JPH04320029A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH04320029A JPH04320029A JP8664491A JP8664491A JPH04320029A JP H04320029 A JPH04320029 A JP H04320029A JP 8664491 A JP8664491 A JP 8664491A JP 8664491 A JP8664491 A JP 8664491A JP H04320029 A JPH04320029 A JP H04320029A
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置における
配線形成のためのコンタクト孔にバリア金属として窒化
した高融点金属膜を使用して形成する方法の改良に関す
るものである。
配線形成のためのコンタクト孔にバリア金属として窒化
した高融点金属膜を使用して形成する方法の改良に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の各導電層間にＡｌ配線を行
う場合、従来コンタクトホール部で露出したＳｉ基板上
の高濃度拡散層に直接Ｓｉを含有したスパッタＡｌ膜を
接合させる方法が一般的であった。最近、接合形成後の
デバイス形成や、使用条件による熱履歴によって、Ｓｉ
基板中へのＡｌの進入（スパイク）や、接合界面での高
抵抗なＳｉ塊の析出によって、特性が劣化することが問
題になってきている。このため、図３に示すように、高
濃度拡散層３とＡｌ膜８との間にＡｌ或はＳｉの拡散を
制限する第２の金属膜（バリア金属膜）７を形成し、上
記問題を解決する方法が検討されている。
う場合、従来コンタクトホール部で露出したＳｉ基板上
の高濃度拡散層に直接Ｓｉを含有したスパッタＡｌ膜を
接合させる方法が一般的であった。最近、接合形成後の
デバイス形成や、使用条件による熱履歴によって、Ｓｉ
基板中へのＡｌの進入（スパイク）や、接合界面での高
抵抗なＳｉ塊の析出によって、特性が劣化することが問
題になってきている。このため、図３に示すように、高
濃度拡散層３とＡｌ膜８との間にＡｌ或はＳｉの拡散を
制限する第２の金属膜（バリア金属膜）７を形成し、上
記問題を解決する方法が検討されている。
【０００３】その方法の１つとして図４に示すようにバ
リア金属膜として窒化チタン（ＴｉＮ）膜７を高濃度拡
散層３と、Ａｌ膜８の間に形成する方法がある。この構
造の製造方法を図５に順に示す。まず、コンタクトホー
ル形成により、高濃度拡散層３の必要部分を露出した状
態から、図５（ａ）に示すように、全表面にＴｉ膜５を
形成し、次に窒素（Ｎ２ ）ガス雰囲気中で短時間の熱
処理を行い、Ｔｉ膜５とＮ２ ガスを反応させ図５（ｂ
）に示すようにＴｉＮ膜７を形成し、バリア金属とし図
５（ｃ）に示すように、Ａｌ配線８とともに不要なＴｉ
Ｎ膜７を除去し、ＴｉＮ膜による図４に示す構造を形成
するものである。
リア金属膜として窒化チタン（ＴｉＮ）膜７を高濃度拡
散層３と、Ａｌ膜８の間に形成する方法がある。この構
造の製造方法を図５に順に示す。まず、コンタクトホー
ル形成により、高濃度拡散層３の必要部分を露出した状
態から、図５（ａ）に示すように、全表面にＴｉ膜５を
形成し、次に窒素（Ｎ２ ）ガス雰囲気中で短時間の熱
処理を行い、Ｔｉ膜５とＮ２ ガスを反応させ図５（ｂ
）に示すようにＴｉＮ膜７を形成し、バリア金属とし図
５（ｃ）に示すように、Ａｌ配線８とともに不要なＴｉ
Ｎ膜７を除去し、ＴｉＮ膜による図４に示す構造を形成
するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし前述の方法によ
れば、図５（ｂ）に示すように、Ｔｉ膜５のＮ２ 中の
熱処理によってＴｉＮ形成と同時にＳｉ高濃度拡散層３
とＴｉ膜５の間でシリサイト化反応が起こりＴｉＳｉ２
層６が形成される。
れば、図５（ｂ）に示すように、Ｔｉ膜５のＮ２ 中の
熱処理によってＴｉＮ形成と同時にＳｉ高濃度拡散層３
とＴｉ膜５の間でシリサイト化反応が起こりＴｉＳｉ２
層６が形成される。
【０００５】ここでＴｉＳｉ２ 層６はＴｉＮ膜７に比
べて前述のＡｌ或はＳｉの拡散を制限する能力が低い。 さらにＴｉＳｉ２ 層６の形成は、高濃度拡散層３中へ
のＴｉの拡散を促進し、ＴｉＳｉ２ 膜６が厚い程接合
特性を劣化させる。
べて前述のＡｌ或はＳｉの拡散を制限する能力が低い。 さらにＴｉＳｉ２ 層６の形成は、高濃度拡散層３中へ
のＴｉの拡散を促進し、ＴｉＳｉ２ 膜６が厚い程接合
特性を劣化させる。
【０００６】この高濃度拡散層上のＴｉＮ膜７とＴｉＳ
ｉ２ 膜６の形成は図２に示すように進行する。図２（
ａ）に示すようにシリコン層１上に形成されたＴｉ膜５
は、Ｎ２ 雰囲気中での熱処理によって、その表面では
Ｎ２ との反応によりＴｉＮ膜７形成が起こる一方、シ
リコン層１との界面ではシリコンとＴｉの反応によりＴ
ｉＳｉ２ 膜６が形成される。これらの反応は図２（ｂ
）に矢印で示すようにそれぞれ進行し、図２（ｃ）に示
すように両者の反応に必要なＴｉ膜がなくなった時点で
反応が終了する。
ｉ２ 膜６の形成は図２に示すように進行する。図２（
ａ）に示すようにシリコン層１上に形成されたＴｉ膜５
は、Ｎ２ 雰囲気中での熱処理によって、その表面では
Ｎ２ との反応によりＴｉＮ膜７形成が起こる一方、シ
リコン層１との界面ではシリコンとＴｉの反応によりＴ
ｉＳｉ２ 膜６が形成される。これらの反応は図２（ｂ
）に矢印で示すようにそれぞれ進行し、図２（ｃ）に示
すように両者の反応に必要なＴｉ膜がなくなった時点で
反応が終了する。
【０００７】ＴｉＮ膜形成に必要な熱処理条件において
は、シリコン層とＴｉの反応は両者が接している以上少
なからずＴｉＮ膜形成と同時に起こるもので、従来例に
よる方法では、ＴｉＮ膜形成に有利な条件としてもＴｉ
Ｎ膜厚以上のＴｉＳｉ２ 膜が形成される。ＴｉＳｉ２
膜は接合深さが同じであれば一般に厚い程接合特性が
悪化し易い。
は、シリコン層とＴｉの反応は両者が接している以上少
なからずＴｉＮ膜形成と同時に起こるもので、従来例に
よる方法では、ＴｉＮ膜形成に有利な条件としてもＴｉ
Ｎ膜厚以上のＴｉＳｉ２ 膜が形成される。ＴｉＳｉ２
膜は接合深さが同じであれば一般に厚い程接合特性が
悪化し易い。
【０００８】このため、接合特性に影響を与えないよう
にＴｉＳｉ２ の膜厚を決定するが、これによりＴｉＮ
膜厚が制限されることになり、Ａｌ又はＳｉの拡散の阻
止能力を左右している。
にＴｉＳｉ２ の膜厚を決定するが、これによりＴｉＮ
膜厚が制限されることになり、Ａｌ又はＳｉの拡散の阻
止能力を左右している。
【０００９】つまり十分な厚さのＴｉＮ膜を形成しよう
とすれば上記方法によれば、ＴｉＳｉ２ 膜も厚くなり
、接合特性を劣化させてしまう結果となる。
とすれば上記方法によれば、ＴｉＳｉ２ 膜も厚くなり
、接合特性を劣化させてしまう結果となる。
【００１０】さらにここで仮に接合特性の劣化を、Ｔｉ
Ｓｉ２ 形成時のＴｉの拡散に起因する形成条件の最適
化により抑制できたとしても、ＴｉＮ膜厚を増やすため
には、スパッタするＴｉ膜厚を厚くする必要があり、図
２（ａ）のように被覆性よくＴｉ膜を形成することが可
能なコンタクト開口径が大きくなり、微細なコンタクト
を有する素子の形成が実現しにくくなる。
Ｓｉ２ 形成時のＴｉの拡散に起因する形成条件の最適
化により抑制できたとしても、ＴｉＮ膜厚を増やすため
には、スパッタするＴｉ膜厚を厚くする必要があり、図
２（ａ）のように被覆性よくＴｉ膜を形成することが可
能なコンタクト開口径が大きくなり、微細なコンタクト
を有する素子の形成が実現しにくくなる。
【００１１】本発明は高融点金属の窒化反応と同時に起
こるシリサイド化反応を抑制し、シリサイド形成に関係
なく必要な窒化膜を形成することを目的とする。
こるシリサイド化反応を抑制し、シリサイド形成に関係
なく必要な窒化膜を形成することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明は前述の課題解
決のため、高融点金属膜の窒化処理に先立って高融点金
属膜とシリコン層の間に（高融点金属の酸化物よりも生
成エネルギーが高く、）高融点金属とＳｉの反応によっ
て分解される膜を形成することにより窒化膜形成時のシ
リサイド形成を抑制するようにしたものである。
決のため、高融点金属膜の窒化処理に先立って高融点金
属膜とシリコン層の間に（高融点金属の酸化物よりも生
成エネルギーが高く、）高融点金属とＳｉの反応によっ
て分解される膜を形成することにより窒化膜形成時のシ
リサイド形成を抑制するようにしたものである。
【００１３】
【作用】本発明は前述のように、高融点金属膜とシリコ
ン層との間に第２の膜を形成するようにしたので、従来
コンタクト領域に熱窒化により導入する窒化膜バリア層
の形成において、シリサイド反応に起因する窒化膜厚の
制限や接合特性の劣化を十分抑えることが可能となり、
従来より拡散バリア性能の高いコンタクト形成が可能と
なる。
ン層との間に第２の膜を形成するようにしたので、従来
コンタクト領域に熱窒化により導入する窒化膜バリア層
の形成において、シリサイド反応に起因する窒化膜厚の
制限や接合特性の劣化を十分抑えることが可能となり、
従来より拡散バリア性能の高いコンタクト形成が可能と
なる。
【００１４】また、必要な窒化膜を得るのに必要な高融
点金属膜は従来例より大幅に薄くて済むことになり、被
覆性よく目的の構造を形成できる。
点金属膜は従来例より大幅に薄くて済むことになり、被
覆性よく目的の構造を形成できる。
【００１５】
【実施例】図１に本発明によるＴｉＳｉ２ 層の薄いＴ
ｉＮバリア金属層を持つコンタクト形成方法の実施例を
示す。
ｉＮバリア金属層を持つコンタクト形成方法の実施例を
示す。
【００１６】まず、図１（ａ）に示すように高濃度拡散
層３の必要領域をコンタクトホール形成によって露出さ
せた表面に、約５０ÅのＳｉＯ２ 層９を熱酸化法によ
って形成し、続いて全面にＴｉ膜５を約５００Åスパッ
タ堆積する。
層３の必要領域をコンタクトホール形成によって露出さ
せた表面に、約５０ÅのＳｉＯ２ 層９を熱酸化法によ
って形成し、続いて全面にＴｉ膜５を約５００Åスパッ
タ堆積する。
【００１７】その後図１（ｂ）のように、Ｎ２ 雰囲気
中で７００℃３０秒程度のＲ．Ｔ．Ａ．熱処理を行い、
Ｔｉ層５の大部分を窒化しＴｉＮ膜７とする。このとき
ＴｉＮ膜７と高濃度拡散層３との間には１００Å以下の
ＴｉＳｉ２ 層６が形成される。その後、図１（ｃ）に
示すように全面にＡｌ膜８を形成し、不要領域以外をホ
トリソエッチングによってＴｉＮ膜７とともにパタンニ
ングする。
中で７００℃３０秒程度のＲ．Ｔ．Ａ．熱処理を行い、
Ｔｉ層５の大部分を窒化しＴｉＮ膜７とする。このとき
ＴｉＮ膜７と高濃度拡散層３との間には１００Å以下の
ＴｉＳｉ２ 層６が形成される。その後、図１（ｃ）に
示すように全面にＡｌ膜８を形成し、不要領域以外をホ
トリソエッチングによってＴｉＮ膜７とともにパタンニ
ングする。
【００１８】この方法によるＴｉＮ膜７とＴｉＳｉ２
膜６の形成は図６のように進行する。
膜６の形成は図６のように進行する。
【００１９】まず、図６（ａ）のようにシリコン層１上
にＳｉＯ２ 層９を介して形成されたＴｉ層５は、Ｎ２
中の熱処理によって、その表面からＴｉＮ層化が進む
。一方Ｔｉ層５とシリコン層１との間にはＳｉＯ２層９
が存在することにより、図２（ｂ）に示したようにＴｉ
Ｎ層と同様には反応しない。しかしここでＴｉ層５は、
徐々にＳｉＯ２ 層９を還元し、いくらかのＴｉＳｉ２
層６は形成される。
にＳｉＯ２ 層９を介して形成されたＴｉ層５は、Ｎ２
中の熱処理によって、その表面からＴｉＮ層化が進む
。一方Ｔｉ層５とシリコン層１との間にはＳｉＯ２層９
が存在することにより、図２（ｂ）に示したようにＴｉ
Ｎ層と同様には反応しない。しかしここでＴｉ層５は、
徐々にＳｉＯ２ 層９を還元し、いくらかのＴｉＳｉ２
層６は形成される。
【００２０】但し、このＴｉＳｉ２ 層６は図２（ｂ）
に示した場合よりも非常に薄く結果としてＴｉＳｉ２
層６に比べＴｉＮ層７の形成が早くなることになる。そ
して図６（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２ 層９が全て還
元された時点ではＴｉＮ層７はＴｉＳｉ２ 層６に比べ
て十分厚く形成されることになる。
に示した場合よりも非常に薄く結果としてＴｉＳｉ２
層６に比べＴｉＮ層７の形成が早くなることになる。そ
して図６（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２ 層９が全て還
元された時点ではＴｉＮ層７はＴｉＳｉ２ 層６に比べ
て十分厚く形成されることになる。
【００２１】つまり従来例で示したＴｉＳｉ２ 反応は
ＳｉＯ２ 層９の存在により、抑制されその分ＴｉＮ反
応が起こり易くなり、同じＴｉ膜から従来例よりも厚い
ＴｉＮ層を形成することができる。さらにＳｉＯ２層９
はＴｉＳｉ２ 層となる為コンタクト抵抗は上昇せず、
また基板側へのＴｉ原子の拡散も抑制できることにより
接合特性の劣化もおさえることができる。
ＳｉＯ２ 層９の存在により、抑制されその分ＴｉＮ反
応が起こり易くなり、同じＴｉ膜から従来例よりも厚い
ＴｉＮ層を形成することができる。さらにＳｉＯ２層９
はＴｉＳｉ２ 層となる為コンタクト抵抗は上昇せず、
また基板側へのＴｉ原子の拡散も抑制できることにより
接合特性の劣化もおさえることができる。
【００２２】従って接合特性の劣化を抑えて必要な拡散
バリアＴｉＮ層７を形成し易くなり、従来より良好なコ
ンタクトを形成することができる。
バリアＴｉＮ層７を形成し易くなり、従来より良好なコ
ンタクトを形成することができる。
【００２３】ここでＴｉＳｉ２ 反応を抑制するために
用いたＳｉＯ２ 層９は使用する高融点金属の酸化物の
生成エネルギーよりも生成エネルギーが高く、結果とし
て還元されＴｉＳｉ２ 或はその他の導電物層となるも
のであればこれに限らない。またこのＳｉＯ２ 層９は
必要な厚さのものを形成するためなら熱酸化に限らずＣ
ＶＤ、スパッタなどの他の方法を用いることができる。 さらにこのＳｉＯ２ 層膜厚は５０Å程度が望ましいが
目的の構造を得ることができればこれに限らない。
用いたＳｉＯ２ 層９は使用する高融点金属の酸化物の
生成エネルギーよりも生成エネルギーが高く、結果とし
て還元されＴｉＳｉ２ 或はその他の導電物層となるも
のであればこれに限らない。またこのＳｉＯ２ 層９は
必要な厚さのものを形成するためなら熱酸化に限らずＣ
ＶＤ、スパッタなどの他の方法を用いることができる。 さらにこのＳｉＯ２ 層膜厚は５０Å程度が望ましいが
目的の構造を得ることができればこれに限らない。
【００２４】またＡｌ膜８は低抵抗な素子間配線のため
に用いているものでありこの製造方法においてはＡｌ以
外の配線材料においても応用可能である。
に用いているものでありこの製造方法においてはＡｌ以
外の配線材料においても応用可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば従来コンタクト領域に熱窒化により導入する窒化
膜バリア層の形成において、シリサイド反応に起因する
窒化膜厚の制限や接合特性の劣化を十分抑えることが可
能となり、従来より拡散バリア性能の高いコンタクト構
造を形成することが可能となる。
よれば従来コンタクト領域に熱窒化により導入する窒化
膜バリア層の形成において、シリサイド反応に起因する
窒化膜厚の制限や接合特性の劣化を十分抑えることが可
能となり、従来より拡散バリア性能の高いコンタクト構
造を形成することが可能となる。
【００２６】また、必要な窒化膜を得るのに必要な高融
点金属膜は従来例より大幅に薄くてすむことになり、被
覆性よく目的の構造を形成でき、コンタクト開口径を小
さくできるという利点がある。
点金属膜は従来例より大幅に薄くてすむことになり、被
覆性よく目的の構造を形成でき、コンタクト開口径を小
さくできるという利点がある。
【図１】本発明の実施例の製造工程断面図
【図２】従来
例の欠点説明図
例の欠点説明図
【図３】従来例説明図（その１）
【図４】従来例説明図（その２）
【図５】従来例の製造工程断面図
【図６】ＴｉＮ，ＴｉＳｉ２ 膜説明図
１ シリコン基板
２ 素子分離絶縁膜
３ 高濃度拡散層
４ 中間絶縁膜
５ Ｔｉ膜
６ ＴｉＳｉ２ 膜
７ ＴｉＮ膜
８ Ａｌ膜
９ ＳｉＯ２ 膜
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくともその一部がシリコン半導体
基板表面と接するように形成された高融点金属膜を、窒
素ガス雰囲気中での熱処理反応によってその表面を窒化
チタン膜に変換する半導体装置の製造方法において、前
記熱処理前に、前記シリコン半導体基板表面と前記高融
点金属膜との間に、がい高融点金属とシリコンとの反応
を遅らせる性質の膜を形成しておくことを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記高融点金属と前記シリコンとの反
応を遅らせる性質の膜をＳｉＯ２ 膜とすることを特徴
とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記高融点金属をチタンとすることを
特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8664491A JPH04320029A (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8664491A JPH04320029A (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04320029A true JPH04320029A (ja) | 1992-11-10 |
Family
ID=13892739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8664491A Pending JPH04320029A (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04320029A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0631309A3 (en) * | 1993-06-28 | 1995-06-07 | Kawasaki Steel Co | Semiconductor device with contact structure and manufacturing method. |
| US5834846A (en) * | 1995-01-10 | 1998-11-10 | Kawasaki Steel Corporation | Semiconductor device with contact structure and method of manufacturing the same |
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| KR100310468B1 (ko) * | 1994-07-07 | 2001-12-15 | 박종섭 | 반도체 소자의 장벽금속막 형성방법 |
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