JPS6312132A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS6312132A
JPS6312132A JP15649686A JP15649686A JPS6312132A JP S6312132 A JPS6312132 A JP S6312132A JP 15649686 A JP15649686 A JP 15649686A JP 15649686 A JP15649686 A JP 15649686A JP S6312132 A JPS6312132 A JP S6312132A
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Hirobumi Sumi
博文 角
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に高融点金属
または高融点金属化合物上に窒化物を形成した半導体装
置に関するものである。本発明の半導体装置の製造方法
は、例えば具体的には超LSIのゲート電極上のバリア
メタルの形成方法として利用することができる。
〔発明の概要〕
本発明は半導体装置の製造方法において、例えば超LS
Iのゲート電極として用いられるような高融点金属や高
融点金属化合物の上にバリアメタルとして用いる窒化物
を形成する方法に関し、特に界面トラップを減少させる
ために行われるフォーミング・アニール(Formin
g Anneal )を窒素雰囲気中で行うことにより
、ゲート電極としての高融点金属シリサイドだけの表面
上に自己整合的にバリアメタルとしての窒化物(TiN
など)を形成するようにしたものである。
〔従来の技術〕
従来、超LsIのゲート電極材料としては、ポリシリコ
ンが用いられてきたが、最近ではポリシリコンよりも大
幅に抵抗率の低い各種高融点金属や、シリサイド等の新
材料の必要性が認識されてきている。特に、高集積度化
、高速化の要求が強いdRAMプロセスにおいては、抵
抗率の低い新材料の使用は不可欠である。例えば、25
6KdRAMにおいては高速化のために既にMoS i
のゲート構造が採用されており、また、IMRAM、更
には4M、16MdRAMへと高集積化が進むにつれて
、ゲート電極や配線における抵抗率はデバイスの演算速
度を決定する最も重要な要因となる。
このため、ゲート電極材料の低抵抗化が強く要請されて
いる。
このような低抵抗の材料としては、抵抗率の少ない高融
点金属シリサイド例えばチタンシリサイド(TiSiz
)が有望視されている。TiSi zをゲート電極とし
て用いる場合は、アルミニウム等の金属配線との間の反
応を防止するためのバリアメタルとして、電極形成後に
蒸着装置等によってチタンナイトライドTiNなどを電
極上に形成する必要がある。
第7図(al (b) (C1はTiNのバリアメタル
を形成する従来の方法を示す。まず、第7[D(81に
示すように、半導体基板1に積層された8102層2に
形成された開口部2a内には、Ti5izのゲート電極
3が配設され、さらにそれらの上にはバリアメタル4用
のTiNがCVD等によってデポジットされる。
続いて第7図fb)に示すようにウェットエツチング(
アンモニアエツチングなど)、或いはプラズマエツチン
グなど≠のエツチングを行ってゲート電極3上にだけT
iNが残留するようにしてバリアメタル4を形成する。
(C)はAA配線5の形成を完了した状態を示す。
しかしながら、このような従来の方法によれば、バリア
メタル自体を形成するための工程及びTiNの蒸着装置
を必要とするため、工程の複雑化と設備費の増大を招く
。また、表面積の狭い場所等にTiN膜を的確に蒸着形
成することが容易でなかった。
上記従来技術に関連する文献としては、特開昭57−1
33683号、同58−157172号、同59−17
1171号、同60−100464号公和、フォーミン
グ・オブ・TiN/Ti5iz/ p“−Si/n−5
i  ・ハイ・ラピド・サーマル・アニーリング’(P
 T A )・シリコン・インブランデッド・ウィズ・
ボロン・スルー・チタニウム(Forming ofT
iN/TiSi2/p ” −5i/n−5i by 
Rapid Thermal  An−neal(ng
 (RT^)Silicon Implanted w
ith BoronThrough Titanium
 ) ’IEEE ELECTRON DEνICE 
 LE−TTERS J (VOL、、 EKL−6,
NO,NOVEMBER1985)を挙げることができ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述したように従来技術には、工程の複雑化、狭い場所
におけるTiN膜蒸着の困難性といった問題があった。
本発明の目的は、バリアメタルを形成するための特別な
工程を用いることなく高融点金属またはその化合物(T
iSiz等)のゲート電極等上にバリアメタル(TiN
等)を自己整合的且つ確実に形成して、製品の品質向上
、低コスト化、工程時間の短縮化、歩留りの向上を達成
することができる、半導体装置の製造方法を提供するこ
とである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の半導体装置の製造方法は、高融点金属の窒化膜
が形成された半導体装置の製造方法において、半導体基
板上に高融点金属または高融点金属化合物を選択的に形
成した後、上記高融点金属または高融点金属化合物を窒
素を含む雰囲気中で熱処理する。本発明のこの構成をと
ることにより、上記目的を達成することができる。
〔作用〕
すなわち本発明は、半導体基板上に高融点金属または高
融点金属化合物を選択的に形成してから、上記高融点金
属または高融点金属化合物を窒素を含む雰囲気中で熱処
理するようにしたため、これをバリアメタルの製造工程
に応用した場合には、一工程を構成するフォーミングア
ニール時に、ゲート電極上の所望位置に所望の範囲に亙
ってバリアメタルを選択的に形成することができる。こ
のため、バリアメタルを蒸着させる従来の工程を不要と
し、迅速な処理が可能となる。また、TiN膜などを形
成する場合でもこれを蒸着させる装置を特に必要としな
いため、経費を節減して製造コストを低下させることが
できる。
〔実施例〕
以下、本発明の半導体装置の製造方法について、その一
実施例につき詳細に説明する。
第1図は本発明方法を適用した場合のフロー図、第2図
(al (bl (C)は本発明方法の原理をこの実施
例を参照して示す工程説明図である。
まず、第2図(alはSi基板10に順次積層された二
酸化ケイ素(S i Oz )層11及びpolySi
(ポリシリコン)層12上に、高−蚤点金属または高融
点金属酸化物、例えばチタン(Ti)層13を蒸着によ
って形成した状態を示す。次に第2図(blにおいてI
Rアニールを行うことによってTi層13をTiシリサ
イド(TiSiz )にし、続いて第2図(e)におい
て窒素を含む雰囲気中でフォーミング・アニールを行う
ことによって、Ti5iz層13上にTiN層14を形
成する。
第3図(al〜(Q)は、上記原理を応用して具体的に
本実施例とした場合を示す図である。本例ではシリサイ
ド化されたゲート電極上にバリアメタルとしてのTiN
層を形成するもので、第3図はその製造工程の説明図で
ある。まず、第3図+8)に示すTiのデポジット工程
においては、St基板10上に積層されるとともに開口
部11aを有した5iOz層11上に74層12がデポ
ジットされる。第3図(b)のIRアニール工程では開
口部11a内に位置するTiの一部がSi基板10と反
応してTi5iz層(ゲート電極)13となる。このT
i5iz層13の一部は基板10内にまで拡散配置され
る。第3図(C)のエツチング工程ではHJ□を用いた
エツチングによってTi12が全て除去される。第3図
(d)の、界面トラップ防止するためのフォーミング・
アニール工程では、窒素雰囲気中で熱処理が行われ、T
i5iz層13上面に、自己整合的且つ選択的にTiN
層14が形成される。これがバリアメタルとなる。第3
図telはAI配線層15の形成工程である。
第4図(a)〜(C)は上記例の変形例を示す。第4図
はTi5izから成るゲート電trg813上面の一部
にだけTiN層(バリアメタル)14を形成する工程を
示しており、この例は第3図(C)のエツチング工程ま
では共通し、それ以降の工程が異なっているので、それ
以降について図により説明する。まず、第4図(alの
リンシリケートガラス(P S G)積層工程で積層さ
れたPSG層16に、第4図fb)に示すフォーミング
・アニール工程で小さな孔16aを形成するとともに、
窒素雰囲気中で熱処理を行って該孔16a内に露出した
Ti5iz層13上面にバリアメタルのTiN層14を
形成し、最後に第4図fclの配線工程でA1等の金属
配線を行う。第4しI (al〜(C1の工程において
は、ゲート電極上の極めて狭い面積部分にバリアメタル
層14を形成することが可能となる。
次に、第5図及び第6図は、第3図(blまでの工程に
よって形成された積層構造体(フォーミング・アニール
前)及び第3図(C)までの工程によって形成された積
層構造体(フォーミング・アニール後)の深さ方向に対
する各オージェ強度を比較図示したものである。
まず第5図は、第2図(alに示した積層構造体である
Ti(500人)/Po1ySi  (2500人)/
SiO2/Siに、IRアニールを施して第2図(b)
のようにTi層13をシリサイド化したときにおけろ、
深さ方向に対する各層(Si(92eV)、Ti (3
93eV)、Ti+N (418eV) 、0(518
eV))の各オージェ強度を示している。
このグラフから理解されるように、内部には安定したT
iSi2 Jiが形成され、表面にはTiN層が形成さ
れている。(なお深さはスパッタ時間(分)で示してい
るか1、第5図では40m1nで約650人程度の深さ
である)。
第6図は、第2図(a)に示した積層構造体であるTi
 (300A)/Po 1ysi  (2500A)/
SiO□/Siに、IRアニールを施して第2図(bl
のようにTi層13をシリサイド化した後、窒素雰囲気
中で400°C160分フォーミング・アニールを施し
た場合における各層C3i(92eV)、Ti (39
3eV) 、Ti+N (418eV) 、O(518
eV))のそれぞれのオージェ強度を示す。第5図のフ
ォーミング・アニール前の状態と比較すると、内部では
同様に安定したTiSi2層が形成されているが、表面
近傍においては、完全に1:lの組成から成る安定した
TiNを形成していることが理解される。このことはT
iSi2層の表面に形成されるバリアメタル層が安定し
たものであることを示す。(なおこの第6図では、スパ
ッタ時間が100m1nで約150人の深さである)、
以゛上のように、本発明の半導体製造方法を適用すると
、半導体装置製造の一工程であるフォーミング・アニー
ル時に、ゲート電極上の所望位置に所望の範囲に亙って
バリアメタルを選択的に形成することができる。ことた
め、バリアメタルを蒸着させる従来の工程を不要として
迅速な処理が可能となる。また、窒化膜を蒸着させる装
置を特に必要としないため、経費を節減して製造コスト
を低下させることもできる。
〔発明の効果〕
上述したように、本発明によれば、バリアメタル等を形
成するための特別な工程を用いることなく、バリアメタ
ルを自己整合且つ確実に形成して、製品の品質向上、低
コスト化、工程時間の短縮、歩留りの向上を達成するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の工程を例示するフロー図、第2図
(a)〜(C1は本発明方法の原理を一実施例を用いて
示す説明図、第3図(al〜(e)は本発明方法を応用
した実施例の工程説明図、第4図fa)〜(C1は該実
施例の変形例の工程説明図、第5図及び第6図はフォー
ミング・アニール前と後における各層のオージェ強度の
比較のためのグラフである。第7図(al〜(C)は従
来の蒸着による製造方法の説明図であ1・・・・・・半
導体基板、2・・・・・・5iOz層、3・・・・・・
ゲート電極、4・・・・・・バリアメタル、5・・・・
・・金属配線、10・・・・・・Si基板、11・・・
・・・二酸化ケイ素(SiO□)層、12・・・・・・
polysi層、13・・・・・・高融点金属または高
融点金属酸化物(Ti層)、14・・・・・・バリアメ
タル、15・・・・・・金属配線層、16・・・・・・
880層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、高融点金属の窒化膜が形成された半導体装置の製造
    方法において、 半導体基板上に高融点金属または高融点金属化合物を選
    択的に形成する工程と、 上記高融点金属または高融点金属化合物を窒素を含む雰
    囲気中で熱処理する工程とを備える半導体装置の製造方
    法。
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