JPH09246522A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain abnormal growth of W by forming an insulation film wherein a desired pattern is formed on a foundation metal, forming a first metallic film absorbing hydrogen on a foundation metal and an insulation film, forming a second metallic film which does not transmit hydrogen and thereafter forming a third metallic film formed of metallic compound gas and hydrogen gas thereon. SOLUTION: Zr is deposited on a surface of a p<+> diffusion layer 14. After a lamination film of a CVD-SiO2 film 20 and a BPSG film 21 is deposited all over as a layer insulation film, a contact hole is provided on a diffusion layer. A Zr film is deposited in a contact hole and on an oxide film, and a ZrN film 23 is formed to cover it. Mixture gas of halogenide such as WF6 and H2 is introduced to a foundation as reaction gas and a blanket W film 24 is formed in a contact hole and on the ZrN film 23 while heating a substrate. If the ZrN film 23 is deposited 10nm or more, a pin hole and grain boundary in the ZrN film 23 do not pass through as far as Zr and therefore it functions as a diffusion barrier against hydrogen. Abnormal growth of W can be restrained in this way.

Description

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

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高融点金属を成膜
するＣＶＤ技術に係り、特に金属化合物を主成分とする
ガスと水素を用いたＣＶＤによって成膜される金属膜を
用いた半導体装置及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CVD technique for forming a refractory metal, and more particularly to a semiconductor device using a metal film formed by CVD using a gas containing a metal compound as a main component and hydrogen. And a manufacturing method thereof.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年の半導体装置の高集積化に伴い、電
気回路の微細化は進む一方であり、拡散層上、配線間の
コンタクトサイズの微細化によりアスペクト比が上昇す
るにともなって、ＣＶＤによるコンタクトプラグの形成
は必須である。プラグ材としては様々な材料が検討され
ているが、その有力な材料の一つがＷである。Ｗ膜を形
成する場合、ＷＦ6 をシラン系ガス（例えばＳｉＨ4
）、水素ガス等によって還元することによってＷを堆
積する。以下、図３を用いてＷコンタクトプラグを具備
した配線構造及びその製造方法について説明する。2. Description of the Related Art In recent years, with the high integration of semiconductor devices, miniaturization of electric circuits has been progressing, and as the contact size between the diffusion layer and wiring has been miniaturized, the aspect ratio is increased, and thus CVD is performed. The formation of the contact plug by is essential. Various materials have been studied as the plug material, and one of the influential materials is W. When forming a W film, WF6 is used as a silane-based gas (for example, SiH4
), W is deposited by reduction with hydrogen gas or the like. Hereinafter, a wiring structure including a W contact plug and a method for manufacturing the same will be described with reference to FIG.

【０００３】まず、Ｓｉ半導体基板４１上にフィールド
酸化膜４２及びゲート電極４３の側壁に形成された１５
０ｎｍのＳｉＮ膜４３ｃに囲まれてシリコン表面が露出
した構造を有する基板上に、不純物拡散層４４を周知の
イオン注入法を用いて形成する。その後ＣＶＤによって
ＳｉＯ2 膜４５、ＢＰＳＧ膜４６を堆積する（図３
（ａ））。次に、コンタクトホールを開孔し、この基板
上にＴｉ膜４７をスパッタリングによって堆積する（図
３（ｂ））。次に、窒素雰囲気中でRapid ThermalAnnea
l（ＲＴＡ）を行い、コンタクト底にＴｉＳｉ2 膜４９
を形成、酸化膜上にはＴｉ、あるいはＴｉナイトライド
膜４７が形成されている（図３（ｃ））。この下地上に
六フッ化タングステン（ＷＦ6 ）等のタングステンのハ
ロゲン化物と水素（Ｈ2 ）との混合ガスを反応ガスとし
てＷ膜５０を成膜する。その後、基板全面のＷを酸化膜
４６までエッチングし、Ｗプラグ１０を形成する（図４
（ｅ））。First, 15 formed on the side wall of the field oxide film 42 and the gate electrode 43 on the Si semiconductor substrate 41.
An impurity diffusion layer 44 is formed by a well-known ion implantation method on a substrate having a structure in which a silicon surface is exposed and surrounded by a 0 nm SiN film 43c. After that, a SiO2 film 45 and a BPSG film 46 are deposited by CVD (FIG. 3).
(A)). Next, a contact hole is opened, and a Ti film 47 is deposited on this substrate by sputtering (FIG. 3B). Next, in a nitrogen atmosphere, Rapid Thermal Annea
(RTA) is performed, and a TiSi2 film 49 is formed on the contact bottom.
And a Ti or Ti nitride film 47 is formed on the oxide film (FIG. 3C). A W film 50 is formed on this underlayer by using a mixed gas of a tungsten halide such as tungsten hexafluoride (WF6) and hydrogen (H2) as a reaction gas. After that, W on the entire surface of the substrate is etched down to the oxide film 46 to form the W plug 10 (FIG. 4).
(E)).

【０００４】ところが、通常N2ＲＴＡによる窒化によっ
て形成される窒化膜厚は約5nm であり、詳細にこの膜の
バリア性を研究した結果、この窒化膜厚では、WF6 を40
0 ℃〜450 ℃近傍で水素還元する際に、その下地に対す
るＨ，Ｆに対するバリア性が不十分であることがわかっ
てきた。成膜途中に発生するＨ，Ｆはこの窒化膜厚で
は、従来方法に記述した方法で成膜したＴｉナイトライ
ド（ＴｉＮ）を通過・拡散してしまう。このときに拡散
したＦは、Ｔｉナイトライドと酸化膜の密着層として必
要なＴｉと、ＳｉＯ２界面にパイルアップし、密着性を
劣化させる傾向にある。またＨはＴｉに吸収、水素化物
ＴｉＨを形成してしまう。水素を吸収した密着層Ｔｉは
Ｔｉ膜を形成していたときに比べて体積にして約2.6 倍
に膨張する。このときの体積膨張を生じたＴｉ膜或いは
Ｔｉ／ＴｉＮ膜を下地にＷを成膜した場合、Ｗ成膜時に
生じる、更なる膜応力変化によって、コンタクトパター
ンエッジ部の下地Ｔｉ／ＴｉＮ層とＳｉＯ2 界面からは
がれてしまう。However, the nitride film thickness normally formed by nitriding by N2RTA is about 5 nm, and as a result of detailed research on the barrier property of this film, WF6 of 40 nm was obtained at this nitride film thickness.
It has been found that when hydrogen is reduced in the vicinity of 0 ° C to 450 ° C, the barrier property against H and F with respect to the underlayer is insufficient. With this nitride film thickness, H and F generated during film formation pass through / diffuse Ti nitride (TiN) formed by the method described in the conventional method. The F diffused at this time piles up at the interface between SiO 2 and Ti, which is required as an adhesion layer between the Ti nitride and the oxide film, and tends to deteriorate the adhesion. Further, H is absorbed by Ti and forms hydride TiH. The adhesion layer Ti which has absorbed hydrogen expands by about 2.6 times in volume as compared with the case where the Ti film is formed. When W is formed on the Ti or Ti / TiN film that has undergone volume expansion at this time as a base, a further change in film stress that occurs during W formation causes a change in the film thickness of the base Ti / TiN layer and SiO2 at the edge of the contact pattern. It comes off from the interface.

【０００５】加えて、ビア・コンタクトホールにおいて
はAlのシンター温度以上の熱処理を加えられないため、
Ｔｉに加えられる熱処理温度は結果的に低くなり、密着
層ＴｉとSiO2の界面反応によって消費されるＴｉの膜厚
は顕著に減少し、この界面密着層Ｔｉの体積膨張に起因
したはがれは一層顕著なものとなった。さらにこれらの
体積膨張によるはがれを核にして、Ｗが盛り上がるよう
な異常成長をしてしまう現象もが生じ、コンタクトプラ
グの安定した形成もできず、素子の作製が困難になって
しまうことが明らかになった。In addition, since the heat treatment above the Al sintering temperature cannot be applied to the via contact hole,
As a result, the heat treatment temperature applied to Ti is lowered, the thickness of Ti consumed by the interface reaction between the adhesion layer Ti and SiO2 is significantly reduced, and the peeling caused by the volume expansion of the interface adhesion layer Ti is more remarkable. It became a thing. Further, the phenomenon of abnormal growth such as swelling of W also occurs due to the peeling due to the volume expansion as a nucleus, and the contact plug cannot be stably formed, which makes it difficult to manufacture the element. Became.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題に鑑
みなされたもので、水素を反応ガスとして用いるCVD 成
膜によって形成全面に形成する金属膜、特にブランケッ
トＷを形成する際に、下地からのはがれがなく密着性の
良い膜を形成し、プラグ材料金属（Ｗ）の局所的な異常
成長を抑制し、埋め込み形状のよいプラグを具備する半
導体装置を提供すると共に、その製造方法を提供する事
を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and when forming a metal film formed on the entire surface by CVD film formation using hydrogen as a reaction gas, in particular, a blanket W, from a base The present invention provides a semiconductor device having a plug having a good filling shape by forming a film having no peeling and good adhesion, suppressing local abnormal growth of a plug material metal (W), and providing a manufacturing method thereof. To aim for things.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の第１は、下地金
属と、この下地金属上に所望のパターンが形成された絶
縁膜と、前記下地金属または前記絶縁膜上に水素を吸収
する第１の金属膜と、この金属膜上に水素不透な第２の
金属膜と、この第２の金属膜上に少なくとも金属化合物
ガスと水素ガスとにより形成された第３の金属膜とを有
する半導体装置を提供する。A first aspect of the present invention is to provide a base metal, an insulating film having a desired pattern formed on the base metal, and hydrogen absorbing on the base metal or the insulating film. A first metal film, a hydrogen-impermeable second metal film on the metal film, and a third metal film formed by at least a metal compound gas and hydrogen gas on the second metal film. A semiconductor device is provided.

【０００８】ここで、前記第２の金属膜は、アモルファ
ス、微結晶あるいは金属間化合物であること、また、膜
厚が１０ｎｍ以上であることが望ましい。また、第１の
金属膜は、少なくとも高融点遷移金属を含んでおり、特
に、Ｔｉ、Ｐｄ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆ、Ｎｉ、Ｃｏまたはこ
れらの化合物であるを含んでいることが望ましい。Here, it is desirable that the second metal film is amorphous, microcrystalline, or an intermetallic compound, and that the film thickness is 10 nm or more. The first metal film preferably contains at least a high melting point transition metal, and particularly preferably contains Ti, Pd, V, Zr, Hf, Ni, Co or a compound thereof.

【０００９】また、第１の金属膜は、高融点遷移金属膜
の珪化物を含む膜である。さらに、第２の金属膜は、Ｔ
ｉ、Ｐｄ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆ、Ｎｉ、Ｃｏ等の高融点遷移
金属の化合物、又は第１の金属膜と化合物を形成しない
高融点金属であることが望ましい。The first metal film is a high melting point transition metal film containing silicide. Further, the second metal film is T
A compound of a refractory transition metal such as i, Pd, V, Zr, Hf, Ni, or Co, or a refractory metal that does not form a compound with the first metal film is desirable.

【００１０】さらにまた、第３の金属膜は、タングステ
ン、高融点金属の化合物膜はタングステンを含む化合物
である。本発明の第２は、下地金属上に絶縁膜を所望パ
ターンに形成する工程と、前記下地金属または絶縁膜上
に水素を吸収する第１の金属膜を形成する工程と、この
第１の金属膜上に高融点遷移金属である第２の金属膜を
膜厚１０ｎｍ以上に形成する工程と、この第２の金属膜
上に少なくとも金属化合物ガスと水素ガスとにより第３
の金属膜を形成する工程とを具備する半導体装置の製造
方法を提供する。ここで、下地金属がシリコンの場合に
おいて、第１、第２の金属膜が、珪化物を形成する温度
を、第１の金属膜に対し、第２の金属膜の方が上回ると
よい。Furthermore, the third metal film is tungsten, and the compound film of refractory metal is a compound containing tungsten. A second aspect of the present invention is to form an insulating film in a desired pattern on the underlying metal, to form a first metal film that absorbs hydrogen on the underlying metal or the insulating film, and to form the first metal. A step of forming a second metal film, which is a high melting point transition metal, with a film thickness of 10 nm or more on the film, and a third step by forming at least a metal compound gas and hydrogen gas on the second metal film.
And a step of forming a metal film, the method for manufacturing a semiconductor device. Here, when the base metal is silicon, the temperature at which the first and second metal films form silicide is preferably higher than that of the first metal film in the second metal film.

【００１１】[0011]

【発明の実施の形態】本発明は従来方法問題点とその詳
細な解析に鑑み、プラグを形成する高融点金属膜の下地
密着層である高融点金属膜の酸化膜上からのはがれを抑
制することによってこれらの問題を回避しようとしたも
のである。In view of the problems of the conventional method and the detailed analysis thereof, the present invention suppresses the peeling of the refractory metal film, which is the underlying adhesion layer of the refractory metal film forming the plug, from the oxide film. By trying to avoid these problems.

【００１２】本発明によれば、この下地密着層である高
融点金属膜が例えばＷ成膜中に水素を吸収、水素化物を
形成することを抑制し、下地と酸化膜界面の密着性を向
上させることができる。更に、これにより、下地のはが
れによって生じるＷ異常成長の核、核成長面を減少させ
ることができ、下地の高融点金属のはがれとＷの異常成
長の抑制を同時に解消できる。According to the present invention, the refractory metal film, which is the underlayer adhesion layer, suppresses absorption of hydrogen and formation of hydride during W film formation, for example, and improves the adhesion between the underlayer and the oxide film interface. Can be made. Further, by this, it is possible to reduce the nuclei and nuclei of the W abnormal growth caused by the peeling of the underlayer, and the peeling of the refractory metal of the underlayer and the suppression of the abnormal growth of W can be solved simultaneously.

【００１３】このように、例えばブランケットＷを形成
する際に、その下地層と酸化膜との密着性を向上させる
とともに、Ｗの異常成長を抑制し、埋め込み形状の良い
Ｗプラグを形成することができるので、界面抵抗、プラ
グ部での抵抗が低く安定した半導体素子を提供できると
ともに、歩留まりの向上が期待できる。以下、本発明の
詳細を説明する。Thus, for example, when forming the blanket W, it is possible to improve the adhesion between the underlying layer and the oxide film, suppress abnormal growth of W, and form a W plug having a good embedded shape. Therefore, it is possible to provide a stable semiconductor element having a low interface resistance and a low resistance at the plug portion, and it is expected that the yield is improved. Hereinafter, the details of the present invention will be described.

【００１４】（実施例１）図１は本発明による半導体装
置の製造方法の第１の実施例を説明する為の工程断面図
であり、ＭＯＳＦＥＴを製造する一例を示すものであ
る。(Embodiment 1) FIG. 1 is a process sectional view for explaining a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, showing an example of manufacturing a MOSFET.

【００１５】まず、（００１）を主面とするｎ型のシリ
コン基板１１上に埋め込み法により８００ｎｍのフィー
ルド酸化膜１２を形成する。この酸化膜に囲まれた素子
領域に図示せぬ膜厚１０ｎｍの酸化膜、不純物をドープ
した１５０ｎｍの多結晶シリコン層，１５０ｎｍの珪化
タングステン（ＷＳｉ2 ）層を順次堆積した後、これら
をエッチングして、ゲート酸化膜１３ａ、多結晶膜１３
ｂ、ＷＳｉ2 膜１３ｃを形成する。この後、図示せぬ窒
化シリコン（ＳｉＮ）膜を１５０ｎｍの厚さに堆積した
後、異方性エッチングで加工してゲート部１３の側壁に
ＳｉＮ膜１３ｅを形成する。次に１０ｎｍのＳｉＯ2 膜
１６、１３ｄを熱酸化によりＳｉ露出表面上に形成し、
ＢＦ２＋イオンを３５ｋｅｖで５×１０１５ｃｍ−２注
入した後、Ｎ2 雰囲気中でＲＴＡ（Rapid Thermal Anea
l)方による１０００℃・２０秒の熱処理を行うことによ
り、約０．１μｍの浅いｐ＋拡散層１４を形成する。
（図１（ａ））。First, an 800 nm field oxide film 12 is formed by an embedding method on an n-type silicon substrate 11 whose main surface is (001). In the element region surrounded by the oxide film, an oxide film (not shown) having a film thickness of 10 nm, an impurity-doped polycrystalline silicon layer of 150 nm, and a tungsten silicide (WSi2) layer of 150 nm are sequentially deposited and then etched. , Gate oxide film 13a, polycrystalline film 13
b, a WSi2 film 13c is formed. Then, a silicon nitride (SiN) film (not shown) is deposited to a thickness of 150 nm and processed by anisotropic etching to form a SiN film 13e on the side wall of the gate portion 13. Next, 10 nm SiO2 films 16 and 13d are formed on the exposed Si surface by thermal oxidation.
After BF2 + ions were implanted at 35 kev at 5 × 1015 cm −2, RTA (Rapid Thermal Anea) was performed in an N 2 atmosphere.
By performing heat treatment at 1000 ° C. for 20 seconds according to the method l), a shallow p + diffusion layer 14 of about 0.1 μm is formed.
(FIG. 1 (a)).

【００１６】このあとｐ+ 拡散層表面上を硫酸と過酸化
水素の混合液でカーボン（Ｃ）系の表面汚染を処理した
後、メタル系の汚染を塩酸と過酸化水素の混合液で処理
する。その後このｐ+ 拡散層表面上にできた薄いＳｉＯ
2 膜を希弗酸で洗浄剥離後、溶存酸素濃度が１０ｐｐｂ
の超純水で流水洗浄する。Thereafter, the surface of the p + diffusion layer is treated with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide to treat the surface contamination of the carbon (C) type, and then the contamination of the metal type is treated with the mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide. . After that, thin SiO formed on the surface of this p + diffusion layer
2 The dissolved oxygen concentration is 10 ppb after the film is washed and stripped with diluted hydrofluoric acid.
Rinse with ultrapure water.

【００１７】次いで、図１（ｂ）に示すようにｐ+ 拡散
層表面上に厚さ２０nmのＺｒ膜を堆積する。このＺｒ膜
は、後の工程において酸化膜とプラグ高融点金属の密着
層金属として堆積する金属膜であり、上記発明の水素を
吸収或いは水素化物を形成する高融点金属である。ま
た、熱処理によってシリサイドを形成することにより、
コンタクトを良好にとるためにも有効な金属である。続
いて先のＺｒ膜表面上に窒化Ｚｒ膜を、約１００〜３０
０℃で基板加熱を行いながら約１００nmの厚さに堆積さ
せる。この後、この積層膜をＮ2 雰囲気中でアニールし
て、ＺｒＳｉ2 膜１９を形成した後、ＺｒＮ膜及び未反
応Ｚｒをエッチング除去した。Then, as shown in FIG. 1 (b), a 20 nm thick Zr film is deposited on the surface of the p + diffusion layer. This Zr film is a metal film deposited as an adhesion layer metal of an oxide film and a plug refractory metal in a later step, and is a refractory metal that absorbs hydrogen or forms a hydride according to the invention. Also, by forming a silicide by heat treatment,
It is also an effective metal for making good contacts. Then, a Zr nitride film is formed on the surface of the Zr film by about 100 to 30.
The substrate is heated at 0 ° C. and deposited to a thickness of about 100 nm. Then, this laminated film was annealed in an N2 atmosphere to form a ZrSi2 film 19, and then the ZrN film and unreacted Zr were removed by etching.

【００１８】次に層間絶縁膜として、ＣＶＤ−ＳｉＯ2
膜２０ＢＰＳＧ膜２１の積層膜を１．０μｍ厚にて全面
に堆積した後、拡散層上にコンタクトホールを設ける。
そのコンタクトホール内のシリサイト゛表面の自然酸化膜を除
去する前処理を施した後、そのコンタクトホール内、及
び酸化膜上にＺｒ膜２２を２０ｎｍ堆積、これを覆うよ
うに最も少ないパターンエッジにおける膜厚が１０ｎｍ
以上になるようにＺｒＮ膜２３を形成する。これを水素
の拡散障壁として用い、窒素雰囲気中で７００℃３０
秒、熱処理を行う（図１（ｃ））。Next, as an interlayer insulating film, CVD-SiO2 is used.
After a stacked film of the film 20BPSG film 21 is deposited on the entire surface to a thickness of 1.0 μm, a contact hole is provided on the diffusion layer.
After performing a pretreatment to remove the natural oxide film on the surface of the silicon in the contact hole, a 20 nm thick Zr film 22 is deposited in the contact hole and on the oxide film, and the film thickness at the smallest pattern edge covers the Zr film 22. Is 10 nm
The ZrN film 23 is formed as described above. Using this as a hydrogen diffusion barrier, 700 ° C 30 in a nitrogen atmosphere
Second, heat treatment is performed (FIG. 1C).

【００１９】この下地を、ＣＶＤ装置に設置し、六フッ
化タングステン（ＷＦ6 ）等のタングステンのハロゲン
化物を６０ｓｃｃｍと水素（Ｈ2 ）２７００ｓｃｃｍと
の混合ガスを反応ガスとして導入し、基板を４１５℃に
加熱しながらコンタクトホール内及びＺｒＮ２４上にブ
ランケットＷ膜２４を成膜する（図１（ｄ））。This substrate is placed in a CVD apparatus, a mixed gas of 60 sccm of tungsten halide such as tungsten hexafluoride (WF6) and 2700 sccm of hydrogen (H2) is introduced as a reaction gas, and the substrate is heated to 415 ° C. A blanket W film 24 is formed in the contact hole and on the ZrN 24 while heating (FIG. 1D).

【００２０】上記の方法でＷを成膜したところ、Ｗ成膜
後にも、下地であるＺｒ／ＺｒＮ層とパターン形成の酸
化膜界面におけるはがれは生じなかった。またＺｒの水
素化物は検出されず、下地の体積膨張も確認されなかっ
た。更に、Ｗが局所的にドーム状に異常成長するのも観
察されなかった。When W was deposited by the above method, no peeling occurred at the interface between the underlying Zr / ZrN layer and the patterned oxide film even after W deposition. Further, no hydride of Zr was detected, and no volume expansion of the base was confirmed. Furthermore, W was not observed to grow abnormally in a dome shape locally.

【００２１】これは、ＺｒＮ膜が、１０ｎｍ以上堆積さ
れることによって、ＺｒＮ膜中のピンホール及び粒界が
ＺｒＮ膜表面から密着層であるＺｒ膜まで貫通せず、そ
のため水素に対する拡散障壁として作用したためであ
る。このことによって、Ｚｒ膜が水素を吸収せず、水素
化物（例えば、ＺｒＨ）を形成しないために、Ｚｒ膜の
体積膨張が生じない。そのため、絶縁膜上との密着生の
劣化を招かず、密着性を向上させることができる。さら
に、はがれが生じないため、Ｗ膜が異常成長する核、下
地表面積が増加しないため、Ｗが均一に成長することが
できる。This is because when the ZrN film is deposited to a thickness of 10 nm or more, pinholes and grain boundaries in the ZrN film do not penetrate from the surface of the ZrN film to the Zr film that is the adhesion layer, and therefore act as a diffusion barrier against hydrogen. Because it was done. As a result, the Zr film does not absorb hydrogen and does not form a hydride (for example, ZrH), so that the Zr film does not expand in volume. Therefore, the adhesiveness with the insulating film is not deteriorated and the adhesiveness can be improved. Furthermore, since peeling does not occur, the nuclei where the W film abnormally grows and the underlying surface area does not increase, so that W can grow uniformly.

【００２２】なおＺｒＮ層は、第２周期元素とＺｒ膜の
化合物、例えば、ＺｒＣ、ＺｒＢなどでも同様の効果が
得られた。また、ここでＺｒはその他高融点金属である
Ｔｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ｖ，Ｈｆを用いた場合でも同様の効
果が得られた。A similar effect was obtained for the ZrN layer even with a compound of the second periodic element and the Zr film, such as ZrC and ZrB. Further, here, the same effect was obtained when Zr was used with other refractory metals such as Ti, Pd, Co, V, and Hf.

【００２３】（実施例２）次に図２を用いて第２の実施
例を示す。第１層のＡｌ配線１形成後、バリアメタルと
してＴｉ膜２／ＴｉＮ膜３を堆積、次に層間膜としてSi
O2膜４を堆積、その後エッチングによってビアホールを
形成する（図２（ａ））。(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. After forming the Al wiring 1 of the first layer, a Ti film 2 / TiN film 3 is deposited as a barrier metal, and then Si is used as an interlayer film.
The O2 film 4 is deposited, and then a via hole is formed by etching (FIG. 2A).

【００２４】そのビアホール内、及び酸化膜上にＴｉ膜
６を堆積後、高融点金属間化合物のアモルファスメタ
ル、例えばＴｉＳｉＮ膜７を先に堆積したＴｉ膜の上
に、約10nm以上堆積する。窒素囲気中で４００℃３０秒
熱処理を行う。（図２（ｂ））このように、水素吸収を
生じる第１のメタル 領域が存在する状態でＷを成膜する。
具体的には、下地をＣＶＤ装置に設置し、六フッ化タン
グステン（ＷＦ6 ）等のタングステンのハロゲン化物と
水素（Ｈ2 ）との混合ガスを反応ガスとして導入し、第
１の実施例と同様に、ビアホール内、及びＴｉＳｉＮ上
にブランケットＷ膜８を成膜する（図２（ｃ））。更
に、エッチバックによって絶縁膜層までエッチバックを
施し、ビアプラグを形成する（図２（ｄ））。After depositing the Ti film 6 in the via hole and on the oxide film, about 10 nm or more is deposited on the amorphous metal of the refractory intermetallic compound, for example, the TiSiN film 7 previously deposited. Heat treatment is performed at 400 ° C. for 30 seconds in a nitrogen atmosphere. (FIG. 2B) As described above, W is deposited in the state where the first metal region that causes hydrogen absorption exists.
Specifically, the base is placed in a CVD apparatus, and a mixed gas of a tungsten halide such as tungsten hexafluoride (WF6) and hydrogen (H2) is introduced as a reaction gas, as in the first embodiment. A blanket W film 8 is formed in the via hole and on the TiSiN (FIG. 2C). Further, the insulating film layer is etched back by etching back to form a via plug (FIG. 2D).

【００２５】上記の方法でＷを成膜したところ、Ｗ成膜
後にも、下地であるＴｉ／ＴｉＳｉＮ層と酸化膜界面に
おけるはがれは生じなかった。またＴｉの水素化物は検
出されず、下地の体積膨張も確認されなかった。更に、
Ｗが局所的にドーム状に異常成長するのも観察されなか
った。When W was formed by the above method, peeling did not occur at the interface between the Ti / TiSiN layer as the base and the oxide film even after W was formed. Further, Ti hydride was not detected, and volume expansion of the underlayer was not confirmed. Furthermore,
Neither was W locally grown abnormally in a dome shape.

【００２６】この要因は第１の実施例で述べたのと同様
に、ＴｉＳｉＮ膜が、Ｔｉ膜上に堆積されることによっ
て、Ｗ成膜時にＴｉＳｉＮ膜表面側から、密着層である
Ｔｉ膜まで貫通せず、そのため水素に対する拡散障壁と
して作用したためである。特に、アモルファスのメタル
を堆積することによって、従来の結晶性金属をパタンエ
ッジに堆積したときよりも、下地の方向性を反映しにく
く、コンタクト開口部でも良好なカバレジが得られてい
る。配線間コンタクトプラグでは、Ａｌ配線のマイク゛レーショ
ン を防ぐため高温の熱処理が困難であり、拡散層上コン
タクトと比較して、どうしても余剰なＴｉが存在する。
そのため、Ｗ成膜時に下地と絶縁膜層との密着性の劣化
を招きやすいが、本発明の構造によれば、Ｔｉ膜が水素
を吸収せず、または水素化物を形成しないために、Ｔｉ
膜の体積膨張が生じない。そのため、絶縁膜上との密着
生の劣化を招かず、密着生を向上させることができる。
また上記実施例と同様にはがれが生じないため、Ｗ膜が
異常成長する核、下地表面積が増加せず、Ｗが均一に成
長することができる。The reason for this is that, as described in the first embodiment, the TiSiN film is deposited on the Ti film, so that from the surface side of the TiSiN film to the Ti film which is the adhesion layer during W film formation. This is because it did not penetrate, and therefore acted as a diffusion barrier against hydrogen. In particular, by depositing an amorphous metal, it is more difficult to reflect the directionality of the base than when depositing a conventional crystalline metal on the pattern edge, and good coverage is obtained even in the contact opening. In the inter-wiring contact plug, high-temperature heat treatment is difficult in order to prevent the Al wiring from migrating, and excessive Ti is inevitably present as compared with the contact on the diffusion layer.
Therefore, when W is formed, the adhesion between the base and the insulating film layer is likely to be deteriorated. However, according to the structure of the present invention, the Ti film does not absorb hydrogen or form a hydride.
No volume expansion of the membrane occurs. Therefore, the adhesion quality with the insulating film is not deteriorated, and the adhesion quality can be improved.
Further, since peeling does not occur in the same manner as in the above-mentioned embodiment, the nuclei where the W film grows abnormally and the underlying surface area do not increase, and W can grow uniformly.

【００２７】またこれは、Ｔｉシリサイト゛等を用いた拡散層
上コンタクトにおけるＷプラグ形成においても同様の効
果を十分達成できる。この時ＴｉＳｉＮ層は、これに限
ること無く、第２周期元素とＴｉ膜の化合物、例えば、
ＴｉＢＮ、ＴｉＳｉＢ、アモルファスＴｉＮ、アモルフ
ァスＴｉＢ、アモルファスＴｉＣなどでも同様の効果が
得られた。Further, the same effect can be sufficiently achieved in the formation of the W plug in the contact on the diffusion layer using Ti silicon or the like. At this time, the TiSiN layer is not limited to this, and the compound of the second period element and the Ti film, for example,
Similar effects were obtained with TiBN, TiSiB, amorphous TiN, amorphous TiB, amorphous TiC and the like.

【００２８】さらにこの第１の高融点金属はＰｄ，Ｎ
ｉ，Ｃｏ、Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆ等、水素吸収、或いは水素化
物形成を生じる金属を用いた場合、本発明の構造を適応
する事によって同様の効果がえられたまた、この水素障
壁の層は、第１の高融点金属の金属間化合物である必要
はなく、他の高融点金属例えば、Ｐｄ、Ｎｉ，Ｃｏ、
Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆ等の金属間化合物、またはそのアモルファスで
も同様の効果がえられる。Further, the first refractory metal is Pd, N
When a metal that causes hydrogen absorption or hydride formation such as i, Co, V, Zr, and Hf is used, the same effect can be obtained by applying the structure of the present invention. , The intermetallic compound of the first refractory metal, other refractory metals such as Pd, Ni, Co,
The same effect can be obtained with an intermetallic compound such as V, Zr, or Hf, or an amorphous thereof.

【００２９】（実施例３）さらに第３の実施例を、上記
第２の実施例と同様、図２を用いて述べる。第１層のＡ
ｌ配線形成後、バリアメタルとしてＴｉ／ＴｉＮを堆
積、次に層間膜としてSiO2を堆積、その後エッチングに
よってビアホールを形成する（図２（ａ））。(Embodiment 3) A third embodiment will be described with reference to FIG. 2 similarly to the second embodiment. A of the first layer
After forming the 1 wiring, Ti / TiN is deposited as a barrier metal, then SiO2 is deposited as an interlayer film, and then a via hole is formed by etching (FIG. 2A).

【００３０】そのコンタクトホール内、及び酸化膜上に
Ｎｉ膜６を堆積後、基板１を加熱しながら窒素ガスを導
入したチャンバー中で、Ｎ２或いはＮＨ３といった窒素
を含むガスを導入し、プラズマ処理によるＮｉ表面の改
質をおこなう。この表面改質により、Ｎｉ表面に約１０
ｎｍの密な窒化層（第２の金属層領域）を形成する（図
２（ｂ））。After depositing the Ni film 6 in the contact hole and on the oxide film, a gas containing nitrogen such as N2 or NH3 is introduced into the chamber in which nitrogen gas is introduced while heating the substrate 1, and plasma treatment is performed. The surface of Ni is modified. By this surface modification, about 10
A dense nitride layer (second metal layer region) having a thickness of nm is formed (FIG. 2B).

【００３１】このように、水素吸収を生じる第１のメタ
ル領域が存在する状態でＷを成膜する。具体的には、下
地をＣＶＤ装置に設置し、六フッ化タングステン（ＷＦ
6 ）等のタングステンのハロゲン化物と水素（Ｈ2 ）と
の混合ガスを反応ガスとして導入し、第１、第２の実施
例と同様に、ブランケットＷ膜を成膜する（図２
（ｃ））。更に、エッチバックによって絶縁膜層までエ
ッチバックを施し、Ｗ−Viaプラグを形成する（図２
（ｄ））。As described above, W is deposited in the state where the first metal region that absorbs hydrogen exists. Specifically, the base is placed in a CVD apparatus and tungsten hexafluoride (WF
6) and the like, a mixed gas of a tungsten halide and hydrogen (H2) is introduced as a reaction gas to form a blanket W film as in the first and second embodiments (FIG. 2).
(C)). Further, the insulating film layer is etched back by etching back to form a W-Via plug (see FIG. 2).
(D)).

【００３２】上記の方法でＷを成膜したところ、Ｗ成膜
後にも、下地であるＮｉ／ＮｉＮ層とコンタクトパター
ン酸化膜界面におけるはがれは生じなかった。またＮｉ
の水素化物は検出されず、Ｎｉの体積膨張も確認されな
かった。更に、Ｗが局所的にドーム状に異常成長するの
も観察されなかった。When W was formed by the above method, no peeling occurred at the interface between the Ni / NiN layer as the base and the contact pattern oxide film even after the W was formed. Also Ni
No hydride was detected, and no volume expansion of Ni was confirmed. Furthermore, W was not observed to grow abnormally in a dome shape locally.

【００３３】この要因は第１、第２の実施例で述べたの
と同様に、Ｎｉ表面のプラズマ処理による表面改質によ
って形成されたＮｉＮ層が、Ｎｉ膜上に形成されること
によって、Ｗ成膜時にＮｉＮ膜表面側から、Ｎｉ膜まで
貫通せず、そのため水素に対する拡散障壁として作用し
たためである。配線間コンタクトプラグでは、Ａｌ配線
のマイグレーションを防ぐため高温の熱処理が困難であ
り、拡散層上コンタクトと比較して、余剰なＮｉが多く
存在する。そのため、Ｗ成膜時に水素吸収、または水素
化物形成による堆積膨張が生じて、応力解放のためにＷ
成膜下地と絶縁膜層との密着性の劣化を招きやすいが、
本発明の構造によれば、Ｎｉ膜が水素を吸収せず、また
は水素化物を形成しないために、Ｎｉ膜の体積膨張が生
じない。そのため、絶縁膜上との密着性の劣化を招か
ず、密着性を向上させることができる。また上記実施例
と同様にはがれが生じないため、Ｗ膜が異常成長する
核、下地表面積が増加せず、Ｗが均一に成長することが
できる。This factor is similar to that described in the first and second embodiments, because the NiN layer formed by the surface modification of the Ni surface by the plasma treatment is formed on the Ni film. This is because the NiN film surface side did not penetrate to the Ni film at the time of film formation and thus acted as a diffusion barrier against hydrogen. In the inter-wiring contact plug, high-temperature heat treatment is difficult to prevent migration of Al wiring, and a large amount of surplus Ni exists as compared with the contact on the diffusion layer. Therefore, during W film formation, hydrogen absorption or deposition expansion due to hydride formation occurs, and W is released for stress release.
It is easy to cause the deterioration of the adhesion between the film forming base and the insulating film layer,
According to the structure of the present invention, since the Ni film does not absorb hydrogen or form a hydride, volume expansion of the Ni film does not occur. Therefore, the adhesiveness with the insulating film is not deteriorated and the adhesiveness can be improved. Further, since peeling does not occur in the same manner as in the above-mentioned embodiment, the nuclei where the W film grows abnormally and the underlying surface area do not increase, and W can grow uniformly.

【００３４】またこれは、低い成膜温度を持ち、凝集が
低温から生じるＮｉシリサイド等を用いた拡散層上コン
タクトにおけるＷプラグ形成においても同様の効果を十
分達成できる。Further, this has a low film forming temperature, and the same effect can be sufficiently achieved also in the formation of the W plug in the contact on the diffusion layer using Ni silicide or the like which causes aggregation from a low temperature.

【００３５】この時にＮｉナイトライド層は、これに限
ること無く、第２周期元素とＮｉ膜の化合物、例えば、
ＮｉＢなどでも同様の効果が得られた。さらにこの第１
の高融点金属はＴｉ，Ｐｄ，Ｃｏ、Ｚｒ，Ｖ，Ｈｆ等、
水素吸収、水素化物を形成する金属を用いた場合、本発
明の構造を適応することによって、同様の効果が得られ
た。At this time, the Ni nitride layer is not limited to this, and the compound of the second period element and the Ni film, for example,
Similar effects were obtained with NiB and the like. Further this first
The refractory metals are Ti, Pd, Co, Zr, V, Hf, etc.
When a metal that absorbs hydrogen and forms a hydride is used, the same effect can be obtained by applying the structure of the present invention.

【００３６】更にこの第１の高融点金属の表面改質は、
プラズマによるものだけでなく、窒素を含む雰囲気、例
えばＮ２、ＮＨ３ガス中での熱処理によっても実現で
き、第３の実施例と同様の効果が得られる。Further, the surface modification of the first refractory metal is
It can be realized not only by plasma but also by heat treatment in an atmosphere containing nitrogen, for example, N2 or NH3 gas, and the same effect as the third embodiment can be obtained.

【００３７】本発明は、上記実施例に限ることなく、そ
の他種種これを変形して実施できることは言うまでもな
い。適応する素子の構造は、拡散層上コンタクト、ビア
コンタクトを問わず、ブランケットＷ成膜の下地密着層
である第１の高融点金属層が水素吸収、水素か物形成を
生じる金属である場合に、水素不透な第２の高融点金属
層、又は高融点金属の金属間化合物層をＷと密着層との
間に形成することを目的とする。It is needless to say that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, but can be carried out by modifying various kinds thereof. The structure of the applicable element is the case where the first refractory metal layer, which is the underlying adhesion layer for blanket W film formation, is a metal that causes hydrogen absorption and hydrogen deposit formation, regardless of whether the contact is on the diffusion layer or via contact. , A hydrogen-impermeable second refractory metal layer or a refractory metal intermetallic compound layer is formed between W and the adhesion layer.

【００３８】例えば第１、第２、第３の実施例で示し
た、第１の高融点金属Ｚｒ，Ｔｉは先に述べたように、
他の高融点金属であるＰｄ，Ｃｏ，Ｖ，Ｈｆでも同様の
効果が得られる。For example, the first refractory metals Zr and Ti shown in the first, second and third embodiments are as described above.
Similar effects can be obtained with other refractory metals such as Pd, Co, V, and Hf.

【００３９】また第２の水素不透な層は、第１の高融点
金属の第２周期元素との金属間化合物、或いは第１の高
融点金属の第２周期元素とのアモルファスである必要は
なく、種種の組み合わせ、プロセスが適応でき、同様の
効果が望める物である。例えば、Ｔｉ／ＴｉＳｉＮの組
み合わせは、Ｐｄ／ＴｉＳｉＮ、Ｐｄ／ＴｉＮ、Ｐｄ／
ＮｉＮ等々、第１の高融点金属と異種の高融点金属の金
属間化合物でも何等問題はなく、また、第１の金属膜、
第２の金属膜の形成方法は、ＰＶＤ，ＣＶＤを問うもの
ではない。The second hydrogen impermeable layer needs to be an intermetallic compound with the second periodic element of the first refractory metal or amorphous with the second periodic element of the first refractory metal. However, it is possible to apply various kinds of combinations and processes and to expect the same effect. For example, the combination of Ti / TiSiN is Pd / TiSiN, Pd / TiN, Pd /
There is no problem even with an intermetallic compound of a refractory metal different from the first refractory metal such as NiN, and the first metal film,
The method of forming the second metal film does not matter PVD or CVD.

【００４０】更に、上記３つの実施例についてはいずれ
もWF6 を水素を含むガスで還元することによって成膜す
る場合について述べたが、このブランケット成膜法によ
るプラグ形成に用いる金属材料はＷに限ることなく、Ｗ
Ｓｉ，ＷＮ、ＷＳｉＮ、その他Ｗと第２周期元素の化合
物膜といった金属化合物にも十分同様の効果が得られ
る。またＤＭＡＨと水素ガスによるＡｌのＣＶＤ成膜等
にも適応できるとともに、成膜に水素を含むガスを用い
る場合に限らず、成膜中に大量に水素を発生するような
場合にも適応できる。Further, in each of the above three embodiments, the case where the film is formed by reducing WF6 with a gas containing hydrogen has been described, but the metal material used for forming the plug by this blanket film forming method is limited to W. Without W
The same effect can be sufficiently obtained for Si, WN, WSiN, and other metal compounds such as a compound film of W and the second period element. Further, the present invention can be applied to Al CVD film formation using DMAH and hydrogen gas, and can be applied not only to the case where a gas containing hydrogen is used for film formation but also to the case where a large amount of hydrogen is generated during film formation.

【００４１】最後に、本実施例拡散層上コンタクトの実
施例については、ｐ＋Ｓｉ基板上について述べたが、ｎ
＋Ｓｉ基板上についても当然同様の技術が適応できるこ
とは言うまでもない。Finally, the embodiment of the contact on the diffusion layer of this embodiment was described on the p + Si substrate, but n
Needless to say, the same technique can be applied to the + Si substrate.

【００４２】[0042]

【発明の効果】本発明によれば、ブランケットＷを形成
する際に、その下地である高融点金属膜層と酸化膜との
密着性を向上させるとともに、Ｗの異常成長を抑制し、
埋め込み形状の良いＷプラグを形成することができるの
で、界面抵抗、プラグ部での抵抗が低く安定した半導体
素子を提供できるとともに、歩留まりの向上が期待でき
る。According to the present invention, when the blanket W is formed, the adhesion between the refractory metal film layer, which is the base of the blanket W, and the oxide film is improved, and abnormal growth of W is suppressed.
Since it is possible to form a W plug having a good filling shape, it is possible to provide a stable semiconductor element with low interface resistance and low resistance at the plug portion, and it is expected that the yield is improved.

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

【図１】 本発明による半導体装置の製造方法の一実施
例を示すＷプラグの製造方法を示す工程断面図。FIG. 1 is a process sectional view showing a method for manufacturing a W plug, showing an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図２】 本発明による半導体装置の製造方法の他の実
施例を示すＷプラグの製造方法を示す工程断面図。FIG. 2 is a process cross-sectional view showing a method for manufacturing a W plug, which shows another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図３】 従来方法によるＷプラグの製造方法を示す工
程断面図。FIG. 3 is a process sectional view showing a method of manufacturing a W plug by a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１・・・Ａｌ配線 ２・・・Ｔｉ ３・・・ＴｉＮ ４・・・ＳｉＯ２ ５・・・ビアホール ６・・・Ｔｉ ７・・・ＴｉＳｉＮ ８・・・Ｗ １１・・基板 １２・・素子分離 １６・・Ｓｉ０２ １９・・ＺｒＳｉ２ ２２・・Ｚｒ ２３・・ＺｒＮ ２４・・Ｗ ４１・・基板 ４７・・Ｔｉ ４９・・ＴｉＳｉ ５０・・Ｗ 1 ... Al wiring 2 ... Ti 3 ... TiN 4 ... SiO 2 5 ... via hole 6 ... Ti 7 ... TiSiN 8 ... W 11 ... substrate 12 ... element isolation 16 ・ ・ Si02 19 ・ ・ ZrSi2 22 ・ ・ Zr 23 ・ ・ ZrN 24 ・ ・ W 41 ・ ・ Substrate 47 ・ ・ Ti 49 ・ ・ TiSi 50 ・ ・ W

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 下地金属と、この下地金属上に所望のパ
ターンが形成された絶縁膜と、前記下地金属または前記
絶縁膜上に水素を吸収する第１の金属膜と、この金属膜
上に水素不透な第２の金属膜と、この第２の金属膜上に
少なくとも金属化合物ガスと水素ガスとにより形成され
た第３の金属膜とを有することを特徴とする半導体装
置。1. A base metal, an insulating film having a desired pattern formed on the base metal, a first metal film absorbing hydrogen on the base metal or the insulating film, and a metal film on the metal film. A semiconductor device comprising: a hydrogen-impermeable second metal film; and a third metal film formed on the second metal film by at least a metal compound gas and hydrogen gas. 【請求項２】 前記第２の金属膜は、アモルファス、微
結晶あるいは金属間化合物であることを特徴とする請求
項１記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second metal film is amorphous, microcrystalline, or an intermetallic compound. 【請求項３】 前記第２の金属膜は、膜厚が１０ｎｍ以
上であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second metal film has a film thickness of 10 nm or more. 【請求項４】 下地金属上に絶縁膜を所望パターンに形
成する工程と、前記下地金属または絶縁膜上に水素を吸
収する第１の金属膜を形成する工程と、この第１の金属
膜上に高融点遷移金属である第２の金属膜を膜厚１０ｎ
ｍ以上に形成する工程と、この第２の金属膜上に少なく
とも金属化合物ガスと水素ガスとにより第３の金属膜を
形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置
の製造方法。4. A step of forming an insulating film in a desired pattern on a base metal, a step of forming a first metal film absorbing hydrogen on the base metal or the insulating film, and a step of forming a first metal film on the first metal film. A second metal film, which is a high melting point transition metal, with a film thickness of 10 n
and a step of forming a third metal film on the second metal film by using at least a metal compound gas and hydrogen gas.