(57)【要約】    【課題】  本発明の課題は、金属配線上に設けたホウ素含有シリコンプラグとの間で、その上に積み上げるＭＯＳトランジスタの作製のための熱処理で反応および接触抵抗増大が生じる問題を解決することにある。    【解決手段】  金属配線上の層間絶縁膜に設けた開口部底部で露出した金属表面に金属ホウ化物を設けるとともに、該ホウ化物の形成を容易ならしめるために、金属表面に存在する金属酸化物をアンモニア水溶液で除去しておくこと、さらに開口部内に残存する有機物を除去するとともに、上記のアンモニア水溶液で酸化物を除去容易ならしめるように高エネルギー紫外光を照射する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された第１の金属配線と、
前記第１の金属配線上に形成されたシリコンを含有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の所定領域を除去し前記第１の金属配線に到達するように開口した開口部と、
前記開口部に埋め込まれたｎ型又はｐ型不純物を含有するシリコンからなるプラグとを備え、
前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分に、前記第１の金属とホウ素を含む金属化合物が形成されていることを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項２】
半導体基板上に形成された第１の金属配線と、
前記第１の金属配線上の所定領域に形成されたｎ型又はｐ型不純物を含有するシリコンからなるプラグとを備え、
前記第１の金属の表面に、前記第１の金属とホウ素との金属化合物が形成されていることを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項３】
前記金属化合物は、前記第１の金属配線を構成する金属元素およびシリコンを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体集積回路装置。
【請求項４】
前記プラグは、前記開口部に埋め込まれたｎ型又はｐ型不純物を含有するシリコン層からなり、前記開口部内あるいは前記開口部内と前記開口部周辺上の前記絶縁膜表面に該シリコン層を残存せしめた構造からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体集積回路装置。
【請求項５】
前記プラグは、前記開口部に埋め込まれたｎ型又はｐ型不純物を含有するシリコン層からなり、その一端部は前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分に形成された前記第１の金属とホウ素との金属化合物に接し、他端部は前記開口部内あるいは前記開口部内と前記開口部周辺上の前記絶縁膜表面に該シリコン層を残存せしめた構造からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体集積回路装置。
【請求項６】
前記絶縁膜上に形成され、前記プラグに一端が接続されるように形成されたｎ型又はｐ型不純物を含有するシリコン層をＭＯＳ型トランジスタのソースまたはドレイン層として用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路装置。
【請求項７】
前記絶縁膜上に形成され、前記プラグに一端が接続されるように形成された第１の濃度のｎ型又はｐ型不純物を含有する第１シリコン層をソースまたはドレインとし、前記第１シリコン層上に積層され前記第１シリコン層に含有される不純物をほとんど含まない、あるいは実効的な不純物が前記第１シリコン層に含有される不純物と反対の導電型により形成された第２シリコン層をチャンネル領域とし、前記第２シリコン層上にさらに積層された前記第１の濃度のｎ型又はｐ型不純物を含有する第３シリコン層をドレインまたはソースとする前記半導体基板に垂直方向に積層されたＭＯＳ型トランジスタを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路装置。
【請求項８】
前記絶縁膜上にあって前記半導体基板に対して平行な方向に、前記プラグに一端が接続されるように形成された第１の濃度のｎ型又はｐ型不純物を含有する第１シリコン層をソースまたはドレインとし、前記第１シリコン層に隣接し前記第１シリコン層に含有される不純物をほとんど含まない、あるいは実効的な不純物が前記第１シリコン層に含有される不純物と反対の導電型により形成された第２シリコン層をチャンネル領域とし、前記第２シリコン層に隣接した前記第１の濃度のｎ型又はｐ型不純物を含有する第３シリコン層をドレインまたはソースとするＭＯＳ型トランジスタを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路装置。
【請求項９】
前記ｐ型不純物は、ホウ素であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体集積回路装置。
【請求項１０】
前記ｎ型不純物は、リンまたは砒素であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体集積回路装置。
【請求項１１】
半導体基板上に第１の金属配線を形成する工程と、
前記第１の金属配線上にシリコンを含有する絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の所定領域を除去し前記第１の金属配線に到達するように開口部を形成する工程と、
前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分に、ホウ素を導入することにより前記第１の金属とホウ素との金属化合物を形成する金属化合物形成工程と、
前記開口部にｎ型又はｐ型不純物を含有するシリコンを堆積する工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１２】
前記金属化合物形成工程において、ボロンと水素を含む化合物ガスを照射することにより、前記第１の金属の表面部分に自己整合的に前記第１の金属およびホウ素からなる化合物を形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１３】
前記金属化合物形成工程において、ボロンと水素を含む化合物ガスおよびシリコンと水素あるいは塩素を含む化合物ガスからなる混合ガスを照射することにより、前記第１の金属の表面部分に自己整合的に前記第１の金属、ホウ素および珪素からなる化合物を形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１４】
前記開口部に請求項１２に記載の化合物ガスまたは請求項１３に記載の混合ガスを照射して、前記開口部の底部に存在する前記第１の金属表面上に自己整合的に前記第１の金属とホウ素との金属化合物を形成し、その後に前記開口部に埋め込まれたｎ型又はｐ型不純物を含有するシリコンからなるプラグを形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１５】
前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分に、所定の加速電圧を用いてボロンのイオン打込みを行うことにより、前記第１の金属の表面部分に前記第１の金属とホウ素との金属化合物を形成し、その後に前記開口部に埋め込まれたｎ型又はｐ型不純物を含有するシリコンからなるプラグを形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１６】
前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分に極薄のシリコン層を形成し、該シリコン層および前記第１の金属の表面部分に到達するように所定の加速電圧を用いてボロンのイオン打込みを行うことにより、前記第１の金属の表面部分に前記第１の金属とホウ素との金属化合物を形成し、その後に前記開口部に埋め込まれたｎ型又はｐ型不純物を含有するシリコンからなるプラグを形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１７】
前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分に、所定の加速電圧を用いてボロンのイオン打込みを行う工程と、
加熱処理を施して前記第１の金属の表面部分に前記第１の金属、ボロンおよびシリコンを含む化合物を形成する工程と、
前記開口部に埋め込まれたｎ型又はｐ型不純物を含有するシリコンからなるプラグを形成する工程とを有することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１８】
前記金属化合物形成工程において、前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分をアンモニア水溶液に浸漬し、その後に前記金属化合物を形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１９】
前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分をアンモニア水溶液に浸漬後、前記第１の金属の表面部分に前記第１の金属とホウ素との金属化合物を形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項２０】
前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分に第１の金属とホウ素との金属化合物を形成し、前記第１の金属の表面部分をアンモニア水溶液に浸漬後、前記開口部に埋め込まれたｎ型又はｐ型不純物を含有するシリコンからなるプラグを形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項２１】
前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分に紫外光を照射して、前記第１の金属の表面部分に存在した有機物を除去することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項２２】
前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分に紫外光を照射することにより前記第１の金属の表面部分を酸化する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項２３】
前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分に第１の波長を有する第１紫外光と第２の波長を有する第２紫外光を共に照射することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項２４】
前記開口部の底部に存在する前記第１の金属の表面部分に、１４０ｎｍ乃至１８０ｎｍの波長域から選択された波長を有する第１紫外光と２１０ｎｍ乃至２６０ｎｍの波長域から選択された波長を有する第２紫外光を共に照射することにより、前記第１の金属の表面部分に存在する有機物が除去されると共に前記第１の金属の表面部分に金属酸化膜が形成され、アンモニア水溶液に浸漬して前記金属酸化膜を前記アンモニア水溶液に溶出させ、その後に前記第１の金属とホウ素との金属化合物を形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置およびその製造技術に関し、特に金属層上に多結晶シリコン層を積層した構造部分を含む半導体集積回路装置およびその製造に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置において、シリコン基板あるいは多結晶シリコンなどの上にタングステンなどの金属を積層した構造では、半導体装置製造のための熱処理による金属−シリコン反応を抑止する目的で、金属層とシリコン層の界面に反応抑止層（バリア層）を設けるのが一般的であり、これらに関しては、特許文献１乃至４などがある。また積層ゲート電極の一種であるポリメタルゲートに関しては、特許文献５乃至２１、非特許文献１乃至３などがある。
【０００３】
また、タングステシリサイド（タングステンのシリコン化合物）を多結晶シリコン膜に重ねたポリサイドゲート（polycide gate）においては、金属とシリコンの反応を抑止するため金属層自体を最初からタングステンなどの珪化物（シリサイド）とすることにより、熱反応で生じる膜剥離や半導体装置の種々の電気的特性不良を防止している。
【０００４】
一方、半導体集積回路の高密度化・高集積化のために各構成要素の微細化がその実現手法として用いられてきた。そしてこの微細化はＭＯＳトランジスタの高性能化にも顕著な効果をもたらすため、微細化の技術は急速に進歩してきた。しかし１３０ナノメータノードあるいはそれ以下の微細技術ノードの半導体集積回路装置を実現するには、装置を構成するＭＯＳトランジスタなどの素子を、シリコン基板（ウエハ）の面内に２次元的に配置だけでは目標となる性能と高密度・高集積化が難しくなってきた。このためトランジスタなどの構成要素を縦方向に積み重ねた３次元配置半導体集積回路の検討が進められようとしている。例えばその構成要素となるＭＯＳトランジスタのソース、チャンネル部そしてドレインを縦方向に重ねた、いわゆる縦型ＭＯＳトランジスタに関しては非特許文献４などがある。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−０９０２０２号公報
【０００６】
【特許文献２】特開平８−３０６９１７号公報
【特許文献３】特開２００１−２７４２４８号公報
【特許文献４】特開２００１−２２８３４６号公報
【特許文献５】特開昭６０−８９９４３号公報
【特許文献６】特開昭６１−１５０２３６号公報
【特許文献７】特開昭６０−７２２２９号公報
【特許文献８】特開昭５９−１０２７１号公報
【特許文献９】特開昭５６−１０７５５２号公報
【特許文献１０】特開昭６１−１２７１２３号公報
【特許文献１１】特開昭６１−１２７１２４号公報
【特許文献１２】特開昭６０−１２３０６０号公報
【特許文献１３】特開昭６１−１５２０７６号公報
【特許文献１４】特開昭６１−２６７３６５号公報
【特許文献１５】特開平１−９４６５７号公報
【特許文献１６】特開平８−２６４５３１号公報
【特許文献１７】特開平３−１１９７６３号公報
【特許文献１８】特開平７−９４７１６号公報
【特許文献１９】米国特許第４５０５０２８号明細書
【特許文献２０】米国特許第５７１９４１０号明細書
【特許文献２１】米国特許第５３８７５４０号明細書
【非特許文献１】Akasaka et al、“IEEE Transaction Electron devices”、Vol.43、N0.11、 November 1996、 p.1864-1869
【非特許文献２】Elsevier、“Applied Surface Science 117/118”(1997)、p.312-316
【非特許文献３】Nakajima et al、Nakajima et al、“Advanced metalization conference、Japan Session”、Tokyo Univ.(1995)
【非特許文献４】Bernd Goehel et al、“IEEE Transaction Electron devices”、Vol.48,N0.5、May 2001、p.897-906
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
３次元配置半導体集積回路装置では、動作速度を要するＭＯＳトランジスタをシリコン基板面に設け、比較的速度を要しないトランジスタをこれらの上に積み上げることが考えられる。すなわち、シリコン基板主面にはｎ型ＭＯＳトランジスタ、そしてそれらの上に積み上げるトランジスタはｐ型ＭＯＳトランジスタで構成しようと考えるのが一般的である。そして下層のトランジスタと積み上げたトランジスタの間をつなぐ配線には高濃度不純物を含有した多結晶シリコンを用いることが考えられる。しかしこの場合は、下層のｎ型ＭＯＳトランジスタのソース、ドレインあるいはゲート電極などの高濃度ｎ型不純物含有シリコン域と上層の高濃度ｐ型不純物を含有するシリコン層領域とを接続する必要が生じる。そして接続導体として用いるシリコン層には高濃度の不純物を含有させておくことが必要である。しかし例えばリンなどのｎ型不純物を含有させた場合は、上層のｐ型ＭＯＳトランジスタに接続する部分で導通不良などの問題を生じる可能性がある。また逆にｐ型不純物を含有させた場合は下層のｎ型ＭＯＳトランジスタに接続することが難しくなる。
【０００８】
一方これらのＭＯＳトランジスタを接続する層は、これらの上下の素子間ばかりでなく周辺回路との間を接続する配線としても用いられる。しかしこれらの配線に多結晶シリコンを用いると配線抵抗に起因した信号遅延が顕著になるため、半導体集積回路の高速動作の障害になる。このため、該配線には多結晶シリコンよりタングステンなどの高融点金属が適している。
【０００９】
タングステンなどの金属を該配線に用いる場合、半導体集積回路装置製造のための熱工程により、上下の各ＭＯＳトランジスタと配線が接続する部分でシリコンと配線金属が反応し、製造進行障害やＭＯＳトランジスタの劣化を生じる可能性がある。このため反応を防止する目的で、これらの層間に反応バリア膜が挿入される。配線となるタングステン層と上層のＭＯＳトランジスタを接続するためのシリコン層を積層した部分は、前記公知例で示したポリメタルゲートを、上下逆転させた構造になる。このためタングステンなどの金属層と上層のシリコン層間に、ポリメタルゲートで公知のタングステン窒化物が該反応バリア膜として用いてきた。しかしながらこの構造を用いた半導体集積回路装置では、タングステン配線層と上部のｐ型ＭＯＳトランジスタのシリコン接続部で接触抵抗が10-５Ω・cm２ 〜10-２Ω・cm２と高くなり、高速動作半導体集積回路装置の実現が難しいという問題があった。またこの接触抵抗低減を目的とし、前記公知例のポリサイドゲートからの類推より、上記タングステン窒化物バリアと上層のｐ型ＭＯＳトランジスタの高濃度ｐ型不純物含有シリコン層間に薄いタングステ珪化物（シリサイド）を挿入することを試みた。しかしながらこの構造においても接触抵抗を10-５Ω・cm２ レベル以下の改善するのが難しいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の半導体集積回路製造のための高温熱処理過程を経ても、金属とシリコン間で反応が生じにくく、かつ接触抵抗の増大をもたらさないという課題を解決する手段として、タングステンなどの金属表面に極薄の金属ホウ化物あるいは金属―ホウ素―シリコン化合物（金属シリコボライド）を形成した後にホウ素含有シリコン層を形成する。この金属ホウ化物は化学蒸着装置（CVD:Chemical Vapor Deposition）によるホウ素含有シリコン膜形成過程において、反応室に先にホウ素水素化合物ガスを導入し、金属表面に照射して金属ホウ化物を形成しておき、その後に連続してホウ素水素化合物ガスを反応室に導入しながらシリコン水素系反応ガスを導入することにより実現できる。また予め、イオン打込み装置を用いて金属の極表面域にホウ素イオンを打込み、金属ホウ化物を形成した後に、ホウ素含有シリコン膜を形成することによっても課題を解決できる。
【００１１】
なお該金属ホウ化物をホウ素水素化合物ガス照射により形成する場合は、タングステンなどの金属表面に形成されている金属酸化物を前もって除去しておくことが望ましい。該金属酸化物はアンモニアを含有する水により除去できる。この場合は金属膜上に目的をもって形成されたシリコンベース層間絶縁膜やシリコン膜をエッチングするなどの弊害が少なく、層間絶縁膜に設けられた金属配線上のコンタクト孔を拡大することなく、開口部底部に露出した金属表面の金属酸化物のみを除去できる利点がある。なお、ホトリソグラフィやドライエッチング技術で開口部を形成する課程で生じた孔底部での有機残存物は、上記の金属ホウ化物形成の障害になる。この有機物除去は紫外光を照射することにより除去可能である。ただし通常のレジスト除去に用いられる250nm程度の波長の紫外光では除去できない有機物が存在することがある。このためにエネルギーの高い150nm程度の紫外光を併用することが望ましい。なおこの高エネルギー紫外光はタングステンなどの極表面を酸化して、最も安定なWO3などの酸化物を形成する。タングステン膜表面には酸素が不足した種々の結晶構造のタングステン自然酸化物質が存在する。このような酸素不足自然酸化物は上記のアンモニア水溶液で除去できない場合がある。このため、いったん上記の２波長の紫外光を照射してWO3などの酸化物を形成しておくことにより、アンモニア水による金属自然酸化物除去効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１３】
金属配線層の上にｐチャンネルＭＯＳトランジスタを積み上げた構造を有する半導体集積回路装置において、該配線とトランジスタを接続する部分の金属とホウ素含有シリコン間反応を抑止するとともに、これらの界面での低接触抵抗を実現することにより、高駆動電流の積み上げＭＯＳトランジスタを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１５】
さらに、以下の実施の形態では、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示したときおよび原理的に明らかに特定の数に限定されるときを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等を含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１６】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素などの形状、位置関係などに言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合を除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１７】
また、半導体集積回路ウエハまたは半導体ウエハとは、半導体集積回路の製造に用いるシリコン単結晶基板（一般にほぼ円形）、サファイア基板、ガラス基板、その他の絶縁、半絶縁または半導体基板など、ならびにそれらの複合的基板をいう。また、「半導体集積回路装置」（あるいは「電子装置」、「電子回路装置」など）というときは、単結晶シリコン基板上に作られるものだけでなく、特にそうでない旨が明示された場合を除き、上記した各種基板、あるいはさらにＳＯＩ (Silicon On Insulator)基板、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)液晶製造用基板、ＳＴＮ(Super Twisted Nematic)液晶製造用基板などといった他の基板上に作られるものを含むものとする。
【００１８】
材料、ガス組成等に言及する時、特に明示した場合を除き、純粋なものの外、その材料を主要な構成要素とする材料等を示し、他の要素の追加を許容するものとする。
【００１９】
例えばガス組成については、主要な反応ガス、処理ガスの外、副次的な作用をする添加ガス、希釈ガス、補助ガス等の追加を許容する。
【００２０】
さらに、酸化シリコン膜というときは、特にそうでない旨特定する場合を除き、一般に各種の添加剤、補助成分を含む各種のシリコン酸化物系膜、すなわち、ＰＳＧ(Phospho Silicate Glass)膜、ＢＰＳＧ(Boro-Phospho Silicate Glass)膜、ＴＥＯＳ(Tetra-Ethoxy Silane)酸化膜、シリコンオキシナイトライド膜等、その他の単一膜または複合膜を含むものとする。
【００２１】
さらに、シリコンナイトライド、窒化ケイ素または窒化シリコンというときは、Ｓｉ3Ｎ4のみではなく、シリコンの窒化物で類似組成の絶縁膜を含むものとする。
【００２２】
ゲート酸化膜については、シリコン熱酸化膜、シリコンオキシナイトライド膜のほか、その他の熱酸化膜、堆積膜、塗布系膜を含み、材料的にはシリコン酸化膜以外の非シリコン系金属酸化物、シリコンナイトライド等の絶縁性の窒化物、あるいはそれらの複合膜を含む。
【００２３】
また基板表面の導電領域や堆積膜の導電領域の材質について、「シリコン」、「シリコンベース」というときは、特に特定した場合等を除き、比較的純粋なシリコン部材の外、シリコンに不純物や添加剤を添加したもの、シリコンを主要な構成要素とする導電部材（例えば、シリコンベース合金で５０％以上のＧｅを含むＳｉＧｅ合金等も含まれるものとする。例えば、ゲートポリシリコン部やチャンネル領域をＳｉＧｅにする等）等を含むものとする。また、これらは、技術的に矛盾しない限り、形成当初は高抵抗であることも許容する。
【００２４】
また、堆積膜等で堆積当初はアモルファスであるが、後の熱処理ですぐに多結晶となるものがあるが、これらは特に必要があると認めるとき以外、表現上の矛盾を避けるため、当初から後の形態で表示する場合がある。例えば、多結晶シリコン（ポリシリコン）は、堆積当初はアモルファス状態であり、後の熱処理により多結晶シリコンに変わる。
【００２５】
ただし、当初から多結晶シリコンを使用することも出来ることは言うまでもない。堆積当初はアモルファス状態であると、イオン注入におけるチャネリングの防止、ドライエッチング等の際の粒塊形状に依存した加工性の困難さの回避、熱処理後の低シート抵抗等のメリットがある。
【００２６】
本発明はＭＯＳトランジスタを３次元配置した半導体集積回路装置を製造するに必要な構造と製造方法に関する。該装置の断面構造例を図１および図２に示した。シリコン単結晶基板の主面に形成したＭＯＳトランジスタと、層間絶縁膜上に形成したＭＯＳトランジスタ、そしてそれらが該層間絶縁膜を介して接続されている。なお、後述の各実施例では、該半導体集積回路装置において本発明が解決すべき課題とした部分のみについて説明する。それ以外の構成要素は本課題と直接的に関係しない。このため該構成要素およびそれらを形成するためのプロセスは各実施例で共通なため、次にそれらの構成部および関連するプロセスの概要についてのみ説明する。
【００２７】
これらの半導体集積回路装置では、シリコン単結晶基板１の主面に350nm深さの溝にシリコン酸化物が埋め込まれた素子間分離領域２が形成されている。また基板主面にはｎチャンネルとｐチャンネルのＭＯＳトランジスタが形成されており図１および図２にはゲート長が100nmのｎチャンネルＭＯＳトランジスタ３が示されている。そして該トランジスタのソース４、ドレイン５およびゲート電極６の表面には、ゲート電極側壁部に設けたシリコン窒化膜８を利用して公知の自己整合シリサイド技術(Salicide Technology: Self Aligned silicidation Technology)により20nm厚さのコバルト珪化物（シリサイド）９が形成されている。そしてその上に、CVD技術を用いて600nm厚さのシリコン酸化物層間絶縁膜１０を形成し、その表面が下に該トランジスタが存在することにより生じる凸部をCMP(Chemical Mechanical Polishing)技術を用いて研磨することにより平坦化されている。
【００２８】
そして該トランジスタのソース４、ドレイン５あるいはゲート電極６とタングステンからなる第１の配線層１６を接続するためのコンタクト孔などの開口部１１が形成され、その開口部に10nmのチタン窒化物バリア膜１２、そしてタングステン膜１３を形成してなる金属プラグ１４を設け、該層間絶縁膜表面域に所望の第１の配線のパターンで、深さ120nmの溝１５をドライエッチング技術などにより形成し、スパッター法とＣＶＤ法を併用してタングステンを埋め込んだ後、溝内以外に存在するタングステンをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術により研磨して除去することによりタングステン配線１６が形成されている。
【００２９】
なおこのような方法により絶縁膜の表面域に配線を形成する方法はダマシン技術と呼ばれている。さらにその上にプラズマＣＶＤ技術を用いて30nm厚さのシリコン窒化膜層１７と100nm厚さのシリコン酸化物層間絶縁膜１８をＣＶＤなどの技術を用いて形成し、該層間絶縁膜表面凹凸部をＣＭＰ技術により研磨することにより平坦化し、該第１の配線層である埋込タングステン配線１６上の所望箇所のシリコン酸化物層間絶縁膜１８にコンタクト孔となる開口部を設け、その中にCVD装置を用いてホウ素を4×1020atoms/cm3含有したシリコンの堆積と孔内以外の余分な領域のシリコン膜を、CMP技術を用いて除去することによりシリコンプラグ１９が形成される。このシリコンプラグと第１の配線層とのコンタクト径は0.1μmである。本発明の要点は、シリコンプラグ１９上に形成するＭＯＳトランジスタ２０製造のために必要な７００℃〜９００℃の熱処理プロセスを経ても、第１の配線であるタングステン配線１６とシリコンプラグ１９間の反応を防止するとともに、界面での接触抵抗増大を抑止することにある。
【００３０】
なお該ポリシリコンプラグ１９上に設けるＭＯＳトランジスタ２０が図１に示したようにドレイン２１、チャンネル領域２２、ソース２３が縦方向に積層された構造では、ＣＶＤ法で4×1020atoms/cm3のホウ素含有したシリコンを堆積し、続いてホウ素などの不純物の含有しないシリコンを堆積し、再びホウ素を4×1020atoms/cm3含有したシリコンを堆積した。これらの各シリコン層の膜厚はいずれも300nmである。続いて窒素雰囲気で熱処理することによりチャンネル領域のシリコンを結晶化した後、通常のホトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて直径が200nmの該シリコンからなる積層柱が形成され、該シリコンプラグ１９に接触する部分をドレイン２１、その上の層をチャンネル２２、そしてその上の層をソース２３とした。その後、ウエット酸化技術により柱状物のチャンネル領域の側壁に3.5nmのシリコン酸化膜２４を形成した。  その後再度、ホウ素を4×1020atoms/cm3含有したシリコンを150nm堆積するとともにホトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により該シリコン膜を加工して該シリコン積層柱の側壁にゲート電極２５を形成した。その後再度層間絶縁膜２６を形成するとともにソース２３とゲート電極２５に接続するためのチタン窒化物２７とタングステン２８の積層からなる電極配線を設けることにより、タングステン配線１６上に縦型ＭＯＳトランジスタ２０を有する半導体集積回路装置を作製した。
【００３１】
一方、図２に示した半導体集積回路装置の場合は、図１で示したシリコンプラグ１９を形成した後、厚さが200nmの不純物を含有しないシリコン堆積し、その後窒素雰囲気で熱処理することにより該シリコン膜を粗大結晶化させ、続いてシリコン単結晶シリコン基板の主面にＭＯＳトランジスタを形成したと同様な方法でｐチャンネルＭＯＳトランジスタ２９を作製した。この場合はドレイン３０、チャンネル領域３１、ソース３２は該シリコン膜面内に配置される。このトランジスタのゲート電極３３は、図のようにチャンネル領域の上面にゲート酸化膜３４を介して配置する場合と、該チャンネル領域のシリコン膜の下面側にも設けることが可能である。
【００３２】
なお図２のように、上層のＭＯＳトランジスタのソース、チャンネル領域、ドレインを面内方向に配列した半導体集積回路装置は、図１のように縦方向に積み上げるＭＯＳトランジスタ２０より作製が容易であるという特長がある。これに対して、縦方向に積み上げたトランジスタは集積回路の高密度化が可能なため、半導体集積回路装置チップを微小化できる利点がある。具体的には上記の全てのＭＯＳトランジスタをシリコン単結晶基板の主面に配置した半導体集積回路装置と比較し、図２に示した積み上げＭＯＳとトランジスタを利用した場合は、同じ集積度の集積回路装置チップで約１５％縮小され、図１に示した構造では約４０％チップ面積を縮小できた。
【００３３】
＜実施例１＞
本実施例は、本発明の課題を解決するための実験過程およびその中で発見された現象を記述することにより説明する。上記のシリコンプラグ１９上に縦型ＭＯＳトランジスタ２０あるいは平面配置ＭＯＳトランジスタ２９を製造するためには、ゲート酸化膜の形成などに関連した高温酸化熱処理が必要である。この高温熱処理により、タングステン配線１６とシリコンプラグ１９間でシリサイド（シリコン珪化物）反応が生じ、剥離や積み上げたＭＯＳトランジスタまでタングステンが拡散して、トランジスタ特性が劣化するなどの問題が予想された。このためこれらの界面での反応を抑止する方法の検討を行った。そして反応抑止のため、先に述べた公知のポリメタルゲートおよびポリサイドゲートの構造の類推から、それらの積層順序を逆にした図４の（ａ）に示すように１０ナノメータ厚さのタングステン窒化物３５あるいは（ｂ）に示すような該窒化物３５と12nm厚さのタングステン珪化物３６を重ねた構造からなるバリア層をタングステン配線１６とシリコンプラグ１９の間に挿入した。これらの構造を用いた場合、積み上げＭＯＳトランジスタ形成などのための７００℃〜９００℃の高温熱処理を経てもタングステン配線１６とシリコンプラグ１９間で反応が観察されず、これらのバリア効果が確認された。しかしながら、作製された半導体集積回路装置は設計性能を達成できなかった。この原因を解析する中から、これらのバリア層とその上のホウ素含有シリコンプラグ１９間の接触抵抗が10−5〜10−2Ω・cm2と非常に高くなっていることが回路性能を劣化させていることが明らかになった。このため、タングステン配線１６とシリコンプラグ１９界面の接触抵抗が非常に高くなる要因を、反応現象の基礎検討から行うことにした。
【００３４】
そこで、該タングステン配線１６の上に高濃度のホウ素含有シリコンプラグ１９を直接接触させた半導体集積回路装置と高リン不純物濃度のｎ型シリコンを直接接触させた半導体集積回路を作製した。その結果、リンを含有させたシリコンを接触させた場合、６００℃程度の温度からタングステンとシリコンの反応が観察された。そして該シリコンをプラグとし、その上にソースあるいはドレインを接続したＭＯＳトランジスタではトランジスタ作製のための７００℃〜９００℃の熱処理過程でトランジスタのチャンネル部までタングステンが拡散し、正常なトランジスタ特性を示さなかった。そしてタングステン層とリン含有シリコン層の間の接触抵抗は10−7〜10−2Ω・cm2とバラツキが大きく、中には導通しない素子もあった。一方、ホウ素含有シリコンをタングステン膜に直接接触させた構造では、９５０℃程度の高温熱処理まで界面反応が進行しないことを発見した。そして該シリコンをプラグとし、上記と同様に該プラグと接続したＭＯＳトランジスタでは、素子設計どおりのＭＯＳ特性を有する素子が得られた。また金属とホウ素含有シリコンの界面での接触抵抗は10−7〜10−6Ω・cm2と低く、かつバラツキの少ない値を示した。
【００３５】
タングステン膜に不純物をドーピングしないシリコンを直接接触させて熱処理すると、５５０℃前後の温度で界面反応が生じはじめることは広く知られている。そしてこの反応はさらに７００℃前後まで熱処理温度を高くすると、WSi2構造のタングステンシリサイド（タングステンの珪化物）が形成されることはすでに公知であり、先に示した各引例ではこの反応を防止するために各種バリア膜を適用することを述べている。したがって、上記の実験でホウ素含有シリコンとタングステン直接接触構造において９５０℃程度の高温熱処理を施してもシリサイド反応が生じたことを示す膜表面の凹凸が観察されなかったことは、従来の知見からは予測できなかった。そこで、反応が生じなかった原因を解明すべく、透過電子顕微鏡、２次イオン質量分析装置、Ｘ線利用分析装置、電気特性など種々の手段を駆使して界面格子像、元素分布、結晶構造、そして電気伝導などの解析、評価を行った。
【００３６】
その結果、リン含有シリコン／タングステン構造では、６００℃の熱処理で稠密六晶系（ヘキサゴナル結晶構造）のWSi2が形成され、７００℃程度の熱処理で斜方晶系（テトラゴナル結晶構造）のWSi2の形成が確認された。この結果は従来の不純物を含有しないシリコンとタングステンを直接接触させた場合とほぼ同じである。これに対し、ホウ素を含有させたシリコンとタングステンを直接接触させた系では、９５０℃前後の熱処理を加えた試料においても反応を示す膜表面あるいは界面の凹凸を走査型電子顕微鏡観察でも観察されなかった。そしてさらに界面の格子像を透過型電子顕微鏡で解析したところ、極薄のタングステンとホウ素の化合物、あるいはそれらにシリコンが加わったいわゆるシリコボライドが観察された。このため、界面にタングステンなどの金属ホウ化物が形成され、それが界面反応を抑止することを推測した。そしてホウ素化合物が生じる原因を解析した。前記の検討に用いたシリコン膜は化学蒸着装置（CVD:Chemical Vapor Deposition）で形成しており、図５に示すように、ホウ素水素化合物ガス３７とジクロルシラン（シリコンと水素・塩素の化合物ガス）あるいはシラン（シリコンと水素の化合物ガス）などのシリコンベース反応ガス３８をシリコン膜形成のための反応室３９に導入した。このガス導入過程で、偶然にも該ホウ素水素化合物ガス３７を上記のシリコン系ガス３８より少し早く反応室に導入させており、このプロセスステップにより界面に金属ホウ化物４０が形成されたと推定した。そこでタングステン膜上に該ホウ素水素化合物ガス３７を基板に１０秒間照射し、その表面に形成されるホウ素化合物をＸ線斜入射光電子分光装置および反射型電子線回折装置などを用いて解析した。そして、該ホウ素水素反応ガス３７照射時の基板温度が３５０℃前後から図３の（ａ）に示す不連続なM2B（クラスター状に存在し、下地の金属Ｍ原子と結合）あるいは（ｂ）の鎖状のMB（連鎖ホウ素クラスターと下地の金属Ｍ原子と結合）のもしくは（ｃ）の六角状連鎖のM3B4（六角連鎖ホウ素クラスターと下地の金属Ｍ原子と結合）が形成され、６００℃程度の比較的高温では（ｄ）の網目状：MB２（Ｍ原子面の上下にホウ素面）のタングステンホウ化物、あるいは（ｅ）ホウ素８面体ベース結晶：ＭＢ４／ＭＢ６（Ｍ原子立方体の中に浸入型で存在）が形成されることが明らかになった。
【００３７】
次にこれらの金属ホウ化物が界面反応の抑止層として作用したかどうかを確認するため、最初に前記のシリコン系水素化合物ガス３８を先に導入した後に該ホウ素水素化合物ガス３７を導入した試料を作製し、これらの観察より熱処理による界面反応の状態を調べた。この場合は、６００℃前後から反応が始まる場合と、７００℃程度の比較的高温から反応が開始する場合があった。前者はシリコン水素化合物ガス３８だけを先に導入する時間が短く、後者は長くした場合である。いずれの場合も該シリコン系ガス３８をホウ素水素化合物ガス３７より先に導入すると、従来知られている熱処理温度に近い温度から反応が始まることが分かった。以上の実験より、図３に示したような金属ホウ化物４０が極薄く存在するだけでタングステンなどの金属とシリコンの反応を抑止できることを発見した。またホウ素水素化合物ガス３７を先行導入（照射）した素子では、接触抵抗を評価するために広く用いられている図６のケルヴィン(Kelvin)素子により求めたタングステンとシリコン間接触抵抗も5×10−7〜8×10−6Ω・cm2と低く、またドレイン部での接合破壊や、ゲート絶縁膜耐圧不良のない良好なＭＯＳ電気特性を有する半導体集積回路装置を形成できることが明らかになった。
【００３８】
なお、本実施例では、金属膜表面上のホウ化物はプラグを形成するために層間絶縁膜に開口部を設け、その開口部内に上記の化合物ガスを照射することにより形成したが、金属配線にパターングを施した後に、化合物ガスを照射しホウ化物を形成し、その後に層間絶縁膜を堆積し開口部を設けても良い。
【００３９】
＜実施例２＞
上記の実施例１ではホウ素水素化合物ガス３７をタングステン膜表面に照射することにより金属ホウ化物４０を形成した。本実施例では先に述べた図１および図２の半導体集積回路装置において、タングステン配線１６上の所定部にシリコンプラグ１９を埋め込むための開口部を設けた後、開口部底部のタングステン膜表面域にイオン打込み技術を用いてホウ素イオンを５ｋｅＶで5×1014atoms/cm2打込んだ。ただし、この場合はタングステン配線１６に直接ホウ素イオンを打込むと該膜中で打込みイオンのチャネリング現象が生じるため、タングステン配線１６表面域に金属ホウ化物４０を形成するのが難しくなる。このため本実施例では、前述の図１および図２におけるタングステン配線１６上に開口部を形成する際、層間絶縁膜１８のみをドライエッチング技術により除去し、プラズマＣＶＤ法により形成した30nm厚さのシリコン窒化膜１７を残存させた。そしてこの非晶質窒化膜１７を通してタングステン膜１６にホウ素イオンを打込むことにより、上記のタングステン膜１６内でチャネリング現象が生じるのを抑止できた。その後、500℃で窒素熱処理を行うことによりタングステン膜１６表面域にタングステンホウ化物４０を形成し、その後に開口部底部でタングステン膜１６表面に存在する該窒化膜１７を熱燐酸湿式エッチングにより除去した（ドライエッチングにより除去することも可能である）。
【００４０】
なお、ここでタングステン膜をパターンニングした後に上記のホウ素イオン打込み及び熱処理を行ってホウ化物を形成し、その後に層間絶縁膜の堆積、開口部の形成の順で行なってもよい。
【００４１】
上記のイオン打込みに関連した工程以外は、実施例１と同じとした。本実施例ではホウ化物４０形成後、シリコンプラグ１９のためのホウ素含有シリコン膜形成ＣＶＤ装置に試料を装填するまで長時間、大気に触れることになる。このため大気中放置によるタングステン表面自然酸化物成長の関係をＸ線光電子分光法により評価した。この評価では、比較試料として表面にホウ化物を形成しないでタングステンだけの状態の膜を用いた。また表面の酸化度として金属（タングステン）― 金属（タングステン）結合状態を示す光電子スペクトルの強度に対する金属(タングステン) ― 酸素結合、すなわち金属の酸化状態を示す光電子スペクトル強度の比を用いた。比較試料では、タングステン膜形装置から取り出した直後の強度比0.46から大気放置時間とともに急速に増大し、約１時間後には0.53に達した。その後は徐々に増大した。一方、表面にタングステンホウ化物４０を形成した試料では酸化度を示す上記の強度比は0.32と非常に低く、ホウ化物形成後に１日放置しても0.36までしか増大しないことがわかった。すなわちホウ化物４０を形成しない場合は、膜形成装置から取り出してタングステン膜を大気に触れた瞬間にタングステン酸化物が成長することを示しており、表面域にホウ化物４０を形成した場合は、タングステンの酸化が抑制されるなど、耐酸化性が向上することが明らかになった。なお、タングステン配線１６の表面にタングステン酸化物が存在すると、積み上げＭＯＳトランジスタ２０あるいは平面配置ＭＯＳトランジスタ２９を形成するための熱処理工程において、シリコンプラグ１９のシリコンによりタングステン酸化物が還元され、界面にシリコン酸化物が形成されて導通不良となることがある。
【００４２】
上記よりタングステンホウ化物４０は耐酸化性があることがわかった。しかしホウ化物４０が高抵抗の場合は、積み上げＭＯＳトランジスタ２０あるいは平面配置ＭＯＳトランジスタ２９のドレインに抵抗が負荷されることになり、所望のトランジスタ特性が得られない可能性がある。そこでタングステンホウ化物４０の抵抗を評価した。その結果、上記の方法で形成したホウ化物４０の抵抗率は、20μΩ・cm 〜 25μΩ・cmであり、配線１９に用いるタングステン膜の抵抗率の14μΩ・cm 〜 20μΩ・cmと同等であり、トランジスタ特性に影響しないことを確認した。
【００４３】
以上のベースデータをもとに半導体集積回路装置を作製した結果、タングステン配線１６とシリコンプラグ１９間の接触抵抗、および集積回路装置の特性は実施例１と同等であることが確認された。
【００４４】
以上より、金属表面にホウ化物を形成した後にシリコン膜を堆積することにより課題である半導体装置製造のための高温熱処理過程での金属／シリコン反応を抑止でき、かつ金属層とホウ素含有シリコン層間の接触抵抗を低減できる。
【００４５】
なお、タングステンホウ化物は上記のように、タングステンが酸化されるのを抑止するともに、タングステンに対して耐薬品性を向上させることがわかった。例えばタングステンは容易に過酸化水素水溶液にエッチングされるが、該ホウ化物膜を表面に形成した場合は、該膜を被覆しない場合より、タングステン配線がエッチングされて無くなるまでの時間を約８倍長くできた。この耐エッチング性の向上を半導体集積回路装置製造におけるプロセス余裕を拡大する。
【００４６】
＜実施例３＞
実施例１で述べたホウ化物４０はタングステン膜１９の表面に比較的厚いタングステン自然酸化物が存在すると形成が難しくなる。この場合も、実施例２で述べたように高温熱処理過程でタングステン配線１６とシリコンプラグ１９は反応しないが、シリコンによる金属酸化物の還元反応が生じ、結果として界面にシリコン酸化膜層が形成される。そして金属／シリコン間の接触抵抗が10−5Ω・cm2以上、あるいは界面での絶縁物の存在に起因した導電特性を示すことがある。したがって金属ホウ化物を形成するには、できるだけタングステンなどの金属酸化物を除去しておくことが必要である。このため、本実施例では金属酸化物を除去する方法の検討を行うとともに、それを用いて半導体集積回路装置を作製した。本実施例の課題は、シリコンプラグ１９を形成するための開口部底部のタングステン配線１６表面のタングステン自然酸化膜を除去することにある。この方法として湿式エッチング法を選び、そのエッチング薬液の検討を行った。フッ酸をベースとしたエッチング液は、シリコン酸化物をエッチングして開口部を大きくするなどの問題を生じるため適用するのが難しい。そこで、種々のエッチング液を検討する中から、７０℃以下の温度のアンモニア水溶液は上記開口部をほとんど拡大せず、タングステン配線１９表面のタングステン自然酸化物を効率よく除去できることを見出した。ここで用いたのは1ミリモル以上のアンモニアを含有する水である。本実施例においても、Ｘ線光電子分光によりタングステン酸化膜の存在量を求めた。該アンモニア水溶液による表面自然酸化物除去処理前は、金属（タングステン）― 金属（タングステン）結合状態を示す光電子スペクトルの強度に対する金属(タングステン) ― 酸素結合の光電子スペクトル強度の比は0.44を示した。そして本液により処理した後は0.26まで減少した。すなわちアンモニア水は効率よくタングステン酸化物を除去できることを確認した。そして用いたアンモニア水溶液の酸化還元電位とpHを測定した。これらの液は還元電位側で0.7V 〜 0.9VそしてpH9 〜 pH11.5であった。この結果を、タングステンと水の系における酸化還元電位とpH状態図からに当てはめると、Ｗをエッチングすることなく表面に存在するタングステン自然酸化物のみをWO42-イオンとしてアンモニア水溶液に溶出して除去することがわかった。なお、上記と同様に超純水および水素を含有させた水（機能水）についても酸化還元電位とpHを測定した。両水ともpH7程度であるが0.3V 〜 0.4Vの還元電位を示し、上記状態図からタングステン自然酸化物のみを選択的に除去できることがわかった。ただしこの場合はアンモニア水より除去効率が低い。
【００４７】
上記検討結果をもとに、実施例１におけるタングステン配線１６上に開口部を設けた後、該アンモニア水溶液で開口底部のタングステン酸化物を除去した。その後、大気放置時間を３０分以内に制限してシリコン膜形成のためのＣＶＤ装置に装填して真空排気した。その後、４００℃に該試料を加熱して実施例１と同様にホウ素水素化合物ガスを１０秒間先行導入し、そして該ガスを導入しながらシリコン水素塩素ガス(SiH2Cl2)を導入してホウ素含有シリコン膜を形成した。これ以外の工程は実施例１と全く同じである。
本実施例で得られたKelvin（ケルビン）素子を用いたタングステン配線１６とシリコンプラグ１９間の接触抵抗は、１０インチウエハ内でもバラツキが少なく、3×10−7〜2×10−6Ω・cm2と低接触抵抗を示し、アンモニア水溶液処理の有効性が確認された。
【００４８】
＜実施例４＞
上記の実施例３では実施例１より接触抵抗が低くなるとともに、ウエハ内およびロット間における接触抵抗のバラツキが改善された。しかしながら2×10−6Ω・cm2と10−7Ω・cm2レベルを超える素子が散見される。この原因を検討する中から、これらは開口部底部のタングステン表面に何らかの有機物が存在する場合とアンモニア水溶液で処理してもタングステン自然酸化物が除去できていない場合があることが明らかになった。前者は開口部形成のためのドライエッチング工程で生じたものであり、ドライエッチング後のアッシャなどの後処理でも除去できない場合があることを示している。一方、アンモニア水溶液処理によるタングステン酸化物除去の検討を再度行った。タングステン酸化物がＷＯ３の安定な酸化物になっている場合は該水溶液で容易に除去できるが、これ以外の低酸素タングステン化合物の場合は、酸化物の除去効率が低下することがわかった。これは酸化物内に金属タングステンと酸化物が混在するためと推定される。そこで残存有機物を完全に除去するとともに、低酸素タングステン酸化物をＷＯ３に変換してアンモニア水溶液によるタングステン酸化物除去効率を高める方法を検討した。そしてこれらを同時に行える方法として、150nm程度の高エネルギー紫外光と250nm程度の比較的エネルギーの低い紫外光を同時に照射することを考えた。これは通常レジスト除去に用いられる紫外光は250nm程度であり、このエネルギーではC=CやC-Fなどの結合状態の有機物を分解するのが難しい。これらを分解するには150nm程度の波長を有する紫外光が必要である。そしてこの高エネルギー紫外光により開口部底に残存するこれら結合の有機物を分解するとともに、その周辺でオゾンを発生させる。そして発生したオゾンを250nm程度のエネルギーを有する紫外光により分解し、この分解酸素で有機物を気体物質にして除去する。この際、生じた分解酸素により、残存有機物除去と同時にタングステン表面に存在する低酸素タングステン酸化物をＷＯ３に変換する。この状況は先に述べたＸ線光電子分光装置により評価した。なお本装置は微小部の分析に適していないため、シリコンウエハ上に形成したタングステン膜（配線などのパターンに加工していない試料）を用いた。本分析による分光スペクトルにより、上記の２波長紫外光を照射しない場合は、ＷＯ３以外にＷ１８Ｏ４９など種々の低酸素タングステン酸化物が存在したが、該紫外光照射後はほとんどＷＯ３に変換されていることが確認された。
【００４９】
上記の結果をもとに、実施例３におけるアンモニア水溶液による処理する前に該２波長の紫外光を１０分間照射した。それ以外は実施例３と同じ条件とした。そして本実施例で得られた半導体集積回路装置におけるタングステン配線１６とシリコンプラグ１９間の接触抵抗は、１０インチウエハ内、および半導体集積回路装置製造ロット間でバラツキが少なく、9×10−8〜5×10−7Ω・cm2と非常に低い値を示した。この結果、該積み上ＭＯＳトランジスタのドレインに該界面での接触抵抗がないと仮定した場合に得られるソース／ドレイン間電流にほぼ等しい値が得られた。
【００５０】
以上の各実施例では図１および図２に示した配線１６材料としてタングステンを用いたが、モリブデン、タンタル、およびチタン、ジルコニウム、ハフニウムなどのIVａ族元素および該族の窒化物、そしてこれらの積層構造を適用できることは言うまでもない。そしてこれらの金属あるいは窒化物においてもそれらの表面にホウ素化合物（ボライド）あるいは金属―ホウ素―シリコン化合物（シリコボライド）を形成することにより、上記各実施例と同様の効果が得られる。ただし、材料により関連プロセス条件を調整する必要があるのは言うまでもない。
【００５１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。すなわち、図１および図２の実施例ではシリコン単結晶基板主面に設けた配線とその上に一種類のＭＯＳトランジスタを積み重ねたが、縦型ＭＯＳトランジスタと平面配置ＭＯＳトランジスタの混在配置、あるいはさらにこれらの上にＭＯＳトランジスタを積み上げることは可能である。これらの場合も本発明の構造からなる配線とシリコンプラグ接触構造が生じる場合がある。これらに対しても本発明は前記の効果を有することは言うまでもない。
【００５２】
＜実施例５＞
本実施例では実施例１における検討において、金属配線上の開口部にリン含有シリコンからなるシリコンプラグを直接形成するときに生じた金属／シリコン反応による剥離やその上に積み上げたMOSトランジスタの特性不良発生を避けるため、上記各実施例と同様に開口部底部の該金属表面に自己整合的に金属ベースホウ化物あるいは金属、ホウ素そして珪素をベースとする化合物を形成したのに、通常の方法でリン含有シリコン膜を形成してリン含有シリコンプラグを形成した。本実施例ではこのプラグに接続する図１および図２の積み上げMOSトランジスタはソースとドレイン部にリンあるいは砒素を含有させたｎチャンネル型MOSトランジスタを形成した。これらの構造においても、開口部金属表面に自己整合的に形成した金属とホウ素をベースとするホウ化物が、MOSトランジスタを形成するための７００℃から９５０℃の高温熱処理プロセスにおいても金属／シリコンプラグ間の反応を有効に阻止することができた。またリン含有シリコンプラグとタングステン配線間の接触抵抗は、1×10−7〜5×10−6Ω・cm2と半導体集積回路装置を構成する上で障害にならない低い値を示した。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の各実施の形態である配線上に縦型ｐチャンネルＭＯＳトランジスタを積み上げた半導体集積回路装置の要部断面図である。
【図２】本発明の各実施の形態である配線上に平面配置型ｐチャンネルＭＯＳトランジスタを積み上げた半導体集積回路装置の要部断面図である。
【図３】本発明の実施形態である実施例１において、タングステン配線表面に形成されるタングステンホウ化物の結晶構造図。（ａ）は不連続結晶：Ｍ２Ｂ、（ｂ）は鎖状結晶：ＭＢ、（ｃ）は六角連鎖結晶：Ｍ３Ｂ４、（ｄ）は網目状：ＭＢ２、（ｅ）はホウ素８面体ベース結晶：ＭＢ４／ＭＢ６を表す図。
【図４】タングステン配線とその上のシリコンプラグ間に（ａ）タングステン窒化物バリア、と（ｂ）タングステン窒化物とタングステン珪化物の積層バリアを挿入した従来構造（金属配線／バリア／ホウ素含有シリコンプラグ積層部のみ取り出した説明図）。
【図５】本発明の実施形態である実施例１において用いたホウ素含有シリコン膜形成装置の概要図。
【図６】本発明の各実施例において、タングステン配線とシリコンプラグ間の接触抵抗を評価するために作製したKelvin素子の説明図。
【符号の説明】
【００５４】
１…シリコン単結晶基板（ウエハ）、
２…素子分領域、
３…基板主面に形成したＭＯＳトランジスタ、
４…基板主面に形成したトランジスタのソース、
５…基板主面に形成したトランジスタのドレイン、
６…基板主面に形成したトランジスタのゲート電極、
７…基板主面に形成したトランジスタのゲート絶縁膜、
８…基板主面に形成したトランジスタのゲート電極側壁窒化膜、
９…基板主面に形成したトランジスタのソース,ドレイン,ゲート電極表面に自己整合的に形成したコバルト珪化物、
１０…基板主面上トランジスタの上に設けた第１のシリコン酸化物層間絶縁膜、
１１…上記絶縁間に設けたコンタクト孔用開口部、
１２…上記開口部内に設けたチタン窒化物バリア、
１３…タングステン膜、
１４…上記チタン窒化物とタングステンの積層からなる金属プラグ、
１５…１０の層間絶縁膜表面域に第１配線のパターンに掘った溝、
１６…上記の溝内にタングステンなどの金属を埋め込んだ第１の金属配線、
１７…第１の金属配線上下に設けたシリコン窒化膜、
１８…第１の金属配線上に設けたシリコン酸化物層間絶縁膜、
１９…ホウ素含有シリコンからなるプラグ、
２０…ドレイン,チャンネル領域,ソースを縦方向に積層した縦型ＭＯＳトランジスタ、
２１…縦型ＭＯＳトランジスタのドレイン、
２２…縦型ＭＯＳトランジスタのチャンネル領域、
２３…縦型ＭＯＳトランジスタのソース、
２４…縦型ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜、
２５…縦型ＭＯＳトランジスタのゲート電極、
２６…第２のシリコン酸化物層間絶縁膜、
２７…チタン窒化膜、
２８…タングステン膜、
２９…ソース,チャンネル領域,ドレインを平面配置したＭＯＳトランジスタ、
３０…平面配置ＭＯＳトランジスタのドレイン、
３１…平面配置ＭＯＳトランジスタのチャンネル領域、
３２…平面配置ＭＯＳトランジスタのソース、
３３…平面配置ＭＯＳトランジスタのゲート電極、
３４…平面配置ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜、
３５…タングステン窒化物バリア膜、
３６…タングステン珪化物膜、
３７…ホウ素水素化合物ガス、
３８…シリコン水素系化合物ガス、
３９…ＣＶＤ装置の反応室、
４０…金属ホウ化物、
４１…シリコン窒化膜、
４２…第３のシリコン酸化物層間絶縁膜、
４３…チタン窒化膜、
４４…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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