JPH05343537A - コンタクトプラグ及びその形成方法 - Google Patents
コンタクトプラグ及びその形成方法Info
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- JPH05343537A JPH05343537A JP15100492A JP15100492A JPH05343537A JP H05343537 A JPH05343537 A JP H05343537A JP 15100492 A JP15100492 A JP 15100492A JP 15100492 A JP15100492 A JP 15100492A JP H05343537 A JPH05343537 A JP H05343537A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ブランケット−Ｗ膜をエッチバックした際に
リセスの生じないコンタクトプラグを得る。 【構成】 バリアメタル１４をＴｉ／ＴｉＯＮ膜で構成
し、ＴｉＯＮ中の酸素含有率を１２〜２５原子％とする
ことにより、ブランケット−Ｗ膜１５のエッチバックに
伴なうリセスの発生が防止される。また、上記酸素含有
率とすることにより、オーミックコンタクトもとること
ができる。
リセスの生じないコンタクトプラグを得る。 【構成】 バリアメタル１４をＴｉ／ＴｉＯＮ膜で構成
し、ＴｉＯＮ中の酸素含有率を１２〜２５原子％とする
ことにより、ブランケット−Ｗ膜１５のエッチバックに
伴なうリセスの発生が防止される。また、上記酸素含有
率とすることにより、オーミックコンタクトもとること
ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造分
野等で用いられる配線形成方法に関し、特に、所謂ブラ
ンケットＣＶＤ法によりコンタクトプラグを良好に形成
する技術に係わる。
野等で用いられる配線形成方法に関し、特に、所謂ブラ
ンケットＣＶＤ法によりコンタクトプラグを良好に形成
する技術に係わる。
【０００２】
【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、デバイス・チップ上では配線部分の占める割合
が増大する傾向にあるが、これによるチップ面積の大幅
な増大を防止するために多層配線が今や必須の技術とな
っている。従来、配線形成方法としては、アルミニウム
等からなる金属薄膜をスパッタリング法により形成する
ことが広く行なわれてきた。
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、デバイス・チップ上では配線部分の占める割合
が増大する傾向にあるが、これによるチップ面積の大幅
な増大を防止するために多層配線が今や必須の技術とな
っている。従来、配線形成方法としては、アルミニウム
等からなる金属薄膜をスパッタリング法により形成する
ことが広く行なわれてきた。
【０００３】しかし、上述のように配線の多層化が進行
し、その結果として基体の表面段差や接続孔のアスペク
ト比が増大している状況下では、スパッタリング法にお
けるステップ・カバレージの不足により上層配線と半導
体基板との間の接続不良や配線間における接続不良がす
でに重大な問題となっている。
し、その結果として基体の表面段差や接続孔のアスペク
ト比が増大している状況下では、スパッタリング法にお
けるステップ・カバレージの不足により上層配線と半導
体基板との間の接続不良や配線間における接続不良がす
でに重大な問題となっている。
【０００４】そこで近年、タングステン（Ｗ），モリブ
デン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ）等の高融点金属、ある
いはアルミニウム、銅等の金属を接続孔内に選択的に成
長させることによりアスペク比の高い接続孔を埋め込む
技術が提案されている。かかる選択成長の手法として
は、金属フッ化物や有機金属化合物等のガスを下層配線
材料により還元して金属を析出させる選択ＣＶＤ法がそ
の代表的なものである。
デン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ）等の高融点金属、ある
いはアルミニウム、銅等の金属を接続孔内に選択的に成
長させることによりアスペク比の高い接続孔を埋め込む
技術が提案されている。かかる選択成長の手法として
は、金属フッ化物や有機金属化合物等のガスを下層配線
材料により還元して金属を析出させる選択ＣＶＤ法がそ
の代表的なものである。
【０００５】しかし、選択ＣＶＤ法は研究レベルでかな
り良い結果を得ているものの、次第に選択性が劣化する
こと、あるいはネイルヘッドと通称される過剰成長部の
エッチバック除去の際の制御性が乏しいこと等の難点が
あり、当初の期待に反して量産への導入の見通しが立っ
ていないのが現状である。この選択ＣＶＤに代わって改
めて注目を集めているのが、ブランケットＣＶＤ法であ
る。これは、基体の全面に金属または合金を析出させる
技術であり、たとえば接続孔が開口された絶縁膜の全面
を被覆して該接続孔を埋め込むごとくタングステン等の
高融点金属を形成するプロセスはその代表例である。
り良い結果を得ているものの、次第に選択性が劣化する
こと、あるいはネイルヘッドと通称される過剰成長部の
エッチバック除去の際の制御性が乏しいこと等の難点が
あり、当初の期待に反して量産への導入の見通しが立っ
ていないのが現状である。この選択ＣＶＤに代わって改
めて注目を集めているのが、ブランケットＣＶＤ法であ
る。これは、基体の全面に金属または合金を析出させる
技術であり、たとえば接続孔が開口された絶縁膜の全面
を被覆して該接続孔を埋め込むごとくタングステン等の
高融点金属を形成するプロセスはその代表例である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記高融点
金属層で接続孔内部を埋め込むいわゆるプラグ材として
使用する場合には、該高融点金属層のエッチバックが当
然必要となる。このエッチバック工程では、ウエハ面内
における処理の均一性を考慮して５〜１０％程度のオー
バーエッチングが行なわれるのが普通である。しかし、
同じウエハ面でもエッチング装置内のプラズマ密度の比
較的高い領域に接近している部分では、それ以外の部分
と比較してエッチング速度が速くなっているため、層間
絶縁膜の露出に伴う被エッチング面積の急激な減少が速
い時期に生ずる。すると、結合の相手（すなわち高融点
金属）を失って相対的に過剰となったエッチング種が接
続孔内に集中し、そこに埋め込まれた高融点金属層を大
きく浸食するという問題がある。
金属層で接続孔内部を埋め込むいわゆるプラグ材として
使用する場合には、該高融点金属層のエッチバックが当
然必要となる。このエッチバック工程では、ウエハ面内
における処理の均一性を考慮して５〜１０％程度のオー
バーエッチングが行なわれるのが普通である。しかし、
同じウエハ面でもエッチング装置内のプラズマ密度の比
較的高い領域に接近している部分では、それ以外の部分
と比較してエッチング速度が速くなっているため、層間
絶縁膜の露出に伴う被エッチング面積の急激な減少が速
い時期に生ずる。すると、結合の相手（すなわち高融点
金属）を失って相対的に過剰となったエッチング種が接
続孔内に集中し、そこに埋め込まれた高融点金属層を大
きく浸食するという問題がある。
【０００７】たとえば図７（Ａ）に示されたように、半
導体基板１上に接続孔の開口された層間絶縁膜２が形成
され、さらに該層間絶縁膜２の全面を被覆するごとくバ
リアメタル３とブランケットＣＶＤ法によりタングステ
ン層４が形成されている場合を考えられる。ここで、フ
ッ素系ガスを用いて上記タングステン層４をエッチバッ
クすると、高プラズマ密度領域の近傍では層間絶縁膜２
の表面が露出した段階で早い時期にフッ素ラジカル（Ｆ
＊）が過剰となる。このＦ＊が接続孔内に埋め込まれた
タングステン層４の表面に集中し、オーバーエッチング
を行っている間に図７（Ｂ）に示されるような大きな浸
食部４ａを形成してしまうのである。これは、ローディ
ング効果と呼ばれる現象であり、ブランケットＣＶＤ法
の実用化を事実上防げている原因である。今後の半導体
装置の製造分野では、デバイス・チップの大型化に伴っ
てウエハが大口径化され、しかもスループットの低下を
招かないように高密度プラズマを用いて高速エッチング
を行なう枚葉式プラズマ・エッチング装置が主流となる
と予想されるため、ローディング効果は一層顕著になる
ものと考えられる。
導体基板１上に接続孔の開口された層間絶縁膜２が形成
され、さらに該層間絶縁膜２の全面を被覆するごとくバ
リアメタル３とブランケットＣＶＤ法によりタングステ
ン層４が形成されている場合を考えられる。ここで、フ
ッ素系ガスを用いて上記タングステン層４をエッチバッ
クすると、高プラズマ密度領域の近傍では層間絶縁膜２
の表面が露出した段階で早い時期にフッ素ラジカル（Ｆ
＊）が過剰となる。このＦ＊が接続孔内に埋め込まれた
タングステン層４の表面に集中し、オーバーエッチング
を行っている間に図７（Ｂ）に示されるような大きな浸
食部４ａを形成してしまうのである。これは、ローディ
ング効果と呼ばれる現象であり、ブランケットＣＶＤ法
の実用化を事実上防げている原因である。今後の半導体
装置の製造分野では、デバイス・チップの大型化に伴っ
てウエハが大口径化され、しかもスループットの低下を
招かないように高密度プラズマを用いて高速エッチング
を行なう枚葉式プラズマ・エッチング装置が主流となる
と予想されるため、ローディング効果は一層顕著になる
ものと考えられる。
【０００８】この解決策としては、従来より、エッチバ
ックを２段階化して、 第１段階…Ｆ＊をメインエッチャントとするステップ 第２段階…Ｃｌ2／Ｏ2系によるステップ という手法で対処してきた。
ックを２段階化して、 第１段階…Ｆ＊をメインエッチャントとするステップ 第２段階…Ｃｌ2／Ｏ2系によるステップ という手法で対処してきた。
【０００９】即ち、オーバーエッチをＦ系からＣｌ系に
切り換える事でＷとの反応性を低下させてローディング
効果制御をねらったものである。ＷはＣｌ2との反応生
成物であるＷＣｌ6は沸点が３４６．７℃と高く、エッ
チングが進行しないが、Ｏ2添加によって反応生成物を
オキシ塩化物とする事でエッチングが可能となる。これ
は、ＷＣｌ4Ｏの沸点が２２７．４℃，ＷＣｌ2Ｏ2が２
６６℃と、ＷＣｌ6よりかなり低く、減圧下では充分揮
発し易くなる為である。これによって、ローディング効
果の問題は解決可能となったが、Ｃｌ2はＴｉとの反応
生成物であるＴｉＣｌ4の沸点が１３６．４℃低い為、
下地のＴｉＮがエッチングされ易く、図７（Ｃ）のよう
にバリアメタル３のみがエッチングされた形状を（図中
３ａで示す）を呈してしまったり、表面のモフォロジー
をそのまま反映して、ＳｉＯ2表面２ａが凹凸になって
しまうという問題を生じている。
切り換える事でＷとの反応性を低下させてローディング
効果制御をねらったものである。ＷはＣｌ2との反応生
成物であるＷＣｌ6は沸点が３４６．７℃と高く、エッ
チングが進行しないが、Ｏ2添加によって反応生成物を
オキシ塩化物とする事でエッチングが可能となる。これ
は、ＷＣｌ4Ｏの沸点が２２７．４℃，ＷＣｌ2Ｏ2が２
６６℃と、ＷＣｌ6よりかなり低く、減圧下では充分揮
発し易くなる為である。これによって、ローディング効
果の問題は解決可能となったが、Ｃｌ2はＴｉとの反応
生成物であるＴｉＣｌ4の沸点が１３６．４℃低い為、
下地のＴｉＮがエッチングされ易く、図７（Ｃ）のよう
にバリアメタル３のみがエッチングされた形状を（図中
３ａで示す）を呈してしまったり、表面のモフォロジー
をそのまま反映して、ＳｉＯ2表面２ａが凹凸になって
しまうという問題を生じている。
【００１０】従って、こういったバリアメタル層の空洞
化や表面のモフォロジー転写を防止できる、良好なブラ
ンケット−Ｗ膜利用のプラグ形成法が切望されている。
化や表面のモフォロジー転写を防止できる、良好なブラ
ンケット−Ｗ膜利用のプラグ形成法が切望されている。
【００１１】本発明は、上述の問題点に鑑みて創案され
たものであって、ブランケット−タングステン膜のエッ
チバック時のバリアメタル層の空洞化（リセス化）を防
止した良好なコンタクトプラグ及びその形成方法を提供
するものである。
たものであって、ブランケット−タングステン膜のエッ
チバック時のバリアメタル層の空洞化（リセス化）を防
止した良好なコンタクトプラグ及びその形成方法を提供
するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
コンタクトホール内壁に沿って形成されたチタンオキシ
ナイトライド（ＴｉＯＮ）を含むバリアメタル層と、前
記コンタクトホール内に充填されたブランケット−タン
グステン（Ｗ）膜とから成るコンタクトプラグにおい
て、前記チタンオキシナイトライド中の酸素（Ｏ）含有
を１２〜２５原子％としたことを、その解決手段として
いる。
コンタクトホール内壁に沿って形成されたチタンオキシ
ナイトライド（ＴｉＯＮ）を含むバリアメタル層と、前
記コンタクトホール内に充填されたブランケット−タン
グステン（Ｗ）膜とから成るコンタクトプラグにおい
て、前記チタンオキシナイトライド中の酸素（Ｏ）含有
を１２〜２５原子％としたことを、その解決手段として
いる。
【００１３】請求項２記載の発明は、バリアメタル層を
Ｔｉ層とＴｉＯＮ層を含む積層構造となし、ＴｉＯＮ層
中の酸素（Ｏ）含有を１２〜２５原子％としたことを特
徴とする。
Ｔｉ層とＴｉＯＮ層を含む積層構造となし、ＴｉＯＮ層
中の酸素（Ｏ）含有を１２〜２５原子％としたことを特
徴とする。
【００１４】請求項３記載の発明は、コンタクトホール
内に酸素（Ｏ）含有率１２〜２５原子％のチタンオキシ
ナイトライド（ＴｉＯＮ）膜を含むバリアメタル層を形
成する工程と、前記バリアメタル層上にブランケット−
タングステン（Ｗ）膜を堆積させて前記コンタクトホー
ルを埋め込む工程と、イオウ（Ｓ）及びフッ素（Ｆ）を
成分とするガスを含むガス系を用いて前記ブランケット
−タングステン（Ｗ）膜を途中までエッチバックする第
１のエッチバック工程と、前工程で残ったブランケット
タングステンとバリアメタル層を塩素（Ｃｌ）系と酸素
（Ｏ）系ガスによりエッチバックする第２のエッチバッ
ク工程とを備えたことを、その解決方法としている。
内に酸素（Ｏ）含有率１２〜２５原子％のチタンオキシ
ナイトライド（ＴｉＯＮ）膜を含むバリアメタル層を形
成する工程と、前記バリアメタル層上にブランケット−
タングステン（Ｗ）膜を堆積させて前記コンタクトホー
ルを埋め込む工程と、イオウ（Ｓ）及びフッ素（Ｆ）を
成分とするガスを含むガス系を用いて前記ブランケット
−タングステン（Ｗ）膜を途中までエッチバックする第
１のエッチバック工程と、前工程で残ったブランケット
タングステンとバリアメタル層を塩素（Ｃｌ）系と酸素
（Ｏ）系ガスによりエッチバックする第２のエッチバッ
ク工程とを備えたことを、その解決方法としている。
【００１５】請求項４記載の発明は、前記第２のエッチ
バック工程でのＲＦバイアスは、前記第１エッチバック
工程でのＲＦでのＲＦバイアスより小さくしたことを特
徴としている。
バック工程でのＲＦバイアスは、前記第１エッチバック
工程でのＲＦでのＲＦバイアスより小さくしたことを特
徴としている。
【００１６】
【作用】本発明者はブランケット−Ｗ膜を用いたコンタ
クトプラグ形成時の、エッチバックによって生ずるリセ
ス防止策を鋭意検討する過程で、下地バリアメタルとし
てＴｉＯＮ膜をオーミックコンタクトの取れる範囲で酸
素含有量を多くした状態で使用することが効果的である
ことを見いだした。
クトプラグ形成時の、エッチバックによって生ずるリセ
ス防止策を鋭意検討する過程で、下地バリアメタルとし
てＴｉＯＮ膜をオーミックコンタクトの取れる範囲で酸
素含有量を多くした状態で使用することが効果的である
ことを見いだした。
【００１７】ＴｉＯＮ膜は、スパッタ装置での成膜時に
Ｏ2を添加することで形成が可能な薄膜で、酸素含有量
が増すに連れて抵抗率が上昇する。即ち、図８のグラフ
に示すように、形成時の酸素ガス流量（この流量によ
り、ＴｉＯＮ中の量が規定されるものであり、これにつ
いては、図９のグラフに酸素ガス流量とＴｉＯＮ中の各
元素の比率を示す通りである）の変化によって、抵抗値
が大きく変わる。また、図１０のグラフに示すように、
ＴｉＯＮ中の酸素含有量により、リーク電流が大きく異
なってくる。しかし、ＴｉＯＮは、下地の構造などにも
よるが、酸素添加量の最適化で充分オーミックコンタク
トをとることが可能な物質である。なお、図１０から酸
素含有量により、ＴｉＯＮのバリア性は大きく異なるこ
とが判る。
Ｏ2を添加することで形成が可能な薄膜で、酸素含有量
が増すに連れて抵抗率が上昇する。即ち、図８のグラフ
に示すように、形成時の酸素ガス流量（この流量によ
り、ＴｉＯＮ中の量が規定されるものであり、これにつ
いては、図９のグラフに酸素ガス流量とＴｉＯＮ中の各
元素の比率を示す通りである）の変化によって、抵抗値
が大きく変わる。また、図１０のグラフに示すように、
ＴｉＯＮ中の酸素含有量により、リーク電流が大きく異
なってくる。しかし、ＴｉＯＮは、下地の構造などにも
よるが、酸素添加量の最適化で充分オーミックコンタク
トをとることが可能な物質である。なお、図１０から酸
素含有量により、ＴｉＯＮのバリア性は大きく異なるこ
とが判る。
【００１８】また、本発明者の実験結果により、ＴｉＯ
Ｎ膜のエッチレートはＴｉＮ膜よりも遅いことが判明し
た。このメカニズムは、ＴｉＮ膜中にＴｉ−Ｏ結合を含
むＴｉＯＮ膜は、Ｃｌ系ガスに対する耐性がＴｉＮ膜よ
り強くラジカル反応も進行しにくいものと思われる。
（ちなみに、Ｔｉ−Ｏの結合エネルギーは１５７ｋｃａ
ｌ／ｍｏｌ。 Ｔｉ−Ｎについては、残念ながら不明だ
が、通常酸化物の結合エネルギーは窒化物のそれよりの
高いので、これがエッチング耐性を向上させているもの
と思われる。）従って、請求項１及び２記載の発明のよ
うに、オーミックコンタクトのとれる範囲で酸素含有量
を増やしたＴｉＯＮ膜をバリアメタルに用いれば、Ｔｉ
ＯXの耐プラズマ性により十分リセス防止を図れるわけ
である。
Ｎ膜のエッチレートはＴｉＮ膜よりも遅いことが判明し
た。このメカニズムは、ＴｉＮ膜中にＴｉ−Ｏ結合を含
むＴｉＯＮ膜は、Ｃｌ系ガスに対する耐性がＴｉＮ膜よ
り強くラジカル反応も進行しにくいものと思われる。
（ちなみに、Ｔｉ−Ｏの結合エネルギーは１５７ｋｃａ
ｌ／ｍｏｌ。 Ｔｉ−Ｎについては、残念ながら不明だ
が、通常酸化物の結合エネルギーは窒化物のそれよりの
高いので、これがエッチング耐性を向上させているもの
と思われる。）従って、請求項１及び２記載の発明のよ
うに、オーミックコンタクトのとれる範囲で酸素含有量
を増やしたＴｉＯＮ膜をバリアメタルに用いれば、Ｔｉ
ＯXの耐プラズマ性により十分リセス防止を図れるわけ
である。
【００１９】請求項３記載の発明においては、エッチバ
ックを２段階となし、第１のエッチバックのガス系をイ
オウ（Ｓ）及びフッ素（Ｆ）を成分とするガスとしたこ
とにより、Ｓが堆積しながらエッチバックが進行するた
め、バリアメタル層露出直前までの工程で表面のモフォ
ロジーが改善される。
ックを２段階となし、第１のエッチバックのガス系をイ
オウ（Ｓ）及びフッ素（Ｆ）を成分とするガスとしたこ
とにより、Ｓが堆積しながらエッチバックが進行するた
め、バリアメタル層露出直前までの工程で表面のモフォ
ロジーが改善される。
【００２０】請求項４記載の発明においては、下地バリ
アメタル層に高酸素含有ＴｉＯＮを用いるため、エッチ
バックにおいて低バイアス化してもバリアメタル層のリ
セスが防止できる作用を奏する。
アメタル層に高酸素含有ＴｉＯＮを用いるため、エッチ
バックにおいて低バイアス化してもバリアメタル層のリ
セスが防止できる作用を奏する。
【００２１】
【実施例】以下、本発明に係るコンタクトプラグ及びそ
の形成方法の詳細を図面に示す実施例に基づいて説明す
る。
の形成方法の詳細を図面に示す実施例に基づいて説明す
る。
【００２２】（実施例１）先ず、本実施例は、シリコン
等から成る半導体基板１１上に酸化シリコン等から成る
層間絶縁膜１２を形成した後、図１に示すように、接続
孔１３を周知の方法で開設する。
等から成る半導体基板１１上に酸化シリコン等から成る
層間絶縁膜１２を形成した後、図１に示すように、接続
孔１３を周知の方法で開設する。
【００２３】次に、図２に示すように、接続孔１３内及
び層間絶縁膜１２上の全面に、Ｔｉ膜／ＴｉＯＮ膜の積
層構造でなるバリアメタル層１４をＤＣマグネトロンス
パッタ法で形成する。このバリアメタル層１４は、密着
層としての機能も有するものであり、積層を成すＴｉ膜
とＴｉＯＮ膜は以下に示す条件で成膜する。
び層間絶縁膜１２上の全面に、Ｔｉ膜／ＴｉＯＮ膜の積
層構造でなるバリアメタル層１４をＤＣマグネトロンス
パッタ法で形成する。このバリアメタル層１４は、密着
層としての機能も有するものであり、積層を成すＴｉ膜
とＴｉＯＮ膜は以下に示す条件で成膜する。
【００２４】＜Ｔｉ膜の成膜条件＞ ○ガス Ａｒ…４０SCCM ○圧力…０．６７Ｐａ ○ＤＣ電力…４ＫＷ ○基板温度…１５０℃ ○膜厚…３０ｎｍ ＜ＴｉＯＮ膜の成膜条件＞ ○ガス Ａｒ／６０％Ｎ2／４％Ｏ2…５０ＳＣＣＭ ○圧力…０．６７Ｐａ ○ＤＣ電力…８ＫＷ ○基板温度…１５０℃ ○膜厚…７０ｎｍ これによって、ＴｉＯＮ中の酸素含有量は、１２原子％
となった。
となった。
【００２５】次に、図３に示すように、ブランケット−
Ｗ膜１５をブランケットＣＶＤ法により形成する。この
成膜条件は、例えば、シラン（ＳｉＨ４）流量１
０SCCM，圧力８０Ｔｏｒｒ，基板温度４７５℃の条件で
２０秒間の核成長を行った後、ＷＦ6流量６０SCCM，Ｈ2
流量３６０SCCMの条件でＷを堆積させた。
Ｗ膜１５をブランケットＣＶＤ法により形成する。この
成膜条件は、例えば、シラン（ＳｉＨ４）流量１
０SCCM，圧力８０Ｔｏｒｒ，基板温度４７５℃の条件で
２０秒間の核成長を行った後、ＷＦ6流量６０SCCM，Ｈ2
流量３６０SCCMの条件でＷを堆積させた。
【００２６】次に、半導体基板（ウエハ）１１を有磁場
マイクロ波プラズマエッチング装置のウエハ載置電極上
にセットし、エッチバックを２段階に分けて以下の条件
で行なう。
マイクロ波プラズマエッチング装置のウエハ載置電極上
にセットし、エッチバックを２段階に分けて以下の条件
で行なう。
【００２７】＜第１のエッチバック条件＞ ○ガス Ｓ2Ｆ2…５０SCCM Ｈ2…３０SCCM ○圧力…１．３Ｐａ ○μ波電力…８５０Ｗ ○ＲＦバイアス…１００Ｗ（２ＭＨZ） ○基板温度…１０℃ ＜第２のエッチバック条件＞ ○ガス Ｃｌ2…５０SCCM Ｏ2…１０SCCM ○圧力…１．３Ｐａ ○μ波電力…８５０Ｗ ○ＲＦバイアス…５０Ｗ（２ＭＨZ） ○基板温度…２５℃ 上記した第１のエッチバックにおいては、ブランケット
−Ｗ膜１５表面の凹部にイオン（Ｓ）が堆積しながらエ
ッチバックが進行するため、バリアメタル層１４のＴｉ
ＯＮ膜が露出する直前までのエッチバックによって、図
４に示すように表面のモフォロジーが改善される。しか
る後、第２のエッチバックにより、バリアメタル層１４
上に残っていたブランケット−Ｗ膜１５は、ＷＯＣｌX
の形でエッチバックされて図５に示す状態となる。ここ
で、下地バリアメタル層１４にＴｉＯＮ膜を含んでいる
ため、従来のバリアメタルのようにリセスを生ずること
なく、良好なエッチバックを行なうことができた。図６
は、エッチバックが終了し、タングステンプラグ１５ａ
が形成された状態を示している。
−Ｗ膜１５表面の凹部にイオン（Ｓ）が堆積しながらエ
ッチバックが進行するため、バリアメタル層１４のＴｉ
ＯＮ膜が露出する直前までのエッチバックによって、図
４に示すように表面のモフォロジーが改善される。しか
る後、第２のエッチバックにより、バリアメタル層１４
上に残っていたブランケット−Ｗ膜１５は、ＷＯＣｌX
の形でエッチバックされて図５に示す状態となる。ここ
で、下地バリアメタル層１４にＴｉＯＮ膜を含んでいる
ため、従来のバリアメタルのようにリセスを生ずること
なく、良好なエッチバックを行なうことができた。図６
は、エッチバックが終了し、タングステンプラグ１５ａ
が形成された状態を示している。
【００２８】（実施例２）本実施例は、上記実施例と同
様に図１〜図６を用いて説明することができる。
様に図１〜図６を用いて説明することができる。
【００２９】先ず、図１に示すように、接続孔１３を開
設した後、Ｔｉ膜／ＴｉＯＮ膜で構成されるバリアメタ
ル層１４を形成する（図２）。密着層としての機能を有
するバリアメタル層を構成するＴｉ膜，ＴｉＯＮ膜は、
ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて以下に示する条件
で形成する。
設した後、Ｔｉ膜／ＴｉＯＮ膜で構成されるバリアメタ
ル層１４を形成する（図２）。密着層としての機能を有
するバリアメタル層を構成するＴｉ膜，ＴｉＯＮ膜は、
ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて以下に示する条件
で形成する。
【００３０】＜Ｔｉ膜の成膜条件＞ ○ガス Ａｒ…４０SCCM ○圧力…０．６７Ｐａ ○ＤＣ電力…４ＫＷ ○基板温度…１５０℃ ○膜厚…３０ｎｍ ＜ＴｉＯＮ膜の成膜条件＞ ○ガス Ａｒ／６０％Ｎ2／１０％Ｏ2…５０SCCM ○圧力…０．６７Ｐａ ○ＤＣ電力…８ＫＷ ○基板温度…１５０℃ ○膜厚…７０ｎｍ この成膜条件によって、ＴｉＯＮは酸素含有量が２５原
子％となった。
子％となった。
【００３１】次に、ブランケット−Ｗ膜１５を上記実施
例１と同様に形成する（図３）。
例１と同様に形成する（図３）。
【００３２】次に、半導体基板１１を有磁場マイクロ波
プラズマエッチング装置のウエハ載置電極上にセット
し、エッチバックを２段階に分けて以下の条件で行なっ
た。
プラズマエッチング装置のウエハ載置電極上にセット
し、エッチバックを２段階に分けて以下の条件で行なっ
た。
【００３３】＜第１のエッチバック条件＞ ○ガス Ｓ2Ｆ2…５０SCCM Ｈ2…３０SCCM ○圧力…１．３Ｐａ ○μ波電力…８５０Ｗ ○ＲＦバイアス…１００Ｗ（２ＭＨZ） ○基板温度…１０℃ ＜第２のエッチバック条件＞ ○ガス Ｃｌ2…５０SCCM Ｏ2…１０SCCM ○圧力…１．３Ｐａ ○μ波電力…８５０Ｗ ○ＲＦバイアス…２０Ｗ（２ＭＨZ） ○基板温度…２５℃ 本実施例においても、第１のエッチバックによって図４
に示すように、表面のモフォロジーが改善される。
に示すように、表面のモフォロジーが改善される。
【００３４】また、本実施例は実施例１よりも酸素含有
率の高いＴｉＯＮ膜を用いているため、低バイアス化し
たエッチバック条件下でも、バリアメタル層１５にリセ
スを生じることなく良好なエッチバックを行なうことが
できる。
率の高いＴｉＯＮ膜を用いているため、低バイアス化し
たエッチバック条件下でも、バリアメタル層１５にリセ
スを生じることなく良好なエッチバックを行なうことが
できる。
【００３５】以上、実施例について説明したが、本発明
は構成の要旨に付随する各種の設計変更が可能である。
は構成の要旨に付随する各種の設計変更が可能である。
【００３６】例えば、上記実施例においては、ＴｉＯＮ
中の酸素含有量を１２原子％と２５原子％の例で説明し
たが、１２〜２５原子％の範囲であれば、バリア性も高
く、オーミックコンタクトをとることができ、リセス化
を防止する作用が高い。
中の酸素含有量を１２原子％と２５原子％の例で説明し
たが、１２〜２５原子％の範囲であれば、バリア性も高
く、オーミックコンタクトをとることができ、リセス化
を防止する作用が高い。
【００３７】また、上記実施例においては、バリアメタ
ル層をＴｉ膜／ＴｉＯＮ膜の積層構造としたが、これに
限定されるものではない。
ル層をＴｉ膜／ＴｉＯＮ膜の積層構造としたが、これに
限定されるものではない。
【００３８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ブランケット−Ｗ膜のエッチバック時のバリ
アメタル層のリセス化を防止でき、良好な構造のコンタ
クトプラグを形成できる効果がある。
によれば、ブランケット−Ｗ膜のエッチバック時のバリ
アメタル層のリセス化を防止でき、良好な構造のコンタ
クトプラグを形成できる効果がある。
【図１】本発明の実施例の工程を示す断面図。
【図２】本発明の実施例の工程を示す断面図。
【図３】本発明の実施例の工程を示す断面図。
【図４】本発明の実施例の工程を示す断面図。
【図５】本発明の実施例の工程を示す断面図。
【図６】本発明の実施例の工程を示す断面図。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は従来例の断面図。
【図８】酸素ガス流量と生成ＴｉＯＮの抵抗との関係を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図９】酸素ガス流量とＴｉＯＮ中の各元素の比率との
関係を示すグラフ。
関係を示すグラフ。
【図１０】ＴｉＯＮの酸素含有量とリーク電流との関係
を示すグラフ。
を示すグラフ。
１１…半導体基板 １３…接続孔 １４…バリアメタル層 １５…ブランケット−Ｗ膜 １５ａ…タングステンプラグ
Claims (4)
- 【請求項１】 コンタクトホール内壁に沿って形成され
たチタンオキシナイトライド（ＴｉＯＮ）を含むバリア
メタル層と、前記コンタクトホール内に充填されたブラ
ンケット−タングステン（Ｗ）膜とから成るコンタクト
プラグにおいて、 前記チタンオキシナイトライド中の酸素（Ｏ）含有を１
２〜２５原子％としたことを特徴とするコンタクトプラ
グ。 - 【請求項２】 前記バリアメタル層は、チタン（Ｔｉ）
層とチタンオキシナイトライド（ＴｉＯＮ）層とを含む
積層構造である請求項１記載に係るコンタクトプラグ。 - 【請求項３】 コンタクトホール内に酸素（Ｏ）含有率
１２〜２５原子％のチタンオキシナイトライド（ＴｉＯ
Ｎ）膜を含むバリアメタル層を形成する工程と、 前記バリアメタル層上にブランケット−タングステン
（Ｗ）膜を堆積させて前記コンタクトホールを埋め込む
工程と、 イオウ（Ｓ）及びフッ素（Ｆ）を成分とするガスを含む
ガス系を用いて前記ブランケット−タングステン（Ｗ）
膜を途中までエッチバックする第１のエッチバック工程
と、 前工程で残ったブランケットタングステンとバリアメタ
ル層を塩素（Ｃｌ）系と酸素（Ｏ）系ガスによりエッチ
バックする第２のエッチバック工程とを備えたことを特
徴とするコンタクトプラグの形成方法。 - 【請求項４】 前記第２のエッチバック工程でのＲＦバ
イアスは、前記第１エッチバック工程でのＲＦバイアス
より小さい請求項３記載に係るコンタクトプラグ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15100492A JPH05343537A (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | コンタクトプラグ及びその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15100492A JPH05343537A (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | コンタクトプラグ及びその形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343537A true JPH05343537A (ja) | 1993-12-24 |
Family
ID=15509189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15100492A Pending JPH05343537A (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | コンタクトプラグ及びその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05343537A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6479394B1 (en) * | 2000-05-03 | 2002-11-12 | Maxim Integrated Products, Inc. | Method of low-selective etching of dissimilar materials having interfaces at non-perpendicular angles to the etch propagation direction |
| JP2018080349A (ja) * | 2016-11-14 | 2018-05-24 | 東京エレクトロン株式会社 | ＴｉＮ系膜およびその形成方法 |
-
1992
- 1992-06-11 JP JP15100492A patent/JPH05343537A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6479394B1 (en) * | 2000-05-03 | 2002-11-12 | Maxim Integrated Products, Inc. | Method of low-selective etching of dissimilar materials having interfaces at non-perpendicular angles to the etch propagation direction |
| JP2018080349A (ja) * | 2016-11-14 | 2018-05-24 | 東京エレクトロン株式会社 | ＴｉＮ系膜およびその形成方法 |
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