JPH01264258A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JPH01264258A JPH01264258A JP63091556A JP9155688A JPH01264258A JP H01264258 A JPH01264258 A JP H01264258A JP 63091556 A JP63091556 A JP 63091556A JP 9155688 A JP9155688 A JP 9155688A JP H01264258 A JPH01264258 A JP H01264258A
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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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し。
詳しくは、アスペクト比が大きな開口部、孔もしくは溝
（本明細書では、これらを総称して孔と記す）の表面上
に、良好な窒化チタン膜が形成された半導体装置および
その製造方法に関する。
（本明細書では、これらを総称して孔と記す）の表面上
に、良好な窒化チタン膜が形成された半導体装置および
その製造方法に関する。
近年における半導体装置の著るしい集積密度増大にとも
ない、コンタクト孔の直径には著るしく小さくなり、半
導体基板の表面領域内に形成される不純物ドープ領域の
深さは極めて浅くなって来た。このような極度に浅い不
純物ドープ領域の表面に、コンタクト孔を介して、アル
ミニウムもしくはアルミニウム合金膜からなる配線を接
続し、接続部の信頼性を高めるための熱処理を行なうと
、アルミニウムが不純物ドープ領域内を拡散して、ｐｎ
接合を突き抜け、それによってｐｎ接合が砿壊される、
という障害が発生する。
ない、コンタクト孔の直径には著るしく小さくなり、半
導体基板の表面領域内に形成される不純物ドープ領域の
深さは極めて浅くなって来た。このような極度に浅い不
純物ドープ領域の表面に、コンタクト孔を介して、アル
ミニウムもしくはアルミニウム合金膜からなる配線を接
続し、接続部の信頼性を高めるための熱処理を行なうと
、アルミニウムが不純物ドープ領域内を拡散して、ｐｎ
接合を突き抜け、それによってｐｎ接合が砿壊される、
という障害が発生する。
このような障害を防止するため、アルミニウムもしくは
その合金膜からなる配線と半導体基板表面との間に、窒
化チタン膜からなるバリヤ層を介在させ、これによって
、アルミニウムと半導体基板の間の反を防止する方法が
提案されている。
その合金膜からなる配線と半導体基板表面との間に、窒
化チタン膜からなるバリヤ層を介在させ、これによって
、アルミニウムと半導体基板の間の反を防止する方法が
提案されている。
窒化チタンは、比較的低抵抗で、耐熱性や化学的安定性
もすぐれているので、この層をバリヤ層として用いると
、配線と半導体基板の間の反応を防止して、半導体装置
の信頼性を向上させることが可能である。
もすぐれているので、この層をバリヤ層として用いると
、配線と半導体基板の間の反応を防止して、半導体装置
の信頼性を向上させることが可能である。
窒化チタン膜の製造には、従来、反応性スパッタリング
法が最も広く用いられた。高純度の窒化チタンのターゲ
ットを得るのは困難なため、高い純度のチタン・ターゲ
ットを用い、放電ガス中の窒素と反応させて、窒化チタ
ン膜を形成する方法が、通常行なわれている。このよう
な反応性スパッタリングによる窒化チタン膜の形成につ
いては、ジャーナル・オブ・バキューウ・アンド・サイ
エンス・テクノロジー（Ｊ、Ｖａｃ、 Ｓｃｉ、 Ｔｅ
ｃｈｎｏｌ、）。
法が最も広く用いられた。高純度の窒化チタンのターゲ
ットを得るのは困難なため、高い純度のチタン・ターゲ
ットを用い、放電ガス中の窒素と反応させて、窒化チタ
ン膜を形成する方法が、通常行なわれている。このよう
な反応性スパッタリングによる窒化チタン膜の形成につ
いては、ジャーナル・オブ・バキューウ・アンド・サイ
エンス・テクノロジー（Ｊ、Ｖａｃ、 Ｓｃｉ、 Ｔｅ
ｃｈｎｏｌ、）。
Ａ４（４）、１９８６，１８５０頁〜１８５４頁に説明
されている。
されている。
一方、上記のように、上記孔の幅や直径が極めて小さく
なり、アスペクト比（孔の高さ／孔の幅または直径）が
大きくなると、このような孔の内面上に、均一な膜厚を
有する窒化チタン膜を、上記反応性スパッタリングによ
って形成するものは極めて困難である。
なり、アスペクト比（孔の高さ／孔の幅または直径）が
大きくなると、このような孔の内面上に、均一な膜厚を
有する窒化チタン膜を、上記反応性スパッタリングによ
って形成するものは極めて困難である。
すなわち、反応性スパッタリングによって窒化チタン膜
を形成すると、孔内の窒化チタン膜の膜厚は均一になら
ず端部において、窒化チタン膜の膜厚が極めて薄くなっ
て、バリヤ層としての機能が著るしく低下してしまう。
を形成すると、孔内の窒化チタン膜の膜厚は均一になら
ず端部において、窒化チタン膜の膜厚が極めて薄くなっ
て、バリヤ層としての機能が著るしく低下してしまう。
また、得られた窒化チタン膜は膜厚が均一でないため、
その上に、アルミニウムやアルミニウム合金を堆積して
配線を形成すると、内部に空洞が生じて、半導体装置の
信頼性が低下してしまう。
その上に、アルミニウムやアルミニウム合金を堆積して
配線を形成すると、内部に空洞が生じて、半導体装置の
信頼性が低下してしまう。
窒化チタン膜の製法としては、上記反応性スパッタリン
グの他に蒸着法（ジャーナル・オブ・バキューーム・ア
ンド・サイエンス・テクノロジ：Ｊ 、 Ｖａｃ、 Ｓ
ｃｉ、 Ｔｅｃｈｎｏｌ、、 ２１ （１）、Ｍａｙ／
Ｊ ｕｎｅ。
グの他に蒸着法（ジャーナル・オブ・バキューーム・ア
ンド・サイエンス・テクノロジ：Ｊ 、 Ｖａｃ、 Ｓ
ｃｉ、 Ｔｅｃｈｎｏｌ、、 ２１ （１）、Ｍａｙ／
Ｊ ｕｎｅ。
１９８２、 ｐａｇｅｌ ４〜１８）や低圧ＣＶＤ（米
国特許第４，５７０，３２８号、特開昭６１−６９９６
９）が、それぞれ提案されている。しかし、上記のよう
な、非常に微細で、かつ、アスペクト比の大きな孔内に
、均一な膜厚の窒化チタン膜を形成することについては
言及されておらず、寸法が微細でアスペクト比が大きい
孔の内面上に、膜厚の均一な窒化チタン膜をそなえた半
導体装置、およびこのような半導体装置を製造し得る方
法が強く要望されていた。
国特許第４，５７０，３２８号、特開昭６１−６９９６
９）が、それぞれ提案されている。しかし、上記のよう
な、非常に微細で、かつ、アスペクト比の大きな孔内に
、均一な膜厚の窒化チタン膜を形成することについては
言及されておらず、寸法が微細でアスペクト比が大きい
孔の内面上に、膜厚の均一な窒化チタン膜をそなえた半
導体装置、およびこのような半導体装置を製造し得る方
法が強く要望されていた。
本発明の目的は、上記従来の問題を解決し、非常に微細
でアスペクト比が大きく、かつ、側面が実質的に垂直な
孔内に、均一な膜厚の窒化チタン膜が形成されている、
高集積密度で高信頼の半導体装置およびその製造方法を
提供することである。
でアスペクト比が大きく、かつ、側面が実質的に垂直な
孔内に、均一な膜厚の窒化チタン膜が形成されている、
高集積密度で高信頼の半導体装置およびその製造方法を
提供することである。
上記目的を達成するため１本発明は、幅もしくは直径が
１μｍ以下でアスペクト比が０，７以上の孔内に、孔内
における最も薄い部分における膜厚が、孔外の平坦部分
における膜厚さの０．６ 倍以上である窒化チタン膜を
、低圧ＣＶＤによって形成するものである。さらに、こ
の低圧ＣＶＤを。
１μｍ以下でアスペクト比が０，７以上の孔内に、孔内
における最も薄い部分における膜厚が、孔外の平坦部分
における膜厚さの０．６ 倍以上である窒化チタン膜を
、低圧ＣＶＤによって形成するものである。さらに、こ
の低圧ＣＶＤを。
その上に窒化チタン膜を形成すべき半導体基板の温度を
、反応容器の壁面の温度よりも高く保って行なう。
、反応容器の壁面の温度よりも高く保って行なう。
低圧ＣＶＤを用いることにより、反応性スパッタリング
や蒸着を用いた場合よりも、窒化チタン膜の被覆性は向
上し、他の方法では不可能であった上記微細な孔内に、
良好な窒化チタン膜を形成できる。この際、半導体基板
の温度を反応容器の壁面の温度より高くして、上記低圧
ＣＶＤを行なうと（この方法をコールドウオール法とい
う）、反応容器の壁面の温度を半導体基板の温度より高
くするホットウォール法を用いた場合よりも、塩素の含
有量が低く、アルミニウムとシリコンの間の反応を阻止
するためのバリヤとしての特性が良好になることが見出
された。
や蒸着を用いた場合よりも、窒化チタン膜の被覆性は向
上し、他の方法では不可能であった上記微細な孔内に、
良好な窒化チタン膜を形成できる。この際、半導体基板
の温度を反応容器の壁面の温度より高くして、上記低圧
ＣＶＤを行なうと（この方法をコールドウオール法とい
う）、反応容器の壁面の温度を半導体基板の温度より高
くするホットウォール法を用いた場合よりも、塩素の含
有量が低く、アルミニウムとシリコンの間の反応を阻止
するためのバリヤとしての特性が良好になることが見出
された。
すなわち、たとえば、上記米国特許４，５７０，３２８
号のように１反応室の壁面の温度よりも半導体基板の温
度を低く保ち、低圧ＣＶＤによって窒化チタン膜の堆積
を行なうと、段差被覆性は１反応性スパッタ法を用いた
場合よりはやや良好ではあったが、直径１μｍ以下、ア
スペクト比０．７ 以上という極めて微細な孔の内面上
に、良好な窒化チタン膜を形成するのは困雌であること
が見出された。
号のように１反応室の壁面の温度よりも半導体基板の温
度を低く保ち、低圧ＣＶＤによって窒化チタン膜の堆積
を行なうと、段差被覆性は１反応性スパッタ法を用いた
場合よりはやや良好ではあったが、直径１μｍ以下、ア
スペクト比０．７ 以上という極めて微細な孔の内面上
に、良好な窒化チタン膜を形成するのは困雌であること
が見出された。
また、原料ガスとして、四塩化チタンを用い、同様の装
置を用いると、得られた窒化チタン膜中には、約１０ａ
ｔ％の塩素が含まれ、アルミニウムとシリコンとの反応
を阻止するためのバリヤ性が極めて低いことも認められ
た。
置を用いると、得られた窒化チタン膜中には、約１０ａ
ｔ％の塩素が含まれ、アルミニウムとシリコンとの反応
を阻止するためのバリヤ性が極めて低いことも認められ
た。
しかし、このような問題は、本発明によって、半導体基
板の温度を反応室の壁面の温度より高く保った状態で、
低圧ＣＶＤを行なうことによって解決され、上記微細な
孔の内面上に、バリヤ性のすぐれた窒化チタン膜を、良
好な段差被覆性で形成できることが確認された。このよ
うなずれた結果は、チタンの原料ガスとして、四塩化チ
タンを用いた場合のみではなく、テトラジメチルメチル
アミンチタン等の有機チタン塩を用いた場合にも、同様
に確認された。
板の温度を反応室の壁面の温度より高く保った状態で、
低圧ＣＶＤを行なうことによって解決され、上記微細な
孔の内面上に、バリヤ性のすぐれた窒化チタン膜を、良
好な段差被覆性で形成できることが確認された。このよ
うなずれた結果は、チタンの原料ガスとして、四塩化チ
タンを用いた場合のみではなく、テトラジメチルメチル
アミンチタン等の有機チタン塩を用いた場合にも、同様
に確認された。
実施例１
第１図ａに示すように、単結晶シリコン基板１１に、ホ
トレジスト膜をマスクとして用いる周知の反応性イオン
エツチングによって、直径０．８５μｍ、深さ５μｍの
孔１０を形成した後、周知の酸素プラズマによってホト
レジスト膜を除去する。
トレジスト膜をマスクとして用いる周知の反応性イオン
エツチングによって、直径０．８５μｍ、深さ５μｍの
孔１０を形成した後、周知の酸素プラズマによってホト
レジスト膜を除去する。
上記基板１１を１周知の洗浄処理を施した後、第２図に
示した装置の反応室２０内に設けられである。ヒータを
内蔵した基板ホルダ２１上に置いた。メカニカルブース
タポンプ２２とロータリポンプ２３を用いて、上記反応
室２０内を排気して２、ＯＸ １０”−δＴ ｏｒｒに
した。内蔵されたヒータを動作させて上記基板１１の温
度を７００”Ｃに保ち。
示した装置の反応室２０内に設けられである。ヒータを
内蔵した基板ホルダ２１上に置いた。メカニカルブース
タポンプ２２とロータリポンプ２３を用いて、上記反応
室２０内を排気して２、ＯＸ １０”−δＴ ｏｒｒに
した。内蔵されたヒータを動作させて上記基板１１の温
度を７００”Ｃに保ち。
ガス吹出口２５から、四塩化チタン、ガスノズル２４か
らアンモニヤを、それぞれ反応室２０内に導入して、上
記シリコン基板１１の表面上に、窒化チタン膜を形成し
た。四塩化チタンおよびアンモニヤの流量は、それぞれ
９ Ｓ ＣＣＭ （ｓｔａｎｄａｒｄｃｕｂｉｃ ｃｅ
ｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍ１ｎｕｔｅ）および９０
０ＳＣＣＭとし、反応室２０内の圧力は０．３５Ｔｏｒ
ｒに保った。なお、四塩化チタン２８は、２５℃に保た
れた容器２６内で気化され、４５℃に保温された配管２
７を通り、ガス吹出し口２５から、基板１１の表面へ導
入した１反応室２０の内壁温度はヒータによって１５０
１〜２００℃に加熱して、内壁面上への塩化アンモニウ
ムの付着を防止した。
らアンモニヤを、それぞれ反応室２０内に導入して、上
記シリコン基板１１の表面上に、窒化チタン膜を形成し
た。四塩化チタンおよびアンモニヤの流量は、それぞれ
９ Ｓ ＣＣＭ （ｓｔａｎｄａｒｄｃｕｂｉｃ ｃｅ
ｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍ１ｎｕｔｅ）および９０
０ＳＣＣＭとし、反応室２０内の圧力は０．３５Ｔｏｒ
ｒに保った。なお、四塩化チタン２８は、２５℃に保た
れた容器２６内で気化され、４５℃に保温された配管２
７を通り、ガス吹出し口２５から、基板１１の表面へ導
入した１反応室２０の内壁温度はヒータによって１５０
１〜２００℃に加熱して、内壁面上への塩化アンモニウ
ムの付着を防止した。
上記条件によって、窒化チタン膜の形成を８分間行なっ
た後、四塩化チタンとアンモニヤの導入を停止し、基板
ホルダ２１に内蔵されているヒータへの通電を止めた後
、反応室２０内を窒素でパージして、基板１１を１００
℃まで冷却させた。
た後、四塩化チタンとアンモニヤの導入を停止し、基板
ホルダ２１に内蔵されているヒータへの通電を止めた後
、反応室２０内を窒素でパージして、基板１１を１００
℃まで冷却させた。
基板１１を取出して調べたところ、第１図すに示したよ
うに、基板１１上面のみではなく、上記孔１０の内面上
にも窒化チタン膜１２が形成され、その膜厚は、平坦な
上面上では２００ｎｍ、孔１０内における最も薄い部分
の膜厚は１６０ｎｍであった。窒化チタン膜の形成時間
を５分間と短かくした場合の、平坦な上面上における窒
化チタン膜の膜厚は１２５ｎｍ、孔１０内における最も
薄い部分の膜厚は１１００ｎであり、いずれの場合にお
いても、直径が極めて小さく、シかも、アスペクト比が
大きい孔の内面上に、良好な窒化チタン膜を形成できる
ことが確認された。なお、窒化チタンの堆積を１８分間
行なうと、平坦な上面上における窒化チタン膜の膜厚は
４５０ｎｍとなり、第１図Ｃに示したように、溝１０内
は窒化チタン１２によって完全に充填された。
うに、基板１１上面のみではなく、上記孔１０の内面上
にも窒化チタン膜１２が形成され、その膜厚は、平坦な
上面上では２００ｎｍ、孔１０内における最も薄い部分
の膜厚は１６０ｎｍであった。窒化チタン膜の形成時間
を５分間と短かくした場合の、平坦な上面上における窒
化チタン膜の膜厚は１２５ｎｍ、孔１０内における最も
薄い部分の膜厚は１１００ｎであり、いずれの場合にお
いても、直径が極めて小さく、シかも、アスペクト比が
大きい孔の内面上に、良好な窒化チタン膜を形成できる
ことが確認された。なお、窒化チタンの堆積を１８分間
行なうと、平坦な上面上における窒化チタン膜の膜厚は
４５０ｎｍとなり、第１図Ｃに示したように、溝１０内
は窒化チタン１２によって完全に充填された。
上記窒化チタン薄膜の形成温度は７００℃としたが２０
０℃乃至９００℃のいずれの温度でも膜形成は可能であ
り、望ましい温度範囲は４００℃乃至９００℃である。
０℃乃至９００℃のいずれの温度でも膜形成は可能であ
り、望ましい温度範囲は４００℃乃至９００℃である。
これは基板温度４００℃未満で形成した窒化チタン薄膜
中には２ａｔ％以上の塩素が含まれるためである。窒化
チタン薄膜中に含まれる塩素の量が少ない方が膜は低抵
抗となり、バリア性が良好となる。窒化チタン薄膜形成
中の反応室内の圧力は０．０ＩＴｏｒｒ乃至１０ Ｔｏ
ｒｒとすればよいが、０．０１Ｔｏｒｒ乃至ＩＴｏｒｒ
の範囲内である場合に最も高い段差被覆性が得られる。
中には２ａｔ％以上の塩素が含まれるためである。窒化
チタン薄膜中に含まれる塩素の量が少ない方が膜は低抵
抗となり、バリア性が良好となる。窒化チタン薄膜形成
中の反応室内の圧力は０．０ＩＴｏｒｒ乃至１０ Ｔｏ
ｒｒとすればよいが、０．０１Ｔｏｒｒ乃至ＩＴｏｒｒ
の範囲内である場合に最も高い段差被覆性が得られる。
四塩化チタンとアンモニアの流量は第１１図の装置にお
いてはそれぞれＩＳＣＣＭ乃至Ｉ Ｓ ＬＭ。
いてはそれぞれＩＳＣＣＭ乃至Ｉ Ｓ ＬＭ。
１０ Ｓ ＣＣＭ乃至５０ Ｓ ＬＭの範囲であれば良
好な窒化チタン薄膜の形成が可能であった。原料として
は、四塩化チタンとアンモニアの組合せの他四塩化チタ
ンと窒素を含まないシクロパンタジエニル化合物等から
なる窒素を含まない窒素化合物の群から選択された少な
くとも一考と、アンモニア、窒素、ヒドラジン、三升化
窒素からなる選択された少なくとも一考とが含まれてい
ればよい。
好な窒化チタン薄膜の形成が可能であった。原料として
は、四塩化チタンとアンモニアの組合せの他四塩化チタ
ンと窒素を含まないシクロパンタジエニル化合物等から
なる窒素を含まない窒素化合物の群から選択された少な
くとも一考と、アンモニア、窒素、ヒドラジン、三升化
窒素からなる選択された少なくとも一考とが含まれてい
ればよい。
窒化チタン薄膜形成中の反応室２０の内壁の温度は室温
から加熱温度を高めるに従い、生成され付着する塩化ア
ンモニウムの量が減少し３５０℃以上とするとほぼ皆無
となる。
から加熱温度を高めるに従い、生成され付着する塩化ア
ンモニウムの量が減少し３５０℃以上とするとほぼ皆無
となる。
第３図は窒化チタン薄膜をそなえた。溝型キャパシタを
具備した。ＭＯ８型素子を用いたメモリー回路を備える
半導体装置を示す、シリコン基板４０にドライエツチン
グ法により直径０．７μｍ。
具備した。ＭＯ８型素子を用いたメモリー回路を備える
半導体装置を示す、シリコン基板４０にドライエツチン
グ法により直径０．７μｍ。
深さ３μｍの深孔４１が開口され酸化膜４２が形成され
た後、上述の方法９条件により第２図に示した装置を用
いて平担部上の膜厚が１１００ｎの窒化チタン薄膜４３
が形成され、加工を施されている。窒化チタン薄膜４３
はセル・プレートとして機能する。かかる窒化チタン薄
膜４３上にキャパシタの誘電体層として二酸化シリコン
もしくは酸化タンタルからなる薄膜４４を形成、加工後
、深孔内を不純物をドープした多結晶シリコン４５で埋
込んだ、さらに二酸化シリコン層５２多結晶シリコン層
４６、タングステンシリサイドからなるワード線４７、
不純物をドープした多結晶シリコンからなるビット線４
８や層間絶縁膜４９が形成されている。５０．５１は高
濃度の不純物をイオン打込みすることによって形成され
た拡散層である。
た後、上述の方法９条件により第２図に示した装置を用
いて平担部上の膜厚が１１００ｎの窒化チタン薄膜４３
が形成され、加工を施されている。窒化チタン薄膜４３
はセル・プレートとして機能する。かかる窒化チタン薄
膜４３上にキャパシタの誘電体層として二酸化シリコン
もしくは酸化タンタルからなる薄膜４４を形成、加工後
、深孔内を不純物をドープした多結晶シリコン４５で埋
込んだ、さらに二酸化シリコン層５２多結晶シリコン層
４６、タングステンシリサイドからなるワード線４７、
不純物をドープした多結晶シリコンからなるビット線４
８や層間絶縁膜４９が形成されている。５０．５１は高
濃度の不純物をイオン打込みすることによって形成され
た拡散層である。
上述の窒化チタン薄膜の抵抗率は１１５μΩ・ｌである
。従来、窒化チタンの代りに用いられていた不純物がド
ープされた多結晶シリコンの抵抗率は約１ｍΩ・国であ
った。窒化チタンを用いること−によりセル・プレート
の膜厚を従来の多結晶シリコン膜の場合の約１７３とし
ても、従来よりも低抵抗のセル・プレートが得られた。
。従来、窒化チタンの代りに用いられていた不純物がド
ープされた多結晶シリコンの抵抗率は約１ｍΩ・国であ
った。窒化チタンを用いること−によりセル・プレート
の膜厚を従来の多結晶シリコン膜の場合の約１７３とし
ても、従来よりも低抵抗のセル・プレートが得られた。
このため。
本発明の窒化チタン薄膜を用いた半導体装置は従来の装
置に比してより微細化され、高性能となる。
置に比してより微細化され、高性能となる。
セル１ヶ当りの占有面積は従来比８７％である。
実施例２
第４図は本実施例の半導体装置を説明するための図であ
る。シリコン基板６０上に周知のＬＯＣＯ３法によって
厚さ０．３μｍの二酸化シリコン膜６１が形成されてお
り、かかる基板６０上に形成した厚さ１μｍの二酸化シ
リコン膜６３に直径０．９μｍのコンタクトホール６２
が開口され、高濃度リンがイオン打込みされた拡散層６
６が形成されしかる後バリア層として機能する平坦部上
の厚さ１３５ｎｍの窒化チタン薄膜６４を実施例１と同
様の方法９条件で形成されている。コンタクトホール６
２内部に形成された窒化チタン薄膜６４の最小膜厚は平
坦部上の膜厚の約８０％である。しかる後、スパッタ法
によりアルミニウム１％のシリコンと０．５％の銅とを
含むアルミニウムを主成分とする厚さ０．５μｍの薄膜
６５を形成し、窒化チタン薄膜とともに通常のホトリソ
グラフィー技術、ドライエツチング技術によりパターニ
ングを施した。
る。シリコン基板６０上に周知のＬＯＣＯ３法によって
厚さ０．３μｍの二酸化シリコン膜６１が形成されてお
り、かかる基板６０上に形成した厚さ１μｍの二酸化シ
リコン膜６３に直径０．９μｍのコンタクトホール６２
が開口され、高濃度リンがイオン打込みされた拡散層６
６が形成されしかる後バリア層として機能する平坦部上
の厚さ１３５ｎｍの窒化チタン薄膜６４を実施例１と同
様の方法９条件で形成されている。コンタクトホール６
２内部に形成された窒化チタン薄膜６４の最小膜厚は平
坦部上の膜厚の約８０％である。しかる後、スパッタ法
によりアルミニウム１％のシリコンと０．５％の銅とを
含むアルミニウムを主成分とする厚さ０．５μｍの薄膜
６５を形成し、窒化チタン薄膜とともに通常のホトリソ
グラフィー技術、ドライエツチング技術によりパターニ
ングを施した。
第５図は従来の方法によって形成され半導体装置を示す
図である。第１５図の装置と同寸法のコンタクトホール
７０の開口後、平坦部上の膜厚が１３５ｎｍの窒化チタ
ン薄膜７１を従来公知の反応性スパッタ法によって形成
した。コンタクトホール７０内の最も薄い部分の窒化チ
タン薄膜７１の膜厚は４０ｎｍ以下である。厚さ０．５
μｍのアルミニウムを主成分とする薄膜７２は上記実施
例と同様の方法２条件で形成した。
図である。第１５図の装置と同寸法のコンタクトホール
７０の開口後、平坦部上の膜厚が１３５ｎｍの窒化チタ
ン薄膜７１を従来公知の反応性スパッタ法によって形成
した。コンタクトホール７０内の最も薄い部分の窒化チ
タン薄膜７１の膜厚は４０ｎｍ以下である。厚さ０．５
μｍのアルミニウムを主成分とする薄膜７２は上記実施
例と同様の方法２条件で形成した。
第４図に示した構造の場合は、直径０．７μｍのコンタ
クトホール６２の接触抵抗は２７８Ωである。これに対
し第５図に示した従来の構造の場合は２９２Ωであった
。アルミニウムを主成分とする薄膜６２．７２の抵抗を
含めたコンタクト部の抵抗は本発明による構造の方法が
低抵抗である。
クトホール６２の接触抵抗は２７８Ωである。これに対
し第５図に示した従来の構造の場合は２９２Ωであった
。アルミニウムを主成分とする薄膜６２．７２の抵抗を
含めたコンタクト部の抵抗は本発明による構造の方法が
低抵抗である。
これ゛はアルミニウムを主成分とする薄膜６２゜７２の
被覆形状の差に起因する０段差被覆性の高い本発明の窒
化チタン薄膜６４上のアルミニウムを主成分とする薄膜
６２は１段差被覆性が低い従来の窒化チタン薄膜７０上
の該薄膜７２よりもコンタクトホール内部での最小膜厚
が大であるためである。
被覆形状の差に起因する０段差被覆性の高い本発明の窒
化チタン薄膜６４上のアルミニウムを主成分とする薄膜
６２は１段差被覆性が低い従来の窒化チタン薄膜７０上
の該薄膜７２よりもコンタクトホール内部での最小膜厚
が大であるためである。
第４図および第５図に示した装置を、それぞれ４７０℃
１０時間の熱処理を施し、再び接触抵抗の測定を行った
。直径０．７μｍのコンタクトホールの接触抵抗は第４
図に示した本発明の装置では２７５Ω、第５図に示した
従来の装置では３８０Ωであった。本発明の装置の窒化
チタン薄膜６４はコンタクトホール６２内でも平坦部上
の８０％以上の膜厚を有するため、バリア性が高い、従
来のスパッタ法によりコンタクトホール内部の最小膜厚
を本発明の装置と同等とすると、アルミニウムを主成分
とする薄膜をコンタクトホール内部に形成することが著
しく困難となる。またアルミニウムを主成分とする薄膜
と窒化チタン薄膜の積層膜の膜厚の増加ににより加工精
度が低下するという問題もあり、微細化の進んだ半導体
装置への適用はほとんど不可能である。
１０時間の熱処理を施し、再び接触抵抗の測定を行った
。直径０．７μｍのコンタクトホールの接触抵抗は第４
図に示した本発明の装置では２７５Ω、第５図に示した
従来の装置では３８０Ωであった。本発明の装置の窒化
チタン薄膜６４はコンタクトホール６２内でも平坦部上
の８０％以上の膜厚を有するため、バリア性が高い、従
来のスパッタ法によりコンタクトホール内部の最小膜厚
を本発明の装置と同等とすると、アルミニウムを主成分
とする薄膜をコンタクトホール内部に形成することが著
しく困難となる。またアルミニウムを主成分とする薄膜
と窒化チタン薄膜の積層膜の膜厚の増加ににより加工精
度が低下するという問題もあり、微細化の進んだ半導体
装置への適用はほとんど不可能である。
本発明の窒化チタン薄膜を用いた半導体装置は従来の装
置に比して信頼性が向上し、高性能化が達成される。
置に比して信頼性が向上し、高性能化が達成される。
実施例３
第６図を用いて本実施例を説明する０本実施例は本発明
を積上げ型キャパシタを具備した、ＭＯ３型素子を用い
たメモリー回路を備える相補型ＭＯ３半導体装置に適用
した実施例である。
を積上げ型キャパシタを具備した、ＭＯ３型素子を用い
たメモリー回路を備える相補型ＭＯ３半導体装置に適用
した実施例である。
第６図において、シリコン基板８０の主表面には、厚さ
０．３μｍのフィールド酸化膜８１が形成され不純物を
ドープした多結晶シリコンからなるゲートおよび配線層
８２が設置されている。ゲート長は全て０．７μｍであ
る。該ゲート、配線８２上に、二酸化シリコンを主成分
とする薄膜８３を形成し、加工を施した後、窒化チタン
薄膜８４を実施例１と同様の方法９条件で形成した、窒
化チタン薄膜８４の膜厚は、１２０ｎｍである。
０．３μｍのフィールド酸化膜８１が形成され不純物を
ドープした多結晶シリコンからなるゲートおよび配線層
８２が設置されている。ゲート長は全て０．７μｍであ
る。該ゲート、配線８２上に、二酸化シリコンを主成分
とする薄膜８３を形成し、加工を施した後、窒化チタン
薄膜８４を実施例１と同様の方法９条件で形成した、窒
化チタン薄膜８４の膜厚は、１２０ｎｍである。
さらに二酸化シリコン薄膜８５．不純物をドープした多
結晶シリコン薄膜８６を形成、加工し、該多結晶シリコ
ン薄膜８６上に電荷を蓄えるキャパシタの誘電体層とな
る二酸化シリコン薄膜と窒化シリコン薄膜との積層膜を
厚さ５０ｎｍ形成し、加工した後、不純物をドープした
多結晶シリコン薄膜８７を形成、加工する。層間絶縁膜
８８の表面は減圧化学気相成長法による硼素とリンとを
含有する二酸化シリコンを主成分とする薄膜の形成と熱
処理による流動化およびエッチバックにより、第６図の
ように平坦化されている。直径０．６μｍ、深さ３μｍ
のコンタクトホール８９をドライエッチング技術により
、基板８０の表面とほぼ垂直に開口した後、窒化チタン
薄膜９０を形成した。形成方法は窒化チタン薄膜８４と
同様であり、平坦部上の膜厚は０．３５μｍである。直
径０．３μｍのコンタクトホール８９は窒化チタン薄膜
９０で完全に埋込まれている。該窒化チタン薄膜９０上
に、１％のシリコンと、１．５％の銅とを含むアルミニ
ウム合金薄膜９１をスパッタ法により形成し、窒化チタ
ン薄膜９０と共に加工を施した。
結晶シリコン薄膜８６を形成、加工し、該多結晶シリコ
ン薄膜８６上に電荷を蓄えるキャパシタの誘電体層とな
る二酸化シリコン薄膜と窒化シリコン薄膜との積層膜を
厚さ５０ｎｍ形成し、加工した後、不純物をドープした
多結晶シリコン薄膜８７を形成、加工する。層間絶縁膜
８８の表面は減圧化学気相成長法による硼素とリンとを
含有する二酸化シリコンを主成分とする薄膜の形成と熱
処理による流動化およびエッチバックにより、第６図の
ように平坦化されている。直径０．６μｍ、深さ３μｍ
のコンタクトホール８９をドライエッチング技術により
、基板８０の表面とほぼ垂直に開口した後、窒化チタン
薄膜９０を形成した。形成方法は窒化チタン薄膜８４と
同様であり、平坦部上の膜厚は０．３５μｍである。直
径０．３μｍのコンタクトホール８９は窒化チタン薄膜
９０で完全に埋込まれている。該窒化チタン薄膜９０上
に、１％のシリコンと、１．５％の銅とを含むアルミニ
ウム合金薄膜９１をスパッタ法により形成し、窒化チタ
ン薄膜９０と共に加工を施した。
従来の導体層８４として多結晶シリコン薄膜を用い、コ
ンタクトホール８９内を化学気相成長法によって形成し
た多結晶シリコン薄膜をエッチバックすることにより埋
込んだ装置と比較して、本実施例の装置はアクセス時間
が１５％短縮され高性能化が達成された。また、従来の
装置では本実施例の如き相補型ＭＯ３半導体装置の場合
、コンタクト部の不純物の型（ｐまたはｎ形）に応じて
、コンタクトホール内に埋込む多結晶シリコンに不純物
をドープすることが必要であったが、窒化チタンを埋込
むことにより不要となった。また、コンタクトホール８
９多結晶シリコンを用いた場合、二酸化シリコンを主成
分とする薄膜８８中の硼素もしくはリンが、該薄膜表面
を流動化により平坦化するために行う熱処理中等に、多
結晶シリコン中に拡散し、不良の原因となることがあっ
たが。
ンタクトホール８９内を化学気相成長法によって形成し
た多結晶シリコン薄膜をエッチバックすることにより埋
込んだ装置と比較して、本実施例の装置はアクセス時間
が１５％短縮され高性能化が達成された。また、従来の
装置では本実施例の如き相補型ＭＯ３半導体装置の場合
、コンタクト部の不純物の型（ｐまたはｎ形）に応じて
、コンタクトホール内に埋込む多結晶シリコンに不純物
をドープすることが必要であったが、窒化チタンを埋込
むことにより不要となった。また、コンタクトホール８
９多結晶シリコンを用いた場合、二酸化シリコンを主成
分とする薄膜８８中の硼素もしくはリンが、該薄膜表面
を流動化により平坦化するために行う熱処理中等に、多
結晶シリコン中に拡散し、不良の原因となることがあっ
たが。
本実施例の装置ではかかる不良は発生しなかった。
なお、コンタクトホール８９内を他の導電体層、例えば
タングステンによって埋込むこともできる。
タングステンによって埋込むこともできる。
二０場合、窒化チタン薄膜８９は熱処理中のタングステ
ンのシリサイド化反応を防止するバリア層として機能す
る。
ンのシリサイド化反応を防止するバリア層として機能す
る。
本発明の窒化チタン薄膜を用いた半導体装置は従来の装
置に比べて、高性能かつ高信頼である６上記実施例１乃
至３において示したように１本発明は特に急峻な段差を
表面に有する半導体装置において有効であるが、極の電
子回路装置に適用した場合にも高性能化、高信頼化の効
果がもたらされることは言うまでもなく、また、かかる
電子回路装置を具備する電子機器においても同様の効果
がもたらされることも明らかである。
置に比べて、高性能かつ高信頼である６上記実施例１乃
至３において示したように１本発明は特に急峻な段差を
表面に有する半導体装置において有効であるが、極の電
子回路装置に適用した場合にも高性能化、高信頼化の効
果がもたらされることは言うまでもなく、また、かかる
電子回路装置を具備する電子機器においても同様の効果
がもたらされることも明らかである。
実施例４
第７図および第８図を用いて説明する。第１図（ａ）に
示したのは（１００）のボロンをドープした抵抗率０．
１Ω・口のシリコン基板１１０上に第８図に示した装置
を用いて減圧化学気相成長法により窒化チタン膜１１１
を形成した試料である。
示したのは（１００）のボロンをドープした抵抗率０．
１Ω・口のシリコン基板１１０上に第８図に示した装置
を用いて減圧化学気相成長法により窒化チタン膜１１１
を形成した試料である。
シリコン基板１１０を第８図の装置の反応室１２０内の
ヒータを内蔵した基板ホルダ１２１上に設置し、反応室
１２０を液体窒素トラップ、メカニカルブースタポンプ
、ロータリーポンプからなる排気系１２２により３．Ｏ
Ｘ １０−３Ｔｏｒｒまで排気した。しかる後、基板ホ
ルタ１２１内のヒータ（図示せず）に通電し、シリコン
基板１１０の表面温度を４５０℃とした。次にガスノズ
ル１２３からビスシクロペンタジェニルチタン、ガスノ
ズル２４からアンモニアをそれぞれ反応室１２０内に導
入した。ビスシクロペンタジェニルチタンは蒸発容器１
２５内で気化して導入した。蒸発容器２５および導入配
管２６はシースヒータ１２７により８０℃に保温されて
いる。ビスミクロペンタジェニル化合物をＩＯ８ＣＣＭ
、アンモニアを６００８ＣＣＭ導入し、反応室１２０内
の圧力をＱ 、 ３ Ｔｏｒｒとし、５分間で１２０ｎ
ｍの窒化チタン膜１１１をシリコン基板１１０上に形成
した。
ヒータを内蔵した基板ホルダ１２１上に設置し、反応室
１２０を液体窒素トラップ、メカニカルブースタポンプ
、ロータリーポンプからなる排気系１２２により３．Ｏ
Ｘ １０−３Ｔｏｒｒまで排気した。しかる後、基板ホ
ルタ１２１内のヒータ（図示せず）に通電し、シリコン
基板１１０の表面温度を４５０℃とした。次にガスノズ
ル１２３からビスシクロペンタジェニルチタン、ガスノ
ズル２４からアンモニアをそれぞれ反応室１２０内に導
入した。ビスシクロペンタジェニルチタンは蒸発容器１
２５内で気化して導入した。蒸発容器２５および導入配
管２６はシースヒータ１２７により８０℃に保温されて
いる。ビスミクロペンタジェニル化合物をＩＯ８ＣＣＭ
、アンモニアを６００８ＣＣＭ導入し、反応室１２０内
の圧力をＱ 、 ３ Ｔｏｒｒとし、５分間で１２０ｎ
ｍの窒化チタン膜１１１をシリコン基板１１０上に形成
した。
次に、ガスを遮断し、ヒーターへの通電を停止し、反応
室１２０内を再び３．ＯＸ １０″″’ Ｔ ｏｒｒま
で排気した。基板１０を１００℃まで冷却し、大気中に
取出したところ第１図の如くなった。窒化チタン膜１１
１の抵抗率は１１５μΩ・】であり、反応性スパッタ法
による膜と同等の低い値であった。
室１２０内を再び３．ＯＸ １０″″’ Ｔ ｏｒｒま
で排気した。基板１０を１００℃まで冷却し、大気中に
取出したところ第１図の如くなった。窒化チタン膜１１
１の抵抗率は１１５μΩ・】であり、反応性スパッタ法
による膜と同等の低い値であった。
第７図（ａ）の試料上にスパッタ法によってアルミニウ
ム膜１１２を形成すると第７図（ｂ）のようになった、
アルミニウム膜１１２の厚さは０．７μｍであった。
ム膜１１２を形成すると第７図（ｂ）のようになった、
アルミニウム膜１１２の厚さは０．７μｍであった。
かかる試料に４７０℃１５時間の熱処理を施しオージェ
光電子分光法により、アルミニウム、シリコンの深さ方
向の分布を測定し熱処理前の測定データと比較した。そ
の結果熱処理によるアルミニウム、シリコンの相互拡散
反応の進行はオージェ光電子分光法の検出限界以下のレ
ベルであり窒化チタン膜１１１が有効なバリア層として
機能したことが明らかとなった。基板温度４５０℃で四
塩化チタンとアンモニアとを原料として同膜厚の窒化チ
タン膜１１１をホットウォール法のＣＶＤ装置によって
形成した試料に同条件の熱処理を施し、オージェ光電子
分光法による測定を行うと、アルミニウム、シリコンが
相互に拡散した様子が観測され、本実施例によって形成
された窒化膜の方がバリア性において優れていることが
わかった。
光電子分光法により、アルミニウム、シリコンの深さ方
向の分布を測定し熱処理前の測定データと比較した。そ
の結果熱処理によるアルミニウム、シリコンの相互拡散
反応の進行はオージェ光電子分光法の検出限界以下のレ
ベルであり窒化チタン膜１１１が有効なバリア層として
機能したことが明らかとなった。基板温度４５０℃で四
塩化チタンとアンモニアとを原料として同膜厚の窒化チ
タン膜１１１をホットウォール法のＣＶＤ装置によって
形成した試料に同条件の熱処理を施し、オージェ光電子
分光法による測定を行うと、アルミニウム、シリコンが
相互に拡散した様子が観測され、本実施例によって形成
された窒化膜の方がバリア性において優れていることが
わかった。
また、本実施例によれば、装置内での塩化アンモニウム
の生成がないため、塩化アンモニアのパーティクルの付
着のない、清浄な半導体装置の製造が可能である。
の生成がないため、塩化アンモニアのパーティクルの付
着のない、清浄な半導体装置の製造が可能である。
なお、ビスシクロペンタジェニル化合物とアンモニアと
を原料として窒化チタン膜を形成する際の基板−温度を
本実施例中の４５０℃よりも高温とした場合、さらにバ
リア性が向上することも明らかとなった。また、基板温
度が等しい場合には、本発明による窒化チタン膜の方が
従来の四塩化チタンを用いる方法による膜よりもバリア
性が高いことも明らかとした。従って特に低温での窒化
チタン膜形成を必要としない場合においても、本発明は
、従来の方法に比べて、パーティクルの発生がなく、バ
リア性が向上するという優位性を有している。
を原料として窒化チタン膜を形成する際の基板−温度を
本実施例中の４５０℃よりも高温とした場合、さらにバ
リア性が向上することも明らかとなった。また、基板温
度が等しい場合には、本発明による窒化チタン膜の方が
従来の四塩化チタンを用いる方法による膜よりもバリア
性が高いことも明らかとした。従って特に低温での窒化
チタン膜形成を必要としない場合においても、本発明は
、従来の方法に比べて、パーティクルの発生がなく、バ
リア性が向上するという優位性を有している。
実施例５
第９図および第１０図を用いて説明する。
第９図においてシリコン基板１０の表面にはＬａＣＯ３
法によって選択的に形成した二酸化シリコン膜１３１が
形成されている。厚さ０．３μＧの二酸化シリコン膜１
３１上に実施例４と同様の装置、方法で厚さ０．３μｍ
の窒化チタン膜１３２を形成し、通常のホトリソグラフ
ィー技術とドライエツチング技術とを用いて窒化チタン
膜１３２にパターニングを施した。窒化チタン膜１３２
形成時の基板温度は６５０℃であり、基板温度以外の膜
形成条件は実施例４と同じである。かかる窒化チタン膜
１３２上にフォスフオシリケードグラス（ｐ ｓ ａ）
膜３３を常圧ＣＶＤ法によって厚さ０．８μｍ形成し、
直径０．７μｍのコンタクトホール１３４を開口した０
次に厚さ０．５μｍのアルミニウム膜１３５、さらにそ
の上層に厚さ０．１μｍの窒化チタン膜１３６を形成し
た。窒化チタン膜１３６の形成は第４図の装置を用いて
バイアスプラズマＣＶＤ法によって行った。
法によって選択的に形成した二酸化シリコン膜１３１が
形成されている。厚さ０．３μＧの二酸化シリコン膜１
３１上に実施例４と同様の装置、方法で厚さ０．３μｍ
の窒化チタン膜１３２を形成し、通常のホトリソグラフ
ィー技術とドライエツチング技術とを用いて窒化チタン
膜１３２にパターニングを施した。窒化チタン膜１３２
形成時の基板温度は６５０℃であり、基板温度以外の膜
形成条件は実施例４と同じである。かかる窒化チタン膜
１３２上にフォスフオシリケードグラス（ｐ ｓ ａ）
膜３３を常圧ＣＶＤ法によって厚さ０．８μｍ形成し、
直径０．７μｍのコンタクトホール１３４を開口した０
次に厚さ０．５μｍのアルミニウム膜１３５、さらにそ
の上層に厚さ０．１μｍの窒化チタン膜１３６を形成し
た。窒化チタン膜１３６の形成は第４図の装置を用いて
バイアスプラズマＣＶＤ法によって行った。
第１０図はロード・ロック室を具備したバイアスプラズ
マＣＶＤ装置を示す、基板１３０はロードロック室を介
して、１３．５６ＭＨｚ の高周波電源１５０により
バイアス電圧を印加可能な基板ホルダ１４２上に設置し
た。基板ホルダ１４２は接地された反応室壁１４３とは
絶縁材１４４により絶縁されている０反応室１４５をタ
ーボ分子ポンプを備えた排気系４６により３ Ｘ １０
−’Ｔｏｒｒまで排気した。基板ホルダ１４２に内蔵さ
れたヒーターにより基板１３０を３５０℃まで昇温後。
マＣＶＤ装置を示す、基板１３０はロードロック室を介
して、１３．５６ＭＨｚ の高周波電源１５０により
バイアス電圧を印加可能な基板ホルダ１４２上に設置し
た。基板ホルダ１４２は接地された反応室壁１４３とは
絶縁材１４４により絶縁されている０反応室１４５をタ
ーボ分子ポンプを備えた排気系４６により３ Ｘ １０
−’Ｔｏｒｒまで排気した。基板ホルダ１４２に内蔵さ
れたヒーターにより基板１３０を３５０℃まで昇温後。
ガス導入口１４７から、ＩＯ５ＣＣＭのビスシクロペン
タジェニルチタン、ガスノズル４８から３００ＳＣＣＭ
のアンモニアと３００８ＣＣＭ（７）アルゴンとを反応
室１４５に導入して反応室４５内圧力をＱ 、 ３ Ｔ
ｏｒｒとした。ガス導入口１４７゜ガスノズル１４８は
絶縁材１４９により接地された反応室１４３とは絶縁さ
れており１周波数１３ 、５６ Ｍ Ｈｚ の高周波
電力を電源１４０により印加可能である。ガス導入を開
始１反応室１４５内の圧力をＱ 、 ３ Ｔｏｒｒに調
整後、電源１４０および１５０より電力を印加した。電
源１４０よりガスノズル１３８等に印加したのは、０．
２Ｗ／ｃｄの高周波電力であり、電源１５０より基板ホ
ルダ１４２を介して基板１３０に印加したのは一５０Ｖ
の実効バイアス電圧である。かかる条件を３分間維持し
て基板１３０上に第１図のように厚さ０．１μｍの窒化
チタン膜１３６をバイアスプラズマＣＶＤ法で形成した
。形成された窒化チタン膜３６の段差被覆性は四塩化チ
タンとアンモニアとを原料として用いた場合と同等に優
れており。
タジェニルチタン、ガスノズル４８から３００ＳＣＣＭ
のアンモニアと３００８ＣＣＭ（７）アルゴンとを反応
室１４５に導入して反応室４５内圧力をＱ 、 ３ Ｔ
ｏｒｒとした。ガス導入口１４７゜ガスノズル１４８は
絶縁材１４９により接地された反応室１４３とは絶縁さ
れており１周波数１３ 、５６ Ｍ Ｈｚ の高周波
電力を電源１４０により印加可能である。ガス導入を開
始１反応室１４５内の圧力をＱ 、 ３ Ｔｏｒｒに調
整後、電源１４０および１５０より電力を印加した。電
源１４０よりガスノズル１３８等に印加したのは、０．
２Ｗ／ｃｄの高周波電力であり、電源１５０より基板ホ
ルダ１４２を介して基板１３０に印加したのは一５０Ｖ
の実効バイアス電圧である。かかる条件を３分間維持し
て基板１３０上に第１図のように厚さ０．１μｍの窒化
チタン膜１３６をバイアスプラズマＣＶＤ法で形成した
。形成された窒化チタン膜３６の段差被覆性は四塩化チ
タンとアンモニアとを原料として用いた場合と同等に優
れており。
アミノチタン等を原料として用いた場合と比較すると大
幅に向上した。窒化チタン膜３６とアルミニウム膜１３
５との積層膜に通常のホトリソグラフィー技術とドライ
エツチング技術により同時にバターニングを施した。
幅に向上した。窒化チタン膜３６とアルミニウム膜１３
５との積層膜に通常のホトリソグラフィー技術とドライ
エツチング技術により同時にバターニングを施した。
かかる試料に４５０℃３０分の水素雰囲気中熱処理を施
した後、直径０．７μｍのコンタクトホールのコンタク
ト抵抗を測定したところ、３１０ｍΩであり、従来の反
応性スパッタ法による窒化チタン膜１３２を用いた場合
の３１８ｍΩとほぼ等しかった。本発明による窒化チタ
ン膜１３２は熱処理中のアルミニウム膜１３５とシリコ
ン基板１３０との間の反応を防止する有効なバリア膜と
して機能した。
した後、直径０．７μｍのコンタクトホールのコンタク
ト抵抗を測定したところ、３１０ｍΩであり、従来の反
応性スパッタ法による窒化チタン膜１３２を用いた場合
の３１８ｍΩとほぼ等しかった。本発明による窒化チタ
ン膜１３２は熱処理中のアルミニウム膜１３５とシリコ
ン基板１３０との間の反応を防止する有効なバリア膜と
して機能した。
次に半導体基板１３０上に併せて作製した１０μｍ角の
、二酸化シリコン膜を誘電対として用いたキャパシタの
耐圧を測定した。３００個のキャパシタのうち耐圧不良
品は０個であった。従来、アルミニウム膜３５上の窒化
チタン膜１３６を、四塩化チタンとアンモニアとを原料
として第１０図の装置を用いて、バイアスプラズマＣＶ
Ｄ法によって形成した場合、同じキャパシタ３００個中
の、耐圧不良品は１９個であった０本発明の窒化チタン
膜形成法によれば、塩化アンモニウムのパーティクルの
発生がないため、上記の如く、パーティクルに起因する
不良品の発生率を大幅に低減できる。
、二酸化シリコン膜を誘電対として用いたキャパシタの
耐圧を測定した。３００個のキャパシタのうち耐圧不良
品は０個であった。従来、アルミニウム膜３５上の窒化
チタン膜１３６を、四塩化チタンとアンモニアとを原料
として第１０図の装置を用いて、バイアスプラズマＣＶ
Ｄ法によって形成した場合、同じキャパシタ３００個中
の、耐圧不良品は１９個であった０本発明の窒化チタン
膜形成法によれば、塩化アンモニウムのパーティクルの
発生がないため、上記の如く、パーティクルに起因する
不良品の発生率を大幅に低減できる。
なお、窒化チタン膜１３６をアルミニウム配線１３５上
に形成することによる配線層の耐エレクトロマイグレー
ション性向上および耐ストレスマイグレーション性向上
の効果は、従来の四塩化チタンとアンモニアとを原料と
したバイアスプラズマ化学気相成長法による膜を用いた
場合と比較し、人動に向上した。これは、本発明の方法
による窒化チタン膜中には塩素が全く含まれていないこ
との効果と発明者らは推定している。
に形成することによる配線層の耐エレクトロマイグレー
ション性向上および耐ストレスマイグレーション性向上
の効果は、従来の四塩化チタンとアンモニアとを原料と
したバイアスプラズマ化学気相成長法による膜を用いた
場合と比較し、人動に向上した。これは、本発明の方法
による窒化チタン膜中には塩素が全く含まれていないこ
との効果と発明者らは推定している。
上述のごとき、本発明の薄膜形成方法がもたらす効果は
窒化チタン膜に限定されるものではなく、他の遷移金属
窒化物薄膜の形成に適用した場合も同等の効果がもたら
されることはいうまでもない。
窒化チタン膜に限定されるものではなく、他の遷移金属
窒化物薄膜の形成に適用した場合も同等の効果がもたら
されることはいうまでもない。
実施例６
第１１図および第１２図を用いて説明する第１１図は本
発明を適用したバイポーラメモリの一部分を示す図であ
る。シリコン基板２１０上にはＬＯＣＯ８法で選択的に
形成された二酸化シリコン膜２１１があり、さらにその
上層に常圧化学気相成長法によってフオスフオシリケー
スガラス膜２１２が形成されている。コンタクトホール
２１３を開口し、拡散層１４を形成した後不純物をドー
プした多結晶シリコン配線層２１５が作製され、しかる
後、その多結晶シリコン配線層２１５上の一部に厚さ７
０ｎｍの白金シリサイド層２１６がある。白金シリサイ
ド層２１６は白金を蒸着してパターニングを施した後、
熱処理によってシリサイド化反応を生じさせて形成した
。バイアスバッタ法により厚さ８００ｎｍの二酸化シリ
コン膜２１７を形成し、ヴイアホール２１８を開口した
。
発明を適用したバイポーラメモリの一部分を示す図であ
る。シリコン基板２１０上にはＬＯＣＯ８法で選択的に
形成された二酸化シリコン膜２１１があり、さらにその
上層に常圧化学気相成長法によってフオスフオシリケー
スガラス膜２１２が形成されている。コンタクトホール
２１３を開口し、拡散層１４を形成した後不純物をドー
プした多結晶シリコン配線層２１５が作製され、しかる
後、その多結晶シリコン配線層２１５上の一部に厚さ７
０ｎｍの白金シリサイド層２１６がある。白金シリサイ
ド層２１６は白金を蒸着してパターニングを施した後、
熱処理によってシリサイド化反応を生じさせて形成した
。バイアスバッタ法により厚さ８００ｎｍの二酸化シリ
コン膜２１７を形成し、ヴイアホール２１８を開口した
。
ヴイアホール２１８の値径は０．８μｍである。
かかるシリコン基板２１０上に第１２図に示す装置を用
いて窒化チタン膜を形成した。
いて窒化チタン膜を形成した。
基板２１０を第１２図に示した装置のロードロック室（
図示せず）から反応室２２０内の加熱ランプを内蔵した
基板ホルダ２２１上に転送した。
図示せず）から反応室２２０内の加熱ランプを内蔵した
基板ホルダ２２１上に転送した。
反応室２２０はメカニカルブースタポンプ２２とロータ
リーポンプにより２− ＯＸ １０−”Ｔｏｒｒまで排
気されている。加熱ランプにより基板を６００℃まで昇
温した後ガスノズル２２４からアンモニアを、ガス吹出
口２５から四塩化チタンを反応室２２０内に導入して減
圧化学気相成長法により基板２１０上に窒化チタン膜の
形成を行った。四塩化チタンの流量は９８ＣＣＭ、アン
モニアの流量はＩＳＬＭあり、膜形成中の反応室２２０
内の圧力は０．２５Ｔｏｒｒに保った。なお四塩化チタ
ンは２５℃に保った容器２２６内で気化され、４５℃に
保温された配管２２７を経由してガス吹出し口２５から
基板上２１０へと導いた。さらに反応室２２０内壁への
塩化アンモニウムの付着を防止するため１反応室２２０
内壁温度は、ヒータにより１００〜１５０℃に加熱した
。上記の条件を５分間維持したした後、アンモニアと四
塩化チタンの導入を停止し基板ホルダ２２１内の加熱ラ
ンプへの通電を停止して反応室２０内を窒素でパージし
た、窒素中で１００℃まで冷却した後、基板２１０をロ
ードロック室に転送し、さらに大気中へと取り出した。
リーポンプにより２− ＯＸ １０−”Ｔｏｒｒまで排
気されている。加熱ランプにより基板を６００℃まで昇
温した後ガスノズル２２４からアンモニアを、ガス吹出
口２５から四塩化チタンを反応室２２０内に導入して減
圧化学気相成長法により基板２１０上に窒化チタン膜の
形成を行った。四塩化チタンの流量は９８ＣＣＭ、アン
モニアの流量はＩＳＬＭあり、膜形成中の反応室２２０
内の圧力は０．２５Ｔｏｒｒに保った。なお四塩化チタ
ンは２５℃に保った容器２２６内で気化され、４５℃に
保温された配管２２７を経由してガス吹出し口２５から
基板上２１０へと導いた。さらに反応室２２０内壁への
塩化アンモニウムの付着を防止するため１反応室２２０
内壁温度は、ヒータにより１００〜１５０℃に加熱した
。上記の条件を５分間維持したした後、アンモニアと四
塩化チタンの導入を停止し基板ホルダ２２１内の加熱ラ
ンプへの通電を停止して反応室２０内を窒素でパージし
た、窒素中で１００℃まで冷却した後、基板２１０をロ
ードロック室に転送し、さらに大気中へと取り出した。
Ｘ線回折法により測定した窒化チタン膜の結晶配向は（
２００）面が主な配向であった。
２００）面が主な配向であった。
（２００）に対応するＸ線回折ピークは（１１１）等の
他のピークの８０倍以上の強度であり、同様の方法・条
件で（１００）シリコン基板上に形成した窒化チタン膜
の結晶配向もほぼ等しく、下地による影響はほとんどな
いといえる。また、膜の抵抗率は１００μΩ・１である
膜中の酸素・炭素含量有はそれぞれｌａｔ％以下、およ
び３ａｔ％である。
他のピークの８０倍以上の強度であり、同様の方法・条
件で（１００）シリコン基板上に形成した窒化チタン膜
の結晶配向もほぼ等しく、下地による影響はほとんどな
いといえる。また、膜の抵抗率は１００μΩ・１である
膜中の酸素・炭素含量有はそれぞれｌａｔ％以下、およ
び３ａｔ％である。
このようにして形成された厚さ１２．０ｎｍ の窒化チ
タン膜２１９上に１．５％のミリコンと０．５％の銅と
を含有する厚さ５００ｎｍのアルミニウム合金膜２００
をスパッタ法により形成し、アルミニウムと合金、窒化
チタンの積層膜を通常のホトリソグラフィー技術とドラ
イエツチング技術とを用いて同時に加工し、積層配線層
を形成した。しかる後、バイアススパッタ法により厚さ
１．５μｍの窒化硅素パッシベーション膜２０１を形成
した。さらに、試料に４５０℃１時間の水素雰囲気中熱
処理を施した。
タン膜２１９上に１．５％のミリコンと０．５％の銅と
を含有する厚さ５００ｎｍのアルミニウム合金膜２００
をスパッタ法により形成し、アルミニウムと合金、窒化
チタンの積層膜を通常のホトリソグラフィー技術とドラ
イエツチング技術とを用いて同時に加工し、積層配線層
を形成した。しかる後、バイアススパッタ法により厚さ
１．５μｍの窒化硅素パッシベーション膜２０１を形成
した。さらに、試料に４５０℃１時間の水素雰囲気中熱
処理を施した。
かかる試料１００個の白金シリサイド層２１６と多結晶
シリコン層２１５との間に形成されたショットキー・ダ
イオードのショットキー・バリア高さを測定したところ
、平均０．７５ｅＶであり最小値は０．７２ｅＶ、最大
値は０．７８ｅＶであった。窒化チタン層として同じ膜
厚の、従来の反応性スパッタ法による（１１１）面に主
な配向である抵抗率が１２０μΩ・１の膜を用いて、同
様の滑走をすると、平均値は０．６２ｅＶ、最小値はＱ
、４７ｅＶ、最大値は０．６７ｅＶであった。これは従
来の反応性スパッタ法による。（１１１）面が主な配向
である窒化チタン膜を用いた場合、バリア性の不足によ
り４５０℃、１時間の熱処理中にＡＱ合金配線層２０と
多結晶シリコン配線層２１５の間で相互拡散反応が生じ
たためであると考えられる。（２００）面に主に配向し
た膜を用いたことにより、ショットキー・パイオードの
熱的劣化のないバイポーラメモリの製造が可能となった
。
シリコン層２１５との間に形成されたショットキー・ダ
イオードのショットキー・バリア高さを測定したところ
、平均０．７５ｅＶであり最小値は０．７２ｅＶ、最大
値は０．７８ｅＶであった。窒化チタン層として同じ膜
厚の、従来の反応性スパッタ法による（１１１）面に主
な配向である抵抗率が１２０μΩ・１の膜を用いて、同
様の滑走をすると、平均値は０．６２ｅＶ、最小値はＱ
、４７ｅＶ、最大値は０．６７ｅＶであった。これは従
来の反応性スパッタ法による。（１１１）面が主な配向
である窒化チタン膜を用いた場合、バリア性の不足によ
り４５０℃、１時間の熱処理中にＡＱ合金配線層２０と
多結晶シリコン配線層２１５の間で相互拡散反応が生じ
たためであると考えられる。（２００）面に主に配向し
た膜を用いたことにより、ショットキー・パイオードの
熱的劣化のないバイポーラメモリの製造が可能となった
。
なお、第１２図に示した装置は１３．５６ＭＨｚの高周
波電源２２８を備えておりプラズマ化学気相成長法によ
る膜形成も可能である。基板温度４５０℃でプラズマ化
学相成長法によって形成した（２００）面が主な配向の
同膜厚の窒化チタン膜を用いた場合、第１１図に示した
ショットキーダイオード２００個のショットキーバリア
高さは０．６８ｅＶであり、この場合も従来の反応性ス
パッタ法による膜よりもバリア性が改善された。
波電源２２８を備えておりプラズマ化学気相成長法によ
る膜形成も可能である。基板温度４５０℃でプラズマ化
学相成長法によって形成した（２００）面が主な配向の
同膜厚の窒化チタン膜を用いた場合、第１１図に示した
ショットキーダイオード２００個のショットキーバリア
高さは０．６８ｅＶであり、この場合も従来の反応性ス
パッタ法による膜よりもバリア性が改善された。
基板にバイアスを印加しつつバイアスプラズマ化学気相
成長法によって形成した膜のバリア性は、本実施例中の
減圧化学気相成長法による膜とほぼ同等であった。
成長法によって形成した膜のバリア性は、本実施例中の
減圧化学気相成長法による膜とほぼ同等であった。
本実施例中では、窒化チタンバリア層を多結晶シリコン
配線層もしくは白金シリサイド層と、アルミニウム合金
配線層との間のヴイアホール部に用いたが、シリコン基
板とアルミニウム合金配線層との間等のコンタクトホー
ル部に用いても同様の効果が得られることは言うまでも
ない、また、本実施例中で述べた四塩化チタンとアンモ
ニアの他、四塩化チタンと窒素等、他の材料を原料とし
て膜を形成した場合にも同一の面方位を示し、同等の効
果が得られることも発明者らは見出している。
配線層もしくは白金シリサイド層と、アルミニウム合金
配線層との間のヴイアホール部に用いたが、シリコン基
板とアルミニウム合金配線層との間等のコンタクトホー
ル部に用いても同様の効果が得られることは言うまでも
ない、また、本実施例中で述べた四塩化チタンとアンモ
ニアの他、四塩化チタンと窒素等、他の材料を原料とし
て膜を形成した場合にも同一の面方位を示し、同等の効
果が得られることも発明者らは見出している。
実施例７
第１３図を用いて説明する。第１３図は本発明によるバ
リア性の改良効果を説明するための図である１図中のデ
ータは全て（１００）シリコン基板上に厚さ１１００ｎ
のの窒化チタン膜を形成し。
リア性の改良効果を説明するための図である１図中のデ
ータは全て（１００）シリコン基板上に厚さ１１００ｎ
のの窒化チタン膜を形成し。
さ←に厚さ５００ｎｍのアルミニウム膜を重ねて形成し
た試料のデータであり、アルミニウムの抵抗率は試料を
４５０℃１０時間窒素雰囲気中で熱処理した後の値であ
る。第１３図の横軸は窒化チタン膜形成後にＸ線回折法
によって測定した窒化チタン膜の（２００）面に対応す
る２０〜４２．９゜のピークの高さ／（１１１）面に対
応する２０〜３６．８＠のピークの高さである。縦軸は
窒化チタン膜上に形成した厚さ５００ｎｍの純アルミニ
ウム膜の抵抗率（熱処理後の値）である。熱処理前の抵
抗率は、２７５μΩ・Ｇである。
た試料のデータであり、アルミニウムの抵抗率は試料を
４５０℃１０時間窒素雰囲気中で熱処理した後の値であ
る。第１３図の横軸は窒化チタン膜形成後にＸ線回折法
によって測定した窒化チタン膜の（２００）面に対応す
る２０〜４２．９゜のピークの高さ／（１１１）面に対
応する２０〜３６．８＠のピークの高さである。縦軸は
窒化チタン膜上に形成した厚さ５００ｎｍの純アルミニ
ウム膜の抵抗率（熱処理後の値）である。熱処理前の抵
抗率は、２７５μΩ・Ｇである。
０は減圧化学気相成長法、・はバイアスプラズマ化学気
相成長法、Δは反応性スパッタ法によって形成した窒化
チタン膜を用いた試料のデータであり、図中に示した窒
化チタン膜の抵抗率はチタン膜形成直後の値である。
相成長法、Δは反応性スパッタ法によって形成した窒化
チタン膜を用いた試料のデータであり、図中に示した窒
化チタン膜の抵抗率はチタン膜形成直後の値である。
第１３図より明らかなように、（２００）配向の度合が
増すにつれて、熱処理後のアルミニウム膜の抵抗増加が
減少する。すなわち、横軸が１０以上の（２００）面が
主な配向である膜は、バリア性が高く熱処理中のシリコ
ン基板とアルミニウム膜との相互拡散反応を防止する効
果が大である。
増すにつれて、熱処理後のアルミニウム膜の抵抗増加が
減少する。すなわち、横軸が１０以上の（２００）面が
主な配向である膜は、バリア性が高く熱処理中のシリコ
ン基板とアルミニウム膜との相互拡散反応を防止する効
果が大である。
また、第１３図より反応性スパッタ法による窒化チタン
膜も（２００）配向成分を増すにつれてバリア性は増す
ものの、窒化チタン膜の抵抗率が増加することもわかる
。これに対し、減圧化学気相成長法、バイアスプラズマ
化学気相成長法による膜は、低抵抗で、かつ、バリア性
も優れている。
膜も（２００）配向成分を増すにつれてバリア性は増す
ものの、窒化チタン膜の抵抗率が増加することもわかる
。これに対し、減圧化学気相成長法、バイアスプラズマ
化学気相成長法による膜は、低抵抗で、かつ、バリア性
も優れている。
実施例８
第１４図および第１５図を用いて説明する。第１４図（
ａ）は化学気相成長法により厚さ１μｍの二酸化シリコ
ン膜３１１を形成しコンタクトホール３１２を開口した
抵抗率約１０Ω・■のＰ型シリコン基板３１０を示す。
ａ）は化学気相成長法により厚さ１μｍの二酸化シリコ
ン膜３１１を形成しコンタクトホール３１２を開口した
抵抗率約１０Ω・■のＰ型シリコン基板３１０を示す。
コンタクトホール３１２の直径は０．８μｍである。コ
ンタクトホール３１２の開口後、開口部のシリコン基板
３１０のボロンをイオン注入してＰ十領域３１３を形成
しである。かかるシリコン基板３１０上に第１５図に示
す減圧化学気相成長装置を用いて窒化チタン膜を形成し
た。
ンタクトホール３１２の開口後、開口部のシリコン基板
３１０のボロンをイオン注入してＰ十領域３１３を形成
しである。かかるシリコン基板３１０上に第１５図に示
す減圧化学気相成長装置を用いて窒化チタン膜を形成し
た。
片板３１０を第１５図に示した装置の反応室３２０内の
ヒータが内蔵された基板ホルダ３２１上に設置した後反
応室３２０をターボ分子ポンプ３２２とロータリーポン
プ３２３により排気した。
ヒータが内蔵された基板ホルダ３２１上に設置した後反
応室３２０をターボ分子ポンプ３２２とロータリーポン
プ３２３により排気した。
３ 、 ＯＸ １０”−６Ｔｏｒｒまで排気後、基板ホ
ルダ３２１に内蔵されたヒータ（図示せず）に通電し基
板を５５０℃に昇温した。しかる後、ガスノズル３２４
からアンモニアを、ガス吹出し口２５からの四塩化チタ
ンを反応室２０内に導入して減圧化学気相成長法により
基板１０上に窒化チタン膜の形成を行った。四塩化チタ
ンの流量は１０ Ｓ ＣＣＭ、アンモニアの流量は９０
０８ＣＣＭであり、膜形成中の反応室２０内の圧力は０
．３５Ｔｏｒｒに保った。
ルダ３２１に内蔵されたヒータ（図示せず）に通電し基
板を５５０℃に昇温した。しかる後、ガスノズル３２４
からアンモニアを、ガス吹出し口２５からの四塩化チタ
ンを反応室２０内に導入して減圧化学気相成長法により
基板１０上に窒化チタン膜の形成を行った。四塩化チタ
ンの流量は１０ Ｓ ＣＣＭ、アンモニアの流量は９０
０８ＣＣＭであり、膜形成中の反応室２０内の圧力は０
．３５Ｔｏｒｒに保った。
なお、四塩素チタンは３０℃に保った容器３２６内で気
化され、５０℃に保温された配管３２７を経由してガス
吹出し口２５から導いた。さらに反応室３２０の内壁は
塩化アンモニウムの生成を防止するため、反応室３２０
の外壁に備えられたヒータにより１２０℃に加熱した。
化され、５０℃に保温された配管３２７を経由してガス
吹出し口２５から導いた。さらに反応室３２０の内壁は
塩化アンモニウムの生成を防止するため、反応室３２０
の外壁に備えられたヒータにより１２０℃に加熱した。
上記の条件を５分間維持した後、アンモニア、四塩化チ
タンの導入を停止し、基板ホルダ３２１内のヒータへの
通電を停止し再び反応室３２０を約３．０Ｘ１０−６Ｔ
ｏｒｒまで排気した。反応室３２０内で１５０”Ｃま
で冷却した後、基板１０を大気中に取出した。
タンの導入を停止し、基板ホルダ３２１内のヒータへの
通電を停止し再び反応室３２０を約３．０Ｘ１０−６Ｔ
ｏｒｒまで排気した。反応室３２０内で１５０”Ｃま
で冷却した後、基板１０を大気中に取出した。
第１４図（ｂ）は上記の手順で窒化チタン膜３１４を形
成した後のシリコン基板３１０を示す、窒化チタン膜３
１４の厚さは１５０ｎｍである。なお。
成した後のシリコン基板３１０を示す、窒化チタン膜３
１４の厚さは１５０ｎｍである。なお。
直径２インチ、厚さ２００μｍのシリコン基板に同条件
で窒化チタン膜を形成し、膜形成前後の基板の反りの差
から求めた。窒化チタン膜の内部応力は０．７７０Ｐａ
の引っ張り応力であった。従って窒化チタン膜３１
４の内部応力も約０．７７ＧＰａの引っ張り応力である
といえる。かかる窒化チタン膜１４上にスパッタ法によ
り厚さ５００ｎｍの１．５％のＳｉを含むアルミニウム
合金膜１５を形成すると第１４図（ｃ）の如くなった。
で窒化チタン膜を形成し、膜形成前後の基板の反りの差
から求めた。窒化チタン膜の内部応力は０．７７０Ｐａ
の引っ張り応力であった。従って窒化チタン膜３１
４の内部応力も約０．７７ＧＰａの引っ張り応力である
といえる。かかる窒化チタン膜１４上にスパッタ法によ
り厚さ５００ｎｍの１．５％のＳｉを含むアルミニウム
合金膜１５を形成すると第１４図（ｃ）の如くなった。
しかる後１通常のホトリソグラフィ技術、ドライエツチ
ング技術等により、アルミニウム合金膜３１５と窒化チ
タン膜３１４とに同時にバターニングを施し、積層配線
層を形成した。
ング技術等により、アルミニウム合金膜３１５と窒化チ
タン膜３１４とに同時にバターニングを施し、積層配線
層を形成した。
プラズマ化学気相成長法によって厚さ５００ｎｍの窒化
シリコンパッシベーション膜を全面に形成した。
シリコンパッシベーション膜を全面に形成した。
かかる試料の直径０．８μｍのコンタクトホールのコン
タクト抵抗を測定したところ２５０Ωであった。なお、
同構造の圧縮応力の窒化チタン膜を用いた試料の直径０
．８μｍのコンタクトホールのコンタクト抵抗は２４０
Ωである。圧縮応力を有する窒化チタン膜の形成は反応
性スパッタ法によった。膜形成時の基板温度は１５０℃
である。
タクト抵抗を測定したところ２５０Ωであった。なお、
同構造の圧縮応力の窒化チタン膜を用いた試料の直径０
．８μｍのコンタクトホールのコンタクト抵抗は２４０
Ωである。圧縮応力を有する窒化チタン膜の形成は反応
性スパッタ法によった。膜形成時の基板温度は１５０℃
である。
引っ張り応力と圧縮応力の窒化チタン膜を用いた上記二
試料に５００℃１０時間の窒素雰囲気中熱処理を施した
後、再びコンタクト抵抗を測定した。直径０．８μｍの
コンタクトホールのコンタクト抵抗は引っ張り応力の窒
化チタン膜を用いた試料では２８０Ω、圧縮応力の窒化
チタン膜を用いた試料では４１０Ωであった。張つ張り
応力を有する窒化チタン膜の方がコンタクトホール部に
おいて高いバリア性を有することが詔められた６一方、
引っ張り応力と圧縮応力の窒化チタン膜を用いた二仕様
の試料の積層ｌｆｉ！線に対し、高温通電寿命試験と高
温非通電寿命試験を行った。試験を行った積層配線の幅
はいずれも１μｍである。
試料に５００℃１０時間の窒素雰囲気中熱処理を施した
後、再びコンタクト抵抗を測定した。直径０．８μｍの
コンタクトホールのコンタクト抵抗は引っ張り応力の窒
化チタン膜を用いた試料では２８０Ω、圧縮応力の窒化
チタン膜を用いた試料では４１０Ωであった。張つ張り
応力を有する窒化チタン膜の方がコンタクトホール部に
おいて高いバリア性を有することが詔められた６一方、
引っ張り応力と圧縮応力の窒化チタン膜を用いた二仕様
の試料の積層ｌｆｉ！線に対し、高温通電寿命試験と高
温非通電寿命試験を行った。試験を行った積層配線の幅
はいずれも１μｍである。
高温通電寿命試験の条件は周囲温度２５０℃。
電流密度は２．０Ｘ１０８Ａ／ｄである。それぞれの仕
様で各２００個の試料の試験を行ったところ、引っ張り
応力の窒化チタン膜を用いた試料の平均寿命は８．３時
間であった。圧縮応力の窒化チタン膜を用いた試験の平
均寿命５．７時間に比べて大幅に寿命が長かった。引っ
張り応力の窒化チタン膜を用いることにより、アルミニ
ウム合金、窒化チタン積層配線層の耐エレクトロマイグ
レーション性を向上することができた。
様で各２００個の試料の試験を行ったところ、引っ張り
応力の窒化チタン膜を用いた試料の平均寿命は８．３時
間であった。圧縮応力の窒化チタン膜を用いた試験の平
均寿命５．７時間に比べて大幅に寿命が長かった。引っ
張り応力の窒化チタン膜を用いることにより、アルミニ
ウム合金、窒化チタン積層配線層の耐エレクトロマイグ
レーション性を向上することができた。
同温非通電（放置）試験の条件は周囲温度２５０℃であ
る。引っ張り応力の窒化チタン膜を用いた２００個の試
料の平均寿命は２８３時間であり、圧縮応力の窒化チタ
ン膜を用いた２００個の試料の平均寿命は１０７時間で
あった。引っ張り応力を有する窒化チタン膜を用いるこ
とにより、アルミニウム合金と窒化チタン膜の積層配線
層の耐スト−レスマイグレーション性を大幅に向上する
ことができた。さらに窒化チタン膜の原料として四塩化
チタンと窒素等、他の材料を用いた場合にも同等の効果
が得られた。
る。引っ張り応力の窒化チタン膜を用いた２００個の試
料の平均寿命は２８３時間であり、圧縮応力の窒化チタ
ン膜を用いた２００個の試料の平均寿命は１０７時間で
あった。引っ張り応力を有する窒化チタン膜を用いるこ
とにより、アルミニウム合金と窒化チタン膜の積層配線
層の耐スト−レスマイグレーション性を大幅に向上する
ことができた。さらに窒化チタン膜の原料として四塩化
チタンと窒素等、他の材料を用いた場合にも同等の効果
が得られた。
なお、第１５図に示した装置を用いて六フッ化タングス
テンとアンモニアとを原料として減圧化学気相成長法に
より内部応力が引っ張り応力の窒化タングステン膜を形
成したところ、反応性スパッタ法により形成した圧縮応
力の膜に比べ、バリア性が優れていることがわかった。
テンとアンモニアとを原料として減圧化学気相成長法に
より内部応力が引っ張り応力の窒化タングステン膜を形
成したところ、反応性スパッタ法により形成した圧縮応
力の膜に比べ、バリア性が優れていることがわかった。
また、１．５％のＳｉを含有するアルミニウム合金と窒
化タングステンの積層配線の耐エレクトロスグレージョ
ン性、耐ストレスマイグレーション性は、共に。
化タングステンの積層配線の耐エレクトロスグレージョ
ン性、耐ストレスマイグレーション性は、共に。
引っ張り応力の窒化タングステン膜を用いた場合の方が
、圧縮応力の膜を用いた場合よりも高かった。なお、窒
化タングステン膜の原料として六フッ化タングステンと
窒素等、他の材料を用いた場合にも同等の効果が得られ
た。
、圧縮応力の膜を用いた場合よりも高かった。なお、窒
化タングステン膜の原料として六フッ化タングステンと
窒素等、他の材料を用いた場合にも同等の効果が得られ
た。
内部応力が引っ張り応力である窒化チタン膜。
窒化タングステン膜の形成は、上記の減圧化学気相成長
法の他、プラズマ化学気相成長法によっても可能である
。さらに、バイアスプラズマ化学気相成長法（基板にバ
イアス電圧を印加しつつ行うプラズマ化学気相成長法）
によって形成することもできる。バイアスプラズマ化学
気相成長法の膜の法がプラズマ化学気相成長法による膜
よりも高密度で、バリア性は優れていた１反応性スパッ
タ法で基板温度を６００℃以上に保って膜形成を行うこ
とによっても内部応力が引っ張り応力の膜形成ができた
。いずれの方法で形成した引っ張り応力の膜も、本実施
例中の減圧化学気相成長法による窒化チタン膜と同様の
効果が得られた。
法の他、プラズマ化学気相成長法によっても可能である
。さらに、バイアスプラズマ化学気相成長法（基板にバ
イアス電圧を印加しつつ行うプラズマ化学気相成長法）
によって形成することもできる。バイアスプラズマ化学
気相成長法の膜の法がプラズマ化学気相成長法による膜
よりも高密度で、バリア性は優れていた１反応性スパッ
タ法で基板温度を６００℃以上に保って膜形成を行うこ
とによっても内部応力が引っ張り応力の膜形成ができた
。いずれの方法で形成した引っ張り応力の膜も、本実施
例中の減圧化学気相成長法による窒化チタン膜と同様の
効果が得られた。
本発明においては、コールドウオール型ＣＶＤ装置を用
い、低圧ＣＶＤによって窒化チタン膜を形成することが
必要である６反応室内のかつ圧力が高い常圧ＣＶＤでは
、直径もしくは幅が１μｍ以下で、アスペクト比（孔の
深さ／孔の直径または幅）が０．７ 以上という孔に、
高い段差被覆で窒化チタン膜を形成することは困難であ
る。また、反応室の壁面の温度が基板の温度よりも高く
なるホブトウオール型のＣＶＤ装置を用いると、たとえ
反応室内のガス圧力を常圧より低くシ、低圧ＣＶＤによ
って窒化チタン膜を形成しても、十分な段階被覆性が得
られないばかりでなく、シリコンとアルミニウムの反応
を阻止するためのバリヤとしての特性が低下してしまう
、従って１反応室の壁面の温度が半導体基板の温度より
も低くなる、コールドウオール型ＣＶＤ装置を用い、低
圧ＣｖＤに窒化チタン膜を形成することが重要である。
い、低圧ＣＶＤによって窒化チタン膜を形成することが
必要である６反応室内のかつ圧力が高い常圧ＣＶＤでは
、直径もしくは幅が１μｍ以下で、アスペクト比（孔の
深さ／孔の直径または幅）が０．７ 以上という孔に、
高い段差被覆で窒化チタン膜を形成することは困難であ
る。また、反応室の壁面の温度が基板の温度よりも高く
なるホブトウオール型のＣＶＤ装置を用いると、たとえ
反応室内のガス圧力を常圧より低くシ、低圧ＣＶＤによ
って窒化チタン膜を形成しても、十分な段階被覆性が得
られないばかりでなく、シリコンとアルミニウムの反応
を阻止するためのバリヤとしての特性が低下してしまう
、従って１反応室の壁面の温度が半導体基板の温度より
も低くなる、コールドウオール型ＣＶＤ装置を用い、低
圧ＣｖＤに窒化チタン膜を形成することが重要である。
本発明において、溝の外において絶縁膜上に形成された
部分における窒化チタン膜の膜厚は５０ｎｍ〜０．７μ
ｍであることが望ましい。この部ｒＯ各弾。
部分における窒化チタン膜の膜厚は５０ｎｍ〜０．７μ
ｍであることが望ましい。この部ｒＯ各弾。
分における膜厚がｆ、；ｒｉＭより薄いと、バリヤ層と
１つの特性が不十分になり、０．７μｍ より厚いと、
クラックが生じやすくなる。
１つの特性が不十分になり、０．７μｍ より厚いと、
クラックが生じやすくなる。
窒化チタン膜を形成する際の半導体基板の温度は４００
℃〜９００℃とすることが好ましい。この際の温度が４
００”Ｃより低いと、後の工程で行なわれる熱処理によ
って、窒化チタン膜に割れが生じやすく、９００℃より
高いと、窒化チタンを堆積する際に割れが生じやすい。
℃〜９００℃とすることが好ましい。この際の温度が４
００”Ｃより低いと、後の工程で行なわれる熱処理によ
って、窒化チタン膜に割れが生じやすく、９００℃より
高いと、窒化チタンを堆積する際に割れが生じやすい。
また、窒化チタン膜を形成する際の１反応室の壁面の温
度は、上記半導体基板の温度より３００℃以上低くする
ことが好ましい。両者の温度差が小さくなると、コール
ドウオール型ＣＶＤ装置を用いたことによって得られる
効果が低下し、窒化チタン膜の段差被覆性とバリヤ層と
しての特性が低下する。また、窒化チタン膜を形成する
際の反応室内の圧力は０ 、０５ Ｔｏｒｒ〜Ｉ Ｔｏ
ｒｒとすることが好ましい。
度は、上記半導体基板の温度より３００℃以上低くする
ことが好ましい。両者の温度差が小さくなると、コール
ドウオール型ＣＶＤ装置を用いたことによって得られる
効果が低下し、窒化チタン膜の段差被覆性とバリヤ層と
しての特性が低下する。また、窒化チタン膜を形成する
際の反応室内の圧力は０ 、０５ Ｔｏｒｒ〜Ｉ Ｔｏ
ｒｒとすることが好ましい。
上記圧力が０ 、０５ Ｔｏｒｒより低いと、窒化チタ
ンの堆積速度が著るしく低下して、酸素の混入などによ
って膜の特性が低下し、ＩＴｏｒｒより高いと、上記微
細でアスペクト比の大きい孔内に、窒化チタン膜を形成
することが困雛になる。また上記アルミニウム合金とし
ては、ＡΩ−８ｉ合金、ＡＱ−Ｃｕ合金もしくはＡ ｎ
−Ｍ ｎ合金など、半導体装置の配線として用いられ
る各種アルミニウム合金を使用できる。
ンの堆積速度が著るしく低下して、酸素の混入などによ
って膜の特性が低下し、ＩＴｏｒｒより高いと、上記微
細でアスペクト比の大きい孔内に、窒化チタン膜を形成
することが困雛になる。また上記アルミニウム合金とし
ては、ＡΩ−８ｉ合金、ＡＱ−Ｃｕ合金もしくはＡ ｎ
−Ｍ ｎ合金など、半導体装置の配線として用いられ
る各種アルミニウム合金を使用できる。
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、極かで
微細な孔の内面上に、バリヤ性のすぐれた窒化チタン膜
を高い段差被覆性で形成することが。
微細な孔の内面上に、バリヤ性のすぐれた窒化チタン膜
を高い段差被覆性で形成することが。
従来は困難であった。微細で信頼性の高い半導体装置の
形成が可能になった。
形成が可能になった。
第１図ａ−Ｃは本発明の一実施例を示す工程図。
本発明は本発明の実施に用いたＣＶＤ装置の一例本発明
の異なる実施例を示す図、第５図は従来の方法で形成さ
れた窒化チタン膜の断面形状を示す図、第６図は本発明
のさらに他の実施例を示す断面図、第７図および第８図
は本発明のさらに他の実施例を示す断面図および使用し
た装置を示す図。 第９図および第１０図は本発明のさらに他の実施例を示
す断面図および使用した装置を示す図、第１１図、およ
び第１２図は本発明のさらに他の実施例を示す断面図お
よび使用した装置を示す図、第１３図は本発明の効果の
一例を示す図、第１４図および第１５図は本発明のさら
に他の実施例を示す断面図および使用した装置を示す図
である。 １０・・・孔、１１・・・シリコン基板、１２・・・窒
化シリコン膜、２ｏ・・・反応室、２１．３３・・・基
板ホルダ。 ３２・・・ヒータ、４１・・・孔、４２・・・酸化膜、
４３゜６４・・・窒化シリコン膜、４５．４６・・・多
結晶シリコン膜、６２・・・コンタクトホール、７０，
８９・・・コンタクトホール、７１，８４，９０・・・
窒化シリコン膜、１１１・・・窒化シリコン膜、１１２
・・・アルミニウム膜、１２０・・・反応室、１３２，
１３６・・・窒化チタン［，１３５・・・アルミニウム
膜、２１６・・・白金シリサイド膜、２１９・・・窒化
チタン膜、２００・・・アルミニウム合金膜。 不）図 （ｃＬ） （ｂ）１０ 孔 １１ シリク、き〕トオ及 ｔｚ ９’ｒ７．シ鳳暎 華 Ｚ 国 ２θ 反几室 ２１ 掻払ホルダ ３３ 基本々ホルタ゛ ３２ ニー７− ■３ 図 ｖ４ 図 ４３ 電化＋７ン ４５ ツク奪吉晶シ９コ〉 ４６ ７り桔ｇＢシノノコシ ６２ コシ７り１ネール ｚ４ 室イし＋７シ薄狽 第 ５ 図 ７／ ｔイど、司ヒ７ンコ撃Ｂ番１ ８Ｉｉ 鋭化ナフズ専７浜 ８ｑ コンフッＦ爪−ル ｑρ 宝イ乙÷フシ薄戸央 昭７図 Ｕり 不３図 第 ９ 図 篤 ｌｏ 図 ／３１ コ〕７７トが−ル ／３５ アルミニクム眉史 １３６ 宝イ乙千７〉用乏 ／４５ Ｓメこ室。 ノ４ｏ膚５ル１２叉電逓 １５１ 語用ｊ７に電５、臣 第 １１ 図 不 ＩＺ 図 ２２Ｂ’ ２２７）
及へ室第 １３ 図 掩５ンナ差ｆｉｈ（ｚａ／）ｔ−′−７高フ／（／／υ
じ一２高Δ”Ｉｔ ７４ 図 （＾）（ｂ） （こ） 嘉１５ 図
の異なる実施例を示す図、第５図は従来の方法で形成さ
れた窒化チタン膜の断面形状を示す図、第６図は本発明
のさらに他の実施例を示す断面図、第７図および第８図
は本発明のさらに他の実施例を示す断面図および使用し
た装置を示す図。 第９図および第１０図は本発明のさらに他の実施例を示
す断面図および使用した装置を示す図、第１１図、およ
び第１２図は本発明のさらに他の実施例を示す断面図お
よび使用した装置を示す図、第１３図は本発明の効果の
一例を示す図、第１４図および第１５図は本発明のさら
に他の実施例を示す断面図および使用した装置を示す図
である。 １０・・・孔、１１・・・シリコン基板、１２・・・窒
化シリコン膜、２ｏ・・・反応室、２１．３３・・・基
板ホルダ。 ３２・・・ヒータ、４１・・・孔、４２・・・酸化膜、
４３゜６４・・・窒化シリコン膜、４５．４６・・・多
結晶シリコン膜、６２・・・コンタクトホール、７０，
８９・・・コンタクトホール、７１，８４，９０・・・
窒化シリコン膜、１１１・・・窒化シリコン膜、１１２
・・・アルミニウム膜、１２０・・・反応室、１３２，
１３６・・・窒化チタン［，１３５・・・アルミニウム
膜、２１６・・・白金シリサイド膜、２１９・・・窒化
チタン膜、２００・・・アルミニウム合金膜。 不）図 （ｃＬ） （ｂ）１０ 孔 １１ シリク、き〕トオ及 ｔｚ ９’ｒ７．シ鳳暎 華 Ｚ 国 ２θ 反几室 ２１ 掻払ホルダ ３３ 基本々ホルタ゛ ３２ ニー７− ■３ 図 ｖ４ 図 ４３ 電化＋７ン ４５ ツク奪吉晶シ９コ〉 ４６ ７り桔ｇＢシノノコシ ６２ コシ７り１ネール ｚ４ 室イし＋７シ薄狽 第 ５ 図 ７／ ｔイど、司ヒ７ンコ撃Ｂ番１ ８Ｉｉ 鋭化ナフズ専７浜 ８ｑ コンフッＦ爪−ル ｑρ 宝イ乙÷フシ薄戸央 昭７図 Ｕり 不３図 第 ９ 図 篤 ｌｏ 図 ／３１ コ〕７７トが−ル ／３５ アルミニクム眉史 １３６ 宝イ乙千７〉用乏 ／４５ Ｓメこ室。 ノ４ｏ膚５ル１２叉電逓 １５１ 語用ｊ７に電５、臣 第 １１ 図 不 ＩＺ 図 ２２Ｂ’ ２２７）
及へ室第 １３ 図 掩５ンナ差ｆｉｈ（ｚａ／）ｔ−′−７高フ／（／／υ
じ一２高Δ”Ｉｔ ７４ 図 （＾）（ｂ） （こ） 嘉１５ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体基板の表面上に形成された、幅もしくは直径
が１μｍ以上でアスペクト比が０．７以上であり、かつ
、側面の傾斜が実質的に垂直である孔を有する絶縁膜と
、上記孔によつて露出された上記半導体基板の表面から
上記孔の外面上を経て上記絶縁膜上ヘ延伸する窒化チタ
ン膜をそなえ、上記窒化チタン膜の上記孔内における最
も薄い部分の膜厚は、上記絶縁膜上における膜厚の０．
６倍以上である半導体装置。 ２、上記窒化チタン膜の上記絶縁膜上における膜厚は５
０ｎｍ〜０．７μｍである特許請求の範囲第１項記載の
半導体装置。 ３、上記窒化チタン膜上には、アルミニウムおよびアル
ミニウム合金から選択された材料からなる膜が積層され
ている特許請求の範囲第１項、もしくは第２項記載の半
導体装置。 ４、下記工程を含む半導体装置の製造方法。半導体基板
上に孔を有する絶縁膜を形成する工程、上記半導体基板
を反応室内に置き、上記半導体基板の温度を上記反応室
の壁面の温度よりも高くたもち、窒化チタン膜を低圧Ｃ
ＶＤによつて全面に形成する工程。 ５、上記孔の幅もしくは直径は１μｍ以下、アスペクト
比は０．７以下であり、かつ側面の傾斜は実質的に垂直
である特許請求の範囲第４項記載の半導体装置の製造方
法。 ６、上記反応室の壁面の温度は上記半導体基板の温度よ
りも３００℃以上低い特許請求の範囲第４項もしくは第
５項記載の半導体装置の製造方法。 ７、上記半導体基板の温度は４００℃〜９００℃に保た
れる特許請求の範囲第４項乃至第６項記載の半導体装置
の製造方法。 ８、上記反応室内の圧力は０．０５Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒ
ｒに保たれる特許請求の範囲第４項乃至第７項記載の半
導体装置の製造方法。 ９、上記低圧ＣＶＤは四塩化チタンを原料ガスとして用
いて行なわれる特許請求の範囲第４項乃至第８項記載の
半導体装置の製造方法。 １０、上記低圧ＣＶＤは、チタンの有機塩を原料ガスと
して用いて行なわれる特許請求の範囲第４項乃至第８項
記載の半導体装置の製造方法。 １１、上記低圧ＣＶＤは、平行平板型コールドウォール
ＣＶＤ装置にて行なわれる特許請求の範囲第１項乃至第
１０項記載の半導体装置の製造方法。
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