(57)【要約】【課題】  製造工程の増加を招くことなく、タングステン配線を低抵抗化できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明は、基板表面に、微細形状を有する絶縁層を形成した後、この微細形状を含む絶縁層表面に、ＴｉＷ膜からなる下地層を形成する工程と、下地層の表面に、タングステン膜からなる配線層を形成する工程とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に、微細形状を有する絶縁層を形成した後、この微細形状を含む絶縁層表面に、ＴｉＷ膜からなる下地層を形成する工程と、
下地層の表面に、タングステン膜からなる配線層を形成する工程とを、含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程において、真空チャンバ内で微細形状を有する絶縁層を有する処理基板をタングステン製のターゲットに対向配置し、真空チャンバ内に希ガスからなるスパッタガスを導入してプラズマ雰囲気を形成し、ターゲットをスパッタリングすることで前記配線層が形成され、真空チャンバ内のスパッタガスの分圧を０．６〜１．２Ｐａの範囲に設定す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。
【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し、特に、タングステン配線層の低抵抗化を図ることができるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の配線層として、タングステン（Ｗ）を利用したものが知られている。このタングステン配線層を微細形状を有する絶縁層表面に形成するのに際しては、密着性を高める等の理由から、その抵抗値が配線抵抗として影響を与えない程度の厚みで下地層たるＴｉＮ膜が形成される。
【０００３】
例えば、特許文献１では、先ず、シリコン基板上に、コンタクトホ−ル（微細ホール）を形成したＳｉＯ２膜たる絶縁層を形成し、四塩化チタンと水素ガスを用いて、ＣＶＤによりコンタクトホ−ル内にチタン膜を形成する。そして、チタン膜表面に、四塩化チタンとアンモニアとを導入して、ＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成する。最後に、窒化チタン膜をアンモニアでアニ−ル処理した後、窒化チタン膜上にタングステン膜からなる配線層を形成する。
【０００４】
ところで、上記絶縁層とタングステン膜たる配線層との間にＴｉＮからなる下地層を介在させた場合、絶縁層表面に直接タングステン膜を形成した場合と比較して、タングステン膜自体の抵抗値が倍以上に上昇することが知られている。このことは、半導体装置に適用したときの配線抵抗の上昇を招く。
【０００５】
このような場合、下地層を、ＳｉＯ２膜上に形成したＴｉＮ膜と、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ及びＷから形成される群から選択される少なくとも一つの物質で非晶質の第２金属シリサイド膜から形成されるバッファ膜と、から構成することが提案されている（特許文献２参照）。然し、このように下地層を二層構造とすると、生産工程が増えて生産性が悪く、製造コストも高くなる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２１０６０６号公報
【特許文献２】特開２００６−３１０８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、生産工程の増加を招くことなく、タングステン配線層を低抵抗化できる半導体装置の製造方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板表面に、微細形状を有する絶縁層を形成した後、この微細形状を含む絶縁層表面に、ＴｉＷ膜からなる下地層を形成する工程と、下地層の表面に、タングステン膜からなる配線層を形成する工程とを、含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、第２金属シリサイド膜から形成されるバッファ膜のかわりにＴｉＷ膜を用いることで、または、第２金属シリサイド膜から形成されるバッファ膜なしに下地層としてＴｉＷ膜を用いることで、配線膜の抵抗値を、下地層としてＴｉＮ膜を用いる従来例と比較して半分以下にすることができる。これは、下地層としてＴｉＷ膜を介在させることで、その後に形成される配線層たるタングステンの結晶粒が、ＴｉＮ膜からなる下地層を介在させる従来例のものと比較して大きくなることに起因しているものと考えられる。これにより、上記他の従来例のように他の中間層（バッファ層）を形成する必要がないため、少ない工程でタングステンからなる低抵抗の配線層を形成でき、製造コストの上昇を抑制できる。
【００１０】
本発明においては、前記第２工程において、真空チャンバ内で微細ホールを有する絶縁層を有する処理基板をタングステン製のターゲットに対向配置し、真空チャンバ内に希ガスからなるスパッタガスを導入してプラズマ雰囲気を形成し、ターゲットをスパッタリングすることで前記配線層が形成され、真空チャンバ内のスパッタガスの分圧を０．６〜１．２Ｐａの範囲に設定することが好ましい。これによれば、タングステンからなる配意膜の抵抗値を一層低くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の半導体装置の製造工程を概略的に説明する図。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法を実施し得るスパッタリング装置の構成を概略的に示す図。
【図３】実験結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、コンタクトホールを形成したＳｉＯ２膜たる絶縁層に、ＴｉＷ膜からなる下地層Ｔ１と、タングステン（Ｗ）膜からなる配線膜Ｔ２を形成する本発明の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。
【００１３】
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、基板（例えばＳｉウエハ）上に、公知の方法で、ＳｉＯ２膜たる絶縁層Ｉを所定膜厚で形成し、微細形状Ｈをパターニング形成する（以下、これを「処理基板Ｗ」という）。そして、図１（ｂ）に示すように、微細形状Ｈを含むシリコン酸化物膜Ｉ表面の全体に亘って、ＴｉＷからなる下地層Ｔ１を形成する。この下地層Ｔ１表面に、タングステン膜からなる配線膜Ｔ２を形成する。そして、本実施形態では、下地層Ｔ１及び配線膜Ｔ２は、同一の構成を有するスパッタリング装置にて夫々形成される。以下、このスパッタリング装置ＳＭの構成を、配線層Ｔ２を形成する場合を例に説明する。
【００１４】
図１に示すように、スパッタリング装置ＳＭは、マグネトロン方式のものであり、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段を介して所定の真空度に保持できる真空チャンバ１を有し、成膜室を画成する。真空チャンバ１の天井部にカソードユニットＣが取付けられている。以下においては、図１中、真空チャンバ１の天井部側を向く方向を「上」とし、その底部側を向く方向を「下」として説明する。
【００１５】
カソードユニットＣは、ターゲット２と、このターゲット２の上方に配置された磁石ユニット３とから構成されている。ターゲット２は、タングステン製で、処理基板Ｗの輪郭に応じて、公知の方法で平面視円形に形成されたものである。他方、下地層Ｔ１を形成するものではＴｉＷ合金製のものが用いられる。また、ターゲット２は、図示省略のバッキングプレートに装着した状態で、そのスパッタ面２１を下方にして絶縁体Ｉを介して真空チャンバ１に取り付けられる。更に、ターゲット２はＤＣ電源Ｅに接続され、スパッタ中、ターゲット２に負の直流電位が印加される。
【００１６】
ターゲット２の上方に配置される磁石ユニット３は、ターゲット２のスパッタ面２ａの下方空間に磁場を発生させ、スパッタ時にスパッタ面２１の下方で電離した電子等を捕捉してターゲット２から飛散したスパッタ粒子を効率よく処理基板Ｗに付着させる公知の構造を有するものであり、ここでは詳細な説明を省略する。
【００１７】
真空チャンバ１の底部には、ターゲット２に対向させてステージ４が配置され、処理基板Ｗがその成膜面を上側にして位置決め保持されるようになっている。この場合、ターゲット２と処理基板Ｗとの間の間隔は、処理基板Ｗの直径よりも小さくなるように設定されている。また、真空チャンバ１の側壁には、アルゴン等の希ガスたるスパッタガスを導入するガス管４が接続されている。このガス管４には、マスフローコントローラ５が介設され、図示省略のガス源に連通している。これにより、流量制御されたスパッタガスが真空チャンバ１内に導入できる。
【００１８】
真空チャンバ１の底部には、ターボ分子ポンプやロータリーポンプなどからなる図示省略の真空排気装置に通じる排気管６が接続されている。上記スパッタリング装置ＳＭは、特に図示しないが、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御手段を有し、制御手段により上記各電源Ｅ１の稼働、マスフローコントローラ５の稼働や真空排気装置の稼働等を統括管理するようになっている。
【００１９】
次に、ターゲット２の種類のみが異なる上記構成のスパッタリング装置ＳＭを用いた下地層Ｔ１及び配線層Ｔ２の形成について説明する。
【００２０】
先ず、ＴｉＷ合金製のターゲット２が装着された真空チャンバ１内は、あらかじめ真空排気手段を作動させて真空チャンバ１内を所定の真空度（例えば、１０−５Ｐａ）まで真空引きしておく。その後、真空チャンバ１内のステージ４に処理基板Ｗをセットし、マスフローコントローラ５を制御してアルゴンガスを所定の流量で導入し、ＤＣ電源ＥよりＴｉＷ合金製のターゲット２に所定の負の電位を印加（電力投入）して真空チャンバ２内にプラズマ雰囲気を形成する。これにより、スパッタリングにて微細形状Ｈを含む絶縁層Ｉの表面全体に亘ってＴｉＷ膜たる下地層Ｔ１が形成される。このとき、成膜時の条件（アルゴンガスの分圧やターゲットへの投入電力等）から定まる成膜レートを基に、スパッタ時間を設定し、所望の膜厚の下地層Ｔ１が形成される。
【００２１】
次に、下地層Ｔ１が形成された処理基板Ｗ１を真空チャンバ１から取り出し、タングステン製のターゲット２が装着されたスパッタリング装置のステージ４に処理基板Ｗをセットする（上記同様、真空チャンバ内は所定の真空度（例えば、１０−５Ｐａ）まで真空引きしておく）。その後、真空チャンバ１内に、マスフローコントローラ５を制御してアルゴンガスを所定の流量で導入し、ＤＣ電源Ｅよりタングステン製のターゲット２に所定の負の電位を印加（電力投入）して真空チャンバ２内にプラズマ雰囲気を形成する。これにより、下地膜Ｔ１の表面全体に亘ってタングステン膜たる配線膜Ｔ２が形成される。この場合もまた、ターゲット２への投入電力、スパッタ時間やアルゴンガスの導入量（ひいては、成膜時のアルゴンガスの分圧）を適宜制御して所望の膜厚の下地層が形成される。このとき、前記第２工程にて、真空チャンバ１内のスパッタガスの分圧を０．６〜１．２Ｐａの範囲に設定することが好ましい。この範囲内であれば、タングステン膜Ｔ２の抵抗値を効果的に低くできる。
【００２２】
次に、本発明の上記効果を確認するために、上記構成のスパッタリング装置ＳＭを用いて以下の実験を行った。この実験では、基板Ｗ１として、φ３００ｍｍのＳｉウエハ表面全体に亘ってシリコン酸化物膜Ｉを形成したものを用いた。
【００２３】
ＴｉＷ膜の下地層Ｔ１を形成するのに際しては、ターゲット２として、タングステンとチタンとの組成比が  ９：１  で、スパッタ面２１の径がφ３９０ｍｍに作製したものを用い、ターゲット２と処理基板Ｗ１との間の距離を７０ｍｍに設定した。また、スパッタガスとしてアルゴンガスを用い、１００ｓｃｃｍの流量で導入し、ターゲットへの投入電力を５ＫＷに設定すると共に、成膜時間を３．５秒に設定した（下地層の膜厚が約１０ｎｍ）。
【００２４】
他方、タングステン膜の配線層Ｔ２を形成するのに際しては、ターゲット２として、タングステンの純度が９９．９９９％で、スパッタ面２１の径がφ４４０ｍｍに作製したものを用い、ターゲット２と処理基板Ｗ１との間の距離を６０ｍｍに設定した。また、スパッタガスとしてアルゴンガスを用い、１５０ｓｃｃｍの流量で導入し、ターゲットへの投入電力を４ＫＷに設定すると共に、成膜時間を４３秒に設定した（配線層の膜厚が約１００ｎｍ）。
【００２５】
上記実験によれば、タングステン膜のシート抵抗値が約１１μΩｃｍ以下であり、これは、ＴｉＮを介在させた上記従来例のもの（約２５μΩｃｍ）と比較して、半分以下の値にすることが確認できた。
【００２６】
次に、配線層Ｔ２形成時に、真空チャンバ１内のアルゴン分圧を変化させる以外は、上記と同条件で成膜を行う他の実験を行った。図３は、成膜時の真空チャンバ１内におけるアルゴン分圧とタングステン膜の比抵抗値との関係を示すグラフである。これによれば、アルゴン分圧が０．６〜１．２Ｐａの範囲内であるとき、比抵抗値を最も低くでき、その範囲がずれると、比抵抗値が上昇することが確認された。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態においては、同一構成を有するスパッタリング装置ＳＭにより下地層Ｔ１と配線層Ｔ２とを夫々形成するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の成膜方法により下地層Ｔ１と配線層Ｔ２とを形成することができる。
【符号の説明】
【００２８】
ＳＭ…スパッタリング装置、１…真空チャンバ、２…ターゲット、４…ガス管、５…マスフローコントローラ、Ｗ…処理基板、Ｉ…ＳｉＯ２膜（絶縁層）、Ｈ…微細形状、Ｔ１…下地層（ＴｉＷ膜）、Ｔ２…配線膜（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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