JPH01268025A

JPH01268025A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH01268025A
Application number: JP9661088A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Sato; 泰久佐藤; Kiyoshi Watabe; 渡部　潔
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1989-10-25

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】〔概要〕素子の形成された半導体層とアルミニウム、アルミニウ
ムシリコン合金等の金属電極との接触面に介在させるバ
リヤ層の形成方法の改良に関し、優れたバリヤ性を有し
、しかも比抵抗の低い拡散バリヤ層の形成方法を提供す
ることを目的とし、半導体層と接触して金属層よりなる
電極を形成するにあたり、前記半導体層と前記金属層と
の間に、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、ニオ
ビウム、タンタル、パラジウム、クローム、モリブデン
、タングステンおよびマンガンよりなる群から選ばれた
金属の窒化物、炭化物またはホウ化物よりなるバリヤ層
を形成することとし、該バリヤ層の形成工程には、１．
５　ｘｌＯ−’Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ以下の圧力においてなす
プラズマスパッタ法を使用してなすように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造方法の改良に関する。特に
、素子の形成された半導体層とアルミニウム、アルミニ
ウムシリサイド等の金属電極との接触面に介在させるバ
リヤ層の形成方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

シリコン層にアルミニウム等の金属電極材料を蒸着した
後、４５０〜４８０°Ｃの温度において熱処理をなして
シリコン層と金属電極とのオーミックコンタクトを完成
する際、アルミニウムがシリコン層中にスパイクしてジ
ャンクシランリーク現象が発生することがある。これを
防ぐために、アルミニウム中に予め１〜２％のシリコン
を含有させておくことが有効であることが知られている
。

しかし、アルミニウム中にシリコンが含有されていると
、熱処理の冷却過程においてアルミニウム中に固溶して
いるシリコンがコンタクト窓内に析出する。半導体装置
が微細化し、コンタクト窓が小さくなると、コンタクト
窓が析出したシリコンで埋められ、しかも、このシリコ
ン中にＩＩＩ族のアルミニウムが固溶してｐ型不純物と
して機能する。したがって、ｎ型のシリコン層にアルミ
ニウム電極を形成する場合に、そのコンタクト領域にｐ
−ｎ接合が形成され、良好なオーミックコンタクトが形
成されない。

第２図参照これらの欠点を解消するために、図に示すように、アル
ミニウム等の金属層２２とｎ型９９３２層２１との間に
、窒化チタン等からなる拡散バリヤ層２４を介在させて
、電極２３を形成する方法が使用されるようになった。

なお、図中２５は二酸化シリコン層である。

〔発明が解決しようとする課題〕

拡散バリヤ層を形成するＱは、従来は、マグネトロンス
パッタ装置、平行平板型プラズマスパッタ装置等を使用
していたが、これらの方法で形成されるバリヤ層では、
アルミニウムとシリコンとの間の拡散を防止するバリヤ
性が不十分であり、また、比抵抗も高い。

本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、優れ
たバリヤ性を有し、しかも、比抵抗の低い拡散バリヤ層
の形成方法を有する半導体装置の製造方法を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、下記の方法によって達成される。

その方法は、半導体層（２１）と接触して金属層（２２
）よりなる電極（２３）を形成するにあたり、前記半導
体層（２１）と前記金属層（２２）との間に、チタニウ
ム、ジルコニウム、ハフニウム、ニオビウム、タンタル
、パラジウム、クローム、モリブデン、タングステン、
および、マンガンよりなる群から選ばれた金属の窒化物
、炭化物、または、ホウ化物よりなるバリヤＩＩ　（２
４）を形成することとし、該バリヤ層（２４）の形成工
程には、１．５×１０″□３Ｔｏｒｒ以下の圧力におい
てなすプラズマスパッタ法を使用してなす半導体装置の
製造方法である。

なお、前記プラズマスパッタ法は、反応性ガスを励起す
る磁束を発生する磁束発生手段（１，２，３）が複数の
同心円績に配設されてなり、前記磁束の磁力線はターゲ
ット（５）の面と直交する方向に長く伸延するようにさ
れていることを特徴とするマグネトロンスパッタ装置を
使用してなすことが効果的である。

〔作用〕

チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、ニオビウム、
タンタル、パラジウム、クローム、モリブデン、タング
ステン、および、マンガンよりなる群から選ばれた金属
の窒化物、炭化物、または、ホウ化物の薄膜をスパッタ
法を使用して形成する場合、本願発明者は、スパッタリ
ングする際の圧力と形成されるバリヤ層のバリヤ性およ
び比抵抗とに相関関係のあることを見出した。

第１表参照この表は、１例として窒化チタンの薄膜をスパッタ法を
使用して形成するときの圧力と、形成された薄膜の比抵
抗との関係を示すもので、圧力が７　×１０−”Ｔ　ｏ
　ｒ　ｒの場合、比抵抗が４８０　Ｘ　１０−　’Ω・
Ｃ園であったものが、圧力がｉ、５ｘｔｏ−”ｒ　ｏ　
ｒｒの場合には１７０ｘｌＯ−”Ω・Ｃ−に低減した。

一方、反応ガスを励起する磁束を発生する磁束発生手段
が複数の同心円状に配設されているマグネトロンスパッ
タ装置を使用すれば、その磁力線がターゲットと直交す
る方向に長く伸びるため、ターゲラｌ−５の上方空間の
磁場が強くなり、したがって、電子密度が高くなって、
低い圧力？、こおいてもプラズマが発生しやすくなるこ
とが確認された。

スパッタリングするときの圧力が低い２−３良好なバリ
ヤ性と低い比抵抗とを有するバリヤ層が得られる理由に
ついては、次のことが挙げられる。

（イ）圧力が低いと、スパッタ装置に同じパワーを入力
するのに必要なターゲット印加電圧が高くなる。ターゲ
ット印加電圧が高くなると、ターゲラ［・に入射される
反応性ガスイオンのｉ！動エネルギーが高（なり、その
結果形成される窒化チタン等のバリヤ材の原子間結合が
強固になる。

（ロ）圧力が低いと、イオンや分子の平均自由行程が長
くなるので（イ）において形成された高い運動エネルギ
ーを有する窒化チタン等の粒子は、その運動エネルギー
を殆ど減耗されることなく半導体Ｈに到達するので、半
導体層上に先に形成されている窒化チタン等の膜と緻密
に結合する。

（ハ）二重リング状に形成されたプラズマのうち、特Ｖ
内側のリング状プラズマの電子が半導体層に衝突するこ
とによって半導体層の温度が上昇し、半導体層」二に堆
積する窒化チタン等の膜は結晶欠陥の少ない緻密な膜と
なる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつ覧、本発明に係る半導体装置の製
造方法の一実施例として窒化チタン膜を形成４゛６方法
について説明する、第１ａ図、第１ｂ図参照第１ａ図は本発明の半導体装置の製造方法に使用される
マグネトロンスパッタ装置の断面図であり、第１ｂ図は
そのマグネトロンスパッタ装置の磁石の配置とターゲッ
ト５との相対位置関係を示す平面図である。１は中央の
磁石であり、２は中間の磁石であり、３は外側の磁石で
あり、いずれもターゲット５と直、交する方向に極性を
持っている。４は鉄製の支持台であり、５はチタンター
ゲットであり、６は冷却される銅のバッキングプレート
であり、７は絶縁板であり、８は接地されたアノード電
極であり、９はチャンバーであり、１０は第１の防着板
であり、１１は第２の防着板であり、１２はシリコンウ
ェーハであり、１３はアルゴンガスと窒素ガスの導入口
であり、１４はガス排出口であり、１日は支持台４の回
転軸である。

ガス排出口１４に接続された真空ポンプを使用してチャ
ンバー９内を真空とし、ガス導入口１３からアルゴンガ
スと窒素ガスとをそれぞれ４０３ＣＣＭ導入してチャン
バー９内の圧力をｔ、５ｘｔｏ−ｓＴ。

ｒｒ以下に保持し、チタンターゲフ＋−５をカソードと
し、接地されたアノード８との間に約４１６ｖの電圧を
印加してプラズマを発生する。

中央の磁石１の極性方向と中間の磁石２の極性方向とは
反対になっており、同様に、中間の磁石２の極性方向と
外側の磁石３の極性方向とは反対になっているので、３
つのリング状磁石によって形成される磁力線は図に１７
をもって示す点線のようになり、ターゲット５と直交す
る方向に長く伸びる形となる。したがって、ターゲット
５の上方空間の磁場が強くなり、電子密度が高くなって
プラズマが発生しやすくなり、低い圧力においてもスパ
ッタリングすることが可能となり、バリヤ性が良く比抵
抗が低い窒化チタン膜をシリコンウェーハ１２上に堆積
することができる。

支持台４の回転輪１８とリング状磁石の中心位置とを偏
心させることによって、ターゲっ一ト５）ｋ’影形成れ
る内側プラズマ１５と外側プラズマ１６とが、支持台４
の回転に伴ってターゲット上を移動するので、ターゲッ
ト５の消耗が全面にわたって均一化される。

なお、磁場形成にあたっては、ターゲット５の面に平行
な方向に極性を有する磁石を複数の同心円状に配設し、
各同心円状の磁石の対向する極性が同一であるようにし
てもよい、但し、この場合、支持台の材料は非磁性材料
にする必要がある。また、磁石は永久磁石でもよく、電
磁石でもよい。

〔発明の効果〕

以上説明せるとおり、本発明に係る半導体装置の製造方
法の要旨に係るバリヤ層形成方法においては、反応性ガ
スを励起する磁束を発生する磁石を複数の同心円状に配
設することによって、磁力線をターゲットと直交する方
向に長くのばし、ターゲットの上方領域まで磁場を強く
して電子密度を高め、低い圧力においてもプラズマを発
生しやすくすることによって、１．５　×１０−’Ｔ　
ｏ　ｒ　ｒ以下の圧力においてもプラズマスパッタ法を
使用することを可能とし、バリヤ性に優れた低抵抗のバ
リヤ層の形成を可能とした。第１表に示すように、高い
圧力においてスパッタリングして形成された窒化チタン
バリヤ層の比抵抗に比べ、低い圧力において形成された
窒化チタンバリヤ層の比抵抗は大幅に低減した。また、
圧力３　ｘｔｏ−”ｒ　ｏ　ｒ　ｒにおいて形成される
窒化チタン膜をバリヤ層として使用する場合には、バリ
ヤ層の厚さを２．０００Å以上とする必要があったが、
圧力１．５Ｘ１０−”Ｔ　ｏ　ｒｒにおいて形成される
窒化チタン膜を使用すれば厚さが１，０００人で十分で
あり、バリヤ性が優れていることが実証された。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、本発明の一実施例に係る半導体装置の製造
方法に使用されるマグネトロンスパッタ装置の断面図で
ある。第１ｂ図は、マグネトロンスパッタ装置のターゲットと
磁石配列との相対関係を示す平面図である。第２図は、半導体層上に形成された金属電極の断面図で
ある。痢一瞥俵巳トｂ（１１・・・中央の磁石、２・・・中間の磁石、３・・・外側の磁石、４・・・支持台、５・　・　・ターゲット、６・・・バンキングプレート、７・・・絶縁板、８・・・アノード電極、９・・・チャンバー、１０・・・第１の防着板、１１・・・第２の防着板、１２・・・シリコンウェーハ、１３・・・ガス導入口、１４・・・ガス排出口１５・・・内側プラズマ、１６・・・外側プラズマ、１７・・・磁力線、１日・・・支持台回転軸、２ト・・ｎ型半導体層、２２・・・金属層、２３・・・電極、２４・・・バリヤ層、２５・・・二酸化シリコン層。

Claims

【特許請求の範囲】［１］半導体層（２１）と接触して金属層（２２）より
なる電極（２３）を形成するにあたり、前記半導体層（２１）と前記金属層（２２）との間に、
チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、ニオビウム、
タンタル、パラジウム、クローム、モリブデン、タング
ステンおよびマンガンよりなる群から選ばれた金属の窒
化物、炭化物、または、ホウ化物よりなるバリヤ層（２
４）を形成することとし、該バリヤ層（２４）の形成工程には、１．５×１０＾−
＾３Ｔｏｒｒ以下の圧力においてなすプラズマスパッタ
法を使用してなすことを特徴とする半導体装置の製造方法。［２］前記プラズマスパッタ法は、反応性ガスを励起す
る磁束を発生する磁束発生手段（１、２、３）が複数の
同心円状に配設されてなり、前記磁束の磁力線はターゲ
ット（５）と直交する方向に長くのびていることを特徴
とするマグネトロンスパッタ装置を使用してなすことを
特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。