(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素を含む化合物膜を少なくとも有する半導体装置であって、
前記窒素を含む化合物膜は、ＴｉＮまたはこの酸化物であり、アルゴンガスに対する窒素のガス流量比が０．１２５以上１．０以下の条件の反応性スパッタで成膜される
半導体装置。
【請求項２】
半導体装置の配線層と半導体とがコンタクト部を通して電気的に接続される半導体装置であって、前記配線層と前記半導体との間に配置される下地膜が、前記窒素を含む化合物膜を少なくとも含む請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記窒素を含む化合物膜が、前記コンタクト部でのバリア膜として機能する請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記下地膜が、前記半導体に接するＴｉ膜と、このＴｉ膜の上に積層されるＴｉＮ膜とを有する請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記下地膜が、前記半導体に接するＴｉ膜と、このＴｉ膜の上に積層される第１のＴｉＮ膜と、この第１のＴｉＮ膜の上に積層され、第１のＴｉＮ膜と特性が相違する第２のＴｉＮ膜とを有する請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記Ｔｉ膜の結晶方位が（００２）であり、前記第１のＴｉＮ膜の結晶方位が（１１１）である請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記下地膜が、半導体に接する結晶配向が（００２）のＴｉ膜と、このＴｉ膜の上に積層される結晶配向が（１１１）のＴｉＮ膜とを有する請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記下地膜が、半導体に接する結晶配向が（００２）のＴｉ膜と、このＴｉ膜の上に積層される結晶配向が（１１１）のＴｉＮ膜と、このＴｉＮ膜の上に積層されるＴｉＯＮ膜とを有する請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体装置の下層配線層と上層配線層とがコンタクト部を通して電気的に接続される半導体装置であって、前記下層配線層の上には、積層膜が積層してあり、該積層膜が、前記窒素を含む化合物膜を少なくとも含む請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記積層膜のうち、最上層に位置する膜が、前記下層配線層をフォトリソグラフィー加工する際の反射防止膜として機能する請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記積層膜が、前記下層配線層に接するＴｉＮ膜と、該ＴｉＮ膜の上に積層されるＴｉＯＮ膜とを有する請求項９または１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記ＴｉＮ膜の結晶方位が（１１１）である請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記積層膜が、前記下層配線層に接するＴｉ膜と、該Ｔｉ膜の上に積層されるＴｉＮ膜と、該ＴｉＮ膜の上に積層されるＴｉＯＮ膜とを有する請求項９または１０に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記Ｔｉ膜の結晶方位が（００２）であり、前記ＴｉＮ膜の結晶方位が（１１１）である請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記積層膜が、前記下層配線層に接するＴｉ膜と、該Ｔｉ膜の上に積層される第１のＴｉＮ膜と、該第１のＴｉＮ膜の上に積層され、該第１のＴｉＮ膜と特性が相違する第２のＴｉＮ膜とを有する請求項９または１０に記載の半導体装置。
【請求項１６】
窒素を含む化合物膜を少なくとも有する半導体装置を製造する方法であって、
アルゴンガスに対する窒素のガス流量比が０．１２５以上１．０以下の条件の反応性スパッタで、前記窒素を含む化合物膜としてＴｉＮまたはこの酸化物を成膜する半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
半導体装置の配線層と半導体とをコンタクト部を通して電気的に接続する半導体装置の製造方法であって、前記配線層と前記半導体との間に配置される下地膜として、前記窒素を含む化合物膜を少なくとも成膜する請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記窒素を含む化合物膜が、前記コンタクト部でのバリア膜として機能する請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記下地膜として、前記半導体に接するＴｉ膜と、このＴｉ膜の上に積層されるＴｉＮ膜とを成膜する請求項１７または１８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記下地膜として、前記半導体に接するＴｉ膜と、このＴｉ膜の上に積層される第１のＴｉＮ膜と、この第１のＴｉＮ膜の上に積層され、第１のＴｉＮ膜と特性が相違する第２のＴｉＮ膜とを成膜する請求項１７または１８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記第１のＴｉＮ膜と第２のＴｉＮ膜とを反応性スパッタにより連続的に成膜する際に、不活性ガスに対する窒素ガスの流量比を変化させる請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第１のＴｉＮ膜を成膜する際の不活性ガスに対する窒素ガスの流量比を０．７以下とし、前記第２のＴｉＮ膜を成膜する際の不活性ガスに対する窒素ガスの流量比を０．７５以上とする請求項２１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記下地膜として、半導体に接するＴｉ膜と、このＴｉ膜の上に積層されるＴｉＯＮ膜とを成膜する請求項１７または１８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記ＴｉＯＮ膜は、前記ＴｉＮ膜を、反応性スパッタにより、不活性ガスに対する窒素ガスの流量比が１．０以下０．１２５以上で成膜した後、不活性ガスに対する窒素ガスの流量比を大きくなる方に変化させ、粗なＴｉＮ膜を成膜し、この粗なＴｉＮ膜を、大気中、または酸素分圧が０．１Ｐａ以上の低真空雰囲気中に曝すことで、粗なＴｉＮ膜をＴｉＯＮ膜に変化させることで形成される請求項２３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記ＴｉＯＮ膜は、窒素ガスと酸素ガスと不活性ガスとを用いた反応性スパッタにより成膜される請求項２３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
半導体装置の下層配線層と上層配線層とがコンタクト部を通して電気的に接続される半導体装置の製造方法であって、前記下層配線層の上には、積層膜を積層し、該積層膜が、前記窒素を含む化合物膜を少なくとも含む請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
前記積層膜のうち、最上層に位置する膜が、前記下層配線をフォトリソグラフィー加工する際の反射防止膜として機能する請求項２６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２８】
前記積層膜として、前記下層配線層に接するＴｉＮ膜と、該ＴｉＮ膜の上に積層されるＴｉＯＮ膜とを成膜する請求項２６または２７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２９】
前記積層膜として、前記下層配線層に接するＴｉ膜と、該Ｔｉ膜の上に積層されるＴｉＮ膜と、該ＴｉＮ膜の上に積層されるＴｉＯＮ膜とを成膜する請求項２６または２７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３０】
前記積層膜として、前記下層配線層に接するＴｉ膜と、該Ｔｉ膜の上に積層される第１のＴｉＮ膜と、該第１のＴｉＮ膜の上に積層され、該第１のＴｉＮ膜と特性が相違する第２のＴｉＮ膜とを成膜する請求項２６または２７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３１】
前記第１のＴｉＮ膜と第２のＴｉＮ膜とを反応性スパッタにより連続的に成膜する際に、不活性ガスに対する窒素ガスの流量比を変化させる請求項３０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３２】
前記第１のＴｉＮ膜を成膜する際の不活性ガスに対する窒素ガスの流量比を０．７以下とし、前記第２のＴｉＮ膜を成膜する際の不活性ガスに対する窒素ガスの流量比を０．７５以上とする請求項３１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３３】
前記ＴｉＯＮ膜は、前記ＴｉＮ膜を、反応性スパッタにより、不活性ガスに対する窒素ガスの流量比が１．０以下０．１２５以上で成膜した後、不活性ガスに対する窒素ガスの流量比を大きくなる方に変化させ、粗なＴｉＮ膜を成膜し、この粗なＴｉＮ膜を、大気中、または酸素分圧が０．１Ｐａ以上の低真空雰囲気中に曝すことで、粗なＴｉＮ膜をＴｉＯＮ膜に変化させることで形成される請求項２８または２９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３４】
前記ＴｉＯＮ膜は、窒素ガスと酸素ガスと不活性ガスとを用いた反応性スパッタにより成膜される請求項２８または２９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３５】
前記窒素を含む化合物膜は、コリメータを用いた反応性スパッタにより成膜される請求項１６〜３４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に係り、さらに詳しくは、配線層と半導体とのコンタクト部、または配線層と配線層とのコンタクト部に、たとえばバリア膜として用いられる窒素を含む化合物膜（たとえばＴｉＮ膜）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
素子の微細化に伴い、配線信頼性は厳しさを増している。特に、トランジスタのシャロージャンクション化に対して、電気的オーミックコンタクトを得る為に成膜する金属と下地シリコンＳｉとを界面反応させることでなじませ、良好な電気的接続が得られる。しかし、反応を進行させ過ぎると、金属がシャロージャンクションを突き抜け接合リークを悪化させる。反面、反応が不十分であるとオーミック接合が得られず不安定な電気特性となる問題を有する。
【０００３】
ここで、従来のＭＯＳＬＳＩプロセス例を図８に示す。
（ａ）図８（Ａ）に示すように、半導体基板２の表面に、素子分離領域（ＬＯＣＯＳ）４、ゲート絶縁膜６、ゲート電極８、ソース・ドレイン領域１０を形成することでＭＯＳトランジスタを形成する。
【０００４】
（ｂ）次に、同図（Ｂ）に示すように、ＭＯＳトランジスタの上に、層間絶縁膜１２を形成し、これにコンタクトホール１４を形成する。
（ｃ）次に、同図（Ｃ）に示すように、コンタクトホール１４内に、ブランケットタングステン１６等で埋め込み、さらに、その上にＡｌ−Ｓｉ等のＡｌ系合金１７を成膜し、パターニングすることで配線領域を形成させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記（ａ）〜（ｃ）のプロセス例により素子を形成させるが、配線とシリコン基板（Ｓｉ）との接続は、窒化シリコンおよびチタンの積層構造（ＴｉＮ／Ｔｉ）を用いて行っている。しかしながら、Ｔｉの反応が不十分だと、良好なオーミック接合が得られず、問題を有する。
【０００６】
また、配線金属と下地Ｓｉとの反応防止を抑止する方法として、ＴｉＮ膜が用いられている。ＴｉＮ膜をバリア性よく形成させることで、コンタクト特性を安定化できる。しかし、ＴｉＮ膜の形成方法のパラメータに対して、膜質的にどのように変化するかが管理できていないため、最もベストな膜質の状態でデバイスを作製できていないのが、現在の状況である。
【０００７】
また、最近では、コリメートスパッタによるＴｉＮ膜の成膜技術が開発されている。コリメートスパッタは、スパッタ装置のターゲットとウェーハとの間にコリメータを配置し、それに斜め方向のスパッタ粒子を付着させることで、垂直方向やそれに近い粒子のみを取り出し、コンタクトホールのボトムカバレッジ率を向上させる技術である。
【０００８】
このコリメートスパッタでは、一般に、アルゴンガスに対する窒素ガスの流量比が１．５以上に高いものであった。このコリメートスパッタに関しても、ＴｉＮ膜の形成方法のパラメータに対して、膜質的にどのように変化するかが管理できていないため、最もベストな膜質の状態でデバイスを作製できていないのが、現在の状況である。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、配線層の下地膜などとして用いられるバリア膜などとして用いて好適な膜の構造および製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明は、ＴｉとＴｉＮの配向性制御を行うことで、下地Ｓｉとの反応性制御、およびＴｉＮ上の配線金属の配向性制御（配線金属の配向性制御を行うことで配線信頼性であるエレクトロマイグレーションは向上できる。）、を可能とする製造方法および、それを用いた接続構造を示す。
【００１１】
ＴｉＳｉ２  化反応には、形成するＴｉの結晶配向に強く依存することがわかっている。形成するＴｉが（００２）配向の場合は、下地Ｓｉとの反応性が強くなることが実験より確かめられている。
そこで、本発明では、コンタクト構造を、反応性の強いＴｉ（００２）をＳｉと接続させる様に形成させた構造にすることで、Ｔｉ（００２）配向の膜厚パラメータを制御させ、形成するシリサイドの膜厚も制御できる。
【００１２】
Ｔｉ（００２）配向制御法として、スパッタパワーの変化、バイアススパッタ等の適用がある。これらのパワーをスパッタ中に連続的に変化させることで各種コンタクト構造を得る製造方法である。図４は、配向しやすいＴｉ、ＴｉＮの一覧を示す。
【００１３】
また、Ｔｉの配向性制御法として、スパッタガス中の窒素ガス流量を制御することで、形成するＴｉＮの膜質を制御できることが判明した。
本発明者は、アルゴンガス流量に対し窒素ガス流量を変化させて、ＴｉＮの抵抗率および密度を調べた結果、図１に示すごとく、窒素流量の変化と共に、ＴｉＮ膜の抵抗率および密度が変化することを見い出した。また、図２は、同様にして、成膜速度の窒素ガス流量依存性を調べた結果を示した図である。これらの状態より、窒素流量２０ｓｃｃｍ以下（Ｎ２  ／Ａｒ≦０．５）をメタリックモード、３０ｓｃｃｍ以上（Ｎ２  ／Ａｒ≧０．７５）をナイトライドモードと呼ぶ。メタリックモードの場合は、抵抗率が低く、膜密度が高いのみならず、図３に示す様に、ＸＲＤ（Ｘ線回析）結果より、ＴｉＮ（１１１）配向の半値幅が狭いことより、結晶がＴｉＮ（１１１）に強く配向していることがわかる。また、組成もＴｉとＮがストイキォメトリーにより近い状態である事も確認した（ＴｉとＮの比が１．０に近い状態が化学量論的にＴｉＮであるといえる）。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の好ましい態様を以下に示す。本発明に係る半導体装置は、窒素を含む化合物膜を少なくとも有する半導体装置であって、前記窒素を含む化合物膜は、ＴｉＮまたはこの酸化物であり、アルゴンガスに対する窒素のガス流量比が０．１２５以上１．０以下の条件の反応性スパッタで成膜される。
【００１６】
半導体装置の配線層と半導体とがコンタクト部を通して電気的に接続される半導体装置であって、前記配線層と半導体との間に配置される下地膜が、前記窒素を含む化合物膜を少なくとも含むことが好ましい。
【００１７】
前記窒素を含む化合物膜が、前記コンタクト部でのバリア膜として機能することが好ましい。
前記下地膜が、半導体に接するＴｉ膜と、このＴｉ膜の上に積層されるＴｉＮ膜とを有することが好ましい。
【００１８】
前記下地膜は、半導体に接するＴｉ膜と、このＴｉ膜の上に積層される第１のＴｉＮ膜と、この第１のＴｉＮ膜の上に積層され、第１のＴｉＮ膜と特性が相違する第２のＴｉＮ膜とで構成することもできる。
前記Ｔｉ膜の結晶方位が（００２）であり、前記第１のＴｉＮ膜の結晶方位が（１１１）であることが好ましい。
【００１９】
前記下地膜は、半導体に接する結晶配向が（００２）のＴｉ膜と、このＴｉ膜の上に積層される結晶配向が（１１１）のＴｉＮ膜とで構成してもよい。
前記下地膜は、半導体に接する結晶配向が（００２）のＴｉ膜と、このＴｉ膜の上に積層される結晶配向が（１１１）のＴｉＮ膜と、このＴｉＮ膜の上に積層されるＴｉＯＮ膜とで構成することもできる。
【００２０】
半導体装置の下層配線層と上層配線層とがコンタクト部を通して電気的に接続され  る半導体装置であって、前記下層配線層の上には、積層膜が積層してあり、該積層膜が、前記窒素を含む化合物膜を少なくとも含むことが好ましい。
前記積層膜のうち、最上層に位置する膜が、前記下層配線をフォトリソグラフィー加工する際の反射防止膜として機能することが好ましい。
【００２１】
前記積層膜が、下層配線層に接するＴｉＮ膜と、該ＴｉＮ膜の上に積層されるＴｉＯＮ膜とを有することが好ましい。
前記ＴｉＮ膜の結晶方位が（１１１）であることが好ましい。
前記積層膜は、下層配線層に接するＴｉ膜と、該Ｔｉ膜の上に積層されるＴｉＮ膜と、該ＴｉＮ膜の上に積層されるＴｉＯＮ膜とで構成することもできる。
【００２２】
前記Ｔｉ膜の結晶方位が（００２）であり、前記ＴｉＮ膜の結晶方位が（１１１）であることが好ましい。
前記積層膜は、下層配線層に接するＴｉ膜と、該Ｔｉ膜の上に積層される第１のＴｉＮ膜と、該第１のＴｉＮ膜の上に積層され、該第１のＴｉＮ膜と特性が相違するＴｉＮ膜とで構成することもできる。
【００２３】
前記第１のＴｉＮ膜と第２のＴｉＮ膜とを反応性スパッタにより連続的に成膜する際に、不活性ガスに対する窒素ガスの流量比を変化させることが好ましい。前記第１のＴｉＮ膜を成膜する際の不活性ガスに対する窒素ガスの流量比を０．７以下、好ましくは０．５以下とし、前記第２のＴｉＮ膜を成膜する際の不活性ガスに対する窒素ガスの流量比を０．７５以上、好ましくは１．０以上とすることが好ましい。
【００２４】
前記ＴｉＯＮ膜は、前記ＴｉＮ膜を、反応性スパッタにより、不活性ガスに対する窒素ガスの流量比が１．０以下０．１２５以上で成膜した後、不活性ガスに対する窒素ガスの流量比を大きくなる方に変化させ、粗なＴｉＮ膜を成膜し、この粗なＴｉＮ膜を、大気中、または酸素分圧が０．１Ｐａ以上の低真空雰囲気中に曝すことで、粗なＴｉＮ膜をＴｉＯＮ膜に変化させることで形成することができる。
【００２５】
前記ＴｉＯＮ膜は、窒素ガスと酸素ガスと不活性ガスとを用いた反応性スパッタにより成膜することもできる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
実施例１
本実施例は、ガス流量を制御する方法である。まず、Ｔｉターゲットを有するマグネトロンスパッタ装置を用い、Ａｒを流し、Ｔｉ（００２）配向の膜を形成させる。その後窒素を導入させ、ＴｉＮ膜を形成させる。その際、Ａｒ／Ｎ２  ＝４０／２０ｓｃｃｍの比率の流量比に設定する。これで、ＴｉＮ（１１１）配向した、高密度でストイキォメトリーなＴｉＮ膜を形成できる。
【００２７】
以下、図面に基づき、本発明をＭＯＳデバイスプロセスに適用した実施例を詳細に説明する。
（ａ）図５（Ａ）に示すように、半導体基板２２の表面に、素子分離領域（ＬＯＣＯＳ）２４、ゲート絶縁膜２６、ゲート電極２８、ソース・ドレイン領域３０を形成することでＭＯＳトランジスタを形成する。
【００２８】
（ｂ）次に、同図（Ｂ）に示すように、たとえばＳｉＯ２  で構成される層間絶縁膜３２の成膜を行う。
層間絶縁膜３２のＣＶＤ成膜条件の一例を次に示す。
【００２９】
【表１】
ガスＴＥＯＳ＝５０ｓｃｃｍ
温度７２０℃
圧力４０Ｐａ
膜厚６００ｎｍ
層間絶縁膜３２を成膜した後、レジストパターニングを行い、コンタクトホール３４を形成する。
【００３０】
コンタクトホール３４を形成するためのエッチング条件の一例を次に示す。
【００３１】
【表２】
ガスＣ４  Ｆ８  ＝５０ｓｃｃｍ
ＲＦパワー１２００Ｗ
圧力２Ｐａ
（ｃ）次に、同図（Ｃ）に示すように、配線材料を形成する。
【００３２】
コンタクトホール３４内の埋め込みはブランケットタングステン（Ｗ）３６で行う。
まず、Ｗ密着層（Ｗ下地膜）であるＴｉＮ／Ｔｉを形成する。
Ｔｉ膜３８のスパッタ成膜条件の一例を以下に示す。
【００３３】
【表３】
パワー８ｋＷ
成膜温度１５０℃
Ａｒ１００ｓｃｃｍ
膜厚１０ｎｍ
圧力０．４７Ｐａ
この成膜条件で、図４に示すＴｉ（００２）配向結晶を形成することができる。
【００３４】
Ｔｉ膜３８の上に形成されるＴｉＮ膜４０のスパッタ成膜条件の一例を次に示す。
【００３５】
【表４】
パワー５ｋＷ
ガスＡｒ／Ｎ２  ＝４０／２０ｓｃｃｍ
圧力０．４７Ｐａ
膜厚７０ｎｍ
このような条件（Ａｒに対するＮ２  の流量比が約０．５）で成膜されたＴｉＮ膜４０は、図４に示すような配向結晶（１１１）であり、図１に示すように、高密度で低抵抗である。
【００３６】
ＴｉＮ膜４０の上に形成されるＷのＣＶＤ形成条件の一例を次に示す。
【００３７】
【表５】
ガスＡｒ／Ｎ２  ／Ｈ２  ／ＷＦ６  ＝２２００／３００／５００／７５ｓｃｃｍ
温度４５０℃
圧力１０６４０Ｐａ
膜厚４００ｎｍ
次に、Ｗをエッチバックし、ブラケットＷ３６を形成する。Ｗのエッチバック
条件の一例を次に示す。
【００３８】
【表６】
ガスＳＦ６  ＝５０ｓｃｃｍ
ＲＦパワー１５０Ｗ
圧力１．３３Ｐａ
（ｄ）次に、同図（Ｄ）に示すように、Ａｌ／Ｔｉの配線を形成する。
【００３９】
まず、Ｔｉ膜４２を成膜する。Ｔｉ膜４２のスパッタ成膜条件の一例を次に示す。
【００４０】
【表７】
パワー４ｋＷ
成膜温度１５０℃
Ａｒ＝１００ｓｃｃｍ
膜厚３０ｎｍ
圧力０．４７Ｐａ
次に、Ｔｉ膜４２の上に、Ａｌ膜３７を成膜する。Ａｌ膜３７のスパッタ成膜条件の一例を次に示す。
【００４１】
【表８】
パワー２２．５ｋＷ
成膜温度１５０℃
Ａｒ＝５０ｓｃｃｍ
膜厚０．５μｍ
圧力０．４７Ｐａ
その後、レジストパターニングおよびドライエッチで、Ａｌ／Ｔｉ配線層を形成させる。そのエッチング条件の一例を次に示す。
【００４２】
【表９】
ガスＢＣｌ３  ／Ｃｌ２  ＝６０／９０ｓｃｃｍ
マイクロ波パワー１００Ｗ
ＲＦパワー５０Ｗ
圧力０．０１６Ｐａ
実施例２
本実施例２では、実施例１のＴｉ膜３８およびＴｉＮ膜４０を、コリメーションスパッタを用いて成膜した以外は、実施例１と同様である。
【００４３】
実施例１と相違する部分のみについて説明する。
（ｃ）ＴｉＮ／Ｔｉを形成する。この場合、コリメーションを装着したマグネトロンスパッタ装置で形成させる。
まず、Ｔｉ膜３８の成膜する。Ｔｉ膜３８の成膜条件の一例を次に示す。
【００４４】
【表１０】
パワー：８ｋＷ
成膜温度４００℃
Ａｒ１００ｓｃｃｍ
膜厚２０ｎｍ
圧力０．４７Ｐａ
Ｔｉ膜３８の上に成膜されるＴｉＮ膜４０の成膜条件の一例を次に示す。
【００４５】
【表１１】
パワー５ｋＷ
ガスＡｒ／Ｎ２  ＝４０／２０ｓｃｃｍ
圧力０．４７Ｐａ
膜厚１００ｎｍ
このような条件でコリメーションスパッタ法を行うことにより、図４に示すＴｉＮ（１１１）配向のＴｉＮ膜４０を形成する。このＴｉＮ膜４０は、図１に示すように、高密度で低抵抗である。
実施例３
本実施例３は、前記実施例１において、図５（Ｃ）に示す工程のみを図６に示す工程に変えた実施例であり、その他の工程は前記実施例１と同様である。
【００４６】
本実施例３の概略について説明すると、ＴｉＮ形成において、予めＡｒ／Ｎ２  ＝４０／２０ｓｃｃｍで、高密度ＴｉＮ（１１１）結晶を形成させる。その後、連続的にＡｒ／Ｎ２  ＝４０／７０ｓｃｃｍに変化させ、粗なＴｉＮ膜を形成させ、その部分に酸素をスタックさせ、表面部のみＴｉＯＮとし、バリアメタルを２層構造にする。
【００４７】
以下に、本実施例についてさらに詳細に説明する。
（ｃ）ＴｉＮ／Ｔｉを形成する。
まず、図６に示すように、Ｔｉ膜４４を成膜する。Ｔｉ膜のスパッタ成膜条件の一例を次に示す。
【００４８】
【表１２】
パワー２ｋＷ
成膜温度１５０℃
Ａｒ１００ｓｃｃｍ
膜厚２０ｎｍ
圧力０．４７Ｐａ
Ｔｉ膜４４の上にＴｉＮ膜４６を成膜する。ＴｉＮ膜４６のスパッタ成膜条件の一例を次に示す。
【００４９】
【表１３】
パワー５ｋＷ
ガスＡｒ／Ｎ２  ＝４０／２０ｓｃｃｍ
圧力０．４７Ｐａ
膜厚４０ｎｍ
さらに、連続的にＡｒ／Ｎ２  ガス流量比を変化させて、ＴｉＮを形成する。その成膜条件の一例を次に示す。
【００５０】
【表１４】
パワー５ｋＷ
ガスＡｒ／Ｎ２  ＝４０／７０ｓｃｃｍ
圧力０．４７Ｐａ
膜厚１０ｎｍ
この成膜条件で形成されるＴｉＮ膜は、ガスＡｒ／Ｎ２  ＝４０／７０ｓｃｃｍなので、図１に示すように、ガスＡｒ／Ｎ２  ＝４０／２０ｓｃｃｍで成膜されるＴｉＮ膜に比較し、低密度である。
【００５１】
この状態で、半導体基板２２を、装置のスパッタチャンバーから大気中へ出すことで、粗なＴｉＮ表面に酸素がスタックし、ＴｉＯＮ膜４８が形成される。
本実施例では、２重構造のバリアメタルとなり、バリア性は向上する。
実施例４
本実施例４は、配線層をリソグラフィー加工する際のハレーションを防止するための反射防止膜に用いた例である。
【００５２】
配線層上に、予めＡｒ／Ｎ２  ＝４０／２０ｓｃｃｍで、高密度ＴｉＮ（１１１）結晶を形成させる。その後、連続的にＡｒ／Ｎ２  ＝４０／７０ｓｃｃｍに変化させ、粗なＴｉＮ膜を形成させ、その部分に酸素をスタックさせ、表面部のみＴｉＯＮとした構造とする。粗なＴｉＮ膜は、装置内を搬送するだけで、ＴｉＯＮに変化する。その上に、層間絶縁膜を成膜し、この層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内にＡｌ、Ｗ等のプラグを形成させた場合、ＴｉＯＮの下に強固なＴｉＮが形成しているので、熱処理に伴う下層配線からプラグを通して上層配線へのＡｌ等の流入のやりとりを防止できる。
【００５３】
また、反射防止膜として、ＴｉＮより反射防止効果が高いＴｉＯＮを用いていることより、配線の加工精度も向上する利点を有する。
本発明の方法をＭＯＳトランジスタに関して具体的に適用した例を以下に示す。  （ａ）まず、図７（Ａ）に示すように、下地基板４９上に、Ａｌ／Ｔｉの配線を形成させる。下地基板４９は、たとえば下層の層間絶縁膜である。
【００５４】
下地基板４９の上に成膜されるＴｉ膜５０の成膜条件の一例を以下に示す。
【００５５】
【表１５】
パワー４ｋＷ
成膜温度１５０℃
Ａｒ＝１００ｓｃｃｍ
膜厚３０ｎｍ
圧力０．４７Ｐａ
このＴｉ膜５０の上に成膜されるＡｌ膜５２のスパッタ成膜条件の一例を次に示す。
【００５６】
【表１６】
パワー２２．５ｋＷ
成膜温度１５０℃
Ａｒ＝５０ｓｃｃｍ
膜厚０．５μｍ
圧力０．４７Ｐａ
次に、Ａｌ膜５２の上に、上層配線のバリアメタルとなり、かつリソグラフィーの反射防止膜となるＴｉＮ膜５４を成膜する。ＴｉＮ膜５４のスパッタ成膜条件の一例を次に示す。
【００５７】
【表１７】
パワー５ｋＷ
ガスＡｒ／Ｎ２  ＝４０／２０ｓｃｃｍ
圧力０．４７Ｐａ
膜厚２０ｎｍ
さらに連続的にＡｒ／Ｎ２  ガス流量比を変化させて、ＴｉＮ膜５４の上に、ＴｉＮ膜を反応性スパッタにより成膜する。その成膜条件の一例を次に示す。
【００５８】
【表１８】
パワー５ｋＷ
ガスＡｒ／Ｎ２  ＝４０／７０ｓｃｃｍ
圧力０．４７Ｐａ
膜厚１０ｎｍ
この状態で、ＴｉＮ膜を大気にさらすことで、粗なＴｉＮ表面は酸素がスタックされ、ＴｉＯＮ膜５６となる。その後、レジストパターニングおよびドライエッチを行い、Ａｌ／Ｔｉ配線層を形成させる。そのエッチング条件の一例を次に示す。
【００５９】
【表１９】
ガスＢＣｌ３  ／Ｃｌ２  ＝６０／９０ｓｃｃｍ
マイクロ波パワー１０００Ｗ
ＲＦパワー５０Ｗ
圧力０．０１６Ｐａ
この時、配線上に、ＴｉＯＮ膜５６が形成してあるので、露光時、ハレーションの発生は抑えられ、安定してパターニングが可能となる。図９は、ＴｉＯＮ膜による反射防止効果を示す。ＴｉＯＮ膜によれば、特定の露光波長の光に対し、反射率を極小にすることが可能であり、露光時のハレーション発生を防止することができる。なお、図９では、ＴｉＯＮ膜の膜厚を３００オングストロームとしたが、膜厚を増加させるに伴い、図９のカーブを左側へ移動させることができる。
【００６０】
（ｂ）次に、同図（Ｂ−１）に示すように、上層側の層間絶縁膜５８を成膜する。層間絶縁膜５８のＣＶＤ成膜条件の一例を次に示す。
【００６１】
【表２０】
ガスＴＥＯＳ＝５０ｓｃｃｍ
温度７２０℃
圧力４０Ｐａ
膜厚６００ｎｍ
次に、レジストパターニングを行い、層間絶縁膜５８にコンタクトホール６０を形成する。そのコンタクトホールを形成するためのドライエッチング条件を次に示す。
【００６２】
【表２１】
ガスＣ４  Ｆ８  ＝５０ｓｃｃｍ
ＲＦパワー１２００Ｗ
圧力２Ｐａ
この場合、同図（Ｂ−２）に示すように、反射防止膜であるＴｉＯＮ膜５６をエッチングすることなく残すようにコンタクトホール６０を形成しても良いし、あるいは同図（Ｂ−１）に示すように、反射防止膜であるＴｉＯＮ膜５６までエッチさせ、ＴｉＮ膜５４の表面が露出するように、コンタクトホール６０を形成しても良い。
【００６３】
但し、電気的導通性を考慮すると後者の方（同図（Ｂ−１））が好ましく、製造歩留まりが向上する。
（ｃ）さらに、同図（Ｃ）に示すように、Ａｌ／Ｔｉ配線層を形成する。成膜条件は、上記と殆ど同様であるので省略する。次に、レジストパターニングおよびドライエッチで配線領域を形成する。この条件も上記と同様なので省略する。
【００６４】
この構造は、下層配線上部にバリアメタルであるＴｉＮ膜が存在していることより、プロセス中のその後の熱処理で、ビアコンタクト（Ｖｉａ  ｃｏｎ）接続部における、反応に伴うＡｌの移動はＴｉＮが下層配線と上層配線との反応を抑止するため、発生しなくなる。このため、配線ボイドは抑制され、配線の信頼性が向上した素子が得られる。
【００６５】
実施例５
本実施例５では、実施例４のＴｉＯＮ膜５６と成る、さらに粗なＴｉＮ膜を形成する際に、酸素ガスも導入させ、連続してＴｉＯＮを形成させる以外は、前記実施例４と同様である。
【００６６】
本発明は上記実施例に限定されるものでなく、本発明の目的が達成できる限りに於て、他の方法を用いても構わない。また、成膜法は、スパッタ以外のＣＶＤを用いた場合でも適用できる。また、上記実施例では、ＭＯＳデバイスの製造方法に適用したが、本発明は、これに限定されず、ＭＯＳデバイス以外の他のデバイス（バイポーラトランジスタ、ＣＣＤ等）にも適用できる。また、Ｃｕ、Ａｇ等のＡｌ以外の配線材料にも適用できる。
【００６７】
【発明の効果】
ＴｉとＳｉが反応しやすいＴｉ（００２）結晶をコンタクト部に形成しているので、安定したオーミック接合が得られる。
ＴｉＮ構造が、膜質的に優れた、ＴｉＮ膜を形成しているので、バリア性は増し、素子信頼性は向上する。
【００６８】
ＴｉＯＮ／ＴｉＮ構造で、さらにバリア性は向上する。
ＴｉＯＮをＴｉＮ上に形成しているので、ＴｉＮより反射防止効果の高いＴｉＯＮ膜を用いることにより、フォトリソグラフィー加工時の定在波効果を削減することができ、安定した配線加工が可能となる。
【００６９】
反射防止膜構造をＴｉＯＮ／ＴｉＮ構造で形成しているので、ビア（Ｖｉａ）コンタクトのボイドが発生しなくなり、ビアコンタクトにおけるエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性が向上する。
ＴｉＮ／ＴｉＮもしくはＴｉＯＮ／ＴｉＮ構造は、基本的に、従来のＴｉＮ単層の形成方法と殆ど変化しないので、製造時、プロセスが大幅変更がなく、設備投資額も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はＮ２  流量に対するＴｉＮ膜の密度および抵抗率の変化を示すグラフである。
【図２】図２はＴｉＮ膜成膜速度のＮ２  流量依存性を示すグラフである。
【図３】図３はＴｉＮ（１１１）結晶のＸ線回折結果の半値幅のＮ２  流量依存性を示すグラフである。
【図４】図４はＡｌ（１１１）の成膜を向上（ＩＭＰＲＯＶＥＤ）させるＴｉまたはＴｉＮの結晶配向と、減少（ＲＥＤＵＣＥＤ）させるＴｉまたはＴｉＮの結晶配向とを示すグラフである。
【図５】図５（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の実施例１に係る半導体装置の製造過程を示す要部断面図である。
【図６】図６は本発明の実施例３に係る半導体装置の一製造過程を示す要部断面図である。
【図７】図７（Ａ）、（Ｂ−１）、（Ｂ−２）、（Ｃ）は本発明の実施例４に係る半導体装置の製造過程を示す要部断面図である。
【図８】図８（Ａ）〜（Ｃ）は従来例に係る半導体装置の製造過程を示す要部断面図である。
【図９】図９はＴｉＯＮ膜の反射防止効果を示すグラフである。
【符号の説明】
２２…  半導体基板
２４…  ＬＯＣＯＳ
２６…  ゲート絶縁膜
２８…  ゲート電極
３０…  ソース・ドレイン領域
３２，５８…  層間絶縁膜
３４，６０…  コンタクトホール
３６…  ブラケットタングステン
３７，５２…  Ａｌ膜
３８，４２，４４，５０…  Ｔｉ膜
４０，４６，５４…  ＴｉＮ膜
４８，５６…  ＴｉＯＮ膜
【図１】
0003586899.tif 000002
【図２】
0003586899.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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