(57)【要約】半導体基板上のコンタクト領域の底部および側壁上に十分な被覆部を与えるための、コンタクト領域に堆積層を堆積する方法が提供される。一実施形態では、底部および側壁を有するコンタクト領域は、側壁上の厚さよりも厚い厚さでそれに堆積された堆積層の第１の被膜部を有する。側壁上のより狭い堆積層厚さを補償するために、堆積層の第２の被膜部が、側壁上の第２の被膜部が底部の第２の被膜部の厚さよりも厚い厚さであるように堆積される。この堆積層は、窒化チタン製であるが、他の材料もまた使用可能である。
2004515921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の、底部および側壁を有するコンタクト領域に堆積層を堆積する方法において、
前記底部が、前記側壁の少なくとも一部の第１の被膜部の厚さよりも厚い厚さの前記堆積層の第１の被膜部を受け入れるように前記コンタクト領域に前記堆積層の第１の被膜部を堆積し、
前記側壁が前記堆積層の第２の被膜部を受け入れるように前記コンタクト領域に前記堆積層の第２の被膜部を堆積する
ことを含むことを特徴とする、半導体基板上のコンタクト領域に堆積層を堆積する方法。
【請求項２】
前記堆積層の第２の被膜部は、前記底部上の前記堆積層の第１の被膜部の厚さよりも厚い厚さで堆積されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記堆積層は、Ｔｉ、Ｔｉ：Ｗ、ＴｉＮ、ＷＳｉｘ、Ｔｉ／ＴｉＮのグループから選択される材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記堆積層は、約５０Å〜約２００Åの範囲の厚さで堆積されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記堆積層は、スパッタリングによって堆積されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
半導体基板上の、底部および側壁を有するコンタクト領域に堆積層をスパッタリングする方法において、
前記堆積層材料が前記コンタクト領域の底部の方のある方向に移動するように前記コンタクト領域に前記堆積層の第１の被膜部をスパッタリングし、
前記堆積層材料が前記側壁の方のある方向に移動するように前記コンタクト領域に前記堆積層の第２の被膜部をスパッタリングする
ことを含むことを特徴とする、半導体基板上のコンタクト領域に堆積層をスパッタリングする方法。
【請求項７】
前記堆積層は、Ｔｉ、Ｔｉ：Ｗ、ＴｉＮ、ＷＳｉｘ、Ｔｉ／ＴｉＮのグループから選択される材料を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記堆積層の前記第１の塗布のスパッタリングは、前記コンタクト領域の底部の方へ堆積層を送る方向制御を有するＩＭＰスパッタリングで行われ、かつ前記堆積層の第２の被覆部のスパッタリングは、方向制御なしで実施されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記方向制御は、ＲＦおよびＡＣバイアスの使用を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記堆積層は、約５０Å〜約２００Åの範囲の厚さで堆積されることを特徴とする請求項９に記載の記載方法。
【請求項１１】
半導体基板上の、底部および側壁を有するコンタクト領域に化学量的な窒化チタン（ＴｉＮ）を生じるように保持されるＡｒ／Ｎ２環境で窒化チタン堆積層をスパッタリングする方法において、
前記堆積層材料が前記コンタクト領域の底部の方のある方向に移動するように前記コンタクト領域にＴｉＮ堆積層の第１の被膜部をスパッタリングし、
前記ＴｉＮ堆積層材料が前記側壁の方のある方向に移動するように前記コンタクト領域にＴｉＮ堆積層の第２の被膜部をスパッタリングする
ことを含むことを特徴とする、半導体基板上のコンタクト領域に窒化チタン堆積層をスパッタリングする方法。
【請求項１２】
ＴｉＮの前記第１の被膜部のスパッタリングは、第１の所定のＡＣバイアス電力を前記半導体基板に印加し、かつ前記基板を第１の所定のＲＦ電界電力にさらすことをさらに含み、かつ前記ＴｉＮ層の第２の塗布のスパッタリングは、第２の所定のＡＣバイアス電力を前記半導体基板に印加し、かつ前記基板を第２の所定のＲＦ電界電力にさらすことをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の所定のＡＣバイアス電力は、約４．５ｋＷ〜５．５ｋＷの範囲にあり、かつ前記第１の所定のＲＦ電界電力は、約１．０ｋＷ〜３．０ｋＷの範囲にあり、さらに第２の所定のＡＣバイアス電力は、約５．５ｋＷ〜７．５ｋＷの範囲にあり、かつ前記第２の所定のＲＦ電界電力は、約０ｋＷ〜１．５ｋＷの範囲にあることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
Ａｒ／Ｎ２環境の圧力が、約２３ｍＴｏｒｒ〜約２５ｍＴｏｒｒの範囲にあることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記Ａｒ／Ｎ２環境が、約１５：９０のＡｒ：Ｎ２比に保持されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記Ｔｉｎ堆積層のシート抵抗が、約２５〜約６０オーム／平方の範囲にあることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
ＴｉＮ堆積層の厚さは、約５０Å〜約２００Åの範囲の厚さで堆積されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法によって製造される半導体装置。
【請求項１９】
請求項６に記載の方法によって製造される半導体装置。
【請求項２０】
請求項１１に記載の方法によって製造される半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は広くは半導体装置の製造に関する。より詳細には、本発明は、溶けにくい金属窒化膜のコンタクト側壁被覆部の強化を行う方法に関するものである。
【０００２】
発明の背景
薄膜アルミニウムおよびアルミニウム合金は、半導体処理での用途を有する基本材料である。アルミニウムは、シリコンおよび二酸化シリコンに良く付着する良好な導体である。相互接続のためにアルミニウムを使用する際の重要な問題は、界面が正規の半導体処理の熱処理（例えば、アニーリング）の場合のように加熱される場合に純粋のアルミニウムおよびシリコンの界面に生じ得る接合スパイクの問題から生じる。このスパイクは、温度とともに増加するアルミニウムにおけるシリコンの溶解度（４００℃で約０．５％）のためにコンタクトの下のｐ−ｎ接合のアルミニウム／シリコン界面間で生じる。アルミニウムによる浸透は、コンタクトの下のｐ−ｎ接合部の深さを越える場合、接合部が電気的に短絡される。
【０００３】
この問題に対処する１つの技術は、基板が直面し得る最大処理温度でシリコン溶解度よりも多いシリコンの濃度を有するアルミニウム合金を使用することにある。それにより、（Ａｌ−Ｓｉ）シリコン界面が加熱される場合、アルミニウム合金膜は、シリコンを基板から溶液中に引き入れなくなり、接合スパイクが避けられる。
【０００４】
デバイス寸法がミクロンの何分の１かに近づくにつれて、Ａｌ−Ｓｉ膜の使用は不適切のように考えられる。接合部が浅くなればなるほど、ますます金属ラインは狭くなり、ＶＬＳＩ回路のより厳しいトポグラフィーは、このような膜が４００℃温度工程から冷却される場合に生じるＡｌ−Ｓｉ膜のＳｉ析出にあまり耐性がない。さらに、Ａｌ−Ｓｉコンタクトのエレクトロマイグレーション故障は、コンタクトがより小さくなるときにより深刻になる。Ａｌ−Ｓｉコンタクトの欠陥を取り扱おうとして、障壁材料および他の層を使用するよりも精巧なコンタクト構造は、交換（例えば、Ｓｉ／Ｗ／Ａｌ、あるいはＳｉ／ＰｔＳｉ／ＴｉＷ／Ａｌ）コンタクト構造として使用される。
【０００５】
溶けにくい金属窒化膜、特に窒化チタン（ＴｉＮ）は、シリコン基板の中へのアルミニウムのスパイクを防止する障壁材料として使用される。この障壁材料は、化学気相成長法（ＣＶＤ）あるいはスパッタリングによってしばしば用いられる。一例の処理法では、窒化チタン（ＴｉＮ）は、アルミニウムの堆積より前にタングステンとともに障壁材料として使用される。ＴｉＮは、ＣＶＤタングステン（Ｗ）堆積層にぴったりの薄膜である。ＴｉＮは、ＷＦ６が反応物である次のタングステンＣＶＤ中耐フッ素膠層としても使用される。タングステンは、下部の酸化膜表面に堆積しないので、ＴｉＮ膜がない場合は常にピーリングは生じる得る。さらに、いかなる露出された酸化膜層に対するＷＦ６の反応も、コンタクトの上部コーナーの「火山状」損傷の発生において現れる化学反応を生じる。したがって、コンタクト内に良好なＴｉＮ層被覆部を有することは、装置の信頼性および歩留まりにとって重要なことである。
【０００６】
スパッタリングは、アルミニウム、アルミニウム合金、白金、金、チタン−タングステン、タングステンを含む様々な金属膜のための幅広く使用される堆積技術である。スパッタリングは、高エネルギー粒子との衝突による材料の表面から原子が取り除かれる機構を示している。イオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）スパッタリングは、０．２５μｍよりも小さい小形形体のサイズのデバイスに対するＴｉＮ層の良好なコンタクト底部被覆部を与える。しかしながら、側壁被覆部は、十分でなく、前述の欠陥を生じ得る。Ａｒｍｉｎ Ｋｏｈｌｈａｓｅらに対して発行された名称「チタン／窒化チタン二重層の生成のための方法」である米国特許第４７８３２４８号の明細書では、チタンベース膜を生成する際に必要とされる挑戦のいくつかを検討しているが、それはそっくりそのまま参照してここに組み込まれる。
【０００７】
図１を参照する。シリコン基板１００の従来の処理法では、ポリシリコンあるいは拡散層１１０は、溶けにくい金属、通常チタンを有するシリサイド化物１２０の影響下に置かれる。内部金属酸化膜（ＩＭＯ）層１３０は、ＩＭＯ層１３０に規定されたコンタクト領域１５０に対する電気分離を行う。ＴｉＮの層１４０は、コンタクト領域１５０でスパッタリングされ、符号１４０ａでその部分が薄いことを示す。あまりにも薄い場合、１４０ａの部分で被覆部の欠如が有り得る。
【０００８】
デバイスの信頼性が妥当なコストで保持されるように、コンタクトに全体的に十分な被覆部を与える必要がある。
【０００９】
発明の概要
本発明は、多くの実施形態で実施可能であるが、その１つは次のように要約される。デバイス構造に電気的コンタクトの形成中、金属がコンタクトを囲む絶縁材料に十分付着させることを保証することは１つの挑戦である。タングステンは酸化膜表面には堆積しない。したがって、付着層は、結合部を改善し、下層にある酸化膜層がタングステン堆積処理の副産物と反応することを防ぐように設けられる。通常、このような付着層は窒化チタンである。付着層を形成する際に、コンタクトの底部および側壁上の被覆部は、コンタクト欠陥を最少にすることを保証しなければならない。本発明による一つの実施形態は、半導体基板上の、底部および側壁を有するコンタクト領域に堆積層を堆積するための方法である。この方法は、底部が側壁の少なくとも一部の厚さよりも厚い厚さの堆積層の第１の被膜部を受け入れるようにコンタクト領域に堆積層の第１の被膜部を堆積することを含む。次に、コンタクト領域の堆積層の第２の被膜部は、側壁が底部の厚さよりも厚い厚さの堆積層の第２の被膜部を受けるように堆積される。
【００１０】
本発明の上記の概要は、本発明の開示された各実施形態、あるいはあらゆる態様を示すことを意図してはいない。他の態様および実施形態例は、図面および次に続く詳細な説明で説明されている。
【００１１】
本発明は、添付図面に関する本発明の様々な実施形態の下記の詳細な説明の考察により、より完全に理解できる。
【００１２】
本発明は、様々な修正および代替の形式が可能であるが、その特定の実施形態を図面に例として示し、ここに詳述する。
【００１３】
詳細な説明
本発明は、約１／４ミクロンよりも小さい寸法のデバイスの高アスペクト比を有するコンタクト領域に十分な被覆部を与えるＴｉＮ薄膜を提供することに関連して有用かつ有利なものであることが分かった。
【００１４】
第１の導電層が電気接続部を提供するために適用される場合、これらのコンタクト領域はしばしば「コンタクト」と呼ばれる。次の導電層がＩＭＯ（金属間酸化膜）によって分離され、これらの層に画定されたコンタクト領域は、しばしば「バイア」と呼ばれる。後に続く議論では、ＴｉＮを有するＭＯＳ構造は、本発明の実装例を説明するために使用される。しかしながら、本発明はそのようなものに限定されることはない。
【００１５】
十分な底部被覆部を提供するためにＩＭＰスパッタリング装置が使用される。ＩＭＰのＴｉＮ堆積部は、ＲＦコイルを使用し、スパッタリングされた金属をイオン化するために使用する。そのとき、イオン化金属イオンは、ＤＣ自己バイアスによって近垂直角でウェハ表面に引き付けられ、コンタクト領域の底部でより高い堆積確率を生じる。底部被覆部をさらに増加させるために、ウェハに供給される負のＡＣバイアスがイオンを制御するので、イオンはウェハ表面に垂直方向に当たる。しかしながら、これは、側壁被覆部を減らし得る。側壁被覆部を取り扱うために、次の第２のＴｉＮ堆積がＲＦコイルで行われ、スパッタリングされたＴｉＮがコンタクト領域側壁をより容易に被覆するようにＡＣバイアス電力が調整される。ユーザがウェハ基板を空気にさらないという条件で、このような２つの工程の堆積は、同じスパッタリング室内あるいは２つの別個のチャンバの中で行われてもよい。
【００１６】
前述された工程は、図２Ａ〜図２Ｄに示される一連の断面図を参照することによってより容易に理解されよう。
【００１７】
図２Ａを参照すると、基板２００は、シリサイド化物２２０に耐えるポリシリコンあるいは拡散領域２１０を有する。絶縁層２３０、通常シリコン酸化膜は、シリサイド化物２２０の上に画定されるコンタクト領域２４０を有する。拡散領域のポリシリコンあるいはシリコンのシリサイド化物は周知である。
【００１８】
図２Ｂを参照する。シリサイド化の後に、コンタクト領域２４０のベースおよび側壁上に窒化チタン（ＴｉＮ）層２６０がスパッタリングされる。一例の工程では、ＴｉＮが２つの工程で用いられる。まず第一に、ＴｉＮは、矢印２５０ａによって示されるように底部被覆部を強化するためにＲＦコイルおよびＡＣバイアス電源の両方で基板２００上でＩＭＰスパッタリングされる。このＴｉＮは、窒素対チタンの比が１：１、すなわち「金の化学量論」領域のように基板上に塗布される。この領域（金色を有するＴｉＮ）は、窒化チタンを通る拡散に対する高抵抗によって特徴付けられ、良好なバリヤ特性および最小シート抵抗のために形成される。この例の処理の第１工程では、ＡＣバイアス電力は約５．０ｋＷであり、ＲＦ電力は約２．５ｋＷであり、圧力は約２４．１５ｍＴｏｒｒである。キャリアガス組成は、約１５／９０の比のＡｒ／Ｎ２である。約９０Å〜１００Åの層には、強化された底部被覆部が堆積される。
【００１９】
図２Ｃを参照する。第二に、ＴｉＮ層２６０は、ＲＦコイルに低い電力であるがＡＣバイアスでスパッタリングされ、矢印２５０ｂによって示されるような側壁被覆部を強化する。この例の処理の第２工程では、ＡＣバイアス電力は約６．０ｋＷであり、ＲＦ電力は約１．０ｋＷであり、圧力は約２４．０５ｍＴｏｒｒである。このキャリアガス組成は、約１５／９０の比のＡｒ／Ｎ２である。しかしながら、所望のＴｉＮに対するレシピは、パラメータの１つの特定のセットには制限されない。
【００２０】
図２Ｄを参照する。十分なコンタクト領域被覆部を与えるＴｉＮ膜を提供した場合、アルミニウム合金のような金属２７０が、その中に堆積されてもよい。コンタクト中に十分な厚さを有するＴｉＮバリヤは、トランジスタの接合部へのアルミニウムのいかなるスパイクも防止する。
【００２１】
本発明をいくつかの特定の実施形態を参照して説明したが、これに対して当業者は多数の変更が特許請求の範囲に詳述される本発明の精神および範囲から逸脱しない範囲で行い得ることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の工程に従って半導体基板のコンタクト領域に窒化チタン膜を用いるデバイスの断面図である。
【図２Ａ】
本発明の実施形態による工程に従って窒化チタンを適用する前の、シリコン領域のシリサイド化物適用後のコンタクト領域の断面図である。
【図２Ｂ】
本発明の実施形態による工程で図２Ａのコンタクト領域の、窒化チタン適用後の状態を示す断面図である。
【図２Ｃ】
図２Ｂのコンタクト領域の、底部被覆部を強化するタングステン堆積後の状態を示す断面図である。
【図２Ｄ】
図２Ｃのコンタクト領域の、側壁被覆部を強化するタングステン堆積後の状態を示す断面図である。
【国際公開パンフレット】
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2004515921.tif 000004
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2004515921.tif 000014
2004515921.tif 000015
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515921.tif 000016
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515921.tif 000017
【国際調査報告】
2004515921.tif 000018
2004515921.tif 000019
2004515921.tif 000020
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