(57)【要約】【課題】従来の半導体装置では、微細化したコンタクトホールでの安定したコンタクト抵抗と、信頼性の高いアルミニウム配線とを両立することはできないという課題があった。【解決手段】本発明の半導体装置は、コンタクトホールの内部と配線形成部とに、配向の異なるバリア層を有する。このバリア層は、チタン膜と窒化チタン膜とチタン膜との３層構造であって、配線形成部に形成するバリア層の（００２）配向性がコンタクトホールの内部のバリア層の（００２）配向性よりも高い。このような構成とすることによって、安定したコンタクト特性と、高エレクトロマイグレーション耐性とを有する半導体装置を構成することができる。【選択図】図１
2007258344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設ける絶縁膜と、前記絶縁膜に開口して設ける前記半導体基板に達するコンタクトホールと、前記絶縁膜上と前記コンタクトホール内部とに設けるバリア層とを有する半導体装置において、
前記バリア層は、少なくとも１つのチタンを含む膜から構成し、
前記絶縁膜に接する前記バリア層のチタンを含む膜の（００２）配向性が、前記コンタクトホール内部に接する前記バリア層のチタンを含む膜の（００２）配向性よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記絶縁膜上のバリア層と前記コンタクトホール内部のバリア層とは、それぞれチタン膜と窒化チタン膜とを含む積層膜であり、
前記絶縁膜上のバリア層は、前記絶縁膜から順に少なくとも１層のチタン膜と窒化チタン膜とチタン膜との３層を積層してなり、
前記コンタクトホール内部のバリア層は、前記コンタクトホール内部の絶縁膜から順にチタン膜と窒化チタン膜とチタン膜との３層を積層して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】
半導体基板上に水分を含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に前記半導体基板に達するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内部を含まない前記絶縁膜表面に第１のチタン膜を形成する工程と、
前記コンタクトホール内部に露出した前記絶縁膜表面を脱水処理する工程と、
前記第１のチタン膜表面に第２のチタン膜を形成し前記コンタクトホール内部に第３のチタン膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体基板上に水分を含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜表面に第１のチタン膜を形成する工程と、
前記第１のチタン膜と前記絶縁膜とを連続してエッチングし前記半導体基板に達するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内部に露出した前記絶縁膜表面を脱水処理する工程と、
前記第１のチタン膜表面に第２のチタン膜を形成し前記コンタクトホール内部に第３のチタン膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜表面に前記第１の絶縁膜よりも水分を多く含む第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜と前記第１の絶縁膜とを一括してエッチングし前記半導体基板に達するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内部を含まない前記第２の絶縁膜表面に第１のチタン膜を形成する工程と、
前記コンタクトホール内部に露出した前記第１および第２の絶縁膜表面を脱水処理する工程と、
前記第１のチタン膜表面に第２のチタン膜を形成し前記コンタクトホール内部に第３のチタン膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２のチタン膜と前記第３のチタン膜との表面にそれぞれ第１の窒化チタン膜と第２の窒化チタン膜とを形成する工程と、
前記第１の窒化チタン膜と前記第２の窒化チタン膜との表面にそれぞれ第４のチタン膜と第５のチタン膜とを形成する工程と、を有することを特徴とする請求項３から５のいず
れか１つに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、コンタクトホールを介して配線層と半導体層とを接続する構造の半導体装置およびその製造方法に関し、特にチタンを用いた配線層を有する半導体装置の構造とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
知られている半導体装置の構造は、半導体層の上部に絶縁層を設け、この絶縁層の上部に配線層を有する。半導体層と配線層との接続は、絶縁層に設けたコンタクトホールを介して行われる。
半導体層に設けたトランジスタや抵抗素子などの半導体素子は、この絶縁層によって配線層と電気的に絶縁されている。
【０００３】
近年、半導体装置は、微細化とともに高速化が望まれている。半導体装置の速度を決める要因としては、半導体装置の抵抗成分がある。かかる抵抗成分とは、半導体素子が動作時に有する固有の電気抵抗（例えば、トランジスタのオン抵抗）のほか、配線層を形成する金属配線自体の導電性や、この金属配線が拡散層や多結晶シリコン配線と接するときの接触抵抗であるコンタクト抵抗をいう。
特に、コンタクト抵抗は、微細化が進む半導体装置では、コンタクトホールのサイズも著しく小さくなっており、コンタクト抵抗も増加する傾向にある。このように、コンタクト抵抗の増加は、半導体装置の信号遅延などの問題を生じている。
したがって、コンタクト抵抗の増加による問題は、半導体装置の歩留りや信頼性などを決める上できわめて重要である。
【０００４】
コンタクト抵抗の増加の要因は、コンタクトホールの小径化だけではなく、コンタクトホールの底部にシリコン単結晶の析出物が発生することも関係している。
この析出物は、金属配線と半導体層との接触面積の低下をもたらすからである。その発生理由は次のとおりである。
【０００５】
すなわち、金属配線に広く用いられているアルミニウムは、単元素の状態ではシリコンとの反応性が高く、容易にシリコンとの合金を形成し、シリコン基板中に拡散する。アルミニウムの拡散がシリコン基板中に設けたＰＮ接合にまで達すると接合リークが発生し、致命的な不良となる。いわゆるアロイスパイクと呼ばれる現象である。
これを解決する方策として、配線材料として用いるアルミニウムには１％前後のシリコンを添加し、合金の発生を抑制している。ところが、この方法では、添加したシリコンが半導体装置の製造工程中の熱によりシリコン−アルミニウム界面に高抵抗の単結晶として析出してしまうのである。
【０００６】
このようなコンタクトホールの問題を解決する方法として、コンタクトホールの内部にチタン膜および窒化チタン膜などからなる高融点金属のバリアメタルを形成し、アルミニウムと半導体層との直接の接続を防止する方法が提案されている。
バリアメタルの採用によりコンタクト抵抗は安定することから、こうした技術は、１．０μｍを下回るコンタクトホールを有する近年の微細化構造の半導体装置には必須の技術となっている。
【０００７】
さて、配線層の形成工程において、その堆積方法はスパッタ法をはじめとする物理気相堆積法が採用されてきた。こうした小径のコンタクトホールでは通常のスパッタ法の場合、コンタクトホール側壁ならびに底部への堆積率が低下してしまい、その結果、配線の断
線や、エレクトロマイグレーションに対する耐性の低下といった問題を招く。
そこで、コンタクトホールへの金属膜の堆積率を向上させるために、高温リフロースパッタ法と呼ばれる、高温による金属の流動性の増加と、予め施した下地金属のぬれ性とを利用したコンタクトホールの埋込み性を向上させたスパッタ法の採用が主流となってきている。
【０００８】
高温リフロースパッタ法は、コンタクトホールの埋込みには有効な技術であるが、一方で下地のチタンの（００２）配向性が低いためにアルミニウムの（１１１）配向性が低下し、配線のエレクトロマイグレーション耐性が低下してしまうという問題が生じる。アルミニウムの配向性が下地のチタンの配向性に影響されるのは、チタン膜の{００２}面と、窒化チタン膜の{１１１}面と、アルミニウムの{１１１}面との原子配置距離が近く、下地の原子配置が成膜時に上層膜に引き継がれるためである。
【０００９】
なお、アルミニウムの（１１１）配向とは、エレクトロマイグレーション耐性が最も高い原子の配列である。また、アルミニウムの（１１１）配向性が低下すると金属層表面の荒れが発生し、配線層のパターニングの際に重ね合わせずれや、ハレーションといった問題を発生させてしまう。
すなわち、一般にパターニングの際の下地層との重ね合わせには、アライメントマークと呼ばれる重ね合わせのための凹凸形状をあらかじめ下地層に形成し、顕微鏡やレーザーなどの光学的手法を用いて位置合わせを行うが、金属表面が荒れることにより凹凸面の形状が崩れ、重ね合わせ精度が低下してしまうのである。
【００１０】
また、ハレーションとは、金属層に配線パターンを形成するために用いられるフォトレジストと呼ばれる感光性樹脂膜に、配線パターンを写真技術によって形成する際に、露光が金属表面で散乱し、あるいは一部に集中し、パターン寸法よりも細く仕上がる現象である。
重ね合わせずれは、コンタクトホール部の接続抵抗が上昇ずるばかりか、ずれ量が配線寸法以上になると配線のオープンとなって歩留まりが著しく低下する。またハレーションは配線寸法が低下し、結果として電流密度が増大するなど信頼性に著しく影響するのである。
【００１１】
上記の半導体装置の配線金属の配向性を改善する方法としては多くの提案を見るところである。例えば、チタンの成膜時に、スパッタガスに添加元素を導入して（００２）配向性を高める技術である（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
[従来例の説明]
特許文献１に示した従来技術を説明する。図１５は従来技術の半導体装置の構造である。１１１は基板、１２１は基板１１１上に設ける絶縁膜であるＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎｉｃ
Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜、１３１はＢＰＳＧ膜１２１に開口するコンタクトホール、１４１は第１のチタン膜、１４２は第１の窒化チタン膜、１４３は第２の窒化チタン膜、１４４は第２のチタン膜、１５１はアルミ合金膜である。図中の矢印方向は配向方向を示している。
【００１３】
特許文献１に示した従来技術は、成膜前、成膜中に被成膜面をＨ２Ｏ（水蒸気の状態を含む、以下水と記す）雰囲気中に曝すことにより、（００２）配向性の高い第１のチタン膜１４１を形成し、上層に形成するアルミ合金膜１５１の（１１１）配向性を高めるというものである。
具体的には、図示はしないが、成膜装置に水を蓄えるボンベと、成膜チャンバ内への水の供給を制御するバルブとを備え、さらに水の分圧を計測する測定器を備えている。配線の配向を決定する第１のチタン膜１４１の成膜にあたっては、チャンバ内の水の分圧を計
測し、水の分圧が所定の範囲内に収まるようバルブを制御し、ボンベからの水の供給量を制御する。こうした手段を用いてチタンの成膜中に水分を導入し、（００２）配向性の高い第１のチタン膜１４１が形成される。
【００１４】
また、成膜装置に水の導入手段を持たない場合の形態として、ＢＰＳＧ膜のような吸湿性の高い絶縁膜表面に水分を含ませて成膜チャンバに導入する方法を実施する。この方法を用いれば、高真空に排気された成膜チャンバ内で絶縁膜中の水分が放出され、チャンバ内の水の分圧が上昇する。この放出された水分が排気される前に第１のチタン膜１４１のスパッタを実施し、（００２）配向性の高いチタン膜１４１を形成するのである。
【００１５】
【特許文献１】特開平１０−４１３８３号公報（第１０項、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１に示した従来技術は、配線の配向性を決定する第１のチタン膜１４１の成膜時に水分を導入することによって絶縁膜上の第１のチタン膜１４１の（００２）配向性を高めている。
第１のチタン膜１４１の成膜時に水分を導入する手段として、スパッタを行う真空装置内に直接水を導入して分圧を制御する方法を挙げているが、この方法は複雑な制御手段が必要であり、一般のスパッタ装置で実現することは難しいという問題がある。
【００１７】
一方、第１のチタン膜１４１を成膜する絶縁膜にあらかじめ水分を含ませ、真空装置内に搬送された後に放出された水分によって成膜時の水分を導入する方法は、特別な制御手段を用いることなく、第１のチタン１４１の（００２）配向性を高めることができる。
ところが、０．５μｍ以下のコンタクトホールを採用した半導体装置を作成する際に、所定のコンタクト抵抗が得られない問題が生じた。これは、絶縁膜表面から放出された水分により第１のチタン膜１４１の配向性は改善されるものの、コンタクトホールの内部では発生した水分が充満し、第１のチタン膜１４１の成膜自体が阻害されてしまうためである。
【００１８】
詳しく説明する。配線や素子の平面方向の微細化が進行しても、絶縁膜は下地半導体層との絶縁性を保つため、膜厚をそれに比例して薄くすることができない。図１５に示した例では、絶縁膜はＢＰＳＧ膜１２１であるから、この膜厚を薄くすることはできないのである。
したがって、コンタクトホールの寸法が０．５μｍ以下となるような微細プロセスの場合、コンタクトホールの深さと直径の比（以下、アスペクト比と記す）は２を超える構造となる。
【００１９】
さて、特許文献１に示した従来技術は、下地絶縁膜の十分な脱水処理を行わず、スパッタ工程でのスパッタの熱エネルギーにより絶縁膜からの水分放出を活発化させ、チタン膜の配向性を改善したが、アスペクト比の高いコンタクトホールの内部では、放出された水分がコンタクトホール内に滞留し、スパッタされたチタンの膜形成を阻害してしまうのである。
【００２０】
コンタクトホール底部を含む内壁部に連続したチタン膜が形成されないと、コンタクトホール底部は次にスパッタされる窒化チタン膜との接続となるため、コンタクト抵抗が上昇する。また水分放出により窒化チタン膜からなるバリアメタルの形成も阻害されると、コンタクトホール底部でアルミニウム合金との接続となり、アロイスパイクが発生する。また高温リフロースパッタはバリアメタルとアルミニウム合金とのぬれ性とを利用したコンタクトホールの埋込み技術であるため、不連続なバリアメタル膜ではコンタクトホール
内にボイドと呼ばれる空隙が発生し、配線としての品質が著しく低下するのである。
【００２１】
本発明が解決しようとする課題は、微細化した半導体素子を用いる半導体装置において、信頼性の高いアルミニウム配線と安定したコンタクト抵抗とを両立できないという点である。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置は、次のような構成を採用する。
【００２３】
半導体基板上に設ける絶縁膜と、絶縁膜に開口して設ける半導体基板に達するコンタクトホールと、絶縁膜上とコンタクトホール内部とに設けるバリア層とを有する半導体装置において、
バリア層は、少なくとも１つのチタンを含む膜から構成し、
絶縁膜に接するバリア層のチタンを含む膜の（００２）配向性が、コンタクトホール内部に接するバリア層のチタンを含む膜の（００２）配向性よりも高いことを特徴とする。
【００２４】
絶縁膜上のバリア層とコンタクトホール内部のバリア層とは、それぞれチタン膜と窒化チタン膜とを含む積層膜であり、
絶縁膜上のバリア層は、絶縁膜から順に少なくとも１層のチタン膜と窒化チタン膜とチタン膜との３層を積層してなり、
コンタクトホール内部のバリア層は、コンタクトホール内部の絶縁膜から順にチタン膜と窒化チタン膜とチタン膜との３層を積層してなることを特徴とする。
【００２５】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置は、次のような製造方法を採用する。
【００２６】
半導体基板上に水分を含む絶縁膜を形成する工程と、
絶縁膜に半導体基板に達するコンタクトホールを形成する工程と、
コンタクトホール内部を含まない絶縁膜表面に第１のチタン膜を形成する工程と、
コンタクトホール内部に露出した絶縁膜表面を脱水処理する工程と、
第１のチタン膜表面に第２のチタン膜を形成しコンタクトホール内部に第３のチタン膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２７】
半導体基板上に水分を含む絶縁膜を形成する工程と、
絶縁膜表面に第１のチタン膜を形成する工程と、
第１のチタン膜と絶縁膜とを連続してエッチングし半導体基板に達するコンタクトホールを形成する工程と、
コンタクトホール内部に露出した絶縁膜表面を脱水処理する工程と、
第１のチタン膜表面に第２のチタン膜を形成しコンタクトホール内部に第３のチタン膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２８】
半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
絶縁膜表面に第１の絶縁膜よりも水分を多く含む第２の絶縁膜を形成する工程と、
第２の絶縁膜と第１の絶縁膜とを一括してエッチングし半導体基板に達するコンタクトホールを形成する工程と、
コンタクトホール内部を含まない第２の絶縁膜表面に第１のチタン膜を形成する工程と、
コンタクトホール内部に露出した第１および第２の絶縁膜表面を脱水処理する工程と、
第１のチタン膜表面に第２のチタン膜を形成しコンタクトホール内部に第３のチタン膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２９】
第２のチタン膜と第３のチタン膜との表面にそれぞれ第１の窒化チタン膜と第２の窒化チタン膜とを形成する工程と、
第１の窒化チタン膜と第２の窒化チタン膜との表面にそれぞれ第４のチタン膜と第５のチタン膜とを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の半導体装置は、コンタクトホールを除く絶縁膜表面が水分を含んだ状態でチタン膜を形成するので、チタン（００２）配向性が高く、上層に形成されるアルミニウム（１１１）配向性も高い金属膜が形成でき、平滑でエレクトロマイグレーション耐性が高い配線層が得られる。
また、コンタクトホール内部は十分に脱水した後にチタン膜を形成するため、成膜中の水分放出が無く、スパッタが阻害されることが無いためコンタクトホール内に連続したチタン膜を形成でき、コンタクト抵抗が安定するという効果がある。
【００３１】
したがって、本発明の半導体装置は、半導体装置の配線信頼性の向上とコンタクト抵抗の安定とを両立することができるという従来にはない優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を用いて本発明の半導体装置を実施するための最適な形態の構造とその製造方法とを説明する。なお、以下に示す本発明の実施形態については、半導体基板としてシリコン基板と、絶縁膜としてＢＰＳＧ膜、バリア層としてチタン膜，窒化チタン膜，チタン膜からなる３層の積層構造を有するバリアメタル層、このバリアメタル層を介する金属配線としてアルミニウム合金膜を用いた場合を例に説明する。なお、各図の説明において同じ機能を有するものには同じ番号を付与している。
【００３３】
[本発明の第１の実施形態における構造の説明：図１]
まず、図１を用いて本発明の半導体装置の第１の実施形態における構造を説明する。図１は、本発明の半導体装置の断面図である。１１はシリコン基板、１２はチタンシリサイド層、２１はＢＰＳＧ膜、３１はコンタクトホール、４０は第１のチタン膜、４１は第２のチタン膜、４２は第３のチタン膜、４３は第１の窒化チタン膜、４４は第２の窒化チタン膜、４５は第４のチタン膜、４６は第５のチタン膜、５１はアルミニウム合金膜、５２はアルミニウム合金である。
本発明の半導体装置は、図１に示すように、シリコン基板１１上にＢＰＳＧ膜２１を設け、さらに、ＢＰＳＧ膜２１にコンタクトホール３１を設ける。
【００３４】
ＢＰＳＧ膜２１の表面でコンタクトホール３１の内部を含まない領域（以下、上面と記す）には、ＢＰＳＧ膜２１の表面が吸湿した状態で形成した（００２）配向性の高い第１のチタン膜４０を設け、その上層には（００２）配向性の高い第２のチタン膜４１を設ける。コンタクトホール３１の内部にはＢＰＳＧ膜２１が脱水された状態で、第１のチタン膜４０および第２チタン膜４１よりも（００２）配向性が低い第３のチタン膜４２を設ける。
【００３５】
さらに、第２のチタン膜４１の上層には（１１１）配向性の高い第１の窒化チタン膜４３、（００２）配向性の高い第４のチタン膜４５を設けている。同様に、コンタクトホール３１の内部の第３のチタン膜４２の上層には（１１１）配向性の低い第２の窒化チタン膜４４、（００２）配向性の低い第５のチタン膜４６が順に設けられている。
【００３６】
さらに、第４のチタン膜４５の上層には（１１１）配向性の高いアルミニウム合金膜５１が形成され、第５のチタン膜４６で覆われたコンタクトホール内部は、アルミニウム合金膜５１より（１１１）配向性が低い、アルミニウム合金５２により隙間無く満たされて
いる。また、コンタクトホール３１の底部にはチタンシリサイド層１２が形成されている。
【００３７】
図１に示す本発明の半導体装置は、コンタクトホール３１の底部および側壁部が連続したチタン膜および窒化チタン膜からなるバリア層で覆われており、ボイドやアロイスパイクが発生しない。また、ＢＰＳＧ膜２１の上面は（１１１）配向性の高いアルミニウム合金膜５１で構成されており、表面が平滑でハレーションや重ね合わせずれの発生が無く、エレクトロマイグレーション耐性に優れた信頼性の高い配線層を形成できる。
本発明の半導体装置の特徴は、まさにこのコンタクト抵抗の問題と配線信頼性の問題とを解決した点である。
【００３８】
[本発明の第２の実施形態における構造の説明：図２]
次に、図２を用いて本発明の半導体装置の第２の実施形態における構造を説明する。図２は、本発明の半導体装置の断面図である。既に説明した第１の実施形態との相違点は、絶縁膜を２層構造とした点である。２４はＮＳＧ（Ｎｏｎｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ
Ｇｌａｓｓ）膜である。既に説明した構成には同一に番号を付与している。
本発明の第２の実施形態における半導体装置は、ＮＳＧ膜２４の上部にＢＰＳＧ膜２１を設けた構成である。ＮＳＧ膜は、吸水性が低いためにＢＰＳＧ膜２１に比べて表面に吸湿層が形成されにくい。このような構成とすることによって、残留水分によるコンタクトホール３１内の水分の充満によるチタン膜形成阻害の危険度を低減させることができる。
【００３９】
[本発明の半導体装置の第１の実施形態の製造方法の説明：図１、図３から図５]
次に、図１に示す本発明の半導体装置の第１の実施形態の製造方法を図３から図５の断面図を用いて説明する。なお、既に説明した構成には同一の番号を付与している。
【００４０】
まず、図３に示すように、シリコン基板１１上に、温度が４５０℃の常圧ＣＶＤ法によりＢＰＳＧ膜２１を８００ｎｍの膜厚で堆積する。その後、ＢＰＳＧ膜２１のリフローを行うため、電気炉を用いて９００℃の温度により不活性ガス雰囲気中で３０分間の熱処理を施す。
【００４１】
その後、ＢＰＳＧ膜２１の上部にコンタクトホール３１用のフォトレジストパターン（図示せず）を形成する。次に、フォトレジストパターンをエッチングマスクとして四フッ化炭素ガスと三フッ化メタンガス、さらに希釈ガスとしてヘリウムガスを用いてドライエッチングによりＢＰＳＧ膜２１をエッチングする。
エッチングは図３に示すように、半導体基板１１の表面が露出するように行い、直径０．４ミクロンのコンタクトホール３１を形成する。フォトレジストパターンはその後アッシングにより除去する。
つづいて、ＢＰＳＧ膜２１を純水中に１０分間浸漬させることにより、ＢＰＳＧ膜２１の表面に吸湿層２２を形成する。
【００４２】
次に、図４に示すように、知られているスパッタ法を用いてアルゴンガス雰囲気中で圧力０．３Ｐａ、２００℃の温度でＢＰＳＧ膜２１の吸湿層２２の表面に第１のチタン膜４０を５ｎｍの膜厚で形成する。このとき下地のＢＰＳＧ膜２１の吸湿層２２からはスパッタによるエネルギーと基板加熱とにより水分が放出される。この水分によりチタンの自己配向性が促進され、（００２）配向性が高いチタン膜４０が形成される。
また、このときコンタクトホール３１のアスペクト比が高いため、コンタクトホール３１の内部にはスパッタされたチタンが届かず、コンタクトホール３１の側壁部および底部には第１のチタン膜４０は形成されない。
【００４３】
さらにその後、ＢＰＳＧ膜２１に吸蔵された水分を脱水するため、次工程であるチタン
スパッタ工程よりも高い温度、たとえば３５０℃、６０秒間のランプ加熱を真空中で実施する。この工程によりＢＰＳＧ膜２１の表面に形成された吸湿層２２は消失する。
つづいて、図５に示すように、知られているＬＴＳ（Ｌｏｎｇ  Ｔｈｒｏｗ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法なるスパッタ法を用いて、アルゴンガス雰囲気中で圧力０．０５Ｐａ、２００℃の温度で第１のチタン膜４０上にこの第１のチタン膜４０の配向を引継いで（００２）配向性が高い第２のチタン膜４１と、コンタクトホール３１内部に第２のチタン膜４１よりも（００２）配向性の低い第３のチタン膜４２とを膜厚２０ｎｍで同時に形成する。
【００４４】
ＬＴＳ法とは、ターゲットと基板間の距離を通常よりも長く設定し、スパッタされた材料の指向性を高めて基板に成膜するスパッタ手法である。このＬＴＳ法は、従来用いられているスパッタ法にくらべ、アスペクト比の高いコンタクトホール３１の底部にまでチタン膜４２を形成することができるのである。
【００４５】
その後、図６に示すように、連続してアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガス雰囲気中で圧力０．５Ｐａ、温度２００℃にてチタンの反応性スパッタをＬＴＳ法により実施し、第２のチタン膜４１の上部に（１１１）配向性の高い第１の窒化チタン膜４３と、第３のチタン膜の４２上部に、第１の窒化チタン膜４３よりも（１１１）配向性の低い第２の窒化チタン膜４４とを１２０ｎｍの膜厚で同時に形成する。
【００４６】
つづいて、窒化チタン膜４４のバリア性の向上と、コンタクト抵抗を安定させる目的で、コンタクトホール３１の底部に露出したシリコン基板１１表面のシリコンと、第３のチタン膜４２とを反応させてチタンシリサイド層１２を形成するため、シリコン基板１１に対して窒素ガス雰囲気中で温度４５０℃、３０分の熱処理を施す。
【００４７】
さらにその後、ＬＴＳ法により第１の窒化チタン膜４３上にこの第１の窒化チタン膜４３の（１１１）配向を引き継いで（００２）配向性の高い第４のチタン膜４５と、第２の窒化チタン膜４４上に第４にチタン膜４５よりも（００２）配向性の低い第５のチタン膜４６とを温度１００℃、圧力０．０５Ｐａのアルゴンガス雰囲気中で５０ｎｍの膜厚で同時に形成する。
【００４８】
その後、ＬＴＳ法を用いて室温にてアルゴンガス雰囲気中で圧力０．０５Ｐａにアルミニウムを５００ｎｍの膜厚でシリコン基板表面に一様に形成し、連続して前述の高温リフロースパッタ法により温度４５０℃、圧力０．５Ｐａにて３００ｎｍのアルミニウム合金膜５１を形成する。
このとき、スパッタ時のエネルギーと温度とによりアルミニウム合金膜５１は体積流動し、コンタクトホール３１内が埋め立てられる。
このようにすることで、コンタクトホール３１の内部を除くシリコン基板１１表面は下地である第４のチタン膜４５の（００２）配向を引き継いで（１１１）配向性の高いアルミニウム合金膜５１で覆われ、コンタクトホール内部は、アルミニウム合金膜５１よりも（１１１）配向性の低いアルミニウム合金５２で満たされたるのである。
以上の工程を経て、図１に示す形状が完成する。
【００４９】
本発明の半導体装置が従来にはない優れた効果を有するのはまさにこの点である。シリコン基板上のアルミニウム合金の表面は極めて平滑で、後の配線形成においても寸法忠実度の高いレジストパターニングが可能である。すなわち、本発明の半導体装置は寸法精度が高く、かつエレクトロマイグレーション耐性の高い配線と、良好なコンタクト特性という高信頼の配線を備えているのである。これにより、微細化された半導体装置においても配線信頼性を高めることができるのである。
【００５０】
[本発明の半導体装置の第１の実施形態の異なる製造方法の説明：図７から図９]
次に、図１に示す本発明の半導体装置の第１の実施形態の異なる製造方法を図７から図９の断面図を用いて説明する。なお、既に説明した構成には同一の番号を付与している。
【００５１】
まず、図７に示すように、シリコン基板１１上に、温度が４５０℃の常圧ＣＶＤ法によりＢＰＳＧ膜２１を８００ｎｍの膜厚で堆積する。その後、ＢＰＳＧ膜２１のリフローを行うため、電気炉を用いて９００℃の温度により不活性ガス雰囲気中で３０分間の熱処理を施す。
つづいて、ＢＰＳＧ膜２１を純水中に１０分間浸漬させることにより、ＢＰＳＧ膜表面に吸湿層２２を形成する。
【００５２】
つづいて、図８に示すように、知られているスパッタ法を用いてアルゴンガス雰囲気中で圧力０．３Ｐａ、２００℃の温度でＢＰＳＧ膜２１の吸湿層２２表面に第１のチタン膜４０を５ｎｍの膜厚で形成する。このとき下地のＢＰＳＧ膜２１の吸湿層２２からはスパッタによるエネルギーと基板加熱とにより水分が放出される。この水分によりチタンの自己配向性が促進され、（００２）配向性が高い第１のチタン膜４０が形成される。
【００５３】
その後、第１のチタン膜４０の上部にコンタクトホール３１用のフォトレジストパターン（図示せず）を形成する。次に、図９に示すように、フォトレジストパターンをエッチングマスクとして塩素ガスとヘリウムガスとを用いたドライエッチングにより第１のチタン膜４０をエッチングし、続いて四フッ化炭素ガスと三フッ化メタンガス、さらに希釈ガスとしてヘリウムを用いたドライエッチングにより吸湿層２２とＢＰＳＧ膜２１とを連続してエッチングする。
このエッチングは、シリコン基板１１の表面が露出するように行い、直径０．４ミクロンのコンタクトホール３１を形成する。フォトレジストパターンはその後アッシングにより除去する。
【００５４】
さらにその後、ＢＰＳＧ膜２１に吸蔵された水分を脱水するため、次工程であるチタンスパッタ工程よりも高い温度、たとえば３５０℃、６０秒間のランプ加熱を真空中で実施する。この工程によりＢＰＳＧ膜２１の表面に形成された吸湿層２２は消失する。
【００５５】
以下の製造工程は、図５以降に示すすでに説明した第１の製造方法と同様であるので説明は省略する。
【００５６】
この第２の製造方法を用いることで、コンタクトホール３１内のＢＰＳＧ膜２１表面を水雰囲気中に曝露することなく第２のチタン膜４１以降を形成することができるため、前述の脱水工程に加え、残留水分によるコンタクトホール３１内の水分の充満によるチタン膜形成阻害の危険度を、さらに低減させることができる。
【００５７】
[本発明の半導体装置の第２の実施形態の製造方法の説明：図２、図１０から図１４]
次に、図２に示す本発明の半導体装置の第２の実施形態の製造方法を図２および図１０から図１４の断面図を用いて説明する。
【００５８】
まず、図１０に示すように、シリコン基板１１上に、温度が４５０℃の常圧ＣＶＤ法によりＮＳＧ膜２４を７５０ｎｍの膜厚で堆積し、連続してＢＰＳＧ膜２１を５０ｎｍの膜厚で堆積する。その後、ＢＰＳＧ膜２１のリフローを行うため、電気炉を用いて９００℃の温度により不活性ガス雰囲気中で３０分間の熱処理を施す。
【００５９】
その後、図１１に示すように、ＢＰＳＧ膜２１の上部にコンタクトホール用のフォトレジストパターン（図示せず）を形成する。次にそのフォトレジストパターンをエッチング
マスクとして四フッ化炭素ガスと三フッ化メタンガス、さらに希釈ガスとしてヘリウムガスを用いてドライエッチングによりＢＰＳＧ膜２１とＮＳＧ膜２４とを一括してエッチングする。エッチングは、図１１に示すようにシリコン基板１１の表面が露出するように行い、直径０．４ミクロンのコンタクトホール３１を形成する。フォトレジストパターンはその後アッシングにより除去する。
つづいて、ＢＰＳＧ膜３１を純水中に１０分間浸漬させることにより、ＢＰＳＧ膜２１の表面に図示しない吸湿層２２を形成する。
【００６０】
つづいて、図１２に示すように、知られているスパッタ法を用いてアルゴンガス雰囲気中で圧力０．３Ｐａ、２００℃の温度でＢＰＳＧ膜２１の図示しない吸湿層２２表面に第１のチタン膜４０を５ｎｍの膜厚で形成する。このとき下地のＢＰＳＧ膜２１の吸湿層２２からはスパッタによるエネルギーと基板加熱とにより水分が放出される。この水分によりチタンの自己配向性が促進され、（００２）配向性が高い第１のチタン膜４０が形成される。
また、このとき、コンタクトホール３１のアスペクト比が高いため、コンタクトホール３１の内部にはスパッタされたチタンが届かず、コンタクトホール３１の側壁部および底部には第１のチタン膜４０が形成されない。
【００６１】
その後、ＢＰＳＧ膜２１に吸蔵された水分を脱水するため、次工程であるチタンスパッタ工程よりも高い温度、たとえば３５０℃、６０秒間のランプ加熱を真空中で実施する。この工程によりＢＰＳＧ膜２１の表面に形成された吸湿層２２は消失する。
【００６２】
さらに、図１３に示すように、ＬＴＳ法を用いて、アルゴンガス雰囲気中で圧力０．０５Ｐａ、２００℃の温度で第１のチタン膜４０上にこの第１のチタン膜４０の配向を引継ぎ、同様に（００２）配向性の高い第２のチタン膜４１と、コンタクトホール３１の内部に第２のチタン膜４１よりも（００２）配向性の低い第３のチタン膜４２とを２０ｎｍの膜厚で同時に形成する。
【００６３】
その後、図１４に示すように、連続してアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガス雰囲気中で圧力０．５Ｐａ、温度２００℃にてチタンの反応性スパッタをＬＴＳ法により実施し、第２のチタン膜４１の上部に（１１１）配向性の高い第１の窒化チタン膜４３と、第３のチタン膜４２の上部に、第１の窒化チタン膜４３よりも（１１１）配向性の低い第２の窒化チタン膜４４とを１２０ｎｍの膜厚で同時に形成する。
【００６４】
以下の製造工程は、すでに説明した第１の製造方法と同様であるので説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の半導体装置は、半導体基板に設ける配線層の高い信頼性と、微細なコンタクトホールでのコンタクト特性の安定性を備えている。このため、微細化用途の半導体装置として好適であり、製品寿命の長い小型製品、例えば、時計などの小型電子機器に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の半導体装置の第１の実施形態を説明する断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の第２の実施形態を説明する断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の第１の実施形態の製造方法において、ＢＰＳＧ膜３１の表面に吸湿層２２を形成する工程を説明する断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の第１の実施形態の製造方法において、吸湿層２２の表面に第１のチタン膜４０を形成する工程を説明する断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の第１の実施形態の製造方法において、第２のチタン膜４１と第３のチタン膜４２とを同時に形成する工程を説明する断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の第１の実施形態の製造方法において、第１の窒化チタン膜４３と第２の窒化チタン膜４４とを同時に形成する工程を説明する断面図である。
【図７】本発明の半導体装置の第１の実施形態の異なる製造方法において、ＢＰＳＧ膜３１の表面に吸湿層２２を形成する工程を説明する断面図である。
【図８】本発明の半導体装置の第１の実施形態の異なる製造方法において、吸湿層２２の表面に第１のチタン膜４０を形成する工程を説明する断面図である。
【図９】本発明の半導体装置の第１の実施形態の異なる製造方法において、吸湿層２２とＢＰＳＧ膜２１とを連続してエッチングして、コンタクトホール３１を形成する工程を説明する断面図である。
【図１０】本発明の半導体装置の第２の実施形態の製造方法において、ＮＳＧ膜２４とその上部にＢＰＳＧ膜２１を形成する工程を説明する断面図である。
【図１１】本発明の半導体装置の第２の実施形態の製造方法において、ＢＰＳＧ膜２１とＮＳＧ膜２４とを一括してエッチングして、コンタクトホール３１を形成する工程を説明する断面図である。
【図１２】本発明の半導体装置の第２の実施形態の製造方法において、吸湿層２２の表面に第１のチタン膜４０を形成する工程を説明する断面図である。
【図１３】本発明の半導体装置の第２の実施形態の製造方法において、第２のチタン膜４１と第３のチタン膜４２とを同時に形成する工程を説明する断面図である。
【図１４】本発明の半導体装置の第２の実施形態の製造方法において、第１の窒化チタン膜４３と第２の窒化チタン膜４４とを同時に形成する工程を説明する断面図である。
【図１５】従来技術の半導体装置を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１１  シリコン基板
１２  シリサイド層
２１  ＢＰＳＧ膜
２２  吸湿層
２４  ＮＳＧ膜
３１  コンタクトホール
４０  第１のチタン膜
４１  第２のチタン膜
４２  第３のチタン膜
４３  第１の窒化チタン膜
４４  第２の窒化チタン膜
４５  第４のチタン膜
４６  第５のチタン膜
５１  アルミニウム合金膜
５２  アルミニウム合金
【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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【図１４】
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【図１５】
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