料上にカバレッジが優れたバリア層を形成
し、しかる後上記バリア層上にLPCVD法により良質
のアルミニウム膜を再現性よく形成することができる。
また、基板上に形成された絶縁膜の開口部に、上記窒化
チタン膜を形成することによって、コンタクト抵抗の低
減をはかることが可能となる。
チタンであって、その上が窒化チタンである膜を形成す
る。 【効果】試料上にカバレッジが優れたバリア層を形成
し、しかる後上記バリア層上にLPCVD法により良質
のアルミニウム膜を再現性よく形成することができる。
また、基板上に形成された絶縁膜の開口部に、上記窒化
チタン膜を形成することによって、コンタクト抵抗の低
減をはかることが可能となる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に係り、特に窒化チタン膜とアルミニウム膜とを構
成要素として含む積層膜からなる配線を有する半導体装
置を製造するのに好適な半導体装置及びその製造方法に
関する。
方法に係り、特に窒化チタン膜とアルミニウム膜とを構
成要素として含む積層膜からなる配線を有する半導体装
置を製造するのに好適な半導体装置及びその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウムを含む化合物として、例え
ば有機アルミニウム化合物を原料とし、減圧化学気相成
長法(LPCVD法)によりアルミニウム薄膜を製造す
る方法によれば、高純度でカバレッジの優れたアルミニ
ウム薄膜の形成が原理的に可能である。
ば有機アルミニウム化合物を原料とし、減圧化学気相成
長法(LPCVD法)によりアルミニウム薄膜を製造す
る方法によれば、高純度でカバレッジの優れたアルミニ
ウム薄膜の形成が原理的に可能である。
【0003】そのため、微細化された半導体装置の配線
アルミニウム薄膜の形成に応用するためのLPCVD法
ならびに装置などの研究開発が盛んに進められている。
従来の有機アルミニウム化合物の一種であるトリイソブ
チルアルミニウム(TIBA)を原料として、アルミニ
ウム薄膜を形成するLPCVD法ならびに装置について
は例えばソリッド ステート テクノロジー12月号
(1982年)第62頁から第65頁(Solid State Te
chnology, December(1982)pp62−65)にお
いて論じられている。
アルミニウム薄膜の形成に応用するためのLPCVD法
ならびに装置などの研究開発が盛んに進められている。
従来の有機アルミニウム化合物の一種であるトリイソブ
チルアルミニウム(TIBA)を原料として、アルミニ
ウム薄膜を形成するLPCVD法ならびに装置について
は例えばソリッド ステート テクノロジー12月号
(1982年)第62頁から第65頁(Solid State Te
chnology, December(1982)pp62−65)にお
いて論じられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のLPCVD法お
よび装置によって形成されるアルミニウム薄膜はカバレ
ッジが優れていて純度も極めて高いとされているが、形
成されたアルミニウム薄膜の表面が粗く、微視的に見る
と薄膜表面にはかなりの凹凸が生じるという問題があっ
た。また、この表面の凹凸は同一装置を用いて同一条件
でアルミニウム膜形成を繰返しても必ずしも再現しない
という問題もあった。アルミニウム薄膜の平滑性が悪化
する原因については不明ではあるが、アルミニウム膜形
成前に試料に施される試料表面活性化処理により膜表面
の平滑性は大きく変化する。この試料表面活性化処理は
試料表面におけるアルミニウムの核生成を促進すること
を目的として行われるもので、上述した従来のLPCV
D法の代表的なソリッド ステート テクノロジー12
月号(1982年)に記載の方法においては、加熱した
試料を四塩化チタンに関することを以てこの活性化処理
としている。(以下四塩化チタン処理という。)発明者
らはこの四塩化チタン処理が活性化処理として必ずしも
最善ではなく、試料の材質やその表面状態のわずかな差
異の影響を受けやすく、上記アルミニウム膜表面の凹凸
の発生もしくは再現性不足の原因となっていることを見
出した。
よび装置によって形成されるアルミニウム薄膜はカバレ
ッジが優れていて純度も極めて高いとされているが、形
成されたアルミニウム薄膜の表面が粗く、微視的に見る
と薄膜表面にはかなりの凹凸が生じるという問題があっ
た。また、この表面の凹凸は同一装置を用いて同一条件
でアルミニウム膜形成を繰返しても必ずしも再現しない
という問題もあった。アルミニウム薄膜の平滑性が悪化
する原因については不明ではあるが、アルミニウム膜形
成前に試料に施される試料表面活性化処理により膜表面
の平滑性は大きく変化する。この試料表面活性化処理は
試料表面におけるアルミニウムの核生成を促進すること
を目的として行われるもので、上述した従来のLPCV
D法の代表的なソリッド ステート テクノロジー12
月号(1982年)に記載の方法においては、加熱した
試料を四塩化チタンに関することを以てこの活性化処理
としている。(以下四塩化チタン処理という。)発明者
らはこの四塩化チタン処理が活性化処理として必ずしも
最善ではなく、試料の材質やその表面状態のわずかな差
異の影響を受けやすく、上記アルミニウム膜表面の凹凸
の発生もしくは再現性不足の原因となっていることを見
出した。
【0005】またアルミニウムのLPCVD法を半導体
装置の配線アルミニウム薄膜の形成に応用する場合、微
細化されたコンタクトホール部におけるアルミニウム配
線とシリコン基板との接続部の熱的安定性を高める必要
からアルミニウム、シリコン間にバリア層を挿入するこ
とが不可欠となりつつある。バリア層として例えば反応
性スパッタ法によって形成された窒化チタン膜が提案さ
れているが、反応性スパッタ法ではカバレッジが不足す
るため垂直に加工された微小スルーホール底部にバリア
層として必要な厚さの窒化チタン膜を形成することは極
めて困難である。
装置の配線アルミニウム薄膜の形成に応用する場合、微
細化されたコンタクトホール部におけるアルミニウム配
線とシリコン基板との接続部の熱的安定性を高める必要
からアルミニウム、シリコン間にバリア層を挿入するこ
とが不可欠となりつつある。バリア層として例えば反応
性スパッタ法によって形成された窒化チタン膜が提案さ
れているが、反応性スパッタ法ではカバレッジが不足す
るため垂直に加工された微小スルーホール底部にバリア
層として必要な厚さの窒化チタン膜を形成することは極
めて困難である。
【0006】また、反応性スパッタ法ではスルーホール
上部に、底部よりも厚く窒化チタン膜が形成されるた
め、その上にLPCVD法でアルミニウム膜を形成し、
スルーホールをアルミニウムで埋込もうとすると、スル
ーホール内部に空洞が発生するという問題もあった。
上部に、底部よりも厚く窒化チタン膜が形成されるた
め、その上にLPCVD法でアルミニウム膜を形成し、
スルーホールをアルミニウムで埋込もうとすると、スル
ーホール内部に空洞が発生するという問題もあった。
【0007】さらに、アルミニウムのLPCVD法は半
導体素子に対してプラズマ放電に起因する損傷を与えな
いという大きな特長を有するが、バリア層の形成に反応
性スパッタ法を用いることにより素子が損傷を受けると
アルミニウムのLPCVD法の利点が生かされないこと
も問題であった。
導体素子に対してプラズマ放電に起因する損傷を与えな
いという大きな特長を有するが、バリア層の形成に反応
性スパッタ法を用いることにより素子が損傷を受けると
アルミニウムのLPCVD法の利点が生かされないこと
も問題であった。
【0008】LPCVD法によるアルミニウム膜に匹敵
するガバレッジの得られるバリア層の形成方法を確立す
ることがアルミニウムのLPCVD法を実用化する上で
不可欠である。
するガバレッジの得られるバリア層の形成方法を確立す
ることがアルミニウムのLPCVD法を実用化する上で
不可欠である。
【0009】従来のLPCVD法および装置はこの点に
ついて配慮されていなかったため半導体装置への応用は
大きく制約されていた。
ついて配慮されていなかったため半導体装置への応用は
大きく制約されていた。
【0010】本発明の目的は試料上にカバレッジが優れ
たバリア層を形成し、しかも特別な活性化処理を施すこ
となく、上記バリア層上にLPCVD法により良質のア
ルミニウム膜を再現性よく形成することができ、コンタ
クト抵抗の小さい半導体装置の製造方法及びその装置を
提供することにある。
たバリア層を形成し、しかも特別な活性化処理を施すこ
となく、上記バリア層上にLPCVD法により良質のア
ルミニウム膜を再現性よく形成することができ、コンタ
クト抵抗の小さい半導体装置の製造方法及びその装置を
提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的はアルミニウム
膜形成にさきだち、LPCVD法を用いて試料上に、底
部がチタンであって、その上が窒化チタンである膜を形
成することにより達成される。窒化チタン膜の原料とし
て四塩化チタン及びアンモニアを用い、アルミニウム膜
の原料としてトリイソブチルアルミニウムを用いる場合
に最も好ましい結果が得られるが、他の原料例えば窒化
チタン膜の原料として四塩化チタン及び窒素等、アルミ
ニウム膜の原料としてトリメチルアルミニウム、トリエ
チルアルミニウム等を用いてもよい。また窒化チタン膜
の形成方法としてはLPCVD法の代わりにプラズマ化
学気相成長法(PCVD法)を用いることもできる。さ
らに真空紫外光を放射する光源を用いた光CVD法を用
いてもよい。光CVD法では光エネルギーにより化学反
応が促進されるため通常のLPCVD法よりも低温で高
速の窒化チタン膜形成が可能となる。
膜形成にさきだち、LPCVD法を用いて試料上に、底
部がチタンであって、その上が窒化チタンである膜を形
成することにより達成される。窒化チタン膜の原料とし
て四塩化チタン及びアンモニアを用い、アルミニウム膜
の原料としてトリイソブチルアルミニウムを用いる場合
に最も好ましい結果が得られるが、他の原料例えば窒化
チタン膜の原料として四塩化チタン及び窒素等、アルミ
ニウム膜の原料としてトリメチルアルミニウム、トリエ
チルアルミニウム等を用いてもよい。また窒化チタン膜
の形成方法としてはLPCVD法の代わりにプラズマ化
学気相成長法(PCVD法)を用いることもできる。さ
らに真空紫外光を放射する光源を用いた光CVD法を用
いてもよい。光CVD法では光エネルギーにより化学反
応が促進されるため通常のLPCVD法よりも低温で高
速の窒化チタン膜形成が可能となる。
【0012】
【作用】化学気相成長法(CVD法)による窒化チタン
膜はアルミニウム、シリコン間のバリア層として機能す
る。また、CVD法で形成された窒化チタン膜はカバレ
ッジが優れており、スルーホール底部に形成される膜の
厚さとスルーホール上部に形成される膜の厚さはほぼ等
しいことがわかった。このため、該窒化チタン膜上にL
PCVD法でアルミニウム膜を形成すると、内部に空洞
を生じさせることなくスルーホールを完全にアルミニウ
ムで埋込むことが可能であることを見出した。また発明
者らの検討によればその表面はアルミニウムの核生成を
促進する作用を有するので、該窒化チタン膜上に特別な
表面活性化処理を施すことなくLPCVD法によって良
質のアルミニウム膜を形成できることがわかった。まず
従来の四塩化チタン処理によると、アルミニウムの核生
成を促す働きを有すると考えられる試料表面に吸着され
たチタン原子の面密度は試料の材質やその表面状態に著
しく依存し、従って局所的な密度分布も大であった。よ
ってこの上にLPCVD法で形成されるアルミニウム膜
も密度分布に対応して、局所的に表面状態が大きく変化
した。さらにチタンが密に吸着されていると思われる部
分であってもその密度がなお不足であるために、その上
のアルミニウム膜表面の平滑性は従来のスパッタ法や真
空蒸着法による膜表面の平滑性に比して著しく劣るとい
う問題があった。
膜はアルミニウム、シリコン間のバリア層として機能す
る。また、CVD法で形成された窒化チタン膜はカバレ
ッジが優れており、スルーホール底部に形成される膜の
厚さとスルーホール上部に形成される膜の厚さはほぼ等
しいことがわかった。このため、該窒化チタン膜上にL
PCVD法でアルミニウム膜を形成すると、内部に空洞
を生じさせることなくスルーホールを完全にアルミニウ
ムで埋込むことが可能であることを見出した。また発明
者らの検討によればその表面はアルミニウムの核生成を
促進する作用を有するので、該窒化チタン膜上に特別な
表面活性化処理を施すことなくLPCVD法によって良
質のアルミニウム膜を形成できることがわかった。まず
従来の四塩化チタン処理によると、アルミニウムの核生
成を促す働きを有すると考えられる試料表面に吸着され
たチタン原子の面密度は試料の材質やその表面状態に著
しく依存し、従って局所的な密度分布も大であった。よ
ってこの上にLPCVD法で形成されるアルミニウム膜
も密度分布に対応して、局所的に表面状態が大きく変化
した。さらにチタンが密に吸着されていると思われる部
分であってもその密度がなお不足であるために、その上
のアルミニウム膜表面の平滑性は従来のスパッタ法や真
空蒸着法による膜表面の平滑性に比して著しく劣るとい
う問題があった。
【0013】また発明者らはある種の材料、例えば電子
ビーム蒸着したパラジウムや反応性スパッタ法により形
成した窒化チタン等の表面に対しては上記の四塩化チタ
ン処理を行わなくてもLPCVD法によりアルミニウム
を堆積させられることを見出した。その場合試料上にお
けるアルミニウム膜表面の均一性は四塩化チタン処理を
行った場合よりも良好となったが、平滑性そのものはな
お不十分であった。
ビーム蒸着したパラジウムや反応性スパッタ法により形
成した窒化チタン等の表面に対しては上記の四塩化チタ
ン処理を行わなくてもLPCVD法によりアルミニウム
を堆積させられることを見出した。その場合試料上にお
けるアルミニウム膜表面の均一性は四塩化チタン処理を
行った場合よりも良好となったが、平滑性そのものはな
お不十分であった。
【0014】これに対し本発明のCVD法により窒化チ
タン膜表面には以上に述べた方法に比して著しく平滑性
の優れたアルミニウム膜を形成できることがわかった。
この原因は明らかではないが、以下の理由によるものと
推測される。CVD法によって形成された窒化チタン膜
表面にはチタン原子が均一に分布し、またチタン原子の
面密度はCVD中の原料ガスの流量比を調整することに
より最適な値とできる。該窒化チタン膜上にLPCVD
法でアルミニウム膜を形成すると、表面が平滑で良質な
膜が再現性よく得られる。CVD法によって形成した窒
化チタン膜上のアルミニウム膜表面の平滑性は反応性ス
パッタ法による窒化チタン膜上よりも優れているが、こ
の原因としては次のようなことが考えられる。従来の反
応性スパッタ法ではスパッタガスとしてアルゴン、窒素
を用いる。このため形成された窒化チタン膜表面にはア
ルゴン、窒素が吸着するが、かかるガス原子、もしくは
分子の吸着により、膜表面のチタン原子のアルミニウム
の核生成を促す働きが弱められると推測される。また、
反応性スパッタ法では表面のチタン原子の密度を最適な
値となるように制御することは極めて困難である。窒化
チタン膜の形成方法としてはLPCVD法が最適である
がPCVD法の場合にもこれに準じる効果が得られる。
LPCVD法の方が適している理由はPCVD法ではプ
ラズマ放電によるイオン衝撃によって反応容器内壁等か
ら水、酸素等が脱離するため、これらにより窒化チタン
膜表面が汚染されチタン原子の面密度が減少したり、局
所的な密度分布が生じるためであると考えられる。ま
た、プラズマ放電による素子損傷を皆無とするためには
窒化チタン膜の形成にPCVD法を用いないことが必要
となる。
タン膜表面には以上に述べた方法に比して著しく平滑性
の優れたアルミニウム膜を形成できることがわかった。
この原因は明らかではないが、以下の理由によるものと
推測される。CVD法によって形成された窒化チタン膜
表面にはチタン原子が均一に分布し、またチタン原子の
面密度はCVD中の原料ガスの流量比を調整することに
より最適な値とできる。該窒化チタン膜上にLPCVD
法でアルミニウム膜を形成すると、表面が平滑で良質な
膜が再現性よく得られる。CVD法によって形成した窒
化チタン膜上のアルミニウム膜表面の平滑性は反応性ス
パッタ法による窒化チタン膜上よりも優れているが、こ
の原因としては次のようなことが考えられる。従来の反
応性スパッタ法ではスパッタガスとしてアルゴン、窒素
を用いる。このため形成された窒化チタン膜表面にはア
ルゴン、窒素が吸着するが、かかるガス原子、もしくは
分子の吸着により、膜表面のチタン原子のアルミニウム
の核生成を促す働きが弱められると推測される。また、
反応性スパッタ法では表面のチタン原子の密度を最適な
値となるように制御することは極めて困難である。窒化
チタン膜の形成方法としてはLPCVD法が最適である
がPCVD法の場合にもこれに準じる効果が得られる。
LPCVD法の方が適している理由はPCVD法ではプ
ラズマ放電によるイオン衝撃によって反応容器内壁等か
ら水、酸素等が脱離するため、これらにより窒化チタン
膜表面が汚染されチタン原子の面密度が減少したり、局
所的な密度分布が生じるためであると考えられる。ま
た、プラズマ放電による素子損傷を皆無とするためには
窒化チタン膜の形成にPCVD法を用いないことが必要
となる。
【0015】本発明の製造方法を実施する際に用いる装
置は試料を大気に晒すことなく窒化チタン膜とアルミニ
ウム膜を連続的に形成できることが望ましい。試料を大
気に晒すことにより窒化チタン膜表面のチタン原子の面
密度が減少し、局所的な密度分布が生じるためと推測さ
れる。さらに窒化チタン膜を形成する反応容器とアルミ
ニウム膜を形成する反応容器とは別個である方がより好
ましい結果が得られる。これは反応容器内に四塩化チタ
ンが残留すると有機アルミニウム化合物と反応して生成
物がアルミニウム膜中に混入し、その結果アルミニウム
膜の膜質劣化がもたらされるためである。
置は試料を大気に晒すことなく窒化チタン膜とアルミニ
ウム膜を連続的に形成できることが望ましい。試料を大
気に晒すことにより窒化チタン膜表面のチタン原子の面
密度が減少し、局所的な密度分布が生じるためと推測さ
れる。さらに窒化チタン膜を形成する反応容器とアルミ
ニウム膜を形成する反応容器とは別個である方がより好
ましい結果が得られる。これは反応容器内に四塩化チタ
ンが残留すると有機アルミニウム化合物と反応して生成
物がアルミニウム膜中に混入し、その結果アルミニウム
膜の膜質劣化がもたらされるためである。
【0016】
【実施例】以下本発明を実施例を参照して詳細に説明す
る。
る。
【0017】(参考例1)図1乃至図2を用いて説明す
る。本参考例は本発明をシリコン集積回路の配線形成に
適用した例である。図1(a)はシリコン基板101上
にCVD法でリンシリケートガラス(PSG)膜102
を厚さ1μm形成した後開口部寸法0.7μm角のコン
タクトホール103を垂直に開孔した試料を示す。コン
タクトホール103底部のシリコン基板101表面には
高濃度のリンが拡散されている。表面キャリア濃度は2
×1010cm-3である。かかる試料を図2に示す本発明の
製造装置に設置する。図2の装置は窒化チタン反応容器
201とアルミニウム反応容器202とを別個に具えそ
の間は遮断バルブ203により遮断されている。各反応
容器201及び202はそれぞれ専用の排気系204及
び205を備える。排気系204及び205はそれぞれ
未反応の四塩化チタン、トリイソブチルアルミニウムを
吸着するためのトラップを排気ポンプと反応容器20
1、202との間に具備している。はじめに試料207
は窒化チタン反応容器201内の試料台206上に設置
される。反応容器201内を排気系204により5×1
0-7Torrまで排気後ヒーター台209内のヒーターによ
り試料台206を介して試料207を加熱し、その表面
温度を350℃に保つ。しかる後四塩化チタン導入口2
11とアンモニア導入口212からそれぞれ四塩化チタ
ン、アンモニアを5ml/分、20ml/分の流量で導
入した。四塩化チタンを蓄えた容器は10℃に保たれて
いるので気化した四塩化チタンが導入口211に至るま
でに凝縮することはない。反応容器201内の圧力は排
気系204に具えられたコンダクタンスバルブの調整に
より0.5Torrに調整した。8分間この状態を保ったと
ころ試料207上には100nmの窒化チタン膜が形成
され試料は図1(b)の如くなった。窒化チタン膜10
4はコンタクトホール103の底部や側壁にも平坦部と
同等の厚さ形成される。窒化チタン膜104を分析した
ところチタンと窒素の組成比は1:1であり膜中に含ま
れる塩素、酸素はそれぞれ1原子%以下であった。また
膜の抵抗率は約100μΩ・cmであった。四塩化チタン
とアンモニアの導入を停止し、窒化チタン反応容器20
1内を再び5×10-7Torrまで排気した後、排気系20
5によって5×10-7Torrまで排気されたアルミニウム
反応容器202との間の遮断バルブ203を開く。しか
る後転送棒208を用いて試料207を試料台206と
共にアルミニウム反応容器202に転送し、ヒーター台
210上に設置する。転送棒208と試料台206との
間はねじにより固定されているので、これを切離し転送
棒208を再び窒化チタン反応容器201内に移動すれ
ば遮断バルブ203を閉じることができる。あらかじめ
加熱されたヒーター台210からの熱により試料207
の表面の濃度が250℃に保たれた後、TIBA導入口
からTIBAを70ml/分導入してアルミニウムの堆
積を行った。アルミニウム反応容器202内の圧力は排
気系205に備えられたコンダクタンスバルブの調整に
より0.5Torrとした。堆積速度は150nm/分であ
る。5分間の堆積により図1(c)に示すように厚さ7
50nmのアルミニウム膜105が窒化チタン膜104
上に形成された。アルミニウム膜105表面はほぼ平滑
であり凹凸は±50nmに抑えられた。従来公知の方
法、装置では同一の膜厚に対し±200nmであった。
またコンタクトホール103内にもアルミニウムが埋め
込まれた。なお、微小なコンタクトホールへの埋込性は
アルミニウム膜表面の平滑性に強く依存し、平滑性が不
足する膜の場合大きなコンタクトホールにはカバレッジ
よく膜が形成されるのに対し、微小なコンタクトホール
では空洞が生じたりする。本発明の方法では窒化チタン
膜のカバレッジが優れており、コンタクトホール上部に
も底部とほぼ同等の膜厚の窒化チタン膜が形成され、し
かもアルミニウム膜の平滑性が大幅に向上したため、従
来よりも微小なコンタクトホールに対しても埋込みが可
能となった。かかるアルミニウム膜105に通常のホト
リソグラフィー工程によってパターニングを施したとこ
ろ図1(d)のようになった。アルミニウム膜105に
抵抗率は2.8μΩcmであり窒化チタン膜104のバリ
ア効果によりコンタクトホール103内のコンタクト部
は550℃3時間の窒素中熱処理を施しても劣化せず、
0.7μm角のコンタクトホール103のコンタクト抵
抗は熱処理前の値1.3×10-7Ωcm2をほぼ維持した。
なお、高濃度のボロンを拡散し表面キャリア濃度が5×
1010cm-2である0.7μm角のコンタクトホールのコ
ンタクト抵抗は前記熱処理の前後で共に2.9×10-7
Ωcm2であった。
る。本参考例は本発明をシリコン集積回路の配線形成に
適用した例である。図1(a)はシリコン基板101上
にCVD法でリンシリケートガラス(PSG)膜102
を厚さ1μm形成した後開口部寸法0.7μm角のコン
タクトホール103を垂直に開孔した試料を示す。コン
タクトホール103底部のシリコン基板101表面には
高濃度のリンが拡散されている。表面キャリア濃度は2
×1010cm-3である。かかる試料を図2に示す本発明の
製造装置に設置する。図2の装置は窒化チタン反応容器
201とアルミニウム反応容器202とを別個に具えそ
の間は遮断バルブ203により遮断されている。各反応
容器201及び202はそれぞれ専用の排気系204及
び205を備える。排気系204及び205はそれぞれ
未反応の四塩化チタン、トリイソブチルアルミニウムを
吸着するためのトラップを排気ポンプと反応容器20
1、202との間に具備している。はじめに試料207
は窒化チタン反応容器201内の試料台206上に設置
される。反応容器201内を排気系204により5×1
0-7Torrまで排気後ヒーター台209内のヒーターによ
り試料台206を介して試料207を加熱し、その表面
温度を350℃に保つ。しかる後四塩化チタン導入口2
11とアンモニア導入口212からそれぞれ四塩化チタ
ン、アンモニアを5ml/分、20ml/分の流量で導
入した。四塩化チタンを蓄えた容器は10℃に保たれて
いるので気化した四塩化チタンが導入口211に至るま
でに凝縮することはない。反応容器201内の圧力は排
気系204に具えられたコンダクタンスバルブの調整に
より0.5Torrに調整した。8分間この状態を保ったと
ころ試料207上には100nmの窒化チタン膜が形成
され試料は図1(b)の如くなった。窒化チタン膜10
4はコンタクトホール103の底部や側壁にも平坦部と
同等の厚さ形成される。窒化チタン膜104を分析した
ところチタンと窒素の組成比は1:1であり膜中に含ま
れる塩素、酸素はそれぞれ1原子%以下であった。また
膜の抵抗率は約100μΩ・cmであった。四塩化チタン
とアンモニアの導入を停止し、窒化チタン反応容器20
1内を再び5×10-7Torrまで排気した後、排気系20
5によって5×10-7Torrまで排気されたアルミニウム
反応容器202との間の遮断バルブ203を開く。しか
る後転送棒208を用いて試料207を試料台206と
共にアルミニウム反応容器202に転送し、ヒーター台
210上に設置する。転送棒208と試料台206との
間はねじにより固定されているので、これを切離し転送
棒208を再び窒化チタン反応容器201内に移動すれ
ば遮断バルブ203を閉じることができる。あらかじめ
加熱されたヒーター台210からの熱により試料207
の表面の濃度が250℃に保たれた後、TIBA導入口
からTIBAを70ml/分導入してアルミニウムの堆
積を行った。アルミニウム反応容器202内の圧力は排
気系205に備えられたコンダクタンスバルブの調整に
より0.5Torrとした。堆積速度は150nm/分であ
る。5分間の堆積により図1(c)に示すように厚さ7
50nmのアルミニウム膜105が窒化チタン膜104
上に形成された。アルミニウム膜105表面はほぼ平滑
であり凹凸は±50nmに抑えられた。従来公知の方
法、装置では同一の膜厚に対し±200nmであった。
またコンタクトホール103内にもアルミニウムが埋め
込まれた。なお、微小なコンタクトホールへの埋込性は
アルミニウム膜表面の平滑性に強く依存し、平滑性が不
足する膜の場合大きなコンタクトホールにはカバレッジ
よく膜が形成されるのに対し、微小なコンタクトホール
では空洞が生じたりする。本発明の方法では窒化チタン
膜のカバレッジが優れており、コンタクトホール上部に
も底部とほぼ同等の膜厚の窒化チタン膜が形成され、し
かもアルミニウム膜の平滑性が大幅に向上したため、従
来よりも微小なコンタクトホールに対しても埋込みが可
能となった。かかるアルミニウム膜105に通常のホト
リソグラフィー工程によってパターニングを施したとこ
ろ図1(d)のようになった。アルミニウム膜105に
抵抗率は2.8μΩcmであり窒化チタン膜104のバリ
ア効果によりコンタクトホール103内のコンタクト部
は550℃3時間の窒素中熱処理を施しても劣化せず、
0.7μm角のコンタクトホール103のコンタクト抵
抗は熱処理前の値1.3×10-7Ωcm2をほぼ維持した。
なお、高濃度のボロンを拡散し表面キャリア濃度が5×
1010cm-2である0.7μm角のコンタクトホールのコ
ンタクト抵抗は前記熱処理の前後で共に2.9×10-7
Ωcm2であった。
【0018】(実施例1)図3乃至図4を用いて説明す
る。本実施例は本発明をシリコン集積回路の配線形成に
適用した実施例である。本実施例を実施するにあたって
は参考例1と同様に図2の装置を用いた。図4はシリコ
ン基板401上にボロン・リンシリケートガラス(BP
SG)膜をCVD法により1μm堆積した後開口部寸法
0.7μm角の垂直なコンタクトホール406を開口し
た試料上に窒化チタン膜403,404,405を形成
した試料を示す。コンタクトホール406底部のシリコ
ン基板401表面には高濃度のリンが拡散されており、
表面キャリア濃度は2×1010cm-3である。窒化チタン
膜形成時のアンモニアの流量、四塩化チタンの流量を図
3に示す。四塩化チタンの流量は12分間の間常に5m
l/分一定であるが、アンモニア流量ははじめの2分間
に一定の割合で0ml/分から20ml/分へと増加さ
せ8分間20ml/分を保った後、2分間一定の割合で
20ml/分から5ml/分へと減少させた。ガス導入
開始から12分後に両ガスの導入を停止した。かかる窒
化チタン膜403,404,405のうち403,40
5はチタンリッチな膜となり、組成は厚さ方向に沿って
変化している。窒化チタン膜403,404,405の
厚さはそれぞれ15nm,100nm,20nmであっ
た。チタンリッチな窒化チタン膜405表面に依存する
チタン原子の面密度は図3のようにアンモニア流を変化
させたためにチタンと窒素の組成比が1:1の膜の表面
よりも大きく、チタン膜の表面よりは小さい。アンモニ
アの流量の変化の仕方を種々検討した結果、図3に示し
た変化の場合に、窒化チタン膜405上に形成したアル
ミニウム膜表面が最も平滑となった。これは図3に示し
たようにアンモニア流量を変化させた場合に、チタンリ
ッチな窒化チタン膜405表面のチタン原子の面密度
が、表面が平滑なアルミニウム膜形成にとって最適とな
ったためである。実施例1と同様な方法で窒化チタン膜
405上にアルミニウム膜を厚さ750nm形成したと
ころ表面の凹凸は±15nmと実施例1の場合よりもさ
らに抑制された。チタンリッチな窒化チタン膜403は
コンタクトホール403のコンタクト抵抗を低減させる
働きを有する。0.7μm角コンタクトホール403の
コンタクト抵抗は1.0×10-7Ωcm2であり、この値は
窒化チタン膜403,404,405のバリア効果によ
り550℃3時間の窒素中熱処理によっても変化しなか
った。また、表面キャリア濃度が5×1015cm-5となる
ようにボロンを拡散した0.7μm角コンタクトホール
のコンタクト抵抗は、前記熱処理の前後で共に2.4×
10-7Ωcm2であった。
る。本実施例は本発明をシリコン集積回路の配線形成に
適用した実施例である。本実施例を実施するにあたって
は参考例1と同様に図2の装置を用いた。図4はシリコ
ン基板401上にボロン・リンシリケートガラス(BP
SG)膜をCVD法により1μm堆積した後開口部寸法
0.7μm角の垂直なコンタクトホール406を開口し
た試料上に窒化チタン膜403,404,405を形成
した試料を示す。コンタクトホール406底部のシリコ
ン基板401表面には高濃度のリンが拡散されており、
表面キャリア濃度は2×1010cm-3である。窒化チタン
膜形成時のアンモニアの流量、四塩化チタンの流量を図
3に示す。四塩化チタンの流量は12分間の間常に5m
l/分一定であるが、アンモニア流量ははじめの2分間
に一定の割合で0ml/分から20ml/分へと増加さ
せ8分間20ml/分を保った後、2分間一定の割合で
20ml/分から5ml/分へと減少させた。ガス導入
開始から12分後に両ガスの導入を停止した。かかる窒
化チタン膜403,404,405のうち403,40
5はチタンリッチな膜となり、組成は厚さ方向に沿って
変化している。窒化チタン膜403,404,405の
厚さはそれぞれ15nm,100nm,20nmであっ
た。チタンリッチな窒化チタン膜405表面に依存する
チタン原子の面密度は図3のようにアンモニア流を変化
させたためにチタンと窒素の組成比が1:1の膜の表面
よりも大きく、チタン膜の表面よりは小さい。アンモニ
アの流量の変化の仕方を種々検討した結果、図3に示し
た変化の場合に、窒化チタン膜405上に形成したアル
ミニウム膜表面が最も平滑となった。これは図3に示し
たようにアンモニア流量を変化させた場合に、チタンリ
ッチな窒化チタン膜405表面のチタン原子の面密度
が、表面が平滑なアルミニウム膜形成にとって最適とな
ったためである。実施例1と同様な方法で窒化チタン膜
405上にアルミニウム膜を厚さ750nm形成したと
ころ表面の凹凸は±15nmと実施例1の場合よりもさ
らに抑制された。チタンリッチな窒化チタン膜403は
コンタクトホール403のコンタクト抵抗を低減させる
働きを有する。0.7μm角コンタクトホール403の
コンタクト抵抗は1.0×10-7Ωcm2であり、この値は
窒化チタン膜403,404,405のバリア効果によ
り550℃3時間の窒素中熱処理によっても変化しなか
った。また、表面キャリア濃度が5×1015cm-5となる
ようにボロンを拡散した0.7μm角コンタクトホール
のコンタクト抵抗は、前記熱処理の前後で共に2.4×
10-7Ωcm2であった。
【0019】上記実施例中においては試料としてシリコ
ン基板を用いたが、他の試料例えばガリウム砒素基板等
を用いても同等の効果が得られる。特にアルミニウム膜
表面の平滑性向上の効果は金属、絶縁物等あらゆる試料
を用いた場合にももたらされる。窒化チタン膜の原料と
しては上記実施例中の四塩化チタンとアンモニアの他四
塩化チタンと窒素等の他のガスを用いてもよく、またL
PCVD法の代りにPCVD法を用いた場合にも相応の
効果が得られる。また真空紫外光を放射する光源からの
光エネルギーを利用した光CVD法で窒化チタン膜を形
成した場合にも本発明は適用される。さらにアルミニウ
ム膜の原料として実施例中で用いたトリイソブチルアル
ミニウム以外のトリメチルアルミニウム、トリエチルア
ルミニウム等の有機アルミニウム化合物を用いる場合、
または塩化アルミニウム等の無機アルミニウム化合物を
用いる場合等も本発明に包含されることは言うまでもな
い。
ン基板を用いたが、他の試料例えばガリウム砒素基板等
を用いても同等の効果が得られる。特にアルミニウム膜
表面の平滑性向上の効果は金属、絶縁物等あらゆる試料
を用いた場合にももたらされる。窒化チタン膜の原料と
しては上記実施例中の四塩化チタンとアンモニアの他四
塩化チタンと窒素等の他のガスを用いてもよく、またL
PCVD法の代りにPCVD法を用いた場合にも相応の
効果が得られる。また真空紫外光を放射する光源からの
光エネルギーを利用した光CVD法で窒化チタン膜を形
成した場合にも本発明は適用される。さらにアルミニウ
ム膜の原料として実施例中で用いたトリイソブチルアル
ミニウム以外のトリメチルアルミニウム、トリエチルア
ルミニウム等の有機アルミニウム化合物を用いる場合、
または塩化アルミニウム等の無機アルミニウム化合物を
用いる場合等も本発明に包含されることは言うまでもな
い。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば試料上にカバレッジが優
れたバリア層を形成し、しかる後特別な活性化処理を施
すことなく、上記バリア層上にLPCVD法により良質
のアルミニウム膜を再現性よく形成することができる。
れたバリア層を形成し、しかる後特別な活性化処理を施
すことなく、上記バリア層上にLPCVD法により良質
のアルミニウム膜を再現性よく形成することができる。
【図1】本発明の参考例を説明するための図。
【図2】本発明の参考例を説明するための図。
【図3】本発明の実施例を説明するための図。
【図4】本発明の実施例を説明するための図。
103…コンタクトホール、104…窒化チタン膜、1
05…アルミニウム膜、201…窒化チタン反応容器、
202…アルミニウム反応容器、203…遮断バルブ、
403…チタンリッチな窒化チタン膜、404…窒化チ
タン膜、405…チタンリッチな窒化チタン膜。
05…アルミニウム膜、201…窒化チタン反応容器、
202…アルミニウム反応容器、203…遮断バルブ、
403…チタンリッチな窒化チタン膜、404…窒化チ
タン膜、405…チタンリッチな窒化チタン膜。
Claims (5)
- 【請求項1】基体上に形成された開口部を有する絶縁膜
と、 前記開口部に形成され、底部がチタンであり前記チタン
上に窒化チタンが形成された膜である第1の導電膜と、 前記第1の導電膜に積層して形成された第2の導電膜と
を有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】シリコン基板上に形成された開口部を有す
る絶縁膜と、 前記開口部に形成され、チタンと窒素からなり、膜厚方
向において前記チタンと前記窒素との組成が変化してい
る第1の導電膜と、 前記第1の導電膜上に形成された第2の導電膜とを有す
ることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】基板上に、チタン及び窒素を含む原料ガス
を用いて、底部がチタンでありその上が窒化チタンであ
る第1の導電膜を形成する工程と、 前記第1の導電膜上に第2の導電膜を形成することを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】シリコン基板上に、チタン及び窒素を含む
原料ガスを用いて、チタンと窒素からなり、膜厚方向に
おいて前記チタンと前記窒素との組成が変化している第
1の導電膜を形成する工程と、 前記第1の導電膜上に第2の導電膜を形成することを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】前記第2の導電膜はアルミニウム膜である
ことを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8204486A JP2770822B2 (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8204486A JP2770822B2 (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 半導体装置の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62004812A Division JP2776807B2 (ja) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH098139A true JPH098139A (ja) | 1997-01-10 |
JP2770822B2 JP2770822B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=16491330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8204486A Expired - Lifetime JP2770822B2 (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2770822B2 (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5230392A (en) * | 1975-09-03 | 1977-03-08 | Agency Of Ind Science & Technol | Electrode and it's manufacturing process |
JPS6135517A (ja) * | 1984-07-27 | 1986-02-20 | Toshiba Corp | 半導体装置の形成方法 |
JPS61245523A (ja) * | 1985-04-23 | 1986-10-31 | Fujitsu Ltd | アルミニウム膜の成長方法 |
JPS63174319A (ja) * | 1987-01-14 | 1988-07-18 | Hitachi Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1996
- 1996-08-02 JP JP8204486A patent/JP2770822B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5230392A (en) * | 1975-09-03 | 1977-03-08 | Agency Of Ind Science & Technol | Electrode and it's manufacturing process |
JPS6135517A (ja) * | 1984-07-27 | 1986-02-20 | Toshiba Corp | 半導体装置の形成方法 |
JPS61245523A (ja) * | 1985-04-23 | 1986-10-31 | Fujitsu Ltd | アルミニウム膜の成長方法 |
JPS63174319A (ja) * | 1987-01-14 | 1988-07-18 | Hitachi Ltd | 半導体装置の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2770822B2 (ja) | 1998-07-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3417751B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
US6905543B1 (en) | Methods of forming tungsten nucleation layer | |
JP3990792B2 (ja) | 堆積プロセスにおけるSiH4ソーク及びパージの利用 | |
US6551665B1 (en) | Method for improving thickness uniformity of deposited ozone-TEOS silicate glass layers | |
US5508066A (en) | Method for forming a thin film | |
US4572841A (en) | Low temperature method of deposition silicon dioxide | |
JPH10275784A (ja) | 半導体ウェーハ上へのタングステン層のcvd蒸着方法 | |
EP0630989B1 (en) | Method of plasma chemical vapor deposition of layer with improved interface | |
JP3080843B2 (ja) | 薄膜形成方法及び装置 | |
JP2763100B2 (ja) | 薄膜形成方法 | |
Ishihara et al. | Laser-assisted chemical vapor deposition of titanium nitride films | |
JP2776807B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JPH01198475A (ja) | 薄膜作製方法 | |
JP2775648B2 (ja) | Cvd方法 | |
JP2770822B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JPH04225223A (ja) | 高密度集積回路用導電層又は構造物の製法及び装置 | |
JP2765569B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP3718297B2 (ja) | 薄膜作製方法および薄膜作製装置 | |
JPH0917749A (ja) | 薄膜形成装置 | |
JP3534676B2 (ja) | Cu又はCu含有膜の形成方法、及び装置 | |
JPH03110842A (ja) | 堆積膜形成法 | |
JPS63152120A (ja) | 薄膜形成方法 | |
JPS6364903B2 (ja) | ||
US20220375747A1 (en) | Flowable CVD Film Defect Reduction | |
US20210028013A1 (en) | Surface Roughness for Flowable CVD Film |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |