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
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- 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
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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 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |