JPH05267220A

JPH05267220A - Method of forming sealing layer and metal plug in semiconductor device

Info

Publication number: JPH05267220A
Application number: JP9238992A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 淳一佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-03-19
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1993-10-15

Abstract

PURPOSE:To provide a method of forming a stable, highly heat-resistant contact layer of good adhesion on a metal plug in a semiconductor device, wherein dust particles are eliminated and source gas is easily controlled. CONSTITUTION:A contact layer is composed of TiBx, TiCx, TiBxN1-x, or TiCxN1-x. A method of forming a metal plug comprises the steps of providing an opening 106 in an insulating layer 104 on a semiconductor substrate 100; depositing the contact layer of above composition both on the insulating layer 104 and in the opening 106; and depositing a metallic material 112 in the opening 106.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造にお
けるメタルプラグ形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a metal plug in manufacturing a semiconductor device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】半導体装置等の電子デバイスは年々微細
化してきている。特に、半導体集積回路の微細化に伴
い、コンタクトホール、ビアホールあるいはスルーホー
ル（以下、総称して接続孔ともいう）の寸法も益々小さ
くなりつつある。接続孔は、半導体基板上に形成された
開口部に配線材料を埋め込むことによって形成される。
配線材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金を用
い、バイアススパッタ法等によってかかる配線材料で開
口部を埋め込む従来のスパッタ技術では、最早、微細な
接続孔の形成が困難になっている。2. Description of the Related Art Electronic devices such as semiconductor devices have been miniaturized year by year. In particular, with the miniaturization of semiconductor integrated circuits, the dimensions of contact holes, via holes, or through holes (hereinafter also collectively referred to as connection holes) are becoming smaller and smaller. The connection hole is formed by embedding a wiring material in the opening formed on the semiconductor substrate.
With the conventional sputtering technique in which aluminum or an aluminum alloy is used as the wiring material and the opening is filled with the wiring material by the bias sputtering method or the like, it is no longer possible to form fine connection holes.

【０００３】このような背景下、ステップカバレッジの
良い、所謂ブランケットＣＶＤ法が注目されている。こ
のブランケットＣＶＤ法においては、図４に示すよう
に、半導体基板１００上に形成された層間絶縁層１０４
に開口部１０６を設け、ＣＶＤ法にて例えばタングステ
ンから成る金属層１１２を層間絶縁層の上面上及び開口
部内に形成する。その後、層間絶縁層の上面上の金属層
１１２を選択的にエッチバックによって除去し、開口部
１０６内に金属から成るメタルプラグを形成し、これに
よって接続孔が完成する。尚、１０２は不純物拡散領域
である。Under such a background, a so-called blanket CVD method which has good step coverage has been attracting attention. In the blanket CVD method, as shown in FIG. 4, the interlayer insulating layer 104 formed on the semiconductor substrate 100.
An opening 106 is formed in the metal layer 112, and a metal layer 112 made of, for example, tungsten is formed on the upper surface of the interlayer insulating layer and in the opening by a CVD method. After that, the metal layer 112 on the upper surface of the interlayer insulating layer is selectively removed by etch back to form a metal plug made of metal in the opening 106, thereby completing the connection hole. Reference numeral 102 is an impurity diffusion region.

【０００４】このタングステンを用いたブランケットＣ
ＶＤ法においては、タングステンは半導体基板１００等
の下地と密着性が悪いため、金属層と半導体基板との間
に密着層を形成することが必須とされている。密着層と
しては、ＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層が多く用いられてい
る。ところが、図４に示すように、開口部に対する密着
層１１０のカバレッジが悪い場合、ブランケットＣＶＤ
法で層間絶縁層１０４上及び開口部１０６内に金属層を
堆積させたとき、開口部１０６中の金属層にボイド（中
空部）１１４が生じるという問題がある。Blanket C using this tungsten
In the VD method, since tungsten has poor adhesion to the base of the semiconductor substrate 100 or the like, it is essential to form an adhesion layer between the metal layer and the semiconductor substrate. A TiN layer or a TiON layer is often used as the adhesion layer. However, as shown in FIG. 4, when coverage of the adhesion layer 110 with respect to the opening is poor, blanket CVD is performed.
When a metal layer is deposited on the interlayer insulating layer 104 and in the opening 106 by the method, there is a problem that a void (hollow portion) 114 is generated in the metal layer in the opening 106.

【０００５】更に、通常、ＴｉＮから成る密着層をＣＶ
Ｄ法で形成する場合、原料ガスとしてＴｉＣｌ₄を使用
するため、ＴｉＮ層にＣｌが取り込まれ易いという問題
がある。これについては、例えば、文献、「Photo Assi
sted LP-CVD TiN For Deep Submicron Contact Using O
rgano-titanium Compound」, Koichi Ikeda et al, 199
0 Symposium on VLSI Technology pp61-62 を参照のこ
と。ＴｉＮ層にＣｌが取り込まれると、ＴｉＮ層（密着
層）の品質が低下し、バリヤ性が低下する。Furthermore, an adhesion layer made of TiN is usually used as a CV.
In the case of forming by the D method, since TiCl ₄ is used as a source gas, there is a problem that Cl is easily taken into the TiN layer. See, for example, the article “Photo Assi.
sted LP-CVD TiN For Deep Submicron Contact Using O
rgano-titanium Compound, '' Koichi Ikeda et al, 199.
0 See Symposium on VLSI Technology pp61-62. When Cl is taken into the TiN layer, the quality of the TiN layer (adhesion layer) is deteriorated and the barrier property is deteriorated.

【０００６】そこで、ＴｉＮ層を電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ法で成膜する方法が提案さ
れている（例えば、１９９０年春応用物理学会予稿集
５９１頁の赤堀他２９ａ−ＺＡ−６参照）。この方
法によれば、カバレッジ良くＴｉＮ層を形成でき、しか
も６５０°Ｃ程度の温度でＴｉＮを成膜することによ
り、ＴｉＮ層中へのＣｌの取り込み量が少なくなったと
されている。Therefore, a method for forming a TiN layer by electron cyclotron resonance (ECR) plasma CVD has been proposed (see, for example, Akahori et al., 29a-ZA-6, p. 591, Spring Applied Science Society of Applied Physics, p. 591). According to this method, it is said that the TiN layer can be formed with good coverage, and moreover, the amount of Cl taken into the TiN layer is reduced by forming the TiN film at a temperature of about 650 ° C.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ＴｉＮ層、あるいはＴ
ｉＮ層の下にＴｉ層を形成することによってＴｉＮ層と
の不純物拡散領域との間の抵抗を減らしたＴｉ／ＴｉＮ
の２層構造を上述のようにブランケットＣＶＤ法におけ
る密着層として用いる場合、ＴｉＮ層では、耐熱性やバ
リア性が充分であるとはいい難い。そこでＴｉＮ層の代
わりにＴｉＯＮ層を形成する方法が提案されているが、
ＴｉＯＮ層の形成中にＴｉＯ₂のパーティクルが発生す
るという問題がある。Problems to be Solved by the Invention TiN layer or T
Ti / TiN in which the resistance between the TiN layer and the impurity diffusion region is reduced by forming a Ti layer under the iN layer
When the above two-layer structure is used as the adhesion layer in the blanket CVD method as described above, it is hard to say that the TiN layer has sufficient heat resistance and barrier properties. Therefore, a method of forming a TiON layer instead of the TiN layer has been proposed.
There is a problem that particles of TiO ₂ are generated during the formation of the TiO layer.

【０００８】また、ＴｉＯＮ層形成時の原料ガス組成の
制御が難しいという問題もある。その理由は、ＴｉＯＮ
成膜装置に残留したガス中に酸素が含まれており、Ｔｉ
ＯＮ形成時、ＴｉＯＮ成膜装置に残留した酸素を考慮し
てＴｉＯＮを形成しなければならないこと、及びＴｉが
酸化され易いことにある。There is also a problem that it is difficult to control the composition of the raw material gas when the TiON layer is formed. The reason is TiON
The gas remaining in the film forming apparatus contains oxygen,
When forming ON, TiON must be formed in consideration of oxygen remaining in the TiON film forming apparatus, and Ti is easily oxidized.

【０００９】更に、スパッタ法でＴｉＯＮ層を形成した
場合、半導体基板の処理枚数が増加するにつれて、成膜
後の半導体基板のシート抵抗が増加するという問題があ
る。この原因は、スパッタ装置の処理室の内壁に付着し
たＴｉが、スパッタ処理の開始時、処理室に流したＯ₂
を吸着するために、成膜後の半導体基板のシート抵抗が
低くなり、スパッタ装置における半導体基板の処理枚数
が増加するに従い、スパッタ装置の処理室の内壁に付着
したＴｉにゲッターされる酸素が少なくなるため、Ｔｉ
ＯＮ層に取り込まれる酸素が多くなり、半導体基板のシ
ート抵抗が高くなるためであると考えられている。その
ため特性の安定した高耐熱性を有する新しい密着層が望
まれている。Further, when the TiON layer is formed by the sputtering method, there is a problem that the sheet resistance of the semiconductor substrate after film formation increases as the number of processed semiconductor substrates increases. The reason for this is that Ti attached to the inner wall of the processing chamber of the sputtering apparatus is O _{2 which} has flowed into the processing chamber at the start of the sputtering process.
As a result, the sheet resistance of the semiconductor substrate after film formation becomes low, and as the number of processed semiconductor substrates in the sputtering apparatus increases, the amount of oxygen gettered by Ti attached to the inner wall of the processing chamber of the sputtering apparatus decreases. Therefore, Ti
It is considered that this is because the oxygen taken into the ON layer is increased and the sheet resistance of the semiconductor substrate is increased. Therefore, a new adhesion layer having stable characteristics and high heat resistance is desired.

【００１０】従って、本発明の目的は、高耐熱性で且つ
優れた密着性を有し、形成時にパーティクルの生成が少
なく、しかも、形成時の原料ガスの制御が容易であり、
更には、特性の安定した密着層を提供することにある。
更に、本発明の目的は、かかる密着層の形成を含むメタ
ルプラグの形成方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to have high heat resistance and excellent adhesion, to reduce the generation of particles during formation, and to easily control the raw material gas during formation.
Further, it is to provide an adhesion layer having stable characteristics.
Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method for forming a metal plug including the formation of such an adhesion layer.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明の
第１の態様により、ＴｉＢ_X、ＴｉＣ_X、ＴｉＢ_XＮ_1-X又
はＴｉＣ_XＮ_1-Xから成る群から選ばれた組成から成るこ
とを特徴とする、半導体装置のメタルプラグのための密
着層によって達成することができる。[Means for Solving the Problems] The above object, the first aspect of the present invention, TiB _X, TiC _X, composition selected from the group consisting of TiB _X N _1-X or TiC _X N _1-X Can be achieved by an adhesion layer for a metal plug of a semiconductor device.

【００１２】ＴｉＢ_XにおけるＸは、０．１＜Ｘ≦２で
ある。ＴｉＣ_XにおけるＸは、０．１＜Ｘ≦２である。
ＴｉＢ_XＮ_1-XにおけるＸは、０．１＜Ｘ＜０．９であ
る。また、ＴｉＣ_XＮ_1-XにおけるＸは、０．１＜Ｘ＜
０．９である。 _X in TiB _X is 0.1 <X ≦ 2. _X in TiC _x is 0.1 <X ≦ 2.
_{X in} TiB _X N _1-X is 0.1 <X <0.9. Further, _X in TiC _X N _1- X is 0.1 <X <
It is 0.9.

【００１３】上記の目的は、本発明の第２の態様によ
り、（イ）半導体基板上に形成された層間絶縁層に開口
部を形成する工程と、（ロ）ＴｉＢ_X、ＴｉＣ_X、ＴｉＢ
_XＮ_1-X又はＴｉＣ_XＮ_1-Xから成る群から選ばれた組成か
ら成る密着層を、層間絶縁層の上面及び開口部内に形成
する工程と、（ハ）金属材料を開口部内に形成する工
程、から成ることを特徴とする本発明のメタルプラグ形
成方法によって達成することができる。[0013] The above objects, the second aspect of the present invention, forming an opening in an interlayer insulating layer formed on (a) a semiconductor substrate, (b) TiB _X, TiC _X, TiB
A step of forming an adhesion layer having a composition selected from the group consisting of _X N _1-X or TiC _X N _{1-X on} the upper surface of the interlayer insulating layer and in the opening, and (c) forming a metal material in the opening. It can be achieved by the method for forming a metal plug according to the present invention, which comprises the step of:

【００１４】本発明のメタルプラグ形成方法の好ましい
実施態様によれば、前記（イ）の工程の後に、Ｔｉ層を
層間絶縁層の上面及び開口部内に形成し、次いで連続し
て前記（ロ）の工程を行う。According to a preferred embodiment of the method for forming a metal plug of the present invention, after the step (a), a Ti layer is formed on the upper surface and the opening of the interlayer insulating layer, and then continuously (b). Process.

【００１５】本発明のメタルプラグ形成方法の更に好ま
しい実施態様によれば、前記密着層を、電子サイクロト
ロン共鳴プラズマＣＶＤ法にて形成する。According to a further preferred aspect of the metal plug forming method of the present invention, the adhesion layer is formed by an electron cyclotron resonance plasma CVD method.

【００１６】[0016]

【作用】本発明の密着層がＴｉＢ_X又はＴｉＣ_Xから成る
場合、ＴｉＮに比べて、パーティクルの発生も少なく、
また、２元素であるため組成の制御も行い易い。ＴｉＢ
_XあるいはＴｉＣ_Xは、元来バリア性が良い。更に、密着
層の形成時酸素の添加が必要なくなり、原料ガスの制御
が容易となる。しかも、ＴｉＯＮ層の形成時問題となる
半導体基板のシート抵抗の変動も生じることがない。従
って、信頼性の高いプロセスで半導体装置を製造するこ
とができる。When the adhesive layer of the present invention is made of TiB _X or TiC _X , it produces less particles than TiN,
In addition, the composition is easy to control because of the two elements. TiB
_X or TiC _X originally has a good barrier property. Further, it is not necessary to add oxygen at the time of forming the adhesion layer, and it becomes easy to control the raw material gas. Moreover, the sheet resistance of the semiconductor substrate, which is a problem when the TiON layer is formed, does not fluctuate. Therefore, the semiconductor device can be manufactured by a highly reliable process.

【００１７】密着層がＴｉＢ_XＮ_1-X又はＴｉＣ_XＮ_1-Xか
ら成る場合、ＴｉＮに比べて、パーティクルの発生も少
なく、また、３元素ではあるが組成の制御も行い易い。
ＴｉＢ_XＮ_1-XあるいはＴｉＣ_XＮ_1-Xは、元来バリア性が
良い。更に、密着層の形成時酸素の添加が必要なくな
り、原料ガスの制御が容易となる。しかも、ＴｉＯＮ層
の形成時問題となる半導体基板のシート抵抗の変動も生
じることがない。従って、信頼性の高いプロセスで半導
体装置を製造することができる。When the adhesion layer is made of TiB _X N _1-X or TiC _X N _1-X , the generation of particles is smaller than that of TiN, and the composition of the three elements is easy to control.
TiB _X N _1-X or TiC _X N _1-X originally has a good barrier property. Further, it is not necessary to add oxygen at the time of forming the adhesion layer, and it becomes easy to control the raw material gas. Moreover, the sheet resistance of the semiconductor substrate, which is a problem when the TiON layer is formed, does not fluctuate. Therefore, the semiconductor device can be manufactured by a highly reliable process.

【００１８】本発明のメタルプラグ形成方法における好
ましい実施態様によれば、連続してＴｉ層／密着層の形
成を行う。それ故、メタルプラグのコンタクト抵抗を更
に低下させ得るばかりか、スループットを上げることが
できる。According to a preferred embodiment of the metal plug forming method of the present invention, the Ti layer / adhesion layer is continuously formed. Therefore, not only the contact resistance of the metal plug can be further lowered, but also the throughput can be increased.

【００１９】本発明のメタルプラグ形成方法における更
に好ましい実施態様によれば、密着層は、高密度プラズ
マが形成可能な、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶ
Ｄ法（ＥＣＲ−ＣＶＤ法）にて形成される。このような
ＥＣＲ−ＣＶＤ法によって、密着層を、約７００゜Ｃで
成膜する熱ＣＶＤ法に比べて低温で成膜でき、しかも、
開口部の底部に密着層を厚く堆積させることができる。
中でも、密着層がＴｉＣ_XＮ_1-Xから成る場合、反応性の
高いＣＨ₃ＣＮを用いて形成することができるので、他
のＴｉ化合物と比較して、一層低温で成膜することがで
きる。According to a further preferred embodiment of the method for forming a metal plug of the present invention, the adhesion layer is an electron cyclotron resonance plasma CV capable of forming high density plasma.
It is formed by the D method (ECR-CVD method). By such an ECR-CVD method, the adhesion layer can be formed at a lower temperature than the thermal CVD method of forming a film at about 700 ° C.
The adhesion layer can be deposited thickly on the bottom of the opening.
In particular, when the adhesion layer is made of TiC _X N _1-X, it can be formed by using highly reactive CH ₃ CN, so that the film can be formed at a lower temperature than other Ti compounds. ..

【００２０】[0020]

【実施例】以下、本発明を、図面を参照して実施例に基
づき説明する。（実施例１）実施例１は、本発明の密着層及びメタルプ
ラグ形成方法を、ブランケットタングステンＣＶＤ法で
コンタクトホールを形成する場合に適用した例であり、
半導体基板とタングステンから成る金属層との間に、先
ずＴｉ層を形成し、次いで連続して密着層としてＴｉＢ
_Xを形成する。開口部内に形成される金属材料はタング
ステンから成る。実施例１においては、原料ガスの平均
自由行程を長くとることができる、図２に示すＥＣＲプ
ラズマプロセス装置を使用した。また、ＴｉＢ_X層を形
成するための原料ガスとして、ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃／Ｈ
₂を使用した。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on embodiments with reference to the drawings. (Example 1) Example 1 is an example in which the adhesion layer and metal plug forming method of the present invention is applied to a case where a contact hole is formed by a blanket tungsten CVD method.
A Ti layer is first formed between a semiconductor substrate and a metal layer made of tungsten, and then TiB is continuously formed as an adhesion layer.
Form _X. The metal material formed in the opening is tungsten. In Example 1, the ECR plasma processing apparatus shown in FIG. 2, which can take a long mean free path of the raw material gas, was used. Further, as a source gas for forming the TiB _X layer, TiCl ₄ / BCl ₃ / H
₂ was used.

【００２１】先ず、図２に示すＥＣＲプラズマプロセス
装置の概要を説明する。プラズマプロセス装置１は、成
膜チャンバ１０及びプラズマチャンバ２０から成る。成
膜チャンバ１０内には、半導体基板１００を載置するた
めのサセプタ１２が配置されている。サセプタ１２の下
にはランプ加熱手段５０が配置されている。半導体基板
１００をランプ加熱手段５０によって加熱することがで
きる。First, an outline of the ECR plasma processing apparatus shown in FIG. 2 will be described. The plasma process apparatus 1 includes a film forming chamber 10 and a plasma chamber 20. A susceptor 12 for mounting the semiconductor substrate 100 is arranged in the film forming chamber 10. A lamp heating means 50 is arranged below the susceptor 12. The semiconductor substrate 100 can be heated by the lamp heating means 50.

【００２２】プラズマチャンバ２０は成膜チャンバ１０
の上部と連通している。プラズマチャンバ２０の上部に
はマイクロ波導入窓２２が設けられ、マイクロ波導入窓
２２の上部には、２．４５ＭＨｚのマイクロ波を導入す
るためのレクタンギュラーウエイブガイド２６が設けら
れている。プラズマチャンバ２０の周囲には磁気コイル
２４が配設されている。ＲＦパワーがＲＦ電源２８から
マイクロ波導入窓２２に加えられる。プラズマチャンバ
２０には、アルゴンガス導入口３０からアルゴンガスが
供給される。アルゴンガスはマイクロ波導入窓２２のク
リーニングを行うために導入される（この技術について
は、１９８９年春の応用物理学会予稿集７２１頁の赤堀
ら３Ｐ−２Ｆ−１参照）。The plasma chamber 20 is the film forming chamber 10.
Communicates with the upper part of. A microwave introduction window 22 is provided above the plasma chamber 20, and a rectangular wave guide 26 for introducing a 2.45 MHz microwave is provided above the microwave introduction window 22. A magnetic coil 24 is arranged around the plasma chamber 20. RF power is applied to the microwave introduction window 22 from the RF power supply 28. Argon gas is supplied to the plasma chamber 20 from an argon gas inlet 30. Argon gas is introduced to clean the microwave introduction window 22 (for this technique, see Akabori et al. 3P-2F-1 on page 721 of the Society of Applied Physics, Japan, Spring 1989 Proceedings).

【００２３】成膜チャンバ１０には、第１の原料ガス供
給部から、マスフローコントローラ及び第１のガス導入
部４０を通して、Ｔｉ系化合物から成る第１の原料ガス
が供給される。また、各種の第２の原料ガスが、同様に
マスフローコントローラ及び第２のガス導入部４２を通
して成膜チャンバ１０に供給される。成膜チャンバ１０
内のガスはガス排気部１６から系外に排気される。尚、
図２中、３２はプラズマ流である。また、１００は図１
に示す構造を有する半導体基板である。熱電対（図示せ
ず）で半導体基板１００の温度をモニターし、公知の温
度制御手段（図示せず）によってランプ５２への供給電
力を制御し、半導体基板１００の温度を一定に保つ。The film forming chamber 10 is supplied with a first source gas composed of a Ti-based compound from the first source gas supply section through the mass flow controller and the first gas introduction section 40. In addition, various kinds of second source gases are similarly supplied to the film forming chamber 10 through the mass flow controller and the second gas introducing unit 42. Film forming chamber 10
The gas inside is exhausted from the gas exhaust unit 16 to the outside of the system. still,
In FIG. 2, 32 is a plasma flow. Further, 100 is shown in FIG.
It is a semiconductor substrate having the structure shown in FIG. The temperature of the semiconductor substrate 100 is monitored by a thermocouple (not shown), and the power supplied to the lamp 52 is controlled by a known temperature control means (not shown) to keep the temperature of the semiconductor substrate 100 constant.

【００２４】以下、図２に示したＥＣＲプラズマプロセ
ス装置を使用して、ブランケットタングステンＣＶＤ法
でコンタクトホールを形成する工程を、図１を参照して
説明する。A process of forming a contact hole by the blanket tungsten CVD method using the ECR plasma processing apparatus shown in FIG. 2 will be described below with reference to FIG.

【００２５】［工程−１００］シリコン基板等の基板１
００の不純物拡散領域１０２上に、ＳｉＯ₂から成る層
間絶縁層１０４をＣＶＤ法で形成し、この層間絶縁層１
０４にフォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を
用いて、開口部１０６を形成する（図１の（Ａ）参
照）。この工程は、通常の各種の方法を適宜用いること
ができる。[Step-100] Substrate 1 such as a silicon substrate
On the impurity diffusion region 102 of 00, an interlayer insulating layer 104 made of SiO ₂ is formed by the CVD method.
An opening 106 is formed in 04 by photolithography and dry etching (see FIG. 1A). For this step, various ordinary methods can be appropriately used.

【００２６】［工程−１１０］次に、図２に示したＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ装置１を用いて、Ｔｉ層を形成する。第１の
原料ガスとしてＴｉＣｌ₄を、第２の原料ガスとしてＨ₂
を使用した。先ず、第１のガス導入部４０からＴｉＣｌ
₄ガスを、第２のガス導入部４２からＨ₂ガスを、成膜チ
ャンバ１０に供給し、厚さ３０ｎｍのＴｉ層１０８を層
間絶縁層１０４の上面上及び開口部１０６内に形成す
る。Ｔｉ層１０８の成膜条件を以下のとおりとした。ガスＴｉＣｌ₄／Ａｒ／Ｈ₂＝１０／４０／５
０sccm 温度約４００°Ｃ圧力０．１３Ｐａマイクロ波２．８ｋＷ半導体基板１００はランプ加熱手段５０によって約４０
０゜Ｃに加熱される。尚、ＴｉＣｌ₄の代わりにＴｉＣ
ｌ₃を使用することもできる。[Step-110] Next, the EC shown in FIG.
A Ti layer is formed using the R-CVD apparatus 1. TiCl ₄ was used as the first source gas and H ₂ was used as the second source gas.
It was used. First, from the first gas introduction section 40, TiCl
₄ gas and H ₂ gas from the second gas introduction part 42 are supplied to the film forming chamber 10 to form a Ti layer 108 having a thickness of 30 nm on the upper surface of the interlayer insulating layer 104 and in the opening 106. The conditions for forming the Ti layer 108 were as follows. Gas TiCl ₄ / Ar / H ₂ = 10/40/5
0 sccm temperature about 400 ° C. pressure 0.13 Pa microwave 2.8 kW The semiconductor substrate 100 is about 40 by the lamp heating means 50.
Heated to 0 ° C. Incidentally, instead of TiCl ₄ , TiC
It is also possible to use l ₃ .

【００２７】［工程−１２０］続いて、ＴｉＢ_Xから成
る密着層を形成した。第１の原料ガスとしてＴｉＣｌ₄
を使用し、第２の原料ガスとしてＢＣｌ₃及びＨ₂ガスを
使用した。第１のガス導入部４０からＴｉＣｌ₄ガス
を、第２のガス導入部４２からＢＣｌ₃及びＨ₂ガスを流
し、厚さ５０ｎｍのＴｉＢ_Xから成る密着層１１０をＴ
ｉ層１０８の上に形成する。ＴｉＢ_Xから成る密着層１
１０の成膜条件を以下のとおりとした。温度
約６５０°Ｃマイクロ波２．８ｋＷ圧力０．１３ＰａＲＦバイアス３００ＷガスＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃／Ｈ₂／Ａｒ＝１０／３０／３０／５０sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。尚、
ＴｉＣｌ₄の代わりにＴｉＣｌ₃を使用することもでき
る。また、ＢＣｌ₃の代わりに、ＢＢｒ₃、Ｂ₂Ｈ₆を使用
することもできる。半導体基板１００をランプ加熱手段
５０によって約６５０゜Ｃに加熱しておく。また、ＲＦ
バイアスを印加するので、ＴｉＢ_Xのカバレッジが向上
し、一層緻密な膜となり、バリア性が向上する。ＴｉＢ
_Xから成る密着層１１０は低圧にて形成されるため、開
口部１０６の底部にも厚く形成され、図１の（Ｂ）に示
す構造が得られる。また、Ｃｌも揮発性の高い化合物Ｈ
Ｃｌという形態でＥＣＲ−ＣＶＤ装置１から排気され、
Ｔｉ層及び密着層のＣｌ含有量が少なくなり、膜質も向
上する。又、これらの層を真空を破らず連続して形成す
るので、膜質も安定し、スループットも向上する。[0027] [Step-120] Subsequently, an adhesion layer composed of TiB _X. TiCl ₄ as the first source gas
Was used, and BCl ₃ and H ₂ gas were used as the second source gas. TiCl ₄ gas is flown from the first gas inlet 40 and BCl ₃ and H ₂ gas are flown from the second gas inlet 42, and the adhesion layer 110 made of TiB _x and having a thickness of 50 nm is deposited on the T layer.
It is formed on the i layer 108. Adhesion layer 1 made of TiB _X
The film forming conditions of No. 10 were as follows. temperature
About 650 ° C. Microwave 2.8 kW Pressure 0.13 Pa RF bias 300 W Gas TiCl ₄ / BCl ₃ / H ₂ / Ar = 10/30/30/50 sccm The gas flow ratio can be set appropriately. still,
It is also possible to use TiCl ₃ instead of TiCl ₄ . Further, BBr ₃ or B ₂ H ₆ may be used instead of BCl ₃ . The semiconductor substrate 100 is heated to about 650 ° C. by the lamp heating means 50. Also, RF
Since the bias is applied, the coverage of TiB _X is improved, a denser film is formed, and the barrier property is improved. TiB
_{Since the} adhesion layer 110 made of _X is formed at a low pressure, it is also formed thickly on the bottom of the opening 106, and the structure shown in FIG. 1B is obtained. Also, Cl is a highly volatile compound H
Exhausted from the ECR-CVD apparatus 1 in the form of Cl,
The Cl content of the Ti layer and the adhesion layer is reduced, and the film quality is improved. Further, since these layers are continuously formed without breaking the vacuum, the film quality is stable and the throughput is improved.

【００２８】［工程−１３０］次に、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層をＴ
ｉＢ_Xから成る密着層１１０の上に形成する。形成条件
を以下の２段階とした。第１段階（核成長段階）ＷＦ₆／ＳｉＨ₄＝２５／１０sccm 圧力１．０６×１０⁴Ｐａ温度４７５°Ｃ第２段階（高速成長段階）ＷＦ₆／Ｈ₂＝６０／３６０sccm 圧力１．０６×１０⁴Ｐａ温度４７５°Ｃこれにより、開口部１０６内の密着層１１０上にカバレ
ッジ良くタングステンから成る金属層１１２が形成され
た。こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られた。こ
の際、Ｔｉ／密着層にオーバーハングが生じることがな
く、カバレッジも良いので、開口部１０６内のタングス
テンから成る金属層にボイドが発生することがなかっ
た。また、開口部１０６において、このＴｉ／密着層は
良好なバリア性を有する膜として機能した。また、パー
ティクル発生の低減や組成の制御の面でも、従来のＴｉ
Ｎ層あるいはＴｉＯＮ層の形成よりも改善された。次い
で、層間絶縁層１０４の上面上のタングステンから成る
金属層を選択的にエッチバックして、開口部１０６内に
金属層が形成されたメタルプラグを完成させる。[Step-130] Next, a metal layer made of tungsten is deposited by a blanket tungsten CVD method.
It is formed on the adhesion layer 110 made of iB _X. The formation conditions were the following two stages. 1st stage (nuclear growth stage) WF ₆ / SiH ₄ = 25/10 sccm pressure 1.06 × 10 ⁴ Pa temperature 475 ° C 2nd stage (fast growth stage) WF ₆ / H ₂ = 60/360 sccm pressure 1.06 × 10 ⁴ Pa Temperature 475 ° C. Thereby, the metal layer 112 made of tungsten was formed on the adhesion layer 110 in the opening 106 with good coverage. Thus, the structure shown in FIG. 1C was obtained. At this time, no overhang was generated in the Ti / adhesion layer and the coverage was good, so that no void was generated in the metal layer made of tungsten in the opening 106. Further, in the opening 106, the Ti / adhesion layer functions as a film having a good barrier property. In addition, in terms of particle generation reduction and composition control, conventional Ti
This is an improvement over the formation of the N layer or the TiON layer. Then, the metal layer made of tungsten on the upper surface of the interlayer insulating layer 104 is selectively etched back to complete the metal plug having the metal layer formed in the opening 106.

【００２９】（実施例２）図３に、実施例２で使用した
ＥＣＲプラズマプロセス装置２００の概要を示す。尚、
図３及び図２において、同一参照番号は同一の要素を示
す。(Embodiment 2) FIG. 3 shows an outline of the ECR plasma process apparatus 200 used in Embodiment 2. still,
3 and 2, the same reference numerals indicate the same elements.

【００３０】図３に示すＥＣＲプラズマプロセス装置２
００は、Ｔｉ層を形成するための第１の成膜チャンバ２
１０、及びＴｉ系化合物から成る密着層（実施例２にお
いては、ＴｉＢ_X層）を成膜するための第２の成膜チャ
ンバ２２０から成る。第１の成膜チャンバ２１０には、
原料ガス供給部からマスフローコントローラ及び第１の
ガス導入部４０を通して第１の原料ガスが供給される。
また、第２の原料ガスが同様に、マスフローコントロー
ラ及び第２のガス導入部４２を通して成膜チャンバ２１
０に供給される。第２の成膜チャンバ２２０には、原料
ガス供給部からマスフローコントローラ及び第１のガス
導入部４０Ａを通して第１の原料ガスが供給され、第２
の原料ガスが、同様にマスフローコントローラ及び第２
のガス導入部４２Ａを通して供給される。第１の成膜チ
ャンバ２１０と第２の成膜チャンバ２２０とはゲートバ
ルブ２３０を介して接続されている。また、ランプ加熱
手段５０，５０Ａが、それぞれの成膜チャンバ２１０，
２２０内のサセプタ１２，１２Ａの下に設けられてい
る。ECR plasma process apparatus 2 shown in FIG.
00 is the first film forming chamber 2 for forming the Ti layer
10 and a second film formation chamber 220 for forming an adhesion layer (TiB _x layer in the second embodiment) made of a Ti-based compound. In the first film forming chamber 210,
The first source gas is supplied from the source gas supply unit through the mass flow controller and the first gas introduction unit 40.
Similarly, the second source gas is passed through the mass flow controller and the second gas introduction unit 42 to form the film forming chamber 21.
0 is supplied. The second film forming chamber 220 is supplied with the first source gas from the source gas supply section through the mass flow controller and the first gas introduction section 40A,
Similarly, the raw material gas of the
Is supplied through the gas introduction section 42A. The first film forming chamber 210 and the second film forming chamber 220 are connected via a gate valve 230. In addition, the lamp heating means 50 and 50A are respectively connected to the film forming chambers 210 and
It is provided below the susceptors 12 and 12A in 220.

【００３１】図３に示すプラズマプロセス装置２００を
使用して、ブランケットタングステンＣＶＤ法でコンタ
クトホールを形成する工程を、図１を参照して説明す
る。尚、半導体基板とタングステンから成る金属層との
間に、先ずＴｉ層を形成し、連続して、ＴｉＢ_Xから成
る密着層を形成した。開口部内に形成される金属材料は
タングステンから成る。A process of forming a contact hole by the blanket tungsten CVD method using the plasma processing apparatus 200 shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. Incidentally, between the metal layer made of a semiconductor substrate and tungsten, first forming a Ti layer, in succession, to form an adhesion layer composed of TiB _X. The metal material formed in the opening is tungsten.

【００３２】［工程−２００］先ず、図１の（Ａ）に示
した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形成
した。[Step-200] First, a semiconductor device having the structure shown in FIG. 1A was formed in the same manner as in Example 1.

【００３３】［工程−２１０］次に同じく図３に示した
２つの成膜チャンバを有するバイアス印加可能なＥＣＲ
−ＣＶＤ装置にて、先ず、成膜チャンバ２１０内で、３
０ｎｍ厚さのＴｉ層１０８を実施例１と同じ条件で形成
する。即ち、Ｔｉ層１０８の形成条件を以下のとおりと
した。第１の原料ガスとしてＴｉＣｌ₄を、第２の原料
ガスとしてＨ₂を使用した。ガスＴｉＣｌ₄／Ａｒ／Ｈ₂＝１０／４０／５
０sccm 温度約４００°Ｃ圧力０．１３Ｐａマイクロ波２．８ｋＷ尚、半導体基板１００をランプ加熱手段５０によって約
４００゜Ｃに加熱しておく。尚、ＴｉＣｌ₄の代わりに
ＴｉＣｌ₃を使用することもできる。[Step-210] Next, a bias-applicable ECR having two film forming chambers similarly shown in FIG.
-In the CVD apparatus, first, in the film forming chamber 210,
A Ti layer 108 having a thickness of 0 nm is formed under the same conditions as in Example 1. That is, the conditions for forming the Ti layer 108 were as follows. TiCl ₄ was used as the first source gas and H ₂ was used as the second source gas. Gas TiCl ₄ / Ar / H ₂ = 10/40/5
0 sccm temperature about 400 ° C. pressure 0.13 Pa microwave 2.8 kW The semiconductor substrate 100 is heated to about 400 ° C. by the lamp heating means 50. Note that TiCl ₃ can be used instead of TiCl ₄ .

【００３４】［工程−２２０］続いて、ＴｉＢ_Xから成
る密着層を形成した。第１の原料ガスとしてＴｉＣｌ₄
を使用し、第２の原料ガスとしてＢＣｌ₃及びＨ₂ガスを
使用した。即ち、Ｔｉ層の形成後、ゲートバルブ２３０
を介して搬送手段（図３には図示せず）によって、半導
体基板１００を第２の成膜チャンバ２２０に搬入し、第
１のガス導入口４０ＡからＴｉＣｌ₄を、第２のガス導
入口４２ＡからＢＣｌ₃及びＨ₂ガスを流し、ＴｉＢ_Xか
ら成る密着層１１０を形成する。ＴｉＢ_Xから成る密着
層の具体的な形成条件は以下のとおりとした。尚、半導
体基板１００をランプ加熱手段５０Ａによって約６５０
゜Ｃに加熱しておく。温度約６５０°Ｃマイクロ波２．８ｋＷ圧力０．１３ＰａＲＦバイアス３００ＷガスＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃／Ｈ₂／Ａｒ＝１０／３０／３０／５０sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。尚、
ＴｉＣｌ₄の代わりにＴｉＣｌ₃を使用することもでき
る。また、ＢＣｌ₃の代わりに、ＢＢｒ₃、Ｂ₂Ｈ₆を使用
することもできる。ＲＦバイアスを印加するので、Ｔｉ
Ｂ_Xのカバレッジが向上し、一層緻密な膜となり、バリ
ア性が向上する。ＴｉＢ_Xから成る密着層１１０は低圧
にて形成されるため、開口部１０６の底部にも厚く形成
され、図１の（Ｂ）に示す構造が得られる。また、Ｃｌ
も揮発性の高い化合物ＨＣｌという形態でＥＣＲ−ＣＶ
Ｄ装置２００から排気され、Ｔｉ層及び密着層のＣｌ含
有量が少なくなり、膜質も向上する。又、これらの層を
真空を破らず連続して形成するので、膜質も安定し、ス
ループットも向上する。[0034] [Step-220] Subsequently, an adhesion layer composed of TiB _X. TiCl ₄ as the first source gas
Was used, and BCl ₃ and H ₂ gas were used as the second source gas. That is, after the Ti layer is formed, the gate valve 230
The semiconductor substrate 100 is loaded into the second film forming chamber 220 by a transporting means (not shown in FIG. 3) through the first gas introducing port 40A and TiCl ₄ is supplied to the second gas introducing port 42A. BCl ₃ and H ₂ gas are caused to flow from the above to form the adhesion layer 110 made of TiB _x . The specific conditions for forming the adhesion layer made of TiB _X were as follows. The semiconductor substrate 100 is heated to about 650 by the lamp heating means 50A.
Heat to ° C. Temperature 650 ° C. Microwave 2.8 kW Pressure 0.13 Pa RF bias 300 W Gas TiCl ₄ / BCl ₃ / H ₂ / Ar = 10/30/30/50 sccm The gas flow ratio can be set appropriately. .. still,
It is also possible to use TiCl ₃ instead of TiCl ₄ . Further, BBr ₃ or B ₂ H ₆ may be used instead of BCl ₃ . Since RF bias is applied, Ti
The B _X coverage is improved, the film becomes more dense, and the barrier property is improved. Since the adhesion layer 110 made of TiB _X is formed at a low pressure, it is also formed thickly on the bottom of the opening 106, and the structure shown in FIG. 1B is obtained. Also, Cl
ECR-CV in the form of highly volatile compound HCl
When exhausted from the D device 200, the Cl content of the Ti layer and the adhesion layer is reduced, and the film quality is improved. Further, since these layers are continuously formed without breaking the vacuum, the film quality is stable and the throughput is improved.

【００３５】［工程−２３０］次に、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層を密
着層１１０の上に形成する。形成条件を以下のとおりと
した。ＷＦ₆／Ｈ₂＝６０／３６０sccm 圧力１．０６×１０⁴Ｐａ温度４７５°Ｃあるいは又、実施例１と同様に２段階でタングステンか
ら成る金属層を形成することもできる。第１段階（核成長段階）ＷＦ₆／ＳｉＨ₄＝２５／１０sccm 圧力１．０６×１０⁴Ｐａ温度４７５°Ｃ第２段階（高速成長段階）ＷＦ₆／Ｈ₂＝６０／３６０sccm 圧力１．０６×１０⁴Ｐａ温度４７５°Ｃこれにより、開口部１０６内の密着層１１０上にカバレ
ッジ良くタングステンから成る金属層１１２が形成され
た。こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られた。こ
の際、Ｔｉ／密着層にオーバーハングが生じることがな
く、カバレッジも良いので、開口部１０６内の金属層に
ボイドが発生することがなかった。また、開口部１０６
において、このＴｉ／密着層は良好なバリア性を有する
膜として機能した。また、パーティクル発生の低減や組
成の制御の面でも、従来のＴｉＮ層あるいはＴｉＯＮ層
の形成よりも改善された。次いで、層間絶縁層１０４の
上面上のタングステンから成る金属層を選択的にエッチ
バックして、開口部１０６内に金属層が形成されたメタ
ルプラグを完成させる。[Step-230] Next, a metal layer made of tungsten is formed on the adhesion layer 110 by a blanket tungsten CVD method. The formation conditions were as follows. WF ₆ / H ₂ = 60/360 sccm Pressure 1.06 × 10 ⁴ Pa Temperature 475 ° C. Alternatively, a metal layer made of tungsten can be formed in two steps as in the first embodiment. 1st stage (nuclear growth stage) WF ₆ / SiH ₄ = 25/10 sccm pressure 1.06 × 10 ⁴ Pa temperature 475 ° C 2nd stage (fast growth stage) WF ₆ / H ₂ = 60/360 sccm pressure 1.06 × 10 ⁴ Pa Temperature 475 ° C. Thereby, the metal layer 112 made of tungsten was formed on the adhesion layer 110 in the opening 106 with good coverage. Thus, the structure shown in FIG. 1C was obtained. At this time, no overhang was generated in the Ti / adhesion layer and the coverage was good, so that no void was generated in the metal layer in the opening 106. In addition, the opening 106
In, the Ti / adhesion layer functioned as a film having a good barrier property. Further, in terms of reduction of generation of particles and control of composition, it was improved as compared with the conventional formation of the TiN layer or the TiON layer. Then, the metal layer made of tungsten on the upper surface of the interlayer insulating layer 104 is selectively etched back to complete the metal plug having the metal layer formed in the opening 106.

【００３６】（実施例３）実施例３は、本発明の密着層
及びメタルプラグ形成方法を、ブランケットタングステ
ンＣＶＤ法でコンタクトホールを形成する場合に適用し
た例であり、半導体基板とタングステンから成る金属層
との間に、先ずＴｉ層を形成し、次いで連続して密着層
としてＴｉＣ_Xを形成する。開口部内に形成される金属
材料はタングステンから成る。実施例３においては、図
２に示すＥＣＲプラズマプロセス装置を使用した。ま
た、ＴｉＣ_X層を形成するための原料ガスとして、Ｔｉ
Ｃｌ₄／ＣＨ₄／Ｈ₂を使用した。(Embodiment 3) Embodiment 3 is an example in which the adhesion layer and metal plug forming method of the present invention is applied to a case where a contact hole is formed by a blanket tungsten CVD method, and a metal composed of a semiconductor substrate and tungsten is used. between the layers, first a Ti layer and then forming a TiC _X as an adhesion layer in succession. The metal material formed in the opening is tungsten. In Example 3, the ECR plasma process apparatus shown in FIG. 2 was used. In addition, as a raw material gas for forming the TiC _X layer, Ti
Cl ₄ / CH ₄ / H ₂ was used.

【００３７】［工程−３００］先ず、図１の（Ａ）に示
した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形成
した。[Step-300] First, a semiconductor device having the structure shown in FIG. 1A was formed in the same manner as in Example 1.

【００３８】［工程−３１０］次に、図２に示したＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ装置１を用いて、Ｔｉ層を形成する。第１の
原料ガスとしてＴｉＣｌ₄を、第２の原料ガスとしてＨ₂
を使用した。Ｔｉ層１０８の形成条件は、実施例１と同
様であり、その詳細な説明は省略する。[Step-310] Next, the EC shown in FIG.
A Ti layer is formed using the R-CVD apparatus 1. TiCl ₄ was used as the first source gas and H ₂ was used as the second source gas.
It was used. The conditions for forming the Ti layer 108 are the same as in Example 1, and detailed description thereof is omitted.

【００３９】［工程−３２０］続いて、ＴｉＣ_Xから成
る密着層を形成した。第１の原料ガスとしてＴｉＣｌ₄
を使用し、第２の原料ガスとしてＣＨ₄及びＨ₂ガスを使
用した。第１のガス導入部４０からＴｉＣｌ₄ガスを、
第２のガス導入部４２からＣＨ₄及びＨ₂ガスを流し、厚
さ５０ｎｍのＴｉＣ_Xから成る密着層１１０をＴｉ層１
０８の上に形成する。ＴｉＣ_Xから成る密着層１１０の
成膜条件を以下のとおりとした。温度約６５０°Ｃマイクロ波２．８ｋＷ圧力０．１３ＰａＲＦバイアス３００ＷガスＴｉＣｌ₄／ＣＨ₄／Ｈ₂／Ａｒ＝１０／３０／３０／５０sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。尚、
ＴｉＣｌ₄の代わりにＴｉＣｌ₃を使用することもでき
る。また、ＣＨ₄の代わりに、ＣＣｌ₄、Ｃ₂Ｈ₆、ＣＯを
使用することもできる。半導体基板１００をランプ加熱
手段５０によって約６５０゜Ｃに加熱しておく。また、
ＲＦバイアスを印加するので、ＴｉＣ_Xのカバレッジが
向上し、一層緻密な膜となり、バリア性が向上する。Ｔ
ｉＣ_Xから成る密着層１１０は低圧にて形成されるた
め、開口部１０６の底部にも厚く形成され、図１の
（Ｂ）に示す構造が得られる。また、Ｃｌも揮発性の高
い化合物ＨＣｌという形態でＥＣＲ−ＣＶＤ装置１から
排気され、Ｔｉ層及び密着層のＣｌ含有量が少なくな
り、膜質も向上する。又、これらの層を真空を破らず連
続して形成するので、膜質も安定し、スループットも向
上する。[0039] [Step-320] Subsequently, an adhesion layer made of TiC _X. TiCl ₄ as the first source gas
Was used, and CH ₄ and H ₂ gases were used as the second raw material gas. TiCl ₄ gas from the first gas introduction part 40,
CH ₄ and H ₂ gases were caused to flow from the second gas introduction part 42, and the adhesion layer 110 made of TiC _X having a thickness of 50 nm was formed on the Ti layer 1.
It is formed on 08. The film forming conditions of the adhesion layer 110 made of TiC _X are as follows. Temperature 650 ° C. Microwave 2.8 kW Pressure 0.13 Pa RF bias 300 W Gas TiCl ₄ / CH ₄ / H ₂ / Ar = 10/30/30/50 sccm The gas flow ratio can be set appropriately. .. still,
It is also possible to use TiCl ₃ instead of TiCl ₄ . Further, CCl ₄ , C ₂ H ₆ , and CO may be used instead of CH ₄ . The semiconductor substrate 100 is heated to about 650 ° C. by the lamp heating means 50. Also,
Since the RF bias is applied, the coverage of TiC _X is improved, the film becomes more dense, and the barrier property is improved. T
Since the adhesion layer 110 made of iC _X is formed at a low pressure, it is also formed thickly on the bottom of the opening 106, and the structure shown in FIG. 1B is obtained. Further, Cl is also exhausted from the ECR-CVD apparatus 1 in the form of a highly volatile compound HCl, the Cl content in the Ti layer and the adhesion layer is reduced, and the film quality is improved. Further, since these layers are continuously formed without breaking the vacuum, the film quality is stable and the throughput is improved.

【００４０】［工程−３３０］次に、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層をＴ
ｉＣ_Xから成る密着層１１０の上に形成する。形成条件
は、実施例１と同様であり、その詳細な説明は省略す
る。これにより、開口部１０６内の密着層１１０上にカ
バレッジ良くタングステンから成る金属層１１２が形成
された。こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られ
た。この際、Ｔｉ／密着層にオーバーハングが生じるこ
とがなく、カバレッジも良いので、開口部１０６内の金
属層にボイドが発生することがなかった。また、開口部
１０６において、このＴｉ／密着層は良好なバリア性を
有する膜として機能した。また、パーティクル発生の低
減や組成の制御の面でも、従来のＴｉＮ層あるいはＴｉ
ＯＮ層の形成よりも改善された。次いで、層間絶縁層１
０４の上面上のタングステンから成る金属層を選択的に
エッチバックして、開口部１０６内に金属層が形成され
たメタルプラグを完成させる。[Step-330] Next, a metal layer made of tungsten is deposited by a blanket tungsten CVD method.
It is formed on the adhesion layer 110 made of iC _X. The formation conditions are the same as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted. As a result, the metal layer 112 made of tungsten was formed on the adhesion layer 110 in the opening 106 with good coverage. Thus, the structure shown in FIG. 1C was obtained. At this time, no overhang was generated in the Ti / adhesion layer and the coverage was good, so that no void was generated in the metal layer in the opening 106. Further, in the opening 106, the Ti / adhesion layer functions as a film having a good barrier property. In addition, in terms of particle generation reduction and composition control, the conventional TiN layer or Ti
This is an improvement over the formation of the ON layer. Next, the interlayer insulating layer 1
The metal layer of tungsten on the upper surface of 04 is selectively etched back to complete the metal plug having the metal layer formed in the opening 106.

【００４１】（実施例４）図３に示すプラズマプロセス
装置２００を使用して、ブランケットタングステンＣＶ
Ｄ法でコンタクトホールを形成する工程を、図１を参照
して説明する。尚、半導体基板とタングステンから成る
金属層との間に、先ずＴｉ層を形成し、連続して、Ｔｉ
Ｃ_Xから成る密着層を形成した。開口部内に形成される
金属材料はタングステンから成る。(Embodiment 4) A blanket tungsten CV is used by using the plasma processing apparatus 200 shown in FIG.
A process of forming a contact hole by the D method will be described with reference to FIG. A Ti layer is first formed between the semiconductor substrate and the metal layer made of tungsten, and the Ti layer is continuously formed.
And an adhesion layer composed of C _X. The metal material formed in the opening is tungsten.

【００４２】［工程− ４００］先ず、図１の（Ａ）に
示した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形
成した。[Step-400] First, a semiconductor device having the structure shown in FIG. 1A was formed in the same manner as in Example 1.

【００４３】［工程−４１０］次に同じく図３に示した
２つの成膜チャンバを有するバイアス印加可能なＥＣＲ
−ＣＶＤ装置にて、先ず、成膜チャンバ２１０内で、３
０ｎｍ厚さのＴｉ層１０８を形成した。形成条件は実施
例２と同じ条件であり、その詳細な説明は省略する。[Step-410] Next, a bias-applicable ECR having two film forming chambers similarly shown in FIG.
-In the CVD apparatus, first, in the film forming chamber 210,
A Ti layer 108 having a thickness of 0 nm was formed. The forming conditions are the same as those of the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

【００４４】［工程−４２０］続いて、ＴｉＣ_Xから成
る密着層を形成した。第１の原料ガスとしてＴｉＣｌ₄
を使用し、第２の原料ガスとしてＣＨ₄及びＨ₂ガスを使
用した。即ち、Ｔｉ層の形成後、ゲートバルブ２３０を
介して搬送手段（図３には図示せず）によって、半導体
基板１００を第２の成膜チャンバ２２０に搬入し、第１
のガス導入口４０ＡからＴｉＣｌ₄を、第２のガス導入
口４２ＡからＣＨ₄及びＨ₂ガスを流し、ＴｉＣ_Xから成
る密着層１１０を形成する。ＴｉＣ_Xから成る密着層の
具体的な形成条件は、実施例３におけるＴｉＣ_Xの形成
条件と同様であり、その詳細な説明は省略する。これに
よって、図１の（Ｂ）に示す構造が得られた。[0044] [Step -420] Subsequently, an adhesion layer made of TiC _X. TiCl ₄ as the first source gas
Was used, and CH ₄ and H ₂ gases were used as the second raw material gas. That is, after the Ti layer is formed, the semiconductor substrate 100 is carried into the second film forming chamber 220 by the transporting means (not shown in FIG. 3) via the gate valve 230, and the first film is formed.
The TiCl ₄ gas is introduced through the gas inlet 40A and the CH ₄ and H ₂ gases are introduced through the second gas inlet 42A to form the adhesion layer 110 made of TiC _x . Specific conditions for forming the adhesion layer consisting of TiC _X is the same as the conditions for forming TiC _X in Example 3, a detailed description thereof is omitted. As a result, the structure shown in FIG. 1B was obtained.

【００４５】［工程−４３０］次に、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層を密
着層１１０の上に形成する。形成条件は、実施例２と同
様の条件であり、その詳細な説明は省略する。これによ
って、こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られた。
次いで、層間絶縁層１０４の上面上の金属層を選択的に
エッチバックして、開口部１０６内に金属層が形成され
たメタルプラグを完成させる。[Step-430] Next, a metal layer made of tungsten is formed on the adhesion layer 110 by a blanket tungsten CVD method. The formation conditions are the same as those in the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted. Thereby, the structure shown in FIG. 1C was obtained.
Then, the metal layer on the upper surface of the interlayer insulating layer 104 is selectively etched back to complete the metal plug having the metal layer formed in the opening 106.

【００４６】（実施例５）実施例５は、本発明の密着層
及びメタルプラグ形成方法を、ブランケットタングステ
ンＣＶＤ法でコンタクトホールを形成する場合に適用し
た例であり、半導体基板とタングステンから成る金属層
との間に、先ずＴｉ層を形成し、次いで連続して密着層
としてＴｉＢ_XＮ_1-Xを形成する。開口部内に形成される
金属材料はタングステンから成る。実施例５において
は、図２に示すＥＣＲプラズマプロセス装置を使用し
た。また、ＴｉＢ_XＮ_1-X層を形成するための原料ガスと
して、ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃／ＮＨ₃を使用した。(Embodiment 5) Embodiment 5 is an example in which the adhesion layer and metal plug forming method of the present invention is applied to the case where a contact hole is formed by a blanket tungsten CVD method, and a metal composed of a semiconductor substrate and tungsten is used. between the layers, first a Ti layer and then forming a TiB _{_X} N _{_1-X} as the adhesive layer in succession. The metal material formed in the opening is tungsten. In Example 5, the ECR plasma process apparatus shown in FIG. 2 was used. Further, TiCl ₄ / BCl ₃ / NH ₃ was used as a source gas for forming the TiB _X N _1-X layer.

【００４７】［工程−５００］先ず、図１の（Ａ）に示
した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形成
した。[Step-500] First, a semiconductor device having the structure shown in FIG. 1A was formed in the same manner as in Example 1.

【００４８】［工程−５１０］次に、図２に示したＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ装置１を用いて、Ｔｉ層を形成する。第１の
原料ガスとしてＴｉＣｌ₄を、第２の原料ガスとしてＨ₂
を使用した。Ｔｉ層１０８の形成条件は、実施例１と同
様であり、その詳細な説明は省略する。[Step-510] Next, the EC shown in FIG.
A Ti layer is formed using the R-CVD apparatus 1. TiCl ₄ was used as the first source gas and H ₂ was used as the second source gas.
It was used. The conditions for forming the Ti layer 108 are the same as in Example 1, and detailed description thereof is omitted.

【００４９】［工程−５２０］続いて、ＴｉＢ_XＮ_1-Xか
ら成る密着層を形成した。第１の原料ガスとしてＴｉＣ
ｌ₄を使用し、第２の原料ガスとしてＢＣｌ₃及びＮＨ₃
ガスを使用した。第１のガス導入部４０からＴｉＣｌ₄
ガスを、第２のガス導入部４２からＢＣｌ₃及びＮＨ₃ガ
スを流し、厚さ５０ｎｍのＴｉＢ_XＮ_1-Xから成る密着層
１１０をＴｉ層１０８の上に形成する。ＴｉＢ_XＮ_1-Xか
ら成る密着層１１０の成膜条件を以下のとおりとした。温度約６５０°Ｃマイクロ波２．８ｋＷ圧力０．１３ＰａＲＦバイアス３００ＷガスＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃／ＮＨ₃／Ａｒ＝１０／３０／３０／５０sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。尚、
ＴｉＣｌ₄の代わりにＴｉＣｌ₃を使用することもでき
る。また、ＢＣｌ₃の代わりに、ＢＢｒ₂、Ｂ₂Ｈ₆を使用
することもできる。更に、ＮＨ₃の代わりに、Ｎ₂と
Ｈ₂、あるいはＮ₂Ｏを使用することもできる。半導体基
板１００をランプ加熱手段５０によって約６５０゜Ｃに
加熱しておく。また、ＲＦバイアスを印加するので、Ｔ
ｉＢ_XＮ_1-Xのカバレッジが向上し、一層緻密な膜とな
り、バリア性が向上する。ＴｉＢ_XＮ_1-Xから成る密着層
１１０は低圧にて形成されるため、開口部１０６の底部
にも厚く形成され、図１の（Ｂ）に示す構造が得られ
る。また、Ｃｌも揮発性の高い化合物ＨＣｌという形態
でＥＣＲ−ＣＶＤ装置１から排気され、Ｔｉ層及び密着
層のＣｌ含有量が少なくなり、膜質も向上する。又、こ
れらの層を真空を破らず連続して形成するので、膜質も
安定し、スループットも向上する。[Step-520] Subsequently, an adhesion layer made of TiB _X N _1-X was formed. TiC as the first source gas
l ₄ is used, and BCl ₃ and NH ₃ are used as the second source gas.
Gas was used. From the first gas introduction section 40 to TiCl ₄
The gas is made to flow BCl ₃ and NH ₃ gas from the second gas introduction part 42, and an adhesion layer 110 made of TiB _X N _1-X having a thickness of 50 nm is formed on the Ti layer 108. The film forming conditions of the adhesion layer 110 made of TiB _X N _1-X are as follows. Temperature about 650 ° C microwave 2.8 kW pressure 0.13 Pa RF bias 300 W gas TiCl ₄ / BCl ₃ / NH ₃ / Ar = 10/30/30/50 sccm The gas flow ratio can be set appropriately. .. still,
It is also possible to use TiCl ₃ instead of TiCl ₄ . Further, BBr ₂ or B ₂ H ₆ can be used instead of BCl ₃ . Further, N ₂ and H ₂ or N ₂ O can be used instead of NH ₃ . The semiconductor substrate 100 is heated to about 650 ° C. by the lamp heating means 50. Also, since an RF bias is applied, T
The coverage of iB _X N _1-X is improved, the film becomes more dense, and the barrier property is improved. Since the adhesion layer 110 made of TiB _X N _1-X is formed at a low pressure, it is also formed thickly on the bottom of the opening 106, and the structure shown in FIG. 1B is obtained. Also, Cl is exhausted from the ECR-CVD apparatus 1 in the form of a highly volatile compound HCl, the Cl content in the Ti layer and the adhesion layer is reduced, and the film quality is improved. Further, since these layers are continuously formed without breaking the vacuum, the film quality is stable and the throughput is improved.

【００５０】［工程−５３０］次に、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層をＴ
ｉＢ_XＮ_1-Xから成る密着層１１０の上に形成する。形成
条件は、実施例１と同様であり、その詳細な説明は省略
する。これにより、開口部１０６内の密着層１１０上に
カバレッジ良くタングステンから成る金属層１１２が形
成された。こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られ
た。この際、Ｔｉ／密着層にオーバーハングが生じるこ
とがなく、カバレッジも良いので、開口部１０６内の金
属層にボイドが発生することがなかった。また、開口部
１０６において、このＴｉ／密着層は良好なバリア性を
有する膜として機能した。また、パーティクル発生の低
減や組成の制御の面でも、従来のＴｉＮ層あるいはＴｉ
ＯＮ層の形成よりも改善された。次いで、層間絶縁層１
０４の上面上のタングステンから成る金属層を選択的に
エッチバックして、開口部１０６内に金属層が形成され
たメタルプラグを完成させる。[Step-530] Next, a metal layer made of tungsten is deposited by a blanket tungsten CVD method.
It is formed on the adhesion layer 110 made of iB _X N _1-X . The formation conditions are the same as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted. As a result, the metal layer 112 made of tungsten was formed on the adhesion layer 110 in the opening 106 with good coverage. Thus, the structure shown in FIG. 1C was obtained. At this time, no overhang was generated in the Ti / adhesion layer and the coverage was good, so that no void was generated in the metal layer in the opening 106. Further, in the opening 106, the Ti / adhesion layer functions as a film having a good barrier property. In addition, in terms of particle generation reduction and composition control, the conventional TiN layer or Ti
This is an improvement over the formation of the ON layer. Next, the interlayer insulating layer 1
The metal layer of tungsten on the upper surface of 04 is selectively etched back to complete the metal plug having the metal layer formed in the opening 106.

【００５１】（実施例６）図３に示すプラズマプロセス
装置２００を使用して、ブランケットタングステンＣＶ
Ｄ法でコンタクトホールを形成する工程を、図１を参照
して説明する。尚、半導体基板とタングステンから成る
金属層との間に、先ずＴｉ層を形成し、連続して、Ｔｉ
Ｂ_XＮ_1-Xから成る密着層を形成した。開口部内に形成さ
れる金属材料はタングステンから成る。(Embodiment 6) A blanket tungsten CV is produced by using the plasma processing apparatus 200 shown in FIG.
A process of forming a contact hole by the D method will be described with reference to FIG. A Ti layer is first formed between the semiconductor substrate and the metal layer made of tungsten, and the Ti layer is continuously formed.
An adhesion layer made of B _X N _1-X was formed. The metal material formed in the opening is tungsten.

【００５２】［工程−６００］先ず、図１の（Ａ）に示
した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形成
した。[Step-600] First, a semiconductor device having the structure shown in FIG. 1A was formed in the same manner as in Example 1.

【００５３】［工程−６１０］次に同じく図３に示した
２つの成膜チャンバを有するバイアス印加可能なＥＣＲ
−ＣＶＤ装置にて、先ず、成膜チャンバ２１０内で、３
０ｎｍ厚さのＴｉ層１０８を形成した。形成条件は実施
例２と同じ条件であり、その詳細な説明は省略する。[Step-610] Next, a bias-applicable ECR having the two film forming chambers similarly shown in FIG.
-In the CVD apparatus, first, in the film forming chamber 210,
A Ti layer 108 having a thickness of 0 nm was formed. The forming conditions are the same as those of the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

【００５４】［工程−６２０］続いて、ＴｉＢ_XＮ_1-Xか
ら成る密着層を形成した。第１の原料ガスとしてＴｉＣ
ｌ₄を使用し、第２の原料ガスとしてＢＣｌ₃及びＮＨ₃
ガスを使用した。即ち、Ｔｉ層の形成後、ゲートバルブ
２３０を介して搬送手段（図３には図示せず）によっ
て、半導体基板１００を第２の成膜チャンバ２２０に搬
入し、第１のガス導入口４０ＡからＴｉＣｌ₄を、第２
のガス導入口４２ＡからＢＣｌ₃及びＮＨ₃ガスを流し、
ＴｉＢ_XＮ_1-Xから成る密着層１１０を形成する。ＴｉＢ
_XＮ_1-Xから成る密着層の具体的な形成条件は、実施例５
におけるＴｉＢ_XＮ_1-Xの形成条件と同様であり、その詳
細な説明は省略する。これによって、図１の（Ｂ）に示
す構造が得られる。[Step-620] Subsequently, an adhesion layer made of TiB _X N _1-X was formed. TiC as the first source gas
l ₄ is used, and BCl ₃ and NH ₃ are used as the second source gas.
Gas was used. That is, after forming the Ti layer, the semiconductor substrate 100 is carried into the second film forming chamber 220 by the transporting means (not shown in FIG. 3) through the gate valve 230, and the first gas introducing port 40A. TiCl ₄ , second
BCl ₃ and NH ₃ gases are flown from the gas inlet 42A of
An adhesion layer 110 made of TiB _X N _1-X is formed. TiB
The specific conditions for forming the adhesion layer made of _X N _1-X are described in Example 5.
The conditions are the same as those for forming TiB _X N _{1 -X} , and detailed description thereof will be omitted. As a result, the structure shown in FIG. 1B is obtained.

【００５５】［工程−６３０］次に、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層１１
２を密着層１１０の上に形成する。形成条件は、実施例
２と同様の条件であり、その詳細な説明は省略する。こ
れによって、こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得ら
れた。次いで、層間絶縁層１０４の上面上の金属層を選
択的にエッチバックして、開口部１０６内に金属層が形
成されたメタルプラグを完成させる。[Step-630] Next, the metal layer 11 made of tungsten is formed by the blanket tungsten CVD method.
2 is formed on the adhesion layer 110. The formation conditions are the same as those in the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted. Thereby, the structure shown in FIG. 1C was obtained. Then, the metal layer on the upper surface of the interlayer insulating layer 104 is selectively etched back to complete the metal plug having the metal layer formed in the opening 106.

【００５６】（実施例７）実施例７は、本発明の密着層
及びメタルプラグ形成方法を、ブランケットタングステ
ンＣＶＤ法でコンタクトホールを形成する場合に適用し
た例であり、半導体基板とタングステンから成る金属層
との間に、先ずＴｉ層を形成し、次いで連続して密着層
としてＴｉＣ_XＮ_1-Xを形成する。開口部内に形成される
金属材料はタングステンから成る。実施例７において
は、図２に示すＥＣＲプラズマプロセス装置を使用し
た。また、ＴｉＣ_XＮ_1-X層を形成するための原料ガスと
して、ＴｉＣｌ₄／ＣＨ₃ＣＮ／Ｎ₂を使用した。(Embodiment 7) Embodiment 7 is an example in which the adhesion layer and metal plug forming method of the present invention is applied when a contact hole is formed by a blanket tungsten CVD method, and a metal composed of a semiconductor substrate and tungsten is used. A Ti layer is first formed between the layers, and then TiC _X N _1-X is continuously formed as an adhesion layer. The metal material formed in the opening is tungsten. In Example 7, the ECR plasma process apparatus shown in FIG. 2 was used. In addition, TiCl ₄ / CH ₃ CN / N ₂ was used as a source gas for forming the TiC _X N _1-X layer.

【００５７】［工程−７００］先ず、図１の（Ａ）に示
した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形成
した。[Step-700] First, a semiconductor device having the structure shown in FIG. 1A was formed in the same manner as in Example 1.

【００５８】［工程−７１０］次に、図２に示したＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ装置１を用いて、Ｔｉ層を形成する。第１の
原料ガスとしてＴｉＣｌ₄を、第２の原料ガスとしてＨ₂
を使用した。Ｔｉ層１０８の形成条件は、実施例１と同
様であり、その詳細な説明は省略する。[Step-710] Next, the EC shown in FIG.
A Ti layer is formed using the R-CVD apparatus 1. TiCl ₄ was used as the first source gas and H ₂ was used as the second source gas.
It was used. The conditions for forming the Ti layer 108 are the same as in Example 1, and detailed description thereof is omitted.

【００５９】［工程−７２０］続いて、ＴｉＣ_XＮ_1-Xか
ら成る密着層を形成した。第１の原料ガスとしてＴｉＣ
ｌ₄を使用し、第２の原料ガスとしてＣＨ₃ＣＮ及びＮ₂
ガスを使用した。第１のガス導入部４０からＴｉＣｌ₄
ガスを、第２のガス導入部４２からＣＨ₃ＣＮ及びＮ₂ガ
スを流し、厚さ５０ｎｍのＴｉＣ_XＮ_1-Xから成る密着層
１１０をＴｉ層１０８の上に形成する。ＴｉＣ_XＮ_1-Xか
ら成る密着層１１０の成膜条件を以下のとおりとした。温度約６５０°Ｃマイクロ波２．８ｋＷ圧力０．１３ＰａＲＦバイアス３００ＷガスＴｉＣｌ₄／ＣＨ₃ＣＮ／Ｎ₂／Ａｒ＝１０／３０／３０／５０sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。尚、
ＴｉＣｌ₄の代わりにＴｉＣｌ₃を使用することもでき
る。また、ＮＨ₃の代わりに、Ｎ₂とＨ₂、あるいはＮ₂Ｏ
を使用することもできる。半導体基板１００をランプ加
熱手段５０によって約６５０゜Ｃに加熱しておく。ま
た、ＲＦバイアスを印加するので、ＴｉＣ_XＮ_1-Xのカバ
レッジが向上し、一層緻密な膜となり、バリア性が向上
する。ＴｉＣ_XＮ_1-Xから成る密着層１１０は低圧にて形
成されるため、開口部１０６の底部にも厚く形成され、
図１の（Ｂ）に示す構造が得られる。また、Ｃｌも揮発
性の高い化合物ＨＣｌという形態でＥＣＲ−ＣＶＤ装置
１から排気され、Ｔｉ層及び密着層のＣｌ含有量が少な
くなり、膜質も向上する。又、これらの層を真空を破ら
ず連続して形成するので、膜質も安定し、スループット
も向上する。[Step-720] Subsequently, an adhesion layer made of TiC _X N _1-X was formed. TiC as the first source gas
L ₄ is used, and CH ₃ CN and N ₂ are used as the second source gas.
Gas was used. From the first gas introduction section 40 to TiCl ₄
The gas is made to flow CH ₃ CN and N ₂ gas from the second gas introduction part 42, and an adhesion layer 110 made of TiC _X N _1-X having a thickness of 50 nm is formed on the Ti layer 108. The film forming conditions of the adhesion layer 110 made of TiC _X N _1-X are as follows. Temperature 650 ° C Microwave 2.8 kW Pressure 0.13 Pa RF bias 300 W Gas TiCl ₄ / CH ₃ CN / N ₂ / Ar = 10/30/30/50 sccm The gas flow ratio can be set appropriately. it can. still,
It is also possible to use TiCl ₃ instead of TiCl ₄ . Also, instead of NH ₃ , N ₂ and H ₂ , or N ₂ O
Can also be used. The semiconductor substrate 100 is heated to about 650 ° C. by the lamp heating means 50. Further, since the RF bias is applied, the coverage of TiC _X N _1-X is improved, the film becomes more dense, and the barrier property is improved. Since the adhesion layer 110 made of TiC _X N _1-X is formed at a low pressure, it is also formed thickly at the bottom of the opening 106.
The structure shown in FIG. 1B is obtained. Further, Cl is also exhausted from the ECR-CVD apparatus 1 in the form of a highly volatile compound HCl, the Cl content in the Ti layer and the adhesion layer is reduced, and the film quality is improved. Further, since these layers are continuously formed without breaking the vacuum, the film quality is stable and the throughput is improved.

【００６０】［工程−７３０］次に、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層をＴ
ｉＣ_XＮ_1-Xから成る密着層１１０の上に形成する。形成
条件は、実施例１と同様であり、その詳細な説明は省略
する。これにより、開口部１０６内の密着層１１０上に
カバレッジ良くタングステンから成る金属層１１２が形
成された。こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られ
た。この際、Ｔｉ／密着層にオーバーハングが生じるこ
とがなく、カバレッジも良いので、開口部１０６内の金
属層にボイドが発生することがなかった。また、開口部
１０６において、このＴｉ／密着層は良好なバリア性を
有する膜として機能した。また、パーティクル発生の低
減や組成の制御の面でも、従来のＴｉＮ層あるいはＴｉ
ＯＮ層の形成よりも改善された。次いで、層間絶縁層１
０４の上面上の金属層を選択的にエッチバックして、開
口部１０６内に金属層が形成されたメタルプラグを完成
させる。[Step-730] Next, a metal layer made of tungsten is deposited by a blanket tungsten CVD method.
It is formed on the adhesion layer 110 made of iC _X N _1-X . The formation conditions are the same as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted. As a result, the metal layer 112 made of tungsten was formed on the adhesion layer 110 in the opening 106 with good coverage. Thus, the structure shown in FIG. 1C was obtained. At this time, no overhang was generated in the Ti / adhesion layer and the coverage was good, so that no void was generated in the metal layer in the opening 106. Further, in the opening 106, the Ti / adhesion layer functions as a film having a good barrier property. In addition, in terms of particle generation reduction and composition control, the conventional TiN layer or Ti
This is an improvement over the formation of the ON layer. Next, the interlayer insulating layer 1
The metal layer on the upper surface of 04 is selectively etched back to complete the metal plug having the metal layer formed in the opening 106.

【００６１】（実施例８）図３に示すプラズマプロセス
装置２００を使用して、ブランケットタングステンＣＶ
Ｄ法でコンタクトホールを形成する工程を、図１を参照
して説明する。尚、半導体基板とタングステンから成る
金属層との間に、先ずＴｉ層を形成し、連続して、Ｔｉ
Ｃ_XＮ_1-Xから成る密着層を形成した。開口部内に形成さ
れる金属材料はタングステンから成る。(Embodiment 8) A blanket tungsten CV is manufactured by using the plasma processing apparatus 200 shown in FIG.
A process of forming a contact hole by the D method will be described with reference to FIG. A Ti layer is first formed between the semiconductor substrate and the metal layer made of tungsten, and the Ti layer is continuously formed.
An adhesion layer consisting of C _X N _1-X was formed. The metal material formed in the opening is tungsten.

【００６２】［工程− ８００］先ず、図１の（Ａ）に
示した構造の半導体素子を、実施例１と同様の方法で形
成した。[Step-800] First, a semiconductor device having the structure shown in FIG. 1A was formed in the same manner as in Example 1.

【００６３】［工程−８１０］次に同じく図３に示した
２つの成膜チャンバを有するバイアス印加可能なＥＣＲ
−ＣＶＤ装置にて、先ず、成膜チャンバ２１０内で、３
０ｎｍ厚さのＴｉ層１０８を形成した。形成条件は実施
例２と同じ条件であり、その詳細な説明は省略する。[Step-810] Next, the bias-applicable ECR having the two film forming chambers shown in FIG.
-In the CVD apparatus, first, in the film forming chamber 210,
A Ti layer 108 having a thickness of 0 nm was formed. The forming conditions are the same as those of the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

【００６４】［工程−８２０］続いて、ＴｉＣ_XＮ_1-Xか
ら成る密着層を形成した。第１の原料ガスとしてＴｉＣ
ｌ₄を使用し、第２の原料ガスとしてＣＨ₃ＣＮ及びＮ₂
ガスを使用した。即ち、Ｔｉ層の形成後、ゲートバルブ
２３０を介して搬送手段（図３には図示せず）によっ
て、半導体基板１００を第２の成膜チャンバ２２０に搬
入し、第１のガス導入口４０ＡからＴｉＣｌ₄を、第２
のガス導入口４２ＡからＣＨ₃ＣＮ及びＮ₂ガスを流し、
ＴｉＣ_XＮ_1-Xから成る密着層１１０を形成する。ＴｉＣ
_XＮ_1-Xから成る密着層の具体的な形成条件は、実施例７
におけるＴｉＣ_XＮ_1-Xの形成条件と同様であり、その詳
細な説明は省略する。これによって、図１の（Ｂ）に示
す構造が得られる。[0064] [Step -820] Subsequently, an adhesion layer consisting of TiC _{_X} N _{_1-X.} TiC as the first source gas
L ₄ is used, and CH ₃ CN and N ₂ are used as the second source gas.
Gas was used. That is, after forming the Ti layer, the semiconductor substrate 100 is carried into the second film forming chamber 220 by the transporting means (not shown in FIG. 3) through the gate valve 230, and the first gas introducing port 40A. TiCl ₄ , second
CH ₃ CN and N ₂ gas is flowed from the gas inlet 42A of
An adhesion layer 110 made of TiC _X N _1-X is formed. TiC
The specific conditions for forming the adhesion layer made of _X N _1-X are described in Example 7.
The formation conditions of TiC _X N _1-X are the same and detailed description thereof will be omitted. As a result, the structure shown in FIG. 1B is obtained.

【００６５】［工程−８３０］次に、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法にてタングステンから成る金属層を密
着層１１０の上に形成する。形成条件は、実施例２と同
様の条件であり、その詳細な説明は省略する。これによ
って、こうして、図１の（Ｃ）に示す構造が得られた。
次いで、層間絶縁層１０４の上面上の金属層を選択的に
エッチバックして、開口部１０６内に金属層が形成され
たメタルプラグを完成させる。[Step-830] Next, a metal layer made of tungsten is formed on the adhesion layer 110 by a blanket tungsten CVD method. The formation conditions are the same as those in the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted. Thereby, the structure shown in FIG. 1C was obtained.
Then, the metal layer on the upper surface of the interlayer insulating layer 104 is selectively etched back to complete the metal plug having the metal layer formed in the opening 106.

【００６６】以上、実施例に基づき、本発明の密着層及
びメタルプラグの形成方法を説明したが、本発明はこれ
らの実施例に限定されるものではない。タングステンを
使用したブランケットＣＶＤ法の代わりに、Ｍｏ、Ｔ
ｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ等、あるいは、Ｗ、Ｍｏ、
Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ等の各種シリサイドを使用したブラン
ケットＣＶＤ法に本発明を適用することができる。ま
た、アルミニウムを使用して、メタルプラグを選択ＣＶ
Ｄ法で形成することもできる。The method of forming the adhesion layer and the metal plug of the present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. Instead of the blanket CVD method using tungsten, Mo, T
i, Ni, Co, Al, Cu, etc., or W, Mo,
The present invention can be applied to a blanket CVD method using various silicides such as Ti, Ni and Co. Also, select the metal plug by using aluminum CV
It can also be formed by the D method.

【００６７】更には、ブランケットＣＶＤ法の代わり
に、所謂、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用し
て高温スパッタ法にてメタルプラグを形成することも可
能である。この高温スパッタ法においては、半導体基板
が高温に加熱されているため、開口部内に堆積した配線
材料も約４００°Ｃ以上融点以下まで加熱される。その
結果、軟化した配線材料が流動状態となり開口部内を流
れることが可能となる。即ち、Ｔｉ層／密着層を形成し
た後、真空を破らずに連続して他のチャンバでＡｌ−１
％Ｓｉから成るアルミニウム合金を、例えば、以下の条
件の高温スパッタ法に従って成膜することができる。成膜パワーＤＣ１０ｋＷスパッタ圧力０．４Ｐａ基板加熱温度５００°ＣプロセスガスＡｒ：１００sccm 成膜速度０．３〜０．９μｍ／分Further, instead of the blanket CVD method, so-called aluminum or aluminum alloy may be used to form the metal plug by the high temperature sputtering method. In this high temperature sputtering method, since the semiconductor substrate is heated to a high temperature, the wiring material deposited in the opening is also heated to about 400 ° C. or higher and the melting point or lower. As a result, the softened wiring material becomes in a fluidized state and can flow in the opening. That is, after forming the Ti layer / adhesion layer, Al-1 is continuously used in another chamber without breaking the vacuum.
An aluminum alloy composed of% Si can be formed by, for example, a high temperature sputtering method under the following conditions. Deposition power DC 10 kW Sputtering pressure 0.4 Pa Substrate heating temperature 500 ° C. Process gas Ar: 100 sccm Deposition rate 0.3 to 0.9 μm / min

【００６８】層間絶縁層は、ＳｉＯ₂だけでなく、ＰＳ
Ｇ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、ＳｂＳ
Ｇ、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ、ＳＯＧ、ＳｉＯＮ等か
ら構成することができ、従来のＣＶＤ法で形成すること
ができる。また、開口部の形成は、通常、フォトリソグ
ラフィ法及びリアクティブ・イオン・エッチング法で形
成することができる。The interlayer insulating layer is not only SiO ₂ but also PS.
G, BSG, BPSG, AsSG, PbSG, SbS
It can be made of G, a silicon nitride film, SiON, SOG, SiON, or the like, and can be formed by a conventional CVD method. The openings can be formed usually by photolithography and reactive ion etching.

【００６９】また、不純物拡散領域にコンタクトホール
を形成する実施例に基づいて本発明を説明したが、本発
明のメタルプラグ形成方法は、配線材料によって形成さ
れた下層配線層と上層配線層を電気的に接続するための
所謂ビヤホールの形成、あるいはスルーホールの形成に
も適用することができる。Although the present invention has been described based on the embodiment in which the contact hole is formed in the impurity diffusion region, the metal plug forming method of the present invention electrically connects the lower wiring layer and the upper wiring layer formed of the wiring material. The present invention can also be applied to formation of so-called via holes for electrically connecting or through holes.

【００７０】[0070]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の密着層及び
メタルプラグ形成方法によれば、バリア性の高いＴｉ系
化合物から成る密着層を、パーティクルの発生を抑制し
つつ、安定性して形成でき、組成の制御も行い易い。更
に、密着層の形成時酸素の添加が必要なくなり、原料ガ
スの制御が容易となる。しかも、ＴｉＯＮ層の形成時、
問題となる半導体基板のシート抵抗の変動も生じること
がない。従って、信頼性の高いプロセスで半導体装置を
製造することができる。又、例えばＴｉ層とＴｉ系化合
物から成る密着層を連続して形成すれば、半導体基板を
大気に暴露させることがなく、密着層等の膜質が向上す
るし、スループットも向上する。従って信頼性の高い電
子デバイスを生産性良く製造することができる。As described above, according to the adhesion layer and the metal plug forming method of the present invention, it is possible to stabilize the adhesion layer made of a Ti-based compound having a high barrier property while suppressing the generation of particles. It can be formed and the composition can be easily controlled. Further, it is not necessary to add oxygen at the time of forming the adhesion layer, and it becomes easy to control the raw material gas. Moreover, when the TiON layer is formed,
There is no variation in the sheet resistance of the semiconductor substrate, which is a problem. Therefore, the semiconductor device can be manufactured by a highly reliable process. Further, for example, if the Ti layer and the adhesion layer made of a Ti-based compound are continuously formed, the film quality of the adhesion layer and the like is improved without exposing the semiconductor substrate to the atmosphere, and the throughput is also improved. Therefore, a highly reliable electronic device can be manufactured with high productivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の各実施例の工程を説明するための、半
導体素子の模式的な一部断面図である。FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device for explaining a process of each example of the present invention.

【図２】本発明の密着層の形成に適したＣＶＤ装置の一
例の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an example of a CVD apparatus suitable for forming an adhesion layer of the present invention.

【図３】本発明の密着層の形成に適したＣＶＤ装置の別
の例の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of another example of a CVD apparatus suitable for forming an adhesion layer of the present invention.

【図４】従来の技術における問題点を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a problem in the conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１００半導体基板１０２不純物拡散領域１０４層間絶縁層１０６開口部１０８Ｔｉ層１１０密着層１１２金属層１１４ボイド１，２００プラズマプロセス装置１０，２１０，２２０成膜チャンバ２０プラズマチャンバ１２，１２Ａサセプタ１６ガス排気部２２マイクロ波導入窓２４磁気コイル２６レクタンギュラーウエイブガイド２８ＲＦ電源３０Ａｒガス導入口３２プラズマ流３４ＲＦバイアス印加装置４０，４０Ａ，４２，４２Ａガス導入部５０，５０Ａランプ加熱手段５２ランプ２３０ゲートバルブ 100 Semiconductor Substrate 102 Impurity Diffusion Region 104 Interlayer Insulating Layer 106 Opening 108 Ti Layer 110 Adhesion Layer 112 Metal Layer 114 Void 1,200 Plasma Process Equipment 10, 210, 220 Film Forming Chamber 20 Plasma Chamber 12, 12A Susceptor 16 Gas Exhaust Part 22 microwave introduction window 24 magnetic coil 26 rectangular wave guide 28 RF power supply 30 Ar gas introduction port 32 plasma flow 34 RF bias applying device 40, 40A, 42, 42A gas introduction part 50, 50A lamp heating means 52 lamp 230 gate valve

Claims

【特許請求の範囲】[Claims]

【請求項１】ＴｉＢ_X、ＴｉＣ_X、ＴｉＢ_XＮ_1-X又はＴｉ
Ｃ_XＮ_1-Xから成る群から選ばれた組成から成ることを特
徴とする、半導体装置のメタルプラグのための密着層。1. TiB _x , TiC _x , TiB _x N _1-x or Ti.
An adhesion layer for a metal plug of a semiconductor device, which is made of a composition selected from the group consisting of C _X N _1-X .

【請求項２】（イ）半導体基板上に形成された層間絶縁
層に開口部を形成する工程と、（ロ）ＴｉＢ_X、ＴｉＣ_X、ＴｉＢ_XＮ_1-X又はＴｉＣ_XＮ
_1-Xから成る群から選ばれた組成から成る密着層を、層
間絶縁層の上面及び開口部内に形成する工程と、（ハ）金属材料を開口部内に形成する工程、から成るこ
とを特徴とするメタルプラグ形成方法。2. A (b) forming an opening in the interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate, _{_{(b) TiB X, TiC X, TiB}} X N 1-X or TiC _X N
A step of forming an adhesion layer having a composition selected from the group consisting of _{1-X on} the upper surface of the interlayer insulating layer and in the opening, and (c) forming a metal material in the opening. Method for forming metal plug.

【請求項３】前記（イ）の工程の後に、Ｔｉ層を層間絶
縁層の上面及び開口部内に形成し、次いで連続して前記
（ロ）の工程を行うことを特徴とする請求項２に記載の
メタルプラグ形成方法。3. The method according to claim 2, wherein after the step (a), a Ti layer is formed on the upper surface and the opening of the interlayer insulating layer, and then the step (b) is continuously performed. The method for forming a metal plug described.

【請求項４】前記密着層を、電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマＣＶＤ法にて形成することを特徴とする請求項２
又は請求項３に記載のメタルプラグ形成方法。4. The adhesion layer is formed by an electron cyclotron resonance plasma CVD method.
Alternatively, the metal plug forming method according to claim 3.