JPH05343354A - 半導体装置の密着層及びメタルプラグ形成方法 - Google Patents
半導体装置の密着層及びメタルプラグ形成方法Info
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- JPH05343354A JPH05343354A JP17365892A JP17365892A JPH05343354A JP H05343354 A JPH05343354 A JP H05343354A JP 17365892 A JP17365892 A JP 17365892A JP 17365892 A JP17365892 A JP 17365892A JP H05343354 A JPH05343354 A JP H05343354A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】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、半導
体装置のメタルプラグのための密着層を提供する。更に
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。 【構成】密着層は、Hf/HfBX層、あるいはZr/
ZrBX層から成る。また、メタルプラグ形成方法は、
(イ)半導体基板100上に形成された層間絶縁層10
4に開口部106を形成する工程と、(ロ)Hf/Hf
BX、又はZr/ZrBXから成る密着層110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112を開口部内に形成する工程、から成る。
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、半導
体装置のメタルプラグのための密着層を提供する。更に
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。 【構成】密着層は、Hf/HfBX層、あるいはZr/
ZrBX層から成る。また、メタルプラグ形成方法は、
(イ)半導体基板100上に形成された層間絶縁層10
4に開口部106を形成する工程と、(ロ)Hf/Hf
BX、又はZr/ZrBXから成る密着層110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112を開口部内に形成する工程、から成る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造にお
ける密着層及びメタルプラグ形成方法に関する。
ける密着層及びメタルプラグ形成方法に関する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
後のバリアメタル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O
2を吸着するために、成膜後のバリアメタルのシート抵
抗が低くなる。ところが、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、TiON層に取り込まれる酸素が多くなり、
バリアメタル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。
場合、半導体基板の処理枚数が増加するにつれて、成膜
後のバリアメタル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O
2を吸着するために、成膜後のバリアメタルのシート抵
抗が低くなる。ところが、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、TiON層に取り込まれる酸素が多くなり、
バリアメタル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。
【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。
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。
【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、Hf層及びHfBX層から成ること
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。
第1の態様により、Hf層及びHfBX層から成ること
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。
【0012】あるいは、上記の目的は、本発明の第2の
態様により、Zr層及びZrBX層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。
態様により、Zr層及びZrBX層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。
【0013】HfBXあるいはZrBXにおけるXは、
0.1<X≦2である。
0.1<X≦2である。
【0014】上記の目的は、本発明の第3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)層間絶縁層の上面及び開口
部内に、Hf層及びHfBX層から成る密着層を順次形
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に
よって達成することができる。
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)層間絶縁層の上面及び開口
部内に、Hf層及びHfBX層から成る密着層を順次形
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に
よって達成することができる。
【0015】更に上記の目的は、本発明の第4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)層間絶縁層の上面及び開
口部内に、Zr層及びZrBX層から成る密着層を順次
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
によって達成することができる。
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)層間絶縁層の上面及び開
口部内に、Zr層及びZrBX層から成る密着層を順次
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
によって達成することができる。
【0016】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。
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。
【0017】本発明の密着層を形成する下地がシリコン
の場合、密着層の形成条件によっては、Hf層あるいは
Zr層は下地のシリコンと反応してシリサイド層にな
る。本明細書では、密着層として形成されたHf層ある
いはZr層という語には、Hfシリサイド層あるいはZ
rシリサイド層が含まれる。
の場合、密着層の形成条件によっては、Hf層あるいは
Zr層は下地のシリコンと反応してシリサイド層にな
る。本明細書では、密着層として形成されたHf層ある
いはZr層という語には、Hfシリサイド層あるいはZ
rシリサイド層が含まれる。
【0018】
【作用】本発明の密着層がHf/HfBX層又はZr/
ZrX層から成る場合、TiNに比べて、パーティクル
の発生も少なく、また、組成の制御も行い易い。Hf/
HfBX層又はZr/ZrX層から成る密着層は、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、Ti
ON層の形成時問題となるバリアメタルのシート抵抗の
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。
ZrX層から成る場合、TiNに比べて、パーティクル
の発生も少なく、また、組成の制御も行い易い。Hf/
HfBX層又はZr/ZrX層から成る密着層は、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、Ti
ON層の形成時問題となるバリアメタルのシート抵抗の
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。
【0019】本発明のメタルプラグ形成方法における好
ましい実施態様においては、連続してHf/HfBX層
あるいはZr/ZrBX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。
ましい実施態様においては、連続してHf/HfBX層
あるいはZr/ZrBX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。
【0020】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、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CVD法
(ECR−CVD法)にて形成される。このようなEC
R−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。
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CVD法
(ECR−CVD法)にて形成される。このようなEC
R−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。
【0021】
【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Hf層を形成し次いで連続してHfBX層を形成して
密着層を完成させる。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E
CRプラズマプロセス装置を使用した。また、Hf層を
形成するための原料ガスとして、HfOCl2/H2を使
用し、HfBX層を形成するための原料ガスとして、H
fOCl2/BCl3/H2を使用した。
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Hf層を形成し次いで連続してHfBX層を形成して
密着層を完成させる。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E
CRプラズマプロセス装置を使用した。また、Hf層を
形成するための原料ガスとして、HfOCl2/H2を使
用し、HfBX層を形成するための原料ガスとして、H
fOCl2/BCl3/H2を使用した。
【0022】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。
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。
【0023】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)。
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)。
【0024】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、Hf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。
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、Hf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。
【0025】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。
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。
【0026】[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。
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。
【0027】[工程−110]次に、図2に示したEC
R−CVD装置1を用いて、Hf層を形成する。第1の
原料ガスとしてHfOCl2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Hf
OCl2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Hf層10
8を層間絶縁層104の上面上及び開口部106内に形
成する。Hf層108の成膜条件を以下のとおりとし
た。 ガス HfOCl2/Ar/H2=10/40/
50sccm 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。HfOCl2の代わりにHf(O
−t−C4H9)4を使用することもできる。HfOCl2
及びHf(O−t−C4H9)4は液体原料である。それ
故、HfOCl2を水、Hf(O−t−C4H9)4をアル
コール等の溶媒に溶かした後、Heガス等でバブリング
して原料ガスとして使用する。
R−CVD装置1を用いて、Hf層を形成する。第1の
原料ガスとしてHfOCl2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Hf
OCl2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Hf層10
8を層間絶縁層104の上面上及び開口部106内に形
成する。Hf層108の成膜条件を以下のとおりとし
た。 ガス HfOCl2/Ar/H2=10/40/
50sccm 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。HfOCl2の代わりにHf(O
−t−C4H9)4を使用することもできる。HfOCl2
及びHf(O−t−C4H9)4は液体原料である。それ
故、HfOCl2を水、Hf(O−t−C4H9)4をアル
コール等の溶媒に溶かした後、Heガス等でバブリング
して原料ガスとして使用する。
【0028】[工程−120]続いて、HfBX層を形
成した。第1の原料ガスとしてHfOCl2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HfOCl2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5
0nmのHfBX層110をHf層108の上に形成し
密着層を完成させた。HfBX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 0.13Pa RFバイアス 300W ガス HfOCl2/BCl3/H2/Ar=1
0/30/30/50sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。Hf
OCl2の代わりにHf(O−t−C4H9)4を使用する
こともできる。また、BCl3の代わりに、BBr3、B
2H6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、HfBX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。HfBX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、Hf層及びHfBX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。
成した。第1の原料ガスとしてHfOCl2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HfOCl2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5
0nmのHfBX層110をHf層108の上に形成し
密着層を完成させた。HfBX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 0.13Pa RFバイアス 300W ガス HfOCl2/BCl3/H2/Ar=1
0/30/30/50sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。Hf
OCl2の代わりにHf(O−t−C4H9)4を使用する
こともできる。また、BCl3の代わりに、BBr3、B
2H6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、HfBX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。HfBX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、Hf層及びHfBX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。
【0029】[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H
fBX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、Hf/HfBX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Hf/HfB
X層は良好なバリア性を有する膜として機能した。更に
は、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1
06内に金属層が形成されたメタルプラグを完成させ
る。
グステンCVD法にてタングステンから成る金属層をH
fBX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、Hf/HfBX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Hf/HfB
X層は良好なバリア性を有する膜として機能した。更に
は、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1
06内に金属層が形成されたメタルプラグを完成させ
る。
【0030】(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。
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。
【0031】図3に示すECRプラズマプロセス装置2
00は、Hf層を形成するための第1の成膜チャンバ2
10、及びHfBX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。
00は、Hf層を形成するための第1の成膜チャンバ2
10、及びHfBX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。
【0032】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。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Hf層を形成し、連続して、HfBX層を形成
し、密着層を完成させた。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。
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。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Hf層を形成し、連続して、HfBX層を形成
し、密着層を完成させた。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。
【0033】[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。
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。
【0034】[工程−210]次に図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−CV
D装置にて、先ず、成膜チャンバ210内で、30nm
厚さのHf層108を実施例1と同じ条件で形成する。
即ち、Hf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HfOCl2を、第2の原料ガス
としてH2を使用した。 ガス HfOCl2/Ar/H2=10/40/
50sccm 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。HfOCl2の代わりにH
f(O−t−C4H9)4を使用することもできる。
成膜チャンバを有するバイアス印加可能なECR−CV
D装置にて、先ず、成膜チャンバ210内で、30nm
厚さのHf層108を実施例1と同じ条件で形成する。
即ち、Hf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HfOCl2を、第2の原料ガス
としてH2を使用した。 ガス HfOCl2/Ar/H2=10/40/
50sccm 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。HfOCl2の代わりにH
f(O−t−C4H9)4を使用することもできる。
【0035】[工程−220]続いて、HfBX層を形
成した。第1の原料ガスとしてHfOCl2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、Hf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10
0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HfOCl2を、第2のガス導入口42
AからBCl3及びH2ガスを流し、HfBX層110を
形成する。HfBX層の具体的な形成条件は以下のとお
りとした。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 0.13Pa RFバイアス 300W ガス HfOCl2/BCl3/H2/Ar=1
0/30/30/50sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。Hf
OCl2の代わりにHf(O−t−C4H9)4を使用する
こともできる。また、BCl3の代わりに、BBr3、B
2H6を使用することもできる。RFバイアスを印加する
ので、HfBX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。HfBX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200から排気され、Hf層及びHfBX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。
成した。第1の原料ガスとしてHfOCl2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、Hf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10
0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HfOCl2を、第2のガス導入口42
AからBCl3及びH2ガスを流し、HfBX層110を
形成する。HfBX層の具体的な形成条件は以下のとお
りとした。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 0.13Pa RFバイアス 300W ガス HfOCl2/BCl3/H2/Ar=1
0/30/30/50sccm 尚、ガス流量の比は適宜に設定することができる。Hf
OCl2の代わりにHf(O−t−C4H9)4を使用する
こともできる。また、BCl3の代わりに、BBr3、B
2H6を使用することもできる。RFバイアスを印加する
ので、HfBX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。HfBX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200から排気され、Hf層及びHfBX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。
【0036】[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、Hf/HfBX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1
06において、このHf/HfBX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T
iON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。
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、Hf/HfBX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1
06において、このHf/HfBX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T
iON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。
【0037】(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Zr層を形成し次いで連続してZrBX
層を形成し、密着層を完成させる。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、Zr層を形成するための原料ガスとしてZr
Cl4/H2を使用し、ZrBX層を形成するための原料
ガスとしてZrCl4/BCl3/H2を使用した。
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Zr層を形成し次いで連続してZrBX
層を形成し、密着層を完成させる。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、Zr層を形成するための原料ガスとしてZr
Cl4/H2を使用し、ZrBX層を形成するための原料
ガスとしてZrCl4/BCl3/H2を使用した。
【0038】[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。
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。
【0039】[工程−310]次に、図2に示したEC
R−CVD装置1を用いて、Zr層を形成する。第1の
原料ガスとしてZrCl4を、第2の原料ガスとしてH2
を使用した。第1のガス導入部40からZrCl4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Zr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。Z
r層108の成膜条件を以下のとおりとした。 ガス ZrCl4/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。ZrCl4の代わりにZrCl3を
使用することもできる。ZrCl4及びZrCl3は液体
原料である。それ故、これらを水等の溶媒に溶かした
後、Heガス等でバブリングして原料ガスとして使用す
る。
R−CVD装置1を用いて、Zr層を形成する。第1の
原料ガスとしてZrCl4を、第2の原料ガスとしてH2
を使用した。第1のガス導入部40からZrCl4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Zr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。Z
r層108の成膜条件を以下のとおりとした。 ガス ZrCl4/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。ZrCl4の代わりにZrCl3を
使用することもできる。ZrCl4及びZrCl3は液体
原料である。それ故、これらを水等の溶媒に溶かした
後、Heガス等でバブリングして原料ガスとして使用す
る。
【0040】[工程−320]続いて、ZrBX層を形
成した。第1の原料ガスとしてZrCl4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ZrCl4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50n
mのZrBX層110をZr層108の上に形成する。
ZrBX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 0.13Pa RFバイアス 300W ガス ZrCl4/BCl3/H2/Ar=10
/30/30/50sccm ガス流量の比は適宜に設定することができる。ZrCl
4の代わりにZrCl3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、ZrBX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。ZrBX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。更に
は、Clも揮発性の高い化合物HClという形態でEC
R−CVD装置1から排気され、Zr層及びZrBX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。
成した。第1の原料ガスとしてZrCl4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ZrCl4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50n
mのZrBX層110をZr層108の上に形成する。
ZrBX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 0.13Pa RFバイアス 300W ガス ZrCl4/BCl3/H2/Ar=10
/30/30/50sccm ガス流量の比は適宜に設定することができる。ZrCl
4の代わりにZrCl3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、ZrBX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。ZrBX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。更に
は、Clも揮発性の高い化合物HClという形態でEC
R−CVD装置1から排気され、Zr層及びZrBX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。
【0041】[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Z
r/ZrBX層から成る密着層の上に形成する。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、Zr/ZrBX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Zr/ZrBX層は良好なバ
リア性を有する膜として機能した。更には、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。
グステンCVD法にてタングステンから成る金属層をZ
r/ZrBX層から成る密着層の上に形成する。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、Zr/ZrBX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Zr/ZrBX層は良好なバ
リア性を有する膜として機能した。更には、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。
【0042】(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。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Zr層を形成し、連続して、ZrBX
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。
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。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Zr層を形成し、連続して、ZrBX
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。
【0043】[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。
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。
【0044】[工程−410]次に図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−CV
D装置200を用いて、先ず、成膜チャンバ210内
で、30nm厚さのZr層108を形成した。第1の原
料ガスとしてZrCl4を、第2の原料ガスとしてH2を
使用した。第1のガス導入部40からZrCl4ガス
を、第2のガス導入部42からH2ガスを、成膜チャン
バ210に供給し、厚さ30nmのZr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。
Zr層108の成膜条件は、実施例3におけるZr層の
形成条件と同様とすることができる。
成膜チャンバを有するバイアス印加可能なECR−CV
D装置200を用いて、先ず、成膜チャンバ210内
で、30nm厚さのZr層108を形成した。第1の原
料ガスとしてZrCl4を、第2の原料ガスとしてH2を
使用した。第1のガス導入部40からZrCl4ガス
を、第2のガス導入部42からH2ガスを、成膜チャン
バ210に供給し、厚さ30nmのZr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。
Zr層108の成膜条件は、実施例3におけるZr層の
形成条件と同様とすることができる。
【0045】[工程−420]続いて、ZrBX層を形
成する。第1の原料ガスとしてZrCl4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、Zr層108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ZrCl4を、第2のガス導入口4
2AからBCl3及びH2ガスを流し、ZrBX層110
を形成する。ZrBX層の具体的な形成条件は、実施例
3におけるZrBX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。
成する。第1の原料ガスとしてZrCl4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、Zr層108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ZrCl4を、第2のガス導入口4
2AからBCl3及びH2ガスを流し、ZrBX層110
を形成する。ZrBX層の具体的な形成条件は、実施例
3におけるZrBX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。
【0046】[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。
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。
【0047】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。
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。
【0048】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、Hf/HfBX層あるい
はZr/ZrBX層から成る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 DC 10kW 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
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、Hf/HfBX層あるい
はZr/ZrBX層から成る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 DC 10kW 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
【0049】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。
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。
【0050】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。
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。
【0051】
【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Hf又
はZr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、問題となるバリアメタル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Hf又
はZr層とHfBX又はZrBX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。
メタルプラグ形成方法によれば、バリア性の高いHf又
はZr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、問題となるバリアメタル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Hf又
はZr層とHfBX又はZrBX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。
【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。
導体素子の模式的な一部断面図である。
【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。
例の構成を示す図である。
【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。
の例の構成を示す図である。
【図4】従来の技術における問題点を示す図である。
100 半導体基板 102 不純物拡散領域 104 層間絶縁層 106 開口部 108 Hf層又はZr層 110 HfBX層又はZrBX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 28 RF電源 30 Arガス導入口 32 プラズマ流 34 RF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
Claims (5)
- 【請求項1】Hf層及びHfBX層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。 - 【請求項2】Zr層及びZrBX層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。 - 【請求項3】(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)層間絶縁層の上面及び開口部内に、Hf層及びH
fBX層から成る密着層を順次形成する工程と、 (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。 - 【請求項4】(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)層間絶縁層の上面及び開口部内に、Zr層及びZ
rBX層から成る密着層を順次形成する工程と、 (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。 - 【請求項5】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3
又は請求項4に記載のメタルプラグ形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17365892A JPH05343354A (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 半導体装置の密着層及びメタルプラグ形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17365892A JPH05343354A (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 半導体装置の密着層及びメタルプラグ形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05343354A true JPH05343354A (ja) | 1993-12-24 |
Family
ID=15964701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17365892A Pending JPH05343354A (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 半導体装置の密着層及びメタルプラグ形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05343354A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004502301A (ja) * | 2000-06-27 | 2004-01-22 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 化学吸着技術を用いるホウ化物バリア層の形成 |
KR100571626B1 (ko) * | 1999-07-27 | 2006-04-17 | 주식회사 하이닉스반도체 | 지르코늄다이보라이드 확산방지막을 이용한 반도체 소자의 금속배선 형성 방법 |
KR100687879B1 (ko) * | 2005-06-30 | 2007-02-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속컨택 형성방법 |
-
1992
- 1992-06-09 JP JP17365892A patent/JPH05343354A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100571626B1 (ko) * | 1999-07-27 | 2006-04-17 | 주식회사 하이닉스반도체 | 지르코늄다이보라이드 확산방지막을 이용한 반도체 소자의 금속배선 형성 방법 |
JP2004502301A (ja) * | 2000-06-27 | 2004-01-22 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 化学吸着技術を用いるホウ化物バリア層の形成 |
KR100687879B1 (ko) * | 2005-06-30 | 2007-02-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속컨택 형성방법 |
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