JPH1074709A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents
半導体装置とその製造方法Info
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- JPH1074709A JPH1074709A JP22892496A JP22892496A JPH1074709A JP H1074709 A JPH1074709 A JP H1074709A JP 22892496 A JP22892496 A JP 22892496A JP 22892496 A JP22892496 A JP 22892496A JP H1074709 A JPH1074709 A JP H1074709A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ステップカバレッジが良好で大気中で酸化され
難いバリヤ膜を有する半導体装置を提供する。 【解決手段】シリコン半導体基板上の絶縁膜に形成され
たコンタクト孔４あるいは配線用溝のバリヤ膜として、
Ｔｉ｛Ｎ（ＣＨ3 ）2 ｝4 もしくはＴｉ｛Ｎ（Ｃ
2 Ｈ5 ）2 ｝4 を用いたＣＶＤ法で前述の有機原料を熱
分解して成膜したＴｉＣＮ膜６−１と、前述の有機原料
とＮＨ3 を反応させて成膜したＴｉＮ膜６−２を２層以
上重ねて積層のバリヤ膜を形成する。
難いバリヤ膜を有する半導体装置を提供する。 【解決手段】シリコン半導体基板上の絶縁膜に形成され
たコンタクト孔４あるいは配線用溝のバリヤ膜として、
Ｔｉ｛Ｎ（ＣＨ3 ）2 ｝4 もしくはＴｉ｛Ｎ（Ｃ
2 Ｈ5 ）2 ｝4 を用いたＣＶＤ法で前述の有機原料を熱
分解して成膜したＴｉＣＮ膜６−１と、前述の有機原料
とＮＨ3 を反応させて成膜したＴｉＮ膜６−２を２層以
上重ねて積層のバリヤ膜を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置とその
製造方法に関し、特にバリヤ膜を有する半導体装置とそ
の製造方法に関するものである。
製造方法に関し、特にバリヤ膜を有する半導体装置とそ
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】デバイスの微細化、高集積化にともな
い、コンタクトサイズの微細化及びアスペクト比（コン
タクト孔の深さのコンタクトサイズに対する比）の増加
が進むため、それに対応したコンタクト孔の埋め込み技
術が必要になってくる。この問題を解決するため、ステ
ップカバレッジの優れたＣＶＤ法によるタングステン埋
め込み方法が広く使われている。
い、コンタクトサイズの微細化及びアスペクト比（コン
タクト孔の深さのコンタクトサイズに対する比）の増加
が進むため、それに対応したコンタクト孔の埋め込み技
術が必要になってくる。この問題を解決するため、ステ
ップカバレッジの優れたＣＶＤ法によるタングステン埋
め込み方法が広く使われている。
【０００３】タングステンによりコンタクトを埋め込む
場合、図３に示すように、コンタクト抵抗を低減するた
めのチタンシリサイド層７と、ＣＶＤ法の原料ガスであ
る六弗化タングステンと下地のシリコン基板１（ここで
はＮ型拡散層２）との反応により生じる接合破壊防止の
ためのバリヤ膜が必要となる。この中でバリヤ膜として
は、スパッタリング法により成膜したＴｉＮ膜６が広く
使われている。しかし、スパッタリング法はステップカ
バレッジが悪く、例えばアクペクト比３のコンタクトで
は１０％以下のステップカバレッジしかないため、コン
タクト孔底部で六弗化タングステンとシリコン基板（Ｎ
型拡散層）の反応を防ぐために必要な膜厚が１０ｎｍと
すると、ステップカバレッジが１０％で層間絶縁膜３上
で１０倍の１００ｎｍを、ステップカバレッジが５％だ
と２０倍の２００ｎｍを成膜する必要が生じてくる。こ
のように厚いＴｉＮを成膜すると以下に示すような問題
が生じる。
場合、図３に示すように、コンタクト抵抗を低減するた
めのチタンシリサイド層７と、ＣＶＤ法の原料ガスであ
る六弗化タングステンと下地のシリコン基板１（ここで
はＮ型拡散層２）との反応により生じる接合破壊防止の
ためのバリヤ膜が必要となる。この中でバリヤ膜として
は、スパッタリング法により成膜したＴｉＮ膜６が広く
使われている。しかし、スパッタリング法はステップカ
バレッジが悪く、例えばアクペクト比３のコンタクトで
は１０％以下のステップカバレッジしかないため、コン
タクト孔底部で六弗化タングステンとシリコン基板（Ｎ
型拡散層）の反応を防ぐために必要な膜厚が１０ｎｍと
すると、ステップカバレッジが１０％で層間絶縁膜３上
で１０倍の１００ｎｍを、ステップカバレッジが５％だ
と２０倍の２００ｎｍを成膜する必要が生じてくる。こ
のように厚いＴｉＮを成膜すると以下に示すような問題
が生じる。
【０００４】（１）コンタクト上部でオーバーハングと
呼ばれる現象が生じ、“ひさし”ができるために、最悪
の場合ＴｉＮでコンタクトの口がふさがって内部が空洞
になってしまい、コンタクトの導通不良の原因となる。
（２）ＴｉＮによりコンタクト上部で穴がすぼんだ形と
なるため、ＣＶＤ法により全面にタングステン膜を堆積
してコンタクト孔を埋めこむ際、コンタクト孔内部を完
全に埋め込む前に上部がふさがってしまう。（３）Ｔｉ
Ｎ膜の厚さによりコンタクト孔のアスペクト比が増すた
め、タングステン埋め込みが困難になる。（４）タング
ステンを成膜後、エッチバックと呼ばれる工程で層間絶
縁膜上のタングステンを取り除く際、ＴｉＮをそのまま
残してＡｌ系配線形成時の下地膜に使用すると、ＴｉＮ
膜を含めた配線の膜厚が増加するため配線のエッチング
が困難となり、また、その後の層間膜平坦化の大きな障
害となる。（５）タングステン膜のエッチバックの際更
に層間絶縁膜上のＴｉＮ膜を除去すると、タングステン
とＴｉＮとのエッチング速度の差によりコンタクト孔と
タングステンプラグとの間にリセスと呼ばれる隙間がで
きるため、Ａｌ系配線を形成するのに障害となる。従っ
て、コンタクトサイズの微細化と高アスペクト比が進む
と、ステップカバレッジの悪いスパッタリング法では対
応できなくなってくる。
呼ばれる現象が生じ、“ひさし”ができるために、最悪
の場合ＴｉＮでコンタクトの口がふさがって内部が空洞
になってしまい、コンタクトの導通不良の原因となる。
（２）ＴｉＮによりコンタクト上部で穴がすぼんだ形と
なるため、ＣＶＤ法により全面にタングステン膜を堆積
してコンタクト孔を埋めこむ際、コンタクト孔内部を完
全に埋め込む前に上部がふさがってしまう。（３）Ｔｉ
Ｎ膜の厚さによりコンタクト孔のアスペクト比が増すた
め、タングステン埋め込みが困難になる。（４）タング
ステンを成膜後、エッチバックと呼ばれる工程で層間絶
縁膜上のタングステンを取り除く際、ＴｉＮをそのまま
残してＡｌ系配線形成時の下地膜に使用すると、ＴｉＮ
膜を含めた配線の膜厚が増加するため配線のエッチング
が困難となり、また、その後の層間膜平坦化の大きな障
害となる。（５）タングステン膜のエッチバックの際更
に層間絶縁膜上のＴｉＮ膜を除去すると、タングステン
とＴｉＮとのエッチング速度の差によりコンタクト孔と
タングステンプラグとの間にリセスと呼ばれる隙間がで
きるため、Ａｌ系配線を形成するのに障害となる。従っ
て、コンタクトサイズの微細化と高アスペクト比が進む
と、ステップカバレッジの悪いスパッタリング法では対
応できなくなってくる。
【０００５】近年ではこの問題を解決するためのスパッ
タ方法として、スパッタターゲットとシリコン基板間に
蜂の巣状に穴の開いたコリメータ板と呼ばれるものを挿
入しスパッタ粒子のシリコン基板への入射角度を制限
し、スパッタ粒子の指向性を増すことでコンタクト孔部
のボトムカバレッジを向上させたコリメートスパッタ法
や、スパッタターゲットとシリコン基板間の距離を通常
のスパッタ装置よりも長くし、さらに低圧でスパッタす
ることで、コリメータスパッタと同様にスパッタ粒子の
シリコン基板への入射角度を制御したロングスロースパ
ッタ法が検討されている。しかしこれらの方法はスパッ
タ粒子の指向性が良くなるためコンタクト孔底部でのカ
バレッジは構造するが、コンタクト側壁部やコンタクト
孔底部の角の部分などのカバレッジが悪いため、全面に
一様に成膜することが求められるバリヤ膜の成膜方法と
しては適していない。そこで、これらスパッタリングに
かわるＴｉＮ成膜方法として、コンタクト孔底部とコン
タクト孔側壁ともにステップカバレッジの良いＣＶＤ法
が検討されている。なお、コンタクト孔側壁におけるバ
リヤ膜は、層間絶縁膜中の水分等とプラグとが反応する
のを防止する作用及び層間絶縁膜とプラグとの密着性を
向上させる作用を有している。
タ方法として、スパッタターゲットとシリコン基板間に
蜂の巣状に穴の開いたコリメータ板と呼ばれるものを挿
入しスパッタ粒子のシリコン基板への入射角度を制限
し、スパッタ粒子の指向性を増すことでコンタクト孔部
のボトムカバレッジを向上させたコリメートスパッタ法
や、スパッタターゲットとシリコン基板間の距離を通常
のスパッタ装置よりも長くし、さらに低圧でスパッタす
ることで、コリメータスパッタと同様にスパッタ粒子の
シリコン基板への入射角度を制御したロングスロースパ
ッタ法が検討されている。しかしこれらの方法はスパッ
タ粒子の指向性が良くなるためコンタクト孔底部でのカ
バレッジは構造するが、コンタクト側壁部やコンタクト
孔底部の角の部分などのカバレッジが悪いため、全面に
一様に成膜することが求められるバリヤ膜の成膜方法と
しては適していない。そこで、これらスパッタリングに
かわるＴｉＮ成膜方法として、コンタクト孔底部とコン
タクト孔側壁ともにステップカバレッジの良いＣＶＤ法
が検討されている。なお、コンタクト孔側壁におけるバ
リヤ膜は、層間絶縁膜中の水分等とプラグとが反応する
のを防止する作用及び層間絶縁膜とプラグとの密着性を
向上させる作用を有している。
【０００６】ＣＶＤ法によるＴｉＮ成膜方法の代表的な
ものとしては、ＴｉＣｌ4 とＮＨ3を反応させる熱ＣＶ
Ｄ法がある。しかし、この場合、ＴｉＮ膜中の残留塩素
低減のため６００℃以上の高い成膜温度が必要とされる
ため上層配線と下層のＡｌ系配線をつなぐビアホール等
のバリヤ膜に使えないことや、膜中残留ＣｌがＡｌ系配
線腐食の原因になる、反応副生成物である塩化アンモニ
ウムがウェーハ上に残るとパーティクルになる、あるい
はＣＶＤ装置の排気系の腐食劣化の原因になるなど、実
際のデバイスに適用する上で問題点がいくつかある。こ
れにかわる方法としては、原料に塩素を含まないＴｉを
含む有機原料を用いたＣＶＤ法が検討されている。この
場合、膜中に塩素を含まないことや、成膜温度を４００
℃以下に低くすることができるという利点がある。
ものとしては、ＴｉＣｌ4 とＮＨ3を反応させる熱ＣＶ
Ｄ法がある。しかし、この場合、ＴｉＮ膜中の残留塩素
低減のため６００℃以上の高い成膜温度が必要とされる
ため上層配線と下層のＡｌ系配線をつなぐビアホール等
のバリヤ膜に使えないことや、膜中残留ＣｌがＡｌ系配
線腐食の原因になる、反応副生成物である塩化アンモニ
ウムがウェーハ上に残るとパーティクルになる、あるい
はＣＶＤ装置の排気系の腐食劣化の原因になるなど、実
際のデバイスに適用する上で問題点がいくつかある。こ
れにかわる方法としては、原料に塩素を含まないＴｉを
含む有機原料を用いたＣＶＤ法が検討されている。この
場合、膜中に塩素を含まないことや、成膜温度を４００
℃以下に低くすることができるという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のＴｉを含む有機
原料を用いたＣＶＤ法では、Ｔｉを含む有機原料として
Ｔｉ｛Ｎ（ＣＨ3 ）2 ｝4 もしくはＴｉ｛Ｎ（Ｃ
2 Ｈ5 ）2 ｝4 を用いてＮＨ3と反応させる方法につい
ては、例えばシン・ソリッド・フィルムズ（ＴｈｉｎＳ
ｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ）誌、第２４７巻、１９９４年、
第８５頁−第９３頁や、ケミカル・マテリアルズ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）誌、第３巻、第６
号、１９９１年、第１１３８頁−第１１４８頁にそれぞ
れ論文が記載されている。又、Ｔｉ｛Ｎ（ＣＨ3 ）｝4
又はＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 をそのまま熱分解して
成膜する方法などが主に検討されているが、これについ
ては、例えば、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエ
ンス・テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕ
ｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａ）
誌、第１３巻、第３号、１９９５年、第５９０頁−第５
９５頁に論文が記載されている。
原料を用いたＣＶＤ法では、Ｔｉを含む有機原料として
Ｔｉ｛Ｎ（ＣＨ3 ）2 ｝4 もしくはＴｉ｛Ｎ（Ｃ
2 Ｈ5 ）2 ｝4 を用いてＮＨ3と反応させる方法につい
ては、例えばシン・ソリッド・フィルムズ（ＴｈｉｎＳ
ｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ）誌、第２４７巻、１９９４年、
第８５頁−第９３頁や、ケミカル・マテリアルズ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）誌、第３巻、第６
号、１９９１年、第１１３８頁−第１１４８頁にそれぞ
れ論文が記載されている。又、Ｔｉ｛Ｎ（ＣＨ3 ）｝4
又はＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 をそのまま熱分解して
成膜する方法などが主に検討されているが、これについ
ては、例えば、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエ
ンス・テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕ
ｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａ）
誌、第１３巻、第３号、１９９５年、第５９０頁−第５
９５頁に論文が記載されている。
【０００８】前者のＮＨ3 と反応させる方法は、例えば
アスペクト比３のコンタクト孔でステップカバレッジは
３０％以下しかなく、反応性スパッタリング法よりは多
少優れているが、さらにコンタクト孔のアスペクト比が
大きくなるとデバイスへの適用は難しくなってくるた
め、あまり有効ではない。
アスペクト比３のコンタクト孔でステップカバレッジは
３０％以下しかなく、反応性スパッタリング法よりは多
少優れているが、さらにコンタクト孔のアスペクト比が
大きくなるとデバイスへの適用は難しくなってくるた
め、あまり有効ではない。
【０００９】これに対し、後者の熱分解による成膜方法
は、アスペクト比３のコンタクトにおいても８０％以上
のステップカバレッジが得られている。また、膜質は非
晶質で、ＣＶＤ法で成膜したＴｉＮ膜で一般的に見られ
る柱状成長が起こらない。このため、膜厚が薄いときに
問題となる粒界を通しての六弗化タングステン等のシリ
コン基板への拡散はなくなるため、バリヤ性は従来のＴ
ｉＮ膜よりも良くなるなどの利点がある。しかし、熱分
解法によって成膜したバリヤ膜は、膜中に残留Ｃが約３
０％あるＴｉＣＮ膜で、比抵抗は成膜直後で数千μΩ・
ｃｍと非常に高い。また、未分解のハイドロカーボンが
膜中に残るためか、膜質が不安定で大気中にて酸化が進
み、２４時間放置すると膜中の酸素原子の比率は２０％
以上になる。酸化が進むことにより、比抵抗は大気中の
放置時間とともに増加し、２４時間後には１０倍以上に
なる。バリヤ膜の比抵抗が増加すると、コンタクト抵抗
も増加する。従って、バリヤ膜形成後直ちにタングステ
ン膜等を成膜するとか、大気中に放置する時間を厳しく
制限することが必要となり生産性が悪い。
は、アスペクト比３のコンタクトにおいても８０％以上
のステップカバレッジが得られている。また、膜質は非
晶質で、ＣＶＤ法で成膜したＴｉＮ膜で一般的に見られ
る柱状成長が起こらない。このため、膜厚が薄いときに
問題となる粒界を通しての六弗化タングステン等のシリ
コン基板への拡散はなくなるため、バリヤ性は従来のＴ
ｉＮ膜よりも良くなるなどの利点がある。しかし、熱分
解法によって成膜したバリヤ膜は、膜中に残留Ｃが約３
０％あるＴｉＣＮ膜で、比抵抗は成膜直後で数千μΩ・
ｃｍと非常に高い。また、未分解のハイドロカーボンが
膜中に残るためか、膜質が不安定で大気中にて酸化が進
み、２４時間放置すると膜中の酸素原子の比率は２０％
以上になる。酸化が進むことにより、比抵抗は大気中の
放置時間とともに増加し、２４時間後には１０倍以上に
なる。バリヤ膜の比抵抗が増加すると、コンタクト抵抗
も増加する。従って、バリヤ膜形成後直ちにタングステ
ン膜等を成膜するとか、大気中に放置する時間を厳しく
制限することが必要となり生産性が悪い。
【００１０】本発明の目的は、ステップカバレッジ及び
比抵抗が比較的良好なバリヤ膜を有する半導体装置とそ
れを生産性よく実現できる製造方法を提供することにあ
る。
比抵抗が比較的良好なバリヤ膜を有する半導体装置とそ
れを生産性よく実現できる製造方法を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板上の絶縁膜に形成されたコンタクト孔又は配
線用溝を埋めてバリヤ膜と導電膜とが設けられている半
導体装置において、前記バリヤ膜が炭窒化チタンを少な
くとも主成分として含む非晶質の第１の膜と窒化チタン
を少なくとも主成分として含む第２の膜との多層膜であ
るというものである。
半導体基板上の絶縁膜に形成されたコンタクト孔又は配
線用溝を埋めてバリヤ膜と導電膜とが設けられている半
導体装置において、前記バリヤ膜が炭窒化チタンを少な
くとも主成分として含む非晶質の第１の膜と窒化チタン
を少なくとも主成分として含む第２の膜との多層膜であ
るというものである。
【００１２】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板上の絶縁膜にコンタクト孔又は配線用溝を形成した
後、減圧ＣＶＤ法により構成元素としてＴｉ，Ｎ及びＣ
を含みＯ及びＣｌを含まない有機原料を熱分解させ炭窒
化チタンを少なくとも主成分として含む非晶質の第１の
膜を形成し次いで前記有機原料とＮＨ3 とを反応させて
窒化チタンを少なくとも主成分として含む第２の膜を形
成することによりバリヤ膜を形成し、導電膜を堆積する
工程を含むというものである。
基板上の絶縁膜にコンタクト孔又は配線用溝を形成した
後、減圧ＣＶＤ法により構成元素としてＴｉ，Ｎ及びＣ
を含みＯ及びＣｌを含まない有機原料を熱分解させ炭窒
化チタンを少なくとも主成分として含む非晶質の第１の
膜を形成し次いで前記有機原料とＮＨ3 とを反応させて
窒化チタンを少なくとも主成分として含む第２の膜を形
成することによりバリヤ膜を形成し、導電膜を堆積する
工程を含むというものである。
【００１３】この場合、第１の膜と第２の膜とを形成す
る工程を繰り返し行なうことができる。
る工程を繰り返し行なうことができる。
【００１４】又、有機原料はＴｉ｛Ｎ（ＣＨ3 ）2 ｝4
又はＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 のいずれかを用いるこ
とができる。
又はＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 のいずれかを用いるこ
とができる。
【００１５】ステップカバレッジ及びバリヤ性の良好な
第１の膜が、比抵抗の良好な酸素に対して安定な第２の
膜で覆われている。第２の膜の形成をＮＨ3 による窒化
反応を利用すると第１の膜の表面の窒化が併せて実現す
る。
第１の膜が、比抵抗の良好な酸素に対して安定な第２の
膜で覆われている。第２の膜の形成をＮＨ3 による窒化
反応を利用すると第１の膜の表面の窒化が併せて実現す
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、図１を参照して本発明の第
１の実施の形態について製造工程に沿って説明する。
１の実施の形態について製造工程に沿って説明する。
【００１７】図１（ａ）に示すように、例えばＰ型のシ
リコン基板１の表面部にＮ型拡散層２を備えたＭＯＳト
ランジスタ等の半導体素子を形成し、層間絶縁膜３を厚
さ１μｍ堆積し、リソグラフィー法によりＮ型拡散層２
上に直径０．３μｍのコンタクト孔４を形成する。レジ
スト膜剥離後、スパッタリング法によりＴｉ膜５を１０
０ｎｍの厚さで成膜する。次に図１（ｂ）に示すよう
に、Ｔｉを含む有機原料を用いたＣＶＤ法によりＴｉＣ
Ｎ膜６−１とＴｉＮ膜６−２とを、次に示す方法により
同一成膜室内で途中で大気中に取り出す等酸素に触れる
機会を排除して連続して成膜を行った。
リコン基板１の表面部にＮ型拡散層２を備えたＭＯＳト
ランジスタ等の半導体素子を形成し、層間絶縁膜３を厚
さ１μｍ堆積し、リソグラフィー法によりＮ型拡散層２
上に直径０．３μｍのコンタクト孔４を形成する。レジ
スト膜剥離後、スパッタリング法によりＴｉ膜５を１０
０ｎｍの厚さで成膜する。次に図１（ｂ）に示すよう
に、Ｔｉを含む有機原料を用いたＣＶＤ法によりＴｉＣ
Ｎ膜６−１とＴｉＮ膜６−２とを、次に示す方法により
同一成膜室内で途中で大気中に取り出す等酸素に触れる
機会を排除して連続して成膜を行った。
【００１８】バリヤメタル成膜のためのＴｉを含む有機
原料にＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4を用いた。まず熱分
解により、以下の条件でＴｉＣＮ膜６−１を１０ｎｍ成
膜する。ここでＮ2 はＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 が常
温で液体のため、気化し成膜室まで輸送するためのキャ
リアガスとして用いた。 Ｔｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 （ｇ／ｍｉｎ） ０．０１〜１０、例えば１ Ｎ2 （ｓｃｃｍ） 例えば３００ 成膜温度（℃） ３００〜５００、例えば４００ 成膜圧力（Ｐａ） １．３〜６７００、例えば１３０ 成膜時間（ｓ） 例えば２０ 次いで、同一成膜室内においてＴｉ｛Ｎ（Ｃ
2 Ｈ5 ）2 ｝4 供給量、Ｎ2 供給量、成膜温度、成膜圧
力はそのままでＮＨ3 を５〜５００ｓｃｃｍ、例えば５
０ｓｃｃｍで１０秒間添加しＴｉＮ膜６−２を５ｎｍ成
膜した。
原料にＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4を用いた。まず熱分
解により、以下の条件でＴｉＣＮ膜６−１を１０ｎｍ成
膜する。ここでＮ2 はＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 が常
温で液体のため、気化し成膜室まで輸送するためのキャ
リアガスとして用いた。 Ｔｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 （ｇ／ｍｉｎ） ０．０１〜１０、例えば１ Ｎ2 （ｓｃｃｍ） 例えば３００ 成膜温度（℃） ３００〜５００、例えば４００ 成膜圧力（Ｐａ） １．３〜６７００、例えば１３０ 成膜時間（ｓ） 例えば２０ 次いで、同一成膜室内においてＴｉ｛Ｎ（Ｃ
2 Ｈ5 ）2 ｝4 供給量、Ｎ2 供給量、成膜温度、成膜圧
力はそのままでＮＨ3 を５〜５００ｓｃｃｍ、例えば５
０ｓｃｃｍで１０秒間添加しＴｉＮ膜６−２を５ｎｍ成
膜した。
【００１９】その後、図１（ｃ）に示すように窒素雰囲
気中、７００℃で１分間熱処理を行ないチタンシリサイ
ド層７を形成し、ＣＶＤ法でタングステン膜８を５００
ｎｍ成膜しコンタクト孔の埋め込みを行った。
気中、７００℃で１分間熱処理を行ないチタンシリサイ
ド層７を形成し、ＣＶＤ法でタングステン膜８を５００
ｎｍ成膜しコンタクト孔の埋め込みを行った。
【００２０】引き続き、タングステン膜８をエッチバッ
クしてＴｉＮ膜６−２を露出させた後、Ａｌ系膜を被着
しパターニングして上層配線を形成するかもしくは層間
絶縁膜３の表面が露出する迄エッチバックを続行してコ
ンタクトプラグを形成する。いずれにせよ、スパッタリ
ング法によるＴｉＮ膜よりステップカバレッジがよいの
で、従来の技術の項であげた（１）〜（５）の欠点は大
幅に改善される。
クしてＴｉＮ膜６−２を露出させた後、Ａｌ系膜を被着
しパターニングして上層配線を形成するかもしくは層間
絶縁膜３の表面が露出する迄エッチバックを続行してコ
ンタクトプラグを形成する。いずれにせよ、スパッタリ
ング法によるＴｉＮ膜よりステップカバレッジがよいの
で、従来の技術の項であげた（１）〜（５）の欠点は大
幅に改善される。
【００２１】Ｔｉを含む有機原料（Ｔｉ｛Ｎ（Ｃ
2 Ｈ5 ）2 ｝4 ）を熱分解で成膜したステップカバレッ
ジの良好なＴｉＣＮ膜と、Ｔｉを含む有機原料とＮＨ3
との反応で成膜したＴｉＮ膜を交互に成膜してバリヤ膜
を形成することで、熱分解で成膜したＴｉＣＮ膜はＮＨ
3 により表面窒化されて膜の比抵抗が下がり、かつ上層
にＴｉＮ膜が成膜されることで、大気中での酸化が防止
でき、大気開放中に酸化による比抵抗増加が阻止でき
る。また、バリヤ膜を膜質の異なるＴｉＣＮとＴｉＮの
積層構造にすることで、ＣＶＤ法によるＴｉＮ膜で一般
的に見られる柱状結晶の粒界を通しての拡散がＴｉＣＮ
膜で防止できるため、バリヤ性に優れたバリヤ膜を形成
できる。
2 Ｈ5 ）2 ｝4 ）を熱分解で成膜したステップカバレッ
ジの良好なＴｉＣＮ膜と、Ｔｉを含む有機原料とＮＨ3
との反応で成膜したＴｉＮ膜を交互に成膜してバリヤ膜
を形成することで、熱分解で成膜したＴｉＣＮ膜はＮＨ
3 により表面窒化されて膜の比抵抗が下がり、かつ上層
にＴｉＮ膜が成膜されることで、大気中での酸化が防止
でき、大気開放中に酸化による比抵抗増加が阻止でき
る。また、バリヤ膜を膜質の異なるＴｉＣＮとＴｉＮの
積層構造にすることで、ＣＶＤ法によるＴｉＮ膜で一般
的に見られる柱状結晶の粒界を通しての拡散がＴｉＣＮ
膜で防止できるため、バリヤ性に優れたバリヤ膜を形成
できる。
【００２２】次に、第２の実施の形態について図２を参
照して説明する。
照して説明する。
【００２３】まず、図２（ａ）に示すように、リソグラ
フィー法により、幅０．５μｍ、深さ０．８μｍの配線
用溝９を形成後、レジストの剥離を行ない、ＴｉＣＮ膜
とＴｉＮ膜とを交互に２層宛成膜する。ここで、バリヤ
膜を４層にしたのは、ＮＨ3供給有無の周期を短くし、
ＴｉＣＮ膜とＴｉＮ膜の膜厚を薄くして４層にした方
が、ＴｉＣＮ膜表面の窒化効果により抵抗が低くできる
ためである。バリヤ膜を成膜する際のＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ
5 ）2 ｝4 供給量、ＮＨ3 供給量、Ｎ2 供給量、成膜温
度、成膜圧力は第１の実施の形態と同じでまず始めにＮ
Ｈ3 の供給を行なわずＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 のみ
１０秒間供給し、ＴｉＣＮ膜６−１１を５ｎｍ成膜す
る。次にＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 供給はそのままで
ＮＨ3 を５秒間添加しＴｉＮ膜６−２１を２．５ｎｍ成
膜する。この周期をもう１度繰り返し、ＴｉＮ６−２２
（２．５ｎｍ）／ＴｉＣＮ膜６−１２（５ｎｍ）／Ｔｉ
Ｎ膜６−２１（２．５ｎｍ）／ＴｉＣＮ膜６−１１（５
ｎｍ）の４層構造とする。次に図２（ｂ）に示すように
しＣＶＤでタングステン膜８を成膜し配線用溝を埋めこ
んだ後に、ＣＭＰ法もしくはエッチバック法により層間
絶縁膜３上のＷ膜８、バリヤ膜を除去して図２（ｃ）に
示すように、溝配線（Ｗ膜８ａと４層バリヤ膜とでな
る）を形成する。溝配線にバリヤ膜を使用するのは、層
間絶縁膜３との密着性をよくすること（密着膜）及び層
間絶縁膜３からの水分等によりＷ膜８ａが浸蝕されるの
を防止するためである。第１の実施の形態におけるバリ
ヤ膜より抵抗が低くできる利点がある。
フィー法により、幅０．５μｍ、深さ０．８μｍの配線
用溝９を形成後、レジストの剥離を行ない、ＴｉＣＮ膜
とＴｉＮ膜とを交互に２層宛成膜する。ここで、バリヤ
膜を４層にしたのは、ＮＨ3供給有無の周期を短くし、
ＴｉＣＮ膜とＴｉＮ膜の膜厚を薄くして４層にした方
が、ＴｉＣＮ膜表面の窒化効果により抵抗が低くできる
ためである。バリヤ膜を成膜する際のＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ
5 ）2 ｝4 供給量、ＮＨ3 供給量、Ｎ2 供給量、成膜温
度、成膜圧力は第１の実施の形態と同じでまず始めにＮ
Ｈ3 の供給を行なわずＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 のみ
１０秒間供給し、ＴｉＣＮ膜６−１１を５ｎｍ成膜す
る。次にＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 供給はそのままで
ＮＨ3 を５秒間添加しＴｉＮ膜６−２１を２．５ｎｍ成
膜する。この周期をもう１度繰り返し、ＴｉＮ６−２２
（２．５ｎｍ）／ＴｉＣＮ膜６−１２（５ｎｍ）／Ｔｉ
Ｎ膜６−２１（２．５ｎｍ）／ＴｉＣＮ膜６−１１（５
ｎｍ）の４層構造とする。次に図２（ｂ）に示すように
しＣＶＤでタングステン膜８を成膜し配線用溝を埋めこ
んだ後に、ＣＭＰ法もしくはエッチバック法により層間
絶縁膜３上のＷ膜８、バリヤ膜を除去して図２（ｃ）に
示すように、溝配線（Ｗ膜８ａと４層バリヤ膜とでな
る）を形成する。溝配線にバリヤ膜を使用するのは、層
間絶縁膜３との密着性をよくすること（密着膜）及び層
間絶縁膜３からの水分等によりＷ膜８ａが浸蝕されるの
を防止するためである。第１の実施の形態におけるバリ
ヤ膜より抵抗が低くできる利点がある。
【００２４】第１の実施の形態における２層構造のバリ
ヤ膜の代りに第２の実施の形態における４層構造のバリ
ヤ膜をしてもよいし、逆に溝配線に２層構造を適用しう
ることは当然である。
ヤ膜の代りに第２の実施の形態における４層構造のバリ
ヤ膜をしてもよいし、逆に溝配線に２層構造を適用しう
ることは当然である。
【００２５】以上、Ｔｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 を使用
する例について説明したが、Ｔｉ｛Ｎ（ＣＨ3 ）2 ｝4
を用いることもできる。
する例について説明したが、Ｔｉ｛Ｎ（ＣＨ3 ）2 ｝4
を用いることもできる。
【００２６】なお、実施の形態の説明でＴｉＮ膜、Ｔｉ
ＣＮ膜なる表現を用いたが、これは、従来の技術の項に
記載した論文等の表記法に従ったものである。ともか
く、本発明で用いるＴｉＮ膜及びＴｉＣＮ膜はそれぞれ
ＭＯＣＶＤ法で形成された窒化チタン（ＴｉＮ）及び炭
窒化チタン（ＴｉＣＮ）を少なくとも主成分としバリヤ
性及び又は絶縁膜との密着性を有する膜の意味である。
ＣＮ膜なる表現を用いたが、これは、従来の技術の項に
記載した論文等の表記法に従ったものである。ともか
く、本発明で用いるＴｉＮ膜及びＴｉＣＮ膜はそれぞれ
ＭＯＣＶＤ法で形成された窒化チタン（ＴｉＮ）及び炭
窒化チタン（ＴｉＣＮ）を少なくとも主成分としバリヤ
性及び又は絶縁膜との密着性を有する膜の意味である。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、アスペクト比の大きい
コンタクト孔あるいは配線用溝に、３００〜５００℃と
いう低い成膜温度でステップカバレッジが良く大気中で
の酸化による経時変化が少なく、生産性の良いバリヤ性
の優れた積層のバリヤ膜もしくは密着膜を形成できる。
従って、半導体装置の高集積化に寄与できる。
コンタクト孔あるいは配線用溝に、３００〜５００℃と
いう低い成膜温度でステップカバレッジが良く大気中で
の酸化による経時変化が少なく、生産性の良いバリヤ性
の優れた積層のバリヤ膜もしくは密着膜を形成できる。
従って、半導体装置の高集積化に寄与できる。
【図１】本発明の第１の実施の形態について説明するた
めの（ａ）〜（ｃ）に分図して示す工程順断面図であ
る。
めの（ａ）〜（ｃ）に分図して示す工程順断面図であ
る。
【図２】本発明の第２の実施の形態について説明するた
めの（ａ）〜（ｃ）に分図して示す工程順断面図であ
る。
めの（ａ）〜（ｃ）に分図して示す工程順断面図であ
る。
【図３】従来例について説明するための断面図である。
１ シリコン基板 ２ Ｎ型拡散層 ３ 層間絶縁膜 ４ コンタクト孔 ５ Ｔｉ膜 ６−１，６−１１，６−１２ ＴｉＣＮ膜 ６，６−２，６−２１，６−２２ ＴｉＮ膜 ７ チタンシリサイド層 ８ タングステン膜 ９ 配線用溝
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板上の絶縁膜に形成されたコン
タクト孔又は配線用溝を埋めてバリヤ膜と導電膜とが設
けられている半導体装置において、前記バリヤ膜が炭窒
化チタンを少なくとも主成分として含む非晶質の第１の
膜と窒化チタンを少なくとも主成分として含む第２の膜
との多層膜であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 半導体基板上の絶縁膜にコンタクト孔又
は配線用溝を形成した後、減圧ＣＶＤ法により構成元素
としてＴｉ，Ｎ及びＣを含みＯ及びＣｌを含まない有機
原料を熱分解させ炭窒化チタンを少なくとも主成分とし
て含む非晶質の第１の膜を形成し次いで前記有機原料と
ＮＨ3 とを反応させて窒化チタンを少なくとも主成分と
して含む第２の膜を形成することによりバリヤ膜を形成
し、導電膜を堆積する工程を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項３】 第１の膜と第２の膜とを形成する工程を
繰り返し行なう請求項２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 有機原料がＴｉ｛Ｎ（ＣＨ3 ）2 ｝4 又
はＴｉ｛Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ｝4 のいずれかである請求項
２又は３記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22892496A JPH1074709A (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 半導体装置とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22892496A JPH1074709A (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 半導体装置とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1074709A true JPH1074709A (ja) | 1998-03-17 |
Family
ID=16883997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22892496A Pending JPH1074709A (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 半導体装置とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1074709A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003524888A (ja) * | 1999-10-15 | 2003-08-19 | エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド | 感受性表面上にナノラミネート薄膜を堆積するための方法 |
| JP2008016803A (ja) * | 2006-06-30 | 2008-01-24 | Hynix Semiconductor Inc | 半導体素子のビットライン形成方法 |
| CN102082171A (zh) * | 2009-11-30 | 2011-06-01 | 海力士半导体有限公司 | 半导体器件的电极以及制造电容器的方法 |
| KR20170063352A (ko) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | 방사선 감지 기판 및 이미지 센서 디바이스에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하기 위한 방법 |
-
1996
- 1996-08-29 JP JP22892496A patent/JPH1074709A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003524888A (ja) * | 1999-10-15 | 2003-08-19 | エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド | 感受性表面上にナノラミネート薄膜を堆積するための方法 |
| JP4746234B2 (ja) * | 1999-10-15 | 2011-08-10 | エーエスエム インターナショナル エヌ．ヴェー． | 感受性表面上にナノラミネート薄膜を堆積するための方法 |
| JP2008016803A (ja) * | 2006-06-30 | 2008-01-24 | Hynix Semiconductor Inc | 半導体素子のビットライン形成方法 |
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| US10134801B2 (en) | 2015-11-30 | 2018-11-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited | Method of forming deep trench isolation in radiation sensing substrate and image sensor device |
| US10510798B2 (en) | 2015-11-30 | 2019-12-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method of forming deep trench isolation in radiation sensing substrate and image sensor device |
| US11404470B2 (en) * | 2015-11-30 | 2022-08-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method of forming deep trench isolation in radiation sensing substrate and image sensor device |
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