JPS62500060A - 集積回路デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 集積回路デバイスの拡散バリア層 発明の背景 本発明は集積回路デバイス、より詳細には金属酸化物半導体（ＭＯＳ）タイプの デバイスに使用される金属化構造に関する。

ＭＯＳデバイスに対する幾つかの金属化構造ではデバイスに対する悪影響を防ぐ 目的で拡散バリア層が使用されている。例えば、シリコン（あるいはケイ化物） 層とこれを覆うアルミニウム層との間にケイ素とアルミニウムあるいはケイ化物 とアルミニウムの相互作用を防止する目的で拡散バリア層が提供される。こうし て、金属化層による悪影響、例えば、デバイス内に含まれる浅い接合領域への浸 透あるいは短絡が起されることが回避される。

（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ｌ　、Ｖｏｌ、　 ５４．　Ｎ１６．１９８３年６月発行、ページ３１９５−３１９９、及びＬａｔ ｔｅｒｓ　ｌ　ｓ　Ｖｏｌ、３６　、Ｎｕ　６．１９８０年３月１５日発行、ペ ージ４５６−４５８に説明のごとく、前述のＭＯＳデバイス内の拡散バリア層を 形成する物質として窒化チタンあるいは炭化チタンなどが提案されている。

しかし、実用上は、これら物質は１例えば、割れ、はがれ、乏しい段包囲といっ た特性を示し、高品質デバイスにこれらを含むことには問題がある。このため改 良されたバリア層が必要とされている。

発明の要約 本発明においては炭窒化チタンから構成される改良された拡散バリア層が提供さ れる。−例として、この層は化学蒸着法（ＣＶＤ　）プロセスによって形成され る。こうして形成された炭窒化チタン層は優れたバリア特性を示するに加えて、 低応力、順応的な段包囲、及び比較的低い抵抗率を持つことを特徴とする。

図面の簡単な説明 図面は本発明を具現する一例としてＭＯ３Ｏ３集積回路面図面される半導体デバ イスの部分は標準のｎ十　型（７）ソーｘ６るいはドレン領域１４を含むｐ−型 シリコン領域１２を持つシリコン本体１ｏを含む。デバイスによ・つては、ｐ” −ｎ＋接合の深さＡは本体１ｏの表面がらたった１０００から３０００オングス トロ一ム程度とされる。

−例として、本体１ｏ上にソースあるいはドレン領域１４を覆う耐熱金属ケイ化 物の層１６が含まれる。−例として、層１６は約８ｏｏから１０００オングスト ロームの厚さとされ、ケイ化コバルト、ケイ化タンタル、ケイ化チタン、ケイ化 プラチナ、ケイ化パラジウム、ケイ化モリブデン、あるいはケイ化タングステン から構成される。ＭＯＳデバイスにおいて高導電性コンタクト及び相互接続を達 成するためにシリコン上にこれらケイ化物が使用されることは周知のことである 。

図面にはさらに個々の約１０．０００オングストロ−−ムの厚さを持つ領域１Ｂ 及び２０を含むリンをドープされた二酸化ケイ素の従来のパターン化された誘電 層が示される。この誘電層を貫通して形成される開口部を通じて高導電性コンタ クト及び相互接続が実現される。この方法によって、ソースあるいはドレン領域 １４及びデバイスの他の部分Ｃ図示なし）への電気接続が達成される。

ソースあるいはドレン領域１４への電気接続は標準の導電性物質、例えば、約０ ．７から１マイクロメートルＣμｍ）の厚さのアルミニウムから構成されるパタ ーン化された層２２を含む金属化構造によって実現される。

アルミニウム層２２とケイ化物層１６の間には本発明に従って形成される拡散バ リア層２４が存在する。

好ましくは、このバリア層２４は、例えば、以下に説明の化学蒸着法（ＣＶＤ　 ）ステップによって形成される炭窒化チタンから構成される。当該層２４は例え ば１０００オングストロームの厚さである。このような層はケイ素とアルミニウ ム及びケイ化物とアルミニウムが図示されるＭＯＳデバイス内で相互作用するの を防止あるいは大きく減少するために有利なバリアを与える。

炭窒化チタン層２４は比較的高い温度、及び従来のＭＯＳデバイスの製造工程に おいて遭遇される他の処理条件によって影響を受けない熱的に安定な抵抗の低い 物質である。さらにこの物質は、下側の層に対する良好な段包囲を示し、またア ルミニウムをパターン化するために通常に使用される標臨プロセスによってエツ チングすることが可能である。

本発明は各種の他の構造にも有効である。

例えば、層２４は、ケイ化物層１６のかわりにタングステンの層が使用される構 造内のバリアとしても有効である。さらに、層２４は、本体１０とアルミニウム 層２２の間にバリアを形成するためにシリコン本体１０の表面上に炭窒化チタン 層２４が直接に被着されるような構造内のバリアとしても有効である。

接触される下側の半導体材質が比較的厚くドープされたポリシリコン層から構成 される場合はアルミニウムに対する拡散バリアが必要である。ここに説明の炭窒 化チタン物質はこの目的にも適する。さらて、ポリシリコン上にドープされたケ イ化物を含む複合ゲート金属化構造においては、このケイ化物とポリシリコンの 間に介在する炭窒化チタンはポリシリコンからケイ化物層への望ましくないドー パントの拡散を防ぐのに有効である。

状況によっては、バリア層２４と層２４の下側の領域との間に導電性の粘着促進 剤が提供される。−例として、図面においては、バリア層２４と下側の層１６の 間に粘着促進層２５が示される。−例として、被着されたチタニウムの１００オ ングストロームの厚さの層がこの粘着ア　促進剤として有効に機能する。

−例として、炭窒化チタン層を形成するための開始物質として周知の市販のＴＩ 　ＣＮ　（ＣＨｌ　）ｚ、　）４　の化学式を持つ液体が使用される。この液体 は、例えば、マサチューセッツ州、デンバー所在のアルファ　プロダクツ、モー トン　チオコール社（Ａｌｐ’ｈａ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ＭｏｒｔｏｎＴｈｉｏ ｋｏｌ　、Ｉｎｃ、ｌ　から密封アンプルの形態で提供され、通常の状態におい て比較的低い蒸気圧を示す。

好ましくは、炭窒化チタン層はＣＶＤプロセスによって形成される。こうして集 積回路デバイス上に形成された低抵抗拡散バリア層は低応力及び順応的な段包囲 を特徴とする。

好ましいＣＶＤプロセスの最初のステップは少なくとも２５グラムの前述の開始 物質を容器に入れることがら開始される。−例として、容器内に入れられた開始 物質の表面積は少なくとも約５０平方センチメートルあることが要求される。容 器への充填作業は管理された不活性雰囲気（例えば、窒素あるいはアルゴン雰囲 気）内において、室温にて、特に開始物質が酸素や湿気にて汚染されないように 注意しながら実施する。

次に開始物質を含む容器が標章の３−ゾーンｃＶＤ反応容器の入り口側に従来の 高コンダクタンス　バルブを介して接続される。ここで、このＣＶＤ反応容器は 炭窒化層が被着される集積回路チップを含む。−例として、反応容器の入り口側 の温度は約３２５℃とされ、この出口側、つまりポンプにて吸引される側の温度 は約３７５℃とされる。反応容器内の圧力は約４０から１００ミリトルとされる 。ボンピング速度は典型的には１５０立方フィート／分とされる。この条件のも とでは、炭窒化チタン層が反応容器内においてチップ上に約７０から８０オング ストロ一ム／分の被着速度にて形成される。こうして、例えば、１０００から２ ０００オングストロームの範囲のバリア層がチップ上に比較的短時間で形成され る。

上記に説明のタイプのＣＶＤ被着層はＴｉＣｘＮｙ　の組成式を持つ。この層の 分析によって、多くの場合において、Ｘ及びｙは互いに１か１に概むね等しいこ とが知られでいる。より一般的には、この層におけるＸ及びｙは、０、８　＜　 ｘ　＜　１．２及び（１８＜　ｙ＜１．２の範囲であることが知られている。

好都合なことに、炭窒化チタン層は上側のアルミニウム層をエツチングするのと 同一のステップでパターン化することが可能である。例えば、アルミニウムを異 方的に反応性イオン（スパッター）エツチングするのに使用される標準の三塩化 ホウ素あるいは塩素プラズマによって、下側の炭窒化チタン層を同時に異方的に エツチングすることができる。

ここでは、酸素を含まない炭窒化層の形成について強調されたが、場合によって はこの中に回避不能の幾らかの酸素が含まれることは許容されるのみが、必要と される場合もある。酸素を含む炭窒化チタンの層は、通常、酸素を含ま表い炭窒 化チタンより高い抵抗を示すが、有効な拡散バリア特性は持たない。最高２５原 子パーセントまでの酸素を含む層は多くのデバイス用途に対して許容できる抵抗 率を示し、従って、使用が可能である。

特衣昭６２−５０００６０　（４）

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．互いに離して位置される第１の領域（２２）及び第２の領域（１６）を含む 集積回路デバイスにおいて、該領域の間にチタン、炭素及び窒素から構成される 拡散バりア層（２４）が存在することを特徴とするデバイス。
2. ２．請求の範囲第１項に記載のデバイスにおいて、該バリア層が炭窒化チタンか ら構成されることを特徴とするデバイス。
3. ３．請求の範囲第２項に記載のデバイスにおいて、該第１の領域が該バリア層を 覆うアルミニウムの層を含むことを特徴とするデバイス。
4. ４．請求の範囲第３項に記載のデバイスにおいて、該第２の領域がケイ化物の層 を含むことを特徴とするデバイス。
5. ５．請求の範囲第４項に記載のデバイスにおいて、該ケイ化物がケイ化コバルト 、ケイ化タンタル、ケイ化チタン、ケイ化プラチナ、ケイ化パラジウム、ケィ化 モリブデン、及びケイ化タングスデンから成る一群から選択されることを特徴と するデバイス。
6. ６．請求の範囲第３項に記載のデバイスにおいて、該第２の領域がタングステン の層を含むことを特徴とするデバイス。
7. ７．請求の範囲第３項に記載のデバイスにおいて、該第２の領域が表面下に形成 された浅いｐ−ｎ＋接合を持つシリコン本体（１０）を含むことを特徴とするデ バイス。
8. ８．請求の範囲第１項に記載のデバイスにおいて、該バリア層が化学蒸着法によ つて被着された炭窒化チタンの層から構成されることを特徴とするデバイス。
9. ９．請求の範囲第８項に記載のデバイスにおいて、該バリア層が１０００から２ ０００オングストロームの厚さを持つことを特徴とするデバイス。
10. １０．請求の範囲第１項に記載のデバイスにおいて、該バリア層が部分的に酸化 された炭窒化チタンから構成されることを特徴とするデバイス。
11. １１．請求の範囲第１０項に記載のデバイスにおいて、該第２の領域が該バリア 層の直下に存在し該バリア層と接触する導電性の粘着促進層（２５）を含むこと を特徴とするデバイス。
12. １２．請求の範囲第１１項に記載のデバイスにおいて、該粘着促進層がチタニウ ムから構成されることを特徴とするデバイス。
13. １３．第１の領域及び第２の領域を含みこの領域の間に拡散バリア層が存在する タイプの集積回路デバイスを製造する方法において、該方法が 該第２の領域上に化学蒸着法によつてチタン、炭素及び窒素から構成される拡散 バリア層を形成するステツプ、次いで前記バリア層を覆う前記第１の領域を形成 するステツプを含むことを特徴とする方法。
14. １４．請求の範囲第１３項に記載の方法において、該バリア層が炭窒化チタンか ら構成されることを特徴とする方法。
15. １５．請求の範囲第１４項に記載の方法において、該第１の領域がアルミニウム の層を含むことを特徴とする方法。
16. １６．請求の範囲第１５項に記載の方法において、該アルミニウム層と炭窒化チ タン層を対応するようにパターン化する追加のステツプが含まれることを特徴と する方法。
17. １７．請求の範囲第１６項に記載の方法において、該アルミニウム層及び炭窒化 チタン層が同一のエツチング剤によつて順次エツチングされることを特徴とする 方法。
18. １８．請求の範囲第１７項に記載の方法において、該エツチング剤が三塩化ホウ 素及び塩素から派生されるプラズマから構成されることを特徴とする方法。
19. １９．請求の範囲第１３項に記載の方法において、該バリア層が部分的に酸化さ れた炭窒化チタンから構成されることを特徴とする方法。