(57)【要約】【課題】膜厚が均一で、かつ、拡散を抑え、抵抗を低減することができるバリアメタル膜を形成する。【解決手段】第１の金属を含む導電膜と、絶縁膜とが表面に共存する基板上に、第２の金属、あるいは、第２の金属を含む化合物を、第２の金属、あるいは、化合物の化学吸着が飽和しない条件で照射する。この条件下で、第２の金属あるいは第２の金属を含む化合物は、絶縁膜上により多く吸着し、導電膜上への吸着量は少ない。この状態で、基板に、還元性を有する材料を照射する。このように、金属照射と、還元性材料照射を、所定の回数繰り返し行うことにより、バリアメタル膜を形成する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属を含む配線の形成された下層基板と、
前記下層基板上に形成された層間絶縁膜と、
前記絶縁膜を貫通し、前記配線上に形成された開口と、
前記開口の内壁に沿って形成され、第２の金属を含むバリアメタルと、
前記開口内の前記バリアメタル上に埋め込まれた導電部材と、
を備え、
前記バリアメタルは、
前記開口の底部における膜厚が、前記開口の側壁における膜厚より薄いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記底部の前記バリアメタルの膜厚が、前記開口側壁の前記バリアメタルの膜厚の、７０％以下となることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
絶縁膜と、第１の金属を含む導電膜とが表面に共存する基板と、
前記基板上に形成され、第２の金属を含むバリアメタルと、
を備え、
前記バリアメタルは、
前記絶縁膜上における膜厚が、前記導電膜上における膜厚よりも厚いことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記導電膜上の前記バリアメタルの膜厚が、前記絶縁膜上の前記バリアメタルの膜厚の、７０％以下となることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
第１の金属を含む導電膜と、絶縁膜とが表面に共存する基板上に、第２の金属、あるいは、前記第２の金属を含む化合物を、前記第２の金属、あるいは、前記化合物の化学吸着が飽和しない条件で照射する金属照射工程と、
前記基板に、還元性を有する材料を照射する還元性材料照射工程と、
を備え、
前記金属照射工程と、前記還元性材料照射工程を、所定の回数繰り返し行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記基板は、第１の金属を含む配線の形成された下層基板と、前記下層基板に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通し、前記配線上に開口する開口を含み、
前記絶縁膜は、前記層間絶縁膜の、前記開口側壁部に露出する部分であり、
前記導電膜は、前記配線の、前記開口底部に露出する部分であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の金属は、Ｃｕであることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記金属照射工程は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、あるいは、Ｗを用いて行うことを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記金属照射工程は、テトラキスジメチルアミノチタニウム、テトラキスジエチルアミノチタニウム、チタニウムペンタクロライド、チタニウムペンタブロマイド、テトラキスジエチルアミノジルコニウム、テトラキスジメチルアミノジルコニウム、ペンタジメチルアミノタンタリウム、ペンタジエチルアミノタンタリウム、テルブチルイミドトリスヂメチルアミドタンタリウム、タンタリウムペンタフロライド、タンタリウムペンタクロライド、タンタリウムペンタブロマイド、タングステンヘキサフロライド、あるいは、タングステンヘキサクロライドのいずれかを用いて行うことを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記還元材料照射工程は、アンモニア、あるいは、ヒドラジンを用いて行うことを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記化合物は、ペンタジメチルアミノタンタリウムであり、
前記金属照射工程は、前記基板の温度を１５０℃〜２５０℃で行うことを特徴とする請求項５から１０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】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。更に、具体的には、金属を含む材料からなる薄膜を有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高速化の要求に伴い、トランジスタのスイッチング遅延を低減する必要性が高まっている。このため、配線材料としては、従来の配線材料であるＡｌ等に比して、比抵抗の小さいＣｕを主成分とする材料が用いられている。
【０００３】
しかし、Ｃｕは、従来用いられてきたＡｌに比して、Ｓｉや、ＳｉＯ２への拡散が大きく、従って、素子特性の劣化を招く場合がある。また、Ｃｕは、絶縁膜との密着性が乏しいため、加工性の劣化に繋がる。また、Ｃｕ表面には、Ａｌの場合と異なり、不動態酸化膜が形成されないことから、酸化が内部まで進行し、配線特性の劣化を招く場合がある。
【０００４】
従って、これらの不都合を防止するため、配線材料としてＣｕを用いる場合には、一般に、Ｃｕと、配線層間膜との界面に、バリアメタルを形成している。バリアメタルとしては、Ｔａ、ＴａＮが用いられる場合が多い。
【０００５】
例えば、ビアプラグを形成する場合、絶縁膜に形成されたビアホール内壁に、バリアメタルとしてＴａＮ等の薄膜を形成し、その後で、ビアホール内のＴａＮ膜上にＣｕが埋め込まれる。ここで、ＴａＮ等の薄膜を形成する方法の１つとして、スパッタ法が用いられている。具体的に、スパッタ法でＴａＮ膜を成膜する場合、Ｎ２雰囲気中、かつ、高真空中で、Ａｒイオンを、Ｔａからなる金属板のターゲットに照射し、Ａｒイオンにより、金属板からスパッタされてたたき出された金属粒子を基板に堆積する。
【０００６】
しかし、スパッタ法により形成された薄膜は、段差被覆性に乏しい。即ち、スパッタ法で、高アスペクト比のホール内に薄膜を形成する場合、ビアホール開口部付近での堆積量が多くなる一方、粒子が、深い領域に到達できないため、ビアホール底部では、堆積量が少なくなる。また、粒子の進行方向に対して水平なビアホール側壁部への堆積量は、更に、少なくなる。即ち、スパッタ法で、高アスペクト比のホール内に形成された薄膜は、開口部付近、底部付近、側壁部、の順に膜厚が薄く、薄膜の全体として均一性が低いものとなる。具体的に、スパッタ法では、被覆率は、７０％を超えることが難しいものと考えられる。
【０００７】
一般に、バリアメタルの比抵抗は、Ｃｕよりも高い。従って、配線抵抗を抑えるという観点からは、Ｃｕ配線等の配線と接する部分においては、バリアメタルを薄くすることが望ましい。一方、Ｃｕの拡散を抑えるという観点から、絶縁膜と接する部分におけるバリアメタルは、厚くすることが望ましい。従って、薄膜の膜厚は、薄膜が最も薄い部分でもＣｕの拡散を最低限必要な程度に抑えるために必要十分な膜厚とする必要がある。しかし、スパッタ法で、高アスペクト比のホールにおいて、膜厚が最も薄くなる側壁にも十分な膜厚を確保しようとする場合、下層の配線層に接するビアホール底部においては、バリアメタルの膜厚が必要以上に厚くなり、配線抵抗や、ビア抵抗が増加してしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、スパッタ法よりも被覆性の良い成膜方法を用いて、均一な膜を形成することが必要とされ、被覆性に優れた、ＣＶＤ（化学気相成長；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法でのバリアメタルの成膜が研究されている。しかし、ＣＶＤ法を用いる場合、ハロゲン化物や、有機化合物を基板に照射するため、そのハロゲン元素や、炭素、窒素等が膜中に混入されることになり、成膜された膜の比抵抗が増加する場合がある。
【０００９】
この対策として、ＣＶＤ法の中でも、特に、ＡＬＣＶＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、あるいは、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と呼ばれる方法での成膜法の開発が行われている。この方法で、例えばＴａＮ膜を形成する場合、まず、Ｔａを含む材料を供給し、全面に吸着させた後、次に、Ｎを含む材料を供給する。これにより、ＴａとＮとが反応し、ＴａＮ膜が形成される。このＡＬＤ方法によれば、上述のハロゲン元素等の混入を抑えることができ、また、成膜される薄膜の膜厚や、膜質が、基板温度による影響を受けにくいため、均一な膜を形成しやすい。
【００１０】
しかし、ホール側壁部等の絶縁膜と接する部分において、Ｃｕの拡散を抑えるために必要な最低限の膜厚は確保する必要がある。従って、ＡＬＤ法を用いる場合、この最低限必要な膜厚で、均一に、ホール側壁部等においても、また、ビアホール底部等の下層配線に接する部分においても、バリアメタル膜が形成されることになる。このため、ホール底部等の下層配線と接する部分において、バリアメタルを薄くし、比抵抗を小さくすることには限界がある。
【００１１】
従って、この発明は、上記の問題を解決することを目的として、均一で、かつ、比抵抗率を小さくできる特性の良好な薄膜を有する半導体装置及びその形成方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
従って、この発明の半導体装置は、第１の金属を含む配線の形成された下層基板と、
前記下層基板上に形成された層間絶縁膜と、
前記絶縁膜を貫通し、前記配線上に形成された開口と、
前記開口の内壁に沿って形成され、第２の金属を含むバリアメタルと、
前記開口内の前記バリアメタル上に埋め込まれた導電部材と、
を備え、
前記バリアメタルは、
前記開口の底部における膜厚が、前記開口の側壁における膜厚より薄いものである。
【００１３】
あるいは、また、この発明の半導体装置は、絶縁膜と、第１の金属を含む導電膜とが表面に共存する基板と、
前記基板上に形成され、第２の金属を含むバリアメタルと、
を備え、
前記バリアメタルは、
前記絶縁膜上における膜厚が、前記導電膜上における膜厚よりも厚いものである。
【００１４】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、第１の金属を含む導電膜と、絶縁膜とが表面に共存する基板上に、第２の金属、あるいは、前記第２の金属を含む化合物を、前記第２の金属、あるいは、前記化合物の化学吸着が飽和しない条件で照射する金属照射工程と、
前記基板に、還元性を有する材料を照射する還元性材料照射工程と、
を備え、
前記金属照射工程と、前記還元性材料照射工程を、所定の回数繰り返し行うものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における半導体装置を説明するための断面模式図である。
図１に示すように、下層基板１０２には、Ｃｕ配線１０４が形成されている。Ｃｕ配線１０４と、下層基板１０２の表面上には、低誘電率膜１０６が形成されている。低誘電率膜１０６は、例えば、ＳｉＯ２膜等により構成されている。低誘電率膜１０６には、その表面から、Ｃｕ配線１０４にまで至るビアホール１０８が形成されている。
【００１７】
ビアホール１０８には、その底部においてＣｕ配線１０４と接続するビアプラグ１１０が形成されている。ビアプラグ１１０は、ビアホール１０８内壁に沿って、バリアメタルとして形成されたＴａＮ膜１１２と、ＴａＮ膜１１２上のビアホール１０８内に埋め込まれたＣｕ１１４により構成されている。
【００１８】
このように構成されたビアプラグ１１０において、ビアホール１０８底部に形成されたＴａＮ膜１１２の膜厚は、ビアホール１０８側壁部に形成されたＴａＮ膜１１２の膜厚の７０％以下になっている。また、ＴａＮ膜１１２の被覆率は、例えば、７０％以上になっている。
【００１９】
この実施の形態において、ＴａＮ膜１１２は、従来のＡＬＤ法に類似する方法を用いて形成される。一般的なＡＬＤ法は、まず、ビアホールの形成された基板上に、元素Ａ（例えば、ＴａＮ膜を成膜する場合は、Ｔａ）を含む材料１を基板上に供給して一面に吸着させ、次に供給された原料２と反応させて、元素Ａを含む化合物を形成するという工程で行われる。
【００２０】
図２は、このような方法を用いてバリアメタルを形成する場合の、基板の温度と形成される膜厚との関係を説明するグラフ図である。図２において、縦軸は、膜厚を示し、横軸は、基板温度を示す。また、点線は、導電性の物質上にバリアメタルを形成する場合を示し、実線は、絶縁性の物質上にバリアメタルを形成する場合を示す。
【００２１】
図２に示すように、導電性の物質上にバリアメタルを形成する場合でも、絶縁性の物質上にバリアメタルを形成する場合でも、基板温度が、Ａ以下の状態において形成される膜厚は、基板温度に対して、単調に増加する。これは、温度Ａ以下の状態においては、表面への元素Ａの化学吸着量が高温化に伴い徐々に増加し、そして化学吸着量の増加に伴い、膜厚も増加するためであると考えられる。
【００２２】
また、温度Ｂ以上の状態では、絶縁膜上でも、導電膜上でも、形成されるバリアメタルの膜厚は、単調に増加する。これは、基板上あるいは気相中での熱分解反応量が高温化に伴い増加しているため、形成される膜厚も増加するためであると考えられる。
【００２３】
そして、温度Ａ〜温度Ｂの間では、絶縁膜上でも、導電膜上でも、形成されるバリアメタルの膜厚はほぼ一定である。これは、化学吸着量は飽和状態に達し、また熱分解反応はほとんど生じない温度であるためであると考えられる。通常のＡＬＤ法は、この温度領域で行われる。
【００２４】
ところで、図２に示される通り、温度Ａ以下の状態においては、導電膜上での成膜量と、絶縁膜上での成膜量が異なり、絶縁膜上での成膜量の方が大きい。即ち、温度Ａ以下のある温度で成膜する場合、絶縁膜上には、導電膜上よりも厚いバリアメタルを形成することができる。
【００２５】
これは、絶縁膜上の場合、原料分子が双極子を形成し、基板上に誘起される電荷と、電気的な相互作用を生じて化学吸着が容易に生じるが、導電膜上では、このような相互作用が生じず、絶縁性基板上に比して化学吸着が起こりにくいためではないかと考えることができる。
【００２６】
実施の形態１では、この温度Ａ以下における成膜量の違いを利用し、導電膜上に薄い膜を形成し、絶縁膜上には厚い膜を形成する。これについて、以下に具体的に説明する。
【００２７】
図３は、この発明の実施の形態において説明する半導体装置の製造方法を説明するためのフロー図である。図４から６は、半導体装置の各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
【００２８】
まず、図４に示すように、Ｃｕ配線１０４の形成された下層基板１０２上に、低誘電率膜１０６を形成し（ステップＳ１０２）、更に、低誘電率膜１０６に、Ｃｕ配線１０４上に開口するビアホール１０８を形成する（ステップＳ１０４）。ここでは、レジストマスクを形成した後、これをマスクとして、エッチングを行えばよい。
【００２９】
このように、ビアホール１０８を有する低誘電率膜１０６の形成された状態の下層基板１０２（以下、「基板」と称する）を、加熱し、１００〜２５０℃に基板温度を保つ（ステップＳ１０６）。
【００３０】
次に、図５に示すように、ペンタジメチルアミノタンタリウム（Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５）１２０と、Ａｒとを、基板に照射する（ステップＳ１０８）。これにより、Ｔａと、Ｎ（ＣＨ２）３とを含む化合物が、下層基板１０２の低誘電率膜１０６表面と、ビアホール１０８内壁とに化学吸着する。なお、ここでは、ペンタジメチルアミノタンタリウム（Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５）１２０を６０℃〜１００℃程度に加熱しておく。また、上述のように、基板温度は１００℃〜２５０℃程度に保たれているが、この温度は、化学吸着量が飽和しない程度の範囲の温度であり、図２に示す温度Ａ以下の範囲に該当する。
【００３１】
次に、Ａｒのみを照射する（ステップＳ１１０）。これによって、基板に残ったペンタジメチルアミノタンタリウム（Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５）１２０を除去する。
【００３２】
次に、図６に示すように、アンモニア（ＮＨ３）１２２を供給する（ステップＳ１１２）。これにより、基板の表面に沿って、ＴａＮ膜１１２が形成される。
【００３３】
次に、Ａｒのみを照射する（ステップＳ１１４）。これにより、基板上に反応せずに残ったアンモニア（ＮＨ３）１２２を除去する。
【００３４】
以上のように、ペンタジメチルアミノタンタリウム（Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５）１２０とＡｒの照射、Ａｒの照射、アンモニア（ＮＨ３）１２２の照射、Ａｒの照射（ステップＳ１０８〜Ｓ１１４）を繰り返すことで、ビアホール１０８内壁及び低誘電率膜１０６表面上にＴａＮ膜１１２が形成される。また、ここでは、基板の温度を１００〜２５０℃に保っている。この温度は、上述したように、Ａ以下の領域、即ち、化学吸着が飽和せず、かつ、熱分解も起きていない状態の領域である。従って、ビアホール１０８底部に露出するＣｕ配線１０４上に形成されたＴａＮ膜１１２の膜厚は、ビアホール１０８の側壁や低誘電率膜１０６表面上に接する部分に形成されたＴａＮ膜１１２の膜厚に比して、薄くなっている。ここで、ビアホール１０８側壁部の膜厚に対して、Ｃｕ配線１０４上の膜厚は、７０％以下となっている。
【００３５】
その後、ダマシン法により、ビアホール１０８にＣｕ１１４を埋め込み（ステップＳ１１６）、更に、低誘電率膜１０６の表面が露出するまで、ＣＭＰにより平坦化をおこなう（ステップＳ１１８）。これにより、図１に示すように、低誘電率膜１０６のビアホール１０８内に、ビアプラグ１１０が形成される。
【００３６】
その後、必要に応じ、上層に、層間絶縁膜や配線等を形成し、半導体装置を形成することができる。
【００３７】
以上のようにすれば、バリアメタルであるＴａＮ膜１１２のビアホール１０８底部における膜厚を、側壁部より薄く形成することができる。従って、低誘電率膜１０６に接するビアホール１０８側壁部においては、バリアメタルの膜厚を厚く形成し、一方、Ｃｕ配線１０４に接するビアホール１０８底部においては、バリアメタルの膜厚を薄くすることができる。従って、低誘電率膜１０６と接する部分においては、膜厚の厚いバリアメタルで、十分にＣｕ１１４の拡散を抑えることができ、一方、Ｃｕ配線１０４と接するビアホール１０８底部においては、ビア抵抗を低減することができる。従って、デバイス特性の良好な半導体装置を得ることができる。
【００３８】
また、この方法によれば、ビアホール１０８底部と、ビアホール１０８側壁部とのそれぞれの部分においては、スパッタ法を用いる場合よりも、均一な膜厚を形成することができる。従って、膜厚のマージンを広く取ることができる。また、この方法では、従来のＡＬＤ法における成膜温度を変更するのみで、膜厚の異なるバリアメタルを形成することができる。従って、従来からある装置を有効に利用し、容易に、かつ、経済的にバリアメタルの成膜を行うことができる。
【００３９】
なお、実施の形態１においては、低誘電率膜１０６として、ＳｉＯ２を用いる場合について説明した。しかし、この発明は、これに限るものではなく、低誘電率膜１０６は、他の膜であってもよい。低誘電率膜としては、好適には、ＳｉＯ２膜より誘電率の低い材料を用いるのが好ましい。
【００４０】
また、実施の形態１では、基板温度を１００℃〜２５０℃程度に保って行った。ペンタジメチルアミノタンタリウム（Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５）１２０を用いる場合、図２において説明した温度Ａが、２５０℃程度である。従って、実施の形態１において説明した成膜時の基板温度範囲は、この温度Ａ（約２５０℃）と、温度に比例して形成されるＴａＮ膜１１２の膜厚とを考慮して決定したものであり、より好適な範囲である。しかし、この発明において、成膜時の基板温度は、必ずしも１００℃〜２５０℃に限られるものではなく、温度Ａ（約２５０℃）以下の温度であれば、この範囲外の温度であってもよい。
【００４１】
また、実施の形態１では、ＴａＮ膜１１２を形成するため、元素Ｔａを含む材料１としてペンタジメチルアミノタンタリウム（Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５）１２０を用いる場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、テルブチルイミドトリスヂメチルアミドタンタリウム（［（Ｃ２Ｈ５）２Ｎ］３ＴａＮ（Ｃ４Ｈ９））、ペンタジエチルアミノタンタリウム（Ｔａ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］５）、タンタリウムペンタフロライド（ＴａＦ５）、タンタリウムペンタクロライド（ＴａＣｌ５）、タンタリウムペンタブロマイド（ＴａＢｒ５）、等を用いるものであってもよい。この場合にも、上記同様に、成膜時の基板温度は、１００℃〜２５０程度が好適である。
【００４２】
また、実施の形態１では、ＴａＮ膜１１２を形成する場合について説明した。しかし、この発明において、バリアメタルは、ＴａＮ膜に限るものではなく、例えば、ＴｉＮ膜を形成するものであっても良い。この場合には、実施の形態１のペンタジメチルアミノタンタリウム（Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５）に代えて、例えば、テトラキスジエチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４）や、チタニウムペンタクロライド（ＴｉＣｌ５）、チタニウムペンタブロマイド（ＴｉＢｒ５）等、元素Ａとして、Ｔｉを含む原料を用いればよい。この場合にも、バリアメタル成膜時の基板温度は、１００℃〜２５０℃程度とすれば良い。
【００４３】
また、この発明は、ＺｒＮ膜を形成する場合に適用することもできる。この場合には、ペンタジメチルアミノタンタリウム（Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５）に代えて、例えば、テトラキスジエチルアミノジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４）や、テトラキスジメチルアミノジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）を用いればよい。この場合にも、バリアメタル成膜時の基板温度は、１００℃〜２５０℃程度とすれば良い。
【００４４】
また、更に、ＷＮ膜を形成する場合にも適用することができる。この場合には、ペンタジメチルアミノタンタリウム（Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５）に代えて、タングステンヘキサフロライド（ＷＦ６）あるいは、タングステンへキサクロライド（ＷＣｌ６）等、元素Ａとして、Ｗを含む材料を用いればよい。この場合にも、バリアメタル成膜時の基板温度は、１００℃〜２５０℃程度とすれば良い。
【００４５】
また、還元性のある材料として、アンモニア（ＮＨ３）を照射する場合について説明した。しかし、この発明は、アンモニア（ＮＨ３）を用いる場合に限るものではなく、例えば、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等、他の還元性のある材料を用いるものであってもよい。
【００４６】
また、この実施の形態においては、ビアホール１０８底部のＣｕ膜１０４上と、ビアホール１０８側壁の低誘電率膜（ＳｉＯ２）１０６とに、それぞれ膜厚の異なるＴａＮ膜１１２を形成する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、他の絶縁性の物質と、他の導電性の物質との組み合わせの場合に適用しても、同様に、ビアホール底部に露出する導電性物質上の膜厚を薄くすることができるため、同様の効果を得ることができる。
【００４７】
なお、実施の形態１において、Ｃｕ配線１０４は、この発明の第１の金属に該当し、低誘電率膜２０６は、この発明の層間絶縁膜に該当する。また、ビアホール１０８は、この発明の開口に該当し、ＴａＮ膜１１２は、この発明のバリアメタルに該当する。また、Ｃｕ１１４は、導電部材に該当する。
【００４８】
また、ペンタジメチルアミノタンタリウム（Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５）１２０は、この発明の第２の金属を含む化合物に該当し、アンモニア（ＮＨ３）は、還元性を有する材料に該当する。
【００４９】
また、この実施の形態において、ステップＳ１０８を実行することにより、この発明の金属照射工程が実行され、ステップＳ１１２を実行することにより、この発明の還元性材料照射工程が実行される。
【００５０】
実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２において、Ｃｕ膜２０４と、ＳｉＯ２膜２０６が混在する基板２０２上にＴａＮ膜２０８、２１０を形成した状態を説明するための断面模式図である。
実施の形態２においては、実施の形態１のように、ビアホール１０８底部と、ビアホール１０８側壁とで、それぞれ、Ｃｕ配線１０４と、低誘電率膜（ＳｉＯ２）１０６が露出するのではなく、同一の基板２０２表面上に、Ｃｕ膜２０４と、ＳｉＯ２膜２０６とが混在している。そして、Ｃｕ膜２０４上のＴａＮ膜２０８は、ＳｉＯ２膜２０６上のＴａＮ膜２１０よりも膜厚が薄くなっている。即ち、Ｃｕ膜２０４上では、配線間の抵抗を小さくするため、ＴａＮ膜２０８の膜厚は薄く、一方、ＴａＮ膜２１０は、一般に、上層に形成される金属配線からの、拡散を防ぐため、膜厚が厚くなっている。また、ＴａＮ膜２０８の膜厚は、ＴａＮ膜２１０の膜厚の約７０％以下となっている。
【００５１】
実施の形態２においても、ＴａＮ膜２０８、２１０の形成方法は、実施の形態１において説明した、従来のＡＬＤ法に類似する方法を用いる。また、成膜時の基板温度は、実施の形態１同様に、温度Ａ以下に保ち、この温度下において形成されるＴａＮ膜の膜厚が、導電性物質上と、絶縁性物質上との間で異なることを利用して形成する。
【００５２】
図１０は、この発明の実施の形態２におけるＴａＮ膜２０８、２１０の形成方法を説明するためのフロー図である。図１１〜図１３は、ＴａＮ膜２０８、２１０の成膜の各工程における状態を説明するための断面模式図である。
【００５３】
まず、図１１に示すように、基板２０２上に、必要に応じて、Ｃｕ膜２０４と、ＳｉＯ２膜２０６とを形成する。その後、この基板を１００〜２５０℃程度に加熱する（ステップＳ２０２）。
【００５４】
次に、図１２に示すように、テトラキスジメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）２２０とＮ２とを照射する（ステップＳ２０４）。これにより、ＴｉとＮＨ３とが、基板２０２上に吸着する。この時の吸着量は、Ｃｕ膜２０４上と、ＳｉＯ２膜２０６上とで異なり、Ｃｕ膜２０４上における吸着量の方が、ＳｉＯ２膜２０６上よりも少なくなっている。
【００５５】
次に、Ｎ２を照射する（ステップＳ２０６）。これにより、基板２０２上に残ったテトラキスジメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）２２０が除去される。
【００５６】
次に、図１３に示すように、アンモニア（ＮＨ３）と、Ｎ２とを照射する（ステップＳ２０８）。これにより、先に基板２０２上に吸着したＴｉと反応して、ＴｉＮ膜が形成される。ここで、Ｔｉの吸着量は、Ｃｕ膜２０４上の方が少ないため、ＴｉＮ膜も、Ｃｕ膜２０４上のＴｉＮ膜方が、ＳｉＯ２膜上のＴｉＮ膜よりも薄くなる。
【００５７】
その後、Ｎ２を照射する（ステップＳ２１０）。これにより、基板２０２上に残ったアンモニア（ＮＨ３）が除去される。
【００５８】
上述のように、テトラキスジメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）２２０とＮ２との照射（ステップＳ２０４）、Ｎ２の照射（ステップＳ２０６）、アンモニア（ＮＨ３）とＮ２の照射（ステップＳ２０８）、Ｎ２の照射（ステップＳ２１０）を繰り返すことにより、基板２０２上に、ＴｉＮ膜２０８、２１０が形成される。
【００５９】
以上のようにすれば、導電性物質であるＣｕ膜２０４と、絶縁膜であるＳｉＯ２膜２０６とが混在する基板２０２上に、それぞれ、膜厚の異なるＴｉＮ膜２０８、２１０を形成することができる。一般に、導電性物質と接する部分のＴｉＮ膜２０８は、抵抗を小さくするため、薄く形成する必要があり、絶縁膜と接する部分では、バリアメタルとして拡散防止するため、膜厚を厚くする必要がある。実施の形態２のようにすれば、下層膜に応じて、必要な異なる膜厚のＴｉＮ膜を、容易に形成することができる。
【００６０】
なお、実施の形態２においては、テトラキスジメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）２２０を照射する場合について説明した。しかし、この発明においては、これに限るものではなく、例えばテトラキスジエチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４）や、チタニウムペンタクロライド（ＴｉＣｌ５）、チタニウムペンタブロマイド（ＴｉＢｒ５）等を用いるものであってもよい。
【００６１】
また、実施の形態２においては、ＴｉＮ膜を形成する場合について説明した。しかしこの発明はこれに限るものではなく、例えば、ＴａＮ膜、ＺｒＮ膜、ＷＮ膜等を形成する場合にも適用することができる。この場合には、実施の形態１に説明したように、テトラキスジメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）に代えて、元素Ａとして、それぞれ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗを含むような材料を照射すればよい。
その他の部分は、実施の形態１と同様であるから説明を省略する。
【００６２】
なお、実施の形態２において、Ｃｕ膜２０４は、この発明の第１の金属に該当し、ＳｉＯ２膜２０６は、この発明の絶縁膜に該当する。また、ＴａＮ膜２０８、２１０は、この発明のバリアメタルに該当する。
【００６３】
また、テトラキスジメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）２２０は、この発明の第２の金属を含む化合物に該当し、アンモニア（ＮＨ３）は、還元性を有する材料に該当する。
【００６４】
また、この実施の形態において、ステップＳ２０４を実行することにより、この発明の金属照射工程が実行され、ステップＳ２０８を実行することにより、この発明の還元性材料照射工程が実行される。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、成膜時の基板温度がある温度以下の場合に、絶縁性物質上と、導電性物質上とで、成膜量が異なることを利用して、絶縁性物質上には、比較的厚いバリアメタル膜を形成し、導電性膜上には、比較的薄いバリアメタル膜を形成することができる。従って、拡散防止の必要な絶縁性物質上では、十分な膜厚を確保しつつ、導電性物質上では、膜厚を薄くして、抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における半導体装置を説明する他の断面模式図である。
【図２】バリアメタルを形成する際の、基板温度と膜厚との関係を説明するグラフ図である。
【図３】この発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を説明するためのフロー図である。
【図４】この発明の実施の形態１における半導体装置の各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１における半導体装置の各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１における半導体装置の各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図７】この発明の実施の形態１における半導体装置の各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図８】この発明の実施の形態１における半導体装置の各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図９】この発明の実施の形態２において、導電性物質と、絶縁性物質が混在する基板に、バリアメタルを形成した状態を説明するための断面模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態２におけるバリアメタルの形成方法を説明するためのフロー図である。
【図１１】この発明の実施の形態２におけるバリアメタル成膜の各過程の状態を説明するための断面模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態２におけるバリアメタル成膜の各過程の状態を説明するための断面模式図である。
【図１３】この発明の実施の形態２におけるバリアメタル成膜の各過程の状態を説明するための断面模式図である。
【符号の説明】
１０２  下層基板
１０４  Ｃｕ配線
１０６  低誘電率膜
１０８  ビアホール
１１０  ビアプラグ
１１２  ＴａＮ膜
１１４  Ｃｕ
１２０  ペンタジメチルアミノタンタリウム（Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５）
１２２  アンモニア（ＮＨ３）
２０２  基板
２０４  Ｃｕ膜
２０６  ＳｉＯ２膜
２０８  ＴａＮ膜
２１０  ＴａＮ膜
２２０  テトラキスジメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）
２２２  アンモニア（ＮＨ３）
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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