(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を覆って、タングステン膜に対する密着膜とタングステン膜に対するバリア膜と反射防止膜とのうちいずれかの膜として用いるべき酸化窒化チタン膜を形成するステップと、
波長７００ｎｍの光に対する前記酸化窒化チタン膜の屈折率Ｎを測定するステップと、
前記酸化窒化チタン膜の屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲内にあるか判定するステップと
を含む酸化窒化チタン膜評価法。
【請求項２】
波長７００ｎｍの光に対する酸化窒化チタン膜の屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲に入るのを可能にする酸化窒化チタン膜形成条件を決定するステップと、
基板を覆う絶縁膜の上に配線材層を形成するステップと、
前記配線材層を覆って前記酸化窒化チタン膜形成条件に従って反射防止膜としての酸化窒化チタン膜を形成するステップと、
ホトリソグラフィ及び選択エッチング処理により前記配線材層と前記反射防止膜としての酸化窒化チタン膜とを含む積層をパターニングして該積層の残存部からなる配線層を形成するステップと
を含む配線形成法。
【請求項３】
基板を覆う絶縁膜の上に配線材層を形成するステップと、
前記配線材層を覆って反射防止膜としての酸化窒化チタン膜を形成するステップと、
波長７００ｎｍの光に対する前記酸化窒化チタン膜の屈折率Ｎを測定するステップと、
前記酸化窒化チタン膜の屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲内にあるか判定するステップと、
このステップでの判定結果が肯定的になることを条件としてホトリソグラフィ及び選択エッチング処理により前記配線材層と前記酸化窒化チタン膜とを含む積層をパターニングして該積層の残存部からなる配線層を形成するステップと
を含む配線形成法。
【請求項４】
波長７００ｎｍの光に対する酸化窒化チタン膜の屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲に入るのを可能にする酸化窒化チタン膜形成条件を決定するステップと、
基板上に被接続部を覆って絶縁膜を形成した後、該絶縁膜に前記被接続部に達する接続孔を形成するステップと、
前記接続孔の内面及び前記絶縁膜を覆って前記酸化窒化チタン膜形成条件に従って密着膜としての酸化窒化チタン膜を形成するステップと、
前記接続孔を埋めるように前記酸化窒化チタン膜の上にタングステンからなる導電材層を形成するステップと、
前記導電材層を平坦状に除去して少なくとも前記接続孔の内部に前記酸化窒化チタン膜の一部及び前記導電材層の一部を接続プラグとして残存させるステップと、
前記絶縁膜の上に前記接続プラグにつながるように配線層を形成するステップと
を含む配線形成法。
【請求項５】
基板上に被接続部を覆って絶縁膜を形成した後、該絶縁膜に前記被接続部に達する接続孔を形成するステップと、
前記接続孔の内面及び前記絶縁膜を覆って密着膜としての酸化窒化チタン膜を形成するステップと、
波長７００ｎｍの光に対する前記酸化窒化チタン膜の屈折率Ｎを測定するステップと、
前記酸化窒化チタン膜の屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲内にあるか判定するステップと、
このステップでの判定結果が肯定的になることを条件として前記接続孔を埋めるように前記酸化窒化チタン膜の上にタングステンからなる導電材層を形成するステップと、
前記導電材層を平坦状に除去して少なくとも前記接続孔の内部に前記酸化窒化チタン膜の一部及び前記導電材層の一部を接続プラグとして残存させるステップと、
前記絶縁膜の上に前記接続プラグにつながるように配線層を形成するステップと
を含む配線形成法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＴｉＯＮ（酸化窒化チタン）膜評価法及び配線形成法に関し、特にＴｉＯＮ膜の屈折率等の光学定数を測定することによりＴｉＯＮ膜の酸化度又は組成を非破壊で正確に判定可能としたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＬＳＩ等の配線形成の分野にあっては、ＴｉＮ（窒化チタン）膜を反射防止膜、Ｗ（タングステン）密着膜又はバリア膜として用いることが知られている。
【０００３】
図１２は、ＴｉＮ膜を反射防止膜及びＷ密着膜として用いた多層配線構造の一例を示すものである。半導体基板１の表面には、不純物ドープ領域１ａを覆って絶縁膜２が形成され、絶縁膜２には、不純物ドープ領域１ａに達する接続孔２ａが形成される。接続孔２ａの内面及び絶縁膜２を覆ってＴｉＮ膜３が形成され、ＴｉＮ膜３の上には、接続孔２ａを埋めるようにＷ層がブランケットＣＶＤ（ケミカル・ベーパー・デポジション）法により形成される。ＴｉＮ膜３は、Ｗ層との密着性を改善するための密着膜として形成されるものである。ＴｉＮ膜３が露呈するまでＷ層をエッチバックすることによりＷ層の残存部からなる接続プラグ４が接続孔２ａ内に形成される。
【０００４】
接続プラグ４及びＴｉＮ膜３の露呈部を覆ってＡｌ（アルミニウム）合金層５及びＴｉＮ膜６を順次に形成した後、層５及び膜６を含む積層をホトリソグラフィ及び選択エッチング処理によりパターニングすることにより残存するＡｌ合金層５及びＴｉＮ膜６からなる配線層Ｗ1 が接続プラグ４につながるように形成される。ホトリソグラフィ処理においては、エッチングマスクとしてのレジスト層を形成する際にＴｉＮ層６が反射防止膜として作用するので、寸法精度よくレジスト層をパターニングすることができる。
【０００５】
基板上面には、配線層Ｗ1 及び絶縁膜２を覆って絶縁膜７が形成され、絶縁膜７には、配線層Ｗ1 の一部に達する接続孔７ａが形成される。接続孔７ａ内には、上記したと同様にしてＴｉＮ膜８を介してＷからなる接続プラグ９が形成される。絶縁膜７の上には、上記したと同様にＡｌ合金層１０及びＴｉＮ膜１１からなる配線層Ｗ2 が接続プラグ９につながるように形成される。
【０００６】
ＴｉＮ膜８は、ＴｉＮ膜３と同様にＷ密着膜として役立つものであり、ＴｉＮ膜１１は、ＴｉＮ膜６と同様に反射防止膜として役立つものである。ＴｉＮ膜３，６，８，１１は、通常、反応性スパッタ法により形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術によると、反応性スパッタ法で形成したＴｉＮ膜３，８のバリア性能が十分でないため、Ｗの堆積時にＷのしみ出し４ａ，９ａが生じ、Ｗのしみ出し４ａにより不純物ドープ領域１ａと基板１との間のＰＮ接合が破壊されたり、Ｗのしみ出し９ａにより層間接続部の抵抗（ビア抵抗）が増大したりする不都合があった。
【０００８】
このような不都合に対処するため、発明者は、ＴｉＮ膜３，６，８，１１の代りにＴｉＯＮ膜を用いる配線プロセスについて研究した。このような配線プロセスにあっては、反応性スパッタ法によりＴｉＯＮ膜を形成する際にＴｉＯＮ膜のシート抵抗を測定し、シート抵抗の測定値に基づいて良品か否か判定した。しかし、このような判定方法では、シート抵抗の変動が大きいため、歩留りの低下を免れなかった。
【０００９】
図１３は、反応性スパッタ処理においてＴｉＯＮ膜のシート抵抗が処理回数に依存する様子を示したものである。処理は、１回毎にバッチ処理で行なわれた。「ｍａｘ」はバッチ内の最大値を、「ｍｉｎ」はバッチ内の最小値を、「ａｖｅ」はバッチ内の平均値をそれぞれ示す。シート抵抗の測定は、処理回数が６回まで可能であったが、７回目以降はシート抵抗が高すぎて測定不能であった。図１３によれば、シート抵抗値が処理回数の増大に伴って大きく変動することがわかる。
【００１０】
この発明の目的は、第１にＴｉＯＮ膜の酸化度又は組成を非破壊で正確に判定することができる新規なＴｉＯＮ膜評価法を提供することにあり、第２にかようなＴｉＯＮ膜評価法の応用により高い歩留りを得ることができる新規な配線形成法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るＴｉＯＮ膜評価法は、
基板を覆って酸化窒化チタン膜を形成するステップと、
前記酸化窒化チタン膜の光学定数を測定するステップと、
前記光学定数の測定結果に基づいて前記酸化窒化チタン膜の酸化度を判定するステップと
を含むものである。
【００１２】
発明者の研究によれば、図１３に関して前述したと同様の反応性スパッタ処理において、ＴｉＯＮ膜の屈折率は、図１に示すように処理回数の増大に伴って変動幅が小さくなると共に２５回目の処理でも測定可能であることが判明した。図１において、「屈折率」は波長７００ｎｍの光に対する屈折率を示し、「Ｍａｘ」はバッチ内の最大値を、「Ｍｉｎ」はバッチ内の最小値を、「Ａｖｅ」はバッチ内の平均値をそれぞれ示す。また、詳しくは後述するようにＴｉＯＮ膜の屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲内にあるとき、抵抗率、反射率、バリア性及びＷ密着性がいずれも配線プロセスにとって十分となることが判明した。
【００１３】
従って、上記したＴｉＯＮ膜評価法を配線形成に応用する際には、ＴｉＯＮ膜の屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲に入るようなＴｉＯＮ膜形成条件を予め決定し、該ＴｉＯＮ膜形成条件に従ってＴｉＯＮ膜を形成すると、反射防止膜、バリア膜又はＷ密着膜として好適なＴｉＯＮ膜が得られる。また、別の方法としては、ＴｉＯＮ膜を形成した後、ＴｉＯＮ膜の屈折率Ｎを測定し、測定値が１．５≦Ｎ≦２．５の範囲内にあるものを選択すると、反射防止膜、バリア膜又はＷ密着膜として好適なＴｉＯＮ膜が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態では、一例として反応性スパッタ処理によりＴｉＯＮ膜を形成する。成膜条件は、
ガス流量比：Ａｒ／Ｎ2 ／Ｏ2 ＝３５〜２５／６０／５〜１５％
圧力：４ｍＴｏｒｒ
基板温度：２００℃
電力：６ｋＷ
とすることができる。
【００１５】
ＴｉＯＮ膜を形成した後、ＴｉＯＮ膜の屈折率を測定する。一例として、分光型エリプソメータにより波長７００ｎｍの光に対する屈折率を測定した。
【００１６】
図２は、ＴｉＯＮ膜形成時のＯ2 （酸素）流量比［％］とＴｉＯＮ膜の成分含有率［ａｔｍ％］との関係を示すものである。Ｏ2 流量比は、次の数１の式で表わされる。
【００１７】
【数１】
0003896492.tif 000002
Ｔｉ，Ｎ，Ｏの各成分含有率は、形成したＴｉＯＮ膜をＲＢＳ（ラザフォード後方散乱スペクトロスコピー）により組成分析した結果を示すものである。
【００１８】
図３は、Ｏ2 流量比とＴｉＯＮ膜の屈折率及び抵抗率との関係を示すものである。屈折率は、７００ｎｍの波長の光に対する屈折率である。抵抗率は、シート抵抗をＲs 、膜厚をｔとすると、Ｒs ×ｔなる式に従って算出された。
【００１９】
図２，３によれば、Ｏ2 流量比が５％を越えると、組成の変化と共に抵抗率が急激に上昇するのに対し、屈折率はリニアに上昇することがわかる。従って、屈折率を測定すると、その測定値からＴｉＯＮ膜の酸化度（Ｏ成分含有率）又は組成、抵抗率等を判定可能となる。
【００２０】
次の表１は、屈折率を異にして形成された５つのＴｉＯＮ膜サンプルについて密着強度、コンタクト抵抗、バリア性能、反射率を調査した結果を示すものである。
【００２１】
【表１】
0003896492.tif 000003
ここで、屈折率は、波長７００ｎｍの光に対する屈折率である。密着強度は、Ｗ層との密着力の強さを表わす。コンタクト抵抗は、直径０．３５μｍの接続孔において測定されたものである。バリア性能は、図１２の４ａ，９ａのようなＷのしみ出しの有無を表わす。反射率は、波長３６５ｎｍの光（ｉ線）に対する反射率である。
【００２２】
表１のデータによれば、屈折率が高くなると（酸化度が高くなると）、密着強度が低下することがわかる。経験上、２００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の密着強度があれば、配線プロセスにおいてＴｉＯＮ膜形成後の熱処理でＷ層がＴｉＯＮ膜から剥れないことがわかっており、屈折率２．６のサンプルで２００ｋｇｆ／ｃｍ2 の密着強度が得られることを考慮すると、屈折率が２．５以下のＴｉＯＮ膜であれば十分なＷ密着性が得られる。
【００２３】
表１のデータによれば、屈折率が高くなると、コンタクト抵抗が上昇することがわかる。これは、図２，３に示したようにＴｉＯＮ膜中の酸素濃度の上昇に伴ってＴｉＯＮ膜の抵抗率が上昇することによるものである。図３によれば、屈折率２．５のＴｉＯＮ膜は、抵抗率が約３０００μΩｃｍであり、屈折率２．６のＴｉＯＮ膜のコンタクト抵抗１５５Ωより低いコンタクト抵抗が得られる。
【００２４】
表１のデータによれば、屈折率が低くなると、バリア性能が低下することがわかる。屈折率が１．５以上のＴｉＯＮ膜であれば十分なバリア性能が得られる。
【００２５】
表１のデータによれば、屈折率が低くなると、反射率が上昇することがわかる。屈折率が１．５以上のＴｉＯＮ膜であればｉ線（３６５ｎｍ）又はＫｒＦエキシマレーザ波長領域において十分な反射防止効果が得られる。
【００２６】
表１に関して上記した事項を要約すると、次の表２に示すようになる。
【００２７】
【表２】
0003896492.tif 000004
ＴｉＯＮ膜をＷ密着膜として用いる場合、密着強度が強く、コンタクト抵抗が低く、バリア性能が良好であることが要求される。このような要求に応えるためには、屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲にあるＴｉＯＮ膜を用いればよい。
【００２８】
ＴｉＯＮ膜をバリア膜として用いる場合、コンタクト抵抗が低く、バリア性能が良好であることが要求される。このような要求に応えるためには、屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲にあるＴｉＯＮ膜を用いればよい。
【００２９】
通常、反射防止膜は、配線パターニングの終了後も残され、配線層の一部として使用される。従って、ＴｉＯＮ膜を反射防止膜として用いる場合は、反射率が低いことは勿論、抵抗率が低いことも要求される。このような要求に応えるためには、屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲にあるＴｉＯＮ膜を用いればよい。
【００３０】
図４〜１０は、この発明の一実施形態に係る多層配線形成法を示すもので、各々の図に対応する工程を順次に説明する。
【００３１】
図４の工程では、例えばシリコンからなる半導体基板２０の表面に不純物ドープ領域２０ａを覆ってシリコンオキサイド等の絶縁膜２２をＣＶＤ法等により形成する。そして、絶縁膜２２には、周知のホトリソグラフィ及び選択的ドライエッチング処理により不純物ドープ領域２０ａに達する接続孔２２ａを形成する。
【００３２】
図５の工程では、接続孔２２ａの内面及び絶縁膜２２を覆って反応性スパッタ処理によりＷ密着膜としてのＴｉＯＮ膜２４を形成する。ＴｉＯＮ膜２４は、一例として１００ｎｍの厚さに形成することができる。ＴｉＯＮ膜２４を形成する前に接続孔２２ａの内面及び絶縁膜２２を覆って例えば１０〜２０ｎｍの厚さのＴｉ膜（抵抗低減膜）をスパッタ法等により形成してもよい。
【００３３】
ＴｉＯＮ膜２４を形成する際には、屈折率が１．５〜２．５の範囲に入るような処理条件を予め決定し、その処理条件に従ってＴｉＯＮ膜２４を形成する。一例として、
ガス流量比：Ａｒ／Ｎ2 ／Ｏ2 ＝３０／６０／１０％
圧力：４ｍＴｏｒｒ
基板温度：２００℃
電力：６ｋＷ
の条件でＴｉＯＮ膜２４を形成した。
【００３４】
この後、前述した方法により波長７００ｎｍの光に対するＴｉＯＮ膜２４の屈折率Ｎを測定し、測定値が１．５≦Ｎ≦２．５の範囲内か判定する。この判定の結果が肯定的であることを条件として次のＷ層形成工程に移る。判定結果が否定的となった基板は、次のＷ層形成工程には進めない。また、判定結果が否定的となったときは、Ｏ2 流量を調整するなどして次のロットの処理を行なう。
【００３５】
上記した説明では、反応性スパッタ処理の前に１．５≦Ｎ≦２．５となる処理条件を定め、該処理条件に従ってＴｉＯＮ膜２４を形成した後、ＴｉＯＮ膜２４の屈折率を測定するようにしたが、ＴｉＯＮ膜２４の形成後の屈折率測定を省略してもよい。また、反応性スパッタ処理を所定の条件で行なった後、ＴｉＯＮ膜２４の屈折率Ｎを測定し、測定値が１．５≦Ｎ≦２．５の範囲にある基板を選択して次のＷ層形成工程に進めるようにしてもよい。
【００３６】
次に、接続孔２２ａを埋めるようにＴｉＯＮ膜２４の上にＷ層２６をブランケットＣＶＤ法により形成する。Ｗ層２６は、一例として５００ｎｍの厚さに形成することができる。成膜条件は、
ＷＦ6 流量：５０ｓｃｃｍ
圧力：４０Ｔｏｒｒ
基板温度：４００℃
とすることができる。
【００３７】
図６の工程では、絶縁膜２２の上面側でＴｉＯＮ膜２４が露呈するまでＷ層２６をエッチバックすることにより接続孔２２ａ内にＷ層２６の残存部からなる接続プラグ２６ａを形成する。Ｗ層２６を平坦状に除去する方法としては、エッチバック処理の代りにＣＭＰ（化学機械研磨）処理を用いてもよい。また、ＴｉＯＮ膜２４は、絶縁膜２２の上面側で除去し、接続孔２２ａ内にのみ残存させるようにしてもよく、この場合には接続プラグ２６ａ及びＴｉＯＮ膜２４の残存部を覆ってＴｉ等の配線下地膜を形成してもよい。
【００３８】
図７の工程では、接続プラグ２６ａ及びＴｉＯＮ膜２４の露呈部を覆ってＡｌ系金属（Ａｌ又はＡｌ合金）層２８をスパッタ法等により形成する。Ａｌ系金属層２８としては、例えば３５０〜４００ｎｍの厚さのＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金層をスパッタ法で形成することができる。
【００３９】
次に、Ａｌ系金属層２８の上に反射防止膜としてのＴｉＯＮ膜３０を反応性スパッタ処理により形成する。ＴｉＯＮ膜３０は、一例として５０ｎｍの厚さに形成することができる。ＴｉＯＮ膜３０を形成する前にＡｌ系金属層２８を覆って例えば１０ｎｍの厚さのＴｉ膜（Ａｌ系金属表面の酸化を防止する膜）をスパッタ法等により形成してもよい。
【００４０】
ＴｉＯＮ膜３０を形成する際には、ＴｉＯＮ膜２４に関して前述したと同様に屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲に入るような処理条件を予め決定し、その処理条件に従ってＴｉＯＮ膜３０を形成する。そして、波長７００ｎｍの光に対するＴｉＯＮ膜３０の屈折率Ｎを測定し、測定値が１．５≦Ｎ≦２．５の範囲内にある基板だけを次の配線パターニング工程に進める。
【００４１】
図８の工程では、ホトリソグラフィ処理により所望の配線パターンに従ってエッチングマスクとしてのレジスト層（図示せず）をＴｉＯＮ膜３０の上に形成する。このとき、Ａｌ系金属層２８の表面からの光反射がＴｉＯＮ膜３０により抑制されるので、寸法精度よくレジスト層をパターニングすることができる。
【００４２】
次に、形成したレジスト層をマスクとする選択的ドライエッチング処理によりＴｉＯＮ膜２４、Ａｌ系金属層２８及びＴｉＯＮ膜３０を含む積層をパターニングして接続プラグ２６ａにつながる配線層３２を形成する。配線層３２は、ＴｉＯＮ膜２４の残存部からなるＴｉＯＮ膜２４ａと、Ａｌ系金属層２８の残存部からなるＡｌ系金属層２８ａと、ＴｉＯＮ膜３０の残存部からなるＴｉＯＮ膜３０ａとを含むもので、接続プラグ２６ａ及び接続孔底部のＴｉＯＮ膜２４ｂを介して不純物ドープ領域２０ａに接続される。
【００４３】
図９の工程では、絶縁膜２２の上に配線層３２を覆って層間絶縁膜３４を形成する。絶縁膜３４は、配線段差を緩和するように平坦状に形成するのが好ましい。このためには、例えばプラズマＣＶＤ法によりシリコンオキサイド膜を形成した後、水素シルセスキオキサン樹脂膜を回転塗布し、塗布膜に熱処理を施してセラミック状のシリコンオキサイド膜とし、更にその上にプラズマＣＶＤ法によりシリコンオキサイド膜を形成することができる。
【００４４】
次に、絶縁膜３４には、ホトリソグラフィ及び選択的ドライエッチング処理により配線層３２の一部に達する接続孔３４ａを形成する。
【００４５】
図１０の工程では、図５〜８に関して前述したのと同様の処理により接続孔３４ａを介して配線層３２につながる上層配線を形成する。上層配線は、Ｗ密着膜としてのＴｉＯＮ膜３６ａと、Ｗからなる接続プラグ３８ａと、Ａｌ系金属層４０ａと、反射防止膜としてのＴｉＯＮ膜４２ａとにより構成される。接続プラグ３８ａにつながる配線層４４は、配線パターニングの結果として残存するＴｉＯＮ膜３６ａ、Ａｌ系金属層４０ａ及びＴｉＯＮ膜４２ａを含んでいる。
【００４６】
図４〜１０の実施形態によれば、ＴｉＯＮ膜２４（２４ａ），３０（３０ａ），３６ａ，４２ａは、いずれも屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲に入るように形成されるので、Ｗ密着膜としての密着強度、コンタクト抵抗及びバリア性能が十分であると共に反射防止膜としての抵抗率及び反射率が十分であり、配線形成歩留りが大幅に向上する。
【００４７】
図１１は、比較例に係る配線形成法により得られた配線構造を示すものであり、図４〜１０と同様の部分には同様の符号を付してある。
【００４８】
半導体基板２０の表面に形成された不純物ドープ領域２０ａに達する接続孔２２ａを絶縁膜２２に形成した後、接続孔２２ａの内面及び絶縁膜２２を覆って抵抗低減膜としてのＴｉ膜５０ａをスパッタ法等により形成する。Ｔｉ膜５０ａは、例えば１０ｎｍの厚さに形成することができる。
【００４９】
次に、Ｔｉ膜５０ａに重ねてバリア膜としてのＴｉＯＮ膜５２ａを反応性スパッタ処理により形成する。ＴｉＯＮ膜５２ａは、一例として１００ｎｍの厚さに形成することができる。ＴｉＯＮ膜５２ａを形成する際には、ＴｉＯＮ膜２４に関して前述したと同様に屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲に入るような処理条件を予め決定し、その処理条件に従ってＴｉＯＮ膜５２ａを形成する。そして、波長７００ｎｍの光に対するＴｉＯＮ膜５２ａの屈折率Ｎを測定し、測定値が１．５≦Ｎ≦２．５の範囲内にある基板だけを次のＡｌ系金属層形成工程に進める。
【００５０】
次に、接続孔２２ａを埋めるようにＴｉＯＮ膜５２ａの上にＡｌ系金属層５４ａを形成する。Ａｌ系金属層５４ａとしては、例えば４００ｎｍの厚さのＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金属層を形成することができる。接続孔２２ａを埋めるようにＡｌ系金属層５４ａを形成するには、スパッタ中に基板を加熱するリフロースパッタ法又はスパッタ後に基板を加熱するリフロー法等を用いることができる。
【００５１】
次に、Ａｌ系金属層５４ａに重ねて酸化防止膜としてのＴｉ膜５６ａをスパッタ法等により形成する。Ｔｉ膜５６ａは、例えば１０ｎｍの厚さに形成することができる。そして、Ｔｉ膜５６ａに重ねて反射防止膜としてのＴｉＯＮ膜５８ａを反応性スパッタ処理により形成する。
【００５２】
ＴｉＯＮ膜５８ａを形成する際には、ＴｉＯＮ膜２４に関して前述したと同様に屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲に入るような処理条件を予め決定し、その処理条件に従ってＴｉＯＮ膜５８ａを形成する。そして、波長７００ｎｍの光に対するＴｉＯＮ膜５８ａの屈折率Ｎを測定し、測定値が１．５≦Ｎ≦２．５の範囲内にある基板だけを次の配線パターニング工程に進める。
【００５３】
次に、Ｔｉ膜５０ａ、ＴｉＯＮ膜５２ａ、Ａｌ系金属層５４ａ、Ｔｉ膜５６ａ及びＴｉＯＮ膜５８ａを含む積層をホトリソグラフィ及び選択的ドライエッチング処理によりパターニングして配線層６０を形成する。配線層６０は、配線パターニングの結果として残存するＴｉ膜５０ａ、ＴｉＯＮ膜５２ａ、Ａｌ系金属層５４ａ、Ｔｉ膜５６ａ及びＴｉＯＮ膜５８ａを含むもので、接続孔２２ａを介して不純物ドープ領域２０ａに接続される。
【００５４】
図１１の比較例によれば、ＴｉＯＮ膜５２ａ，５８ａは、いずれも屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲に入るように形成されるので、バリア膜としてのバリア性能及びコンタクト抵抗が十分であると共に反射防止膜としての抵抗率及び反射率が十分であり、配線形成歩留りが大幅に向上する。
【００５５】
この発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の改変形態で実施可能なものである。例えば、ＴｉＯＮ膜は、反応性スパッタ法に限らず、ＣＶＤ法で形成してもよく、あるいはスパッタ法で形成したＴｉ膜に窒素雰囲気中でアニール処理を施す熱窒化法で形成してもよい。また、屈折率の測定は、基板がスパッタ装置の処理室内にある状態で行なってもよく、干渉式膜厚計等を用いて行なってもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ＴｉＯＮ膜の屈折率Ｎを測定し、屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲内にあるか判定するようにしたので、Ｗ密着性、コンタクト抵抗、反射率及びＷに対するバリア性のいずれについても十分な性能を有するＴｉＯＮ膜を実現できる効果が得られる。
【００５７】
また、ＴｉＯＮ膜の屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲に入るようなＴｉＯＮ膜形成条件を決定した後、該ＴｉＯＮ膜形成条件に従ってＴｉＯＮ膜を形成するか又はＴｉＯＮ膜を形成した後、ＴｉＯＮ膜の屈折率Ｎを測定し、屈折率Ｎが１．５≦Ｎ≦２．５の範囲に入るものを選択するようにしたので、反射防止膜、Ｗ密着膜又はバリア膜として好適なＴｉＯＮ膜を得ることができ、配線形成歩留りが向上する効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  反応性スパッタ処理においてＴｉＯＮ膜の屈折率が処理回数に依存する様子を示すグラフである。
【図２】  反応性スパッタ処理においてＴｉＯＮ膜の成分含有率がＯ2 流量比に依存する様子を示すグラフである。
【図３】  反応性スパッタ処理においてＴｉＯＮ膜の抵抗率及び屈折率がＯ2 流量比に依存する様子を示すグラフである。
【図４】  この発明の一実施形態に係る多層配線形成法における接続孔形成工程を示す基板断面図である。
【図５】  図４の工程に続くＴｉＯＮ膜形成及びＷ層形成工程を示す基板断面図である。
【図６】  図５の工程に続くエッチバック工程を示す基板断面図である。
【図７】  図６の工程に続くＡｌ系金属層形成及びＴｉＯＮ膜形成工程を示す基板断面図である。
【図８】  図７の工程に続く配線パターニング工程を示す基板断面図である。
【図９】  図８の工程に続く層間絶縁膜形成及び接続孔形成工程を示す基板断面図である。
【図１０】  図９の工程に続く上層配線形成工程を示す基板断面図である。
【図１１】  比較例に係る配線形成法を説明するための基板断面図である。
【図１２】  従来の多層配線形成法を説明するための基板断面図である。
【図１３】  反応性スパッタ処理においてＴｉＯＮ膜のシート抵抗が処理回数に依存する様子を示すグラフである。
【符号の説明】
２０：半導体基板、２０ａ：不純物ドープ領域、２２，３４：絶縁膜、２２ａ，３４ａ：接続孔、２４，２４ａ，３０，３０ａ，３６ａ，４２ａ，５２ａ，５８ａ：ＴｉＯＮ膜、２６：Ｗ層、２６ａ，３８ａ：接続プラグ、２８，２８ａ，４０ａ，５４ａ：Ａｌ系金属層、３２，４４，６０：配線層、５０ａ，５６ａ：Ｔｉ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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【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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