JPH0697111A - バリアメタルの形成方法 - Google Patents
バリアメタルの形成方法Info
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- JPH0697111A JPH0697111A JP4269683A JP26968392A JPH0697111A JP H0697111 A JPH0697111 A JP H0697111A JP 4269683 A JP4269683 A JP 4269683A JP 26968392 A JP26968392 A JP 26968392A JP H0697111 A JPH0697111 A JP H0697111A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、窒化チタン膜よりなるバリアメタ
ルの形成方法において、自然酸化膜の影響を除去して窒
化処理とシリサイド化処理を行って、リーク電流がなく
バリア性に優れたバリアメタルを形成する。 【構成】 水素または例えば三フッ化窒素または塩素等
のハロゲン系気体と窒素を含む気体との混合気体のプラ
ズマ照射で、高融点金属膜（例えばチタン膜１５）表面
の自然酸化膜１６を除去し、かつチタン膜１５の表面を
窒化する方法である。または水素またはハロゲン系気体
のプラズマ照射で、高融点金属膜表面の自然酸化膜を除
去した後、例えば窒素またはアンモニアによるプラズマ
照射で、高融点金属膜表面を窒化する方法である。さら
にその後、窒化アニール処理を行って高融点金属膜を窒
化しかつ高融点金属膜と接触しているシリコン基板と当
該高融点金属膜とを反応させてシリサイド膜を生成する
方法である。
ルの形成方法において、自然酸化膜の影響を除去して窒
化処理とシリサイド化処理を行って、リーク電流がなく
バリア性に優れたバリアメタルを形成する。 【構成】 水素または例えば三フッ化窒素または塩素等
のハロゲン系気体と窒素を含む気体との混合気体のプラ
ズマ照射で、高融点金属膜（例えばチタン膜１５）表面
の自然酸化膜１６を除去し、かつチタン膜１５の表面を
窒化する方法である。または水素またはハロゲン系気体
のプラズマ照射で、高融点金属膜表面の自然酸化膜を除
去した後、例えば窒素またはアンモニアによるプラズマ
照射で、高融点金属膜表面を窒化する方法である。さら
にその後、窒化アニール処理を行って高融点金属膜を窒
化しかつ高融点金属膜と接触しているシリコン基板と当
該高融点金属膜とを反応させてシリサイド膜を生成する
方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バリアメタルの形成方
法に関するものである。
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】コンタクトホールの埋め込み技術として
は、高温におけるアルミニウムの表面流動性を利用した
高温アルミニウムスパッタ法がある。あるいはスパッタ
法よりもステップカバリッジ性が優れている方法とし
て、アルミニウムよりも耐熱性を有するブランケットタ
ングステンを成膜する化学的気相成長法が提案されてい
る。両方法とも半導体製造プロセスにおいて広く採用さ
れている。
は、高温におけるアルミニウムの表面流動性を利用した
高温アルミニウムスパッタ法がある。あるいはスパッタ
法よりもステップカバリッジ性が優れている方法とし
て、アルミニウムよりも耐熱性を有するブランケットタ
ングステンを成膜する化学的気相成長法が提案されてい
る。両方法とも半導体製造プロセスにおいて広く採用さ
れている。
【０００３】アルミニウムやタングステンよりなる埋込
みプラグを形成するには、例えばチタン（Ｔｉ）層，窒
化チタン（ＴｉＮ）層，アルミニウム層を順に積層す
る、またはチタン（Ｔｉ）層，窒化チタン（ＴｉＮ）
層，タングステン（Ｗ）層を順に積層する。このよう
に、オーミックコンタクトを形成するためにチタン層が
必要になり、またアルミニウム配線を形成した際のアル
ミニウムの突き抜けやタングステン成膜時の浸食を防ぐ
ために、バリアメタルとして窒化チタン層を形成する必
要がある。チタン層と窒化チタン層とを成膜するには、
例えば、反応性スパッタ法または化学的気相成長法等を
用いて行う。
みプラグを形成するには、例えばチタン（Ｔｉ）層，窒
化チタン（ＴｉＮ）層，アルミニウム層を順に積層す
る、またはチタン（Ｔｉ）層，窒化チタン（ＴｉＮ）
層，タングステン（Ｗ）層を順に積層する。このよう
に、オーミックコンタクトを形成するためにチタン層が
必要になり、またアルミニウム配線を形成した際のアル
ミニウムの突き抜けやタングステン成膜時の浸食を防ぐ
ために、バリアメタルとして窒化チタン層を形成する必
要がある。チタン層と窒化チタン層とを成膜するには、
例えば、反応性スパッタ法または化学的気相成長法等を
用いて行う。
【０００４】ところが上記方法のうち、例えばスパッタ
法ではカバリッジが良くない欠点があり、化学的気相成
長法では、均一性が十分に得られない，成長速度が遅い
あるいは不純物の含有量が所定量より多くなる等の欠点
を持っている。
法ではカバリッジが良くない欠点があり、化学的気相成
長法では、均一性が十分に得られない，成長速度が遅い
あるいは不純物の含有量が所定量より多くなる等の欠点
を持っている。
【０００５】そこでスパッタ法によって成膜したチタン
膜を窒化アニール処理することによって、チタン膜表面
に窒化チタン層を形成する方法が提案されている。この
方法では、チタン膜の表面側に窒化チタン層が形成さ
れ、チタン膜の下地拡散層側では当該下地拡散層のシリ
コンとシリサイド反応を起こしてチタンシリサイド（Ｔ
ｉＳｉ2 ）層を生成する。このため、ステップカバリッ
ジが良くないスパッタ法によって、チタン膜と窒化チタ
ン膜とを形成するよりは窒化チタン膜のステップカバリ
ッジ性が良くなる。
膜を窒化アニール処理することによって、チタン膜表面
に窒化チタン層を形成する方法が提案されている。この
方法では、チタン膜の表面側に窒化チタン層が形成さ
れ、チタン膜の下地拡散層側では当該下地拡散層のシリ
コンとシリサイド反応を起こしてチタンシリサイド（Ｔ
ｉＳｉ2 ）層を生成する。このため、ステップカバリッ
ジが良くないスパッタ法によって、チタン膜と窒化チタ
ン膜とを形成するよりは窒化チタン膜のステップカバリ
ッジ性が良くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化ア
ニール処理による窒化チタン膜とチタンシリサイド膜と
を形成する方法では、窒化チタン膜を厚く形成し、チタ
ンシリサイド膜を薄く形成する必要があるが、膜厚の制
御性が難しい。逆に窒化チタン膜を薄く形成し、チタン
シリサイド膜を厚く形成した場合には、窒化チタン膜の
バリア性が低下し、チタンシリサイド膜が下地拡散層を
突き抜けて、リーク電流を発生する。さらに窒化アニー
ル処理する際に、チタン膜の表面に自然酸化膜等の酸化
膜が形成されている場合には、チタン膜の表面より窒化
が進行しない。このため、窒化膜を厚く形成し、チタン
シリサイド膜を薄く形成することができない。
ニール処理による窒化チタン膜とチタンシリサイド膜と
を形成する方法では、窒化チタン膜を厚く形成し、チタ
ンシリサイド膜を薄く形成する必要があるが、膜厚の制
御性が難しい。逆に窒化チタン膜を薄く形成し、チタン
シリサイド膜を厚く形成した場合には、窒化チタン膜の
バリア性が低下し、チタンシリサイド膜が下地拡散層を
突き抜けて、リーク電流を発生する。さらに窒化アニー
ル処理する際に、チタン膜の表面に自然酸化膜等の酸化
膜が形成されている場合には、チタン膜の表面より窒化
が進行しない。このため、窒化膜を厚く形成し、チタン
シリサイド膜を薄く形成することができない。
【０００７】本発明は、リーク電流を発生することなく
バリア性に優れたバリアメタルの形成方法を提供するこ
とを目的とする。
バリア性に優れたバリアメタルの形成方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたバリアメタルの形成方法である。
すなわち、第１の方法としては、少なくとも窒素を含む
水素気体または少なくとも窒素を含むハロゲン系気体の
プラズマ照射によって、高融点金属膜表面の自然酸化膜
を除去するとともに当該高融点金属膜表面を窒化する方
法である。第２の方法としては、水素またはハロゲン系
気体のプラズマ照射によって、高融点金属膜表面の自然
酸化膜を除去した後、少なくとも窒素を含む気体のプラ
ズマ照射によって、当該高融点金属膜表面を窒化する方
法である。第３の方法としては、上記形成方法におい
て、高融点金属膜表面を窒化した後、窒化アニール処理
を行って当該高融点金属膜を窒化するとともに、当該高
融点金属膜とそれに接触しているシリコン基板とをシリ
サイド化反応させてシリサイド膜を生成する方法であ
る。
成するためになされたバリアメタルの形成方法である。
すなわち、第１の方法としては、少なくとも窒素を含む
水素気体または少なくとも窒素を含むハロゲン系気体の
プラズマ照射によって、高融点金属膜表面の自然酸化膜
を除去するとともに当該高融点金属膜表面を窒化する方
法である。第２の方法としては、水素またはハロゲン系
気体のプラズマ照射によって、高融点金属膜表面の自然
酸化膜を除去した後、少なくとも窒素を含む気体のプラ
ズマ照射によって、当該高融点金属膜表面を窒化する方
法である。第３の方法としては、上記形成方法におい
て、高融点金属膜表面を窒化した後、窒化アニール処理
を行って当該高融点金属膜を窒化するとともに、当該高
融点金属膜とそれに接触しているシリコン基板とをシリ
サイド化反応させてシリサイド膜を生成する方法であ
る。
【０００９】
【作用】上記第１，第２の方法では、水素またはハロゲ
ン系気体のプラグ照射によって、自然酸化膜を除去しな
がら、または除去してから、窒化処理を行うので、窒化
チタン膜を形成する際の自然酸化膜の影響が排除され
る。また第３の方法では、高融点金属膜表面を窒化した
後、窒化アニール処理によって、高融点金属膜を窒化す
るとともにシリサイド化したので、自然酸化膜に影響さ
れることがない。この結果、窒化チタン膜を厚く形成
し、チタンシリサイド膜を薄く生成することが可能にな
る。
ン系気体のプラグ照射によって、自然酸化膜を除去しな
がら、または除去してから、窒化処理を行うので、窒化
チタン膜を形成する際の自然酸化膜の影響が排除され
る。また第３の方法では、高融点金属膜表面を窒化した
後、窒化アニール処理によって、高融点金属膜を窒化す
るとともにシリサイド化したので、自然酸化膜に影響さ
れることがない。この結果、窒化チタン膜を厚く形成
し、チタンシリサイド膜を薄く生成することが可能にな
る。
【００１０】
【実施例】本発明の第１の実施例を図１の形成工程図に
より説明する。図１の（１）に示すように、シリコン基
板１１の上層には拡散層１２が形成されている。またシ
リコン基板１１の上面には層間絶縁膜１３が成膜されて
いて、上記拡散層１２上の当該層間絶縁膜１３にはコン
タクトホール１４が設けられている。
より説明する。図１の（１）に示すように、シリコン基
板１１の上層には拡散層１２が形成されている。またシ
リコン基板１１の上面には層間絶縁膜１３が成膜されて
いて、上記拡散層１２上の当該層間絶縁膜１３にはコン
タクトホール１４が設けられている。
【００１１】まず第１の工程では、通常のスパッタ法ま
たはＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマＣＶＤ
（化学的気相成長）法等によって、上記コンタクトホー
ル１４の内壁と上記層間絶縁膜１３上とに、高融点金属
膜としてチタン（Ｔｉ）膜１５を成膜する。このチタン
膜１５は、例えば１０ｎｍ〜４０ｎｍの膜厚に形成され
る。なお、コンタクトホールのアスペクト比が大きい場
合には、化学的気相成長法によって成膜したほうがコン
タクトホール底部の被膜性は高まる。
たはＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマＣＶＤ
（化学的気相成長）法等によって、上記コンタクトホー
ル１４の内壁と上記層間絶縁膜１３上とに、高融点金属
膜としてチタン（Ｔｉ）膜１５を成膜する。このチタン
膜１５は、例えば１０ｎｍ〜４０ｎｍの膜厚に形成され
る。なお、コンタクトホールのアスペクト比が大きい場
合には、化学的気相成長法によって成膜したほうがコン
タクトホール底部の被膜性は高まる。
【００１２】上記スパッタ法の条件としては、例えばス
パッタガスに流量が４０ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）を
用い、スパッタ雰囲気の圧力を０．４Ｐａ、スパッタ温
度を２００℃、バイアスＲＦ電力を−４０Ｗに設定す
る。一方、化学的気相成長法の場合には、例えば反応ガ
スに流量が１５ｓｃｃｍの四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）
と流量が１５ｓｃｃｍの水素（Ｈ2 ）と流量が５０ｓｃ
ｃｍのアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、成膜温度
を４２０℃、マイクロ波パワーを２．８ｋＷに設定す
る。成膜されたチタン膜１５は、酸化し易いので、チタ
ン膜１５を成膜した後大気にさらすと、チタン膜１５の
表面には自然酸化膜（ＴｉＯX ）１６が形成される。
パッタガスに流量が４０ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）を
用い、スパッタ雰囲気の圧力を０．４Ｐａ、スパッタ温
度を２００℃、バイアスＲＦ電力を−４０Ｗに設定す
る。一方、化学的気相成長法の場合には、例えば反応ガ
スに流量が１５ｓｃｃｍの四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）
と流量が１５ｓｃｃｍの水素（Ｈ2 ）と流量が５０ｓｃ
ｃｍのアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、成膜温度
を４２０℃、マイクロ波パワーを２．８ｋＷに設定す
る。成膜されたチタン膜１５は、酸化し易いので、チタ
ン膜１５を成膜した後大気にさらすと、チタン膜１５の
表面には自然酸化膜（ＴｉＯX ）１６が形成される。
【００１３】次いで図１の（２），（３）に示すよう
に、第２の工程を行う。この工程では、少なくとも窒素
を含むハロゲン系気体として、三フッ化窒素（ＮＦ3 ）
と窒素（Ｎ2 ）との混合気体を用いたプラズマ照射によ
って、チタン膜１５の表面に形成された自然酸化膜１６
を除去するとともに、自然酸化膜１６が除去された部分
に窒素を吸着させて当該チタン膜１５の表面を窒化し、
窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を形成する。
に、第２の工程を行う。この工程では、少なくとも窒素
を含むハロゲン系気体として、三フッ化窒素（ＮＦ3 ）
と窒素（Ｎ2 ）との混合気体を用いたプラズマ照射によ
って、チタン膜１５の表面に形成された自然酸化膜１６
を除去するとともに、自然酸化膜１６が除去された部分
に窒素を吸着させて当該チタン膜１５の表面を窒化し、
窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を形成する。
【００１４】すなわち、図の（２）に示すように、混合
ガスをプラズマ化して生成したフッ素ラジカルと自然酸
化膜（ＴｉＯX ）１６（２点鎖線で示す部分）とが反応
して、四フッ化チタン（ＴｉＦ4 ）と酸素（Ｏ2 ）とを
生成する。これによって、自然酸化膜１６はチタン膜１
５の表面より除去されて、当該チタン膜１５の表面は清
浄になる。それとともに図の（３）に示すように、清浄
になったチタン膜１５の表面に反応ガス中の窒素（Ｎ）
が吸着して窒化反応を起こし、窒化チタン（ＴｉＮ）膜
１７を形成する。
ガスをプラズマ化して生成したフッ素ラジカルと自然酸
化膜（ＴｉＯX ）１６（２点鎖線で示す部分）とが反応
して、四フッ化チタン（ＴｉＦ4 ）と酸素（Ｏ2 ）とを
生成する。これによって、自然酸化膜１６はチタン膜１
５の表面より除去されて、当該チタン膜１５の表面は清
浄になる。それとともに図の（３）に示すように、清浄
になったチタン膜１５の表面に反応ガス中の窒素（Ｎ）
が吸着して窒化反応を起こし、窒化チタン（ＴｉＮ）膜
１７を形成する。
【００１５】上記プラズマ処理条件は、例えば反応ガス
に流量が５ｓｃｃｍの三フッ化窒素（ＮＦ3 ）と流量が
５０ｓｃｃｍの窒素（Ｎ2 ）と流量が０〜５ｓｃｃｍの
アルゴン（Ａｒ）とよりなる混合ガスを用い、処理雰囲
気の圧力を６．７Ｐａ、ＲＦパワーを９０Ｗに設定す
る。なお混合ガスにはアルゴンを含まなくてもよい。ま
た上記プラズマ処理では、プラズマ照射によって、ウエ
ハ表面の温度は上昇するが、その温度は４００℃以下で
ある。よって、チタン膜１５と拡散層１２とが反応して
シリサイドを生成することはない。
に流量が５ｓｃｃｍの三フッ化窒素（ＮＦ3 ）と流量が
５０ｓｃｃｍの窒素（Ｎ2 ）と流量が０〜５ｓｃｃｍの
アルゴン（Ａｒ）とよりなる混合ガスを用い、処理雰囲
気の圧力を６．７Ｐａ、ＲＦパワーを９０Ｗに設定す
る。なお混合ガスにはアルゴンを含まなくてもよい。ま
た上記プラズマ処理では、プラズマ照射によって、ウエ
ハ表面の温度は上昇するが、その温度は４００℃以下で
ある。よって、チタン膜１５と拡散層１２とが反応して
シリサイドを生成することはない。
【００１６】上記第１の実施例では、三フッ化窒素のプ
ラズマ照射によって、自然酸化膜１６を除去しながら、
窒化処理を行うので、窒化チタン膜１７を形成する際に
自然酸化膜１６の影響を受けない。
ラズマ照射によって、自然酸化膜１６を除去しながら、
窒化処理を行うので、窒化チタン膜１７を形成する際に
自然酸化膜１６の影響を受けない。
【００１７】続いて図２に示すように、窒化アニール処
理を行う。この工程では、窒化アニール処理を行って当
該チタン膜（１５）を窒化して窒化チタン膜１８化する
とともに、当該チタン膜（１５）とそれに接触している
シリコン基板１１の拡散層１２の表層とがシリサイド化
反応してチタンシリサイド膜１９を形成する。
理を行う。この工程では、窒化アニール処理を行って当
該チタン膜（１５）を窒化して窒化チタン膜１８化する
とともに、当該チタン膜（１５）とそれに接触している
シリコン基板１１の拡散層１２の表層とがシリサイド化
反応してチタンシリサイド膜１９を形成する。
【００１８】このときの窒化アニール処理条件として
は、例えば、アニール処理雰囲気をアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）ガス中または窒素（Ｎ2 ）ガス中とし、アニール
処理温度を８００℃、アニール処理時間を３０秒間に設
定する。
は、例えば、アニール処理雰囲気をアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）ガス中または窒素（Ｎ2 ）ガス中とし、アニール
処理温度を８００℃、アニール処理時間を３０秒間に設
定する。
【００１９】このアニール処理では、チタン膜１５の表
面に窒化チタン膜１７が形成されているために、当該ア
ニール処理前にアンモニアまたは窒素の拡散を抑制する
自然酸化膜１６は生成されない。したがって、アンモニ
アまたは窒素がチタン膜１５の内部深くに拡散してい
き、厚い窒化チタン膜１８が形成される。この窒化チタ
ン膜１８がバリアメタル層になる。このとき、下地の拡
散層１２とチタン膜１５とがシリサイド化反応を起こし
て、チタンシリサイド膜１９を生成する。このチタンシ
リサイド膜１９によってオーミックコンタクトがとれ
る。通常チタン膜１５中を進む窒素の拡散速度は、シリ
コンの拡散速度よりも速いために、窒化チタン膜１８は
チタンシリサイド膜１９よりも厚く形成されることにな
る。またチタン膜１５の表面に残留しているフッ素
（Ｆ）は気化するので除去される。
面に窒化チタン膜１７が形成されているために、当該ア
ニール処理前にアンモニアまたは窒素の拡散を抑制する
自然酸化膜１６は生成されない。したがって、アンモニ
アまたは窒素がチタン膜１５の内部深くに拡散してい
き、厚い窒化チタン膜１８が形成される。この窒化チタ
ン膜１８がバリアメタル層になる。このとき、下地の拡
散層１２とチタン膜１５とがシリサイド化反応を起こし
て、チタンシリサイド膜１９を生成する。このチタンシ
リサイド膜１９によってオーミックコンタクトがとれ
る。通常チタン膜１５中を進む窒素の拡散速度は、シリ
コンの拡散速度よりも速いために、窒化チタン膜１８は
チタンシリサイド膜１９よりも厚く形成されることにな
る。またチタン膜１５の表面に残留しているフッ素
（Ｆ）は気化するので除去される。
【００２０】上記第１の実施例では、三フッ化窒素（Ｎ
Ｆ3 ）と窒素（Ｎ2 ）との混合ガスを用いたプラズマ処
理を行ったが、三フッ化窒素（ＮＦ3 ）のかわりに塩素
（Ｃｌ2 ）を用いることも可能である。この場合には、
図３の（１）に示すように、チタン膜１５の表面に形成
されている自然酸化膜１６（２点鎖線で示す部分）は混
合ガスをプラズマ化して生成した塩素ラジカルと反応し
て、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）と酸素（Ｏ2 ）とにな
る。このようにして、自然酸化膜１６はチタン膜１５の
表面より除去され、当該チタン膜１５の表面は清浄な状
態になる。そして図３の（２）に示すように、清浄にな
ったチタン膜１５の表面に反応ガス中の窒素（Ｎ）が吸
着して窒化反応を起こし、窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７
を形成する。
Ｆ3 ）と窒素（Ｎ2 ）との混合ガスを用いたプラズマ処
理を行ったが、三フッ化窒素（ＮＦ3 ）のかわりに塩素
（Ｃｌ2 ）を用いることも可能である。この場合には、
図３の（１）に示すように、チタン膜１５の表面に形成
されている自然酸化膜１６（２点鎖線で示す部分）は混
合ガスをプラズマ化して生成した塩素ラジカルと反応し
て、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）と酸素（Ｏ2 ）とにな
る。このようにして、自然酸化膜１６はチタン膜１５の
表面より除去され、当該チタン膜１５の表面は清浄な状
態になる。そして図３の（２）に示すように、清浄にな
ったチタン膜１５の表面に反応ガス中の窒素（Ｎ）が吸
着して窒化反応を起こし、窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７
を形成する。
【００２１】上記プラズマ処理条件は、例えば反応ガス
に流量が５ｓｃｃｍの塩素（Ｃｌ2）と流量が５０ｓｃ
ｃｍの窒素（Ｎ2 ）と流量が０〜５ｓｃｃｍのアルゴン
（Ａｒ）とよりなる混合ガスを用い、処理雰囲気の圧力
を６．７Ｐａ、ＲＦパワーを９０Ｗに設定する。なお混
合ガスにはアルゴンを含まなくてもよい。
に流量が５ｓｃｃｍの塩素（Ｃｌ2）と流量が５０ｓｃ
ｃｍの窒素（Ｎ2 ）と流量が０〜５ｓｃｃｍのアルゴン
（Ａｒ）とよりなる混合ガスを用い、処理雰囲気の圧力
を６．７Ｐａ、ＲＦパワーを９０Ｗに設定する。なお混
合ガスにはアルゴンを含まなくてもよい。
【００２２】次に第２の実施例を図４の形成工程図によ
り説明する。図では、前記第１の実施例と同様の構成部
品には同一符号を付す。図４の（１）に示すように、シ
リコン基板１１の上層には拡散層１２が形成されてい
る。またシリコン基板１１の上面には層間絶縁膜１３が
成膜されていて、上記拡散層１２上の当該層間絶縁膜１
３にはコンタクトホール１４が設けられている。
り説明する。図では、前記第１の実施例と同様の構成部
品には同一符号を付す。図４の（１）に示すように、シ
リコン基板１１の上層には拡散層１２が形成されてい
る。またシリコン基板１１の上面には層間絶縁膜１３が
成膜されていて、上記拡散層１２上の当該層間絶縁膜１
３にはコンタクトホール１４が設けられている。
【００２３】まず第１の工程では、前記図１で説明した
と同様にして、上記コンタクトホール１４の内壁と上記
層間絶縁膜１３上とに、高融点金属膜としてチタン（Ｔ
ｉ）膜１５を成膜する。このチタン膜は、例えば１０ｎ
ｍ〜４０ｎｍの膜厚に形成される。このチタン膜は非常
に酸化されやすいので、大気中にさらすことにより、チ
タン膜１５の表面には自然酸化膜（ＴｉＯX ）１６が生
成される。
と同様にして、上記コンタクトホール１４の内壁と上記
層間絶縁膜１３上とに、高融点金属膜としてチタン（Ｔ
ｉ）膜１５を成膜する。このチタン膜は、例えば１０ｎ
ｍ〜４０ｎｍの膜厚に形成される。このチタン膜は非常
に酸化されやすいので、大気中にさらすことにより、チ
タン膜１５の表面には自然酸化膜（ＴｉＯX ）１６が生
成される。
【００２４】次いで図４の（２）に示すように、第２の
工程を行う。この工程では、水素プラズマを照射するこ
とによって、チタン膜１５の表面に形成された自然酸化
膜１６（２点鎖線で示す部分）を除去して、チタン膜１
５の表面を清浄にする。すなわち、チタン（Ｔｉ）膜１
５の表面に、プラズマ化して生成した水素プラズマと自
然酸化膜（ＴｉＯX ）１６とが反応して、チタン（Ｔ
ｉ）と水（Ｈ2 Ｏ）とを生成することにより、自然酸化
膜１６はチタン膜１５の表面より除去される。生成した
チタンはチタン膜１５の表面に残り、水は気化して除去
される。
工程を行う。この工程では、水素プラズマを照射するこ
とによって、チタン膜１５の表面に形成された自然酸化
膜１６（２点鎖線で示す部分）を除去して、チタン膜１
５の表面を清浄にする。すなわち、チタン（Ｔｉ）膜１
５の表面に、プラズマ化して生成した水素プラズマと自
然酸化膜（ＴｉＯX ）１６とが反応して、チタン（Ｔ
ｉ）と水（Ｈ2 Ｏ）とを生成することにより、自然酸化
膜１６はチタン膜１５の表面より除去される。生成した
チタンはチタン膜１５の表面に残り、水は気化して除去
される。
【００２５】上記プラズマ処理条件は、例えば反応ガス
に流量が３０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍの水素（Ｈ2 ）と
流量が０〜５ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）とよりなる混
合ガスを用い、処理雰囲気の圧力を６．７Ｐａ、ＲＦパ
ワーを３０Ｗ〜９０Ｗに設定する。なおアルゴンを混合
しないで、水素ガス単体でもよい。また上記プラズマ処
理では、プラズマ照射によって、ウエハ表面の温度は上
昇するが、その温度は４００℃以下になっている。この
ため、チタン膜１５と拡散層１２とが反応してシリサイ
ドを生成することはない。
に流量が３０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍの水素（Ｈ2 ）と
流量が０〜５ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）とよりなる混
合ガスを用い、処理雰囲気の圧力を６．７Ｐａ、ＲＦパ
ワーを３０Ｗ〜９０Ｗに設定する。なおアルゴンを混合
しないで、水素ガス単体でもよい。また上記プラズマ処
理では、プラズマ照射によって、ウエハ表面の温度は上
昇するが、その温度は４００℃以下になっている。この
ため、チタン膜１５と拡散層１２とが反応してシリサイ
ドを生成することはない。
【００２６】続いて図４の（３）に示すように、第３の
工程を行う。この工程では、窒素（Ｎ2 ）のプラズマ照
射によって、またはアンモニア（ＮＨ3 ）のプラズマ照
射によって、自然酸化膜１６が除去されて清浄になった
部分に窒素を吸着させて当該チタン膜１５の表面を窒化
し、窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を形成する。
工程を行う。この工程では、窒素（Ｎ2 ）のプラズマ照
射によって、またはアンモニア（ＮＨ3 ）のプラズマ照
射によって、自然酸化膜１６が除去されて清浄になった
部分に窒素を吸着させて当該チタン膜１５の表面を窒化
し、窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を形成する。
【００２７】上記プラズマ処理条件は、例えば反応ガス
に流量が１０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍの窒素（Ｎ2 ）ま
たはアンモニア（ＮＨ3 ）と流量が０〜５ｓｃｃｍのア
ルゴン（Ａｒ）とよりなる混合ガスを用い、処理雰囲気
の圧力を６．７Ｐａ、ＲＦパワーを０〜９０Ｗに設定す
る。なおアルゴンを混合しないで、窒素ガス単体または
アンモニアガス単体でもよい。また上記プラズマ処理で
は、プラズマ照射によって、ウエハ表面の温度は上昇す
るが、その温度は４００℃以下になっている。このた
め、チタン膜１５と拡散層１２とが反応してシリサイド
を生成することはない。
に流量が１０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍの窒素（Ｎ2 ）ま
たはアンモニア（ＮＨ3 ）と流量が０〜５ｓｃｃｍのア
ルゴン（Ａｒ）とよりなる混合ガスを用い、処理雰囲気
の圧力を６．７Ｐａ、ＲＦパワーを０〜９０Ｗに設定す
る。なおアルゴンを混合しないで、窒素ガス単体または
アンモニアガス単体でもよい。また上記プラズマ処理で
は、プラズマ照射によって、ウエハ表面の温度は上昇す
るが、その温度は４００℃以下になっている。このた
め、チタン膜１５と拡散層１２とが反応してシリサイド
を生成することはない。
【００２８】上記第１の実施例では、水素のプラズマ照
射によって、自然酸化膜１６を除去してから、窒素ガス
またはアンモニアガスによって窒化処理を行うので、窒
化チタン膜１７を形成する際に自然酸化膜１６の影響を
受けない。
射によって、自然酸化膜１６を除去してから、窒素ガス
またはアンモニアガスによって窒化処理を行うので、窒
化チタン膜１７を形成する際に自然酸化膜１６の影響を
受けない。
【００２９】続いて図４の（４）に示すように、前記図
２で説明したと同様にして、窒化アニール処理を行っ
て、当該チタン膜１５を窒化して、バリアメタルになる
窒化チタン膜１８化する。それとともに、当該チタン膜
１５とそれに接触しているシリコン基板１１の拡散層１
２とをシリサイド化反応させて、オーミックコンタクト
をとるためのチタンシリサイド膜１９を生成する。この
アニール処理によって、残留している水は蒸発して除去
される。
２で説明したと同様にして、窒化アニール処理を行っ
て、当該チタン膜１５を窒化して、バリアメタルになる
窒化チタン膜１８化する。それとともに、当該チタン膜
１５とそれに接触しているシリコン基板１１の拡散層１
２とをシリサイド化反応させて、オーミックコンタクト
をとるためのチタンシリサイド膜１９を生成する。この
アニール処理によって、残留している水は蒸発して除去
される。
【００３０】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
水素またはハロゲン系気体のプラズマ照射によって、自
然酸化膜を除去しながら、または除去してから、窒化処
理を行うので、自然酸化膜の影響を受けることなく窒化
チタン膜を形成することができる。また高融点金属膜表
面を窒化した後、窒化アニール処理によって、高融点金
属膜を窒化するので、自然酸化膜に影響されることなく
窒化チタン膜を厚く形成することができる。また窒素の
拡散速度のほうがシリコンの拡散速度よりも速いので、
窒化チタン膜を厚く形成し、チタンシリサイド膜を薄く
形成することが可能になる。よって、微細コンタクトホ
ールに適したバリアメタル構造を形成することができ
る。
水素またはハロゲン系気体のプラズマ照射によって、自
然酸化膜を除去しながら、または除去してから、窒化処
理を行うので、自然酸化膜の影響を受けることなく窒化
チタン膜を形成することができる。また高融点金属膜表
面を窒化した後、窒化アニール処理によって、高融点金
属膜を窒化するので、自然酸化膜に影響されることなく
窒化チタン膜を厚く形成することができる。また窒素の
拡散速度のほうがシリコンの拡散速度よりも速いので、
窒化チタン膜を厚く形成し、チタンシリサイド膜を薄く
形成することが可能になる。よって、微細コンタクトホ
ールに適したバリアメタル構造を形成することができ
る。
【図１】第１の実施例の形成工程図である。
【図２】窒化アニール処理の説明図である。
【図３】第１の実施例の別の形成工程図である。
【図４】第２の実施例の形成工程図である。
１１ シリコン基板 １５ チタン膜 １６ 自然酸化膜 １７ 窒化チタン膜 １８ 窒化チタン膜 １９ チタンシリサイド膜
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくとも窒素を含む水素気体または少
なくとも窒素を含むハロゲン系気体のプラズマ照射によ
って、高融点金属膜表面の自然酸化膜を除去するととも
に当該高融点金属膜表面を窒化することを特徴とするバ
リアメタルの形成方法。 - 【請求項２】 水素またはハロゲン系気体のプラズマ照
射によって、高融点金属膜表面の自然酸化膜を除去した
後、少なくとも窒素を含む気体のプラズマ照射によっ
て、当該高融点金属膜表面を窒化することを特徴とする
バリアメタルの形成方法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のバリアメ
タルの形成方法において、前記高融点金属膜表面を窒化
した後、窒化アニール処理を行って当該高融点金属膜を
窒化するとともに、当該高融点金属膜とそれに接触して
いるシリコン基板とをシリサイド化反応させてシリサイ
ド膜を生成することを特徴とするバリアメタルの形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4269683A JPH0697111A (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | バリアメタルの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4269683A JPH0697111A (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | バリアメタルの形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697111A true JPH0697111A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17475742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4269683A Pending JPH0697111A (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | バリアメタルの形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697111A (ja) |
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-
1992
- 1992-09-11 JP JP4269683A patent/JPH0697111A/ja active Pending
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