JPH1079431A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH1079431A
JPH1079431A JP25229996A JP25229996A JPH1079431A JP H1079431 A JPH1079431 A JP H1079431A JP 25229996 A JP25229996 A JP 25229996A JP 25229996 A JP25229996 A JP 25229996A JP H1079431 A JPH1079431 A JP H1079431A
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JP
Japan
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film
compound
forming
nitrogen
titanium
Prior art date
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JP25229996A
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English (en)
Inventor
Tomoyuki Uchiyama
朋幸 内山
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 WF6ガスによるTi浸食を抑止することによ
り、膜剥がれのない安定した製品歩留りを確保する技
術、およびアルミニウムの高温スパッタ法を適用しても
アロイスパイクが発生しない技術を提供することを目的
とする。 【解決手段】 半導体基板1の表層に形成された拡散層
2上に、W-Si-N膜8あるいはTi-Si-N 膜8を形成する第
1の工程と、前記第1の工程後、半導体基板1上に絶縁
膜9を形成する第2の工程と、W-Si-N膜8あるいは前記
Ti-Si-N 膜8上に形成された絶縁膜9にコンタクトホー
ル10を形成する第3の工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置及びその
製造方法に関し、特に、半導体装置の製造分野等におい
て適用される金属配線の接続方法及びその構造に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】LSIの微細化が進むのに伴い、絶縁膜
に設けた開口部(以下コンタクトホールという)、ある
いはビアホールのアスペクト比は増大している。ここ
で、アスペクト比とはコンタクトホールの直径に対する
高さの値で定義される。
【0003】しかも、微細化によりホール間隔も縮小化
され、配線のエッチング工程時に残渣が形成されるた
め、従来技術であるウェットエッチング技術が適用でき
なくなってきている。
【0004】このため、アスペクト比の増大は、デザイ
ンルールの縮小化に伴い加速的に進行している。以上の
ように、ホール内への配線膜の埋め込みが困難になって
くるという問題が深刻化しており、これに対しては従来
のスパッタリング法に代わってタングステン等のCVD
法(化学的気相成長法)が適用されつつある。前記CV
D法は、表面反応を利用した成膜法であるため、ホール
の側壁、底部においても膜が形成される。
【0005】しかし、CVD法によるタングステン成膜
は、通常、導電性を有する下地膜が必要とされる。しか
も、通常タングステンCVD法では原料ガスとしてWF
6などのフッ素系ガスを使用するため、下地膜として窒
化チタン膜などのバリアメタルが用いられる。
【0006】一方、窒化チタン膜を直接拡散層上に形成
すると拡散層が窒化するためコンタクト抵抗が増大す
る。そこで、通常は拡散層とバリアメタルとの間に薄い
チタン膜、あるいはチタンを含む合金や硅化チタンを設
ける手法が用いられる。前記バリアメタル及びチタン膜
は通常、スパッタ法で形成される。
【0007】図5に、従来技術を示す。図5(a)のよ
うに、従来は半導体基板41上にフィールド酸化膜4
3、ゲート酸化膜44、ゲート電極47、サイドウォー
ル酸化膜45、キャップ酸化膜46、ソース/ドレイン
領域42、層間絶縁膜49を形成し、コンタクト孔50
を形成する。
【0008】次に、図5(b)のようにTi膜53、T
iN膜51をスパッタ法にて連続形成し、その後、図5
(c)のようにWF6、SiH4等を原料ガスに用いた
CVD法にてタングステン膜52を形成していた(第1
8回1986年固体素子コンファレンス文献集 503
〜506頁)。
【0009】また、タングステン膜52の代わりの金属
配線としてアルミニウムを適用する際、アルミニウムを
450℃程度の高温中で成膜を行うという高温スパッタ
法も用いられている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】形成された窒化チタン
膜51は、コンタクトホール50の落ち込み部PRにお
いて膜厚が小さくなり、この部分から図5(c)の工程
におけるWF6ガスによるTi膜53の浸食が発生す
る。これにより、Ti膜53上層のTiN膜51が剥離
し、これが発塵源となって製造歩留りが低下する問題が
あった。
【0011】また、タングステン膜52の代わりに金属
配線をアルミニウムの高温スパッタ法で形成する際、ア
ルミニウムがバリアメタルであるTi膜53を突き抜け
てソース・ドレイン中に拡散しpn接合を破壊する、い
わゆるアロイスパイクの問題があった。
【0012】そこで、この発明は、WF6ガスによるT
i浸食を抑止することにより、膜剥がれのない安定した
製品歩留りを確保するとともに、アルミニウムの高温ス
パッタ法を適用してもアロイスパイクが発生しない半導
体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題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、半導体基板の表層に形成された拡散層上に、
チタンとシリコンと窒素とからなる第1の化合物、ある
いはタングステンとシリコンと窒素とからなる第2の化
合物を形成する第1の工程と、前記第1の工程後、前記
半導体基板上に絶縁膜を形成する第2の工程と、前記第
1の化合物、あるいは前記第2の化合物上に形成された
前記絶縁膜にコンタクトホールを形成する第3の工程と
を備えることを特徴としている。
【0014】また、本発明の他の特徴とするところは、
半導体基板上に形成されたゲート酸化膜上に形成された
ゲート電極上、及び前記半導体基板の表層に形成された
拡散層上のそれぞれに、チタンとシリコンと窒素とから
なる第1の化合物、あるいはタングステンとシリコンと
窒素とからなる第2の化合物を、前記ゲート電極上と前
記拡散層上とにそれぞれ形成された前記第1あるいは前
記第2の化合物同士が離間するように形成する第1の工
程と、前記第1の工程後、前記半導体基板上に絶縁膜を
形成する第2の工程と、前記第1の化合物、あるいは前
記第2の化合物上に形成された前記絶縁膜にコンタクト
ホールを形成する第3の工程とを備えることを特徴とし
ている。
【0015】また、本発明のその他の特徴とするところ
は、請求項1また2のいずれか1項に記載の半導体装置
の製造方法における第3の工程後に、前記半導体基板上
に窒化チタン膜を形成する第4の工程と、前記窒化チタ
ン膜上に金属膜を形成する第5の工程とを更に備えるこ
とを特徴としている。
【0016】また、本発明のその他の特徴とするところ
は、請求項3における金属膜は、チタン合金とチタン化
合物とタングステンとアルミニウムと銅のうち少なくと
も1つを含むことを特徴としている。
【0017】また、本発明のその他の特徴とするところ
は、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法に
おける第1の化合物と第2の化合物は、それぞれチタン
シリサイドターゲットと窒素、タングステンシリサイド
と窒素の、反応性スパッタリング法で形成されることを
特徴としている。
【0018】また、本発明の半導体装置は、シリコン半
導体基板の表層に形成された拡散層上に、チタンとシリ
コンと窒素を含む化合物あるいはタングステンとシリコ
ンと窒素を含む化合物の層を形成したことを特徴として
いる。
【0019】
【作用】本発明は前記技術手段よりなるので、チタンと
シリコンと窒素からなる化合物、あるいはタングステン
とシリコンと窒素からなる化合物がソース・ドレイン上
に存在するため、チタンをバリアメタルとして用いなく
ても、低コンタクト抵抗特性が得られる。また、前記化
合物は耐熱性に優れるため、層間絶縁膜の高温リフロー
処理を行ってもソース・ドレインとの反応性は小さい。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の製造
方法を、MOS電界効果型トランジスタに適用した場合
の実施の形態を、図1を用いて説明する。図1(a)に
示すように、半導体基板1上にフィールド酸化膜3、ソ
ース・ドレイン2、ゲート酸化膜4、ゲート電極である
ポリシリコン配線7、サイドウォール酸化膜5、キャッ
プ酸化膜6が形成されている。
【0021】次に、タングステンシリサイドターゲット
と窒素による反応性スパッタ法により、基板全面にタン
グステンとシリコンと窒素からなる薄膜8(以下、(W-
Si-N膜と記載) を膜厚が100nmになるように形成す
る。
【0022】次に、図1(b)に示すように微細加工技
術により、一部のW-Si-N膜8を除去し、ソース・ドレイ
ン2上にW-Si-N膜8が残存されるように加工する。この
際、素子間の電気的絶縁が損なわれない範囲で、フィー
ルド酸化膜3やサイドウォール酸化膜5、キャップ酸化
膜6上にW-Si-N膜8が存在していても良い。
【0023】続いて、図1(c)に示すように、低圧C
VD法によるシリコン酸化膜と常圧CVD法によるボロ
ンとリンを含有したシリコン酸化膜(以下BPSGと記
載)からなる層間絶縁膜9を形成した後、窒素雰囲気中
で850℃の熱処理を行い、層間絶縁膜9の表面を平坦
化する。
【0024】次に、図1(d)に示すように、微細加工
技術を用いてW-Si-N膜8上にコンタクトホール10を形
成する。
【0025】その後、図2(a)に示すように、チタン
ターゲットによる反応性スパッタ法、あるいは窒化チタ
ンターゲットによるスパッタ法により窒化チタン膜11
を全面に形成する。
【0026】次いで、図2(b)に示すように、六フッ
化タングステンとモノシランを原料ガスとしたCVD法
により全面にタングステン膜12を形成する。
【0027】次に、図3を用いて本発明の第2の実施の
形態を説明する。図3(a)に示すように、半導体基板
21上にフィールド酸化膜23、ソース・ドレイン2
2、ゲート酸化膜24、ゲート電極であるポリシリコン
配線27、サイドウォール酸化膜25を形成する。
【0028】次に、タングステンシリサイドターゲット
と窒素による反応性スパッタ法により、基板全面にタン
グステンとシリコンと窒素からなる薄膜28(以下、W-
Si-N膜と記載)を膜厚が100nmになるように形成
し、図3(b)に示すように微細加工技術により、一部
のW-Si-N膜28を除去し、ソース・ドレイン22上およ
びポリシリコン配線27上にW-Si-N膜28が残存される
ように加工する。
【0029】この際、フィールド酸化膜23やサイドウ
ォール酸化膜25上にW-Si-N膜28が残存しても良い
が、隣接するソース・ドレイン22上のW-Si-N膜28と
ポリシリコン配線27上のW-Si-N膜28は短絡しないよ
うな形状に加工する。
【0030】続いて、図3(c)に示すように、低圧C
VD法によるシリコン酸化膜と常圧縮CVD法によるボ
ロンとリンを含有したシリコン酸化膜(以下、BPSG
膜と記載)からなる層間絶縁膜29を形成した後、窒素
雰囲気中で850℃、30分の熱処理を行い、層間絶縁
膜29の表面を平坦化する。
【0031】次に、図3(d)に示すように、微細加工
技術を用いてW-Si-N膜28上にコンタクトホール30を
形成する。
【0032】その後、図4(a)に示すように、チタン
ターゲットによる反応性スパッタ法、あるいは窒化チタ
ンターゲットによるスパッタ法により窒化チタン膜31
を全面に形成する。
【0033】次いで、図4(b)に示すように、六フッ
化タングステンとモノシランを原料ガスとしたCVD法
により全面にタングステン膜32を形成する。前述のよ
うに、ゲート配線となるポリシリコン配線27上にW-Si
-N膜28を形成することにより、前記第1の実施の形態
に比し、ゲート配線の抵抗をより低くすることができ
る。
【0034】なお、上記実施の形態において、W-Si-N膜
を形成直後に窒素やアンモニア、あるいは希ガスの少な
くとも一種類のガスを含む雰囲気中で熱処理を実施して
もよい。また、上記実施の形態においてはバリアメタル
としてW-Si-N膜を用いたが、Ti-Si-N 膜を用いてもよ
い。
【0035】さらに、上記実施の形態において金属配線
として、高温スパッタ法によるアルミニウムと、一種な
いし複数のチタン化合物による積層膜、あるいはチタン
合金、タングステン、銅のうち少なくともいずれか一つ
を含む膜を用いてもよい。
【0036】
【発明の効果】本発明は上述したように、本発明によれ
ば、ソース・ドレイン上にチタンとシリコンと窒素から
なる化合物、あるいはタングステンとシリコンと窒素か
らなる化合物を形成することにより、金属配線の下層バ
リアメタルとしてチタンを用いる必要がなく、そのため
タングステンCVD工程における上層バリアメタル膜の
剥がれによるパーティクルの問題が回避され、半導体装
置を高歩留りで製造することができる。
【0037】また、コンタクトホール形成前に、バリア
メタルとなる前記化合物を形成しているので、コンタク
トホール底部の膜厚を十分厚くすることができる。さら
に、前記化合物はTiよりもバリア性が高いので、アルミ
ニウムなどのアロイスパイクは発生せず、半導体装置を
高歩留りで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体装置及びその製造方法を説
明するための第1の実施の形態における工程順の縦断面
図である。
【図2】本発明による半導体装置及びその製造方法を説
明するための第1の実施の形態における工程順の縦断面
図である。
【図3】本発明による半導体装置及びその製造方法を説
明するための第2の実施の形態における工程順の縦断面
図である。
【図4】本発明による半導体装置及びその製造方法を説
明するための第2の実施の形態における工程順の縦断面
図である。
【図5】従来の半導体製造装置の製造方法の一例を説明
するための工程順の縦断面図である。
【符号の説明】
1、21、41 半導体基板 2、22、42 ソース・ドレイン 3、23、43 フィールド酸化膜 4、24、44 ゲート酸化膜 5、25、45 サイドウォール酸化膜 6、46 キャップ酸化膜 7、27、47 ポリシリコン配線 8、28 W-Si-N膜 9、29、49 層間絶縁膜 10、30、50 コンタクトホール 11、31、51 窒化チタン膜 12、32、52 タングステン膜 53 チタン膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表層に形成された拡散層上
    に、チタンとシリコンと窒素とからなる第1の化合物、
    あるいはタングステンとシリコンと窒素とからなる第2
    の化合物を形成する第1の工程と、 前記第1の工程後、前記半導体基板上に絶縁膜を形成す
    る第2の工程と、 前記第1の化合物、あるいは前記第2の化合物上に形成
    された前記絶縁膜にコンタクトホールを形成する第3の
    工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に形成されたゲート酸化膜
    上に形成されたゲート電極上、及び前記半導体基板の表
    層に形成された拡散層上のそれぞれに、チタンとシリコ
    ンと窒素とからなる第1の化合物、あるいはタングステ
    ンとシリコンと窒素とからなる第2の化合物を、前記ゲ
    ート電極上と前記拡散層上とにそれぞれ形成された前記
    第1あるいは前記第2の化合物同士が離間するように形
    成する第1の工程と、 前記第1の工程後、前記半導体基板上に絶縁膜を形成す
    る第2の工程と、 前記第1の化合物、あるいは前記第2の化合物上に形成
    された前記絶縁膜にコンタクトホールを形成する第3の
    工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 前記第3の工程後に、前記半導体基板上
    に窒化チタン膜を形成する第4の工程と、 前記窒化チタン膜上に金属膜を形成する第5の工程とを
    更に備えることを特徴とする請求項1または2の何れか
    1項に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の半導体装置の製造方法
    において、 前記金属膜は、チタン合金とチタン化合物とタングステ
    ンとアルミニウムと銅のうち少なくとも1つを含むこと
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1または2の何れか1項に記載の
    半導体装置の製造方法において、 前記第1の化合物及び前記第2の化合物は、それぞれチ
    タンシリサイドターゲットと窒素、タングステンシリサ
    イドと窒素の反応性スパッタリング法で形成されること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 シリコン半導体基板の表層に形成された
    拡散層上に、チタンとシリコンと窒素を含む化合物、あ
    るいはタングステンとシリコンと窒素を含む化合物の層
    が形成されていることを特徴とする半導体装置。
JP25229996A 1996-09-03 1996-09-03 半導体装置及びその製造方法 Withdrawn JPH1079431A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100428627B1 (ko) * 2002-07-25 2004-04-28 아남반도체 주식회사 모스 트랜지스터 제조 방법

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