JPH11233453A

JPH11233453A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH11233453A
Application number: JP2957198A
Authority: JP
Inventors: Takashi Harada; 剛史原田; Kazuya Yoshimoto; 和也吉本
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】拡散層と配線層の接続抵抗の増大や、半導体基
板と拡散層の接合の破壊がない半導体装置の製造方法を
提供する。【解決手段】まず、半導体基板１０１上の所定の位置に
拡散層１０２を形成する。次に、半導体基板１０１およ
び拡散層１０２上に層間絶縁膜１０３を堆積し、層間絶
縁膜１０３上の所定の位置にコンタクトホール１０４を
形成する。拡散層１０２上および層間絶縁膜１０３上に
チタン膜１０５を堆積した後、半導体基板１０１をアル
ゴン雰囲気下で７００℃に加熱し、拡散層１０２の表面
にチタンシリサイド膜１０６を形成する。次に、チタン
を含む有機化合物を材料とする化学的気層成長法により
チタン膜１０５およびチタンシリサイド膜１０６上に窒
化チタン膜１０７を堆積する。最後に、ブランケット・
タングステン法によりコンタクトホール１０４をタング
ステン膜１０８で埋め込み、配線層１０９を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化に伴い、拡散層と配
線層を接続するコンタクトホールのアスペクト比は増大
を続けており、近年ではアスペクト比が５を超えるよう
なコンタクトホールが使用されるようになってきてい
る。

【０００３】コンタクトホールを導電膜で埋め込み、接
続を確実にする技術としては、六フッ化タングステンを
用いるブランケット・タングステン法が広く使用されて
いる。ブランケット・タングステン法によりコンタクト
ホールを埋め込む場合には、コンタクトホールの底部に
十分な厚さの窒化チタン膜を堆積し、六フッ化タングス
テンによる侵食を防止することが必要である。このた
め、窒化チタンの堆積は、段差被覆性の良い化学的気層
成長法により行なう方法が主流となりつつある。

【０００４】図１０（ａ）から（ｅ）を参照しながら、
上述の半導体装置の製造方法の従来例を説明する。

【０００５】まず、図１０（ａ）に示すように、半導体
基板１上の選択された領域に拡散層２を形成する。次
に、半導体基板１および拡散層２上に層間絶縁膜３を堆
積し、層間絶縁膜３上の選択された位置にコンタクトホ
ール４を形成する。

【０００６】次に、図１０（ｂ）に示すように、スパッ
タリング法によって、拡散層２および層間絶縁膜３の上
にチタン膜５を堆積する。この後、図１０（ｃ）に示す
ように、化学的気層成長法によりチタン膜５上に窒化チ
タン膜６を堆積する。次に、半導体基板１に熱処理を加
え、図１０（ｄ）に示すように、拡散層２の表面にチタ
ンシリサイド膜７を形成する。

【０００７】次に、六フッ化タングステンを材料とする
化学的気層成長法により窒化チタン膜６上の全面にタン
グステン膜８を堆積した後、化学機械研磨法により層間
絶縁膜３上のチタン膜５、窒化チタン膜６、タングステ
ン膜８を除去する。最後に、配線層９を形成し、それに
よって、図１０（ｅ）に示すような半導体装置が作製さ
れる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】化学的気層成長法によ
る窒化チタン膜の堆積には、材料や励起方法などの違い
により様々な形態がある。これらのうち、チタンを含む
有機化合物を材料とする化学的気層成長法により窒化チ
タン膜６の堆積を行なうと、以下のような問題の発生す
ることが、発明者により見い出された。

【０００９】その問題とは、チタンを含む有機化合物を
構成する炭素などの原子が、不純物としてチタン膜５中
に拡散することである。チタン膜５中に拡散した不純物
原子は、チタンシリサイド膜７の形成を阻害する。これ
は、拡散層２と配線層９の間の接続抵抗を増大させ、半
導体装置の動作速度を低下させる原因となる。

【００１０】上記問題に加えて、窒化チタン膜６とチタ
ンシリサイド膜７が接触する領域において窒化チタン膜
６中に欠陥が発生するという問題がある。窒化チタン膜
６中の欠陥は、チタン膜５がチタンシリサイド膜７に変
化することによる体積収縮に起因すると考えられてい
る。窒化チタン膜６中に欠陥が発生すると、タングステ
ン膜８を堆積する際に材料として用いる六フッ化タング
ステンが、チタンシリサイド膜７や拡散層２と直接接触
するようになる。これは、拡散層２と配線層９の間の接
続抵抗の増大や、半導体基板１と拡散層２の間に形成さ
れた接合の破壊をもたらす。前者は半導体装置の動作速
度の低下の、後者は半導体装置の誤動作の原因となる。

【００１１】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、有機化合物を材料と
する化学的気層成長法によりバリア膜の堆積を行なった
場合でも、拡散層と配線層の間の接続抵抗の増大や、半
導体基板と拡散層に形成された接合の破壊を防ぐことが
できる半導体装置の製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
の製造方法は、シリコンを含む部材上に絶縁膜を堆積す
る工程と、前記絶縁膜に開口部を形成し、前記シリコン
を含む部材の少なくとも一部を露出させる工程と、前記
開口部の底部に高融点金属膜を堆積する工程と、熱処理
を行なうことによって前記高融点金属膜の少なくとも一
部をシリサイド化し、前記開口部の底部に高融点金属シ
リサイド膜を形成する工程と、有機化合物を材料とする
化学的気層成長法によって、前記高融点金属シリサイド
膜と電気的に接触するバリア膜を堆積する工程と、前記
バリア膜上に導電膜を堆積する工程とを包含する。

【００１３】ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプト
ン、キセノンおよびラドンからなる群から選択されたい
ずれかのガス雰囲気下で前記熱処理を行なうことが好ま
しい。

【００１４】前記熱処理を５５０℃以上８５０℃以下の
温度領域で行なうことが好ましい。

【００１５】前記バリア膜の堆積後であって前記導電膜
の堆積前に、他の熱処理を行なうことが好ましい。

【００１６】前記他の熱処理を窒素、アンモニア、ヒド
ラジン、モノメチルヒドラジン及びジメチルヒドラジン
からなる群から選択されたいずれかのガス雰囲気下で行
なうことが好ましい。

【００１７】前記他の熱処理は、バリア膜上に前記導電
膜を堆積するときの温度以上の温度で実行することが好
ましい。

【００１８】前記他の熱処理は、前記高融点金属シリサ
イド膜を形成するときの熱処理の温度以下の温度で実行
することが好ましい。

【００１９】前記他の熱処理は、４００℃以上８５０℃
以下の温度領域で行なうことが好ましい。

【００２０】前記他の熱処理は、６００℃以上８５０℃
以下の温度領域で行なってもよい。

【００２１】本発明による他の半導体装置の製造方法
は、シリコンを含む部材上に絶縁膜を堆積する工程と、
前記絶縁膜に開口部を形成し、前記シリコンを含む部材
の少なくとも一部を露出させる工程と、前記シリコンを
含む部材を加熱しながら、前記開口部の底部に高融点金
属膜を堆積することによって、堆積中に前記高融点金属
膜の少なくとも一部をシリサイド化し、前記開口部の底
部に高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、有機化
合物を材料とする化学的気層成長法によって、前記高融
点金属シリサイド膜に電気的に接触したバリア膜を堆積
する工程と、前記バリア膜上に導電膜を堆積する工程と
を包含する。

【００２２】前記シリコンを含む部材の加熱を４５０℃
以上７５０℃以下の温度領域で行なうことが好ましい。

【００２３】前記バリア膜の堆積後であって前記導電膜
の堆積前に、熱処理を行なうことが好ましい。

【００２４】前記熱処理は、バリア膜上に前記導電膜を
堆積するときの温度以上の温度で実行することが好まし
い。

【００２５】前記熱処理は、４００℃以上８５０℃以下
の温度領域で行なうことが好ましい。

【００２６】前記熱処理は、窒素、アンモニア、ヒドラ
ジン、モノメチルヒドラジン及びジメチルヒドラジンか
らなる群から選択されたいずれかのガス雰囲気下で行な
うことが好ましい。

【００２７】前記シリコンを含む部材は、単結晶シリコ
ン基板であってもよい。

【００２８】前記シリコンを含む部材は、多結晶シリコ
ン膜であってもよい。

【００２９】前記シリコンを含む部材は、不純物ドープ
領域を含んでいることが好ましい。

【００３０】前記高融点金属膜を堆積する前に、前記前
記シリコンを含む部材上に他のシリサイド膜を形成する
工程を更に包含していてもよい。

【００３１】前記高融点金属膜がチタンから形成されて
いることが好ましい。

【００３２】前記バリア膜として窒化チタン膜を用いる
ことが好ましい。

【００３３】テトラキスジメチルアミドチタン、テトラ
キスジエチルアミドチタン、テトラキスジブチルアミド
チタンおよびテトラキスメチルエチルアミドチタンから
なる群から選択されたいずれかのガスを材料とする化学
的気層成長法によって前記窒化チタン膜を堆積すること
が好ましい。

【００３４】前記バリア膜として窒化タンタル膜および
窒化タングステン膜の少なくとも一方を用いてもよい。

【００３５】前記導電膜としてタングステン膜を用いる
ことが好ましい。

【００３６】六フッ化タングステンを材料とする化学的
気層成長法により前記タングステン膜を堆積することが
好ましい。

【００３７】前記導電膜としてアルミニウム膜、アルミ
ニウム合金膜、銅膜、および銅合金膜からなる群から選
択されたいずれかの膜を用いてもよい。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しながら本発
明による半導体装置の製造方法の実施形態を説明する。

【００３９】（第１の実施形態）図１（ａ）から（ｅ）
は、本実施形態の製造方法における主要な工程段階での
装置断面を示している。

【００４０】まず、図１（ａ）に示すように、半導体基
板１０１上の選択された領域に、拡散層１０２を形成す
る。拡散層１０２の形成は、公知のリソグラフィー技術
およびイオン注入技術を用いて行うことができる。次
に、化学的気層成長法により厚さ２．１μｍの層間絶縁
膜１０３を堆積する。層間絶縁膜１０３の材料として
は、溶融性を持つボロンリンガラス（ＢＰＳＧ）を好適
に用いることができる。次に、リソグラフィー技術およ
びドライエッチング技術を用いて、層間絶縁膜１０３の
選択された位置に開口径が０．３μｍのコンタクトホー
ル１０４を形成する。

【００４１】次に、図１（ｂ）に示すように、指向性ス
パッタリング法により、拡散層１０２および層間絶縁膜
１０３上にチタン膜１０５を堆積する。本実施形態で
は、チタン膜１０５の厚さが拡散層１０２上で１０ｎｍ
となるように、指向性スパッタリング法の堆積条件を調
節する。チタン膜１０５の代わりに、コバルト（Ｃｏ）
やニッケル（Ｎｉ）などのシリサイド化しやすい高融点
金属からなる膜を堆積しても良い。

【００４２】次に、半導体基板１０１に対して熱処理を
行う。本実施形態の場合、熱処理は、アルゴンの雰囲気
下で行なっており、加熱温度は７００℃、加熱時間は６
０秒としている。これにより、図１（ｃ）に示すよう
に、拡散層１０２の表面にチタンシリサイド膜１０６が
形成される。この熱処理によって、チタン膜１０５の全
てがチタンシリサイド膜１０６に変化することが好まし
いが、チタン膜１０５の一部がチタンのままシリサイド
化されずに残存してもかまわない。重要な点は、少なく
ともチタン膜１０５と下地シリコンとの界面でシリサイ
ド化反応が生じて、その界面領域にチタンシリサイド膜
１０６が形成されることにある。その結果、界面に存在
していた抵抗性の要因（例えば、自然酸化膜の存在）が
除去され、コンタクト抵抗の低減が実現する。堆積する
チタン膜が厚い場合、または、熱処理温度が低い場合、
チタン膜１０５のうちシリサイド化しない部分の占める
割合が増加する可能性がある。なお、チタン膜１０５の
うち、層間絶縁膜１０３上に堆積した部分が熱処理後も
チタンシリサイド膜１０６に変化しないことは言うまで
もない。

【００４３】次に、図１（ｄ）に示すように、チタン膜
１０５およびチタンシリサイド膜１０６上に、熱励起に
よって反応を促進する化学的気層成長法により、厚さ２
０ｎｍの窒化チタン膜１０７を堆積させる。このＣＶＤ
においては、テトラキスジエチルアミドチタンおよびア
ンモニアを材料とし、窒化チタン膜１０７の堆積温度を
３６０℃とする。

【００４４】次に、六フッ化タングステンを材料とする
化学的気層成長法により窒化チタン膜１０７上の全面に
タングステン膜１０８を堆積する。タングステン膜１０
８の堆積温度は、本実施形態の場合、４００℃から４５
０℃である。

【００４５】その後、化学機械研磨法により、層間絶縁
膜１０３上のチタン膜１０５、窒化チタン膜１０７、お
よびタングステン膜１０８を除去する。これにより、図
１（ｅ）に示すように、コンタクトホール１０４の内部
にタングステン膜１０８が埋め込まれた状態が実現され
る。

【００４６】最後に、アルミニウム合金膜を層間絶縁膜
１０３およびタングステン膜１０８上に堆積し、リソグ
ラフィー法およびドライエッチング法により所定の形状
に加工することにより、配線層１０９を形成する。

【００４７】このような方法により半導体装置を製造す
ると、熱処理によりチタンシリサイド膜１０６を形成し
てから化学的気層成長法を用いて窒化チタン膜１０７を
堆積させているため、前述したチタンシリサイド膜１０
６の形成阻害や窒化チタン膜１０７中の欠陥の発生を防
ぐことができる。これにより、拡散層１０２と配線層１
０９の間の接続抵抗の増大や、半導体基板１０１と拡散
層１０２の間に形成された接合の破壊がない、高速かつ
信頼性の高い半導体装置を得ることができる。

【００４８】図２は、本実施形態と従来の技術とについ
て、拡散層１０２と配線層１０９の間の接続抵抗を示し
ている。図２から明らかなように、本実施形態の場合、
従来の技術と比較して、拡散層１０２と配線層１０９の
間の接続抵抗が低減されている。

【００４９】図３は、本実施形態と従来の技術とについ
て、半導体基板１０１と拡散層１０２との間の接合リー
ク電流を示している。この比較では、タングステン膜１
０８の堆積条件を、図２の場合と同一としている。図３
から明らかなように、本実施形態の場合、従来の技術と
比較して、半導体基板１０１と拡散層１０２の間の接合
リーク電流が低減されている。これは、本実施形態の方
が、半導体基板１０１と拡散層１０２の間に形成された
接合の破壊が起こりにくいことを意味している。

【００５０】次に、熱処理の雰囲気について説明する。
本実施形態では、熱処理をアルゴンの雰囲気下で行なっ
ている。しかしながら、本発明はこれに特定されるもの
ではなく、チタン膜１０５に対して不活性である他の材
料の雰囲気下で行なうことも可能である。そのような材
料としては、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン
およびラドンなどが挙げられる。

【００５１】次に、熱処理の温度について説明する。熱
処理の温度が５５０℃より低くすると、チタンシリサイ
ド膜１０６の形成が不十分となり、拡散層１０２と配線
層１０９の間の接続抵抗が増大する。一方、熱処理の温
度が８５０℃より高くなっても、拡散層１０２と配線層
１０９の間の接続抵抗は増大する。これは、表面張力に
よりチタンシリサイド膜１０６が凝集し、拡散層１０２
とチタンシリサイド膜１０６の接触面積が減少するため
である。以上のことから、熱処理の温度は５５０℃以上
８５０℃以下とするのが望ましい。

【００５２】次に、窒化チタン膜１０７の堆積方法につ
いて説明する。本実施形態では、窒化チタン膜１０７の
堆積に、テトラキスジエチルアミドチタンおよびアンモ
ニアを材料とし、熱励起によって反応を促進する化学的
気層成長法を使用している。しかしながら、本発明はこ
れに特定されるものではなく、材料としてチタンを含む
有機化合物を用いる限り、一般的に得られるものであ
る。そのような材料としては、テトラキスジメチルアミ
ドチタン、テトラキスジブチルアミドチタンなどが挙げ
られる。

【００５３】（第２の実施形態）図４（ａ）から（ｄ）
を参照しながら、本発明による半導体装置の製造方法の
第２の実施形態を説明する。図４（ａ）から（ｄ）に示
した構成要素は、全て、図１に示した構成要素と同一で
あるので、図１（ａ）から（ｅ）と同一の符号を付ける
ことにより説明を省略する。

【００５４】本実施形態が第１の実施形態と異なってい
るのは、半導体基板１０１を６５０℃に加熱しながらチ
タン膜１０５の堆積を行なうことにより、コンタクトホ
ール１０４の底部にチタンシリサイド膜１０６を形成し
ていることである。このため、本実施形態は、第１の実
施形態の場合のような熱処理が不要であり、工程が単純
化されるという利点を有している。

【００５５】ここで、本実施形態と、従来の技術とで、
拡散層１０２と配線層１０９の間の接続抵抗を比較した
結果を図５に示す。この比較では、タングステン膜１０
８の堆積条件を、図２の場合と同一としている。図５か
ら明らかなように、本実施形態の場合も、第１の実施形
態と同様に、従来の技術と比較して拡散層１０２と配線
層１０９の間の接続抵抗が低減されている。

【００５６】図６は、本実施形態と第１の実施形態とに
ついて、半導体基板１０１と拡散層１０２の間の接合リ
ーク電流をを示す。この比較でも、タングステン膜１０
８の堆積条件を図２の場合と同一としている。図６から
明らかなように、本実施形態の場合も、第１の実施形態
と同様に、従来の技術と比較して半導体基板１０１と拡
散層１０２の間の接合リーク電流が低減されている。

【００５７】ここで、チタン膜１０５を堆積する際の半
導体基板１０１の温度について説明する。半導体基板１
０１の温度が４５０℃よりも低くなると、チタンシリサ
イド膜１０６の形成が不十分となり、拡散層１０２と配
線層１０９の間の接続抵抗が増大する。チタンシリサイ
ド膜１０６が十分に形成される温度の下限は、第１の実
施形態の場合（５５０℃）と比較して低くなる。これ
は、指向性スパッタリング法により飛来したチタン粒子
の運動エネルギーがチタンシリサイド膜１０６の形成に
使用され、第１の実施形態の場合よりも低温でチタンシ
リサイド膜１０６の形成が進行するためである。一方、
半導体基板１０１の温度が７５０℃よりも高くなると、
チタンシリサイド膜１０６の凝集が起こり、拡散層１０
２と配線層１０９との間の接続抵抗が増大する。チタン
シリサイド膜１０６の凝集が起こり始める温度も、上述
の機構により、第１の実施形態の場合（８５０℃）と比
較して低くなる。以上のことから、半導体基板１０１の
温度は４５０℃以上７５０℃以下とするのが望ましい。

【００５８】（第３の実施形態）図７（ａ）から（ｆ）
を参照しながら、本発明による半導体装置の製造方法の
第２の実施形態を説明する。図７（ａ）から（ｆ）にお
いて、図１（ａ）から（ｅ）に示した構成と同一の構成
要素には、図１（ａ）から（ｅ）と同一の符号を付ける
ことで説明を省略する。なお、参照符号「１１０」は高
密度の窒化チタン膜を示している。

【００５９】本実施形態が第１の実施形態と異なってい
るのは、窒化チタン膜１０７を堆積したあと、タングス
テン膜１０８を堆積する前に、半導体基板１０１に第２
の熱処理を加えている点である。第２の熱処理を行う目
的は、化学的気層成長法により堆積したバリア膜（前述
の実施形態の場合、窒化チタン膜１０７）の膜質を改善
することにある。本実施形態の場合、第２の熱処理は窒
素の雰囲気下で行なっており、加熱温度は７５０℃、加
熱時間は６０ｓｅｃとしている。

【００６０】第２の熱処理は、窒化チタン膜１０７に、
以下のような影響を与える。

【００６１】窒化チタン膜１０７の内部には、化学的気
層成長の際に完全に解離しきれないために、炭素を含む
官能基がチタンと結合した形で残留している。このよう
なバリア膜中に残留している官能基は、バリア膜上にタ
ングステン膜１０８等の導電膜を堆積する工程中にバリ
ア膜中から外部へガス（例えばＮＨ₃ガス）として離脱
すると考えられる。そのため、第２の熱処理なしに導電
膜の堆積を行った場合は、上記ガスの放出が導電膜の堆
積に悪影響を与えるおそれがある。図１１は、タングス
テン膜１０８の堆積中に窒化チタン膜１０７からガスが
放出されたために、タングステン膜１０８の形状に異常
があらわれた様子を模式的に示している。

【００６２】しかしながら、本実施形態のように、例え
ば窒素の雰囲気下で窒化チタン膜１０７を加熱すると、
炭素を含む官能基が窒素原子によって置換されるため
に、窒化チタン膜の純度が向上するとともに、不要なガ
スが窒化チタン膜から前もって排除される。その結果、
導電膜の堆積工程に際しては、上記ガス放出による問題
が発生しない。また、第２の熱処理に際しては、窒化チ
タン膜を構成する窒化チタン微結晶の再結晶化も進行す
る。このように第２の熱処理によって、不要なガスが除
去されるとともに、窒化チタン膜１０７は緻密化され、
高密度の窒化チタン膜１１０が形成されるという効果が
発揮される。

【００６３】こうして高密度の窒化チタン膜１１０が形
成されると、タングステン膜１０８を堆積する工程にお
いて、窒化チタン膜中の六フッ化タングステンの拡散速
度が低下するので、六フッ化タングステンによるチタン
シリサイド膜１０６や拡散層１０２の侵食が起こりにく
くなる。このため、拡散層１０２と配線層１０９の間の
接続抵抗や、半導体基板１０１と拡散層１０２の間の接
合リーク電流を、第１の実施形態よりも、さらに低減さ
せることが可能になる。

【００６４】図８は、本実施形態と第１の実施形態とに
ついて、拡散層１０２と配線層１０９の間の接続抵抗を
示す。この比較では、両者の比較を容易にするため、タ
ングステン膜１０８の化学的気層成長の際の六フッ化タ
ングステンの分圧を、図２の場合よりも高く設定してい
る。図８から明らかなように、本実施形態の場合、第１
の実施形態と比較して、拡散層１０２と配線層１０９の
間の接続抵抗が低減されている。

【００６５】図９は、本実施形態と第１の実施形態とに
ついて、半導体基板１０１と拡散層１０２の間の接合リ
ーク電流を示す。この比較でも、タングステン膜１０８
の化学的気層成長の際の六フッ化タングステンの分圧
を、図２の場合よりも高く設定している。図９から明ら
かなように、本実施形態の場合、第１の実施形態と比較
して、半導体基板１０１と拡散層１０２の間の接続抵抗
が低減されている。

【００６６】ここで、チタンシリサイド膜１０６の形成
方法について説明する。本実施形態では、第１の実施形
態のように、チタン膜１０５に第１の熱処理を加えるこ
とによってチタンシリサイド膜１０６を形成している。
しかしながら、本発明の効果は、これに特定されるもの
ではない。例えば、第２の実施形態のように、半導体基
板１０１を加熱しながらチタン膜１０５の堆積を行なう
ことによってチタンシリサイド膜１０６を形成しても、
同様の効果が得られる。第２の熱処理の雰囲気について
説明する。本実施形態では、第２の熱処理を窒素の雰囲
気下で行なっている。しかしながら、本発明の効果は、
これに特定されるものではなく、チタンと反応して窒化
チタンを生成させるような他の材料の雰囲気下で行なう
ことも可能である。そのような材料としては、アンモニ
ア、ヒドラジン、モノメチルヒドラジン、ジメチルヒド
ラジンなどが挙げられる。

【００６７】第２の熱処理の温度について説明する。第
２の熱処理の温度は、導電膜を堆積するときの温度以上
の温度で行うことが好ましい。その理由は、バリア膜に
残留していた官能基によるガス放出を導電膜堆積中に生
じにくくするためである。導電膜の堆積前において、そ
の堆積時の温度でバリア膜を熱処理し、それによってガ
ス放出を前もって実行しておけば、導電膜堆積時に余計
なガス放出はほとんど生じなくなる。この意味で、第２
の熱処理の温度は、４００℃以上にすることが好ましい
といえる。

【００６８】バリア膜の緻密化という観点からは、第２
の熱処理の温度を６００℃以上にすることが好ましい。
第２の熱処理の温度を６００℃以上にすれば、窒化チタ
ン膜１０７の緻密化が十分なレベルに進展するからであ
る。一方、第２の熱処理の温度が８５０℃よりも高くな
ると、すでに説明したように、チタンシリサイド膜１０
６の凝集が起こり、拡散層１０２と配線層１０９との間
の接続抵抗が増大する。

【００６９】以上のことから、第２の熱処理の温度は、
４００℃以上８５０℃以下とするのが好ましく、また、
６００℃以上８５０℃以下とするのが「より好まし
い」。ただし、導電膜の堆積温度が４００℃を下回る場
合には、第２の熱処理の温度は４００℃未満であって
も、導電膜の堆積温度以上であれば、上述した効果（導
電膜堆積時のガス放出防止）が充分に得られる。

【００７０】以上の実施形態では、いずれも、バリア膜
として窒化チタン膜を、導電膜としてタングステン膜を
採用しているが、本発明のバリア膜および導電膜はこれ
らに特定されない。例えば、窒化チタン膜の代わりに、
窒化タンタル膜や窒化タングステン膜を用いた場合にも
ほぼ同様の効果が得られる。また、タングステン膜の代
わりに、アルミニウム膜、アルミニウム合金膜、銅膜、
銅合金膜を用いた場合にも、ほぼ同様の効果が得られ
る。さらに、上述のバリア膜と導電膜を任意に組み合わ
せて実施することもできる。その他、本発明の趣旨を逸
脱しない範囲で、種々の形態の変形して実施することが
可能である。

【００７１】上記各実施形態では、半導体基板１０１の
拡散層１０２上にチタン膜１０５を堆積しているが、チ
タン膜１０５等の高融点金属膜を堆積する前に拡散層１
０２の表面に他の高融点金属シリサイド膜を形成してお
いても良い。また、半導体基板１０１の拡散層１０２上
にチタン膜１０５を堆積する代わりに、不純物がドープ
された多結晶シリコン膜上にチタン膜１０５等の高融点
金属膜を堆積するようにしてもよい。重要な点は、コン
タクト領域においてシリサイド化反応が可能な下地の上
に、高融点金属膜（例えばチタン膜１０５）を堆積し、
熱処理（第１の熱処理）によってシリサイド膜を形成す
る点にある。

【００７２】図１２（ａ）は、半導体基板１０１上の選
択された領域に形成された拡散層（ソース／ドレイン領
域）１０２および半導体基板１０１上に形成された多結
晶シリコンゲート電極（配線）２００の上に層間絶縁膜
２０１を形成する工程、層間絶縁膜２０１に開口部２０
２を形成する工程、チタン膜１０５等の高融点金属膜を
堆積する工程、シリサイド化のための熱処理をする工程
を順次実行した場合の、半導体装置の断面を模式的に示
している。また、図１２（ｂ）は、拡散層（ソース／ド
レイン領域）１０２および多結晶シリコンゲート電極
（配線）２００の表面にシリサイド化層２０４を形成す
る工程を追加した場合（サイリサイドプロセス）の半導
体装置の断面を模式的に示している。これらの図１２
（ａ）および（ｂ）に示すように高融点金属膜の堆積お
よび熱処理を実行してもよい。

【００７３】上記実施形態では、いずれも単結晶半導体
基板に拡散層を形成しているが、本発明はそれに限定さ
れず、半導体基板上にエピタキシャル成長させた半導体
層に拡散層を設けても良い。また、半導体基板の代わり
に、絶縁性基板上に堆積した半導体層に拡散層を設けて
も良い。このように、本願明細書における「半導体装
置」は、半導体基板中に素子を形成した「装置」に限定
されず、絶縁性基板上に形成された薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）や、複数のＴＦＴを備えた表示装置をも含む
ものとする。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法によれば、第１の熱処理により高融点金属
シリサイド膜を形成した後に、化学的気層成長法により
バリア膜を堆積するために、高融点金属シリサイド膜の
形成の阻害や、バリア膜中の欠陥の発生を防ぐことがで
きる。これにより、拡散層と配線層の間の接続抵抗の増
大や、半導体基板と拡散層の間の接合の破壊が少ない半
導体装置を得ることができる。

【００７５】また、本発明の他の半導体装置の製造方法
によれば、半導体基板を加熱しながらチタン膜を堆積す
ることによって高融点金属シリサイド膜を形成し、その
後、化学的気層成長法によりバリア膜を堆積するため
に、高融点金属シリサイド膜の形成の阻害や、バリア膜
中の欠陥の発生を防ぐことができる。これにより、拡散
層と配線層の間の接続抵抗の増大や、半導体基板と拡散
層の間の接合の破壊が少ない半導体装置を得ることがで
きる。

【００７６】また、バリア膜の堆積後に第２の熱処理を
行うことによって、バリア膜の膜質を改善することがで
きる。シリサイド化のための第１の熱処理から分離され
た第２の熱処理を付加することによって、バリア膜の膜
質改善に最適な条件で第２の熱処理を実行することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）から（ｅ）は、本発明の第１の実施形態
における半導体装置の製造方法を示す工程断面図。

【図２】本発明の第１の実施形態と従来の技術とで、拡
散層と配線層の間の接続抵抗を比較して示すグラフ。

【図３】本発明の第１の実施形態と従来の技術とで、半
導体基板と拡散層の間の接合リーク電流を比較して示す
グラフ。

【図４】（ａ）から（ｄ）は、本発明の第２の実施形態
における半導体装置の製造方法を示す工程断面図。

【図５】本発明の第２の実施形態と従来の技術とで、拡
散層と配線層の間の接続抵抗を比較して示すグラフ。

【図６】本発明の第２の実施形態と従来の技術とで、半
導体基板と拡散層の間の接合リーク電流を比較して示す
グラフ。

【図７】（ａ）から（ｆ）は、本発明の第３の実施形態
における半導体装置の製造方法を示す工程断面図。

【図８】本発明の第３の実施形態と第１の実施形態と
で、拡散層と配線層の間の接続抵抗を比較して示すグラ
フ。

【図９】本発明の第３の実施形態と第１の実施形態と
で、半導体基板と拡散層の間の接合リーク電流を比較し
て示すグラフ。

【図１０】（ａ）から（ｅ）は、従来の技術における半
導体装置の製造方法を示す工程断面図。

【図１１】タングステン膜の堆積時にバリア膜から残留
ガスが放出された場合のコタンクトを示す断面図であ
る。

【図１２】（ａ）は、本発明をトランジスタのソース／
ドレイン領域およびゲートへのコンタクトに適用した場
合を示す製造途中の半導体装置の断面図、（ｂ）は、本
発明をサリサイドトランジスタのソース／ドレイン領域
およびゲートへのコンタクトに適用した場合を示す製造
途中の半導体装置の断面図。

【符号の説明】

１半導体基板２拡散層３層間絶縁膜４コンタクトホール５チタン膜６窒化チタン膜７チタンシリサイド膜８タングステン膜９配線層１０１半導体基板１０２拡散層１０３層間絶縁膜１０４コンタクトホール１０５チタン膜１０６チタンシリサイド膜１０７窒化チタン膜１０８タングステン膜１０９配線層１１０高密度の窒化チタン膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンを含む部材上に絶縁膜を堆積す
る工程と、前記絶縁膜に開口部を形成し、前記シリコンを含む部材
の少なくとも一部を露出させる工程と、前記開口部の底部に高融点金属膜を堆積する工程と、熱処理を行なうことによって前記高融点金属膜の少なく
とも一部をシリサイド化し、前記開口部の底部に高融点
金属シリサイド膜を形成する工程と、有機化合物を材料とする化学的気層成長法によって、前
記高融点金属シリサイド膜と電気的に接触するバリア膜
を堆積する工程と、前記バリア膜上に導電膜を堆積する工程と、を包含する
半導体装置の製造方法。
【請求項２】ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプト
ン、キセノンおよびラドンからなる群から選択されたい
ずれかのガス雰囲気下で前記熱処理を行なう請求項１記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記熱処理を５５０℃以上８５０℃以下
の温度領域で行なう請求項１記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項４】前記バリア膜の堆積後であって前記導電
膜の堆積前に、他の熱処理を行なう請求項１記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項５】前記他の熱処理を窒素、アンモニア、ヒ
ドラジン、モノメチルヒドラジン及びジメチルヒドラジ
ンからなる群から選択されたいずれかのガス雰囲気下で
行なう請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記他の熱処理は、バリア膜上に前記導
電膜を堆積するときの温度以上の温度で実行する請求項
４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記他の熱処理は、前記高融点金属シリ
サイド膜を形成するときの熱処理の温度以下の温度で実
行する請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記他の熱処理は、４００℃以上８５０
℃以下の温度領域で行なう請求項６記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項９】前記他の熱処理は、６００℃以上８５０
℃以下の温度領域で行なう請求項６記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項１０】シリコンを含む部材上に絶縁膜を堆積
する工程と、前記絶縁膜に開口部を形成し、前記シリコンを含む部材
の少なくとも一部を露出させる工程と、前記シリコンを含む部材を加熱しながら、前記開口部の
底部に高融点金属膜を堆積することによって、堆積中に
前記高融点金属膜の少なくとも一部をシリサイド化し、
前記開口部の底部に高融点金属シリサイド膜を形成する
工程と、有機化合物を材料とする化学的気層成長法によって、前
記高融点金属シリサイド膜に電気的に接触したバリア膜
を堆積する工程と、前記バリア膜上に導電膜を堆積する工程と、を包含する
半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記シリコンを含む部材の加熱を４５
０℃以上７５０℃以下の温度領域で行なう請求項１０記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記バリア膜の堆積後であって前記導
電膜の堆積前に、熱処理を行なう請求項１０記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項１３】前記熱処理は、バリア膜上に前記導電
膜を堆積するときの温度以上の温度で実行する請求項１
２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】前記熱処理は、４００℃以上８５０℃
以下の温度領域で行なう請求項１３記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項１５】前記熱処理は、窒素、アンモニア、ヒ
ドラジン、モノメチルヒドラジン及びジメチルヒドラジ
ンからなる群から選択されたいずれかのガス雰囲気下で
行なう請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】前記シリコンを含む部材は、単結晶シ
リコン基板である請求項１または１０記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項１７】前記シリコンを含む部材は、多結晶シ
リコン膜である請求項１または１０記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項１８】前記シリコンを含む部材は、不純物ド
ープ領域を含んでいる請求項１まはた１０記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項１９】前記高融点金属膜を堆積する前に、前
記前記シリコンを含む部材上に他のシリサイド膜を形成
する工程を更に包含する請求項１または１０記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項２０】前記高融点金属膜がチタンから形成さ
れている請求項１または１０記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項２１】前記バリア膜として窒化チタン膜を用
いる請求項１または１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】テトラキスジメチルアミドチタン、テ
トラキスジエチルアミドチタン、テトラキスジブチルア
ミドチタンおよびテトラキスメチルエチルアミドチタン
からなる群から選択されたいずれかのガスを材料とする
化学的気層成長法によって前記窒化チタン膜を堆積する
請求項２１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】前記バリア膜として窒化タンタル膜お
よび窒化タングステン膜の少なくとも一方を用いる請求
項１または１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】前記導電膜としてタングステン膜を用
いる請求項１または１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】六フッ化タングステンを材料とする化
学的気層成長法により前記タングステン膜を堆積する請
求項２４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】前記導電膜としてアルミニウム膜、ア
ルミニウム合金膜、銅膜、および銅合金膜からなる群か
ら選択されたいずれかの膜を用いる請求項１または１０
記載の半導体装置の製造方法。