JPH0974075A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JPH0974075A JPH0974075A JP25447395A JP25447395A JPH0974075A JP H0974075 A JPH0974075 A JP H0974075A JP 25447395 A JP25447395 A JP 25447395A JP 25447395 A JP25447395 A JP 25447395A JP H0974075 A JPH0974075 A JP H0974075A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 コンタクト孔等におけるバリアメタルのバリ
ア性を高くするとともに低いコンタクト抵抗を実現でき
るようにする。 【構成】 Si基板101の表面に拡散層102上にコ
ンタクト孔104を有する層間絶縁膜103が形成され
ており、コンタクト孔104の内壁および底面はバリア
メタル膜105により被覆されている。コンタクト孔1
04内はWプラグ106により埋め込まれ、その上には
Al配線107が形成されている。バリアメタル膜は、
コンタクト孔の底面において、基板面に垂直な方向の抵
抗率がこれと直角な方向のそれの数分の1以下の導電異
方性を持つ膜であり、その構造は、微結晶粒105bと
これを内部に含むアモルファス膜105aとによって構
成される。微結晶粒105bの最大粒径はバリアメタル
膜の膜厚以下であり、かつ長軸方向が基板面と垂直な方
向に優先配向されている。
ア性を高くするとともに低いコンタクト抵抗を実現でき
るようにする。 【構成】 Si基板101の表面に拡散層102上にコ
ンタクト孔104を有する層間絶縁膜103が形成され
ており、コンタクト孔104の内壁および底面はバリア
メタル膜105により被覆されている。コンタクト孔1
04内はWプラグ106により埋め込まれ、その上には
Al配線107が形成されている。バリアメタル膜は、
コンタクト孔の底面において、基板面に垂直な方向の抵
抗率がこれと直角な方向のそれの数分の1以下の導電異
方性を持つ膜であり、その構造は、微結晶粒105bと
これを内部に含むアモルファス膜105aとによって構
成される。微結晶粒105bの最大粒径はバリアメタル
膜の膜厚以下であり、かつ長軸方向が基板面と垂直な方
向に優先配向されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の構造お
よびその製造方法に関し、特に化学気相成長法で形成さ
れたバリアメタルの構造およびその形成方法に関するも
のである。
よびその製造方法に関し、特に化学気相成長法で形成さ
れたバリアメタルの構造およびその形成方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、コンタクト孔やビアホール内にバ
リアメタルを敷設するには、スパッタ法が用いられてい
た。しかし、集積度の向上により孔のサイズが縮小する
にしたがって、スパッタ法では膜の段差被覆性が不充分
となり、代わって化学気相成長法によるバリア膜が注目
されるようになってきている。スパッタ法あるいは化学
気相成長法で形成するバリアメタルは、現状ではTiN
がもっとも一般的であるがそのほかにもZrN、HfN
等も候補にあがっている。
リアメタルを敷設するには、スパッタ法が用いられてい
た。しかし、集積度の向上により孔のサイズが縮小する
にしたがって、スパッタ法では膜の段差被覆性が不充分
となり、代わって化学気相成長法によるバリア膜が注目
されるようになってきている。スパッタ法あるいは化学
気相成長法で形成するバリアメタルは、現状ではTiN
がもっとも一般的であるがそのほかにもZrN、HfN
等も候補にあがっている。
【0003】図2(a)は、一般的なコンタクト孔のバ
リアメタルの形成方法を説明するための断面図である。
Si基板201の表面領域に拡散層202を形成した
後、全面に層間絶縁膜203を成長させ、これにコンタ
クト孔204を開孔する。そしてTiNなどからなるバ
リアメタル膜205を形成する。その後、コンタクト孔
204内をWプラグ等で埋め込み層間絶縁膜203上に
Al合金等の良導電性材料を用いて配線を形成する。あ
るいは、コンタクト孔内にプラグを形成することなく、
直接良導電性材料を成膜して配線を形成する。
リアメタルの形成方法を説明するための断面図である。
Si基板201の表面領域に拡散層202を形成した
後、全面に層間絶縁膜203を成長させ、これにコンタ
クト孔204を開孔する。そしてTiNなどからなるバ
リアメタル膜205を形成する。その後、コンタクト孔
204内をWプラグ等で埋め込み層間絶縁膜203上に
Al合金等の良導電性材料を用いて配線を形成する。あ
るいは、コンタクト孔内にプラグを形成することなく、
直接良導電性材料を成膜して配線を形成する。
【0004】化学気相成長法によるバリアメタル膜の成
膜方法には大別して以下の3種類の方法がある。なお、
以下の例ではTiNについて記述するが、例示されてい
る化合物中のTi原子をZr、Hf等に置換することに
より、ZrN、HfNの形成も同様に可能である。 無機原料からの成膜 最も広く用いられるのは、TiCl4 とNH3 を原料と
し、減圧下、500〜700℃の成膜温度で膜形成する
方法である。この方法によれば、200〜300μΩc
m程度の比抵抗と良好な段差被覆性を合せ持つ膜を容易
に形成できるが、成膜温度が高いので、主としてコンタ
クト孔用のバリアメタルとして考えられている。
膜方法には大別して以下の3種類の方法がある。なお、
以下の例ではTiNについて記述するが、例示されてい
る化合物中のTi原子をZr、Hf等に置換することに
より、ZrN、HfNの形成も同様に可能である。 無機原料からの成膜 最も広く用いられるのは、TiCl4 とNH3 を原料と
し、減圧下、500〜700℃の成膜温度で膜形成する
方法である。この方法によれば、200〜300μΩc
m程度の比抵抗と良好な段差被覆性を合せ持つ膜を容易
に形成できるが、成膜温度が高いので、主としてコンタ
クト孔用のバリアメタルとして考えられている。
【0005】 有機原料とアンモニアからの成膜 例えば、公開特許広報昭63−230877号公報に記
載されているように、有機Ti化合物とアンモニアと水
素を供給し、0.1〜10Torrの減圧下、50〜4
00℃程度の反応温度でTiN膜を成膜し、これによ
り、成長方向に垂直な結晶粒界の数が1μm当たり平均
1個以下であるようにする方法がある。
載されているように、有機Ti化合物とアンモニアと水
素を供給し、0.1〜10Torrの減圧下、50〜4
00℃程度の反応温度でTiN膜を成膜し、これによ
り、成長方向に垂直な結晶粒界の数が1μm当たり平均
1個以下であるようにする方法がある。
【0006】 有機原料の熱分解による成膜 例えば、ジャーナルオブエレクトロケミカルソサイエテ
ィ122巻(1975年)1545〜1549ページに
おいて述べられているように、含有窒素化合物であるア
ジド化合物Ti[N(CH3 )2 ]4 等の有機金属化合
物を用い、300〜400℃程度での熱分解を利用して
TiN膜を形成する。
ィ122巻(1975年)1545〜1549ページに
おいて述べられているように、含有窒素化合物であるア
ジド化合物Ti[N(CH3 )2 ]4 等の有機金属化合
物を用い、300〜400℃程度での熱分解を利用して
TiN膜を形成する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】バリアメタルを設ける
第一義的な目的は、これを挾む二つの層間での相互拡散
や反応を阻止することであるところ、上記の技術を用い
て形成したバリアメタル膜は、従来の半導体装置に対し
ては有効な性能を持ち、安定したコンタクトあるいはビ
アホール構造を得るのに効果的な技術であった。しかし
素子の微細化、集積度の向上にともない、使用されるバ
リアメタルの膜厚が微細化の程度に応じて薄くなってく
ると、上記の方法で形成した膜では、以下の理由により
そのバリア性が不十分になってきている。
第一義的な目的は、これを挾む二つの層間での相互拡散
や反応を阻止することであるところ、上記の技術を用い
て形成したバリアメタル膜は、従来の半導体装置に対し
ては有効な性能を持ち、安定したコンタクトあるいはビ
アホール構造を得るのに効果的な技術であった。しかし
素子の微細化、集積度の向上にともない、使用されるバ
リアメタルの膜厚が微細化の程度に応じて薄くなってく
ると、上記の方法で形成した膜では、以下の理由により
そのバリア性が不十分になってきている。
【0008】(1)従来の方法によって形成された膜
は、反応性スパッタ法で形成された膜の場合と同様に、
結晶粒が柱状構造をとる。すなわち、図2(a)の部分
拡大図である図2(b)に示されるように、バリアメタ
ル膜205が柱状結晶205aとなる。この構造は電気
抵抗は比較的低いが、結晶粒界が膜表面から膜と下地界
面まで連続して存在するために、それが原子の拡散経路
となり、バリア性が低下する。このバリア性の低下は、
例えば、微細コンタクト孔底部に形成した約100Åの
TiN膜上にWF6 とH2 を用いた化学気相成長法によ
ってW膜を形成し、Si基板との電気的接続をとる構造
を形成しこれを600℃以上で熱処理した場合に現れ
る。
は、反応性スパッタ法で形成された膜の場合と同様に、
結晶粒が柱状構造をとる。すなわち、図2(a)の部分
拡大図である図2(b)に示されるように、バリアメタ
ル膜205が柱状結晶205aとなる。この構造は電気
抵抗は比較的低いが、結晶粒界が膜表面から膜と下地界
面まで連続して存在するために、それが原子の拡散経路
となり、バリア性が低下する。このバリア性の低下は、
例えば、微細コンタクト孔底部に形成した約100Åの
TiN膜上にWF6 とH2 を用いた化学気相成長法によ
ってW膜を形成し、Si基板との電気的接続をとる構造
を形成しこれを600℃以上で熱処理した場合に現れ
る。
【0009】上述した従来例では、W膜中のW、あるい
は未反応のWF6 やF等がTiN膜中の柱状結晶側面の
拡散経路をとおり下地Si中に達することによって、接
合リーク電流特性が悪化する。埋め込み金属としてCu
を用いた場合、Cuの下方拡散により接合リーク特性の
劣化はより顕著に現れる。この問題はTiN膜の厚さを
増すことによってある程度回避するが可能ではあるが、
コンタクト径が微細化している今日、バリア膜を厚くす
る解決法はコンタクト孔側壁への成膜厚も同様に増加す
るため、TiN膜形成後にコンタクトを埋め込む金属部
分の実効断面積を減少させ、コンタクト部の抵抗を増加
させることとなるため適切な解決策とはなりえない。
は未反応のWF6 やF等がTiN膜中の柱状結晶側面の
拡散経路をとおり下地Si中に達することによって、接
合リーク電流特性が悪化する。埋め込み金属としてCu
を用いた場合、Cuの下方拡散により接合リーク特性の
劣化はより顕著に現れる。この問題はTiN膜の厚さを
増すことによってある程度回避するが可能ではあるが、
コンタクト径が微細化している今日、バリア膜を厚くす
る解決法はコンタクト孔側壁への成膜厚も同様に増加す
るため、TiN膜形成後にコンタクトを埋め込む金属部
分の実効断面積を減少させ、コンタクト部の抵抗を増加
させることとなるため適切な解決策とはなりえない。
【0010】従来法の特開昭63−230877号公
報に記載された方法では、結晶粒界の数を1μmあたり
1個以下にすることによって、粒界に起因した上述の問
題点をある程度緩和することはできる。しかし、粒界が
存在していることには変わりはなく粒界による上記の問
題点を解消することはできない。しかも、結晶粒が大型
化した分、粒界間の差し渡し距離が大きくなるため、コ
ンタクト抵抗などの特性のばらつきが大きくなる。一般
に、対象とするスケール(この場合半導体装置の個別コ
ンタクト構造のサイズ)からみて十分に小さな構造を有
する材料を用いなければ、均質な材料とはみなせず、歩
留まりの安定性を確保することはできない。
報に記載された方法では、結晶粒界の数を1μmあたり
1個以下にすることによって、粒界に起因した上述の問
題点をある程度緩和することはできる。しかし、粒界が
存在していることには変わりはなく粒界による上記の問
題点を解消することはできない。しかも、結晶粒が大型
化した分、粒界間の差し渡し距離が大きくなるため、コ
ンタクト抵抗などの特性のばらつきが大きくなる。一般
に、対象とするスケール(この場合半導体装置の個別コ
ンタクト構造のサイズ)からみて十分に小さな構造を有
する材料を用いなければ、均質な材料とはみなせず、歩
留まりの安定性を確保することはできない。
【0011】(2)従来の方法によって形成されたバ
リアメタル膜205は、図3に示されるように、アモル
ファス膜205bとなる。このため上記(1)のように
膜中に結晶粒界が存在せず、良好なバリア特性を示す。
しかし、この膜がアモルファスとなるのは、膜中にC、
O等の不純物を多量に含むため結晶化が抑制されている
ためと考えられる。したがってこの膜は良好なバリア性
と引換えに電気抵抗は上記(1)の場合に比較して遥か
に高くなっている。
リアメタル膜205は、図3に示されるように、アモル
ファス膜205bとなる。このため上記(1)のように
膜中に結晶粒界が存在せず、良好なバリア特性を示す。
しかし、この膜がアモルファスとなるのは、膜中にC、
O等の不純物を多量に含むため結晶化が抑制されている
ためと考えられる。したがってこの膜は良好なバリア性
と引換えに電気抵抗は上記(1)の場合に比較して遥か
に高くなっている。
【0012】発明者らの実験によれば、有機金属ソース
に含有窒素化合物であるアジド化合物Ti[N(CH
3 )2 ]4 等を用い、熱分解を利用してTiN膜を減圧
下、200〜400℃程度で形成した場合、その比抵抗
は数千μΩcmとなる。この値は上記(1)にくらべて
1桁以上高い。また、この方法による膜はその比抵抗が
経時的に上昇する(1日以内の経過時間で数100%上
昇)という問題点を有しており、低抵抗コンタクトのた
めのバリアメタルとしては適当でない。よって、この発
明の目的とするところは、バリア性が高く、かつ、低抵
抗なコンタクトが可能なバリアメタルを提供しうるよう
にするすることである。
に含有窒素化合物であるアジド化合物Ti[N(CH
3 )2 ]4 等を用い、熱分解を利用してTiN膜を減圧
下、200〜400℃程度で形成した場合、その比抵抗
は数千μΩcmとなる。この値は上記(1)にくらべて
1桁以上高い。また、この方法による膜はその比抵抗が
経時的に上昇する(1日以内の経過時間で数100%上
昇)という問題点を有しており、低抵抗コンタクトのた
めのバリアメタルとしては適当でない。よって、この発
明の目的とするところは、バリア性が高く、かつ、低抵
抗なコンタクトが可能なバリアメタルを提供しうるよう
にするすることである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による半導体装置は、半導体基板上にコンタ
クト孔あるいはビアホールが開口された絶縁膜が形成さ
れ、該コンタクト孔あるいはビアホールの内壁が金属化
合物を主体とするバリア性導電膜により被覆され、該バ
リア性導電膜により被覆されたコンタクト孔あるいはビ
アホール内が良導電性導電体により埋め込まれているも
のであって、前記バリア性導電膜は導電性アモルファス
膜を主体とし、その中に最大径が該バリア性導電膜の膜
厚以下の導電性微結晶を含んでいることを特徴としてい
る。そして、より好ましくは、前記導電性アモルファス
膜がTiNにより構成され、前記導電性微結晶がTiN
または金属により構成される。
めの本発明による半導体装置は、半導体基板上にコンタ
クト孔あるいはビアホールが開口された絶縁膜が形成さ
れ、該コンタクト孔あるいはビアホールの内壁が金属化
合物を主体とするバリア性導電膜により被覆され、該バ
リア性導電膜により被覆されたコンタクト孔あるいはビ
アホール内が良導電性導電体により埋め込まれているも
のであって、前記バリア性導電膜は導電性アモルファス
膜を主体とし、その中に最大径が該バリア性導電膜の膜
厚以下の導電性微結晶を含んでいることを特徴としてい
る。そして、より好ましくは、前記導電性アモルファス
膜がTiNにより構成され、前記導電性微結晶がTiN
または金属により構成される。
【0014】また、上記の目的を達成するための本発明
による半導体装置の製造方法は、コンタクト孔あるいは
ビアホールの開口された絶縁膜を有する半導体基板を反
応炉内に配置し、反応炉内を0.01〜10Torrに
減圧し、基板を300〜500℃に加熱し、有機金属化
合物を反応炉内に供給しその熱分解によりコンタクト孔
あるいはビアホール内にバリア性導電膜を形成するもの
であって、ハロゲン元素を含む雰囲気中でバリア性導電
膜の成膜が行われることを特徴としている。
による半導体装置の製造方法は、コンタクト孔あるいは
ビアホールの開口された絶縁膜を有する半導体基板を反
応炉内に配置し、反応炉内を0.01〜10Torrに
減圧し、基板を300〜500℃に加熱し、有機金属化
合物を反応炉内に供給しその熱分解によりコンタクト孔
あるいはビアホール内にバリア性導電膜を形成するもの
であって、ハロゲン元素を含む雰囲気中でバリア性導電
膜の成膜が行われることを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】図1(a)は、本発明の実施の形
態を説明するための断面図である。図1(a)に示され
るように、Si基板101の表面領域内に拡散層102
が形成されており、その表面は、SiO2 膜等からなる
層間絶縁膜103により覆われている。層間絶縁膜10
3には、拡散層102の表面を露出させるコンタクト孔
104が開孔されており、コンタクト孔104の内壁お
よび底面はバリアメタル膜105により被覆されてい
る。コンタクト孔104内はWプラグ106により埋め
込まれており、その上にはAl配線107が形成されて
いる。
態を説明するための断面図である。図1(a)に示され
るように、Si基板101の表面領域内に拡散層102
が形成されており、その表面は、SiO2 膜等からなる
層間絶縁膜103により覆われている。層間絶縁膜10
3には、拡散層102の表面を露出させるコンタクト孔
104が開孔されており、コンタクト孔104の内壁お
よび底面はバリアメタル膜105により被覆されてい
る。コンタクト孔104内はWプラグ106により埋め
込まれており、その上にはAl配線107が形成されて
いる。
【0016】本発明におけるバリアメタル膜は、図1
(b)に示されるように、微結晶粒105bとこれを内
部に含むアモルファス膜105aとによって構成されて
いる。そして、微結晶粒105bはその最大粒径がバリ
アメタル膜の膜厚以下になされている。
(b)に示されるように、微結晶粒105bとこれを内
部に含むアモルファス膜105aとによって構成されて
いる。そして、微結晶粒105bはその最大粒径がバリ
アメタル膜の膜厚以下になされている。
【0017】この構造のバリアメタル膜では、アモルフ
ァス膜を主体とし、かつ、微結晶粒はその結晶粒がバリ
アメタル膜の膜厚を越えていないので高いバリア性が示
される。そして、アモルファス膜中に微結晶粒105b
が存在することによって、比抵抗の大幅な低減が可能と
なり、低いコンタクト抵抗を実現することができる。な
お、微結晶粒105bの材料はアモルファス膜と同一の
材料(例えば、アモルファス膜と微結晶粒がTiN)で
ある場合と、アモルファス膜とは異なって金属材料(例
えば、W)により構成される場合と、これらの混合物を
含む場合とがある。
ァス膜を主体とし、かつ、微結晶粒はその結晶粒がバリ
アメタル膜の膜厚を越えていないので高いバリア性が示
される。そして、アモルファス膜中に微結晶粒105b
が存在することによって、比抵抗の大幅な低減が可能と
なり、低いコンタクト抵抗を実現することができる。な
お、微結晶粒105bの材料はアモルファス膜と同一の
材料(例えば、アモルファス膜と微結晶粒がTiN)で
ある場合と、アモルファス膜とは異なって金属材料(例
えば、W)により構成される場合と、これらの混合物を
含む場合とがある。
【0018】本発明者らは、アモルファスのバリアメタ
ルを成長させる条件下で、バリアメタル膜にハロゲンを
導入することにより、その生起メカニズムは十分に解明
されてはいないが、アモルファス膜中に微結晶粒が成長
することを見いだした。そして、これにより、高い導電
性が得られることが確認された。
ルを成長させる条件下で、バリアメタル膜にハロゲンを
導入することにより、その生起メカニズムは十分に解明
されてはいないが、アモルファス膜中に微結晶粒が成長
することを見いだした。そして、これにより、高い導電
性が得られることが確認された。
【0019】このバリアメタル膜にハロゲンを導入する
方法としては、以下の手法が挙げられる。本明細書で
は、ハロゲン元素として主にClを用いた場合について
述べるが、他の元素(F、Br、I等)でも同様の効果
が得られる。 (a)反応室内に、窒素を含む有機チタニウム化合物と
して、テトラキス・ジエチルアミノ・チタニウム(TD
EAT)あるいはテトラキス・ジメチルアミノ・チタニ
ウム(TDMAT)を供給するとともにハロゲンガスあ
るいはハロゲン化合物ガス、例えば、Cl2 、HCl、
CCl4 ガス等を導入する。これにより、成膜されたア
モルファスTiN膜内に数10〜100Å程度の結晶化
TiN粒子を形成できる。
方法としては、以下の手法が挙げられる。本明細書で
は、ハロゲン元素として主にClを用いた場合について
述べるが、他の元素(F、Br、I等)でも同様の効果
が得られる。 (a)反応室内に、窒素を含む有機チタニウム化合物と
して、テトラキス・ジエチルアミノ・チタニウム(TD
EAT)あるいはテトラキス・ジメチルアミノ・チタニ
ウム(TDMAT)を供給するとともにハロゲンガスあ
るいはハロゲン化合物ガス、例えば、Cl2 、HCl、
CCl4 ガス等を導入する。これにより、成膜されたア
モルファスTiN膜内に数10〜100Å程度の結晶化
TiN粒子を形成できる。
【0020】(b)有機金属化合物に、分子内にハロゲ
ン原子をもつ有機または無機化合物を混合して用いる。
例えば上記原料(TDEATまたはTDMAT)分子の
少なくとも1つのエチル基またはメチル基をClに置換
した原料を1〜5%、TDEAT(またはTDMAT)
を98〜95%の割合で混合したものを原料とし、気化
器でガス化して熱分解による成膜を行なう。あるいは上
記原料に、TiCl4を0.1〜2%混合したものを原
料として用い、熱分解による気相成長を行う。この場合
にも、アモルファスTiN膜内に数10〜100Å程度
の結晶化TiN粒子を形成できる。
ン原子をもつ有機または無機化合物を混合して用いる。
例えば上記原料(TDEATまたはTDMAT)分子の
少なくとも1つのエチル基またはメチル基をClに置換
した原料を1〜5%、TDEAT(またはTDMAT)
を98〜95%の割合で混合したものを原料とし、気化
器でガス化して熱分解による成膜を行なう。あるいは上
記原料に、TiCl4を0.1〜2%混合したものを原
料として用い、熱分解による気相成長を行う。この場合
にも、アモルファスTiN膜内に数10〜100Å程度
の結晶化TiN粒子を形成できる。
【0021】(c)有機金属原料およびハロゲン原子を
含む金属化合物を別々に反応室に導入し、気相成長を行
う。例えば、TDEATまたはTDMATを気化器内で
気化させた後反応室に導入し、さらに別の導入口からW
Cl6 またはWF6 を反応室に導入し、気相成長を行
う。この場合、導入されたハロゲン原子によりTiNの
結晶化が促進されるとともにアモルファスTiN膜中に
数10〜100Å程度の結晶化金属粒子(W)が形成さ
れる。この方法によれば、他の方法による場合と同様に
高いバリア性をもつバリアメタル膜を形成できるととも
に、より低い比抵抗のバリアメタル膜を得ることができ
る。
含む金属化合物を別々に反応室に導入し、気相成長を行
う。例えば、TDEATまたはTDMATを気化器内で
気化させた後反応室に導入し、さらに別の導入口からW
Cl6 またはWF6 を反応室に導入し、気相成長を行
う。この場合、導入されたハロゲン原子によりTiNの
結晶化が促進されるとともにアモルファスTiN膜中に
数10〜100Å程度の結晶化金属粒子(W)が形成さ
れる。この方法によれば、他の方法による場合と同様に
高いバリア性をもつバリアメタル膜を形成できるととも
に、より低い比抵抗のバリアメタル膜を得ることができ
る。
【0022】以上のいずれかの方法によって成膜したT
iN膜は、従来法によって形成したアモルファス膜と同
程度のバリア性を有し、同時に従来法によるアモルファ
ス膜の抵抗率(6000μΩcm以上)に比較して1桁
以上低い抵抗率(100〜500μΩcm)を有する。
また、アモルファス膜に見られる、抵抗率の経時上昇
も、常温大気中放置150時間経過後で1%以内と、ほ
ぼ完全に抑制できた。なお、上記の各実施の形態におい
て、0.1〜10Torrの減圧下で、成膜温度は20
0〜500℃(より好ましくは300〜450℃)で有
効な効果が得られる。
iN膜は、従来法によって形成したアモルファス膜と同
程度のバリア性を有し、同時に従来法によるアモルファ
ス膜の抵抗率(6000μΩcm以上)に比較して1桁
以上低い抵抗率(100〜500μΩcm)を有する。
また、アモルファス膜に見られる、抵抗率の経時上昇
も、常温大気中放置150時間経過後で1%以内と、ほ
ぼ完全に抑制できた。なお、上記の各実施の形態におい
て、0.1〜10Torrの減圧下で、成膜温度は20
0〜500℃(より好ましくは300〜450℃)で有
効な効果が得られる。
【0023】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。 [第1の実施例]TDEATを0.01マイクロリット
ル/分加熱した気化器内に導き、窒素ガス700scc
mと混合して蒸発させ、LPCVD装置の成膜室内に導
入する。成膜室内圧力は約1Torr、基板温度は約4
00℃に設定した。この成膜条件のもとで、さらにCl
2 を1.0sccm成膜室内に導入し、結晶化TiN粒
子を含む膜厚100ÅのアモルファスTiN膜を形成し
た。
ル/分加熱した気化器内に導き、窒素ガス700scc
mと混合して蒸発させ、LPCVD装置の成膜室内に導
入する。成膜室内圧力は約1Torr、基板温度は約4
00℃に設定した。この成膜条件のもとで、さらにCl
2 を1.0sccm成膜室内に導入し、結晶化TiN粒
子を含む膜厚100ÅのアモルファスTiN膜を形成し
た。
【0024】[第2の実施例]TDEATを97%、T
DEAT分子の4つのエチル基をClに置換した原料を
3%の割合で混合した液体を原料とし、これを0.01
マイクロリットル/分加熱した気化器内に導き、窒素ガ
ス700sccmと混合して蒸発させ、圧力約1Tor
r、基板温度約400℃のLPCVD装置の導入して、
結晶化TiN粒子を含む膜厚100ÅのアモルファスT
iN膜を形成した。
DEAT分子の4つのエチル基をClに置換した原料を
3%の割合で混合した液体を原料とし、これを0.01
マイクロリットル/分加熱した気化器内に導き、窒素ガ
ス700sccmと混合して蒸発させ、圧力約1Tor
r、基板温度約400℃のLPCVD装置の導入して、
結晶化TiN粒子を含む膜厚100ÅのアモルファスT
iN膜を形成した。
【0025】[第3の実施例]TiCl4 を1mol%
混合したTDMATを原料液体として、これを0.01
マイクロリットル/分加熱した気化器内に導き、窒素ガ
ス1000sccmと混合して蒸発させ、圧力約1To
rr、基板温度約350℃のLPCVD装置に導入し
て、結晶化TiN粒子をを含むアモルファスTiN膜を
形成した。
混合したTDMATを原料液体として、これを0.01
マイクロリットル/分加熱した気化器内に導き、窒素ガ
ス1000sccmと混合して蒸発させ、圧力約1To
rr、基板温度約350℃のLPCVD装置に導入し
て、結晶化TiN粒子をを含むアモルファスTiN膜を
形成した。
【0026】[第4の実施例]TDEATを0.01マ
イクロリットル/分加熱した気化器内に導き、窒素ガス
800sccmと混合して蒸発させ、LPCVD装置の
成膜室内に導入する。さらに、WCl6 を別の導入口か
ら成膜室内に5sccm導入する。成膜室内圧力は約1
Torr、基板温度は約380℃に設定した。この条件
で成膜することにより、W微結晶およびTiN微結晶を
含むTiNアモルファス膜を得ることができた。
イクロリットル/分加熱した気化器内に導き、窒素ガス
800sccmと混合して蒸発させ、LPCVD装置の
成膜室内に導入する。さらに、WCl6 を別の導入口か
ら成膜室内に5sccm導入する。成膜室内圧力は約1
Torr、基板温度は約380℃に設定した。この条件
で成膜することにより、W微結晶およびTiN微結晶を
含むTiNアモルファス膜を得ることができた。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体装置は、導電性微結晶を含むアモルファス膜をバリア
メタルとして用いるものであるので、アモルファス膜に
匹敵するバリア性を持ち、アモルファス膜に比較して1
桁以上低い抵抗率のバリアメタル膜を実現することがで
きる。また、従来のアモルファスバリアメタルで問題と
なった経時的抵抗上昇もほぼ完全に解消することができ
る。
体装置は、導電性微結晶を含むアモルファス膜をバリア
メタルとして用いるものであるので、アモルファス膜に
匹敵するバリア性を持ち、アモルファス膜に比較して1
桁以上低い抵抗率のバリアメタル膜を実現することがで
きる。また、従来のアモルファスバリアメタルで問題と
なった経時的抵抗上昇もほぼ完全に解消することができ
る。
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための断面図
とその部分拡大図。
とその部分拡大図。
【図2】従来例の断面図とその部分拡大断面図。
【図3】他の従来例の断面図。
101、201 Si基板 102、202 拡散層 103、203 層間絶縁膜 104、204 コンタクト孔 105、205 バリアメタル膜 105a、205b アモルファス膜 105b 微結晶粒 205a 柱状結晶 106 Wプラグ 107 Al配線
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板上にコンタクト孔あるいはビ
アホールが開口された絶縁膜が形成され、該コンタクト
孔あるいはビアホールの内壁が金属化合物を主体とする
バリア性導電膜により被覆され、該バリア性導電膜によ
り被覆されたコンタクト孔あるいはビアホール内が良導
電性導電体により埋め込まれている半導体装置におい
て、前記バリア性導電膜は導電性アモルファス膜を主体
とし、その中に最大径が該バリア性導電膜の膜厚以下の
導電性微結晶を含んでいることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項2】 前記バリア性導電膜が、ハロゲン元素を
含んでいることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項3】 前記導電性アモルファス膜がTiNによ
り構成され、前記導電性微結晶がTiNまたは金属によ
り構成されていることを特徴とする請求項3記載の半導
体装置。 - 【請求項4】 コンタクト孔あるいはビアホールの開口
された絶縁膜を有する半導体基板を反応炉内に配置し、
反応炉内を0.1〜10Torrに減圧し、基板を20
0〜500℃に加熱し、有機金属化合物を反応炉内に供
給しその熱分解によりコンタクト孔あるいはビアホール
内にバリア性導電膜を形成する半導体装置の製造方法に
おいて、ハロゲン元素を含む雰囲気中でバリア性導電膜
の成膜が行われることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項5】 反応炉内に、有機金属化合物の他に、ハ
ロゲンガス、無機ハロゲン化物またはハロゲン原子を含
む他の有機金属化合物を供給して成膜を行うことを特徴
とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 有機金属化合物としてテトラキス・ジエ
チルアミノ・チタニウム(TDEAT)またはテトラキ
ス・ジメチルアミノ・チタニウム(TDMAT)を用い
ることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25447395A JP2728047B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25447395A JP2728047B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0974075A true JPH0974075A (ja) | 1997-03-18 |
JP2728047B2 JP2728047B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=17265538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25447395A Expired - Fee Related JP2728047B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2728047B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012193445A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-10-11 | Tokyo Electron Ltd | 窒化チタン膜の形成方法、窒化チタン膜の形成装置及びプログラム |
US9224773B2 (en) | 2011-11-30 | 2015-12-29 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Metal shielding layer in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same |
-
1995
- 1995-09-07 JP JP25447395A patent/JP2728047B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012193445A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-10-11 | Tokyo Electron Ltd | 窒化チタン膜の形成方法、窒化チタン膜の形成装置及びプログラム |
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US9620555B2 (en) | 2011-11-30 | 2017-04-11 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Metal shielding layer in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same |
US10276621B2 (en) | 2011-11-30 | 2019-04-30 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Metal shielding layer in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same |
US11018176B2 (en) | 2011-11-30 | 2021-05-25 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Metal shielding layer in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same |
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Publication number | Publication date |
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JP2728047B2 (ja) | 1998-03-18 |
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