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JPH04100221A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Publication number
JPH04100221A
JPH04100221A JP21783390A JP21783390A JPH04100221A JP H04100221 A JPH04100221 A JP H04100221A JP 21783390 A JP21783390 A JP 21783390A JP 21783390 A JP21783390 A JP 21783390A JP H04100221 A JPH04100221 A JP H04100221A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
melting point
metal layer
high melting
point metal
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP21783390A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuhiro Misawa
信裕 三沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP21783390A priority Critical patent/JPH04100221A/ja
Publication of JPH04100221A publication Critical patent/JPH04100221A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置の製造方法に関し、 バリアメタル層上に高融点金属層を形成する際、高融点
金属層を表面形状の荒れを生じないように滑らかに、か
つカバレッジ良く形成することができる半導体装置の製
造方法を提供することを目的とし、 窒素または酸素を少なくともいずれか1つを含むプラズ
マ雰囲気中で窒素含有高融点金属化合物層を表面処理す
る工程を含むように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明はTiN等のバリアメタル層及びタングステン等
の高融点金属層及びアルミニウム層等からなる配線層を
形成する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
近時、半導体集積回路の高集積化に伴い、配線スケール
の微細化が進んできている。その結果、従来のアルミニ
ウム等を主とする配線ではエレクトロ・マイグレーシラ
ン等による信鯨性の低下が顕著となってきている。
このため、アルミニウムに替わり、タングステン等のエ
レクトロ・マイグレーシランに対して強い配線材料を用
いた配線形成技術が必要になってきている。
〔従来の技術〕
第4図は従来の半導体装置の製造方法を説明する図であ
り、第4図において、31はSi等からなる基板、32
はソース/ドレイン等の拡散層、33は5iOz等から
なる絶縁膜、34は絶縁膜33に形成されたコンタクト
ホール、35はTiN等からなるバリアメタル層、36
はW等からなる高融点金属層、37は3i0z等からな
る絶縁膜である。
次に、その製造方法について説明する。
まず、第4図(a)に示すように、例えばイオン注入に
より基板31に拡散層32を形成し、例えばCVD法に
より基板31上にS iOzを堆積して絶縁膜33を形
成し、例えばRIP、により絶縁膜33を選択的にエツ
チングして絶縁1133にコンタクトホール34を形成
するとともに、コンタクトホール34内に拡散層32が
形成された基板31を露出させる。
次に、第4図(b)に示すように、例えばCVD法によ
りコンタクトホール34内の拡散層32とコンタクトを
取るようにTiNを堆積してバリアメタル層5を形成し
た後、バリアメタル層35上に発生した自然酸化膜等を
除去するために、フッ酸(硫酸でもよい)等の溶剤を用
いてバリアメタル層35の表面処理を行う。
そして、バリアメタル層35表面処理後の試料を大気雰
囲気中を介してウェット処理装置から成膜装置に移し替
えて、例えばCVD法によりバリアメタル層35上にW
を堆積して高融点金属層36を形成して、第4図(c)
に示すような拡散層32とコンタクトされるバリアメタ
ル層35、高融点金属層36からなる配線層を得ること
ができる。なお、ここでのバリアメタル層35は基板3
1のStと高融点金属層36のWとの熱拡散による反応
を防止する機能を有する他、基板31と高融点金属層3
6との接着を強固に行うための接着層としての機能を有
している。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記した従来の半導体装置の製造方法では、バリアメタ
ル層35上に高融点金属層36を形成する場合、バリア
メタル層35表面に生じた自然酸化膜等を除去するため
にフッ酸等の溶剤を用いてバリアメタル層35の表面処
理を行っていた。このため、高融点金属層36となるタ
ングステンの成長初期において、核形成が一様におこら
ず、その結果として結晶粒径が大きくなり、高融点金属
層36の表面形状が滑らかにならず荒れてしまうという
問題があった。このように、高融点金属層36の表面形
状が荒れると、特に微細化されるに伴い、高融点金属層
36がカバレッジよく形成するのが困難になるという問
題があり、多層化、平坦化等の大きな支障となっていた
そこで、本発明は、バリアメタル層上に高融点金属層を
形成する際、高融点金属層を表面形状の荒れを生じない
ように滑らかに、かつカバレッジ良く形成することがで
きる半導体装置の製造方法を提供することを目的として
いる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による半導体装置の製造方法は上記目的達成のた
め、窒素または酸素を少な(ともいずれか1つを含むプ
ラズマ雰囲気中で窒素含有高融点金属化合物層を表面処
理する工程を含むものである。
本発明に係る窒素または酸素を少なくともいずれか1つ
を含むプラズマには、窒素、窒素含有化合物、酸素、酸
素含有化合物のうちいずれか1つを含むプラズマであれ
ばよ(、例えばNt、Nz01Ox 、Nt +Hz 
O+og  (oxはバリア性の点で1%以下が好まし
い)等よりなるプラズマが挙げられる。また、窒素含有
高融点金属化合物層には、TiN、WN、Ti0N、M
oN、ZrN等が挙げられる。
本発明においては、窒素含有高融点金属化合物層をその
表面に生じた自然酸化膜等を除去するためにウニシト処
理した後、前記プラズマ表面処理する場合であってもよ
い。
本発明においては、前記プラズマ雰囲気中で表面処理す
る際、窒素含有高融点金属化合物層にイオンを照射する
場合であってもよく、この場合、イオン照射せずにラジ
カルのみでケミカルな表面処理を行う場合よりも更に窒
素含有高融点金属化合物層の表面状態を滑らかにするこ
とができ好ましい。これはイオンによる窒素含有高融点
金属化合物層表面のスパッタエツチングが無選択に行わ
れるためと推定される。
本発明においては、前記表面処理後、大気雰囲気中に曝
すことなく連続的に窒素含有高融点金属化合物層上に高
融点金属層を形成する場合であってもよく、この場合、
高融点金属化合物層が酸化されないようにして高融点金
属化合物層上に酸化膜を生じないようにすることができ
、窒素含有高融点金属化合物層と高融点金属層とのコン
タクト抵抗を増加させることなく安定に窒素含有高融点
金属化合物層上に高融点金属層を形成することができる
〔作用] 窒素含有高融点金属化合物層となる例えばTiNは堆積
直後、あるいはアニール後においてNaC!構造を持つ
多結晶体であるが、最表面に部分的に存在するTiのダ
ングリングボンド(あるいは欠陥)には酸素等が吸着し
ていると考えられる。
このような欠陥に高融点金属層となるタングステンの成
長初期において核形成が集中するため、従来では高融点
金属層の表面形状が悪くなっていたと考えられる。これ
に対し、本発明のプラズマ処理を行うと、TiN表面は
一様な表面状態をもつこととなり、タングステンの核形
成が一様となり、結晶配向も揃うため、平坦な形状とな
ると考えられる。
〔実施例〕
第1図〜第3図は本発明に係る半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する図であり、第1図は一実施例の製造
方法を説明する図、第2図は一実施例の製造装置を示す
概略図、第3図は一実施例の効果を説明する図である。
これらの図において、1はSi等からなる基板、2はソ
ース/ドレイン等の拡散層、3は5int等からなる絶
縁膜、4は絶縁!I3に形成されたコンタクトホール、
5はTiN等からなるバリアメタル層、6はW等からな
る高融点金属層、7はSin、等からなる絶縁膜、8は
バリアメタル層5をプラズマ表面処理する表面処理室、
9はサセプタ、10はプラズマ発生用のRF電極、11
は試料を搬送室12を介して表面処理室8から成長室1
3、あるいは成長室13から表面処理室8に出し入れさ
せるためのゲートバルブである。
次に、その製造方法について説明する。
まず、第1図(a)に示すように、例えばイオン注入に
より基板1にAs等の不純物を導入してn型の拡散層2
を形成し、例えばCVD法により基板1上にSin、を
堆積して膜厚が例えば6000人の絶縁膜3を形成し、
例えばRIEにより絶縁膜3を選択的にエツチングして
絶縁膜3に幅が例えば0.5μmのコンタクトホール4
を形成するとともに、コンタクトホール4内に拡散層2
が形成された基板1を露出させる。
次に、第1図(b)に示すように、例えばCVD法によ
りコンタクトホール4内の拡散層2とコンタクトを取る
ようにTiNを堆積して膜厚が例えば500人のバリア
メタル層5を形成した後、バリアメタル層5上に発生し
た自然酸化膜等を除去するために、フッ酸(硫酸でもよ
い)等の溶剤を用いてバリアメタル層5の表面処理を行
う。次いで、第2図に示す表面処理室8内のサセプタ9
上に試料を配置し、例えばN F sガス(10sec
m)とN、ガス(100scc+++)の混合ガスを導
入し、サセブタ9下のRF電極10にRFバイアスを印
加することによりTiNからなるバリアメタル層5表面
をプラズマ処理する(第1図(C))。
次に、バリアメタル層5表面処理後の試料を真空の搬送
室12を介して表面処理室8から成長室13に移送し、
例えばCVD法によりバリアメタル層5上にWを堆積し
て膜厚が例えば300nmの高融点金属層6を形成する
。ここでのWの成膜条件はWF−ガス10105c、S
 I Haガス5 scc■、Hzガス200secm
、圧力200mTorr、成長温度400℃である。
そして、第1図(d)に示すような拡散層2とコンタク
トされるバリアメタル層5、高融点金属層6からなる配
線層を得ることができる。なお、ここでのバリアメタル
層5は基板1のStと高融点金属層6のWとの熱拡散に
よる反応を防止する機能を有する他、基板1と高融点金
属層6との接着を強固に行うための接着層としての機能
を有している。
すなわち、従来のバリアメタル層5を薬品処理のみした
後高融点金属層6を形成する場合では高融点金属層6の
反射率がArに対し43%(可視光線λ= 400n園
)と表面形状が荒れていたのに対し、本発明の上記実施
例では、高融点金属層6の反射率がA2に対し51%と
表面形状が従来例よりも滑らかであることが判った。し
たがって、高融点金属層36を従来よりもカバレッジ良
く形成することができ、配線の多層化、平坦化をより一
層実現することができる。
また、第3図に示すように、表面処理をしない場合(比
較例1)、HF処理した場合(比較例2)及びArスパ
ッタ処理した場合(比較例3)では高融点金属層6の反
射率が全て低く表面形状が荒れていたのに対し、N2処
理した場合(本発明1)、NFs処理した場合(本発明
2)、NF3 +Nt(ラジカルのみ)処理した場合(
本発明3)及びNFs +Nz  (イオン照射)処理
した場合(本発明4)は反射率が比較例よりも全て高く
なっており表面形状が滑らかになっていることが判った
また、本発明4のイオン照射した場合は本発明3のラジ
カル処理した場合よりも高融点金属層6の反射率を高く
することができ、表面形状を滑らかにすることができ好
ましいことが判った。
なお、本発明3、本発明4の表面処理条件は以下の通り
である。
(本発明3) (トライオード型):10W、 13.56M七基板基
板バイアスはかか らない、N F 310sccm。
r’h 101005c 。
圧力40mTorr、処理時間60秒。
(本発明4) (平行平板型):20W、13.56MHz基板バイア
スは約1.3kV。
N F 310105c、 NzNz1005c。
圧力40mTorr、処理時間60秒。
〔発明の効果〕
本発明によれば、バリアメタル層上に高融点金属層を形
成する際、高融点金属層を表面形状の荒れを生じないよ
うに滑らかに、かつカバレンジ良く形成することができ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明に係る半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する図であり、第1図は一実施例の製造
方法を説明する図、第2図は一実施例の製造装置を示す
概略図、第3図は一実施例の効果を説明する図、第4図
は従来例の製造方法を説明する図である。 5・・・・・・バリアメタル層、 6・・・・・・高融点金属層。 ″V更宅−/ 5:パリアメタル層 一実施例の製造方法を説明する図 第 図 N含有プラズマ 6:高融点金属層 一実施例の製造方法を説明する図 第 図 前処ml HF処理 r N。 NF。 NF3+Nよ NF1+Nl なし 一実施例の効果を説明する図 第 図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)窒素または酸素を少なくともいずれか1つを含む
    プラズマ雰囲気中で窒素含有高融点金属化合物層(5)
    を表面処理する工程を含むことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. (2)前記プラズマ雰囲気中で表面処理する際、前記窒
    素含有高融点金属化合物層(5)にイオンを照射するこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. (3)前記窒素含有高融点金属化合物層(5)をウェッ
    ト処理した後、前記プラズマ表面処理することを特徴と
    する請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  4. (4)前記プラズマ表面処理後、大気雰囲気中に曝すこ
    となく連続的に前記窒素含有高融点金属化合物層(5)
    上に高融点金属層(6)を形成することを特徴とする請
    求項1記載の半導体装置の製造方法。
JP21783390A 1990-08-18 1990-08-18 半導体装置の製造方法 Pending JPH04100221A (ja)

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