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JPH08176823A - 高融点金属薄膜の成膜方法 - Google Patents

高融点金属薄膜の成膜方法

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Publication number
JPH08176823A
JPH08176823A JP6323187A JP32318794A JPH08176823A JP H08176823 A JPH08176823 A JP H08176823A JP 6323187 A JP6323187 A JP 6323187A JP 32318794 A JP32318794 A JP 32318794A JP H08176823 A JPH08176823 A JP H08176823A
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JP
Japan
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film
substrate
thin film
gas
metal thin
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6323187A
Other languages
English (en)
Inventor
Takaaki Miyamoto
孝章 宮本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP6323187A priority Critical patent/JPH08176823A/ja
Priority to US08/576,685 priority patent/US5747384A/en
Priority to KR1019950055584A priority patent/KR960026267A/ko
Publication of JPH08176823A publication Critical patent/JPH08176823A/ja
Priority to US09/024,893 priority patent/US6143377A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【構成】 予め、コンタクト・ホール３内のＳｉ基板１
上の自然酸化膜を除去しておき、該Ｓｉ基板１を大気か
ら遮断された状態に維持したまま、成膜初期には、Ｈ2
ガスに対するＴｉＣｌ4 ガスの混合比を相対的に小とし
た状態でプラズマＣＶＤを行って第１のＴｉ膜５を成膜
し、続いて、Ｈ2 ガスに対するＴｉＣｌ4ガスの混合比
を相対的に大として第２のＴｉ膜７を成膜する。また
は、自然酸化膜除去後、Ｓｉ基板の表面を窒化してから
Ｔｉ膜を成膜する。 【効果】 基体にダメージを与えることなく、高融点金
属薄膜を均一にカバレージよく成膜することができる。
このため、高アクペクト比を有するコンタクト・ホール
やビア・ホール内にバリヤメタルを形成するに際して本
発明を適用すれば、優れたカバレージ、低抵抗のオーミ
ック・コンタクト、低リーク電流を達成することがで
き、信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく製造でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高融点金属ハロゲン化
物を用いたＣＶＤ（化学的気相成長法）によって、カバ
レージよく、且つ基体にダメージを与えずに高融点金属
薄膜を成膜する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造プロセスにおいては、
シリコン（Ｓｉ）基板に臨むコンタクト・ホール内にア
ルミニウム（Ａｌ）系材料およびタングステン（Ｗ）材
料を埋め込むに際して、予め、該コンタクト・ホールの
少なくとも底面および側壁面に予めチタン（Ｔｉ）膜を
成膜しておくことが一般的に行われている。
【０００３】このＴｉ膜は、上記コンタクト・ホール内
にＡｌ系材料が埋め込まれる場合には、ＡｌとＳｉとの
合金化反応を防止するためのバリヤメタルとして機能
し、該コンタクト・ホール内にＷ系材料が埋め込まれる
場合には、密着層として機能するものである。但し、Ｔ
ｉ膜は低抵抗のオーミック・コンタクトを達成する観点
からは優れた材料であるものの、単独ではバリヤメタル
または密着層としての機能を十分に果たし得ないため、
通常、該Ｔｉ膜上にＴｉＮ膜が積層された状態で用いら
れる。
【０００４】ところで、半導体装置の高集積化に伴い、
コンタクト・ホールのアスペクト比が増大する中、直径
０．２５μｍ、アスペクト比４といった微細なコンタク
ト・ホール内に上記Ｔｉ膜をカバレージよく成膜するた
めには、スパッタ粒子の垂直成分を強めたコリメーティ
ッドスパッタ法を適用することが必須となっている。
【０００５】ところが、コリメーティッドスパッタ法に
よっても、アスペクト比が５を越えるようなコンタクト
・ホールに対して、その底面に必要な膜厚のＴｉ膜を成
膜することは困難である。このため、最近では、カバレ
ージに優れたＣＶＤ法を適用することが検討され始め、
ＴｉＣｌ4 に代表されるハロゲン化物ガスを水素
（Ｈ2 ）ガスやシラン（ＳｉＨ4 ）ガスにて還元するこ
とによって、Ｔｉあるいはチタンシリサイド（ＴｉＳｉ
x ）を生成する方法が有望視されている。これは、例え
ばＴｉＣｌ4 ガスおよびＨ2 ガスを用いてＴｉ膜を成膜
するために、下記の反応式（１） ＴｉＣｌ4 ＋ ２Ｈ2 → Ｔｉ ＋ ４ＨＣｌ ・・・（１） に従って、Ｈ2 によるＴｉＣｌ4 の還元反応を利用する
ものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
Ｓｉ基板１０１上の層間絶縁膜１０２にコンタクト・ホ
ール１０３が開口されたウェハに対して、ＴｉＣｌ4 ガ
スとＨ2 ガスとを用いたＣＶＤを行うと、図１３に示さ
れるように、Ｓｉ基板１０１がエッチングされて浸食部
１０４が生じてしまうという問題が起こる。なお、堆積
したＴｉ膜１０５は、Ｓｉ基板１０１上ではＴｉＳｉ2
膜１０６となっている。
【０００７】Ｓｉ基板１０１がエッチングされるのは、
本来、前述した反応式（１）のごとくＨ2 によって還元
されるはずのＴｉＣｌ4 が、下記の反応式（２） ＴｉＣｌ4 ＋ Ｓｉ → Ｔｉ ＋ ＳｉＣｌ4 ・・・（２） のごとく、Ｓｉによって還元されてしまっているからで
ある。
【０００８】Ｈ−Ｃｌ間の結合エネルギーは４３１ｋＪ
／モル、Ｓｉ−Ｃｌ間の結合エネルギーは３２２ｋＪ／
モルであり、ＳｉよりもＨ2 の方がＴｉＣｌ4 を還元す
る能力が強いにも関わらず、上述のようにＳｉ基板１０
１がエッチングされてしまうのは、ＴｉＣｌ4 ガスのＨ
2 ガスへの吸着確率よりも、ＴｉＣｌ4 ガスのＳｉ基板
１０１への吸着確率の方が高いためであると考えられ
る。
【０００９】特に、Ｓｉ基板１０１上に自然酸化膜が不
均一に残っている場合には、この自然酸化膜の薄い部分
を突き抜けて、ＳｉとＴｉＣｌ4 との反応が不均一に進
行してしまう。また、コンタクト・ホール１０３内のＳ
ｉ基板１０１には不純物が拡散されているため、上述し
たような反応によるエッチングが激しく起こり、コンタ
クト抵抗の増大、リーク電流の増大といった問題もが引
き起こされる。
【００１０】なお、Ｔｉ膜の成膜時のみならず、Ｗ膜や
Ｍｏ膜等の高融点金属膜を成膜する際にも、同様にして
Ｓｉ基板１０１がエッチングされるという問題が生じ
る。また、Ｓｉ基板１０１上のみならず、Ａｌ系材料層
上にこれら高融点金属膜を成膜する場合にも同様の問題
が生じる。
【００１１】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、基体にダメージを与えること
なく、カバレージよく高融点金属薄膜を成膜する方法を
提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高融点金属
薄膜の成膜方法は、上述の目的を達成するために提案さ
れたものであり、１つ目の方法は、高融点金属ハロゲン
化物とＨ2 とを含む混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ法
によって、基体上に高融点金属薄膜を成膜するに際し、
前記成膜初期には、前記Ｈ2 に対する前記高融点金属ハ
ロゲン化物の混合比を相対的に小とし、その後、該混合
比を相対的に大とするものである。
【００１３】なお、前記成膜前には、予め、基体上の自
然酸化膜を除去しておき、該基体を大気から遮断された
状態に維持したまま、前記成膜を行って好適である。
【００１４】２つ目の方法は、予め、基体上の自然酸化
膜を除去しておき、該基体を大気から遮断された状態に
維持したまま、少なくとも分子内に窒素原子を有するガ
スを用いて該基体の表面を窒化し、その後、前記基体上
に、高融点金属ハロゲン化物とＨ2 とを含む混合ガスを
用いたプラズマＣＶＤ法によって高融点金属薄膜を成膜
するものである。この場合には成膜中に、Ｈ2 に対する
高融点金属ハロゲン化物の混合比を変化させる必要はな
い。
【００１５】なお、少なくとも分子内にＮ原子を有する
ガスは、Ｎ2 ガス、アンモニア（ＮＨ3 ）ガス、ヒドラ
ジン（Ｎ2 Ｈ4 ）ガスより選ばれる少なくとも１種であ
って好適である。そして、これらのガス雰囲気下でプラ
ズマ処理を行えば、基体表面を窒化することができる。
【００１６】上述したいずれの方法においても、自然酸
化膜の除去は、Ｈ2 ガス、ＳｉＨ4ガス、アルゴン（Ａ
ｒ）ガスより選ばれる少なくとも１種を用いたプラズマ
処理によって行えばよい。
【００１７】ところで、本発明は、少なくともその一部
にＳｉ材料が露出した基体に対して高融点金属薄膜を成
膜する際に適用して好適である。即ち、基板上の層間絶
縁膜に、Ｓｉ基板を臨むコンタクト・ホールが開口さ
れ、該コンタクト・ホールの少なくとも底部に、高融点
金属膜をバリヤメタルの一部として成膜するに際して適
用できる。この場合、Ｓｉ基板上に生成する高融点金属
薄膜は、該Ｓｉ基板との界面にてシリサイド化して、低
抵抗のオーミック・コンタクトを達成できる。
【００１８】また、本発明は、少なくともその一部にＡ
ｌ系材料が露出した基体に対して高融点金属薄膜を成膜
する際に適用しても有効である。即ち、Ａｌ系配線を臨
むビア・ホールが開口され、該ビア・ホールの少なくと
も底部にバリヤメタルを成膜する際に適用することがで
きる。なお、本発明は、Ｗ系材料が露出した基体に対し
ても同様に適用可能である。
【００１９】本発明を適用して、上述の基体上に成膜さ
れる高融点金属薄膜としては、Ｗ膜、Ｍｏ膜等、従来公
知の高融点金属材料のいずれであってもよいが、特に、
Ｔｉ膜であって好適である。なお、該Ｔｉ膜をバリヤメ
タルとして成膜する場合には、さらにこの上にＴｉＮ膜
を成膜することが好ましい。
【００２０】ところで、上述のようなバリヤメタル上に
は、典型的にはＡｌ系材料等よりなる配線材料層が被着
形成される。なお、接続孔が微細化され、アスペクト比
が高い場合には、高温スパッタリング、高圧リフロー等
のプロセスによって、接続孔を埋め込みながらＡｌ系材
料層を形成すればよい。また、ブランケットタングステ
ンＣＶＤ法により、接続孔内にＷプラグを形成してもよ
い。
【００２１】
【作用】本発明を適用して、高融点金属ハロゲン化物と
Ｈ2 とを含む混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を行う
に際し、成膜初期に、Ｈ2 に対する高融点金属ハロゲン
化物の混合比を相対的に小とすると、Ｓｉ基板あるい
は、Ａｌ系配線層への高融点金属ハロゲン化物の吸着確
率を下げることができる。これにより、高融点金属ハロ
ゲン化物のＳｉ基板やＡｌ系配線層による還元が防止で
き、基体にダメージを与えることなく高融点金属薄膜の
成膜が行える。なお、このようにして成膜された高融点
金属薄膜は純度にも優れたものとなる。
【００２２】そして、このようにして高融点金属薄膜を
ある程度成膜してから、混合ガス中の高融点金属ハロゲ
ン化物の混合比を増加させれば、高融点金属ハロゲン化
物がＳｉ基板やＡｌ系配線層に接触しないため、Ｓｉや
Ａｌによる還元が行われることなく、高融点金属薄膜を
成膜できる。なお、高融点金属ハロゲン化物の混合比が
高い状態で成膜された高融点金属薄膜は、平滑性に優れ
たものとなる。
【００２３】なお、予め、基体表面の自然酸化膜を除去
しておくと、基体上に高融点金属薄膜を均一にカバレー
ジよく成膜することができ、また、低抵抗のオーミック
・コンタクトを達成することができる。特に、Ｓｉ基板
上においては、自然酸化膜が除去された状態で高融点金
属薄膜が成膜されると、該高融点金属とＳｉとが反応し
て高融点金属シリサイド膜が均一に形成されるため、該
高融点金属薄膜上に形成される上層配線のコンタクト抵
抗を下げることができる。
【００２４】また、本発明を適用して、高融点金属薄膜
の成膜前に基体のＳｉ基板あるいはＡｌ系配線層が露出
した部分を窒化しておくと、高融点金属ハロゲン化物と
上記Ｓｉ基板やＡｌ系配線層との反応が防止され、Ｓｉ
基板あるいはＡｌ系配線層にダメージを与えることなく
高融点金属薄膜を成膜できる。これは、Ｓｉ−Ｎ間ある
いはＡｌ−Ｎ間の結合エネルギーが、Ｓｉとハロゲンあ
るいはＡｌとハロゲンの結合エネルギーよりも大きいた
め、Ｓｉ基板あるいはＡｌ系配線層表面に形成されてい
るＳｉあるいはＡｌの窒化膜が高融点金属薄膜の成膜時
にエッチングされないからである。
【００２５】
【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、図面を参照しながら説明する。
【００２６】実施例１ 本実施例は、Ｓｉ基板上の層間絶縁膜に開口されたコン
タクト・ホールの少なくとも底部および側壁部に、Ｔｉ
膜をプラズマＣＶＤによって成膜するに際して、成膜初
期とその後とで、ＴｉＣｌ4 ガスの混合比を異ならせた
例である。このプロセスを図１〜図４を用いて説明す
る。
【００２７】先ず、図１に示されるように、Ｓｉ基板１
上に酸化シリコンからなる層間絶縁膜２が１μｍなる膜
厚にて積層され、該層間絶縁膜２に、直径０．２μｍ、
アスペクト比５のコンタクト・ホール３が開口されてな
るウェハを用意した。そして、このウェハを希フッ酸に
て洗浄することにより、コンタクト・ホール３内に露出
するＳｉ基板１上の自然酸化膜４の大部分を除去し、さ
らに、残存する自然酸化膜４を除去するために、有磁場
マイクロ波プラズマ（ＥＣＲプラズマ）ＣＶＤ装置のチ
ャンバ内にて、以下の条件のプラズマ処理を施した。
【００２８】自然酸化膜除去用プラズマ処理の条件 導入ガス ： Ｈ2 ガス 流量 ５０ｓｃｃｍ Ａｒガス 流量１５０ｓｃｃｍ ガス圧 ： ０．４Ｐａ 温度 ： ４５０℃ マイクロ波パワー： ２．８ｋＷ（２．４５ＧＨｚ） これにより、Ｓｉ基板１上に残存していた自然酸化膜４
が除去された。
【００２９】なお、自然酸化膜４は、下記の反応式
（３） ２Ｈ2 ＋ ＳｉＯ2 → Ｓｉ ＋ ２Ｈ2 Ｏ ・・・（３） に従って、Ｓｉ還元された。
【００３０】次に、上述のプラズマ処理を行ったと同一
のチャンバ内で、Ｈ2 ガスに対するＴｉＣｌ4 ガスの混
合比を相対的に小とした条件（Ａ）にてＴｉ膜の成膜を
３０秒間行った。
【００３１】 Ｔｉ膜の成膜条件（Ａ） 導入ガス ： ＴｉＣｌ4 ガス 流量 ３ｓｃｃｍ （Ｈ2 に対する混合比３％） Ｈ2 ガス 流量１００ｓｃｃｍ Ａｒガス 流量１７０ｓｃｃｍ 圧力 ： ０．４０Ｐａ 温度 ： ４５０℃ マイクロ波パワー： ２．８ｋＷ これにより、図２に示されるように、Ｓｉ基板１表面が
エッチングされることなく、ウェハ全面に亘って第１の
Ｔｉ膜５が成膜された。なお、Ｓｉ基板１上では、即座
にＴｉとＳｉとの反応が起こるため、ＴｉＳｉ2 膜６が
形成された。
【００３２】続いて、同一チャンバ内で、Ｈ2 ガスに対
するＴｉＣｌ4 ガスの混合比を相対的に大とした条件
（Ｂ）にてＴｉ膜の成膜を行った。
【００３３】 Ｔｉ膜の成膜条件（Ｂ） 導入ガス ： ＴｉＣｌ4 ガス 流量 ２０ｓｃｃｍ （Ｈ2 に対する混合比７７％） Ｈ2 ガス 流量 ２６ｓｃｃｍ Ａｒガス 流量１７０ｓｃｃｍ 圧力 ： ０．１３Ｐａ 温度 ： ４５０℃ マイクロ波パワー： ２．８ｋＷ これにより、図３に示されるように、第１のＴｉ膜５あ
るいはＴｉＳｉ2 膜６上に、第２のＴｉ膜７が成膜され
た。
【００３４】その後、上述の成膜を行ったチャンバ内
で、以下の条件に従ってＴｉＮ膜８の成膜を行った。
【００３５】 ＴｉＮ膜８の成膜条件 導入ガス ： ＴｉＣｌ4 ガス 流量 ２０ｓｃｃｍ Ｎ2 ガス 流量 ８ｓｃｃｍ Ｈ2 ガス 流量 ２６ｓｃｃｍ 圧力 ： ０．１３Ｐａ 温度 ： ４５０℃ マイクロ波パワー： ２．８ｋＷ これにより、図４に示されるように、第２のＴｉ膜７上
に、ＴｉＮ膜８が成膜された。
【００３６】以上のようにして、コンタクト・ホール３
内に、カバレージに優れたＴｉ／ＴｉＮなる２層構造の
バリヤメタルがＳｉ基板１にダメージを与えることなく
成膜された。なお、この上に、図示しないＡｌ系材料よ
りなる上層配線層を形成すると、Ａｌ系材料がコンタク
ト・ホール３内に良好に埋め込まれた。そして、上述の
ようにして成膜されたバリヤメタルは、Ｓｉ基板１と上
層配線層との界面において、低抵抗のオーミック・コン
タクトの確保、Ａｌの粒界拡散の防止に効果を発揮し
た。
【００３７】ところで、上述の第１のＴｉ膜５の成膜時
に、Ｓｉ基板１がエッチングされなかったのは、成膜条
件（Ａ）に示されるように、ＴｉＣｌ4 の混合比を相対
的に小としたために、前述した反応式（２）のようなＴ
ｉＣｌ4 とＳｉとの反応が抑制され、反応式（１）のよ
うなＴｉＣｌ4 とＨ2 との反応が促進されたからであ
る。なお、このようにして成膜された第１のＴｉ膜５は
純度が高いものであった。そして、成膜条件（Ｂ）に示
されるようなＴｉＣｌ4 の混合比を相対的に大とした成
膜時には、既にＳｉ基板１上にＴｉＳｉ2 膜６が形成さ
れているため、Ｓｉ基板１が浸食されることなく、反応
式（１）で示される反応がさらに進行した。なお、この
ようにして成膜された第２のＴｉ膜７は、非常に平滑性
に優れたものであったため、この上に成膜されたＴｉＮ
膜８の平滑性をも向上させ、この結果、上層配線層の密
着性を向上させる働きをした。
【００３８】実施例２ 本実施例は、Ａｌ−０．５％Ｃｕよりなる配線層上の層
間絶縁膜に開口されたビア・ホールの少なくとも底部お
よび側壁部に、Ｔｉ膜を成膜した例である。このプロセ
スを図５〜図８を用いて説明する。
【００３９】先ず、図５に示されるように、Ａｌ−０．
５％Ｃｕよりなる配線層１１上にＴｉＮ膜１９、１μｍ
なる膜厚の層間絶縁膜１２が積層され、配線層１１に臨
む、直径０．２μｍ、アスペクト比５のビア・ホール１
３が開口されてなるウェハを用意した。そして、ビア・
ホール１３内に露出する配線層１１上の自然酸化膜１４
を除去するために、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置のチャン
バ内にて、Ｈ2 ガスの流量を３０ｓｃｃｍに変更した以
外は実施例１と同様の条件にてプラズマ処理を施した。
このプラズマ処理では、主に、Ａｒ+ によるスパッタ作
用によって、自然酸化膜１４が除去された。
【００４０】次に、上述のプラズマ処理を行ったチャン
バ内で、Ｈ2 ガスに対するＴｉＣｌ4 ガスの混合比を相
対的に小とした、実施例１にて示された条件（Ａ）によ
る成膜を３０秒間行った。
【００４１】これにより、図６に示されるように、配線
層１１表面がエッチングされることなく、ウェハ全面に
亘って、純度に優れた第１のＴｉ膜１５が成膜された。
なお、この成膜時には、配線層１１に残存していた自然
酸化膜１４も除去された。
【００４２】これは、ＡｌＣｌ3 の蒸気圧が高く、即座
に揮発するために、下記の反応式（４） ３ＴｉＣｌ4 ＋ ２Ａｌ2 Ｏ3 → ３Ｔｉ ＋ ４ＡｌＣｌ3 ＋ ３Ｏ2 ・・・（４） に従って、Ａｌ2 Ｏ3 が次々とエッチング除去されてい
くからである。
【００４３】続いて、同一チャンバ内で、Ｈ2 ガスに対
するＴｉＣｌ4 ガスの混合比を相対的に大とした、実施
例１にて示された条件（Ｂ）の成膜を行うことにより、
図７に示されるように、第１のＴｉ膜１５上に、第２の
Ｔｉ膜１７を成膜した。なお、この第２のＴｉ膜１７は
平滑性に優れたものであった。
【００４４】その後、同一チャンバ内で、実施例１と同
様にしてＮ2 ガスを添加した条件の成膜を行うことによ
り、図８に示されるように、第２のＴｉ膜１７上にＴｉ
Ｎ膜１８を成膜した。
【００４５】以上のようにして、ビア・ホール１３内
に、カバレージに優れたＴｉ／ＴｉＮなる２層構造のバ
リヤメタルが、配線層１１にダメージを与えることなく
成膜された。なお、この上に、図示しないＡｌ系材料よ
りなる上層配線層を形成すると、Ａｌ系材料がビア・ホ
ール１３内に良好に埋め込まれた。そして、上述のよう
にして成膜されたバリヤメタルは、配線層１１と上層配
線層との界面において、低抵抗のオーミック・コンタク
トの確保に効果を発揮した。
【００４６】実施例３ 本実施例は、Ｓｉ基板上の層間絶縁膜に開口されたコン
タクト・ホールの少なくとも底部および側壁部にＴｉ膜
を成膜するに際して、予め、コンタクト・ホールの底部
に露出するＳｉ基板を窒化しておく例である。このプロ
セスを図９〜図１２を用いて説明する。
【００４７】先ず、実施例１と同様のウェハを用意し、
実施例１と同様にして希フッ酸処理およびプラズマ処理
を行って、コンタクト・ホール内に露出するＳｉ基板上
の自然酸化膜を除去した。
【００４８】次に、上述のプラズマ処理を行ったと同一
のチャンバ内で、Ｓｉ基板を窒化するための下記のプラ
ズマ処理を行った。
【００４９】 窒化用プラズマ処理の条件 導入ガス ： Ｎ2 ガス 流量 ５０ｓｃｃｍ Ａｒガス 流量 ５０ｓｃｃｍ 圧力 ： ０．２Ｐａ 温度 ： ４５０℃ マイクロ波パワー： ２．８ｋＷ これにより、図９に示されるように、Ｓｉ基板２１上に
層間絶縁膜２２が形成され、コンタクト・ホール２３が
開口されてなるウェハにおいて、該コンタクト・ホール
２３内に露出していたＳｉ基板２１の表面が窒化され、
Ｓｉ3 Ｎ4 層２４が形成された。
【００５０】その後、同一チャンバ内で、実施例１にて
示された条件（Ｂ）の成膜を行うことにより、図１０に
示されるように、Ｔｉ膜２５を成膜した。なお、このＴ
ｉ膜２５は平滑性に優れたものであった。
【００５１】そして、さらに、同一チャンバ内で、実施
例１と同様にしてＮ2 ガスを添加した条件の成膜を行う
ことにより、図１１に示されるように、Ｔｉ膜２５上に
ＴｉＮ膜２８を成膜した。
【００５２】次いで、上述のウェハに対して熱処理を行
うことによって、Ｓｉ3 Ｎ4 層２４とこの上に成膜され
たＴｉ膜２５とを反応させて、図１２に示されるよう
に、ＴｉＳｉ2 層２６を形成した。
【００５３】以上のようにして、コンタクト・ホール２
３内に、カバレージに優れたＴｉ／ＴｉＮなる２層構造
のバリヤメタルが、Ｓｉ基板２１にダメージを与えるこ
となく成膜された。なお、この上に、図示しないＡｌ系
材料よりなる上層配線層を形成すると、Ａｌ系材料がコ
ンタクト・ホール２３内に良好に埋め込まれた。そし
て、上述のようにして成膜されたバリヤメタルは、Ｓｉ
基板２１と該上層配線層との界面において、低抵抗のオ
ーミック・コンタクトの確保、Ａｌの粒界拡散の防止に
効果を発揮した。
【００５４】なお、上述のＴｉ膜２５の成膜時に、Ｓｉ
基板２１がエッチングされなかったのは、Ｓｉ−Ｃｌ間
の結合エネルギーが３２２ｋＪ／モルであるのに比し
て、Ｓｉ−Ｎ間の結合エネルギーは４３９ｋＪ／モルと
大きいため、ＴｉＣｌ4 ガスにより、Ｓｉ3 Ｎ4 層２４
がエッチングされなかったためである。
【００５５】以上、本発明に係る高融点金属薄膜の成膜
方法の種々の実施例を挙げたが、本発明は上述の実施例
に限定されるものではない。例えば、自然酸化膜４，１
４を除去するためのプラズマ処理を、ＳｉＨ4 ガスの存
在下で行ってもよい。この場合、Ｓｉ基板上の自然酸化
膜は、反応式（５） ＳｉＨ4 ＋ ＳｉＯ2 → ２Ｓｉ ＋ ２Ｈ2 Ｏ ・・・（５） に示されるようにして、Ｓｉに還元されることとなる。
【００５６】また、実施例２においては、配線層１１と
して、Ａｌ−０．５％Ｃｕよりなるものを用いたが、こ
れに限定されず、他の組成のＡｌ系材料よりなるもので
あっても、Ｗ系材料よりなるものを用いてもよい。
【００５７】さらに、実施例３では、コンタクト・ホー
ル２３内のＳｉ基板２１を予め窒化しておく方法を示し
たが、ビア・ホール内のＡｌ系材料またはＷ系材料より
なる配線層を予め窒化しても、同様の効果が得られる。
また、窒化には、Ｎ2 ガス以外にも、ＮＨ3 ガス、Ｎ2
Ｈ4 ガス等が使用できる。
【００５８】上述の実施例においては、自然酸化膜除去
のためのプラズマ処理から、Ｔｉ膜およびＴｉＮ膜の成
膜までを同一のチャンバ内で行ったが、ウェハを大気か
ら遮断された状態に維持したまま、異なるチャンバ間で
搬送して、それぞれのチャンバ内で所定の処理を行うよ
うにしてもよく、マルチチャンバ装置を用いることも可
能である。また、上述の実施例では、各種プラズマ処理
をＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いて行ったが、平行平
板型プラズマＣＶＤ装置等、ヘリコン波プラズマＣＶＤ
装置、誘導結合プラズマ（ＩＣＰプラズマ）ＣＶＤ装置
等、従来公知のプラズマＣＶＤ装置のいずれを用いても
よい。
【００５９】その他、ウェハの構成および材料、成膜さ
れる高融点金属薄膜の種類等、本発明の主旨を逸脱しな
い範囲で適宜、変形変更が可能である。
【００６０】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すると、基体にダメージを与えることなく、高
融点金属薄膜を均一にカバレージよく成膜することがで
きる。このため、高アクペクト比を有するコンタクト・
ホールやビア・ホール内にバリヤメタルを形成するに際
して本発明を適用すれば、優れたカバレージ、低抵抗の
オーミック・コンタクト、低リーク電流を達成すること
ができ、信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく製造す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンタクト・ホール内のＳｉ基板上に自然酸化
膜が形成されている状態のウェハを示す模式的断面図で
ある。
【図２】図１のウェハに対して、自然酸化膜の除去工
程、第１のＴｉ膜を成膜した状態を示す模式的断面図で
ある。
【図３】図２のウェハに対して、第２のＴｉ膜を成膜し
た状態を示す模式的断面図である。
【図４】図３のウェハに対して、ＴｉＮ膜を成膜した状
態を示す模式的断面図である。
【図５】ビア・ホール内の配線層上に自然酸化膜が形成
されている状態のウェハを示す模式的断面図である。
【図６】図５のウェハに対して、第１のＴｉ膜を成膜し
た状態を示す模式的断面図である。
【図７】図６のウェハに対して、第２のＴｉ膜を成膜し
た状態を示す模式的断面図である。
【図８】図７のウェハに対して、ＴｉＮ膜を成膜した状
態を示す模式的断面図である。
【図９】コンタクト・ホール内のＳｉ基板表面が窒化さ
れた状態のウェハを示す模式的断面図である。
【図１０】図９のウェハに対して、Ｔｉ膜を成膜した状
態を示す模式的断面図である。
【図１１】図１０のウェハに対して、ＴｉＮ膜を成膜し
た状態を示す模式的断面図である。
【図１２】図１１のウェハに対して、熱処理をして、Ｔ
ｉＳｉ2 層を形成した状態を示す模式的断面図である。
【図１３】従来法により、Ｔｉ膜を成膜し、コンタクト
・ホール内のＳｉ基板がエッチングされた状態のウェハ
を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板 ２ 層間絶縁膜 ３ コンタクト・ホール ４ 自然酸化膜 ５ 第１のＴｉ膜 ６ ＴｉＳｉ2 膜 ７ 第２のＴｉ膜 ８ ＴｉＮ膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｒ 21/3205

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高融点金属ハロゲン化物と水素とを含む
    混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ法によって、基体上に
    高融点金属薄膜を成膜するに際し、 前記成膜初期には、前記水素に対する前記高融点金属ハ
    ロゲン化物の混合比を相対的に小とし、その後は、該混
    合比を相対的に大とすることを特徴とする高融点金属薄
    膜の成膜方法。
  2. 【請求項２】 前記成膜前に前記基体上の自然酸化膜を
    除去し、該基体を大気から遮断された状態に維持したま
    ま、前記成膜を行うことを特徴とする請求項１記載の高
    融点金属薄膜の成膜方法。
  3. 【請求項３】 予め、基体上の自然酸化膜を除去してお
    き、該基体を大気から遮断された状態に維持したまま、
    少なくとも分子内に窒素原子を有するガスを用いて該基
    体の表面を窒化し、 その後、前記基体上に、高融点金属ハロゲン化物と水素
    とを含む混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって高
    融点金属薄膜を成膜することを特徴とする高融点金属薄
    膜の成膜方法。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも分子内に窒素原子を有す
    るガスは、窒素ガス、アンモニアガス、ヒドラジンガス
    より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請
    求項３記載の高融点金属薄膜の成膜方法。
  5. 【請求項５】 前記自然酸化膜の除去を、水素ガス、シ
    ランガス、アルゴンガスより選ばれる少なくとも１種を
    用いたプラズマ処理によって行うことを特徴とする請求
    項２または請求項３に記載の高融点金属薄膜の成膜方
    法。
  6. 【請求項６】 前記基体は、少なくともその一部にシリ
    コン材料が露出したものであることを特徴とする請求項
    １ないし請求項５のいずれか１項に記載の高融点金属薄
    膜の成膜方法。
  7. 【請求項７】 前記基体は、少なくともその一部にアル
    ミニウム系材料が露出したものであることを特徴とする
    請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高融点
    金属薄膜の成膜方法。
  8. 【請求項８】 前記高融点金属薄膜として、チタン膜を
    成膜することを特徴とする請求項１ないし請求項７のい
    ずれか１項に記載の高融点金属薄膜の成膜方法。
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