(57)【要約】【課題】  半導体装置製造においてにおいて、界面準位を低減するための手段として、水素を含む雰囲気中での熱処理が採用されているが、金属配線のバリアメタル層にチタンを使用した場合、チタンが水素を吸着するために、水素熱処理を行っても界面準位が低減しない問題があった。本発明では、バリアメタルにチタンを含む膜を使用した場合であっても、界面準位を低減することができる半導体装置の製造方法を提案する。【解決手段】  シリコン基板上に、層間絶縁膜を形成する工程と、バリアメタル層にチタンを含む金属配線を形成する工程有する半導体装置の製造方法において、前記層間絶縁膜を形成する工程の後で、かつ前記バリアメタル層にチタンを含む金属配線を形成する工程の前に、水素を含む雰囲気での熱処理を行うこととした。【選択図】  図２
2006216644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極に隣接してソース及びドレイン領域を形成する工程と、層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、バリアメタル層にチタンを含む金属配線を形成する工程と、保護膜を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜を形成する工程の後で、かつ前記バリアメタル層にチタンを含む金属配線を形成する工程の前に、水素を含む雰囲気での熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記水素を含む雰囲気での熱処理が、水素濃度が5パーセント以上の雰囲気中で行われ、且つ熱処理温度が400℃以上であることを特徴とする、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極に隣接してソース及びドレイン領域を形成する工程と、層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、バリアメタル層にチタンを含む金属配線を形成する工程と、保護膜を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜を形成する工程の後で、かつ前記コンタクトホールを形成する工程の前に、水素を含む雰囲気での熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記水素を含む雰囲気での熱処理が、水素濃度が5パーセント以上の雰囲気中で行われ、且つ熱処理温度が400℃以上であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置においては、半導体と絶縁膜の界面に存在する界面準位の低減が要求されている。MOSトランジスタのゲート絶縁膜の界面準位の増加は、しきい値電圧VTHの上昇やキャリア移動度の低下、サブスレッショルド特性の悪化につながる。また、PINダイオード等の受光素子においては、空乏層に接する絶縁膜の界面準位が増加すると、暗電流の増大によりS／N比（シグナル／ノイズ比）が低下する。
【０００３】
従来から、界面準位を低減するための手段として、水素を含む雰囲気中での熱処理により、界面に存在するダングリングボンドを水素で終端する方法が採用されている。但し、金属配線のバリアメタル層にチタンを使用した場合、チタンが水素を吸着するために、水素熱処理を行っても界面準位が低減しない問題があった。
【０００４】
上記の問題を解決する為、バリアメタルにチタンを含む膜を使用せず、バリアメタルとしてタングステンを含む材料を使用している。この方法によれば、バリアメタルにチタンを使用しないことにより、水素熱処理による界面準位の低減が可能となる。但し、バリアメタルにチタンを使用した場合より密着性が劣るという欠点が存在する。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００３−２０４０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の背景技術で述べたように、バリアメタルにチタンを含む膜を使用した場合には、水素雰囲気中での熱処理の効果が低く、界面準位の低減が困難であった。また、MOSトランジスタの、ゲート電極上に、バリアメタルにチタンを含む膜が存在すると、チタンを含む膜による水素拡散の遮蔽および水素吸着の２重の効果により、界面準位の低減はますます困難となる。
【０００６】
しかしながら、ゲート長の長いMOSトランジスタのゲート上に金属配線を配置したり、ソース電極やドレイン電極配線の電流容量を大きくするためにソース電極やドレイン電極の幅を広げてゲート電極上に張り出したりすることは、ICを小さくデザインするためには必要なことである。また、前述したように、膜の密着性が良好であることから、バリアメタルとしてチタンを含む膜を使用する要望がある。
【０００７】
従って、本発明では、バリアメタルにチタンを含む膜を使用し、且つその金属配線がゲート上に存在するような場合であっても、界面準位を低減することができる半導体装置の製造方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法では、バリアメタルにチタンを含む膜を使用し、且つその金属配線がゲート上に存在するような場合であっても、界面準位を低減するために以下の手段をとった。
【０００９】
第一の手段として、シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極に隣接してソース及びドレイン領域を形成する工程と、層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、バリアメタル層にチタンを含む金属配線を形成する工程と、保護膜を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法において、前記層間絶縁膜を形成する工程の後で、かつ前記バリアメタル層にチタンを含む金属配線を形成する工程の前に、水素を含む雰囲気での熱処理を行うこととした。
【００１０】
第二の手段として、前記第一の手段での、水素を含む雰囲気での熱処理が、水素濃度が5パーセント以上の雰囲気中で行われ、且つ熱処理温度が400℃以上であることとした。
【００１１】
第三の手段として、シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極に隣接してソース及びドレイン領域を形成する工程と、層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、バリアメタル層にチタンを含む金属配線を形成する工程と、保護膜を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法において、前記層間絶縁膜を形成する工程の後で、かつ前記コンタクトホールを形成する工程の前に、水素を含む雰囲気での熱処理を行うこととした。
【００１２】
第四の手段として、前記第一の手段での、水素を含む雰囲気での熱処理が、水素濃度が5パーセント以上の雰囲気中で行われ、且つ熱処理温度が400℃以上であることとした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法では、以下の効果が得られる。
【００１４】
前記第一の手段をとることにより、バリアメタルにチタンを含む膜を使用する場合であっても、金属配線を形成する前であるために、シリコンと絶縁膜界面への水素拡散が妨げられることはなく、界面準位が低減される。また、金属配線が存在しないため、高温処理による、メタルのスパイクや、シリコンの吸い上げの問題が発生しない。従って、より高温での水素雰囲気での熱処理が可能となる。
【００１５】
前記第二の手段をとることにより、水素の拡散が増し、ダングリングボンドを終端する反応の確率が高まるため、界面準位がより低減される。
【００１６】
前記第三の手段をとることにより、バリアメタルにチタンを含む膜を使用する場合であっても、金属配線を形成する前であるために、シリコンと絶縁膜界面への水素拡散が妨げられることはなく、界面準位が低減される。また、金属配線が存在しないため、高温処理による、メタルのスパイクや、シリコンの吸い上げの問題が発生しない。従って、より高温での水素雰囲気での熱処理が可能となる。また、シリコン基板の開口部が存在しないため、熱処理装置内に重金属が存在した場合でも、シリコン基板への重金属汚染が防止されるという利点がある。
【００１７】
前記第四の手段をとることにより、水素の拡散が増し、ダングリングボンドを終端する反応の確率が高まるため、界面準位がより低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は及び図２は、本発明の実施例１を説明するための、工程順断面図である。
【００２０】
図１(a)に示すように、シリコン基板1の表面にフィールド酸化膜２と、ゲート絶縁膜３を形成した後に、ゲート電極４を形成する。次に、図１(b)に示すように、ゲート電極４をマスクとするか、又はレジストをマスクとしたイオン注入を行い、ゲート電極４に隣接してソース・ドレイン領域５を形成する。次に、図１(c)に示すように、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法で、層間絶縁膜６を形成する。次に、図２(d)に示すように、層間絶縁膜６にコンタクトホール７を形成する。
【００２１】
ここで、次の、バリアメタル層にチタンを含む金属配線を形成する工程の前に、水素を含む雰囲気中での熱処理を行う。金属配線の形成前であるから、水素の拡散が金属配線により遮蔽されたり、水素が金属配線に吸着されたりすることは無い。従って、ゲート絶縁膜３とシリコン基板１の界面、及びフィールド酸化膜２とシリコン基板１の界面に水素は容易に到達し、ダングリングボンドを終端して界面準位を低減することができる。水素を含む雰囲気中での熱処理は、水素の拡散及びダングリングボンドの終端を十分に行う為には、水素濃度が5パーセント以上、温度は４００℃以上であることが望ましい。なお、コンタクトホール７形成後に熱処理を行う場合、コンタクトホールの底部が露出しているため、そこからシリコン基板１への重金属汚染の可能性がある。従って、重金属の存在しない雰囲気及び装置で熱処理をおこなうことが望ましい。
【００２２】
次に、図２(e)に示すように、チタンを含むバリアメタル層８およびAL-Si-Cu合金である金属配線層９を形成する。バリアメタル層８及び金属配線層９の形成後で、次の、保護膜形成の工程の前にも、水素を含む雰囲気中での熱処理を行うことが望ましい。ここでの熱処理は、金属配線形成の前に行った水素雰囲気での熱処理の後に、金属配線形成の工程のプラズマダメージ等で新たに増加した界面準位の低減の効果の他に、バリアメタル層８および金属配線層９の密着性を高める効果がある。
【００２３】
次に、図２(f)に示すように、プラズマＣＶＤ法などで、シリコン窒化膜などからなる保護膜１０を形成する。
【００２４】
以上のように、バリアメタル層にチタンを含む金属配線を形成する工程の前に、水素を含む雰囲気中での熱処理を行うことにより、ゲート絶縁膜とシリコン基板の界面の界面準位が低減する。それにより、ＭＯＳトランジスタのVTHの上昇やキャリア移動度の低下、サブスレッショルド特性の悪化などが避けられる。この効果は、「発明が解決しようとする課題」で述べたように、ゲート上にバリアメタル層にチタンを含む金属配線が配置されている場合に更に顕著に現れる。
【実施例２】
【００２５】
本発明の実施例２を以下に説明する。
【００２６】
実施例２では、水素を含む熱処理を行う工程のみが実施例１と異なり、他は全て実施例１と同様となる。  実施例１では、図２(d)に示した層間絶縁膜６にコンタクトホール７を形成する工程の後、図２(e)に示したチタンを含むバリアメタル層８及び金属配線９を形成する工程の前に、水素を含む熱処理を行った。
【００２７】
実施例２では、図1(c)に示した層間絶縁膜６を形成する工程の後で、且つ図２(d)に示した層間絶縁膜６にコンタクトホール７を形成する工程の前に、水素を含む雰囲気中での熱処理を行う。コンタクトホールの底部が露出していないため、そこからシリコン基板１への重金属汚染の可能性が低いという利点が存在する。重金属汚染の可能性が低い為、より高温での水素を含む雰囲気中での熱処理が可能となり、水素の拡散とダングリングボンドの終端する反応の確率がより高まるという利点もある。
【００２８】
実施例２においても、実施例１の場合と同様に、水素を含む雰囲気中での熱処理は、水素の拡散及びダングリングボンドの終端を十分に行う為には、水素濃度が5パーセント以上、温度は４００℃以上であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例を説明するための、工程順断面図。
【図２】本発明の実施例を説明するための、工程順断面図。
【符号の説明】
【００３０】
１    シリコン基板
２    フィールド酸化膜
３    ゲート絶縁膜
４    ゲート電極
５    ソース・ドレイン領域
６    層間絶縁膜
７    コンタクトホール
８    バリアメタル層
９    金属配線層
１０  保護膜
【図１】
2006216644.tif 000003
【図２】
2006216644.tif 000004