JPH02133964A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH02133964A JPH02133964A JP28681488A JP28681488A JPH02133964A JP H02133964 A JPH02133964 A JP H02133964A JP 28681488 A JP28681488 A JP 28681488A JP 28681488 A JP28681488 A JP 28681488A JP H02133964 A JPH02133964 A JP H02133964A
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、配線または電極の一部にＴｉＮ膜を用いる半
導体装置に係り、特に、半導体装置の製造工程中にＴｉ
Ｎ膜に生じる応力を低減するのに好適な半導体装置に関
する。
導体装置に係り、特に、半導体装置の製造工程中にＴｉ
Ｎ膜に生じる応力を低減するのに好適な半導体装置に関
する。
半導体素子の微細化、高集積化に伴い、配線または電極
と、Ｓｉ基板表面に形成された拡散層（あるいはＳｉ基
板上に接続孔を有する絶縁膜を介して堆積された多結晶
Ｓｉ膜）とを接続するために絶縁膜に開孔される接続孔
も微細となり、かつ、拡散層の接合深さも浅くなってき
ている。従って、配線または電極の材料としてＡＭ系の
材料を用いる場合、半導体装置の製造工程において、熱
処理工程を経ると、 Ａｊ２ｉｉ！線または電極中に基
板のＳｉが浸透し、拡散層が破壊されたり、あるいは、
配線または電極と拡散層の良好な接続が行われないとい
う問題が生ずる。この問題を解決するために、Ｓｉ基板
とＡＱ配線または電極との間にＳｉ拡散防止用のバリア
層を介在させることが必要となってきている。
と、Ｓｉ基板表面に形成された拡散層（あるいはＳｉ基
板上に接続孔を有する絶縁膜を介して堆積された多結晶
Ｓｉ膜）とを接続するために絶縁膜に開孔される接続孔
も微細となり、かつ、拡散層の接合深さも浅くなってき
ている。従って、配線または電極の材料としてＡＭ系の
材料を用いる場合、半導体装置の製造工程において、熱
処理工程を経ると、 Ａｊ２ｉｉ！線または電極中に基
板のＳｉが浸透し、拡散層が破壊されたり、あるいは、
配線または電極と拡散層の良好な接続が行われないとい
う問題が生ずる。この問題を解決するために、Ｓｉ基板
とＡＱ配線または電極との間にＳｉ拡散防止用のバリア
層を介在させることが必要となってきている。
このバリア層の材料としては、耐熱性等の点からＴｉＮ
（窒化チタン）が有望視され、多数特許出願もされて
いる。
（窒化チタン）が有望視され、多数特許出願もされて
いる。
一般に、ＴｉＮ膜を形成するには、Ｔｉからなるターゲ
ットを用い、窒素を含むガスと反応させてＴｉＮ膜を形
成する反応性スパッタ法か、あるいは、Ｔ ｉ Ｎ焼結
体からなるターゲットを用いたスパッタ法による。これ
らの技術のうち、前者については、ジャーナルオブバキ
ュウムサイエンス アンドテクノロジー（Ｊ 、 Ｖａ
ｃ、 Ｓｃｉ。
ットを用い、窒素を含むガスと反応させてＴｉＮ膜を形
成する反応性スパッタ法か、あるいは、Ｔ ｉ Ｎ焼結
体からなるターゲットを用いたスパッタ法による。これ
らの技術のうち、前者については、ジャーナルオブバキ
ュウムサイエンス アンドテクノロジー（Ｊ 、 Ｖａ
ｃ、 Ｓｃｉ。
Ｔ ｅｃｈｎｏｌ 、 ）のＢ ５ （６） 、 １９
８７．１７２３〜１７２９頁のデイ−・ニス・ウィリア
ムス（Ｄ、Ｓ。
８７．１７２３〜１７２９頁のデイ−・ニス・ウィリア
ムス（Ｄ、Ｓ。
Ｗｉｌｌｉａｍｓ）らによる「ナイトロジェン、オクシ
ジェン、アンドアーボンインコーポレーションデユアリ
ングリアクティブスパッタ デポジション オブ タイ
ティニウム ナイトライド（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ、 ｏｘ
ｙｇｅｎ、 ａｎｄ ａｒｇｏｎ ｉｎｃｏｒｐｏｒａ
ｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇ ｒｅａｃｔｉｖｅ ５ｐｕｔｔ
ｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆｔｉｔａｎｉｕｍ
ｎ１ｔｒｉｄｅ）Ｊに記載されており、後者については
、同１７４１〜１７４７頁のティー・ブラット（Ｔ 、
Ｂ ｒａｔ）らによる［キャラクタライゼイションオ
ブチタニウムナイトライドフィルムズスパッタ デボジ
ッティドフロムアハイ ピユリティ タイティニウムナ
イトライド ターゲット（Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔ
ｉｏｎ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅｆｉ
ｌｍｓ ５ｐｕｔｔｅｒ ｄｓｐｏｓｉｔｅｄ ｆｒｏ
ａ＋ ａ ｈｉｇｈ−ｐｕｒｉｔｙｔｉｔａｎｉｕｍ
ｎ１ｔｒｉｄｓ ｔａｒｇｅｔ）Ｊに記載されている。
ジェン、アンドアーボンインコーポレーションデユアリ
ングリアクティブスパッタ デポジション オブ タイ
ティニウム ナイトライド（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ、 ｏｘ
ｙｇｅｎ、 ａｎｄ ａｒｇｏｎ ｉｎｃｏｒｐｏｒａ
ｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇ ｒｅａｃｔｉｖｅ ５ｐｕｔｔ
ｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆｔｉｔａｎｉｕｍ
ｎ１ｔｒｉｄｅ）Ｊに記載されており、後者については
、同１７４１〜１７４７頁のティー・ブラット（Ｔ 、
Ｂ ｒａｔ）らによる［キャラクタライゼイションオ
ブチタニウムナイトライドフィルムズスパッタ デボジ
ッティドフロムアハイ ピユリティ タイティニウムナ
イトライド ターゲット（Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔ
ｉｏｎ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅｆｉ
ｌｍｓ ５ｐｕｔｔｅｒ ｄｓｐｏｓｉｔｅｄ ｆｒｏ
ａ＋ ａ ｈｉｇｈ−ｐｕｒｉｔｙｔｉｔａｎｉｕｍ
ｎ１ｔｒｉｄｓ ｔａｒｇｅｔ）Ｊに記載されている。
これらの方法により形成されるＴ ｉ Ｎ膜は、ＡＱ配
線または電極に基板のＳｉが浸透するのを防止するバリ
ア層としての機能（以下、バリア性と称す）が高く、か
つ、比抵抗が低いという利点を有するが、非常に大きな
応力を示すという欠点がある。
線または電極に基板のＳｉが浸透するのを防止するバリ
ア層としての機能（以下、バリア性と称す）が高く、か
つ、比抵抗が低いという利点を有するが、非常に大きな
応力を示すという欠点がある。
なお、ＴｉＮ膜に生じる応力を低減するために、ＴｉＮ
膜の堆積中に該膜に酸素を添加するという試みもなされ
ているが、酸素を添加すると、比抵抗が大幅に上昇し、
かつ、バリア性も低下するという問題が生じた。
膜の堆積中に該膜に酸素を添加するという試みもなされ
ているが、酸素を添加すると、比抵抗が大幅に上昇し、
かつ、バリア性も低下するという問題が生じた。
上述のように、従来のＴｉＮ膜を有する半導体装置にお
いては、ＴｉＮ膜に非常に大きな応力が存在すると、半
導体装置の製造工程中の熱処理工程を経ることにより、
ＴｉＮ膜が剥がれたり、ＴｉＮ膜にクラックが生じ、本
来の目的であるバリア性が損なわれるという問題があっ
た。
いては、ＴｉＮ膜に非常に大きな応力が存在すると、半
導体装置の製造工程中の熱処理工程を経ることにより、
ＴｉＮ膜が剥がれたり、ＴｉＮ膜にクラックが生じ、本
来の目的であるバリア性が損なわれるという問題があっ
た。
本発明の目的は、ＴｉＮ膜が有するバリア性の高さ、お
よび比抵抗の低さを維持したまま、熱処理工程を経ても
、Ｔ ｉ Ｎ膜が剥がれたり、ＴｉＮ膜にクラックが生
じるのを防止することにある。
よび比抵抗の低さを維持したまま、熱処理工程を経ても
、Ｔ ｉ Ｎ膜が剥がれたり、ＴｉＮ膜にクラックが生
じるのを防止することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置は、
配線または電極のバリア層として用いるＴｉＮ膜に１〜
１０ａｔ％（原子百分率）の濃度の炭素が添加しである
ことを特徴とする。
配線または電極のバリア層として用いるＴｉＮ膜に１〜
１０ａｔ％（原子百分率）の濃度の炭素が添加しである
ことを特徴とする。
配線または電極は１通常、絶縁膜に開孔された接続孔の
下の半導体基板表面に形成された拡散層等の不純物ドー
プ領域もしくは、例えば多結晶シリコン等の導電膜に接
続され、１〜１０ａｔ％の炭素を含有するＴｉＮ膜はバ
リア層として用いられる。
下の半導体基板表面に形成された拡散層等の不純物ドー
プ領域もしくは、例えば多結晶シリコン等の導電膜に接
続され、１〜１０ａｔ％の炭素を含有するＴｉＮ膜はバ
リア層として用いられる。
また、炭素を含有するＴｉＮ膜と、不純物ドープ領域も
しくは導電膜との接触抵抗を低減するために、両者の間
に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ等の５〜２０ｒ＋ｎ＋程度の薄い
シリサイド膜を形成してもよい。
しくは導電膜との接触抵抗を低減するために、両者の間
に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ等の５〜２０ｒ＋ｎ＋程度の薄い
シリサイド膜を形成してもよい。
本発明者らの実験によると、ＴｉＮ膜に炭素を添加する
と、ＴｉＮ膜に大きな応力が生じないことが判った。し
かし、炭素の含有率が増加すると、比抵抗が上昇してく
る。従って、炭素含有率が１〜１０ａｔ％の範囲が、応
力の低減効果が大きく、かつ、ＴｉＮ膜のバリア性の高
さ、比抵抗の低さも維持できる。
と、ＴｉＮ膜に大きな応力が生じないことが判った。し
かし、炭素の含有率が増加すると、比抵抗が上昇してく
る。従って、炭素含有率が１〜１０ａｔ％の範囲が、応
力の低減効果が大きく、かつ、ＴｉＮ膜のバリア性の高
さ、比抵抗の低さも維持できる。
実施例 １
本実施例では、Ｔｉターゲットを用いて、Ａｒ−Ｎ、混
合ガス雰囲気下で反応性スパッタ法により形成したＴｉ
Ｎ膜、およびこの雰囲気にメタン（ＣＨ４）ガスを添加
して形成した炭素を含有するＴｉＮ膜（Ｔｉ Ｎ （Ｃ
） ） Ｉｌｌを形成した。
合ガス雰囲気下で反応性スパッタ法により形成したＴｉ
Ｎ膜、およびこの雰囲気にメタン（ＣＨ４）ガスを添加
して形成した炭素を含有するＴｉＮ膜（Ｔｉ Ｎ （Ｃ
） ） Ｉｌｌを形成した。
第１図は、本実施例において、ＴｉＮ膜および炭素を含
有するＴｉＮ膜の応力および比抵抗を、添加したメタン
ガスの流量（すなわち、炭素の添加量）に対して示す図
である０図において、左の縦軸に応力（（３Ｐａ）を取
り、右の縦軸に比抵抗（μΩａｍ）を取り、横軸にメタ
ンガスの流量（ｓｃｃｍ）を取っである。
有するＴｉＮ膜の応力および比抵抗を、添加したメタン
ガスの流量（すなわち、炭素の添加量）に対して示す図
である０図において、左の縦軸に応力（（３Ｐａ）を取
り、右の縦軸に比抵抗（μΩａｍ）を取り、横軸にメタ
ンガスの流量（ｓｃｃｍ）を取っである。
Ｏは、メタンガスの流量と応力との関係を示し、・は、
メタンガスの流量と比抵抗との関係を示す。
メタンガスの流量と比抵抗との関係を示す。
・から明らかなように、極微量のメタンガスを添加する
ことにより、炭素を添加しないＴｉＮ膜（すなわち、メ
タンガスの流量がＯのとき）に比較して、比抵抗はほと
んど変わらないのに対して、○から明らかなように、応
力は大幅に低下することが判る。
ことにより、炭素を添加しないＴｉＮ膜（すなわち、メ
タンガスの流量がＯのとき）に比較して、比抵抗はほと
んど変わらないのに対して、○から明らかなように、応
力は大幅に低下することが判る。
しかし、比抵抗は、メタンガスの添加量が少ないうちは
低いが、メタンガスの添加量が少し多くなると大きく上
昇し始める。
低いが、メタンガスの添加量が少し多くなると大きく上
昇し始める。
第２図は、メタンガスの添加量に対するＴｉＮ膜の炭素
含有率（ａｔ％）を示す図である。第２図の横軸は、第
１図の横軸と同じで、メタンガスの流量を示す。
含有率（ａｔ％）を示す図である。第２図の横軸は、第
１図の横軸と同じで、メタンガスの流量を示す。
第１図および第２図から、比抵抗が低く、がっ。
応力が小さいＴｉＮ膜における望ましい炭素含有率は、
１〜１０ａｔ％程度であることが判る。
１〜１０ａｔ％程度であることが判る。
本実施例では、ＴｉＮ膜に炭素を含有させるのにメタン
ガスを用いたが、メタンガスに限らず、ＣＱ、、ＣＯ２
等、炭素を含むガスならば同様の効果を得ることができ
ることは言うまでもない。
ガスを用いたが、メタンガスに限らず、ＣＱ、、ＣＯ２
等、炭素を含むガスならば同様の効果を得ることができ
ることは言うまでもない。
第１表は、種々の炭素濃度のＴｉＮ膜を形成した試料に
おいて、該ＴｉＮ膜の剥離とクラックの発生状況を示す
表である。
おいて、該ＴｉＮ膜の剥離とクラックの発生状況を示す
表である。
これらの試料は、下地として線幅および線間隔が共に１
μｍで、段差が０．５μ層のＢＰＳＧ （ボロフォスフ
ォ シリケイト グラス（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ−
３ｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜のパターン上に、厚
さ２００ｎｍのＴｉＮ膜あるいは炭素を含有させたＴｉ
Ｎ膜を形成した場合の該膜の剥離およびクラックの発生
頻度を調べた結果を炭素濃度の分析結果に対して示した
。
μｍで、段差が０．５μ層のＢＰＳＧ （ボロフォスフ
ォ シリケイト グラス（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ−
３ｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜のパターン上に、厚
さ２００ｎｍのＴｉＮ膜あるいは炭素を含有させたＴｉ
Ｎ膜を形成した場合の該膜の剥離およびクラックの発生
頻度を調べた結果を炭素濃度の分析結果に対して示した
。
第１表
この表から判るように、炭素を添加しない従来のＴｉＮ
膜を形成した試料では、剥離、クラックが共に激しく発
生したのに対し、炭素濃度が０．５ａｔ％の試料では、
剥離、クラックの抑制効果が現われ始め、炭素濃度が約
１％の試料では、剥離、クラックの発生を十分抑えるこ
とができる。
膜を形成した試料では、剥離、クラックが共に激しく発
生したのに対し、炭素濃度が０．５ａｔ％の試料では、
剥離、クラックの抑制効果が現われ始め、炭素濃度が約
１％の試料では、剥離、クラックの発生を十分抑えるこ
とができる。
第３図は、ＴｉＮ膜の炭素濃度と接合逆耐圧との関係を
示す図である。
示す図である。
すなわち、ｐ型Ｓｉ基板表面の所定の位置にｎ中型拡散
層を形成した後、その上に全面に絶縁膜を形成し、該絶
縁膜に直径１．２μｍの接続孔を開孔し、その上に厚さ
１１００ｎのＴｉＮ膜あるいは種々の濃度の炭素を含有
するＴｉＮ膜（すなわち、炭素濃度がＯ，Ｏ，Ｓ、１．
２．２．７．５．０．１４．４％）をバリア層として形
成した後、ＡＭ−Ｔｉ合金配線を形成し、これらの試料
について、それぞれ、■熱処理を施さないとき、０４５
０℃、１時間の熱処理（半導体装置の製造工程において
一般に行われる熱処理）を施したとき、０５００℃、１
時間の熱処理を施したとき、０５５０℃、１時間の熱処
理を施したときにおけるコンタクトの耐熱性を接合の逆
耐圧の歩留りにより検討した結果を示す。
層を形成した後、その上に全面に絶縁膜を形成し、該絶
縁膜に直径１．２μｍの接続孔を開孔し、その上に厚さ
１１００ｎのＴｉＮ膜あるいは種々の濃度の炭素を含有
するＴｉＮ膜（すなわち、炭素濃度がＯ，Ｏ，Ｓ、１．
２．２．７．５．０．１４．４％）をバリア層として形
成した後、ＡＭ−Ｔｉ合金配線を形成し、これらの試料
について、それぞれ、■熱処理を施さないとき、０４５
０℃、１時間の熱処理（半導体装置の製造工程において
一般に行われる熱処理）を施したとき、０５００℃、１
時間の熱処理を施したとき、０５５０℃、１時間の熱処
理を施したときにおけるコンタクトの耐熱性を接合の逆
耐圧の歩留りにより検討した結果を示す。
この図から、炭素濃度が１〜１０ａｔ％のＴｉＮ膜は、
コンタクトの耐熱性は炭素を含有しない従来のＴ ｉ
Ｎｉｇに比べて却って向上していることが判る。これは
、炭素を１〜１０ａｔ％含有するＴｉＮｗＡは、上述の
ように剥離やクラックの発生を抑制できるためである。
コンタクトの耐熱性は炭素を含有しない従来のＴ ｉ
Ｎｉｇに比べて却って向上していることが判る。これは
、炭素を１〜１０ａｔ％含有するＴｉＮｗＡは、上述の
ように剥離やクラックの発生を抑制できるためである。
第４図は、メタンガスの流量（すなわち、炭素濃度）と
接触抵抗との関係を示す図である。
接触抵抗との関係を示す図である。
試料としては、第３図で示した試料と同一構成の試料を
使用した。この図から、炭素の添加量が１０ａｔ％以下
では、接触抵抗の上昇が認められないのに対して、１０
ａｔ％を超えると急激に接触抵抗が上昇し始め、オーミ
ック接触を得ることが難しくなることが判る。
使用した。この図から、炭素の添加量が１０ａｔ％以下
では、接触抵抗の上昇が認められないのに対して、１０
ａｔ％を超えると急激に接触抵抗が上昇し始め、オーミ
ック接触を得ることが難しくなることが判る。
以上説明したように、本発明によれば、ＴｉＮ膜に１〜
１０ａｔ％の炭素を添加することにより。
１０ａｔ％の炭素を添加することにより。
熱処理時に発生するＴｉＮ膜の応力を大幅に低減できる
ので、ＴｉＮ膜が本来有するバリア性の高さ、比抵抗の
低さなどの有利な特性を劣化させることなく、該膜の剥
離や該膜中のクラックの発生を抑制できるという効果が
ある。
ので、ＴｉＮ膜が本来有するバリア性の高さ、比抵抗の
低さなどの有利な特性を劣化させることなく、該膜の剥
離や該膜中のクラックの発生を抑制できるという効果が
ある。
第１図は、本発明による炭素を含有するＴｉＮ膜の応力
および比抵抗とメタンガスの流量との関係を示す図、第
２図は、炭素含有率とメタンガスの流量との関係を示す
図、第３図は、種々の炭素含有率の試料について熱処理
と接合逆耐圧歩留りとの関係を示す図、第４図は、接触
抵抗とメタンガスの流量との関係を示す図である。
および比抵抗とメタンガスの流量との関係を示す図、第
２図は、炭素含有率とメタンガスの流量との関係を示す
図、第３図は、種々の炭素含有率の試料について熱処理
と接合逆耐圧歩留りとの関係を示す図、第４図は、接触
抵抗とメタンガスの流量との関係を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、配線または電極の少なくとも一部にＴｉＮ膜を用い
た半導体装置において、該ＴｉＮ膜が、１〜１０ａｔ％
の炭素を含有していることを特徴とする半導体装置。 ２、絶縁膜に開孔された接続孔の下に存在する、半導体
基板表面に形成された不純物ドープ領域もしくは導電膜
に接続される配線または電極のバリア層として、１〜１
０ａｔ％の炭素を含有するＴｉＮ膜が用いられているこ
とを特徴とする半導体装置 ３、上記炭素を含有するＴｉＮ膜と、上記不純物ドープ
領域もしくは導電膜との間に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ等のシ
リサイド膜が形成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63286814A JP2765884B2 (ja) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63286814A JP2765884B2 (ja) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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-
1988
- 1988-11-15 JP JP63286814A patent/JP2765884B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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