JPH10163128A - タングステン窒化膜の製造方法及びこれを用いた金属配線製造方法 - Google Patents
タングステン窒化膜の製造方法及びこれを用いた金属配線製造方法Info
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- JPH10163128A JPH10163128A JP32914896A JP32914896A JPH10163128A JP H10163128 A JPH10163128 A JP H10163128A JP 32914896 A JP32914896 A JP 32914896A JP 32914896 A JP32914896 A JP 32914896A JP H10163128 A JPH10163128 A JP H10163128A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 タングステン窒化膜の製造方法及びこれを用
いた金属配線製造方法を提供する。 【解決手段】 窒素形ガス：タングステンソースガスの
フロー率の比を調節し注入して、コンタクトホールの内
部のみに選択的にタングステン窒化膜を蒸着することに
より、シリコン基板の侵蝕現象が防止され、高温でも安
定したタングステン窒化膜を形成することができる。か
つ、金属配線のコンタクト抵抗も減少させ得る。
いた金属配線製造方法を提供する。 【解決手段】 窒素形ガス：タングステンソースガスの
フロー率の比を調節し注入して、コンタクトホールの内
部のみに選択的にタングステン窒化膜を蒸着することに
より、シリコン基板の侵蝕現象が防止され、高温でも安
定したタングステン窒化膜を形成することができる。か
つ、金属配線のコンタクト抵抗も減少させ得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に係り、特に基板又は下部配線膜等を侵蝕せずにコン
タクトホール内又は下部金属配線層上のみに選択的に形
成され、高温でも安定したタングステン窒化膜を形成す
る方法及びこれを用いた金属配線製造方法に関する。
法に係り、特に基板又は下部配線膜等を侵蝕せずにコン
タクトホール内又は下部金属配線層上のみに選択的に形
成され、高温でも安定したタングステン窒化膜を形成す
る方法及びこれを用いた金属配線製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の集積度が増加するに伴
い、金属配線の幅は段々狭まり、コンタクトホールでは
アスペクト比(aspect ratio)が増加しつつある。しかし
ながら、現在金属配線の材料として用いられるアルミニ
ウム合金のような金属膜はスパッタリング等により形成
されるので、コンタクトホール内における段差塗布性が
不良であったり、ボイドのような欠陥が発生するように
なる。その結果、金属配線間の断線等が来されて集積回
路の信頼性が低下される。従って、化学気相蒸着方法に
より蒸着できるタングステンを用いて金属配線を形成す
る選択的タングステン化学気相蒸着方法(selective che
mical vapor deposition-W：以下、SCVD-Wという)が注
目を浴びている。
い、金属配線の幅は段々狭まり、コンタクトホールでは
アスペクト比(aspect ratio)が増加しつつある。しかし
ながら、現在金属配線の材料として用いられるアルミニ
ウム合金のような金属膜はスパッタリング等により形成
されるので、コンタクトホール内における段差塗布性が
不良であったり、ボイドのような欠陥が発生するように
なる。その結果、金属配線間の断線等が来されて集積回
路の信頼性が低下される。従って、化学気相蒸着方法に
より蒸着できるタングステンを用いて金属配線を形成す
る選択的タングステン化学気相蒸着方法(selective che
mical vapor deposition-W：以下、SCVD-Wという)が注
目を浴びている。
【０００３】図１及び図２は化学気相蒸着方法にてタン
グステン膜を形成する方法を示している。
グステン膜を形成する方法を示している。
【０００４】図１Ａを参照すると、シリコン基板上１０
にイオンを注入してソース／ドレイン領域になる不純物
領域１２を形成する。次いで、不純物領域１２の形成さ
れた基板１０の全面に、絶縁膜１３としてシリコン酸化
膜を５００〜２０００Åの厚さで形成する。次に、図１
Ｂのように前記絶縁膜１３とシリコン基板１０を所定の
深さで蝕刻して金属配線の形成されるトレンチ１９を形
成する。
にイオンを注入してソース／ドレイン領域になる不純物
領域１２を形成する。次いで、不純物領域１２の形成さ
れた基板１０の全面に、絶縁膜１３としてシリコン酸化
膜を５００〜２０００Åの厚さで形成する。次に、図１
Ｂのように前記絶縁膜１３とシリコン基板１０を所定の
深さで蝕刻して金属配線の形成されるトレンチ１９を形
成する。
【０００５】次いで、前記絶縁膜１３の上部及びトレン
チ１９の内部にチタン(Ti)膜を２００〜１５００Åの厚
さで蒸着した後、熱処理を行う。熱処理によりシリコン
基板１０とチタン膜とが反応して、基板との接触面のみ
にオーミック(ohmic) 層として作用するチタンシリサイ
ド(TiSix)14 が形成される。次に、反応しないチタンの
残留物を湿式蝕刻工程を用い取り除いて図１Ｃのような
結果物を得る。
チ１９の内部にチタン(Ti)膜を２００〜１５００Åの厚
さで蒸着した後、熱処理を行う。熱処理によりシリコン
基板１０とチタン膜とが反応して、基板との接触面のみ
にオーミック(ohmic) 層として作用するチタンシリサイ
ド(TiSix)14 が形成される。次に、反応しないチタンの
残留物を湿式蝕刻工程を用い取り除いて図１Ｃのような
結果物を得る。
【０００６】次に、図２Ｄのように拡散防止膜１５とし
てチタン窒化膜(TiN) を１５０〜９００Åの厚さで蒸着
した後、その上にタングステン膜１６を１０００Å以上
の厚さで蒸着する。
てチタン窒化膜(TiN) を１５０〜９００Åの厚さで蒸着
した後、その上にタングステン膜１６を１０００Å以上
の厚さで蒸着する。
【０００７】その後、化学機械ポリシング(chemical me
chanical polishing：以下、ＣＭＰという) 等の方法に
てエッチバックして、図２Ｅのようにトレンチ１９内の
みにタングステン膜１６を残して金属配線を完成させ
る。
chanical polishing：以下、ＣＭＰという) 等の方法に
てエッチバックして、図２Ｅのようにトレンチ１９内の
みにタングステン膜１６を残して金属配線を完成させ
る。
【０００８】ところが、前述したように、選択的タング
ステン化学気相蒸着工程を用いて金属配線を形成する場
合には、拡散防止膜のチタン窒化膜と金属配線膜のタン
グステン膜の物理的な特性(例えば、引っ張り力)が異な
るために、両膜の界面におけるストレスが大きくなる。
従って、タングステン膜がリフティングされる問題点が
発生し、特に物理的な力を与えるＣＭＰ工程の適用時に
チタン窒化膜／タングステン膜が絶縁膜からリフティン
グされ得る。
ステン化学気相蒸着工程を用いて金属配線を形成する場
合には、拡散防止膜のチタン窒化膜と金属配線膜のタン
グステン膜の物理的な特性(例えば、引っ張り力)が異な
るために、両膜の界面におけるストレスが大きくなる。
従って、タングステン膜がリフティングされる問題点が
発生し、特に物理的な力を与えるＣＭＰ工程の適用時に
チタン窒化膜／タングステン膜が絶縁膜からリフティン
グされ得る。
【０００９】一方、前記不純物領域をP+不純物のホウ素
(B) にて形成する場合、後続熱処理工程時不純物がチタ
ンと反応してTiB2を形成する。従って、オーミックコン
タクト特性を低下させ、コンタクト抵抗を高める問題が
発生する。
(B) にて形成する場合、後続熱処理工程時不純物がチタ
ンと反応してTiB2を形成する。従って、オーミックコン
タクト特性を低下させ、コンタクト抵抗を高める問題が
発生する。
【００１０】前記のような問題点を解決するために、図
３Ａのようにシリコン基板２０上に形成された不純物領
域２２上にオーミック層としてタングステン膜２４、拡
散防止膜としてタングステン窒化膜２５を形成した後、
金属配線膜としてタングステン膜２６を形成する方法が
提案された。
３Ａのようにシリコン基板２０上に形成された不純物領
域２２上にオーミック層としてタングステン膜２４、拡
散防止膜としてタングステン窒化膜２５を形成した後、
金属配線膜としてタングステン膜２６を形成する方法が
提案された。
【００１１】前記方法に応じて、蒸着温度６００℃、圧
力０.１Torr 下でタングステンフッ化物(WF6) を６sccm
に、水素(H2)を２００sccmのフロー率でフローさせて２
００〜１５００Åの厚さでオーミック層のタングステン
膜２４を形成した後、１５０〜９００Åの厚さで拡散防
止膜のタングステン窒化膜２５を蒸着してから、その上
にタングステン膜２６を１０００Å以上の厚さで蒸着す
る。次に、結果物をエッチバックして金属配線を完成す
る。金属配線の断面を走査電子顕微鏡にて撮影した写真
が図３Ｂに示されている。
力０.１Torr 下でタングステンフッ化物(WF6) を６sccm
に、水素(H2)を２００sccmのフロー率でフローさせて２
００〜１５００Åの厚さでオーミック層のタングステン
膜２４を形成した後、１５０〜９００Åの厚さで拡散防
止膜のタングステン窒化膜２５を蒸着してから、その上
にタングステン膜２６を１０００Å以上の厚さで蒸着す
る。次に、結果物をエッチバックして金属配線を完成す
る。金属配線の断面を走査電子顕微鏡にて撮影した写真
が図３Ｂに示されている。
【００１２】ところが、オーミック層としてタングステ
ン膜を形成する場合には、シリコンとの接着特性に優れ
る反面、タングステンシリサイドを形成するためのタン
グステンとシリコンとの還元反応により、図３Ｂに示さ
れたようにシリコン基板が侵蝕されて電気的な特性が劣
化される更に他の問題点が発生する。侵蝕の問題は接合
の深さ(junction depth)が０.１μm以下に浅くなる超高
集積(ULSI)時代には尚更深刻な問題を引き起こす。か
つ、タングステンとシリコンが５５０℃以上で反応する
ために、後続工程が前記温度より高い温度で行われる場
合には、前記金属配線製造方法を半導体製造工程に適用
することが困難である。
ン膜を形成する場合には、シリコンとの接着特性に優れ
る反面、タングステンシリサイドを形成するためのタン
グステンとシリコンとの還元反応により、図３Ｂに示さ
れたようにシリコン基板が侵蝕されて電気的な特性が劣
化される更に他の問題点が発生する。侵蝕の問題は接合
の深さ(junction depth)が０.１μm以下に浅くなる超高
集積(ULSI)時代には尚更深刻な問題を引き起こす。か
つ、タングステンとシリコンが５５０℃以上で反応する
ために、後続工程が前記温度より高い温度で行われる場
合には、前記金属配線製造方法を半導体製造工程に適用
することが困難である。
【００１３】
【発明が解決しょうとする課題】本発明の目的は前述し
た従来の問題点を解決するための半導体装置の製造方法
を提供することである。
た従来の問題点を解決するための半導体装置の製造方法
を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の半導体装置は、導電層の形成されている半導
体基板上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜を蝕刻
して前記導電層を露出させるコンタクトホールを形成す
る段階と、窒素系ガス、タングステンソースガス、還元
剤ガスの混合ガスを注入して前記コンタクトホールの内
部のみに選択的にタングステン窒化膜を蒸着する段階と
を具備することを特徴とする。
に本発明の半導体装置は、導電層の形成されている半導
体基板上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜を蝕刻
して前記導電層を露出させるコンタクトホールを形成す
る段階と、窒素系ガス、タングステンソースガス、還元
剤ガスの混合ガスを注入して前記コンタクトホールの内
部のみに選択的にタングステン窒化膜を蒸着する段階と
を具備することを特徴とする。
【００１５】かつ、前記目的を達成するために本発明に
よる半導体装置の金属配線は、導電層の形成された半導
体基板上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜を蝕刻
して前記導電層を露出させるコンタクトホールを形成す
る段階と、前記コンタクトホールにより露出された導電
層上にタングステン化合物を蒸着してオーミック層を形
成する段階と、イン−シーツ(in situ) 方法にて窒素系
ガス、タングステンソースガス及び、還元剤ガスの混合
ガスを注入して、前記オーミック層上にタングステン窒
化膜を連続的に蒸着して拡散防止膜を形成する段階と、
前記拡散防止膜上に金属膜を蒸着する段階とを具備する
ことを特徴とする。
よる半導体装置の金属配線は、導電層の形成された半導
体基板上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜を蝕刻
して前記導電層を露出させるコンタクトホールを形成す
る段階と、前記コンタクトホールにより露出された導電
層上にタングステン化合物を蒸着してオーミック層を形
成する段階と、イン−シーツ(in situ) 方法にて窒素系
ガス、タングステンソースガス及び、還元剤ガスの混合
ガスを注入して、前記オーミック層上にタングステン窒
化膜を連続的に蒸着して拡散防止膜を形成する段階と、
前記拡散防止膜上に金属膜を蒸着する段階とを具備する
ことを特徴とする。
【００１６】本発明において、前記タングステンソース
ガスはWF6 又はWCl6を、前記窒素系ガスはN2,NH3又はメ
チル-ハイドライジンを、前記還元剤ガスはH2,SiH4,SiH
2Cl2又はPH3を用いることが望ましい。
ガスはWF6 又はWCl6を、前記窒素系ガスはN2,NH3又はメ
チル-ハイドライジンを、前記還元剤ガスはH2,SiH4,SiH
2Cl2又はPH3を用いることが望ましい。
【００１７】かつ、前記窒素系ガス：タングステンソー
スガスのフロー率の比は０.５ 乃至１００であることが
望ましく、２乃至７は更に望ましい。そして、前記還元
剤ガス：タングステンソースガスのフロー率の比は０乃
至５００であることが望ましく、２０乃至５０は更に望
ましい。
スガスのフロー率の比は０.５ 乃至１００であることが
望ましく、２乃至７は更に望ましい。そして、前記還元
剤ガス：タングステンソースガスのフロー率の比は０乃
至５００であることが望ましく、２０乃至５０は更に望
ましい。
【００１８】かつ、前記オーミック層を形成する段階
は、前記コンタクトホールにより露出された導電層上に
タングステン窒化膜を蒸着する段階と、前記タングステ
ン窒化膜の形成された結果物を熱処理してタングステン
窒化膜内のタングステンがシリコン基板と反応して薄い
タングステンシリサイド膜からなるオーミック層を形成
させる段階とからなることが望ましい。
は、前記コンタクトホールにより露出された導電層上に
タングステン窒化膜を蒸着する段階と、前記タングステ
ン窒化膜の形成された結果物を熱処理してタングステン
窒化膜内のタングステンがシリコン基板と反応して薄い
タングステンシリサイド膜からなるオーミック層を形成
させる段階とからなることが望ましい。
【００１９】本発明によると、シリコン基板又は下部金
属配線を露出させるコンタクトホール内部のみに選択的
にタングステン窒化膜を形成することができるので、信
頼度の高い金属配線を形成することができる。
属配線を露出させるコンタクトホール内部のみに選択的
にタングステン窒化膜を形成することができるので、信
頼度の高い金属配線を形成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付した
図面に基づき更に詳細に説明する。
図面に基づき更に詳細に説明する。
【００２１】タングステン窒化膜の成長装置 図４は本発明によるタングステン窒化膜を蒸着するため
の化学気相蒸着(CVD)反応室の断面図である。
の化学気相蒸着(CVD)反応室の断面図である。
【００２２】図４を参照すると、ウェーハをローディン
グするためのサセプタ(susceptor)３０が反応室４０の
下部に設けられている。上部にはウェーハ３２の温度を
反応に適した温度に上昇させる役割を果たすＩＲランプ
３９が設けられている。タングステンソースガスと窒素
系ガスは第１ガス注入口３４を通して注入され、サセプ
タ３０上にローディングされるウェーハ３２に水平にフ
ローされる。還元剤ガスは第２ガス注入口３６を通して
注入された後、メッシュノズル３８を通してウェーハ３
２に垂直にフローされて、第１ガス注入口３４から注入
されるガスと反応してウェーハ３２上にタングステン窒
化膜を形成する。そして、第１及び第２ガス注入口３
４,３６ と反対側に形成されている排出口４２を通して
反応の完了したガスが外部に排出される。
グするためのサセプタ(susceptor)３０が反応室４０の
下部に設けられている。上部にはウェーハ３２の温度を
反応に適した温度に上昇させる役割を果たすＩＲランプ
３９が設けられている。タングステンソースガスと窒素
系ガスは第１ガス注入口３４を通して注入され、サセプ
タ３０上にローディングされるウェーハ３２に水平にフ
ローされる。還元剤ガスは第２ガス注入口３６を通して
注入された後、メッシュノズル３８を通してウェーハ３
２に垂直にフローされて、第１ガス注入口３４から注入
されるガスと反応してウェーハ３２上にタングステン窒
化膜を形成する。そして、第１及び第２ガス注入口３
４,３６ と反対側に形成されている排出口４２を通して
反応の完了したガスが外部に排出される。
【００２３】タングステン窒化膜の製造 前記反応室４０内の真空度を１０-6Torr以下に設定し
て、反応室内で発生され得る汚染源を最少化する。次
に、前記サセプタ３０上に不純物領域の形成されたシリ
コン基板又はアルミニウム(Al)、タングステン(W) 、モ
リブデン(Mo)、コバルト(Co)、チタン(Ti)、銅(Cu)、白
金(Pt)等のような純粋金属、それらのシリサイド化合物
及びそれらの合金からなる群から選択された何れか一つ
から構成された下部金属配線膜の形成されたシリコン基
板をローディングする。反応室４０内の温度をＩＲラン
プ３９により２００〜７００℃まで上昇させた後、第１
及び第２ガス注入口３４,３６ を通して反応ガスを注入
する。前記反応ガスは０.０１〜１Torrの圧力で注入す
ることが望ましい。この際、第１ガス注入口３４に注入
されるタングステンソースガスとしてはWF6 又はWCl
6を、前記窒素系ガスとしてはN2,NH3 又はメチル-ハイ
ドライジンを用いることが望ましい。かつ、第２ガス注
入口３６に注入される還元剤ガスとしてはH2,SiH4,SiH2
Cl2又はPH3のうち選択された何れか一つのガスを用いる
ことが望ましい。窒素系ガス：タングステンソースガス
のフロー率の比は０.５ 乃至１００であることが望まし
く、２乃至７は更に望ましい。そして、還元剤ガス：タ
ングステンソースガスのフロー率の比は０乃至５００で
あることが望ましく、２０乃至５０は更に望ましい。
て、反応室内で発生され得る汚染源を最少化する。次
に、前記サセプタ３０上に不純物領域の形成されたシリ
コン基板又はアルミニウム(Al)、タングステン(W) 、モ
リブデン(Mo)、コバルト(Co)、チタン(Ti)、銅(Cu)、白
金(Pt)等のような純粋金属、それらのシリサイド化合物
及びそれらの合金からなる群から選択された何れか一つ
から構成された下部金属配線膜の形成されたシリコン基
板をローディングする。反応室４０内の温度をＩＲラン
プ３９により２００〜７００℃まで上昇させた後、第１
及び第２ガス注入口３４,３６ を通して反応ガスを注入
する。前記反応ガスは０.０１〜１Torrの圧力で注入す
ることが望ましい。この際、第１ガス注入口３４に注入
されるタングステンソースガスとしてはWF6 又はWCl
6を、前記窒素系ガスとしてはN2,NH3 又はメチル-ハイ
ドライジンを用いることが望ましい。かつ、第２ガス注
入口３６に注入される還元剤ガスとしてはH2,SiH4,SiH2
Cl2又はPH3のうち選択された何れか一つのガスを用いる
ことが望ましい。窒素系ガス：タングステンソースガス
のフロー率の比は０.５ 乃至１００であることが望まし
く、２乃至７は更に望ましい。そして、還元剤ガス：タ
ングステンソースガスのフロー率の比は０乃至５００で
あることが望ましく、２０乃至５０は更に望ましい。
【００２４】図５及び図６にはNH3ガス とタングステン
ソースガスとのフロー比に応じて変化するタングステン
窒化膜の成長を示す走査電子顕微鏡(SEM) の断面写真が
示されている。
ソースガスとのフロー比に応じて変化するタングステン
窒化膜の成長を示す走査電子顕微鏡(SEM) の断面写真が
示されている。
【００２５】コンタクトホールの形成されたシリコン基
板を化学気相蒸着装置の反応室（図４の４０参照）にロ
ーディングした後、蒸着温度６００℃、圧力０.１Tor
r、WF6フロー率６sccm、N2フロー率２００sccmに工程条
件を工程させて、NH3フロー率を０,１０,２０,４０sccm
にそれぞれ異なるようにしてタングステン窒化膜を形
成した後、その結果を測定したＳＥＭ写真を図５Ａ乃至
図６Ｄにそれぞれ示した。
板を化学気相蒸着装置の反応室（図４の４０参照）にロ
ーディングした後、蒸着温度６００℃、圧力０.１Tor
r、WF6フロー率６sccm、N2フロー率２００sccmに工程条
件を工程させて、NH3フロー率を０,１０,２０,４０sccm
にそれぞれ異なるようにしてタングステン窒化膜を形
成した後、その結果を測定したＳＥＭ写真を図５Ａ乃至
図６Ｄにそれぞれ示した。
【００２６】コンタクトホール内に純粋タングステン膜
だけが形成された図５Ａの写真を見ると、従来技術の問
題点で説明したように、基板の侵蝕現象が大変深刻なこ
とが分かる。その反面、NH3フロー率 を１０sccmにした
場合には、図５Ｂのように侵蝕現象が抑制されたもの
の、薄膜はほとんど成長せず、コンタクトホールの底部
の表面だけに核が形成された。NH3フロー率 を２０sccm
にした場合には、図６Ｃのようにタングステン窒化膜が
コンタクトホール内の基板部分と側壁だけで選択的に成
長され、コンタクトホール以外のシリコン酸化膜上では
成長しなかった。ところが、図６ＤのようにNH3フロー
率 を４０sccmに増加した場合には、タングステン窒化
膜の選択的成長特性が無くなり、基板の全面に成長する
現象を示した。
だけが形成された図５Ａの写真を見ると、従来技術の問
題点で説明したように、基板の侵蝕現象が大変深刻なこ
とが分かる。その反面、NH3フロー率 を１０sccmにした
場合には、図５Ｂのように侵蝕現象が抑制されたもの
の、薄膜はほとんど成長せず、コンタクトホールの底部
の表面だけに核が形成された。NH3フロー率 を２０sccm
にした場合には、図６Ｃのようにタングステン窒化膜が
コンタクトホール内の基板部分と側壁だけで選択的に成
長され、コンタクトホール以外のシリコン酸化膜上では
成長しなかった。ところが、図６ＤのようにNH3フロー
率 を４０sccmに増加した場合には、タングステン窒化
膜の選択的成長特性が無くなり、基板の全面に成長する
現象を示した。
【００２７】従って、窒素系ガス：タングステンソース
ガスのフロー率の比を調節することにより、タングステ
ン窒化膜をコンタクトホール内でのみ選択的に成長させ
得ることが分かった。このような事実は図６Ｃに形成さ
れたタングステン窒化膜のＸ線回折分析結果を示す図７
を参照すると更に明確になる。図７を見ると、結晶方向
の相異なるβ-W2N位相のピークが三つ確認される。これ
は、シリコン基板上に選択的にタングステン窒化膜が形
成されたことを示すものである。
ガスのフロー率の比を調節することにより、タングステ
ン窒化膜をコンタクトホール内でのみ選択的に成長させ
得ることが分かった。このような事実は図６Ｃに形成さ
れたタングステン窒化膜のＸ線回折分析結果を示す図７
を参照すると更に明確になる。図７を見ると、結晶方向
の相異なるβ-W2N位相のピークが三つ確認される。これ
は、シリコン基板上に選択的にタングステン窒化膜が形
成されたことを示すものである。
【００２８】金属配線製造方法 前述したタングステン窒化膜の製造方法を用いて半導体
装置の金属配線を形成する方法を図８乃至図１１を参考
して説明する。
装置の金属配線を形成する方法を図８乃至図１１を参考
して説明する。
【００２９】第１実施例 図８Ａを参照すると、不純物領域１０２の形成されたシ
リコン基板１００上に絶縁膜１０３、例えばシリコン酸
化膜を５００〜２０００Åの厚さで形成する。この際、
前記シリコン酸化膜の代りにシリコン窒化膜又はシリコ
ン酸化膜、シリコン窒化膜に不純物を添加した膜を絶縁
膜１０３として用いることもできる。次いで、写真蝕刻
工程にて前記絶縁膜１０３を乾式蝕刻して不純物領域１
０２を露出させるコンタクトホール１１０を形成する。
リコン基板１００上に絶縁膜１０３、例えばシリコン酸
化膜を５００〜２０００Åの厚さで形成する。この際、
前記シリコン酸化膜の代りにシリコン窒化膜又はシリコ
ン酸化膜、シリコン窒化膜に不純物を添加した膜を絶縁
膜１０３として用いることもできる。次いで、写真蝕刻
工程にて前記絶縁膜１０３を乾式蝕刻して不純物領域１
０２を露出させるコンタクトホール１１０を形成する。
【００３０】図８Ｂを参照すると、前記絶縁膜１０３の
上部及びコンタクトホール１１０の内部にti膜を２００
〜１５００Åの厚さで蒸着する。次に、熱処理を行い前
記コンタクトホール１１０により露出されたシリコン基
板１００と反応させて、その接触面のみにTiSix膜１０
４ を形成する。反応しないTiの残留物は湿式蝕刻工程
を用いて取り除く。前記TiSix膜１０４ はオーミック層
として作用する。
上部及びコンタクトホール１１０の内部にti膜を２００
〜１５００Åの厚さで蒸着する。次に、熱処理を行い前
記コンタクトホール１１０により露出されたシリコン基
板１００と反応させて、その接触面のみにTiSix膜１０
４ を形成する。反応しないTiの残留物は湿式蝕刻工程
を用いて取り除く。前記TiSix膜１０４ はオーミック層
として作用する。
【００３１】図８Ｃを参照すると、シリコン基板１００
の温度を２００〜７００℃まで上昇させ、窒素系ガス、
タングステンソースガス及び還元剤ガスをフローさせ
て、コンタクトホール１１０により露出された基板１０
０と絶縁膜１０３の側壁のみにタングステン窒化膜１０
５を選択的に蒸着させる。ここで、窒素系ガス：タング
ステンソースガスのフロー率の比は０.５〜１００ に
し、還元剤ガス：タングステンソースガスのフロー率の
比は０〜５００にする。
の温度を２００〜７００℃まで上昇させ、窒素系ガス、
タングステンソースガス及び還元剤ガスをフローさせ
て、コンタクトホール１１０により露出された基板１０
０と絶縁膜１０３の側壁のみにタングステン窒化膜１０
５を選択的に蒸着させる。ここで、窒素系ガス：タング
ステンソースガスのフロー率の比は０.５〜１００ に
し、還元剤ガス：タングステンソースガスのフロー率の
比は０〜５００にする。
【００３２】図８Ｄを参照すると、タングステン窒化膜
１０５を形成した後、イン−シーツ方法にて前記コンタ
クトホール１１０の内部のみに金属薄膜１０８を蒸着さ
せて金属配線を形成する。この際、前記金属膜はAl,W,M
o,Co,Ti,Cu,Pt 等の純粋金属、それらのシリサイド化合
物及びそれらの合金からなる群から選択された何れか一
つを用いて形成することが望ましい。
１０５を形成した後、イン−シーツ方法にて前記コンタ
クトホール１１０の内部のみに金属薄膜１０８を蒸着さ
せて金属配線を形成する。この際、前記金属膜はAl,W,M
o,Co,Ti,Cu,Pt 等の純粋金属、それらのシリサイド化合
物及びそれらの合金からなる群から選択された何れか一
つを用いて形成することが望ましい。
【００３３】第２実施例 第２実施例が第１実施例と異なる点は、絶縁膜を蝕刻し
て形成したコンタクトホール（図８Ａの１１０参照）内
に金属配線を形成せず、図９Ａに示されたように絶縁膜
１０３及び基板１００を蝕刻してトレンチ１０９を形成
した後、金属配線膜を形成することである。トレンチ１
０９の形成後、図９Ｂのようにオーミック層としてTiSi
x膜１０４ 、拡散防止膜としてタングステン窒化膜１０
５を順番に形成した後、金属膜としてタングステン膜１
０８を形成して金属配線を完成する工程は第１実施例と
同一である。トレンチ１０９を形成する理由はコンタク
トホールのアスペクト比が増加する問題を解決するため
である。
て形成したコンタクトホール（図８Ａの１１０参照）内
に金属配線を形成せず、図９Ａに示されたように絶縁膜
１０３及び基板１００を蝕刻してトレンチ１０９を形成
した後、金属配線膜を形成することである。トレンチ１
０９の形成後、図９Ｂのようにオーミック層としてTiSi
x膜１０４ 、拡散防止膜としてタングステン窒化膜１０
５を順番に形成した後、金属膜としてタングステン膜１
０８を形成して金属配線を完成する工程は第１実施例と
同一である。トレンチ１０９を形成する理由はコンタク
トホールのアスペクト比が増加する問題を解決するため
である。
【００３４】第３実施例 第３実施例が第１及び第２実施例と著しく相異なる点
は、オーミック層としてチタンシリサイド膜の代りにＣ
ＶＤ方法にてタングステン又はタングステンシリサイド
等のタングステン化合物を蒸着してコンタクト抵抗を下
げ、拡散防止膜のタングステン窒化膜をイン−シーツ方
法にてＣＶＤ方法により蒸着するという点である。
は、オーミック層としてチタンシリサイド膜の代りにＣ
ＶＤ方法にてタングステン又はタングステンシリサイド
等のタングステン化合物を蒸着してコンタクト抵抗を下
げ、拡散防止膜のタングステン窒化膜をイン−シーツ方
法にてＣＶＤ方法により蒸着するという点である。
【００３５】図１０Ａを参照すると、通常の素子分離工
程によりシリコン基板１００上に活性領域を分離させる
ための素子分離領域１０１を形成した後、イオン注入工
程により不純物領域、例えばN+又はP+接合１０２を前記
活性領域に形成する。次いで、結果物上に絶縁膜１０
３、例えばＢＰＳＧを塗布して段差部分を平坦化させ
る。
程によりシリコン基板１００上に活性領域を分離させる
ための素子分離領域１０１を形成した後、イオン注入工
程により不純物領域、例えばN+又はP+接合１０２を前記
活性領域に形成する。次いで、結果物上に絶縁膜１０
３、例えばＢＰＳＧを塗布して段差部分を平坦化させ
る。
【００３６】図１０Ｂを参照すると、写真蝕刻工程によ
り前記絶縁膜１０３を蝕刻してシリコン基板１００の不
純物領域１０２を露出させるコンタクトホール１１０を
形成する。
り前記絶縁膜１０３を蝕刻してシリコン基板１００の不
純物領域１０２を露出させるコンタクトホール１１０を
形成する。
【００３７】図１０Ｃを参照すると、前記コンタクトホ
ール１１０の形成された結果物上にＣＶＤ方法によりタ
ングステン系統のオーミック層１２４を形成する。この
際、前記オーミック層１２４は下記の四つの方法により
形成され得る。
ール１１０の形成された結果物上にＣＶＤ方法によりタ
ングステン系統のオーミック層１２４を形成する。この
際、前記オーミック層１２４は下記の四つの方法により
形成され得る。
【００３８】シリコンの侵蝕が発生しない程度の短時
間にタングステンソースガスをフローさせてタングステ
ンオーミック層１２４を蒸着する。
間にタングステンソースガスをフローさせてタングステ
ンオーミック層１２４を蒸着する。
【００３９】蒸着の初期には窒素系ガス：タングステ
ンソースガスのフロー率の比を２以下に下げて、コンタ
クトホールの底部のみに浅くも豊富なタングステンを有
するオーミック層１２４を形成してシリコン侵蝕を防止
する。次に、窒素系ガスのフロー量を増加させて窒素系
ガス：タングステンソースガスの割合を２〜１００、更
に望ましくは２〜７に調整して、コンタクトホール１１
０内にタングステン窒化膜１２５を形成する。このよう
にすると、シリコンの侵蝕の発生も防止でき、タングス
テン窒化膜もコンタクトホール内のみで選択的に形成さ
れ得る。
ンソースガスのフロー率の比を２以下に下げて、コンタ
クトホールの底部のみに浅くも豊富なタングステンを有
するオーミック層１２４を形成してシリコン侵蝕を防止
する。次に、窒素系ガスのフロー量を増加させて窒素系
ガス：タングステンソースガスの割合を２〜１００、更
に望ましくは２〜７に調整して、コンタクトホール１１
０内にタングステン窒化膜１２５を形成する。このよう
にすると、シリコンの侵蝕の発生も防止でき、タングス
テン窒化膜もコンタクトホール内のみで選択的に形成さ
れ得る。
【００４０】タングステンソースガスにSiH4 又はSiH
2Cl2ガスを混合して５００℃以上で蒸着してタングステ
ンシリサイドを形成することによりオーミック層１２４
を形成する。
2Cl2ガスを混合して５００℃以上で蒸着してタングステ
ンシリサイドを形成することによりオーミック層１２４
を形成する。
【００４１】タングステン窒化膜の障壁金属をシリコ
ン基板上に直接蒸着した後、タングステン窒化膜のタン
グステン元素がその下部のシリコンと反応してタングス
テンシリサイドを形成し得るように、アニールしてオー
ミック層１２４を形成する。
ン基板上に直接蒸着した後、タングステン窒化膜のタン
グステン元素がその下部のシリコンと反応してタングス
テンシリサイドを形成し得るように、アニールしてオー
ミック層１２４を形成する。
【００４２】図１１Ｄを参照すると、前記オーミック層
１２４を蒸着した同一チャンバ内で、第１実施例と同一
な方法を用いて拡散防止膜１２５、即ちタングステン窒
化膜を５００Å以上の厚さになるように蒸着する。
１２４を蒸着した同一チャンバ内で、第１実施例と同一
な方法を用いて拡散防止膜１２５、即ちタングステン窒
化膜を５００Å以上の厚さになるように蒸着する。
【００４３】図１１Ｅを参照すると、前記拡散防止膜１
２５の形成された結果物上に金属配線膜１２８を蒸着す
る。前記金属配線膜１２８はアルミニウムや銅のような
配線用金属を蒸着して金属配線を形成することが望まし
い。
２５の形成された結果物上に金属配線膜１２８を蒸着す
る。前記金属配線膜１２８はアルミニウムや銅のような
配線用金属を蒸着して金属配線を形成することが望まし
い。
【００４４】
【発明の効果】本発明によると、絶縁膜上には蒸着させ
ず、コンタクトホールの側壁及びコンタクトホールによ
り露出されたシリコン基板又は下部金属配線層のみにタ
ングステン窒化膜を選択的に形成することができる。従
って、拡散防止膜としてタングステン窒化膜を形成した
後、金属配線膜としてタングステン膜を形成すると、両
膜間の物理的な特性が類似であるために、従来の金属配
線膜から発生したリフティング問題が解決される。そし
て、本発明の第３実施例に応じてオーミック層を形成す
ると、基板侵蝕の問題も解決され、後続の高温工程でも
安定した半導体素子を形成することができる。かつ、チ
タン膜を用いてオーミック層を形成する時に発生したコ
ンタクト抵抗増加の問題も解決される。
ず、コンタクトホールの側壁及びコンタクトホールによ
り露出されたシリコン基板又は下部金属配線層のみにタ
ングステン窒化膜を選択的に形成することができる。従
って、拡散防止膜としてタングステン窒化膜を形成した
後、金属配線膜としてタングステン膜を形成すると、両
膜間の物理的な特性が類似であるために、従来の金属配
線膜から発生したリフティング問題が解決される。そし
て、本発明の第３実施例に応じてオーミック層を形成す
ると、基板侵蝕の問題も解決され、後続の高温工程でも
安定した半導体素子を形成することができる。かつ、チ
タン膜を用いてオーミック層を形成する時に発生したコ
ンタクト抵抗増加の問題も解決される。
【００４５】本発明は前記実施例に限られず、多くの変
形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識
を有する者により可能であることは明白である。
形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識
を有する者により可能であることは明白である。
【図１】チタン/チタン窒化膜/タングステン膜からなる
従来の金属配線製造方法を説明するための工程別断面図
である。
従来の金属配線製造方法を説明するための工程別断面図
である。
【図２】図１に続く工程別断面図である。
【図３】同図Ａはタングステン/タングステン窒化膜/タ
ングステン膜からなる従来の金属配線製造方法を説明す
るための断面図であり、同図Ｂは同図Ａに示された金属
配線の走査電子顕微鏡断面写真である。
ングステン膜からなる従来の金属配線製造方法を説明す
るための断面図であり、同図Ｂは同図Ａに示された金属
配線の走査電子顕微鏡断面写真である。
【図４】本発明によるタングステン窒化膜を蒸着するた
めの反応室の断面図である。
めの反応室の断面図である。
【図５】NH3 フロー率に応じて選択的に成長するタング
ステン窒化膜の断面を示す走査電子顕微鏡写真である。
ステン窒化膜の断面を示す走査電子顕微鏡写真である。
【図６】図５と同様の走査電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明により形成されたタングステン窒化膜の
Ｘ線回折結果を示したグラフである。
Ｘ線回折結果を示したグラフである。
【図８】本発明の第１実施例による半導体装置の金属配
線製造方法を説明するための工程別断面図である。
線製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図９】本発明の第２実施例による半導体装置の金属配
線製造方法を説明するための工程別断面図である。
線製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図１０】本発明の第３実施例による半導体装置の金属
配線製造方法を説明するための工程別断面図である。
配線製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図１１】図１０に続く工程別断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高 大 弘 大韓民国京畿道城南市盆唐區亭子洞110番 地 ハンソルマウル青丘アパート111棟604 號 (72)発明者 李 相 忍 大韓民国京畿道水原市八達區梅灘２洞197 番地 東南ビラー９棟101號
Claims (27)
- 【請求項１】 導電層の形成されている半導体基板上に
絶縁膜を形成する段階と、 前記絶縁膜を蝕刻して前記導電層を露出させるコンタク
トホールを形成する段階と、 窒素系ガス、タングステンソースガス及び還元剤ガスの
混合ガスを注入して前記コンタクトホールの内部のみに
選択的にタングステン窒化膜を蒸着する段階とを具備す
ることを特徴とするタングステン窒化膜の製造方法。 - 【請求項２】 前記導電層は不純物のドーピングされた
シリコン又はアルミニウム(Al)、タングステン(W) 、モ
リブデン(Mo)、コバルト(Co)、チタン(Ti)、銅(Cu)、白
金(Pt)、それらのシリサイド化合物及びそれらの合金か
らなる群から選択された何れか一つから形成された金属
配線層であることを特徴とする請求項１に記載のタング
ステン窒化膜の製造方法。 - 【請求項３】 前記絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン
窒化膜、又はそれらに不純物を添加した膜から形成され
ることを特徴とする請求項１に記載のタングステン窒化
膜の製造方法。 - 【請求項４】 前記タングステンソースガスはWF6 又は
WCl6であることを特徴とする請求項１に記載のタングス
テン窒化膜の製造方法。 - 【請求項５】 前記窒素系ガスはN2,NH3 又はメチル-ハ
イドライジンを用いることを特徴とする請求項１に記載
のタングステン窒化膜の製造方法。 - 【請求項６】 前記還元剤ガスはH2,SiH4,SiH2Cl2又はP
H3を用いることを特徴とする請求項１に記載のタングス
テン窒化膜の製造方法。 - 【請求項７】 前記窒素系ガス：タングステンソースガ
スのフロー率の比は０.５ 乃至１００であることを特徴
とする請求項１に記載のタングステン窒化膜の製造方
法。 - 【請求項８】 前記窒素系ガス：タングステンソースガ
スのフロー率の比は２乃至７であることを特徴とする請
求項７に記載のタングステン窒化膜の製造方法。 - 【請求項９】 前記還元剤ガス：タングステンソースガ
スのフロー率の比は０乃至５００であることを特徴とす
る請求項１に記載のタングステン窒化膜の製造方法。 - 【請求項１０】 前記還元剤ガス：タングステンソース
ガスのフロー率の比は２０乃至５０であることを特徴と
する請求項９に記載のタングステン窒化膜の製造方法。 - 【請求項１１】 前記コンタクトホールを形成する段階
の後に、前記露出された導電層を所定の深さで蝕刻して
トレンチを形成する段階を更に具備することを特徴とす
る請求項１に記載のタングステン窒化膜の製造方法。 - 【請求項１２】 前記タングステン窒化膜を形成する段
階の前に、チタンシリサイド膜を形成することによりオ
ーミック層を形成する段階を更に具備することを特徴と
する請求項１に記載のタングステン窒化膜の製造方法。 - 【請求項１３】 前記タングステン窒化膜を形成する段
階の後に、イン−シーツ方法にて前記タングステン窒化
膜上に金属膜を形成する段階を更に具備することを特徴
とする請求項１に記載のタングステン窒化膜の製造方
法。 - 【請求項１４】 前記金属膜はアルミニウム(Al)、タン
グステン(W) 、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、チタン
(Ti)、銅(Cu)、白金(Pt)、それらのシリサイド化合物及
びそれらの合金からなる群から選択された何れか一つか
ら形成することを特徴とする請求項１３に記載のタング
ステン窒化膜の製造方法。 - 【請求項１５】 導電層の形成された半導体基板上に絶
縁膜を形成する段階と、 前記絶縁膜を蝕刻して前記導電層を露出させるコンタク
トホールを形成する段階と、 前記コンタクトホールにより露出された導電層上にタン
グステン化合物を蒸着してオーミック層を形成する段階
と、 イン−シーツ方法にて窒素系ガス、タングステンソース
ガス及び還元剤ガスの混合ガスを注入して、前記オーミ
ック層上にタングステン窒化膜を連続的に蒸着して拡散
防止膜を形成する段階と、 前記拡散防止膜上に金属膜を蒸着する段階とを具備する
ことを特徴とする半導体装置の金属配線製造方法。 - 【請求項１６】 前記タングステン化合物はタングステ
ン、タングステンシリサイド及びタングステン窒化物の
群から選択された何れか一つを用いることを特徴とする
請求項１５に記載の半導体装置の金属配線製造方法。 - 【請求項１７】 前記オーミック層を形成する段階は、 前記コンタクトホールにより露出された導電層上にタン
グステン窒化膜を蒸着する段階と、 前記タングステン窒化膜の形成された結果物を熱処理し
てタングステン窒化膜内のタングステンがシリコン基板
と反応して薄いタングステンシリサイド膜からなるオー
ミック層を形成させる段階とからなることを特徴とする
請求項１５に記載の半導体装置の金属配線製造方法。 - 【請求項１８】 前記導電層はアルミニウム(Al)、タン
グステン(W) 、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、チタン
(Ti)、銅(Cu)、白金(Pt)、それらのシリサイド化合物及
びそれらの合金からなる群から選択された何れか一つか
ら形成された金属配線層であることを特徴とする請求項
１５に記載の半導体装置の金属配線製造方法。 - 【請求項１９】 前記導電層はP+不純物のドーピングさ
れたシリコンで形成されることを特徴とする請求項１５
に記載の半導体装置の金属配線製造方法。 - 【請求項２０】 前記絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜、又はそれらに不純物を添加した膜から形成さ
れることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の
金属配線製造方法。 - 【請求項２１】 前記拡散防止膜を形成する段階と金属
膜を蒸着する段階は同一チャンバ内でイン−シーツに行
われることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置
の金属配線製造方法。 - 【請求項２２】 前記タングステンソースガスはWF6 又
はWCl6であることを特徴とする請求項１５に記載の半導
体装置の金属配線製造方法。 - 【請求項２３】 前記窒素系ガスはN2,NH3 又はメチル-
ハイドライジンを用いることを特徴とする請求項１５に
記載の半導体装置の金属配線製造方法。 - 【請求項２４】 前記還元剤ガスはH2,SiH4,SiH2Cl2又
はPH3を用いることを特徴とする請求項１５に記載の半
導体装置の金属配線製造方法。 - 【請求項２５】 前記窒素系ガス：タングステンソース
ガスのフロー率の比は０.５ 乃至１００であることを特
徴とする請求項１５に記載の半導体装置の金属配線製造
方法。 - 【請求項２６】 前記還元剤ガス：タングステンソース
ガスのフロー率の比は０乃至５００であることを特徴と
する請求項１５に記載の半導体装置の金属配線製造方
法。 - 【請求項２７】 前記金属膜はアルミニウム(Al)、タン
グステン(W) 、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、チタン
(Ti)、銅(Cu)、白金(Pt)、それらのシリサイド化合物及
びそれらの合金からなる群から選択された何れか一つか
ら形成されることを特徴とする請求項１５に記載の半導
体装置の金属配線製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32914896A JP3868043B2 (ja) | 1996-11-25 | 1996-11-25 | タングステン窒化膜の製造方法及びこれを用いた金属配線製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32914896A JP3868043B2 (ja) | 1996-11-25 | 1996-11-25 | タングステン窒化膜の製造方法及びこれを用いた金属配線製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10163128A true JPH10163128A (ja) | 1998-06-19 |
| JP3868043B2 JP3868043B2 (ja) | 2007-01-17 |
Family
ID=18218186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32914896A Expired - Fee Related JP3868043B2 (ja) | 1996-11-25 | 1996-11-25 | タングステン窒化膜の製造方法及びこれを用いた金属配線製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3868043B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008536335A (ja) * | 2005-04-15 | 2008-09-04 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 適応ウェル・バイアシング、並びにパワー及び性能強化のためのハイブリッド結晶配向ｃｍｏｓ構造体 |
-
1996
- 1996-11-25 JP JP32914896A patent/JP3868043B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008536335A (ja) * | 2005-04-15 | 2008-09-04 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 適応ウェル・バイアシング、並びにパワー及び性能強化のためのハイブリッド結晶配向ｃｍｏｓ構造体 |
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|---|---|
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