(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に層間絶縁膜を形成する第１の工程と、
前記層間絶縁膜に前記シリコン基板に到達するコンタクトホールを形成する第２の工程と、
基板温度を所定の温度としてＮＨ3からなる窒素のソースガスとこの窒素のソースガスより高い分圧のＷＦ6からなるタングステンのソースガスとを供給し、前記層間絶縁膜上に熱化学的気相成長法により窒化タングステンの膜を形成し、かつ、前記コンタクトホール内に前記窒化タングステンを充填してコンタクトプラグを形成する第３の工程と、
前記コンタクトプラグを加熱して前記コンタクトプラグより窒素を外方拡散させる第４の工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１項記載の半導体装置の製造方法において、
前記第４の工程では、前記コンタクトプラグと前記シリコン基板との界面にタングステンとシリコンと窒素とからなる合金の層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜下の前記半導体基板上に形成されたトランジスタを備え、前記コンタクトプラグは、前記トランジスタに接続して形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、シリコン基板上に形成されたトランジスタなどに接続するコンタクトプラグを形成する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
１トランジスタ１キャパシタで構成されるダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）では、集積回路の高集積化が進行しているなかで、メモリセルの面積を小さくして記憶容量を大きくすることが要求されている。この要求に対して、キャパシタを構成する誘電体膜（容量絶縁膜）に、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などのより高い誘電率を有する材料を用いることで、メモリセルの面積を拡大することなく容量を大きくする技術が提案されている。
【０００３】
より高い誘電率を有する材料、例えば酸化タンタルを誘電体膜に用いる場合、酸化タンタルを成膜した後で熱処理やＵＶ処理などの後処理を施すことで、所期の誘電率が得られるようにしている。このため、容量絶縁膜を形成する時点ですでに形成されている下の層には、上記熱処理に対する耐熱性が要求される。このような背景の元に、メモリセルのトランジスタとキャパシタとを接続するためのコンタクトプラグに、タングステンなどの高融点金属を用いて低抵抗化を図る技術が開発されている。
【０００４】
ここで、上述したコンタクトプラグの構成について、トランジスタに接続される構成を例にとって簡単に説明する。図８に示すように、シリコン基板８０１上に、ゲート電極８０３とソース・ドレイン８０４からなるトランジスタが形成されている。ゲート電極８０３は、ゲート絶縁膜８０２を介して形成され、また、ゲート電極８０３をマスクとしたイオン注入などにより不純物領域を形成することで、ソース・ドレイン８０４が形成されている。
【０００５】
上記構成において、ゲート電極８０３上を含むシリコン基板８０１全域にわたって形成された層間絶縁膜８０５に、ソース・ドレイン８０４に接続するコンタクトプラグ８０６が形成される。コンタクトプラグ８０６は、チタン層８０６ａと、ＴｉＮ層８０６ｂと、タングステンからなる充填部８０６ｃとから構成している。チタン，ＴｉＮ，タングステンからなる各々の層は、化学的気相成長（ＣＶＤ）法などにより形成している。
【０００６】
チタン層８０６ａは、シリコン基板８０１界面との接触抵抗を下げるために備えている。また、ＴｉＮ層８０６ｂは、タングステンの基板への密着性を付与している。コンタクトプラグ８０６は、基本的にはタングステンから構成されているものであるが、タングステンを用いることで、比較的低い抵抗が得られるという利点がある。また、ＴｉＮ層８０６ｂを厚く成膜して埋め込み、ＴｉＮのみでコンタクトプラグを形成することも可能である。
【０００７】
ところで、集積度を向上するためにより微細化が要求される中、より高いアスペクト比とすることが、コンタクトプラグの形成に必要となってきている。しかしながら、上述した従来のコンタクトプラグでは、より高いアスペクト比に形成することが困難になってきているという問題があった。これは、アスペクト比の上昇に伴い、タングステンの埋め込みが困難になってくるからである。また、ＴｉＮを厚く成膜してコンタクトプラグを形成する場合、高いアスペクト比のホールに埋め込むことは可能であるが、厚膜化に伴いＴｉＮのストレスが大きくなり、形成したコンタクトプラグに亀裂が入るなどの問題があった。
【０００８】
発明の概要
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より高いアスペクト比のコンタクトプラグが形成できるようにすることを目的とする。
【０００９】
本発明の一形態における半導体装置の製造方法は、シリコン基板上に層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜にシリコン基板に到達するコンタクトホールを形成し、基板温度を所定の温度としてＮＨ3からなる窒素のソースガスとこの窒素のソースガスより高い分圧のＷＦ6からなるタングステンのソースガスとを供給し、層間絶縁膜上に熱化学的気相成長法により窒化タングステンの膜を形成し、かつ、コンタクトホール内に窒化タングステンを充填してコンタクトプラグを形成し、この形成したコンタクトプラグを加熱ししてコンタクトプラグより窒素を外方拡散させようとしたものである。
この発明によれば、窒素とタングステンとから構成されたコンタクトプラグが形成される。
【００１０】
実施例の詳細な説明
以下、本発明の実施例について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例における半導体装置の概略的な構成を示す断面図である。本実施例では、例えば、半導体基板に形成されたトランジスタのソース・ドレインに接続するコンタクトプラグを、窒化タングステンから構成したものである。
【００１１】
本実施例では、図１に示すように、ゲート絶縁膜１０２，ゲート電極１０３，ソース・ドレイン１０４から構成されたトランジスタに、層間絶縁膜１０５を介し、窒化タングステンからなるコンタクトプラグ１０６を接続するようにした。コンタクトプラグ１０６は、例えば、層間絶縁膜１０５上に形成される図示していないキャパシタに接続するものである。
【００１２】
以下、図１の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図２に示すように、シリコン基板１０１上に熱酸化法などにより酸化膜２０１を形成する。つぎに、図３に示すように、酸化膜２０１上に、例えば不純物が高濃度に導入されたポリシリコンなどからなる導電体膜３０１を形成する。導電体膜３０１は、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法により、ポリシリコンを堆積することなどにより形成できる。
【００１３】
つぎに、導電体膜３０１上に、公知のフォトリソグラフィ技術によりフォトレジストからなるマスクパタンを形成し、これをマスクとして公知のドライエッチング技術により導電体膜３０１を加工し、図４に示すように、ゲート絶縁膜１０２上にゲート電極１０３が形成された状態とする。ゲート電極１０３を形成したら、これをマスクとしてシリコン基板１０１に選択的に不純物をイオン注入し、ソース・ドレイン１０４を形成する。
【００１４】
つぎに、図５に示すように、ゲート電極１０３を覆った状態でシリコン基板１０１上に層間絶縁膜１０５を形成する。層間絶縁膜１０５は、例えば、シリコン基板１０１上に、酸化シリコンを堆積することで形成できる。
【００１５】
つぎに、層間絶縁膜１０５上に、所定位置に開口部を備えたフォトレジストからなるレジストパタンを形成し、これをマスクとして層間絶縁膜１０５を選択的にエッチングすることで、図６に示すように、層間絶縁膜１０５に、コンタクトホール６０１を形成する。コンタクトホール６０１は、底面にシリコン基板１０１のソース・ドレイン１０４形成領域が露出するように形成する。
【００１６】
つぎに、図７に示すように、コンタクトホール６０１を充填するように窒化タングステン膜７０１を形成する。この窒化タングステン膜７０１の形成に関して説明すると、タングステンのソースガスに６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用い、窒素のソースガスとしてアンモニア（ＮＨ3）を用い、基板温度を４００〜４５０℃程度としたＣＶＤ法で、窒化タングステンの膜を形成すればよい。
【００１７】
このとき、堆積を行う装置（処理容器）内で、ＮＨ3の分圧に対してＷＦ6の分圧を高い状態とすることで、窒化タングステンが段差被覆性のよい状態で形成され、コンタクトホール６０１内を隙間無く充填した状態で窒化タングステン膜７０１が形成できる。このように形成した窒化タングステンは、０．２〜０．３ＧＰａと低ストレスであり、径が０．３μｍで深さ３μｍのコンタクトホールであっても、窒化タングステンで充填された状態とできる。
【００１８】
窒化タングステン膜７０１を形成した後、以下に示すように、窒化タングステン膜７０１を加熱し、窒素を外方拡散させて低抵抗化を図る。例えば、６５０℃で６０秒間の熱処理を加えることで、窒化タングステン膜７０１の抵抗が約半分（１７００μΩｃｍ）になり、９００℃で６００秒間の熱処理を加えることで、抵抗が１５μΩｃｍにまで低下する。また、この加熱により、窒化タングステン膜７０１とシリコン基板１０１との界面に、タングステンとシリコンと窒素とからなる合金層が形成される。
【００１９】
この後、形成した窒化タングステン膜７０１を、例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法によりエッチバックし、コンタクトホール６０１内に充填されている窒化タングステン以外を除去することで、図１に示すように、窒化タングステンからなるコンタクトプラグ１０６が形成される。
【００２０】
例えば、６フッ化タングステンの分圧を１７Ｐａ，アンモニアの分圧を８Ｐａとしてこれらソースガスを流通し、基板温度を５００℃とし、コンタクトホールを含む層間絶縁膜上に５０ｎｍの窒化タングステン膜を形成してコンタクトホール内を窒化タングステンで充填し、この後、常圧Ｎ2雰囲気で９００℃６０秒の熱処理を加えたところ、窒化タングステン膜から窒素が外方拡散し、比抵抗２０μΩｃｍのプラグが得られた。
【００２１】
また、６フッ化タングステンの分圧を９Ｐａ，アンモニアの分圧を８Ｐａとしてこれらソースガスを流通し、基板温度を４５０℃とし、コンタクトホールを含む層間絶縁膜上に５０ｎｍの窒化タングステン膜を形成してコンタクトホール内を窒化タングステンで充填し、この後、１．３Ｐａ真空排気雰囲気で８５０℃９０秒の熱処理を加えたところ、窒化タングステン膜から窒素が外方拡散し、比抵抗１５μΩｃｍのプラグが得られた。
【００２２】
なお、上述では、最後に窒化タングステン膜７０１をエッチバックするようにしたが、これに限るものではない。窒化タングステン膜７０１をエッチバックした後、前述した加熱を加えるようにしてもよい。
【００２３】
本発明によれば、コンタクトプラグを窒化タングステンから形成するようにしたので、より高いアスペクト比のコンタクトプラグが形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【００２４】
以上のように、本発明に係る半導体装置の製造方法は、より高いアスペクト比のコンタクトプラグを用いようとする半導体装置を製造する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施例において製造される半導体装置の一部構成を概略的に示す断面図である。
図２は、本発明の実施例における製造途中の状態を概略的に示す断面図である。
図３は、図２に続く製造途中の状態を概略的に示す断面図である。
図４は、図３に続く製造途中の状態を概略的に示す断面図である。
図５は、図４に続く製造途中の状態を概略的に示す断面図である。
図６は、図５に続く製造途中の状態を概略的に示す断面図である。
図７は、図６に続く製造途中の状態を概略的に示す断面図である。
図８は、従来よりある半導体装置の構成を示す断面図である。
【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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