(57)【要約】【課題】低電気抵抗化および高信頼性化可能なコンタクトを備え、高速伝送が可能で信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  コンタクト２０、２３を、ＣＶＤ法を用いて、シリサイド膜１９、２２、シリコン窒化膜１５ａおよび第１層間絶縁膜１５ｂの内壁に接する表面に、表面からコンタクト内部方向への距離に応じて窒素含有量が減少する組成勾配を有する窒化タングステン部２４を形成し、その内側にタングステンが充填されたタングステン部２５を形成する。窒化タングステン部２４とタングステン部２５との界面の酸化や汚染を防止する。【選択図】  図１
2006059982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電体と、
前記第１の導電体を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に配設された第２の導電体と、
前記絶縁膜を貫通し、第１の導電体と第２の導電体とを電気的に接続するコンタクトと、を備え、
前記コンタクトは、
前記第１の導電体および絶縁膜に接する表面に形成された窒化タングステン部と、該窒化タングステン部の内側に形成されたタングステン部からなり、
前記窒化タングステン部の表面からタングステン部に亘って、該表面から離れるにしたがって窒素含有量がほぼ連続的に減少してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１の導電体と、
前記第１の導電体を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられた第２の導電体と、
前記絶縁膜を貫通し、第１の導電体と第２の導電体とを電気的に接続するコンタクトと、を備え、
前記コンタクトは、
前記第１の導電体および絶縁膜に接する表面に形成された窒化タングステン部と、該窒化タングステン部の内側に形成されたタングステン部からなり、
前記窒化タングステン部とタングステン部との界面において、窒化タングステン材料とタングステン材料が混合してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
第１の導電体と、
前記第１の導電体を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられた第２の導電体と、
前記絶縁膜を貫通し、第１の導電体と第２の導電体とを電気的に接続するコンタクトと、を備える半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜を貫通し、第１の導電体を露出するコンタクトホールを形成する工程と、
ＣＶＤ装置を用いて、第１の導電体およびコンタクトホール内壁の表面を覆う窒化タングステン部を形成する処理と、タングステン材料を充填する処理とを連続して行うコンタクト形成工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記タングステン材料を充填する処理は、窒化タングステン部を形成する処理に用いた窒素源となるプロセスガスの供給を停止してタングステン材料を充填することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記窒化タングステン膜を形成する処理は、窒素源となるプロセスガスの流量を成膜開始時に第１の流量に設定し、次いで次第に該流量を減少させ、成膜終了時には該第１の流量よりも小なる第２の流量に設定されてなることを特徴とする請求項３または４記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に係り、特にシリコン基板の不純物拡散領域やゲート電極に接触するコンタクトを備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、ＭＯＳ型のＬＳＩチップの高機能化や高記憶容量化、低消費電力化等のため、集積度の向上およびＬＳＩチップの縮小化が進められてきた。回路の微細化はゲート長が１００ｎｍを切り、技術上の困難性はますます高くなってきており、回路の微細化により、従来の技術の革新が必要になってきている。
【０００３】
シリコン基板に形成された不純物拡散領域と配線とを電気的に接続する垂直配線、例えばコンタクトでは、従来、不純物拡散領域の表面に形成されたシリサイドとの接触抵抗の安定化と、シリサイド材料との反応、拡散を抑制するためにバリア膜として、チタン膜および窒化チタン膜を順次スパッタ装置により形成していた。また、回路の微細化によりコンタクトが狭小化され、アスペクト比（＝コンタクトホールの深さ／コンタクトホールの幅）が大きい場合は、チタン膜をスパッタ装置により形成し、窒化チタン膜を有機金属（ＭＯ）ＣＶＤ装置により形成していた。そして、バリア膜によりコンタクトホールの底面と側壁面が覆われた後に、埋め込み層をＣＶＤ装置を用いてタングステン材料により形成していた。
【０００４】
また、密着膜を兼ねるバリア膜をスパッタ法により窒化タングステン膜を形成し、次いで埋め込み層をＣＶＤ装置によりタングステン材料を用いて形成したコンタクトが提案されている（例えば、特許文献１または２参照。）。
【０００５】
このように、コンタクトの導電材料を形成する工程では、スッパタ装置およびＣＶＤ装置、あるいは、ＭＯＣＶＤ装置およびＣＶＤ装置というように異なる成膜装置が用いられている。
【特許文献１】特開平８−４５８７８号公報
【特許文献２】特開平１１−２１４６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、コンタクトの形成においてバリア膜と埋め込み層を異なる装置を用いて形成すると、バリア膜が大気に触れ表面酸化や表面汚染等が生じ、コンタクトの電気抵抗の増加やコンタクト内に電気抵抗の分布が生じ、信頼性が低下するおそれがある。特に、配線ルールの縮小化に伴いコンタクトの狭小化が進み、また、高速伝送化が進むにつれ、これらの問題は顕著に現れるようになる。また、バリア膜の形成終了時点から埋め込み層の形成開始時点までの時間を短縮できず、さらに、ウェハ毎にその時間にバラツキが生じることから、表面酸化や表面汚染の程度がウェハ毎に異なり、製品品質のばらつきが増大する。
【０００７】
そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、低電気抵抗化および高信頼性化が可能なコンタクトを備え、高速伝送が可能で信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、第１の導電体と、前記第１の導電体を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に配設された第２の導電体と、前記絶縁膜を貫通し、第１の導電体と第２の導電体とを電気的に接続するコンタクトと、を備え、前記コンタクトは、前記第１の導電体および絶縁膜に接する表面に形成された窒化タングステン部と、該窒化タングステン部の内側に形成されたタングステン部からなり、前記窒化タングステン部の表面からタングステン部に亘って、該表面から離れるにしたがって窒素含有量がほぼ連続的に減少してなる半導体装置が提供される。
【０００９】
本発明によれば、コンタクトは、コンタクトの表面に窒素含有量がほぼ連続的に減少する組成勾配を有する窒化タングステン部と、その内側に連続的にタングステン部が形成されているので、従来のバリア膜が窒化タングステン膜で埋め込み層がタングステンの場合よりも、窒化タングステン部とタングステン部との界面で組成が急激に変化しない。したがって、界面において内部応力の蓄積が少なくなり内部欠陥の少ない緻密なコンタクトが形成される。また、界面には酸素や有機物ガスなどが存在しない。したがって、低電気抵抗化および信頼性の高いコンタクトが実現でき、その結果、ＣＲ（容量抵抗積）の増加による信号遅延を抑制し、高速伝送可能で信頼性の高い半導体装置が実現できる。
【００１０】
本発明の他の観点によれば、第１の導電体と、前記第１の導電体を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた第２の導電体と、前記絶縁膜を貫通し、第１の導電体と第２の導電体とを電気的に接続するコンタクトと、を備え、前記コンタクトは、前記第１の導電体および絶縁膜に接する表面に形成された窒化タングステン部と、該窒化タングステン部の内側に形成されたタングステン部からなり、前記窒化タングステン部とタングステン部との界面において、窒化タングステン材料とタングステン材料が混合してなる半導体装置が提供される。
【００１１】
本発明によれば、コンタクトの表面に窒化タングステン部を形成し、連続的にタングステン部をその内側に形成することにより、窒化タングステン部とタングステン部との界面が互いに混合している。界面では窒素含有量が変化する傾きが、従来のバリア膜と埋め込み層を異なる装置で形成する場合よりも低減され、かつ、窒化タングステン部とタングステン部とが緻密に結合していると推察される。したがって、熱履歴によるコンタクト内の局所的な断線を回避することができ、従来よりも低電気抵抗化を図ることができる。
【００１２】
本発明のその他の観点によれば、第１の導電体と、前記第１の導電体を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた第２の導電体と、前記絶縁膜を貫通し、第１の導電体と第２の導電体とを電気的に接続するコンタクトと、を備える半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜を貫通し、第１の導電体を露出するコンタクトホールを形成する工程と、ＣＶＤ装置を用いて、第１の導電体およびコンタクトホール内壁の表面を覆う窒化タングステン部を形成する処理と、タングステン材料を充填する処理とを連続して行うコンタクト形成工程と、を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
本発明によれば、コンタクトは、窒化タングステン部を形成する処理と、コンタクトホール内にタングステン材料を充填する処理とが連続して行われているので、窒化タングステン膜とタングステン材料が充填されたタングステン部の界面が表面酸化や有機物ガス等による汚染が生じていない。したがって、コンタクトは、従来の異なる装置によりバリア膜と埋め込み層を形成したコンタクトよりも、低電気抵抗化および高信頼性化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、低電気抵抗化および高信頼性化が可能なコンタクトを備え、高速伝送が可能で信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面を参照しつつ実施の形態を説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。図１を参照するに、半導体装置１０は、シリコン基板１１と、シリコン基板１１に、素子分離領域１２により画成された素子領域１３に形成されたトランジスタ１４と、シリコン基板１１の表面およびトランジスタ１４を覆うシリコン窒化膜１５ａおよび第１層間絶縁膜１５ｂと、第１層間絶縁膜１５ｂおよびシリコン窒化膜１５ａを貫通し、不純物拡散領域１８に形成されたシリサイド膜１９に接触すると共にビア１６および配線１７に電気的に接続されたコンタクト２０と、ゲート電極２１のシリサイド膜２２に接触すると共にビア１６および配線１７に電気的に接続されたコンタクト２３等から構成される。ここではｎ型ＭＯＳトランジスタを例として説明する。
【００１７】
本実施の形態の半導体装置１０は、不純物拡散領域１８やゲート電極２１に電気的に接続するコンタクト２０、２３の構造に主な特徴がある。コンタクト２０、２３は、その表面、すなわち、シリサイド膜１９、２２や、シリコン窒化膜１５ａおよび第１層間絶縁膜１５ｂの内壁に接する表面に、組成勾配を有する窒化タングステン部２４が形成され、その内側にタングステンが充填されてなるタングステン部２５から構成される。次にコンタクト２０、２３を詳細に説明する。
【００１８】
図２は、コンタクトの要部を拡大して示す模式図である。図２を参照するに、コンタクト２０、２３は、シリサイド膜１９、２２、シリコン窒化膜１５ａおよび第１層間絶縁膜１５ｂの内壁に接する表面に膜状の窒化タングステン部２４が形成されている。窒化タングステン部２４は、一例として表面から順に第１窒化タングステン部２４ａ〜第３窒化タングステン部２４ｃから構成される。
【００１９】
第１窒化タングステン部２４ａは、例えば窒化タングステンの化学量論的組成を有し、その内側の第２窒化タングステン部２４ｂは、第１窒化タングステン部２４ａよりも窒素含有量が低い組成を有し、さらにその内側の第３窒化タングステン部２４ｃは第２窒化タングステン部２４ｂよりも窒素含有量が低い組成を有する。すなわち、コンタクト表面側の第１窒化タングステン部２４ａの窒素含有量が高く、内側になるにしたがって窒素含有量が減少し、第３窒化タングステン部２４ｃの窒素含有量が最も低くなる。そして、第３窒化タングステン部２４ｃの内側には窒素を含有しないタングステン部２５が形成されている。
【００２０】
このように構成することで、表面の第１窒化タングステン部２４ａが密着膜およびバリア層としての機能を果たし、第２窒化タングステン部２４ｂ、第３窒化タングステンテン部２４ｃ、タングステン部２５と窒素含有量を次第に減少させることで、各々の界面での接触抵抗を低減し、コンタクト２０、２３全体の電気抵抗を低減することができる。
【００２１】
なお、第１窒化タングステン部２４ａ〜第３窒化タングステン部２４ｃ、およびタングステン部２５が、それぞれの界面を有するように示したが、界面を有せずに連続的に窒素含有量が減少するようにしてもよい。また、第１窒化タングステン部２４ａの窒素含有量をそのバリア性に応じて化学量論的組成に対して窒素含有量を適宜選択してもよい。
【００２２】
図３は、コンタクトの組成分布を示す図である。図３は、ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析装置を用いて、コンタクトの組成分布を示している。分析の便宜のため、基板に形成した層間絶縁膜上に、コンタクトを形成する条件と同様の条件（後ほど製造方法の説明において詳述する。）を用いて窒化タングステン部およびタングステン部をこの順に連続して形成した試料を用いた。分析は、試料のタングステン部の表面側から層間絶縁膜の方向にＡｒイオンによりエッチングしながら行った。図３の縦軸は、それぞれタングステン濃度と窒素濃度を示し、横軸は深さを示す。
【００２３】
図３を参照するに、タングステンの濃度がほぼ１００原子％の埋め込み層に相当するタングステン部から、層間絶縁膜に近づくにつれて次第に窒素濃度が増加し、層間絶縁膜との界面においてほぼ窒素濃度が最大になっていることが分かる。したがって、上述したように、コンタクトではこれと逆の順に表面から窒化タングステン部とタングステン部が順次形成されているが、図３の結果からコンタクトの表面（層間絶縁膜との界面）から内側に向かって窒素濃度が減少する組成勾配を有する窒化タングステン部およびタングステン部が形成されていることが分かる。
【００２４】
本実施の形態に係る半導体装置１０によれば、コンタクト２０、２３の表面が組成勾配を有する窒化タングステン部２４からなり、その内側に連続的にタングステン部２５が形成されているので、従来のように、バリア膜が窒化タングステン膜で、埋め込み層がタングステン材料の場合よりも、窒化タングステン部２４とタングステン部２５との界面で組成が急激に変化していないので、内部応力の蓄積が少なく、内部欠陥の少ない緻密なコンタクト２０、２３が形成される。したがって、その緻密性により低電気抵抗化および信頼性の高いコンタクト２０、２３を形成できる。
【００２５】
次に図４〜図６を参照しつつ、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図４〜図６は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【００２６】
最初に図４（Ａ）の工程では、シリコン基板１１にＳＴＩ法により素子分離領域１２を形成する。シリコン基板１１は、バルク基板でもＳＯＩ基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）でもよい。
【００２７】
図４（Ａ）の工程ではさらに、イオン注入法により素子領域１３にＢ＋、ＢＦ2＋などのｐ型不純物イオンを打込み、ｐ型ウェル領域２６を形成する。
【００２８】
図４（Ａ）の工程ではさらに、シリコン基板１１の表面にゲート酸化膜２８、ポリシリコン膜のゲート電極２１からなるゲート積層体２９を形成する。具体的には、ゲート酸化膜２８は、シリコン基板１１の表面のシリコン自然酸化膜（不図示）をＨＦ処理により除去し、ＣＶＤ法、スパッタ法、あるいは熱酸化処理により、シリコン基板１１の表面に例えば厚さが３ｎｍのシリコン酸化膜２８ａを形成する。なお、シリコン酸化膜２８ａのかわりに、シリコン酸窒化膜やシリコン窒化膜でもよく、さらにこれらの膜とシリコン酸化膜との積層体でもよい。ポリシリコン膜２１ａは、シリコン酸化膜２８ａ上にＣＶＤ法によりノンドープのポリシリコン膜を形成する。ＰＨ3ガス等を混合して、Ｐ＋やＢ＋をドープしたドープトポリシリコン膜を形成してもよい。次いで、ポリシリコン膜２１ａ上にレジスト膜（不図示）を形成しパターニングして、レジスト膜をマスクとしてＲＩＥ法によりポリシリコン膜２１ａおよびシリコン酸化膜２８ａをエッチングして、ゲート絶縁膜２８およびゲート電極２１からなるゲート積層体２９が形成される。
【００２９】
図４（Ａ）の工程ではさらに、ゲート積層体２９をマスクとして、Ｂ＋（例えば注入エネルギー１０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０13ｃｍ-2）を例えば入射角３５度に設定して打ち込み、ゲート積層体２９の両側のシリコン基板１１にｐ型ポケット領域３０を形成する。
【００３０】
図４（Ａ）の工程ではさらに、ゲート積層体２９をマスクとして、Ａｓ+（注入エネルギー１ｋｅＶ）を基板面にほぼ垂直に打ち込み、ゲートの両側に浅い接合領域３１を形成する。ここで、浅い接合領域３１は、ｐ型ポケット領域３０の上側、すなわちシリコン基板１１の表面側に形成される。
【００３１】
次いで図４（Ｂ）の工程では、ゲート積層体２９の両側に側壁絶縁膜３２を形成する。具体的には、シリコン基板１１の表面およびゲート積層体２９を覆うようにＣＶＤ法により例えば厚さ１００ｎｍのシリコン窒化膜２３ａを形成し、ＣxＨyＦzガスを用いてＲＩＥ法によりエッチバックする。
【００３２】
図４（Ｂ）の工程ではさらに、ゲート積層体２９と側壁絶縁膜３２をマスクとして、Ｐ＋（例えば注入エネルギー６ｋｅＶ、ドーズ量２×１０15ｃｍ-2）を基板面にほぼ垂直に打ち込み、側壁絶縁膜３２の両側の素子領域１３に深い接合領域３３を形成する。浅い接合領域３１、深い接合領域３３からなる不純物領域１８の活性化熱処理を行う。
【００３３】
次いで図４（Ｃ）の工程では、図４（Ｂ）の構造体を覆う、例えばＮｉ膜３４をスパッタ法により形成する。次いでＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）装置を用いて熱処理（温度４００℃〜５００℃）を行い、Ｎｉ膜をシリコン基板およびゲート電極のシリコンと反応させ、ＮｉＳｉ膜（例えば膜厚２０ｎｍ）のシリサイド膜１９、２２を不純物拡散領域１８およびゲート電極２１の表面に形成する。次いで、未反応のＮｉ膜３４をアンモニアと過酸化水素の混合液でウエットエッチング（一次処理）を行い、さらに硫酸と過酸化水素の混合液でウエットエッチング（二次処理）を行い、除去する。次いで、ＲＴＰ装置を用いて熱処理（温度４００℃〜５００℃）を行う。ＮｉＳｉ膜は、熱処理の加熱温度（４００℃〜５００℃）が低い点で好ましい。ＮｉＳｉ膜の他ＣｏＳｉ2膜、ＴａＳｉ2膜、ＴｉＳｉ2膜、ＰｔＳｉ膜を形成してもよい。例えば、ＣｏＳｉ2膜の場合は、熱処理の加熱温度５００℃〜７００℃に設定する。
【００３４】
次いで図５（Ａ）の工程では、図４（Ｃ）の構造体を覆うシリコン窒化膜１５ａおよび第１層間絶縁膜１５ｂを順次形成する。具体的には、シリコン窒化膜１５ａは、例えば、ＣＶＤ法により厚さ８０ｎｍに形成し、第１層間絶縁膜１５ｂは、例えば、スパッタ法によるシリコン酸化膜、ＣＶＤ法によるＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスを用いたシリコン酸化膜、ＢＰＳＧ（Bｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜、ＳＩＯＣ（シロキサン・アルコキシ系）膜等を用いることができる。なお、第１層間絶縁膜１５ｂにシロキサン系の無機あるいは有機のＳＯＤ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）や、ポリアリルエーテル等の有機材料のｌｏｗ−ｋ膜を用いてもよい。
【００３５】
図５（Ａ）の工程ではさらに、第１層間絶縁膜１５ｂの表面をＣＭＰ法により平坦化する。
【００３６】
次いで、図５（Ｂ）の工程では、第１層間絶縁膜１５ｂ上にレジスト膜３８を形成し、フォトリソグラフィ法によりコンタクトホールのパターンの開口部３８ａを形成する。
【００３７】
次いで、図６（Ａ）の工程では、レジスト膜３８をマスクとして、ＲＩＥ法により、第１層間絶縁膜１５ｂをエッチングしてする。第１層間絶縁膜１５ｂがシリコン酸化膜の場合はエッチングガスにＣＦ4とＨ2の混合ガスを用いてエッチングし、シリコン窒化膜１５ａの表面でエッチングが停止する。
【００３８】
図６（Ａ）の工程ではさらに、エッチングガスにＣxＨyＦzガスを用いてシリコン窒化膜１５ａを貫通し、シリコン基板１１およびゲート電極２１の表面のシリサイド膜１９、２２を露出するコンタクトホール２０ａを形成する。
【００３９】
図６（Ａ）の工程ではさらに、ウェット方式によりレジスト膜３９を除去し、次いで、プラズマエッチング装置を用いて、ＮＦ3ガスやＨ2ガスを使用して、シリサイド膜１９、２２の表面をエッチングし清浄化する。レジスト残渣やシリコン酸化膜の残渣がコンタクトホール２０ａ、２３ａの底部に残留することがあり、清浄化することでシリサイド膜１９、２２と次の工程で形成するコンタクトとの接触の信頼性を向上でき、特にコンタクトホール２０ａ、２３ａのアスペクト比が大きい場合に効果的である。具体的には、例えばＮＦ3ガスを使用して圧力２００Ｐａ、ＲＦ出力５００Ｗ、処理時間３０秒に設定する。
【００４０】
また、ＮＦ3ガスやＨ2ガスによる清浄化のかわりにスパッタ装置を用いてＡｒガスによりシリサイド膜２０ａ、２３ａの表面をスパッタエッチングし、清浄化してもよい。Ａｒガスのスパッタエッチングは上記残渣の除去能力が高い点で好ましい。
【００４１】
次いで図６（Ｂ）の工程では、ＣＶＤ法によりコンタクトホール２０ａ、２３ａに組成勾配を有する窒化タングステン部とタングステン部からなる導電材料を連続して形成する。具体的には、基板を加熱し、成膜開始時はＣＶＤ装置の容器内にプロセスガスとして、六フッ化タングステン（ＷＦ6）、シラン（ＳｉＨ4）、アンモニア（ＮＨ3）、および水素（Ｈ2）ガスを供給し窒化タングステン部を成膜する。そして次第にＮＨ3ガス流量を減少させ、最終的には、ＮＨ3ガス流量を０とし、ＷＦ6ガス、ＳｉＨ4ガス、およびＨ2ガスを供給する。その結果、表面には内側になるにしたがって次第に窒素含有量が減少する組成勾配を有する窒化タングステン部２４が形成され、その内側にはタングステンからなるタングステン部２５が形成される。このようにして図２に示す構造を有するコンタクト２０、２３が形成される。
【００４２】
より具体的には、成膜開始時は、基板を２００℃〜４００℃に加熱し、ＣＶＤ装置の容器内は、例えば圧力２００Ｐａ、ＷＦ6ガス流量８０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ4ガス流量５ｓｃｃｍ、ＮＨ3ガス流量１６０ｓｃｃｍ、およびＡｒガス流量５０００ｓｃｃｍに設定する。そして、ＮＨ3ガス流量を例えば３ｓｃｃｍ／秒の割合で、あるいは段階的に減少させ、最終的には、ＮＨ3ガス流量を０とし、圧力１０００Ｐａ、ＷＦ6ガス流量８０ｓｃｃｍおよびＨ2ガス流量５０００ｓｃｃｍとする。このようにして成膜することにより、図２に示すような窒素含有量がコンタクト２０、２３の外表面から離れるにしたがって窒素含有量が連続的に減少し、窒素含有量の勾配があるコンタクト２０、２３が形成される。なお、ＳｉＨ4ガスのかわりにＢ2Ｈ6ガスを用いてもよい。
【００４３】
また、組成勾配を有する窒化タングステン部２４は、コンタクトの表面から１ｎｍ〜０ｎｍの厚さに形成することが好ましい。窒化タングステン部２４の厚さが、コンタクトホールの基板面に平行な断面形状が円形である場合はその半径の２０％を超えるとき、コンタクトホールの基板面に平行な断面形状が四角形の場合はその一辺の長さの１０％を超えるときは、それ自体の電気抵抗が増加し、コンタクト全体の電気抵抗が増加する。また、厚さが１ｎｍを切るとバリア膜としての機能が低下し、シリサイド膜からコンタクトへのシリコン原子の拡散が増加する。なお、ここでの厚さはコンタクトの表面から窒素含有量がほぼ０となる厚さをいう。
【００４４】
次いで、図６（Ｂ）の工程の後に、導電材料４０の表面をＣＭＰ（化学的機械研磨）法により第１層間絶縁膜１５ｂの表面が露出するまで平坦化する。この後に、図示および詳細な説明は省略するが図１を参照して、更に、第１層間絶縁膜およびコンタクト２０、２３を覆う、第２層間絶縁膜３６、エッチング・ストッパ膜３５ａ、第３層間絶縁膜３７、エッチング・ストッパ膜３５ｂを順次形成し、デュアルダマシン法を用いて、コンタクト２０、２３の表面に接触するＣｕからなるビア１６および配線１７を形成し、図１に示す半導体装置１０が形成される。
【００４５】
本実施の形態によれば、ＣＶＤ法を用いて、コンタクト２０、２３の表面に密着膜およびバリア膜としての窒化タングステン部２４を形成し、連続的に埋め込み層としてのタングステン部２５をその内側に形成することにより、窒化タングステン部２４が大気に曝されることがない。従来は、バリア膜と埋め込み層とを異なる装置により形成する際に、バリア膜が表面酸化あるいは表面汚染されコンタクトの電気抵抗や断線等の発生の原因となっていたの対し、本実施の形態によれば、バリア膜の表面酸化あるいは表面汚染を防止し、低電気抵抗で信頼性の高いコンタクトを形成することができる。
【００４６】
また、本実施の形態によれば、バリア膜と埋め込み層とが一体化して形成されているので、組成勾配を有する窒化タングステン部２４のうち、窒素含有量の高い部分、例えば差第１窒化タングステン部２４ａの厚さを薄膜化できるので、コンタクト２０、２３の低電気抵抗化を図ることができる。
【００４７】
なお、タングステン部２５は、タングステンを主成分として、Ｓｉ、Ｂ、Ｐ、Ｔｉのうち少なくとも１種の元素を含んでもよい。
【００４８】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の断面図、図８は、第２の実施の形態に係る半導体装置のコンタクトの要部を拡大して示す模式図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
図７および図８を参照するに、本実施の形態に係る半導体装置６０は、コンタクト６１、６２の構造が異なる以外は、第１の実施の形態に係る半導体装置と同様に構成されている。
【００５０】
コンタクト６１、６２は、シリサイド膜１９、２２および第１層間絶縁膜１５ｂの内壁に接する表面に、窒化タングステン膜６３が形成され、その内側にはタングステンが充填されたタングステン部が形成されている。窒化タングステン膜６３は、例えば化学量論的組成の窒化タングステンからなる。図７および図８に窒化タングステン膜とタングステン材料の界面を示したが、窒化タングステン膜６３とタングステン部２５は連続して形成されているので、界面では窒化タングステンとタングステンが混合しており、その界面は不鮮明になっている。したがって、界面では窒素含有量が変化する傾きが、従来のバリア膜と埋め込み層を異なる装置で形成する場合よりも低減され、かつ、窒化タングステン膜６３とタングステン部２５とが緻密に結合していると推察される。したがって、熱履歴によるコンタクト内の局所的な断線を回避することができ、従来よりも低電気抵抗化を図ることができる。
【００５１】
コンタクト６１、６２の形成は、第１の実施の形態の図６（Ｂ）の工程において、ＣＶＤ法により成膜開始時は、基板を２００℃〜４００℃に加熱し、ＣＶＤ装置の容器内にプロセスガスとして、ＷＦ6ガス、ＳｉＨ4ガス、ＮＨ3ガス、およびＡｒガスを供給し、窒化タングステン膜６３を成膜する。そしてＮＨ3ガスおよびＡｒガスの供給を停止し、ＷＦ6ガス、ＳｉＨ4ガス、およびＨ2ガスを供給してタングステン部２５を形成する。具体的な製造条件は、上述した図６（Ｂ）の工程と略同様である。このようにして成膜することにより、窒化タングステン膜６３の表面を大気に曝すことなく連続的に形成できる。なお、ＳｉＨ4ガスのかわりにＢ2Ｈ6ガスを用いてもよい。
【００５２】
本実施の形態によれば、コンタクト６１、６２は、窒化タングステン膜６３とタングステン部２５の界面が大気に曝されていないので、大気中に含まれる酸素原子や有機物ガスなどが存在せず、酸化や汚染が生じていない。したがって、コンタクト６１、６２は、従来のバリア膜と埋め込み層が異なる装置により形成され、バリア膜と埋め込み層との間に大気に曝されている場合よりも、低電気抵抗化および高信頼性化を図ることができる。
【００５３】
次に本実施の形態の変形例に係る半導体装置を説明する。本変形例の半導体装置は、コンタクトの構造が異なる以外は、図７に示す半導体装置と同様に構成されているので、同様の部分については説明を省略する。
【００５４】
図９は、第２の実施の形態の変形例に係る半導体装置のコンタクトの要部を拡大して示す模式図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５５】
本変形例のコンタクト６０、６１は、その表面、すなわち、シリサイド膜１９、２２および第１層間絶縁膜１５ｂの内壁に接する表面にタングステン膜６５が形成され、その内側に窒化タングステン膜６３と、その内側にタングステンが充填されたタングステン部２５から構成され、タングステン膜６５が設けられた以外は、図７および図８に示す第２の実施の形態のコンタクトと同様に構成される。
【００５６】
タングステン膜６５は、例えば原子層が１層〜５層程度からなり、ＣＶＤ法、特に単原子層を形成できるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成する。上述した図６（Ｂ）の工程のＣＶＤ法のかわりにＡＬＤ法を用いて、コンタクトホール２０ａ、２３ａに導電材料を充填する。具体的には、最初に、ＳｉＨ4ガスを供給してコンタクトホール２０ａ、２３ａの表面にイニシエーション膜を形成し、次いでＷＦ6ガス（例えば流量５０ｓｃｃｍ）とＮＨ3ガス（例えば流量１００ｓｃｃｍ）を交互に１０回〜６０回繰り返して供給し、タングステン膜６５および窒化タングステン膜６３を形成し、さらに、その内側に第１の実施の形態と同様にしてタングステン部２５を形成する。なお、他の工程は上述した第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００５７】
本変形例によれば、シリサイド膜１９、２２に接触するコンタクト６０、６１の表面がタングステン膜６５からなるので、密着性が良好でかつシリサイド膜１９、２２とコンタクト６０、６１との接触抵抗を低減できる。
【００５８】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５９】
例えば、実施の形態においてコンタクトは不純物拡散領域やゲート電極に形成されたシリサイド膜に接触する場合を例に説明したが、ビアやプラグ等の垂直配線に適用できる。
【００６０】
また、実施の形態においてｎ型ＭＯＳトランジスタを例に説明したが、本発明はｐ型ＭＯＳトランジスタ、ＣＭＯＳトランジスタ、さらにＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタやその他の半導体装置に適用できる。
【００６１】
以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）  第１の導電体と、
前記第１の導電体を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に配設された第２の導電体と、
前記絶縁膜を貫通し、第１の導電体と第２の導電体とを電気的に接続するコンタクトと、を備え、
前記コンタクトは、
前記第１の導電体および絶縁膜に接する表面に形成された窒化タングステン部と、該窒化タングステン部の内側に形成されたタングステン部からなり、
前記窒化タングステン部の表面からタングステン部に亘って、該表面から離れるにしたがって窒素含有量がほぼ連続的に減少してなることを特徴とする半導体装置。
（付記２）  前記コンタクトは、窒化タングステン部の外側にタングステン膜をさらに備えることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記３）  前記タングステン膜は１原子層〜５原子層のうちいずれかの原子層数からなることを特徴とする付記２記載の半導体装置。
（付記４）  シリコン基板と、
前記シリコン基板中に形成された不純物拡散領域と、ゲート酸化膜およびゲート電極を有するゲート構造体とからなるトランジスタと、
前記不純物拡散領域あるいはゲート電極の表面に形成されたシリサイド膜と、
前記シリコン基板の表面およびトランジスタを覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された配線と、
前記絶縁膜を貫通し、前記シリサイド膜と配線とを電気的に接続するコンタクトと、を備え、
前記コンタクトは、
前記シリサイド膜および絶縁膜と接する表面に形成された窒化タングステン部と、該窒化タングステン部の内側に形成されたタングステン部からなり、
前記窒化タングステン部の表面からタングステン部に亘って、該表面から離れるにしたがって窒素含有量がほぼ連続的に減少することを特徴とする半導体装置。
（付記５）  第１の導電体と、
前記第１の導電体を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられた第２の導電体と、
前記絶縁膜を貫通し、第１の導電体と第２の導電体とを電気的に接続するコンタクトと、を備え、
前記コンタクトは、
前記第１の導電体および絶縁膜に接する表面に形成された窒化タングステン部と、該窒化タングステン部の内側に形成されたタングステン部からなり、
前記窒化タングステン部とタングステン部との界面において、窒化タングステン材料とタングステン材料が混合してなることを特徴とする半導体装置。
（付記６）  前記第１の導電体はシリサイド膜からなり、
前記シリサイド膜は、ＮｉＳｉ、ＣｏＳｉ2、ＴａＳｉ2、ＴｉＳｉ2、およびＰｔＳｉからなる群のうちいずれか１種からなることを特徴とする付記１〜５のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
（付記７）  前記第２の導電体は、絶縁膜に接する表面が前記窒化タングステン部からなり、その内側に前記タングステン部が形成されてなることを特徴とする付記１〜３、５、および６のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
（付記８）  第１の導電体と、
前記第１の導電体を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられた第２の導電体と、
前記絶縁膜を貫通し、第１の導電体と第２の導電体とを電気的に接続するコンタクトと、を備える半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜を貫通し、第１の導電体を露出するコンタクトホールを形成する工程と、
ＣＶＤ装置を用いて、第１の導電体およびコンタクトホール内壁の表面を覆う窒化タングステン部を形成する処理と、次いでコンタクトホール内にタングステン材料を充填する処理とを連続して行うコンタクト形成工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記９）  前記窒化タングステン部を形成する処理に用いるプロセスガスが、ＷＦ6ガスと、ＮＨ3ガスと、Ａｒガスと、ＳｉＨ4ガスまたはＢ2Ｈ6ガスであり、
前記タングステン材料部を形成する処理に用いるプロセスガスが、ＷＦ6ガスと、Ｈ2ガスと、ＳｉＨ4ガスまたはＢ2Ｈ6ガスであることを特徴とする付記８記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０）  前記タングステン材料を充填する処理は、窒化タングステン部を形成する処理に用いた窒素源となるプロセスガスの供給を停止して連続的にタングステン材料を充填することを特徴とする付記８または９記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１）  前記窒化タングステン部を形成する処理は、窒素源となるプロセスガスの流量を成膜開始時に第１の流量に設定し、次いで次第に該流量を減少させ、成膜終了時には該第１の流量よりも小なる第２の流量に設定されてなることを特徴とする付記８〜１０のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２）  前記第１の流量から第２の流量にステップ状あるいは連続的に流量を減少させることを特徴とする付記１１記載の半導体装置の製造方法。
（付記１３）  前記第２の流量を略０とすることを特徴とする付記１１または１２記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４）  コンタクトホールを形成する工程とコンタクト形成工程との間に、
前記第１の導電体の表面を、ＮＦ3ガスあるいはＨ2ガスを用いてプラズマエッチング処理を行い、あるいは、Ａｒガスを用いてスパッタエッチング処理を行うことを特徴とする付記８〜１３のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体装置のコンタクトの要部を拡大して示す模式図である。
【図３】コンタクトの組成分布を示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程図（その１）である。
【図５】（Ａ）および（Ｂ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程図（その２）である。
【図６】（Ａ）および（Ｂ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程図（その３）である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る半導体装置のコンタクトの要部を拡大して示す模式図である。
【図９】第２の実施の形態の変形例に係る半導体装置のコンタクトの要部を拡大して示す模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０    半導体装置
１１    シリコン基板
１２    素子分離領域
１３    素子領域
１４    トランジスタ
１５ａ    シリコン窒化膜
１５ｂ    第１層間絶縁膜
１６    ビア
１７    配線
１８    不純物拡散領域
１９、２２    シリサイド膜
２０、２３、６１、６２  コンタクト
２１    ゲート電極
２１ａ  ポリシリコン膜
２４    窒化タングステン部
２４ａ〜２４ｃ    第１〜第３窒化タングステン部
２５    タングステン部
２６    ｐ型ウェル領域
２８    ゲート酸化膜
２９    ゲート積層体
３０    ｐ型ポケット領域
３１    浅い接合領域
３２    側壁絶縁膜
３３    深い接合領域
３４    Ｎｉ膜
３５ａ、３５ｂ    エッチング・ストッパ膜
３６    第２層間絶縁膜
３７    第３層間絶縁膜
３８、３９    レジスト膜
４０    導電材料
６３    窒化タングステン膜
６５    タングステン膜
【図１】
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【図２】
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【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】
2006059982.tif 000009
【図８】
2006059982.tif 000010
【図９】
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