DE19505947A1

DE19505947A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE19505947A1
Application number: DE19505947A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Iijima; Hisako Ono; Kyoichi Suguro; Yasushi Akasaka; Shinichi Nakamura
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-02-21
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2015-02-22
Also published as: DE19505947B4; JP3294041B2; US5903053A; JPH08139092A; KR100203536B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung und insbesondere eine Halbleitervorrichtung, die eine verbesserte Barrierenmetallschicht aufweist, die in eine Elektrode oder Verdrahtungsschicht inkorporiert ist. Sie betrifft auch eine Halbleitervorrichtung, die Elektroden oder Verdrahtungsschichten mit einer Polyzid-Struktur aufweist, welche jeweils eine Polysiliziumschicht und einen auf der Polysiliziumschicht abgeschiedenen feuerfesten Metallsilizidfilm enthalten.

Bisher wurde eine Barrierenmetallschicht zwischen einer Verdrahtungsschicht und einer zweiten Verdrahtungsschicht oder einer Halbleitervorrichtung vorgesehen, wenn die eine Verdrahtungsschicht mit der anderen Verdrahtungsschicht oder dem Halbleiterelement elektrisch in Kontakt ist. Die Barrierenmetallschicht verhindert eine Reaktion der Verdrahtungsschicht mit dem Halbleiterelement oder der zweiten Verdrahtungsschicht und verhindert die Diffusion des Metallelements zwischen der Verdrahtungsschicht und dem Halbleiterelement oder der zweiten Verdrahtungsschicht durch die Grenzfläche zwischen den zwei Komponenten. Somit erzielt die Barrierenmetallschicht nicht nur einen guten und verläßlichen Kontakt zwischen den zwei Komponenten. Sie wird auch zwischen einem isolierenden Film und einer Verdrahtungsschicht oder einer Elektrode vorgesehen, wenn die Verdrahtungsschicht oder die Elektrode auf dem isolierenden Film ausgebildet wird.

Gegenwärtig werden TiN, TiW und dgl. als Materialien für Barrierenmetallschichten verwendet. Filme aus diesen Materialien werden durch Sputtern oder dgl. ausgebildet. Die so gebildeten Filme sind polykristallin und bestehen aus säulenartigen Kristallen mit Kristallkorngrenzen, die sich im rechten Winkel zur Oberfläche des darunterliegenden Films erstrecken. Die Kristallkorngrenzen sind wahrscheinlich dafür verantwortlich, daß das Metall in genau der Richtung diffundiert, in der es nicht diffundieren sollte. Offensichtlich haben die Filme eine Struktur, die es unmöglich macht, daß sie als Barriere gegen die Diffusion des Metalls wirken. Die Verdrahtungsschicht sollte möglichst einen niedrigen Widerstand haben, damit das Halbleiterelement mit hoher Effizienz arbeiten kann. Zu diesem Zweck muß die Barrierenmetallschicht dünn genug sein, um einen hinreichend niedrigen Widerstand zu haben. Dabei entsteht ein Problem. Eine dünne Barrierenmetallschicht wirkt weniger effektiv als Barriere als eine dicke. Die herkömmlichen Barrierenmetallschichten scheinen als Barriere daher nicht gut zu funktionieren. Es wäre statt dessen die Verwendung einen dünnen Einkristallfilms erforderlich, da dieser Film effektiv als Barriere wirken kann. Mit den gegenwärtig zur Verfügung stehenden Methoden ist es jedoch äußerst schwierig, einen fehlerfreien dünnen Einkristallfilm auszubilden.

Polysilizium wird als Material für Gate-Elektroden verwendet. Da Polysilizium einen hohen Widerstand hat, hat ein Halbleiterelement mit einer Gate-Elektrode aus Polysilizium einen hohen parasitären Widerstand. Der hohe parasitäre Widerstand verschlechtert die Charakteristiken des Halbleiterelements. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, daß ein Metall oder Metallsilizid mit niedrigem Widerstand als Material für Gate-Elektroden verwendet werden soll. Wenn ein Metallfilm auf einem Gate-Isolierfilm nach einer herkömmlichen Sputtertechnik ausgebildet wird, wird er jedoch polykristallin und hat verschiedene Kristallflächen. Verschiedene Kristallflächen haben unterschiedliche Austrittsarbeiten, was zu einem instabilen Unterschied in den Austrittsarbeiten zwischen dem Metall und dem Halbleiter unter dem Gate-Isolierfilm führt. Der Unterschied in den Austrittsarbeiten beeinträchtigt den Halbleiter unterhalb des Gate-Isolierfilms. Infolgedessen hat das Halbleiterelement nur eine instabile Schwellenspannung und kann in der Praxis überhaupt nicht verwendet werden.

Angenommen sei, daß ein Wolfram-(W)-Film als Gate-Elektrode eines Transistors verwendet wird. Der Wolframfilm weist Austrittsarbeiten von 5,25 eV, 4,63 eV und 4,47 eV in den Kristallachsen (110), (100) bzw. (111) auf. Erforderlich ist, daß die Kristalle an der Unterseite des Wolframfilms in derselben Achse orientiert sind, der einen Gate-Isolierfilm kontaktiert. Sonst könnte man die Schwellenspannung des Transistors nicht vernünftig kontrollieren.

Seit kurzem wird eine sogenannte "Polyzid-Struktur" allgemein als Gate-Struktur verwendet. Sie umfaßt eine Polysiliziumschicht und eine auf der Polysiliziumschicht abgeschiedene Schicht aus einem feuerfesten Metallsilizid. Die Metallsilizidschicht besteht aus MoSi_x, WSi_x oder dgl., welche einen niedrigeren elektrischen Widerstand als Polysilizium und eine relativ hohe Hitzebeständigkeit haben. Ein feuerfestes Metallsilizid ist aus dem folgenden Grund ein exzellentes Material: es kann nämlich nach demselben Verfahren bearbeitet werden, nach dem auch Polysilizium bearbeitet wird. Das Verfahren muß nicht sehr modifiziert werden, selbst wenn eine Polyzid-Struktur eingesetzt wird.

Wenn eine Polysiliziumschicht in die Form einer Gate- Elektrode gebracht und oxidiert wird, wird der Randteil der Polysiliziumschicht in einer großen Dicke oxidiert. Ein Transistor mit einer so gebildeten Gate-Elektrode hat eine hohe Gate-Durchschlagsspannung und arbeitet, wie im Stand der Technik bekannt ist, lange Zeit verläßlich. Selbst wenn ein feuerfester Metallsilizidfilm ebenfalls an seiner Oberfläche zur gleichen Zeit oxidiert wird wie die Oberfläche der Polysiliziumschicht, wird kein Metalloxid gebildet, sondern es wird lediglich SiO₂ auf dem Metallsilizidfilm gebildet, wenn der Metallsilizidfilm eine überstöchiometrische Zusammensetzung an Silizium hat.

Wenn der Metallsilizidfilm mehr Silizium als eine stöchiometrische Menge enthält, wird das Silizium im Metallsilizid bei der Oxidation verbraucht. Im Ergebnis wird der Metallgehalt im Film größer. Diese Änderung der Zusammensetzung verläuft umgekehrt proportional zur Breite der Polyzid-Struktur. SiO₂-Filme mit einer Dicke von jeweils 85 nm wurden auf WSi_x-Filmen von zwei Typen ausgebildet, die dieselbe Dicke von jeweils 300 nm und unterschiedliche Anfangszusammensetzungen von WSi_2,50 bzw. WSi_2,65 hatten, und so Streifen mit einer Polyzid-Struktur ausgebildet. Die mittlere Zusammensetzung der WSi_x-Filme beider Typen wurde gegen die Breite der Streifen aufgetragen. Die Ergebnisse werden in Fig. 1 dargestellt.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, näherte sich, als der Streifen beider Polyzidstrukturen eine Breite von 0,8 nm oder weniger hatte, die Zusammensetzung beider Wolfram-Silizide (WSi_x) der stöchiometrischen Zusammensetzung, d. h. WSi₂, und der Wolfram-Gehalt wurde größer. Dies kommt daher, daß je schmaler der Streifen mit der Polyzid-Struktur ist, desto höher das Verhältnis von Oberfläche (d. h. die Summe der oberen und der seitenoberflächen) pro Volumeneinheit des Streifens und daher desto größer die Menge des bei der Oxidation verbrauchten Siliziums ist.

Wenn Silizium im Überschuß oxidiert wird, wird Silizium aus der Polysiliziumschicht (d. h. der unteren Schicht) in den Wolfram-Silizidfilm (d. h. die obere Schicht) nachgeliefert, um die stöchiometrische Zusammensetzung des Wolframsilizidfilms zu erhalten. Wolframsilizid (d. h. ein feuerfestes Metallsilizid) beißt sich unvermeidlich in die Polysiliziumschicht, was die Gate-Durchschlagsspannung des Transistors sehr stark verändert, wie in Fig. 2 gezeigt wird. Genauer gesagt, verschiebt sich nach der thermischen Oxidation der Polysiliziumschicht unter Ausbildung eines SiO₂-Films die Gate-Strom/Gate-Spannungs-Charakteristik des Transistors stark von dem normalen Verhältnis, das durch die gestrichelte Kurve dargestellt wird, zu einem, das durch die durchgezogene Kurve dargestellt wird.

Wie oben beschrieben wurde, kann in einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung die in eine Elektrode oder Verdrahtungsschicht eines Halbleiterelements inkorporierte herkömmliche Barrierenmetallschicht nicht als effektive Barriere wirken. Infolgedessen werden die Charakteristiken des Halbleiterelements und die Zuverlässigkeit der Verdrahtungsschicht verschlechtert. Außerdem kann die Metallschicht kaum als Gate-Elektrode verwendet werden, da die Austrittsarbeit der Metallelektrode am Gate-isolierenden Film nicht kontrolliert werden kann.

In der in einem Halbleiterelement verwendeten Polyzid- Struktur wird Silizium aus der Polysiliziumschicht in den auf der Polysiliziumschicht ausgebildeten feuerfesten Metallsilizidfilm nachgeliefert, wenn Silizium im Metallsilizidfilm in einer zu großen Menge oxidiert wird. Das in den Metallsilizidfilm nachgelieferte Silizium verschlechtert die Gate-Durchschlagsspannung des Halbleiterelements. Dieses Phänomen wird vorherrschend, wenn die Polyzid-Struktur so schmal ist, daß wesentlich mehr Silizium an den Seitenrändern der Struktur verbraucht wird als in anderen Teilen. Die Verschlechterung der Durchschlagsspannung findet nicht in der gesamten Gate- Elektrode (d. h. der Polyzid-Struktur) statt. Sie wird dem lokal in die Polysiliziumschicht eingewanderten Metallsilizid zugeschrieben. Mit anderen Worten wird die Gate- Durchschlagsspannung des Elements aufgrund des nicht gleichmäßigen feuerfesten Metallsilizids und der schnellen Diffusion von Silizium durch die Kristallkorngrenzen verschlechtert.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Elektrode oder einer Verdrahtungsschicht, die eine verbesserte Barrierenmetallschicht enthält, welche als effektive Barriere fungieren kann, so daß die Charakteristik der Vorrichtung und die Zuverlässigkeit der Verdrahtungsschicht erhöht wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Gate-isolierenden Film und einer auf dem Gate-isolierenden Film ausgebildeten Gate- Elektrode, bei der die Gate-Elektrode eine Barrierenmetallschicht mit verbesserten Sperreigenschaften einschließt, wobei die Vorrichtung eine gute Charakteristik hat und ihre Verdrahtungsschicht sehr zuverlässig ist.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung, die mindestens eine Elektrode oder Verdrahtungsschicht umfaßt, mit Polyzid-Struktur, in der eine Polysiliziumschicht und ein Metallsilizidfilm an einer Reaktion miteinander selbst dann gehindert werden, wenn die Elektrode oder die Verdrahtungsschicht an ihrer Oberfläche oxidiert wird, und in der kein Metallsilizid lokal in die Polysiliziumschicht einwandert, so daß die Zuverlässigkeit der Vorrichtung erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, welche eine leitende Schicht, die sowohl eine Elektrodenschicht als auch eine Verdrahtungsschicht sein kann, und eine amorphe Legierungsschicht umfaßt, welche an der Unterseite der leitenden Schicht gebildet wird und aus einer Matrixphase und Mikrokristallkörnern besteht, wobei die Matrixphase eine amorphe Legierung als Hauptkomponente enthält und die erwähnten Mikrokristallkörner in der Matrixphase dispergiert sind und nicht kontinuierlich in der Richtung der Dicke der amorphen Legierungsschicht angeordnet sind.

Erfindungsgemäß wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, die eine leitende Schicht, welche sowohl eine Elektrodenschicht als auch eine Verdrahtungsschicht sein kann, und eine Barrierenmetallschicht, die auf der Unterseite der leitenden Schicht ausgebildet ist und Ti, Si und N enthält, umfaßt.

Erfindungsgemäß wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, welche eine leitende Schicht, die sowohl eine Elektrodenschicht als auch eine Verdrahtungsschicht sein kann, und eine Barrierenmetallschicht umfaßt, welche auf der Unterseite der leitenden Schicht ausgebildet ist und ein feuerfestes Metall, Si und N enthält, wobei das Atomverhältnis von Si zum feuerfesten Metall 0,7 oder mehr beträgt.

Erfindungsgemäß wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, welche eine dreischichtige Struktur umfaßt, die sowohl als Elektrode als auch als Verdrahtungsschicht wirken kann, und im wesentlichen aus einer Siliziumschicht, einer feuerfesten Metallsilizidschicht, die auf der Siliziumschicht angebracht ist, und einer Barrierenmetallschicht, die zwischen der Siliziumschicht und der feuerfesten Metallsilizidschicht vorgesehen ist, besteht und Si, N und ein feuerfestes Metall, das gleich oder verschieden vom feuerfesten Metall der feuerfesten Metallsilizidschicht ist, enthält.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindungen werden in der folgenden Beschreibung dargelegt oder gehen aus dieser zum Teil hervor oder können durch Ausführung der Erfindung ermittelt werden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können mittels der Instrumentarien und Kombinationen, die insbesondere in den anhängenden Ansprüchen ausgeführt sind, realisiert und erzielt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die anhängenden Zeichnungen, die zur Beschreibung gehören und einen Teil derselben darstellen, erläutern gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der oben angegebenen allgemeinen Beschreibung und der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zur Erläuterung der Prinzipien dieser Erfindung.

Fig. 1 ist ein Graph, der erläutert, wie das Atomverhältnis x von WSi_x sich mit den Breiten von herkömmlichen verdrahtungsschichten aus WSi_2,65 und WSi_2,50 verändert, nachdem die verdrahtungsschichten thermisch oxidiert wurden;

Fig. 2 ist ein Graph, der die Ig-Vg-Charakteristik einer Gate-Elektrode, die nach einer herkömmlichen Methode gebildet wurde, darstellt;

Fig. 3A bis 3E sind Schnitte und erläutern die Schritte der Ausbildung einer vergrabenen Verdrahtungsschicht in einer Halbleitervorrichtung nach einem ersten Beispiel dieser Erfindung;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das erläutert, wie sich die Druckspannung eines TiSiN-Films mit dem Si/Ti-Atomverhältnis verändert;

Fig. 5A bis 5D sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung von Verdrahtungsschichten in einer Halbleitervorrichtung nach einem zweiten Beispiel dieser Erfindung erläutern;

Fig. 6A bis 6D sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung von Verdrahtungsschichten in einer Halbleitervorrichtung nach einem dritten Beispiel dieser Erfindung darstellen;

Fig. 7A ist ein Schnitt, der ein herkömmliches Verfahren der Abscheidung einer Barrierenmetallschicht auf einem BPSG-Film erläutert;

Fig. 7B ist ein Schnitt, der das Verfahren der Abscheidung einer Barrierenmetallschicht auf einem BPSG-Film in einer Halbleitervorrichtung nach dem vierten Beispiel dieser Erfindung erläutert;

Fig. 8A und 8B sind Schnitte, die zwei alternative Methoden der Ausbildung einer Cu-Schicht im vierten Beispiel dieser Erfindung erläutern;

Fig. 9 ist ein Graph, der darstellt, wie die diffundierte Menge Cu und der Kontaktwiderstand zwischen einer oberen Schicht und einer unteren Schicht von der Dicke des zwischen der Oberschicht und der TiN-Schicht ausgebildeten TiO₂-Films abhängen;

Fig. 10 ist ein Graph, der zeigt, wie die normalen freien Bildungsenergien verschiedenen Nitride von der Temperatur abhängen;

Fig. 11A, 11B und 11C sind Graphen, die zeigen, wie der Widerstand von TiSiN mit dem Partialdruck von N₂ variiert;

Fig. 12 ist ein Graph, der erläutert, wie die Druckspannung (compression stress) eines TiSiN-Films sich mit dem Si/Ti-Atomverhältnis des TiSiN-Films verändert;

Fig. 13A bis 13D sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung einer Verdrahtungsschicht in einer Halbleitervorrichtung nach dem sechsten Beispiel der vorliegenden Erfindung erläutern;

Fig. 14A bis 14D sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung von Verdrahtungsschichten in einer Halbleitervorrichtung nach dem siebten Beispiel dieser Erfindung erläutern;

Fig. 15A bis 15C sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung von Verdrahtungsschichten in einer Halbleitervorrichtung nach dem achten Beispiel dieser Erfindung erläutern;

Fig. 16 ist ein schematischer Schnitt, der eine Halbleitervorrichtung nach dem neunten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 17A bis 17J sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung einer Halbleitervorrichtung nach dem neunten Beispiel dieser Erfindung erläutern;

Fig. 18 ist ein Graph, der die Tg-Vg-Charakteristik einer Gate-Elektrode darstellt, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet wurde;

Fig. 19A bis 19J sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung einer Halbleitervorrichtung nach dem zehnten Beispiel dieser Erfindung erläutern;

Fig. 20A bis 20L sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung einer Halbleitervorrichtung nach dem elften Beispiel dieser Erfindung erläutern;

Fig. 21A bis 21L sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung einer Halbleitervorrichtung nach dem zwölften Beispiel dieser Erfindung erläutern;

Fig. 22A und 22B sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung einer Halbleitervorrichtung nach dem dreizehnten Beispiel dieser Erfindung erläutern;

Fig. 23A bis 23E sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung einer Halbleitervorrichtung nach dem vierzehnten Beispiel dieser Erfindung erläutern;

Fig. 24A und 24B sind mikroskopische Photographien von TiSiN-Filmen;

Fig. 25A und 25B sind Diagramme, die eine amorphe Schicht, die Mikrokristallkörner enthält, darstellen;

Fig. 26A bis 26D sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung einer Halbleitervorrichtung nach dem fünfzehnten Beispiel dieser Erfindung erläutern;

Fig. 27 ist ein Schnitt einer modifizierten Halbleitervorrichtung gemäß dieser Erfindung;

Fig. 28 ist eine TEM-Photographie, die einen Querschnitt einer Cu/TiSiN/Si-Struktur zeigt;

Fig. 29A bis 29D sind Graphen, die jeweils das XPS- Spektrum eines TiSiN-Films zeigen; und

Fig. 30A bis 30C sind Graphen, die jeweils die XPS- Spektren eines TiN-Films und eines TiSiN-Films zu Vergleichszwecken zeigen.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Eine erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung umfaßt eine leitende Schicht und eine amorphe Legierungsschicht, die an der Unterseite der leitenden Schicht ausgebildet wird. Die leitende Schicht ist entweder eine Elektrodenschicht oder eine Verdrahtungsschicht (wiring layer). Die amorphe Legierungsschicht besteht aus einer Matrixphase und Mikrokristallkörnern. Die Matrixphase besteht hauptsächlich aus einer amorphen Legierung. Die mikrokristallinen Körner sind in der Matrixphase dispergiert und nicht kontinuierlich in der Richtung der Dicke der amorphen Legierungsschicht angeordnet. Die amorphe Legierungsschicht wirkt als Sperrschicht.

Wie oben erwähnt, besteht die Barriereschicht aus einer amorphen Legierung und die Mikrokristallkörner sind darin dispergiert, ohne kontinuierlich in der Richtung der Dicke der Barriereschicht angeordnet zu sein. Metallelemente diffundieren durch die Kristallkorngrenzen, anders als im Fall, daß die Barriereschicht aus TiN besteht, nicht. Daher kann die Barriereschicht verbesserte Barriereeigenschaften aufweisen.

Die amorphe Legierung kann ein feuerfestes Metall, einen Halbleiter und Stickstoff enthalten. Das feuerfeste Metall kann aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, W und Mo ausgewählt werden. Der Halbleiter kann ausgewählt werden aus Elementen der Gruppe IV wie z. B. Si, Ge und C, binären Halbleiter- Verbindungen wie GaAs, InP, InSb, BN, GaP, ZnSe, ZnS, CdS und CdTe und ternären Halbleiter-Verbindungen wie z. B. II-IV-VI- Verbindungs-Halbleitern, II-IV-V-Verbindungs-Halbleitern, III-IV-VI-Verbindungs-Halbleitern, I-III-VI-Verbindungs- Halbleitern und II-V-VII-Verbindungs-Halbleitern.

Die mikrokristallinen Körner können aus einem feuerfesten Metallsilizid bestehen. In diesem Fall haben sie vorzugsweise eine Korngröße von 2 nm oder weniger.

Besonders bevorzugt besteht die amorphe Legierungsschicht aus Ti-Si-N und die Mikrokristallkörner sind TiN-Körner.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die amorphe Legierungsschicht aus W-Si-N besteht und die Mikrokristallkörner W- oder W_xN_y-Körner sind.

Wenn die amorphe Legierungsschicht aus feuerfestem Metall, Si und N besteht, kann die Filmspannung durch Einstellung des Atomverhältnisses von Si zum feuerfesten Metall auf 0,7 oder mehr verringert werden. Die Verringerung der Filmspannung ist ein wirksames Mittel zur Verbesserung der Charakteristika beliebiger Elemente, die in die Halbleitervorrichtung eingebaut werden.

Wenn Ti als das feuerfeste Metall verwendet wird, wird die Barrierenmetallschicht, d. h. die amorphe Legierungsschicht, fest an der unteren Schicht oder dem Substrat anhaften, da Ti einen Oxidfilm (einen natürlichen Oxidfilm auf der unteren Schicht oder dem Substrat) gut reduziert. Daher erzeugt die Barrierenmetallschicht einen guten Kontakt mit der darunter liegenden Schicht oder dem Substrat. Außerdem wird die Zusammensetzung der Barrierenmetallschicht stabilisiert, da sich Ti stark an N bindet.

Wenn Ti, Zr oder Hf als feuerfestes Metall verwendet werden, bleibt die Barrierenmetallschicht bei Erwärmung stabil. Dies kommt daher, daß die Nitride von Ti, Zr und Hf eine negative Standardbildungsenergie haben, die größer ist als die eines Nitrids von Ta. Als Ergebnis hat die Barrierenmetallschicht bessere Barriereeigenschaften.

Es wurde entdeckt, daß die Barrierenmetallschicht an den isolierenden Film fest anhaftet. Darüber hinaus wurde ein geringer Kontaktwiderstand zwischen der Barrierenmetallschicht und der unteren Elektrode und ebenfalls zwischen der Barrierenmetallschicht und der oberen Elektrode nachgewiesen.

Wenn eine Metalloxidschicht auf der Oberfläche der Barrierenmetallschicht ausgebildet wird, kann die so gebildete Metalloxidschicht die Diffusion von Metall oder Silizium durch die Kristallkorngrenzen unterdrücken. Wenn außerdem der Metalloxidfilm in einer Dicke von 2 nm oder weniger ausgebildet wird, kann der Kontaktwiderstand zwischen den oberen und unteren verdrahtungsschichten ausreichend verringert werden. Damit ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, die Barriereeigenschaften der Barrierenmetallschicht zu verbessern, die Diffusion von Metall oder Verunreinigungen durch die Barrierenmetallschicht zu unterdrücken und die Zuverlässigkeit der Verdrahtung zu verbessern.

Eine erfindungsgemäße Polyzid-Struktur umfaßt einen feuerfesten Metallsilizidfilm, einen Polysiliziumfilm und eine Reaktions-inhibierende Schicht. Die Reaktions- inhibierende Schicht wird an der Grenzfläche zwischen der feuerfesten Metallsilizidschicht und dem Polysiliziumfilm ausgebildet. Sie besteht aus einem ternären System wie Metall-Si-Stickstoff oder einem quaternären System wie Metall-Si-Stickstoff-Sauerstoff. Selbst nach Ausführung eines Erhitzungsschritts bleibt die Polyzid-Struktur stabil und verschlechtert die Gate-Durchschlagsspannung der Halbleitervorrichtung nicht.

Die Barrierenmetallschicht ist eine amorphe Legierung, die mikrokristalline Körner enthält, wie in den Fig. 25A oder 25B erläutert wird. Die Mikrokristallkörner haben eine geringere Größe als die Dicke der amorphen Legierungsschicht. Daher diffundieren Metalle oder Verunreinigungen, anders als im Fall, in dem die Barrierenmetallschicht aus TiN besteht, nicht, und die Barriereeigenschaften der Barrierenmetallschicht können verbessert werden. Wenn die amorphe Legierungsschicht, die in den Fig. 25A oder 25B gezeigt ist, auf einem Gate-Isolierfilm ausgebildet wird, kann die Austrittsarbeit der Barrierenmetallschicht bei einem einzigen Wert kontrolliert werden, was es ermöglicht, die Zuverlässigkeit und Leistung der Halbleitervorrichtung, die diese Barrierenmetallschicht enthält, zu erhöhen.

Bevorzugte Ausführungsformen nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung haben die folgenden Merkmale:

(1) eine Elektrode oder Verdrahtungsschicht wird in einer in einem isolierenden Film erzeugten Einkerbung vergraben und eine Barrierenmetallschicht unterhalb und an den Seiten der Elektrode oder Verdrahtungsschicht angebracht.
(2) Das feuerfeste Metall, eine Komponente der Barrierenmetallschicht, ist ausgewählt aus Ti, Zr, Hf, Mo und W.
(3) Die Barrierenmetallschicht besteht aus einer Legierung, die keine Kristallkorngrenzen hat.
(4) Die Elektrode oder Verdrahtungsschicht besteht aus Al, Cu, Ag oder W oder einer Legierung aus mindestens zwei dieser Metalle.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die eine Elektrode oder eine Verdrahtungsschicht, eine unterhalb der Elektrode oder Verdrahtungsschicht angebrachte Barrierenmetallschicht und eine zwischen der Elektrode oder Verdrahtungsschicht und der Barrierenmetallschicht angebrachte Oxidschicht umfaßt. Die Oxidschicht besteht aus einem Oxid des Metalls, das eine Komponente der Barrierenmetallschicht ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Merkmale:

(1) Die Barrierenmetallschicht besteht aus TiN und die Oxidschicht ist ein TiO₂-Film.
(2) Der TiO₂-Film hat eine Dicke von 2 nm oder weniger.
(3) Eine TiN-Schicht wird als die Diffusionssperrschicht für die Verdrahtungsschicht verwendet und das Atomverhältnis von Ti zu N reicht von 0,95 : 1,05 bis 1,05 : 0,95.
(4) Eine TiN-Schicht wird als Diffusionssperrschicht für die Verdrahtungsschicht verwendet und ihre Oberfläche wird bei einer niedrigen Temperatur von 450°C oder weniger mittels entweder einer Sauerstoff-Plasmabehandlung oder Ozonbehandlung oxidiert.
(5) Die Oberfläche des Substrats, auf dem die Barrierenmetallschicht ausgebildet werden soll, wird vor der Ausbildung der Barrierenschicht geglättet.
(6) Die geglättete Oberfläche des Substrat hat eine mittlere Rauhigkeit von 1 nm oder weniger.

Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind wie folgt gekennzeichnet:

(1) Wenn eine Elektrode vorgesehen wird, wird eine Barrierenmetallschicht unterhalb und an den Seiten der Elektrode ausgebildet. Wenn eine Verdrahtungsschicht vorgesehen wird, wird eine Barrierenmetallschicht unterhalb, an den Seiten und auf der Verdrahtungsschicht ausgebildet.
(2) Die Barrierenmetallschicht enthält einen Halbleiter, ausgewählt aus einem IV-Metall wie Si, Ge, C oder dgl., einer III-V-halbleitenden Verbindung wie GaAs, InP, InSb, BN, GaP oder dgl., einer II-VI-halbleitenden Verbindung wie ZnSe, ZnS, CdS, CdTe oder dgl., einer ternären Halbleiter- Verbindung wie II-IV-V, III-IV-VI, I-III-VI, II-V-VII oder dgl.
(3) Die Barrierenmetallschicht enthält ein feuerfestes Metall und der Halbleiter hat ein Atomverhältnis von 0,7 oder mehr bezüglich des feuerfesten Metalls.
(4) Das feuerfeste Metall hat mindestens eine Hauptkomponente, ausgewählt aus Mo, W, V, Nb, Ta, Ti und Co.
(5) Eine feuerfestes Metallsilizidschicht mit einer Polyzid-Struktur enthält mindestens ein Metall aus Mo, W, V, Nb, Ta, Ti und Co.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Elektrode oder Verdrahtungsschicht mit Polyzid-Struktur zur Verfügung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Ausbildung einer Stickstoff-haltigen feuerfesten Metallsilizidschicht auf einer Polysiliziumschicht;
Ausführung einer Hitzebehandlung mit der resultierenden Struktur, Bildung einer Schicht mit einer höheren Stickstoff- Konzentration als in der Metallsilizidschicht an der Grenzfläche zwischen der Polysiliziumschicht und der Metallsilizidschicht.

Es ist möglich, als feuerfestes Metall eine Legierung aus mindestens zwei Elementen, ausgewählt aus Ti, Zr, Hf, W und Mo, zu verwenden.

Verschiedene Beispiele der vorliegenden Erfindung werden im Detail beschrieben.

Beispiel 1

Fig. 3A bis 3E sind Schnitte, die erläutern, wie eine vergrabene Verdrahtungsschicht in einer Halbleitervorrichtung nach dem Beispiel 1 dieser Erfindung gebildet wird.

Zunächst wird, wie in Fig. 3A gezeigt ist, ein SiO₂-Film 12, der als Isolierfilm verwendet wird, auf einem Halbleiter- Substrat 11 gebildet. Dann wird in der Oberfläche des SiO₂- Films 12 durch reaktives Ionenätzen oder dgl. eine Rille erzeugt. Der Isolierfilm 12 kann aus Polyimid und nicht aus SiO₂ sein. Wünschenswerterweise wird die Innenfläche der Rille 13 beispielsweise durch CDE (chemical dry etching - chemisches Trockenätzen) oder dgl. geglättet - vorzugsweise auf Oberflächenrauhigkeiten von 1 nm oder weniger.

Danach wird, wie in Fig. 3B gezeigt wird, ein TiSiN-Film 14, d. h., ein Diffusionsbarrierefilm oder eine Bindungsschicht aus einer ternären Verbindung von Ti, Si und N auf der resultierenden Struktur mit einer Dicke von 25 nm abgeschieden. Genauer gesagt wird der TiSiN-Film 14 durch chemisches oder reaktives Sputtern mittels eines Gleichstrommagnetron-Sputterapparats unter Verwendung eines Ti-Silizid-Targets gebildet, wobei Argon mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 10 bis 20 sccm und Stickstoff mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 30 bis 100 sccm bei einem Druck von 0,3 Pa und einer elektrischen Leistung von etwa 1 kW zugeführt wird. Der so gebildete Film 14 ist amorph, wie durch Untersuchung eines tatsächlich gebildeten TiSiN-Films mittels XRD (Röntgendiffraktometrie) bewiesen wurde.

Das Verfahren zur Ausbildung des TiSiN-Films 14 und die Bedingungen, die bei diesem Verfahren angewandt werden, sind nicht auf die oben angegebenen beschränkt. Sie können je nach der Spezifikation für den Film 14 verändert werden. Beispielsweise kann das Sputtern unter Verwendung von Ti- Targets und Si-Targets, die in einem mosaikartigen Muster angeordnet sind, ausgeführt werden. Ein beliebiges Verfahren kann eingesetzt werden, vorausgesetzt daß der resultierende Film aus einer ternären Verbindung von Ti, Si und N besteht.

Die Spannung (stress) des TiSiN-Films 14 hängt stark vom Atomverhältnis von Si zu Ti ab. TiSiN-Filme mit verschiedenen Si/Ti-Atomverhältnissen X wurden gebildet und ihre Druckspannungen gemessen. Die Ergebnisse waren wie in Fig. 4 gezeigt. Wie aus Fig. 4 ersehen werden kann, nimmt die Druckspannung scharf ab, wenn das Si/Ti-Atomverhältnis X 1 oder mehr beträgt. Wenn die Druckspannung am TiSiN-Film 14 hoch ist, werden die Vorrichtungscharakteristiken (d. h. Betriebsgeschwindigkeit, elektrische Zuverlässigkeit und dgl.) der Halbleitervorrichtung mit dem TiSiN-Film 14 verschlechtert und der TiSiN-Film 14 wird vom SiO₂-Film 12 abblättern. Daher sollte das Si/Ti-Atomverhältnis X besser 1 oder mehr betragen.

Je niedriger das Si/Ti-Atomverhältnis ist, desto niedriger ist der elektrische Widerstand des TiSiN-Films 14. Selbst wenn der TiSiN-Film 14 einen relativ hohen Widerstand hat, wird der Widerstand der gebildeten Verdrahtungsschicht nicht beeinträchtigt, vorausgesetzt, daß der TiSiN-Film 14 hinreichend dünn ausgebildet wird. Außerdem werden keine Probleme entstehen, selbst wenn der TiSiN-Film 14 siliziumreich erzeugt wird, wie oben erwähnt wurde. Darüber hinaus kann ein dünner Film aus Ti oder dgl. auf dem SiO₂- Film 12 vorab ausgebildet werden, so daß der TiSiN-Film 14 am SiO₂-Film 12 stärker als ansonsten haften kann.

Wie bereits erläutert wurde, ist die ternäre Verbindung aus Ti, Si und N amorph. Die Spannung (stress) des TiSiN-Films 14 ist daher niedrig (z. B. 1,7 × 10⁹ dyn/cm²), wodurch es unwahrscheinlich wird, daß die Charakteristiken der Halbleitervorrichtung verschlechtert werden. Darüber hinaus hat der TiSiN-Film 14 keine Kristallkorngrenzen, da TiSiN amorph wie Glas ist. Keine Verunreinigungen können durch die Kristallkorngrenzen des TiSiN-Films 14 in beliebige Nachbarschichten oder Filme diffundieren, wohingegen Verunreinigungen durch einen polykristallinen dünnen Film aus TiN oder TiW, der konventionell verwendet wurde und Kristallgrenzen hat, diffundieren können. Somit besitzt der TiSiN-Film 14 ideale Barriereeigenschaften.

Die nachstehend angegebene Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften von TiSiN mit verschiedenen Si/Ti-Atomverhältnissen

Tabelle 1

Danach wird, wie in Fig. 3C gezeigt wird, ein Cu-Film 15, der zur Hauptleitungsschicht verarbeitet wird, auf dem TiSiN- Film 14 durch Sputtern auf eine Dicke von 400 nm ausgebildet. Der TiSiN-Film 14 und der Cu-Film 15 können kontinuierlich gebildet werden, ohne die Struktur an die Atmosphäre zu bringen. Während oder nach dem Sputtern wird die Struktur bei 200 bis 700°C gebrannt, wodurch Cu in die Rille 13 zurückfließt, wie in Fig. 3D gezeigt wird. Die obere Fläche des Cu-Films 15 wird dadurch flach gemacht. Es ist möglich, den Anteil der oxidierenden Gase (z. B. Sauerstoff oder Wasserdampf) in der Brennatmosphäre zu verringern (auf 1 ppm oder weniger) oder ein reduzierendes Gas (z. B. Wasserstoff) zur Brennatmosphäre zuzugeben.

Danach wird die Struktur von Fig. 3D an ihrer Oberfläche geätzt, wodurch der TiSiN-Film 14 und der Cu-Film 15 entfernt werden, außer an den Stellen, die sich in der Rille 13 befinden, wie in Fig. 3E erläutert ist. Eine vergrabene Verdrahtungsschicht aus Cu wird dadurch in der Oberfläche des SiO₂-Films 12 gebildet. Der Ätzprozeß kann ein RIE-Verfahren (reaktives Ionenätzen) oder Ionenabtragung (ion milling) sein oder kann durch Polieren ersetzt werden. Der so erhaltene Cu- Leiter hat eine hohe Verläßlichkeit.

Der TiSiN-Film 14, der als Barrierenmetallschicht in Beispiel 1 verwendet wird, bleibt selbst bei hohen Temperatur amorph. Das kommt daher, daß das Si/Ti-Atomverhältnis hoch ist - d. h. daß der Film 14 aus der ternären Verbindung (TiSiN) silizium- (Si)-reich ist. Die Experimente, die von den Erfindern ausgeführt wurden, zeigten, daß die ternäre Verbindung aus Ti, Si und N thermisch stabil war und nicht kristallisierte, sondern amorph blieb, selbst nachdem die Struktur von Fig. 3C bei 750°C 30 min gebrannt wurde. Da er amorph ist, erlaubt es der TiSiN-Film 14 nicht, daß Verunreinigungen durchdiffundieren, anders als ein TiN-Film, der polykristallin ist und Kristallkorngrenzen hat. Der TiSiN- Film 14 kann daher als effektive Barriere fungieren. Außerdem ist, da die ternäre Verbindung (d. h. das Material des Films 14) siliziumreich ist, die Spannung (stress) des TiSiN-Films 14 niedrig genug, um die Charakteristiken der Halbleitervorrichtung zu verbessern.

Beispiel 2

Fig. 5A bis 5D sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung von Verdrahtungsschichten in einer Halbleitervorrichtung nach dem zweiten Beispiel der Erfindung erläutern.

Zunächst wird, wie in Fig. 5A gezeigt ist, ein SiO₂-Film 32, der als isolierender Film verwendet wird, auf einem Halbleitersubstrat 31 ausgebildet. Ein TiSiN-Film 34, d. h. eine Barrierenmetallschicht oder eine Bindungsschicht aus einer ternären Verbindung, wird auf dem SiO₂-Film 32 auf eine Dicke von 10 bis 25 nm durch Sputtern abgeschieden. Dann wird ein Cu-Film 35, der zur Hauptleitungsschicht verarbeitet werden soll, auf dem TiSiN-Film 34 in einer Dicke von 400 nm gebildet. Wie in Beispiel 1 hat der TiSiN-Film 34 ein hohes Si/Ti-Atomverhältnis - d. h. der Film 34 ist reich an Silizium.

Dann wird, wie in Fig. 5B gezeigt ist, ein Resist-Muster 36 auf dem Cu-Film 35 durch Photolithographie ausgebildet. Wie in Fig. 5C gezeigt ist, werden der Cu-Film 35 und TiSiN-Film 34 einer selektiven Ätzung unterworfen, wobei das Resist- Muster 36 als Maske verwendet wird, und zwar durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung von einem Gas auf Chlorbasis, Ionenabtragung (ion milling) oder Naßätzen unter Verwendung einer Säure.

Wie in Fig. 5D gezeigt ist, wird das Resist-Muster 36 durch Ätzen mit einem organischen Lösungsmittel oder Gasphasenoxidation (down-flow-ashing) unter Verwendung einer Mischung von Sauerstoffgas und einem Gas auf Fluorbasis oder durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung von Sauerstoffgas entfernt. Als Ergebnis werden der TiSiN-Film 34 und der Cu- Film 35 zu Verdrahtungsschichten mit jeweils einer TiSiN- Filmschicht, die als Barrierenmetallschicht fungiert, ausgebildet.

Auch in Beispiel 2 bestehen die Barrierenmetallschichten aus einer ternären Verbindung aus Ti, Si und N. Daher erzielt Beispiel 2 dieselben Vorteile wie Beispiel 1.

Beispiel 3

Fig. 6A bis 6D sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung von Verdrahtungsschicht in einer Halbleitervorrichtung gemäß dem dritten Beispiel dieser Erfindung erläutern.

Wie in Fig. 6A gezeigt ist, wird ein SiO₂-Film 42, der als Isolierfilm verwendet wird, auf einem Halbleiter-Substrat 41 ausgebildet. Ein TiSiN-Film 44, d. h. eine Barrierenmetallschicht oder eine Bindungsschicht aus einer ternären Verbindung, wird auf dem SiO₂-Film 42 auf eine Dicke von 10 bis 25 nm durch Sputtern abgeschieden. Dann wird ein Cu-Film 45, der zur Hauptleitungsschicht ausgebildet wird, auf dem TiSiN-Film 44 in einer Dicke von 40 nm ausgebildet. Bis dahin ist das Verfahren des Herstellungsbeispiels 3 exakt dasselbe wie das Verfahren des Herstellungsbeispiels 2.

Dann wird ein TiSiN-Film 47, ein Film aus einer ternären Verbindung aus Ti, Si und N, durch Sputtern auf dem Cu-Film 45 in einer Dicke von 10 bis 25 nm ausgebildet. Ein Kohlenstoff-Film 48 wird auf dem TiSiN-Film 47 in einer Dicke von 10 nm ausgebildet. Außerdem wird auf dem Kohlenstoff-Film 48 eine Resist-Muster 46 mittels Photolithographie ausgebildet.

Dann wird, wie in Fig. 6B gezeigt wird, der Kohlenstoff-Film 48 durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung von Sauerstoffgas unter Verwendung des Resist-Musters 46 als Maske mit einem Muster versehen. Die dreischichtige Struktur unter dem Kohlenstoff-Film 48 wird einer selektiven Ätzung unterworfen, wobei das Resist-Muster 46 und der mit einem Muster versehene Kohlenstoff-Film 48 als Maske verwendet werden, und zwar durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung eines Gases auf Chlorbasis, Ionenabtragung oder Naßätzen unter Verwendung einer Säure. Als Ergebnis werden auf dem SiO₂-Film mit dem Bezugszeichen 42 Streifen gebildet, die jeweils aus einem Teil des TiSiN-Films 44, einem Teil des Cu- Films 45, einem Teil des TiSiN-Films 47, einem Teil des Kohlenstoff-Films 48 und einem Teil des Resist-Musters 46 bestehen.

Dann wird, wie in Fig. 6C gezeigt ist, das Resist-Muster 46 durch Gasphasenoxidation unter Verwendung einer Mischung aus Sauerstoffgas und einem Gas auf Fluorbasis entfernt. Danach wird ein Film 49 aus einer ternären Verbindung mit Ti, Si und N durch Sputtern auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur mit einer Dicke von 10 bis 30 nm ausgebildet.

Wie in Fig. 6D gezeigt ist, wird der TiSiN-Film 49 durch das RIE-Verfahren oder Ionenabtragung geätzt, was den TiSiN-Film 49 nur auf den Seiten jedes Streifens, der aus dem TiSiN-Film 44, dem Cu-Film 45 und dem TiSiN-Film 47 besteht, hinterläßt. Schließlich wird der Kohlenstoff-Film 48 durch Ätzen mit einer Lösungsmischung aus Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure oder durch Veraschung (oxidative Verbrennung) unter Verwendung von Sauerstoffplasma oder durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung von Sauerstoffgas entfernt. Als Ergebnis werden Verdrahtungsschichten ausgebildet, die jeweils eine Hauptleitungsschicht (Cu) 45 und Barrierenmetallschichten (TiSiN) 44, 47 und 49, die die Hauptleitungsschicht 45 vollständig bedecken und umgeben, aufweisen.

Es erübrigt sich festzustellen, daß Beispiel 3 dieselben Vorteile wie Beispiel 2 erzielt. Es hat darüber hinaus einen weiteren Vorteil: Durch die gründliche Bedeckung mit den Barrierenmetallschichten 44, 47 und 49 sind die Verdrahtungsschichten verläßlicher als die von Beispiel 2.

In den Beispielen 1, 2 und 3 werden die Verdrahtungsschichten aus Cu gebildet. Alternativ können die Verdrahtungsschichten auch aus anderen Metallen wie Al, Ag oder Au ausgebildet werden. Darüber hinaus können sie aus einer Legierung auf Cu- Ag-Basis hergestellt werden, was bevorzugt ist, da diese einen niedrigen Widerstand hat und bei niedrigen Temperaturen wieder verfließen kann, da ihr Schmelzpunkt niedrig ist (770°C). Außerdem können sie jeweils eine Cu-Schicht und eine Ag-Schicht, die eine über der anderen sein, oder können aus einer Cu-Ag-Legierung bestehen. In jedem Fall werden die Verdrahtungsschichten durch Sputtern ausgebildet, beispielsweise direkt auf dem TiSiN-Film 44. Die nachstehend angegebene Tabelle 2 zeigt die physikalischen Eigenschaften verschiedener Cu-Ag-Legierungen mit unterschiedlicher Zusammensetzung.

Tabelle 2

Die Härte eines Metalls ist eine wichtige physikalische Eigenschaft, wenn die Oberfläche der Metallschicht einer chemomechanischen Polierung unterworfen wird, um selektiv die Metallschicht in Rillen oder Kontaktlöchern zu hinterlassen. Die Experimente der Erfinder mit verschiedenen Legierungen auf Cu-Ag-Basis ergaben, daß eine Cu-Ag-P-Legierung, die aus 88% Cu, 5% Ag und 7% P besteht, einen Schmelzpunkt von 640°C und einen Fließpunkt von 720°C hat. Das bedeutet, daß wenn Ag und P zu Cu zugegeben werden, die so gebildete Legierung leicht so ausgebildet werden kann, daß sie in Rillen fließt.

Das feuerfeste Metall, eine Komponente der Barrierenmetallschicht, ist nicht auf Ti beschränkt. Statt dessen können Zr, Hf, Mo, W oder dgl. ausgewählt und erforderlichenfalls verwendet werden. Auch wenn eines dieser feuerfesten von Ti verschiedenen Metalle als Komponente der Barrierenmetallschicht verwendet wird, wird die Spannung in der Schicht (d. h. die aus der ternären Verbindung besteht) klein sein, vorausgesetzt daß die Schicht siliziumreich ist, wie in den Beispielen 1, 2 und 3.

In den Beispielen 1, 2 und 3 werden die Verdrahtungsschichten auf einem Isolierfilm ausgebildet. Nichtsdestotrotz kann die Erfindung bei beliebigen anderen Typen von Verdrahtungsschichten und elektrischen Kontakten angewendet werden. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausbildung von Verdrahtungsschichten beschränkt. Sie kann vielmehr ebenso bei der Bildung von Elektroden angewandt werden.

Beispiel 4

Eine Halbleitervorrichtung nach dem vierten Beispiel dieser Erfindung wird nun beschrieben. Beispiel 4 ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Hauptoberfläche einer Schicht durch CDE (chemisches Trockenätzen - Chemical Dry Etching), Polieren oder dgl. geglättet wird, bevor eine Barrierenmetallschicht darauf ausgebildet wird. Es ist erwünscht, daß die Oberfläche der Schicht auf eine mittlere Rauhigkeit von 1 nm oder weniger geglättet wird.

Ein nach einem CVD-Verfahren gebildeter BPSG-Film hat beispielsweise eine Oberflächenrauhigkeit mit einer mittleren Tiefe von 5 nm und einer größten Tiefe von 50 nm. Wenn die Oberfläche des BPSG-Films poliert wird, wird seine Rauhigkeit auf 0,6 nm im Durchschnitt und 13 nm maximal reduziert. Wenn TiN oder dgl. auf der geglätteten BPSG-Film-Oberfläche abgeschieden wird, wird eine Barrierenmetallschicht ausgebildet werden, die eine hinreichend gleichmäßige Dicke hat und keine exzessiv dünnen Teile aufweist. Die so gebildete Barrierenmetallschicht kann als wirksame Barriere dienen.

Wenn BPSG nach einem CVD-Verfahren als Film 52 auf einem Halbleiter-Substrat 51 abgeschieden wird, wird ein BPSG-Film 52, der als Isolierfilm verwendet wird, auf dem Substrat 51 ausgebildet, wie in Fig. 7A gezeigt ist. Der Film 52 ist etwas uneben. D.h. er hat eine rauhe Oberfläche. Wenn eine Barrierenmetallschicht 54 aus TiN durch Sputtern auf der rauhen Oberfläche des BPSG-Films 52 abgeschieden wird, wird er dünne Teile aufweisen, die an den Seiten der Zähne aufgrund des Schatteneffekts ausgebildet werden, wie in Fig. 7A gezeigt ist. Diese Teile sind zu dünn, um effektiv als Barrieren zu wirken. Die Metallschicht 54 kann insgesamt als Barriere nicht funktionieren.

In Beispiel 4 wird, wie in Fig. 7B gezeigt ist, die obere Oberfläche eines BPSG-Films 52 geglättet und eine Barrierenmetallschicht 54 durch Sputtern auf der geglätteten Oberfläche des BPSG-Films 52 ausgebildet. Die Schicht 54 hat daher eine gleichmäßige Dicke und kann als effektive Barriere dienen. Eine Barrierenmetallschicht, die nach diesem Verfahren gebildet wird, kann von gleichmäßiger Dicke sein, selbst wenn sie vergleichsweise dünn ausgebildet wird, so daß, wie in Zukunft verlangt werden wird, Verdrahtungsschichten zur Verfügung gestellt werden, die einen niedrigen Widerstand haben. Im Hinblick darauf wird das Verfahren zur Ausbildung einer Barrierenmetallschicht, das in Beispiel 4 angewandt wurde, als vorteilhaft angesehen.

Das Verfahren der Ausbildung von Verdrahtungsschichten auf der geglätteten Oberfläche des Isolierfilms wird in größerer Ausführlichkeit nun beschrieben. Zunächst wird TiN, das ein Atomverhältnis von Ti zu N im Bereich von 0,95 : 1,05 bis 1,05 : 0,95 hat, auf der geglätteten Oberfläche des isolierenden Films abgeschieden. Genauer gesagt, wird der TiN-Film durch Sputtern mittels eines Gleichstrommagnetron- Sputter-Apparats unter Verwendung eines TiN-Targets, dessen Ti zu N-Atomverhältnis in den oben erwähnten Bereich fällt, ausgebildet, wobei Argon mit einer Zuflußgeschwindigkeit von 40 sccm bei einem Druck von 0,3 Pa und einer elektrischen Leistung von etwa 1 kW zugeführt wird. Der so gebildete TiN- Film kann ein stabiles Ti zu N-Atomverhältnis haben.

Der TiN-Film kann durch chemisches Sputtern unter Verwendung eines Ti-Targets und eines N-haltigen Gases ausgebildet werden. In diesem Fall muß das Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeiten zwischen Argon und Stickstoff je nach dem Material des Substrats, auf dem der TiN-Film ausgebildet wird, eingestellt werden. Beispielsweise muß, um einen TiN-Film mit einem Ti zu N-Atomverhältnis von 1 : 1 durch chemisches Sputtern auf einem Si-Substrat auszubilden, das Verhältnis der Durchflußraten zwischen Argon und Stickstoff auf 1 : 1 festgelegt werden. Zur Ausbildung eines TiN-Films mit einem Ti zu N-Atomverhältnis von 1 : 1 durch chemisches Sputtern auf einem SiO₂-Substrat muß das Verhältnis der Durchflußraten zwischen Argon und Stickstoff auf 1,5 : 1 eingestellt werden. Somit kann nur, wenn das Verhältnis der Durchflußraten zwischen Argon und Stickstoff auf Grundlage des Substratmaterials eingestellt wird, ein TiN-Film gebildet werden, der ein Atomverhältnis von Ti zu N im Bereich von 0,95 : 1,05 bis 1,05 : 0,95 hat. Mit einem stabilen Ti zu N- Atomverhältnis hat der TiN-Film eine verbesserte Kristallinität und daher ausgezeichnete Barriereeigenschaften.

Danach wird der als Barrierenmetallschicht verwendete TiN- Film mit einem Sauerstoffplasma bearbeitet, so daß dessen Oberfläche erzwungenermaßen oxidiert wird. Genauer gesagt, wird die Oberfläche des TiN-Films in einem Sauerstoffplasma- Bearbeitungsgerät mit einer Sauerstoffzuflußrate von 500 sccm bei einer Hochfrequenzleistung von 800 W bei einem Druck von 1 Torr bei Raumtemperatur 10 min lang oxidiert. Alternativ kann die Oberfläche des TiN-Films mit Ozon oxidiert werden.

So oberflächenoxidiert hat der TiN-Film stark verbesserte Barrierenmetallschichten.

Der Grund, warum der TiN-Film verbesserte Barriereeigenschaften hat, wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8A, 8B und 9 erläutert. In den Fig. 8A und 8B werden ein Halbleiter-Substrat 61, ein SiO₂-Film 62, der als Isolierfilm dient, ein TiN-Film 64, der als Barrierenmetallschicht verwendet wird, ein Cu-Film 65, der als Hauptleitungsschicht verwendet wird, TiN-Korngrenzen 67 und ein Film 69 aus einem Oxid (TiO₂) der Metallkomponente (Ti) der Barrierenmetallschicht gezeigt.

Wenn der Cu-Film 65 auf dem TiN-Film 64 durch kontinuierliche Cu-Abscheidung ausgebildet worden wäre, würde sich an der Grenzfläche zwischen dem TiN-Film 64 und dem Cu-Film 65 kein TiO₂-Film bilden, wie in Fig. 8A erläutert ist. Dann würde Cu leicht in den TiN-Film 64 durch die TiN-Korngrenzen 67 eindiffundieren. In Beispiel 4 hat der TiN-Film 64 eine Oberfläche, die erzwungen bei niedrigen Temperaturen oxidiert wurde, wodurch ein TiO₂-Film 69 gebildet wird, wie in Fig. 8B gezeigt ist. Der TiO₂-Film 69 bedeckt die gesamte Oberfläche des TiN-Films 64 und füllt die TiN-Korngrenzen. Dies erhöht die Sperreigenschaften des TiN-Films 64. Wie oben angegeben wurde, kann der TiO₂-Film 69 bei niedrigen Temperaturen gebildet werden. Die erzwungene Oberflächenoxidation kann daher eingesetzt werden, um eine weitere Verdrahtungsschicht auf der Verdrahtungsschicht auszubilden, die den TiN-Film 64 und den Cu-Film 65 umfaßt.

Fig. 9 ist ein Graph, der darstellt, wie die diffundierte Cu-Menge und der Kontaktwiderstand zwischen einem Cu-Film (obere Schicht) und einem W-Film (untere Schicht) von der Dicke eines zwischen dem Cu-Film und einem TiN-Film ausgebildeten TiO₂-Films abhängt. Wie Fig. 9 nahelegt, kann die Diffusion von Cu kontrolliert werden, wenn TiO₂ überhaupt zwischen der Cu-Schicht und dem TiN-Film ausgebildet wird. Dies bedeutet, daß das TiO₂ Sperreigenschaften besitzt und mit dem TiN-Film zur Verhinderung einer Diffusion des Cu in den W-Film zusammenwirken kann.

Wie aus Fig. 9 offensichtlich hervorgeht, erhöht sich der Kontaktwiderstand stark, wenn die Dicke des TiO₂-Films etwa 2 nm übersteigt, was den Widerstand der aus dem Cu und dem W- Film gebildeten Verdrahtungsschicht erhöht. Dies kommt daher, weil TiO₂ einen hohen Widerstand aufweist. Je dicker der TiO₂-Film ist, desto größer ist der Kontaktwiderstand zwischen dem Cu-Film und dem W-Film. Die Verdrahtungsschicht aus dem W-Film, dem TiN-Film, dem TiO₂-Film und dem Cu-Film hat unvermeidlich einen hohen Widerstand. Als Konsequenz verschlechtert diese Verdrahtungsschicht die Charakteristiken der Halbleitervorrichtung, in die sie eingebaut wird. Daher hat der TiO₂-Film vorzugsweise eine Dicke von 2 nm oder weniger.

Beispiel 4 setzt drei Techniken in Kombination ein: die Oberflächenglättung des TiN-Films, die Begrenzung des Ti/N- Atomverhältnisses und die erzwungene Oberflächenoxidation des TiN-Films. Dennoch können nur eine dieser Techniken oder beliebige zwei davon eingesetzt werden, vorausgesetzt daß die resultierenden Verdrahtungsschichten der Halbleitervorrichtung gute Charakteristiken verleihen.

In Beispiel 4 wird ein Cu-Film als Hauptleitungsschicht verwendet. Alternativ kann die Hauptleitungsschicht aus einem anderen Metall wie Al, Ag, Au oder dgl. oder aus einer Legierung auf Cu-Ag-Basis ausgebildet werden. Darüber hinaus ist das feuerfeste Metall, d. h. die Komponente der Barrierenmetallschicht, nicht auf Ti beschränkt; statt dessen können Zr, Hf, Mo, W oder dgl. ausgewählt und erforderlichenfalls verwendet werden. Darüber hinaus kann die Verdrahtungsschicht auf einer weiteren Verdrahtungsschicht oder einer Halbleitervorrichtung ausgebildet werden, so daß ein Kontakt damit gebildet wird, und nicht auf einem Isolierfilm wie in Beispiel 4. Ferner kann Beispiel 4 nicht nur bei der Bildung einer Verdrahtungsschicht Anwendung finden, sondern auch bei der Bildung einer Elektrode.

Beispiel 5

Das fünfte Beispiel (Beispiel 5) der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Beispiel 5 betrifft die Bildung von vergrabenen Verdrahtungsschichten und ist dem Grundsatz nach dasselbe wie Beispiel 1.

Zunächst wird, wie in Fig. 3A gezeigt wird, ein SiO₂-Film 12 auf einem Halbleiter-Substrat 11 mittels eines CVD-Verfahrens oder dgl. ausgebildet. Der SiO₂-Film 12, der als isolierender Film verwendet wird, kann durch entweder einen Polyimid-Film oder einen fluordotierten SiO₂-Film ersetzt werden. Danach wird eine Rille 13 durch reaktives Ionenätzen oder dgl. in der Oberfläche des SiO₂-Films 12 erzeugt. Danach wird, wie in Fig. 3B gezeigt ist, ein TiSiN-Film 14, d. h. ein Film aus einer ternären Verbindung, auf dem SiO₂-Film 12 zu einer Dicke von 25 nm ausgebildet. Dieser Film 14 dient als Diffunsionssperrschicht oder Bindungsschicht. Ti wird als Komponente des Films 14 aus dem folgenden Grund verwendet:

Amorphes Ta₃₆Si₁₄N₅₀ ist als Material für Barrierenmetallschichten bekannt (E. Kolawa et al., Sputtered Ta-Si-N Diffusion Barriers in Cu Metallizations for Si, EDL. Band 12, Nr. 6, Juni 1991, Seiten 321-323). Mit Ta als einer Komponente ist diese Legierung bei hohen Temperaturen relativ stabil. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, ist die freie Standardbildungsenergie eines Nitrids bei einer beliebigen Temperatur bei Verwendung von Ti, Zr oder dgl. im Absolutwert größer als die freie Standardbildungsenergie eines Nitrids bei einer beliebigen Temperatur unter Verwendung von Ta. Es folgt, daß die Bindung zwischen Ti, Zr oder dgl. und N stabiler ist als die Bindung zwischen Ta und N. Die nachstehend angegebene Tabelle 3 zeigt die Standardbildungsenthalpien (-ΔHf) (kcal/Metall, Atom) verschiedener Silizide. Wie sich aus Tabelle 3 versteht, ist, je größer die Enthalpie ist, um so stabiler die Bindung zwischen dem Metall und Silizium. Offensichtlich ist die Standardbildungsenthalpie eines Silizids von Ti, Zr, Hf oder dgl. im Absolutwert größer als die Standardbildungsenthalpie eines Silizids von Ta. Somit sollte man besser Ti, Zr, Hf oder dgl. und nicht Ta mit Stickstoff oder einem Halbleiter zur Ausbildung einer stabilen und effektiven Barrierenmetallschicht kombinieren.

Tabelle 3

Die in den Halbleitervorrichtungen verwendeten Barrierenmetallschichten müssen so dünn wie möglich ausgebildet werden, damit die Verdrahtungsschichten, die jeweils eine Barrierenmetallschicht aufweisen, einen hinreichend niedrigen Widerstand haben. Daher wird gefordert, daß Barrierenmetallschichten zur Verfügung gestellt werden, die unter strengen Bedingungen funktionieren können.

Ta-Si-N und Ti-Si-N wurden bezüglich ihrer Sperreigenschaften gegen Al verglichen. Im Fall einer Sperrschicht aus Ta-Si-N mit einer Dicke von 30 nm reagierte Ta mit Al am Schmelzpunkt des Al (ungefähr 660°C) unter Bildung einer Verbindung von Ta und Al. Die Ta-Si-N-Barriereschicht war als Barriere gegen Al nicht wirksam. Andererseits reagierte das Ti der Ti-Si-N- Sperrschicht mit derselben Dicke (d. h. 30 nm) mit Al überhaupt nicht. Die Ti-Si-N-Barriereschicht blieb stabil und erwies sich besser als die Ta-Si-N-Barriereschicht. In anderen Worten ist Ti als Sperrmetall stabiler als Ta. Daher wird der TiSiN-Film als Barrierenmetallschicht in Beispiel 5 verwendet.

Genauer gesagt wird der TiSiN-Film 14 durch Sputtern mittels eines Gleichstrommagnetron-Sputterapparats unter Verwendung eines Ti-Silizidtargets und unter Zufuhr von Argon mit einer Zuflußrate von 0 bis 39 sccm und Stickstoff mit einer Durchflußrate von 40 bis 1 sccm bei einem Druck von 0,3 Pa und einer elektrischen Leistung von etwa 1 kW ausgebildet. Der so gebildete Film 14 ist amorph, wie durch Überprüfung eines tatsächlich gebildeten TiSiN-Films mittels XRD-Analyse bewiesen wurde. Außerdem blieb der Film 14 selbst dann amorph, wenn er auf 750°C erhitzt wurde. Sein Atomverhältnis war selbst nach dem Brennen stabil. Ternäre Verbindungen aus Ti, Si und N mit verschiedenen Atomverhältnissen wurden bei 600°C 30 min gebrannt und bezüglich Veränderungen in ihren Atomverhältnissen untersucht. Die Ergebnisse waren wie in der folgenden Tabelle 4 gezeigt.

Vor dem Brennen
Nach dem Brennen
TiSi_2,2N_3,4
TiSi_2,1N_2,9
TiSi_2,2N_3,2	TiSi_2,4N_2,8 @	TiSi_2,1N_2,9	TiSi_2,4N_3,1

Das Verfahren zur Ausbildung der TiSiN-Barriereschicht ist nicht auf das oben beschriebene beschränkt. Beispielsweise kann das Sputtern unter Verwendung von Ti-Targets und Si- Targets, die in einem mosaikartigen Muster angeordnet sind, ausgeführt werden. Alternativ kann das Sputtern unter Verwendung eines Kollimators ausgeführt werden. Darüber hinaus kann die TiSiN-Barriere durch ein CVD-Verfahren unter Verwendung von TiCl₃-Gas, NH₃-Gas und SiH₄-Gas gebildet werden. Darüber hinaus kann sie durch ein CVD-Verfahren unter Verwendung einer Mischgasatmosphäre aus einer organischen Gasquelle wie TMAT (Tetrakis-dimethyl-aminotitan) und SiH₄- Gas, SiCl₄-Gas oder SiH_xCl_y-Gas bei der Temperatur von 350°C und einem Druck von 0,5 Torr gebildet werden. Das CVD- Verfahren kann unter Verwendung von Plasma oder angeregten Spezies ausgeführt werden. Ein beliebiges Verfahren kann eingesetzt werden, vorausgesetzt daß der resultierende Film aus einer ternären Verbindung von Ti, Si und N besteht. Im allgemeinen ist ein CVD-Verfahren zur Ausbildung eines TiSiN- Films, der Rillen und Löcher mit einem hohen Seitenverhältnis ausfüllt, vorteilhaft, da dieses Verfahren eine konforme Abscheidung erzielen kann.

Der Widerstand von TiSiN hängt von der TiSiN-Zusammensetzung ab. Genauer gesagt ist, je kleiner das Atomverhältnis von N ist, desto geringer der Widerstand. Auch gibt es den Trend, daß der Widerstand umgekehrt proportional zum Partialdruck von N₂ während des Sputterns ist, wie aus Fig. 11A ersehen werden kann. Darüber hinaus ist, wie in den Fig. 11B und 11C gezeigt wird, je größer die Leistung ist, desto niedriger der Widerstand. Ein beliebiger TiSiN-Film ist amorph, wenn er durch Sputtern gebildet wird. Wenn der TiSiN-Film eine extrem niedrige N₂-Konzentration hat, wird er beim Brennen (bei etwa 600°C) kristallisieren und seine Barriereeigenschaften werden abnehmen.

Der TiSiN-Film mit einem relativ hohen Widerstand wird jedoch nicht den Widerstand der im TiSiN-Film inkorporierten Verdrahtungsschicht beeinflussen, vorausgesetzt daß er dünn ist. Somit braucht, so lange der TiSiN-Film dünn genug ist, um als Barriereschicht zu wirken, die TiSiN-Zusammensetzung nicht eingeschränkt zu sein. Nichtsdestotrotz ist, wenn der TiSiN-Film in eine Lsi-Verdrahtungsschicht integriert werden soll, es günstig, daß sein Widerstand so niedrig wie möglich ist, um den Kontaktwiderstand der LSI-Verdrahtungsschicht zu minimieren.

TiSiN-Filme mit verschiedenen Si/Ti-Atomverhältnissen X wurden gebildet, und die Druckspannungen bei ihnen wurden gemessen. Die Ergebnisse waren wie in Fig. 12 dargestellt. Der Graph von Fig. 12 ist sehr ähnlich zum Graphen von Fig. 4, ist aber dadurch verschieden, daß die Spannung (Stress) an mehreren Probenpunkten gemessen wurde. Wie aus Fig. 12 hervorgeht, ist es wünschenswert, daß das Atomverhältnis von Si zu Ti 0,7 oder mehr oder vorzugsweise 1 oder mehr beträgt, um die Druckspannung des TiSiN-Films (d. h. die Belastung des Halbleiterelements, das den TiSiN-Film beinhaltet) zu verringern. Wenn der TiSiN-Film auf eine Weise eingesetzt wird, daß die von der Druckspannung herrührende Belastung kein Problem verursacht, ist das Si/Ti Atomverhältnis X in keiner Weise beschränkt.

Um den TiSiN-Film haftfähiger zu machen, kann ein dünner Ti- Film auf dem TiSiN-Film gebildet werden. TiSiN hat eine wesentlich größere Haftfähigkeit als TiN und TiN/Ti. Wenn eine Struktur, die eine SiO₂- oder Si₃N₄-Schicht und einen TiN-Film und einen TiSiN-Film, die beide auf dieser Grundschicht abgeschieden werden, umfaßt, durch ein CMP- Verfahren (chemomechanisches Polieren) geätzt wird, wobei ein Druck von 400 g/cm² an die Struktur angelegt und Silica als Polierkörner verwendet wird, blättert der TiN-Film von der Grundschicht ab, der TiSiN-Film jedoch nicht. TiSiN ist stabiler und leichter zu verarbeiten als TiN.

Wie oben angegeben ist die ternäre Verbindung aus Ti, Si und N amorph. Die Spannung (Stress) bei einem TiSiN-Film ist relativ gering (z. B. 1,7 × 10⁹ dyn/cm²) und geringer als die Spannung bei einem kristallinen Film. Daher wird ein TiSiN- Film, der in eine Halbleiter-Vorrichtung eingebaut ist, weniger leicht negative Einflüsse auf die Halbleiter vorrichtung ausüben. Wie der Begriff "amorph" andeutet, hat der TiSiN-Film keine Kristallkorngrenzen (ähnlich wie eine Glasschicht). Dadurch, daß er keine Kristallgrenzen hat, kann der TiSiN-Film eine ideale Barriere für Verunreinigungen bilden, anders als die bisher verwendeten polykristallinen Filme (z. B. TiN-Filme und TiW-Filme) die Kristallgrenzen haben.

Von den amorphen Legierungen enthalten einige keinen Stickstoff. Diese sind NiNb, MgZn, CuZr und dgl. Diese amorphen Legierungen wurden durch instabile Verarbeitung wie beispielsweise Abschreckung gebildet. Unvermeidlicherweise sind sie thermisch instabil und können bei hohen Temperaturen leicht kristallisieren. Schlimmer noch können sie leicht mit dem Metall einer Verdrahtungsschicht unter Bildung einer intermetallischen Verbindung reagieren, die den Widerstand der Verdrahtungsschicht erhöhen würde. NiNb, MgZn, CuZr und dgl. sind als Material für Barriereschichten nicht geeignet. Das bestmögliche Material für Barriereschichten ist eine Verbindung aus einem feuerfesten Metall, einem Halbleiter und Stickstoff.

Nachdem der TiSiN-Film 14 auf dem SiO₂-Film 12, wie in Fig. 3B gezeigt ist, ausgebildet wurde, wird ein Cu-Film 15, der zur Hauptverdrahtungsschicht weiterverarbeitet wird, auf eine Dicke von 400 nm durch Sputtern oder dgl. auf dem TiSiN-Film 14 abgeschieden, wie in Fig. 3C erläutert ist. Da der TiSiN- Film 14 und der Cu-Film 15 nacheinander abgeschieden werden, ohne der Luftatmosphäre ausgesetzt zu werden, ist der TiSiN- Film 14 wesentlich haftfähiger zum Cu-Film 15 als ein Film aus TiN oder dgl. Da es an den Cu-Film 15 fest anhaftet, wird TiSiN nicht abgestoßen oder koaguliert im nachfolgenden Brennschritt trotz der Oberflächenspannung von Cu nicht. Daher kann TiSiN ohne weiteres Rillen oder Löcher, die in der Oberfläche des SiO₂-Films 12 erzeugt wurden, ausfüllen.

Dann wird, wie in Fig. 3D gezeigt ist, die Struktur von Fig. 3C bei 200 bis 700°C während oder nach dem Sputten gebrannt, wodurch Cu in die Rille 13 zurückfließt. Die Oberfläche des Cu-Films 15 wird dadurch eingeebnet. Dann wird die resultierende Struktur (Fig. 3D) an ihrer Oberfläche geätzt, wodurch der TiSiN-Film 14 und der Cu-Film 15 entfernt werden, mit Ausnahme von den Teilen, die in der Rille 13 liegen, wie in Fig. 3E erläutert ist. Eine vergrabene Verdrahtungsschicht aus Cu wird dadurch in der Oberfläche des SiO₂-Films 12 ausgebildet. Dieses Ätzverfahren kann reaktives Ionenätzen (RIE-Methode) oder Ionenabtragung sein oder kann durch CMP oder Polieren ersetzt werden. Die so erhaltene Cu- Verdrahtung hat eine hohe Verläßlichkeit.

Um zu bestimmen, ob der TiSiN-Film als Barriere gegen Cu wirksam ist oder nicht, wurde die Struktur von Fig. 3E tatsächlich gebildet, und einem Verbindungs-Leck-Test (junction-leak-Test) unterworfen. In dem Test wurde die Kontaktfläche zwischen dem TiSiN-Film und dem Cu-Film auf 300 × 80 µm² festgesetzt und die Struktur bei 600°C 30 min gebrannt. Selbst nach dem Brennen im Bildungsgas erhöhte sich der Leckstrom bei umgekehrter Vorspannung nicht. Somit wies der TiSiN-Film gute Barriereeigenschaften auf. Die Struktur wurde ferner durch Atom-Absorptionsanalyse bezüglich der Cu- Diffusion in das Silizium-Substrat untersucht. Selbst nach dem Brennen im Bildungsgas war die Cu-Konzentration im Silizium-Substrat gleich oder kleiner als die Nachweisgrenze (d. h. 2 × 10¹²/cm³). Das bedeutet, daß der TiSiN-Film gute Barriereeigenschaften hatte. Es ergab sich auch, daß ein TiSiN-Film effektiv als Barriere diente, selbst wenn seine Dicke 5 nm betrug.

Daher kann der TiSiN-Film 14 als ausgezeichnete Barrierenmetallschicht angesehen werden, da er ein Durchdiffundieren von Cu verhindert, fest an den SiO₂-Film 12 (die Unterschicht) anhaftet und einen niedrigen Kontaktwiderstand zu dem Cu-Film (der oberen Schicht) und dem SiO₂-Film 12 hat. Darüber hinaus hat der TiSiN-Film 14 ausreichende Barriereeigenschaften, selbst wenn er dünn ausgebildet wird. Da der TiSiN-Film 14 und der Cu-Film 15 nacheinander durch Sputtern ausgebildet werden, kann das Verfahren der Bildung der Verdrahtungsschicht vereinfacht werden.

Die Verdrahtungsschicht von Beispiel 5 ist vergraben. Statt dessen kann aber auch eine Verdrahtungsschicht auf dem SiO₂- Film 12 ausgebildet werden, die sich nicht in einer Rille 13, die in der Oberfläche des Films 12 erzeugt wird, befindet, indem die Barrierenmetallschicht aus einer ternären Verbindung eines Metalls (Ti, Zr oder Hf), einem Halbleiter (z. B. Silizium) und Stickstoff und der Cu-Film, der auf der Barrierenmetallschicht ausgebildet wird, mit einem Muster versehen werden. Außerdem kann das als Halbleiter verwendete Si ersetzt werden durch ein beliebiges anderes Element der Gruppe IV oder eine Halbleiter-Verbindung wie III-V, II-VI, II-IV-VI, II-IV-V, III-IV-VI, I-III-VI oder II-V-VII. Der als Hauptverdrahtungsschicht verwendete Cu-Film kann durch einen Film aus Al, Au, Ag oder W oder einen Film aus einer Legierung von zwei oder mehreren dieser Metalle ersetzt werden.

Beispiel 6

Fig. 13A bis 13D sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung einer Verdrahtungsschicht in einer Halbleiter- Vorrichtung des Beispiels 6 der vorliegenden Erfindung erläutern.

Zunächst wird, wie in Fig. 13A gezeigt ist, ein SiO₂- oder ONO (SiO₂/Si₃N₄/SiO₂)-Film 72, der als Gate-isolierender Film verwendet wird, auf einem Si-Substrat 71 in einer Dicke von 60 nm ausgebildet. Dann wird, wie in Fig. 13B gezeigt ist, ein amorpher Legierungsfilm 73 aus Ti, Si und N auf dem Film 72 ausgebildet. Im allgemeinen hat ein amorpher Film relativ glatte Oberflächen und erzeugt in der Regel keine Oberflächenzustände. Anders als ein polykristalliner Film hat ein amorpher Film aufgrund des Fehlens von Kristallachsen eine gleichmäßige Austrittsarbeit. Er hat daher eine stabile Durchbruchsspannung und verleiht der Halbleitervorrichtung, in die er eingebaut wird, stabile Charakteristiken.

Danach wird, wie in Fig. 13C gezeigt ist, ein W-Film 74 auf dem Legierungsfilm 73 in einer Dicke von 100 bis 150 nm ausgebildet. Da er amorph ist, wirkt der Legierungsfilm 73 aus Ti, Si und N als effektive Barriere gegen Wolfram (W) und verhindert die Diffusion von Wolfram aus dem W-Film 74 in den Gate-Isolierfilm 72. Danach werden, wie in Fig. 13D gezeigt ist, der Gate-Isolierfilm 72, der Legierungsfilm 73 und der W-Film 74 durch Photolithographie und reaktives Ionenätzen verarbeitet, wodurch eine Gate-Elektrodenstruktur ausgebildet wird.

MOSFETs vom n-Channel- und p-Channel-Typ jeweils mit einer Gate-Elektrodenstruktur dieses Typs wurden hergestellt und getestet. Man fand, daß ihre Schwellenspannung mit 0,6 eV sehr niedrig war, und sie wurden als geeignet zum Niederspannungsbetrieb angesehen. Wenn eine Polysiliziumschicht anstelle des amorphen Legierungsfilms 73 auf dem Gate-Isolierfilm 72 ausgebildet würde, sollte diese Schicht zu einer n⁺-Typ oder p⁺-Typ Polysiliziumschicht verarbeitet werden, um eine solch niedrige Schwellenspannung dem n-Kanal oder p-Kanal MOSFET zu verleihen. Im Hinblick darauf hilft die Gate-Elektrode von Beispiel 6, die Zahl der Herstellungsschritte für das MOSFET stark zu verringern.

In Beispiel 6 wird die Legierung aus Ti, Si und N, die amorph ist, als amorphes Metall verwendet. Statt dessen kann auch ein beliebiges anderes amorphes Metall verwendet werden. Außerdem kann Wolfram (W), das als Material für die Gate- Elektrode verwendet wird, durch Al, Ag, Au oder Cu oder eine Legierung aus beliebigen dieser Metalle ersetzt werden.

Beispiel 7

Fig. 14A bis 14D sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung von Verdrahtungsschichten in einer Halbleitervorrichtung nach dem Beispiel 7 der Erfindung erläutern.

Zunächst wird, wie in Fig. 14A gezeigt ist, ein SiO₂-Film 82 auf dem Halbleiter-Substrat 81 ausgebildet. Dann wird ein TiSiN-Film 83, d. h. ein Diffusionsbarrierefilm oder eine Bindungsschicht aus einer ternären Verbindung auf dem SiO₂- Film 82 durch Sputtern auf eine Dicke von 10 nm gebildet. Ein Al-Cu- oder Al-Si-Cu-Legierungsfilm 84, der als Hauptverdrahtungsschicht verwendet wird, wird auf den TiSiN- Film 83 auf eine Dicke von 400 nm ausgebildet. Außerdem wird ein Film 85 aus einer ternären Verbindung von Ti, Si und N auf dem Legierungsfilm 84 durch Sputtern in einer Dicke von 10 nm gebildet. Der Film 85 hat einen niedrigere Reflexion als Al und Cu, die hinreichend gering bei allen Wellenlängen des Lichts, das zur Belichtung in der Photolithographie eingesetzt wird, ist. Daher ist der Film bei der Kontrolle der Reflexion des Belichtungslichts, das in der Photolithographie appliziert wird, wirksam.

Als nächstes wird ein Photoresistfilm auf dem Film 85 ausgebildet. Wie in Fig. 14B gezeigt ist, wird der Photoresistfilm zu einem Resistmuster 86 mittels Photolithographie ausgebildet. Anders als TiN ist die ternäre Verbindung aus Ti, Si und N beständig gegen SH (Mischung aus Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure). Daher kann das Resistmuster 86 leicht von der oberen Barrierenmetallschicht 85 abgelöst werden, falls erforderlich, wie z. B. im Fall, daß die Photolithographie wiederholt werden muß.

Dann werden, wie in Fig. 14C gezeigt ist, die Hauptverdrahtungsschicht 84 und Barrierenmetallschichten 83 und 85 durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung eines Gases auf Chlorbasis, durch Ionenabtragung oder durch Naßätzen unter Verwendung einer Säure oder durch ein ähnliches Verfahren verarbeitet. Da die ternäre Verbindung mit verdünnter Flußsäure geätzt werden kann, ist verdünnte Flußsäure ein effektives Naßätzmittel für die Barrierenmetallschichten 83 und 85.

Als nächstes wird, wie in Fig. 14D gezeigt ist, das Resistmuster 86 durch Naßätzen unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels oder Gasphasenätzen unter Verwendung einer Mischung von Sauerstoffgas und einem Gas auf Fluorbasis, durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung von Sauerstoffgas oder durch Plasmaoxidation entfernt, wobei das Muster 86 dem Sauerstoffplasma ausgesetzt wird. Als Ergebnis werden Verdrahtungsschichten ausgebildet, die jeweils zwei Filme 83 und 85 haben, die aus einer ternären Verbindung von Ti, Si und N bestehen und als Barrierenmetallschichten fungieren.

Beispiel 8

Fig. 15A bis 15C sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung von Verdrahtungsschichten in einer Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel 8 dieser Erfindung erläutern. Wie in Fig. 15A gezeigt ist, wird ein Halbleiter- Substrat 91, das Verunreinigungen eines ersten Leitfähigkeitstyps enthält, hergestellt. Eine Element isolierender Film 92 und eine Diffusionsschicht 93 vom zweiten Leitfähigkeitstyp werden in der oberen Oberfläche des Substrats 91 gebildet. Ein leitender Film 94 mit einer Oberschicht aus W oder W-Silizid wird erzeugt. Ein Zwischenschicht-Isolierfilm 95 wird auf der resultierenden Struktur ausgebildet, so daß er das Substrat 91 und den leitfähigen Film 94 bedeckt. Kontaktlöcher 96 und 97 werden in dem Isolierfilm 95 gebildet, die die Diffusionsschicht 93 und den leitenden Film 94 exponieren.

Danach wird ein Legierungsfilm gemäß dieser Erfindung auf der Struktur von Fig. 15A ausgebildet. Speziell wird, wie in Fig. 15B gezeigt ist, ein Ti-Si-N- oder Zr-Si-N- oder Hf-Si- N-Legierungsfilm 98 auf der Struktur in einer Dicke von 5 bis 100 nm ausgebildet. Die Dicke des Films 98 wird gemäß dem Seitenverhältnis (d. h. im Verhältnis von Durchmesser zu Tiefe) der Kontaktlöcher 96 und 97 verändert. Je größer das Seitenverhältnis ist, desto dicker sollte der Film 98 sein. Danach wird die Struktur in eine Sputterkammer unter Vakuum verbracht und ein Al-Film 99 auf dem Legierungsfilm 89 in einer Dicke von 0,4 bis 0,8 um durch Sputtern in der Sputterkammer ausgebildet.

Dann wird der Al-Film 99 auf 500 bis 600°C während 30 s bis 5 min erhitzt. Das Erhitzen wird im Vakuum ausgeführt, so daß die Oberfläche des Al-Films 99 nicht oxidiert werden kann. Die Oberfläche des Al-Films 99 wird dadurch eingeebnet. Der Al-Film 99 wird dann in das gewünschte Verdrahtungsmuster gebracht. So werden Kontakte und Drähte gleichzeitig gebildet.

Im allgemeinen wird ein Al-Film erhitzt, indem eine Barrierenmetallschicht verwendet wird, die eine Multischichtstruktur aus TiN/Ti oder Ti/TiN/Ti hat, und dies aus zwei Gründen: Erstens ist es, da der Kontaktwiderstand zwischen einer TiN-Schicht und einer Si-Schicht hoch ist, notwendig, ein Silizid an der Grenzfläche zwischen den TiN- und Si-Schichten durch Einlagerung eines Ti-Films zwischen diesen Schichten zu bilden. Zweitens muß eine Ti-Schicht zwischen den TiN- und Si-Schichten vorgesehen werden, da die Benetzbarkeit des Aluminiums abnimmt, weil die Oberfläche der TiN-Schicht oxidiert ist, um die Bildung von Korngrenzen zu verhindern. Die Verdrahtungsstruktur nach dem Beispiel 8 muß nur eine Barrierenmetallschicht haben. Daher dient sie zu einer starken Verringerung der Anzahl der Schritte zur Herstellung der Halbleitervorrichtung und daher zur Verringerung der Herstellungskosten derselben.

Die Verdrahtungsschicht jedes der oben beschriebenen Beispiele, die eine Barrierenmetallschicht aufweist, kann auch durch ein beliebiges anderes Verfahren als die oben beschriebenen Methoden gebildet werden. Außerdem kann die Barrierenmetallschicht aus einer Verbindung eines feuerfesten Metalls (Zr, Hf, W, Mo oder dgl.), einem Halbleiter und Stickstoff (N) anstelle einer ternären Verbindung von Ti, Si und N hergestellt werden. Darüber hinaus kann das als Halbleiter verwendete Si durch ein beliebiges anderes Element der Gruppe IV oder eine Halbleiter-Verbindung wie III-V, II- VI, II-IV-VI, II-IV-V, III-IV-VI, I-III-VI oder II-V-VII ersetzt werden. Die Verdrahtungsschicht kann durch einen Film aus Cu, Al, Ag, Au, W oder durch einen Film einer Legierung von zwei oder mehreren dieser Metalle ersetzt werden.

In den Beispielen 1 bis 8 wird die Barrierenmetallschicht in eine Verdrahtungsschicht oder eine Elektrode inkorporiert. Nichtsdestoweniger kann die Barrierenmetallschicht auch bei Kontakten, die jeweils eine Verdrahtungsschicht und eine weitere Verdrahtungsschicht oder eine Halbleitervorrichtung verbinden, eingesetzt werden.

Beispiel 9

Fig. 16 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Halbleitervorrichtung nach dem Beispiel 9 dieser Erfindung zeigt. Fig. 17A bis 17J sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung dieser Halbleitervorrichtung erläutern.

Zunächst wird, wie in Fig. 17A gezeigt wird, Bor (B) in ein Silizium-Substrat 201 implantiert und anschließend durch Erhitzen diffundiert, wodurch eine p-Region 202 mit einer Tiefe von etwa 1 µm ausgebildet wird. Dann wird, wie in Fig. 17B gezeigt wird, ein etwa 600 nm dicker Oxidfilm 203 auf vorbestimmten Teilen des Silizium-Substrats 201 ausgebildet und damit eine Element-isolierende Region gebildet. Danach wird, wie in Fig. 17C gezeigt ist, ein etwa 10 nm dicker Oxidfilm 204 auf der resultierenden Struktur ausgebildet und die Ionen 205 in das Siliziumsubstrat 201 und die p-Region 202 implantiert.

Danach wird der Oxidfilm 204 von der in Fig. 17C abgebildeten Struktur entfernt. Dann wird, wie in Fig. 17D gezeigt ist, ein etwa 10 nm dicker Gate-Oxidfilm 206 auf der Struktur gebildet und ein etwa 200 nm dicker Polysilizium- Film 207 auf dem Gate-Oxidfilm 206 ausgebildet. Die resultierende Struktur wird in einer POCl₃-Atmosphäre bei 850°C während etwa 60 min erhitzt und dadurch Phosphor (P) in den Polysilizium-Film 207 eingeführt. Anstelle von Phosphor kann eine andere n-Typ-Verunreinigung oder p-Typ- Verunreinigung in den Polysilizium-Film 207 eingebracht werden. Die einzubringende Verunreinigung hängt von der Schwellenspannung ab, die für den herzustellenden Transistor gewünscht wird. Die Verunreinigung kann entweder aus einer Gasphasenquelle oder einer Festphasenquelle eingeführt werden. Alternativ können Ionen der Verunreinigung in den Polysilizium-Film 207 implantiert werden. Gleichgültig welches Verfahren eingesetzt wird, sollte die Verunreinigung in einer solchen Menge eingebracht werden, daß der Film 207 eine Verunreinigungs-Konzentration von etwa 2 × 10²⁰ cm^-3 oder mehr hat.

Dann wird der auf natürliche Weise während des Erhitzens der Struktur gebildete Oxidfilm vom Polysilizium-Film 207 entfernt. Die Struktur wird einer chemischen Sputterung unter Verwendung eines WSi_x-Targets in einer Atmosphäre, die Ar und N₂ enthält, unterworfen. Ein WSi_xN_y-Film 208 mit einer Dicke von etwa 5 nm wird dabei durch chemisches Sputtern gebildet, wie in Fig. 17E dargestellt ist. Der WSi_xN_y-Film 208 kann mittels eines CVD-Verfahrens unter Verwendung eines Gassystems wie WSi₆+SiH₄+NH₃ gebildet werden. Dann wird ein WSi_x-Film 209 mit einer Dicke von 200 bis 300 nm durch Sputtern unter Verwendung eines WSi_x-Targets in einer Ar- Atmosphäre gebildet.

Danach wird, wie in Fig. 17F gezeigt ist, ein Resistmuster 210 durch Photolithographie bei der Herstellung zur Ausbildung einer Gate-Elektrode oder einer Verdrahtungsschicht gebildet. Unter Verwendung des Resist- Musters 210 als Maske werden der Polysilizium-Film 207, der WSi_xH_y-Film 208 und der WSi_x-Film 209 durch reaktives Ionenätzen mit einem Muster versehen, wie in Fig. 17G dargestellt ist.

Ferner wird, wie in Fig. 17G gezeigt wird, das Resistmuster 210 durch Gasphasenätzen (asher) entfernt und dadurch eine Gate-Elektrode oder Verdrahtungsschicht gebildet. Die resultierende Struktur wird in einer Sauerstoffatmosphäre bei 800°C 30 min oxidiert. Als Ergebnis wird ein Oxidfilm 211 auf dem Substrat 201 und auf und an den Seiten der Gate-Elektrode oder der Verdrahtungsschicht gebildet. Der so gebildete Oxidfilm 211 dient zur Verhinderung der Bildung von Defekten im Substrat 201 im anschließenden Erhitzungsschritt, obwohl die Verunreinigungs-Ionen direkt in das Silizium-Substrat 201 implantiert wurden.

Die in diesem Fall gebildete Vorrichtung ist eine nMOS- Vorrichtung. Zur Herstellung einer CMOS-Vorrichtung wird eine Resist-Maske gebildet und Ionen in das Substrat 201 durch die Resist-Maske implantiert. Wenn das der Fall ist, verhindert der Oxidfilm 211 die Kontamination des Substrats 201 mit dem Resist. Im anschließenden Erhitzungsschritt reagiert ein Teil des WSi_xN_y-Films 208 mit dem Oxidfilm, der natürlich auf dem Polysilizium-Film 207 gebildet wird. Ein WSi_xN_yO_z-Film 213 wird dadurch gebildet. Dieser Film 213 besitzt Barriereeigenschaften.

Danach wird Arsen (As) in das Substrat 201 und die p-Region 202 bei 60 keV auf eine Konzentration von 5 × 10¹⁵cm^-3 Ionen implantiert. Die resultierende Struktur wird einer Oxidation in einer Sauerstoff (O₂) Atmosphäre bei 900°C während etwa 60 min unterworfen und so ein Oxidfilm 214 gebildet, wie in Fig. 17I dargestellt wird. Dank dieser Oxidation werden die Endteile des Oxidfilms an der Gate-Elektrode dicker als der Mittelteil, wodurch sich die Gate-Durchschlagsspannung verbessert, wie im Teil "Beschreibung des Standes der Technik" beschrieben wurde. Das Ausmaß, bis zu dem die Oxidation ausgeführt werden sollte, hängt von der Gate- Durchschlagsspannung ab, die man von dem herzustellenden Transistor erwünscht.

Es ist auch notwendig, diese Oxidation so auszuführen, daß das Atomverhältnis x von Silizium im WSi_x-Film 209 nicht unter 1,8 fällt. Selbst x etwas kleiner ist als 2 (d. h. die stöchiometrische Si-Menge), wird der Film 209 kein Silizium aus dem Polysilizium-Film 207 absorbieren, und das Atomverhältnis von Wolfram (W), das größer ist als der Normalwert, erhöht die Spannung, jedoch nur auf 1 bis 3 × 10⁹ dyn/cm². Wenn der WSi_x-Film 209 wolframreicher ist als WSi_1,8, wird WO₃ gebildet, was zwangsläufig das Volumen des WSi_x-Films 209 erhöht und möglicherweise die Abblätterung der Gate-Elektrode verursacht. So muß die Oxidation im Hinblick auf die Dicke und Breite des WSi_x-Films 209 (d. h. die Gate- Elektrode) so ausgeführt werden, daß das Atomverhältnis x von WSi_x unter 1,8 fällt.

Danach wird, wie in Fig. 17J gezeigt ist, eine Zwischen- Isolierschicht 215 auf der Struktur abgeschieden und ein Kontaktloch 216 in einem gewünschten Teil der Isolierschicht 215 hergestellt. Außerdem wird Aluminium (Al) in der Isolierschicht 215 und im Kontaktloch 216 abgeschieden. Der resultierende Al-Film wird mit einem Muster versehen und so eine Verdrahtung 217 gebildet.

Fig. 18 ist ein Graph, der die Ig-Vg-Charakteristik einer Gate-Elektrode, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet wurde, darstellt. Wie aus Fig. 18 hervorgeht, wird die Gate-Durchschlagsspannung nicht wie in einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung verschlechtert.

Oben erläutert wurde ein Verfahren zur Herstellung einer nMOS-Vorrichtung. Nichtsdestoweniger kann auch eine pMOS- Vorrichtung hergestellt werden, indem lediglich die n-Typ- Verunreinigung, die Ionen-implantiert wird, durch die p-Typ- Verunreinigung, die ebenfalls Ionen-implantiert wird, ausgetauscht wird. Außerdem kann eine CMOS-Vorrichtung hergestellt werden, indem lediglich eine Resist-Maske auf einem gewünschten Teil der Struktur ausgebildet wird, und dann Verunreinigungs-Ionen in die Struktur unter Verwendung der Resistmaske implantiert werden.

Beispiel 10

Fig. 19A bis 19J sind Schnitte, die Schritte der Bildung der Halbleitervorrichtung gemäß dem Beispiel 10 dieser Erfindung erläutern.

Zunächst werden, wie in den Fig. 19A, 19B und 19C gezeigt ist, auf exakt dieselbe Weise wie in Beispiel 9 eine p-Region und ein Element-isolierender Oxidfilm 303 auf der Oberfläche eines Silizium-Substrats 301 gebildet; dann wird ein Oxidfilm 364 auf der resultierenden Struktur ausgebildet und Ionen 305 in die Struktur implantiert, so daß ein Wert für die Schwellenspannung des herzustellenden Transistors festgelegt wird. Außerdem wird wie in Beispiel 9 der Oxidfilm 304 entfernt und ein Gate-Oxidfilm 206 auf der Struktur ausgebildet. Danach wird, wie in Fig. 19D gezeigt ist, ein Polysilizium-Film 307 auf dem Gate-Oxidfilm 206 gebildet. Die Struktur von Fig. 19D wird in einer POCl₃-Atmosphäre erhitzt und so Phosphor (P) in den Polysiliziumfilm 307 eingeführt.

Danach wird die Struktur mit verdünnter Flußsäure oder dgl. behandelt, wodurch der während der Erwärmung der Struktur natürlich gebildete Oxidfilm vom Polysilizium-Film 307 entfernt wird. Dann wird unter Verwendung eines W-Targets in einer Atmosphäre mit Ar und N₂ chemisch gesputtert. Ein WN_x Film 308 mit einer Dicke von etwa 5 nm wird dadurch auf dem Polysilizium-Film 307 gebildet, wie in Fig. 19E dargestellt ist. Dann wird die Struktur einer Sputterung in einer Ar- Atmosphäre unter Verwendung eines WSi_x-Targets unterworfen und dadurch ein WSi_x-Film 309 mit einer Dicke von etwa 200 nm gebildet.

Dann wird, wie in Fig. 19F gezeigt ist, das Resist-Muster 310 mit derselben Form wie die zu bildende Gate-Elektrode auf dem WSi_x-Film 309 mittels Photolithographie ausgebildet. Unter Verwendung des Resist-Musters 310 als Maske werden der WSi_x-Film 309, der WN_x-Film 308 und der Polysilizium-Film 307 durch reaktives Ionenätzen mit einem Muster versehen.

Dann wird, wie in Fig. 19G gezeigt ist, das Resist-Muster 310 mittels Oxidation entfernt und dadurch eine Gate- Elektrode oder Verdrahtungsschicht gebildet. Die resultierende Struktur wird einer Oxidation in einer Sauerstoff (O₂) Atmosphäre bei 800°C während 30 min unterworfen. Als Ergebnis wird ein Oxidfilm 311 auf dem Substrat 301 und auf und an den Seiten der Gate-Elektrode oder der Verdrahtungsschicht gebildet. Während dieser thermischen Oxidation reagiert ein Teil des WN_x-Films 308 mit dem Polysilizium des Films 307 und auch mit dem auf dem Polysilizium-Film 307 gebildeten Oxidfilm. Ein WSi_xN_y- oder WSi_xN_yO_z-Film 312 wird dadurch gebildet.

Ferner wird Arsen (As) in das Substrat 301 und die p-Region 302 bei 60 keV auf eine Konzentration von 5 × 10¹⁵ cm^-3 Ionen implantiert, wodurch die Diffusionsschichten 312 gebildet werden. Die resultierende Struktur wird einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre (O₂) bei 900°C während etwa 60 min unterworfen und so ein Oxidfilm 314 gebildet, wie in Fig. 19I dargestellt ist. Dank dieser Oxidation werden die Endteile des Oxidfilms an der Gate-Elektrode dicker als der Mittelteil und so die Gate-Durchschlagsspannung verbessert, wie im Teil "Stand der Technik" beschrieben wurde. Das Ausmaß, in dem die Oxidation ausgeführt werden sollte, hängt von der vom herzustellenden Transistor gewünschten Gate- Durchschlagsspannung ab.

Danach wird, wie in Fig. 19J gezeigt ist, eine Zwischen- Isolierschicht 315 auf der Struktur abgeschieden und ein Kontaktloch 316 in einem gewünschten Teil der Isolierschicht 315 erzeugt. Außerdem wird Aluminium (Al) auf der Isolierschicht 315 und im Kontaktloch 316 abgeschieden. Der resultierende Al-Film wird unter Bildung einer Verdrahtung 317 mit einem Muster versehen.

Beispiel 11

Fig. 20A bis 20L sind Schnitte, die die Schritte der Bildung einer Ha 37547 00070 552 001000280000000200012000285913743600040 0002019505947 00004 37428lbleitervorrichtung gemäß Beispiel 11 dieser Erfindung erläutern.

Zunächst werden, wie in den Fig. 20A, 20B und 20C gezeigt ist, auf exakt dieselbe Weise wie in Beispiel 9, eine p- Region 402 und ein Element-isolierender Oxidfilm 403 in der Oberfläche eines Silizium-Substrats 401 gebildet. Dann wird ein Oxidfilm auf der resultierenden Struktur ausgebildet und Ionen 405 in die Struktur implantiert, so daß ein Wert für die Schwellenspannung des herzustellenden Transistors festgesetzt wird.

Dann wird, wie in Fig. 20D erläutert ist, der Oxidfilm 404 entfernt und ein Tunneloxidfilm 406 mit einer Dicke von etwa 10 nm auf dem Silizium-Substrat 401 gebildet. Die resultierende Struktur wird einer Nitrierung in einer NH₃- Atmosphäre bei 1000°C während etwa 30 s und ferner einer Reoxidation bei 1000°C während etwa 30 s unterworfen. Die Nitrierung und Reoxidation dienen zur Verringerung der Oberflächenzustände des Tunneloxidfilms 406 und der Elektroneneinfangfähigkeit (trapping) des Tunneloxidfilms 406. Dann wird ein Polysiliziumfilm 407 mit einer Dicke von 200 nm auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur gebildet. Die Struktur wird in einer POCl₃- Atmosphäre bei 850°C während etwa 60 min erhitzt und dadurch Phosphor (P) in den Polysiliziumfilm 407 eingeführt.

Danach wird, wie in Fig. 20E gezeigt ist, ein Oxidfilm 408, der etwa 10 nm dick ist, auf dem Polysiliziumfilm 407 durch thermische Oxidation gebildet und ein SiN-Film 409 mit einer Dicke von etwa 10 nm auf dem Oxidfilm 408 durch ein LPCVD- Verfahren ausgebildet. Die Oberfläche des SiN-Films 409 wird bei 900°C während etwa 30 min oxidiert und so ein Oxidfilm 410 gebildet. Dann wird, wie in Fig. 20F gezeigt ist, ein Polysilizium-Film 411 auf dem Oxidfilm 410 zu einer Dicke von 200 nm ausgebildet. Die resultierende Struktur wird in einer POCl₃-Atmosphäre bei 850°C während etwa 60 min erhitzt und so Phosphor in den Polysiliziumfilm 411 eingeführt.

Danach wird die Struktur von Fig. 20F mit beispielsweise verdünnter Flußsäure behandelt und so der natürlich während des Erhitzens der Struktur gebildete Oxidfilm vom Polysilizium-Film 411 entfernt. Unter Verwendung eines W- Targets in einer Atmosphäre mit Ar und N₂ wird ein chemisches Sputtern durchgeführt. Ein WN_x-Film 412 mit einer Dicke von etwa 5 nm wird dadurch auf dem Polysiliziumfilm 411 ausgebildet, wie in Fig. 20G erläutert ist. Dann wird die Struktur in einer Argonatmosphäre unter Verwendung eines WSi_x-Targets gesputtert, wodurch ein WSi_x-Film 413 mit einer Dicke von etwa 200 nm auf dem WN_x-Film 412 ausgebildet wird.

Dann wird, wie in Fig. 20H gezeigt ist, ein Resistmuster 414 mit derselben Form wie die zu bildende Gate-Elektrode auf dem WSi_x-Film 413 mittels Photolithographie erzeugt. Unter Verwendung des Resist-Musters 414 als Maske werden der WSi_x Film 413, der WN_x-Film 412 und zwei Polysilizium-Filme 407 und 411 mittels reaktiven Ionenätzens (RIE-Methode) mit einem Muster versehen. Danach wird das Resist-Muster 414 durch Veraschen entfernt und so ein Floating-Gate und ein Kontroll- Gate oder eine Verdrahtungsschicht 415 eines EEPROM gebildet.

Die resultierende Struktur wird der Oxidation in einem Sauerstoffatmosphäre (O₂) bei 800°C während 30 min unterworfen. Ein Oxidfilm 416 wird dadurch auf dem Substrat 401 und auf und an den Seiten der Gate-Elektroden oder Verdrahtungsschicht ausgebildet, wie in Fig. 20J erläutert ist. Während dieser thermischen Oxidation reagiert ein Teil des WN_x-Films 412 mit dem Polysilizium-Film 411 und auch mit dem natürlich auf dem Polysilizium-Film 411 gebildeten Oxidfilm. Ein WSi_xN_y- oder WSi_xN_yO_z-Film wird dadurch an der Grenzfläche zwischen dem Polysilizium-Film 411 und dem WSi_x- Film gebildet. Der größere Teil des Stickstoffs wird aus dem WN_x-Film 412 entfernt, wodurch der Film 412 sich in einen W- Film oder WSi-Film umwandelt. Dann wird Arsen (As) in das Substrat 401 und die p-Region 302 bei 60 keV auf eine Konzentration von 5 × 10¹⁵ cm^-3 Ionen implantiert und so die Diffusionsschicht 418 gebildet.

Danach wird, wie in Fig. 20K gezeigt ist, die resultierende Struktur einer Oxidation in einer Sauerstoff (O₂)-Atmosphäre bei 900°C während etwa 60 min unterworfen und so ein Oxidfilm 419 gebildet. Aufgrund dieser Oxidation werden die Endteile des Oxidfilms an der Gate-Elektrode dicker als der Mittelteil und so die Gate-Durchschlagsspannung verbessert, wie im Teil "Stand der Technik" beschrieben wurde. Das Ausmaß, in dem die Oxidation ausgeführt werden sollte, hängt von der Gate- Durchschlagsspannung, die von dem herzustellenden Transistor gewünscht wird, ab. Aus dem folgenden Grund muß jedoch die Oxidation so ausgeführt werden, daß das Atomverhältnis x von Silizium im WSi_x-Film 413 nicht unter 1,8 fällt. Wenn der WSi_x-Film 413 W-reicher ist als WSi_1,8, wird WO₃ gebildet, was unvermeidlich zu einer Erhöhung des Volumens des WSi_x Films 413 führt und möglicherweise das Abblättern der Gate- Elektrode verursacht. Daher muß die Oxidation so ausgeführt werden, daß das Atomverhältnis x von WSi_x nicht unter 1,8 fällt, im Hinblick auf die Dicke und Breite der Gate- Elektrode.

Danach wird, wie in Fig. 20 L gezeigt ist, eine Zwischenisolierschicht 420 auf der Struktur abgeschieden und ein Kontaktloch 421 in der Isolierschicht 420 erzeugt. Ferner wird Aluminium (Al) auf der Isolierschicht 420 und im Kontaktloch 421 abgeschieden. Der resultierende Al-Film wird mit einem Muster versehen und so eine Verdrahtung 422 gebildet. Als Ergebnis wird eine MOS-Halbleitervorrichtung hergestellt.

Beispiel 12

Fig. 21A bis 21L sind Schnitte, die die Schritte der Bildung einer Halbleitervorrichtung gemäß dem Beispiel 12 dieser Erfindung erläutern.

Zunächst werden, wie in den Fig. 21A, 21B und 21C gezeigt ist, auf exakt dieselbe Weise wie in Beispiel 9 eine p-Region 502 und ein Element-isolierender Oxidfilm 503 in der Oberfläche eines Silizium-Substrats 501 gebildet; ein Oxidfilm 504 wird dann auf der resultierenden Struktur ausgebildet und Ionen 505 in die Struktur implantiert, so daß ein Wert für die Schwellenspannung des herzustellenden Transistors festgelegt wird.

Dann wird, wie in Fig. 21D erläutert ist und wie in Beispiel 9 der Oxidfilm 504 entfernt und ein Gate-Oxidfilm 506 auf der gesamten Oberfläche der Struktur ausgebildet. Ein Polysilizium-Film 507 wird dann auf dem Gate-Oxidfilm 506 gebildet. Phosphor wird dann in den Polysilizium-Film 507 eingeführt. Dann wird, wie in den Fig. 21E gezeigt ist und wie in Beispiel 9, ein Oxidfilm, wie beispielsweise ein natürlich gebildeter Oxidfilm, entfernt und die resultierende Struktur chemisch gesputtert, wodurch ein WSi_xN_y-Film 508 auf den Polysiliziumfilm 507 gebildet wird. Dann wird gesputtert, wodurch ein WSi_x-Film 509 auf dem WSi_xN_y-Film 508 gebildet wird.

Danach wird, wie in Fig. 21F gezeigt ist, ein SiN-Film 510 durch ein CVD-Verfahren auf eine Dicke von 200 nm abgeschieden und anschließend durch Photolithographie zu einem Resistmuster 511 mit derselben Form als Gate-Elektrode oder Gate-Verdrahtung, die gebildet werden soll, auf dem WSi_x-Film 509 verarbeitet. Unter Verwendung des Resist- Musters 511 als Maske werden der SiN-Film 510, der WSi_x-Film 509, der WSi_xN_y-Film 508 und der Polysilizium-Film 507 durch reaktives Ionenätzen mit einem Muster versehen.

Dann wird, wie in Fig. 21G gezeigt ist, das Resist-Muster 511 durch Veraschen entfernt und so eine Gate-Elektrode oder Verdrahtung 512 gebildet. Der auf dem WSi_x-Film 509 abgeschiedene SiN-Film 510 dient zur Verhinderung, daß die Ionen in eine Quelle implantiert werden, und ein Drain eine Kanalregion erreicht, und zur Verhinderung der Oberflächenoxidation des WSi_x-Films 509.

Die resultierende Struktur wird einer Oxidation in einer Sauerstoff (O₂)-Atmosphäre bei 800°C während 30 min unterworfen. Ein Oxidfilm 513 wird dadurch auf den Seiten der Gate-Elektrode gebildet, wie in Fig. 21H dargestellt ist. Dank dieser Oxidation werden die Endteile des Oxidfilms an der Gate-Elektrode dicker als der Mittelteil und so die Gate- Durchschlagsspannung verbessert, wie im Teil "Stand der Technik" beschrieben wurde. Der Grad, bis zu dem die Oxidation ausgeführt werden sollte, hängt von der Gate- Durchschlagsspannung, die vom herzustellenden Transistor gewünscht wird, ab. Aus dem folgenden Grund muß jedoch die Oxidation so ausgeführt werden, daß das Atomverhältnis x von Silizium im WSi_x 509 nicht unter 1,8 fällt. Wenn der Film 509 W-reicher ist als WSi_1,8, wird WO₃ gebildet, was zwangsläufig zu einer Erhöhung des Volumens des Films 409 führt und möglicherweise das Abblättern der Gate-Elektrode verursacht. Daher muß die Oxidation so ausgeführt werden, daß das Atomverhältnis x von WSi_x nicht unter 1,8 fällt, im Hinblick auf die Dicke und Breite des WSi_x-Films 509.

Während dieser thermischen Oxidation reagiert ein bereits gebildeter WN_x-Film mit dem Polysilizium-Film 507 und auch mit dem natürlich auf dem Polysilizium-Film 506 gebildeten Oxidfilm. Ein WSi_xN_y- oder WSi_xN_yO_z-Film wird dadurch an der Grenzfläche zwischen dem Polysilizium-Film 507 und dem WSi_x- Film 509 gebildet. Der größere Teil des Stickstoffs wird vom WN_x-Film entfernt, wodurch der WN_x-Film sich in einen W-Film oder WSi-Film umwandelt.

Danach wird Arsen (As) in das Substrat 501 bei 60 keV auf eine Konzentration von 5 × 10¹⁴ cm^-3 implantiert und so eine n-Typ-Diffusionsschicht 514 gebildet. Dann wird, wie in Fig. 211 gezeigt ist, eine SiN-Schicht 515 in einer Dicke von 100 nm auf der resultierenden Struktur mittels eines CVD- Verfahrens abgeschieden.

Ferner wird, wie in Fig. 21J gezeigt ist, die SiN-Schicht 515 einer anisotropen Ätzung durch reaktives Ionenätzen unterworfen und so die SiN-Schicht 515 mit Ausnahme der Teile 516 (SiN-Wandteile), die auf den Seiten der Gate- Elektrodenstruktur liegen, entfernt. Die Oxidation wird mit der resultierenden Struktur bei 800°C etwa 30 min ausgeführt und so ein Oxidfilm auf dem Substrat 501 gebildet. Danach wird, wie in Fig. 21K gezeigt ist, Arsen (As) in das Substrat 501 Ionen-implantiert und bei einer hohen Temperatur von 950°C während einer kurzen Zeit von etwa 30s gebrannt, wodurch die Diffusionsschicht 518 gebildet wird. Die Diffusionsschicht 518 hat einen flachen Teil, der direkt unterhalb der SiN-Wände 516 und an der Seite der Kanalregion liegt. Der flache Teil dieser Diffusionsschicht 518 kontrolliert den Short-Channel-Effekt. Aufgrund des tiefen Teils der Diffusionsschicht 518 wird der Flächenwiderstand der Diffusionsschicht 518 niedrig und so die Steuerungseffizienz des Transistors erhöht.

Danach wird, wie in Fig. 21L gezeigt ist, eine Isolierzwischenschicht 519 auf der Struktur abgeschieden und ein Kontaktloch 520 in einem gewünschten Teil der Isolierschicht 519 erzeugt. Ferner wird Aluminium (Al) auf der Isolierschicht 519 und im Kontaktloch 520 abgeschieden. Der resultierende Al-Film wird zur Bildung einer Verdrahtung 521 mit einem Muster versehen. Als Ergebnis wird eine MOS- Halbleitervorrichtung hergestellt.

Beispiel 13

Die dreizehnte Ausführungsform dieser Erfindung wird unter Bezug auf die Fig. 22A und 22B beschrieben. Diese Figuren sind Schnitte, die die Struktur einer Halbleitervorrichtung von Beispiel 13 erläutern.

Wie in Fig. 22A gezeigt ist, werden ein Siliziumoxid-Film 602 mit einer Dicke von 10 nm, ein Polysilizium-Film 603 mit einer Dicke von 100 nm, und ein Wolframsilizid-Film 604 mit einer Dicke von 200 nm übereinander in der erwähnten Reihenfolge auf einem Silizium-Substrat 601 ausgebildet. Die resultierende vierschichtige Struktur wird auf 800 bis 900°C erhitzt und so ein WSi_nN_y-Film 605 an der Grenzfläche zwischen dem Polysilizium-Film 603 und dem Wolframsilizid- Film 604 ausgebildet, wie in Fig. 22B dargestellt ist. Der WSi_nN_y-Film 605 (d. h. eine reaktionshemmende Schicht) enthält Stickstoff, der in einer so hohen Konzentration wie 10²¹ cm^-3 oder mehr segregiert ist.

Die in Fig. 22B gezeigte Struktur kann zur Bereitstellung einer Gate-Elektrode des Typs verarbeitet werden, der in den Beispielen 9 bis 12 dargestellt wurde. Die Wolframsilizid (WSi_x)-Schicht 694 kann durch eine Metallsilizidschicht ersetzt werden, die mindestens eine Hauptkomponente aus Mo, V, Nb, Ta, Co oder Ti hat. Auch in diesem Fall kann die Struktur von Fig. 22B zur Bildung derselben Gate-Elektrode, wie sie in den Beispielen 9 bis 12 verwendet wurde, verarbeitet werden.

Beispiel 14

Fig. 23A bis 23E sind Schnitte, die die Schritte der Bildung einer Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel 14 dieser Erfindung erläutern. Die ähnlichen oder identischen Komponenten wie die in den Fig. 3A bis 3E werden mit denselben Zahlen in den Fig. 23A bis 23E bezeichnet und nicht im Detail beschrieben.

Zunächst wird, wie in Fig. 23A gezeigt wird, ein SiO₂-Film 12 auf einem Halbleiter-Substrat 11 mittels eines CVD- Verfahrens oder dergleichen ausgebildet. Dann wird eine Rille 13 durch reaktives Ionenätzen oder dgl. in der Oberfläche des SiO₂-Films 12 erzeugt. Der SiO₂-Film 12, der als Isolierfilm verwendet wird, kann durch entweder einen Polyimid-Film oder durch einen fluordotierten SiO₂-Film ersetzt werden. Es ist wünschenswert, die Oberflächen der Rille 13 mittels CDE oder Polieren zu glätten, vorzugsweise auf eine mittlere Rauhigkeit von 1 nm oder weniger.

Dann wird, wie in Fig. 23B dargestellt ist, ein TiSiN-Film 14′, d. h. eine Schicht aus einer teniären Verbindung aus Ti, Si und N, zu einer Dicke von 20 nm auf dem SiO₂-Film 12 und in der Rille 13 ausgebildet. Dieser Film 14′ dient als Diffusionsbarriereschicht oder Bindungsschicht. Ti wird als das feuerfeste Metall der Barrierenmetallschicht verwendet; dieses Metall ist jedoch nicht auf Ti beschränkt. Es können auch Zr, Hf, Mo, W oder dgl. ausgewählt und verwendet werden. Genauer gesagt wird der TiSiN-Film 14′ durch chemisches Sputtern mittels einer Gleichstrom-Magnetron- Sputtervorrichtung unter Verwendung eines Ti-Silizid-Targets (z. B. eines TiSi_0,6-Targets) gebildet, wobei Argon mit einer Zuflußgeschwindigkeit von 0 bis 39 sccm und Stickstoff in einer Zuflußgeschwindigkeit von 40 bis 1 sccm bei einem Druck von 0,3 Pa und einer elektrischen Leitung von etwa 1 kW zugeführt wird.

Ein TiSiN-Film wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren tatsächlich gebildet und durch TEM (Transmissionselektronenmikroskopie) untersucht. Wie aus einer TEM-Aufnahme gemäß Fig. 24A und einer vergrößerten TEM-Aufnahme gemäß Fig. 24B hervorgeht, fand man, daß der TiSiN-Film amorph war und TiN-Mikrokristallkörner mit einem Durchmesser von etwa 2 nm enthielt. Es wurde nicht beobachtet, daß sich Kristallkorngrenzen durch den TiSiN-Film erstreckten. Das bedeutet, daß der TiSiN-Film als effektive Barriere fungieren kann. Außerdem fand man, daß der TiSiN- Film, der Mikrokristallkörner enthält, einen niedrigen Widerstand hat. D.h. der TiSiN-Film wies ausgezeichnete Barriere-Eigenschaften und einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand auf.

Wie erwähnt, kann Ti durch ein beliebiges anderes feuerfestes Metall ersetzt werden. Selbst dann wird ein amorpher Film zur Verfügung gestellt, der mikrokristalline Körner des Nitrids dieses feuerfesten Metalls enthält. Diese Körner werden nicht anwachsen, selbst wenn der Film bei hohen Temperaturen (z. B. 750°C) gebrannt wird. Keine Kristallkorngrenzen werden im Film so ausgebildet, daß sie sich durch den TiSiN-Film erstrecken. Daher werden die Barriere-Eigenschaften des Films in keiner Weise verschlechtert.

Das Verfahren und die Bedingung zur Bildung des TiSiN-Film 14′ sind nicht auf die oben angegebenen beschränkt. Beispielsweise kann das Sputtern unter Verwendung von Ti- Targets und Si-Targets, die in einem mosaikartigen Muster angeordnet sind, ausgeführt werden. Alternativ kann das Sputtern unter Verwendung eines Ti-Kollimators ausgeführt werden. Ferner kann der TiSiN-Film 14′ nach einem CVD- Verfahren unter Verwendung von TiCl₃-Gas, NH₃-Gas und SiH₄- Gas gebildet werden. Darüber hinaus kann der Film nach einem CVD-Verfahren unter Verwendung einer organischen Gasquelle (z. B. TMAT oder Tetradimethylaminotitan) anstelle von TiCl₄ gebildet werden. Die CVD-Bedingungen zur Bildung des Films sind beispielsweise eine Temperatur von 350°C und ein Druck von 0,5 Torr. Im allgemeinen ist das CVD-Verfahren zur Bildung eines TiSiN-Films, der Rillen und Löcher mit hohem Seitenverhältnis ausfüllt, vorteilhaft, da dieses Verfahren eine gleichmäßige Abscheidung ermöglicht.

Ein dünner Ti-Film kann auf dem SiO₂-Film 12 vorab ausgebildet werden, so daß der TiSiN-Film 14′ an den SiO₂- Film 12 fester als sonst haftet. Im allgemeinen ist die Spannung in einem amorphen Film niedrig. Die Spannung in einem Film einer ternären Verbindung aus Ti, Si und N ist niedriger als die Spannung in einem kristallinen Film, da die ternäre Verbindung amorph ist. (Die Spannung im TiSiN-Film 14′ beträgt beispielsweise 1,7 × 10- dyn/cm²). Die Wahrscheinlichkeit, daß der Film 14′ die Charakteristika des herzustellenden Halbleiterelements verschlechtert, ist gering.

Dann wird, wie in Fig. 23C gezeigt ist, ein Cu-Film 15, der zu einer Hauptverdrahtungsschicht verarbeitet wird, auf dem TiSiN-Film 14 in einer Dicke von 400 nm durch Sputtern oder dgl. abgeschieden. Da der TiSiN-Film 14′ und der Cu-Film 15 nacheinander abgeschieden werden, ohne daß man sie der Atmosphäre aussetzt, ist der TiSiN-Film 14′ wesentlich haftfähiger zum Cu-Film 15 als ein Film aus TiN oder dgl.

Durch die feste und stabile Anhaftung an den Cu-Film 15 wird TiSiN nicht abgestoßen oder koaguliert im anschließenden Brennschritt trotz der Oberflächenspannung des Cu nicht. Daher kann TiSiN Rillen oder Löcher, die in der Oberfläche des SiO₂-Films 12 erzeugt wurden, leicht ausfüllen.

Danach wird, wie in Fig. 23D gezeigt ist, die Struktur der Fig. 23C beim 200 bis 700°C während oder nach dem Sputtern gebrannt, wodurch Cu in die Rille 13 zurückfließt. Die obere Oberfläche des Cu-Films 15 wird dadurch eingeebnet. Es ist möglich, den Gehalt oxidierender Gase (z. B. Sauerstoff oder Wasserdampf) (auf 1 ppm oder weniger) in der Brennatmosphäre zu reduzieren oder ein reduzierendes Gas (z. B. Wasserstoff) der Brennatmosphäre zuzusetzen.

Die resultierende Struktur (Fig. 23D) wird an ihrer oberen Oberfläche geätzt und dadurch der TiSiN-Film 14′ und der Cu- Film 15 entfernt, außer an den Stellen, die sich in der Rille 13 befinden, wie in Fig. 23E erläutert wird. Eine vergrabene Verdrahtungsschicht aus Cu wird dadurch in der Oberfläche des SiO₂-Films 12 gebildet. Dieser Ätzprozeß kann reaktives Ionenätzen oder Ionenabtragen sein oder kann durch Polieren ersetzt werden. Der so erhaltene Cu-Leiterdraht hat eine hohe Verläßlichkeit.

Um zu bestimmen, ob der TiSiN-Film 14′ als Barriere gegen Cu wirksam ist oder nicht, wurde die Struktur von Fig. 23E tatsächlich gebildet und einem Verbindungs-Leck-Test unterworfen. In dem Test wurde die Kontaktfläche zwischen dem TiSiN-Film und dem Cu-Film auf 300 × 80 µm² im Bildungsgas festgesetzt, und die Struktur bei 600°C 30 min gebrannt. Selbst nach dem Brennen erhöhte sich der Leckstrom bei umgekehrter Vorspannung nicht. Somit wies der TiSiN-Film gute Barriereeigenschaften auf. Die Struktur wurde außerdem durch Atomabsorptionsanalyse bezüglich der Cu-Diffusion in das Silizium-Substrat untersucht. Die Cu-Konzentration im Silizium-Substrat war gleich oder kleiner als die Nachweisgrenze (d. h. 2 × 10¹²/cm³). Dies bedeutet, daß der TiSiN-Film gute Barriereeigenschaften hatte. Man fand auch, daß ein TiSiN-Film effektiv als Barriere diente, selbst wenn seine Dicke 5 nm beträgt.

Im Hinblick darauf kann der TiSiN-Film 14′ als ausgezeichnete Barrierenmetallschicht angesehen werden, selbst wenn er dünn ausgebildet wird. Da der TiSiN-Film 14′ und der Cu-Film 15 nacheinander durch Sputtern gebildet werden, kann das Verfahren der Ausbildung der Verdrahtungsschicht vereinfacht werden.

Die Verdrahtungsschicht von Beispiel 14 ist vergraben. Statt dessen kann aber eine Verdrahtungsschicht auf dem SiO₂- Film 12 und nicht in der Rille 13 durch Bildung eines Musters einer Barrierenmetallschicht aus einem Cu-Film, der auf dem SiO₂-Film 12 gebildet wird, und einem Cu-Legierungsfilm, der auf dem Cu-Film gebildet wird, ausgebildet werden. Außerdem kann das als Halbleiter verwendete Si durch ein beliebiges anderes Element der Gruppe IV (z. B. Si, Ge, C oder dgl.) oder eine binäre Halbleitervorrichtung wie III-V (z. B. GaAs, InP, InSb, BN, GaP oder dgl.), II-VI (z. B. ZnSe, ZnS, CdS, CdTe oder dgl.), eine ternäre Halbleitervorrichtung II-IV-V, II- IV-VI, III-IV-VI oder II-V-VII ersetzt werden. Der als Hauptverdrahtungsschicht verwendete Cu-Film kann durch einen Film aus Al, Au, Ag oder W oder einen Film einer Legierung aus zwei oder mehreren dieser Metalle ersetzt werden.

Beispiel 15

Fig. 26A bis 26D sind Schnitte, die die Schritte der Ausbildung einer Halbleitervorrichtung nach dem Beispiel 15 dieser Erfindung erläutern. Unter Bezug auf diese Figuren wird erläutert, wie die Vorrichtung hergestellt wird. In der folgenden Erklärung sind die Komponenten, die ähnlich oder identisch denen in den Fig. 13A bis 13E sind, mit denselben Zahlen in den Fig. 26A bis 26D bezeichnet und werden nicht im Detail beschrieben.

Zunächst wird, wie in Fig. 26A gezeigt ist, ein SiO₂ oder ONO(SiO₂/Si₃N₄/SiO₂) Film 72, der als Gate-Isolierfilm verwendet wird, auf einem Si-Substrat 71 in einer Dicke von 60 nm ausgebildet.

Dann wird, wie in Fig. 26B gezeigt ist, ein amorpher Legierungsfilm 73′ aus Ti, Si und N auf dem Film 72 gebildet. Der amorphe Ligierungsfilm 73′ hat TiN-Mikrokristallkörner mit einem Durchmesser, der natürlich geringer ist als die Dicke des Films 73′. Im allgemeinen hat ein amorpher Film relativ glatte Oberflächen und verursacht nicht leicht Oberflächenzustände, wenn er Seite an Seite mit einem anderen Film in Kontakt gebracht wird. Anders als ein polykristalliner Film hat ein amorpher Film keinen Unterschied in der Austrittsarbeit, die von der Kristallorientierung abhängt. Er hat daher eine stabile Durchbruchsspannung und verleiht einer Halbleitervorrichtung, die ihn enthält, stabile Charakteristiken. Außerdem hat der Film 73 einen niedrigen Widerstand, da er TiN- Mikrokristallkörner enthält. Es folgt daraus, daß eine Gate- Elektrode mit dem Film 73′ ebenfalls einen niedrigen Widerstand hat, was dazu beiträgt, die Betriebsgeschwindigkeit des Transistors mit dieser Gate- Elektrode zu erhöhen.

Dann wird, wie in Fig. 26C gezeigt ist, ein W-Film 74 auf dem Legierungsfilm 73′ in einer Dicke von 300 nm ausgebildet. Der Legierungsfilm 73′ aus Ti, Si und N wirkt als effektive Barriere gegen Wolfram (W) und verhindert die Diffusion von Wolfram aus dem W-Film 74 in den Gate-Isolierfilm 72.

Dann wird, wie in Fig. 26D gezeigt ist, der Gate-Isolierfilm 72, der Legierungsfilm 73′ und der W-Film 74 durch Photolithiographie und reaktives Ionenätzen bearbeitet und dadurch eine Gate-Elektrode hergestellt.

In Beispiel 15 wird der Film 73′ aus einer Ti-Si-N-Legierung eingesetzt. Nichtsdestoweniger kann auch ein Film aus einem beliebigen anderen amorphen Material verwendet werden, vorausgesetzt daß er Mikrokristallkörner enthält, deren Durchmesser geringer ist als die Dicke des Films. Darüber hinaus kann der W-Film 74, der als Hauptverdrahtungsschicht verwendet wird, durch einen Film aus Al, Ag, Ag oder Cu oder einen Film einer Legierung aus zwei oder mehreren dieser Metalle ersetzt werden.

Beispiel 16

Eine Halbleitervorrichtung nach der Ausführungsform sechzehn der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die Fig. 23A bis 23E, wie sie in Beispiel 14 beschrieben wurden, erläutert. Beispiel 16 ist identisch zu Beispiel 14, außer daß Wolfram (W) als feuerfestes Metall anstelle von Titan (Ti) verwendet wird.

Zunächst wird, wie in Fig. 23A und Beispiel 14 gezeigt wird, ein SiO₂-Film 12 auf einem Halbleiter-Substrat 11 mittels eines CVD-Verfahrens oder dgl. gebildet. Dann wird eine Rille 13 durch reaktives Ionenätzen oder dgl. in der Oberfläche des SiO₂-Films 12 erzeugt.

Dann wird, wie in Fig. 23B dargestellt ist, ein WSiN-Film 14′, d. h. eine Schicht aus einer ternären Verbindung aus W, Si und N zu einer Dicke von 25 nm auf dem SiO₂-Film 12 und in der Rille 13 ausgebildet. Der WSiN-Film 14′ dient als Diffusionsbarriereschicht oder Bindungsschicht. Genauer gesagt wird der WSiN-Film 14′ durch chemisches Sputtern mittels einer Gleichstrom-Magentron-Sputtervorrichtung unter Verwendung eines W-Silizid-Targets in einer Atmosphäre einer Mischung aus Argon und Stickstoff gebildet. Je größer das x/y-Verhältnis von W_xSi_yN ist, desto niedriger ist der spezifische Widerstand des WSiN, das durch das chemische Sputtern gebildet wird. Wenn das Verhältnis x/y 5/3 oder mehr beträgt, wird der W-Film Mikrokristallkörner von W, WN oder W₂N mit einem Durchmesser von einigen Mikrometern enthalten.

Auch im Fall, in dem ein Ti_xSi_y-Target verwendet wird, wird der resultierende TiSiN-Film TiN-Mikrokristallkörner mit einem Durchmesser von einigen nm enthalten, wenn das Verhältnis x/y 5/3 oder mehr beträgt. Wenn das Verhältnis x/y geringer ist als 5/3, können keine TiN-Mikrokristallkörner im TiSiN-Film mit TEM beobachtet werden. TiN Mikrokristallkörner, wenn es solche im TiSiN-Film gibt, haben einen Durchmesser von höchstens 0,8 nm.

Ein durch chemisches Sputtern unter Verwendung eines Ti_xSi_y- Targets gebildeter Ti-Si-N-Film hat eine Zusammensetzung von Ti_xSi_yN₂, wobei das Verhältnis von x/y beinahe gleich ist. Dies gilt nicht nur für Filme aus Ti-Silizid, sondern auch für Filme aus beliebigen anderen Metallsiliziden, wie aus der folgenden Tabelle 5 hervorgeht:

Das chemische Sputtern wird bei einem Druck von 0,3 Pa und einer elektrischen Leistung im Bereich von 0,5 bis 1,5 kW ausgeführt, während Argon und Stickstoff mit einer Zuflußgeschwindigkeit von 0 bis 39 sccm und Stickstoff mit einer Zuflußgeschwindigkeit von 40 bis 1 sccm zugeführt werden.

Alle durch Sputtern gebildeten Filme sind amorph, wie durch Überprüfung tatsächlich gebildeter Filme mittels XRD-Analyse bewiesen wurde. Ein beliebiger Film, in dem das x/y- Verhältnis von W_xSi_y von 5/3 oder mehr beträgt, enthält Mikrokristallkörner aus W, WN, W₂N oder dgl., wie durch TEM- Untersuchungen bewiesen wurde.

In Beispiel 16 wird Sputtern zur Bildung der Barriereschicht eingesetzt. Ein beliebiges anderes Verfahren kann statt dessen eingesetzt werden, vorausgesetzt daß die gebildete Barriereschicht aus einer ternären Verbindung aus W, Si und N besteht und Mikrokristallkörner aus W, WN, W₂N, W₅Si₃, WSi₂ oder dergleichen enthält.

Danach wird, wie in Fig. 23C gezeigt ist, wie in Beispiel 14 ein Cu-Film 15, der zu einer Hauptverdrahtungsschicht verarbeitet wird, auf dem TiSiN-Film 14′ in einer Dicke von 400 nm durch Sputtern oder dgl. abgeschieden. Wie in Fig. 23D gezeigt ist, wird die Struktur von Fig. 23C gebrannt, wodurch Cu in die Rille 13 zurückfließt und die Oberfläche des Cu-Films 15 eingeebnet wird. Dann wird die Struktur an ihrer oberen Oberfläche geätzt, wodurch der TiSiN-Film 14′ und der Cu-Film 15 entfernt werden, außer an den Teilen, die sich in der Rille 13 befinden, wie in Fig. 23E dargestellt ist. Eine vergrabene Verdrahtungsschicht aus Cu wird dadurch in der Oberfläche des SiO₂-Films 12 gebildet. Die so erhaltene Cu-Verdrahtung hat eine hohe Zuverlässigkeit.

Um zu bestimmen, ob der TiSiN-Film 14′ als Barriere gegen Cu wirksam ist, wurde die Struktur von Beispiel 16 tatsächlich gebildet und einem Verbindungs-Leck-Test oder Atom- Absorptions-Analyse wie in Beispiel 14 unterworfen. Die Ergebnisse der Tests und die Analysen zeigten, daß der TiSiN- Film gute Barriereeigenschaften hatte. Man fand, daß er effektiv als Barriere diente, selbst wenn seine Dicke 5 nm betrug.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele 1 bis 16 beschränkt. Beispielsweise kann das Verfahren von Beispiel 1 wiederholt ausgeführt werden und damit die Struktur des Fig. 27 zur Verfügung gestellt werden, die zwei Verdrahtungsschichten aufweist. Wie in Fig. 27 gezeigt ist, umfaßt diese Struktur ein Substrat 701, eine Element-isolierende Schicht 702, einen TiSi₂-Film 703, isolierzwischenschichten 704, 707, 711, 714 und 718, Polysilizium-Filme 705 und 712, Si₃N₄-Schichten 706, 710, 713 und 717, Ti-Si-N-Schichten 708, 715 und Cu-Schichten 709 und 716. Außerdem kann das Verfahren von Beispiel 1 zwei oder mehrmals ausgeführt werden, so daß eine Struktur mit zwei oder mehr Verdrahtungsschichten gebildet wird.

Beispiel 17

Eine Halbleitervorrichtung nach Beispiel 17 wird unter Bezug auf die Fig. 28, Fig. 29A bis 29D und Fig. 30A und 30B erläutert.

Eine TiSi_0,6N_1,6-Legierungsschicht und eine Cu-Schicht wurden auf einem Silizium (Si)-Substrat ausgebildet. Die Struktur aus dem Si-Substrat, der TiSi_0,6N_1,6-Legierungsschicht und der Cu-Schicht wurde geschnitten und ihr Querschnitt durch TEM photographiert. Fig. 28 ist die TEM-Aufnahme dieses Querschnitts der Cu/TiSiN/Si-Struktur. Wie aus Fig. 28 ersehen werden kann, enthielt die amorphe Ti-Si-N-Matrix TiN- Mikrokristallkörner, die wie winzige schwarze Flecken in der TEM-Aufnahme aussehen. Die TiN-Mikrokristallkörner waren klein und fein dispergiert. Man fand, daß sich keine Kristallkorngrenzen in der Richtung der Dicke der Cu- TiSiN/Si-Struktur erstreckten.

Außerdem wurden Ti-Si-N-Filme durch Sputtern unter Verwendung verschiedener Targets aus TiSi₂, TiSi, TiSi_0,6 gebildet und so das Ti/Si-Verhältnis verändert. Die Ti-Si-N-Filme wurden durch XPS (Röntgenphotoelektronenspektroskopie) analysiert. Die Ergebnisse dieser Analyse waren wie in den Fig. 29A bis 29D und Fig. 30A und 30B gezeigt. Fig. 29A bis 29D zeigen XPS-Spektren von TiSiN-Filmen, die unter Verwendung von TiSi₂ und TiSi als Targets gebildet wurden, während Fig. 30A bis 30C XPS-Spektren von TiSiN-Filmen, die unter Verwendung von TiSi_0,6 als Target gebildet wurden, darstellen.

Die in den Fig. 29A bis 29D und Fig. 30A bis 30C gezeigten Spektren haben einen SiO₂-Peak und einen TiO₂-Peak, da die Ti-Si-N-Filme an den Oberflächen bei Stehenlassen an der Atmosphäre oxidiert werden. Der innere Teil aller Ti-Si- N-Filme bestand aus TiN, Si₃N₄ und Ti-Si-N, wie aus den Fig. 29A bis 29D und Fig. 30A bis 30C hervorgeht. Außerdem erhöht sich, wie in den Fig. 29C und 30C gezeigt ist, das Verhältnis des TiN-Peaks zum Si₃N₄-Peak, wenn das Si/Ti-Verhältnis des Sputter-Targets herabgesetzt wird. Mit anderen Worten erhöhen sich die TiN-Bindungen im Ti-Si-N- Film, wenn das Si/Ti-Verhältnis des Targets kleiner wird.

Wie oben erwähnt, wurden keine TiN-Mikrokristallkörner in dem Ti-Si-N-Film gefunden, der durch Sputtern unter Verwendung von TiSi₂ oder TiSi als Target gebildet wurde, wohingegen TiN-Mikrokristallkörner im Ti-Si-N-Film, der durch Sputtern unter Verwendung von TiSi_0,6 gebildet wurde, beobachtet wurden, da TiN-Bindungen in diesem Ti-Si-N-Film zugenommen hatten.

Wie im Detail beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Barriereschicht aus einer amorphen Legierung besteht, in der mikrokristalline Körner fein dispergiert sind und keine Korngrenzen bilden, die sich in der Richtung der Dicke der Barriereschicht erstrecken. Daher kann die Barriereschicht als effektive Barriere fungieren und die Charakteristik der Halbleitervorrichtung, in die sie eingearbeitet wird, verbessern und die Zuverlässigkeit der Verdrahtungsschicht, in die sie eingearbeitet wird, erhöhen.

Weitere Vorteile und Modifikationen werden dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich sein. Daher ist diese Erfindung in ihren weiteren Aspekten nicht auf die speziellen Details und die hier gezeigten und beschriebenen repräsentativen Vorrichtungen beschränkt. Es können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen und ihren Äquivalenten ausgedrückt ist, abzuweichen.

Claims

1. Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
eine leitfähige Schicht (15), die wenigstens eine Schicht aus einer Elektrodenschicht und einer Verdrahtungsschicht ist, und
eine amorphe Legierungsschicht (14), die an der Unterseite der leitfähigen Schicht (15) ausgebildet ist und aus einer Matrixphase und Mikrokristallkörnern besteht, wobei die Matrixphase eine amorphe Legierung als Hauptkomponente enthält und die Mikrokristallkörner in der Matrixphase dispergiert und nicht in der Richtung der Dicke der amorphen Legierungsschicht (14) kontinuierlich angeordnet sind.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Legierungsschicht (14) Stickstoff, ein feuerfestes Metall aus der Gruppe aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, W und Mo und einen Halbleiter aus einem Material der Gruppe IV, einer binären Halbleiter-Verbindung und/oder einer ternären Halbleiter-Verbindung enthält.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Gruppe IV ausgewählt ist aus Si, Ge und C, die binäre Halbleiter verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe aus GaAs, InP, InSb, BN, GaP, ZnSe, ZnS, CdS und CdTe und die ternäre Halbleiter-Verbindung ausgewählt ist aus II-IV-VI- Verbindungen, II-IV-V-Verbindungen, III-IV-VI- Verbindungen, I-III-VI-Verbindungen und II-V-VII- Verbindungen.

4. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter Si ist.

5. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Metall Ti ist.

6. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokristallkörner TiN-Körner sind.

7. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Schicht (15) ausgewählt ist aus einer Cu- Schicht, einer Al-Schicht, einer Ag-Schicht, einer Au- Schicht, einer Schicht aus einer Legierung von wenigstens zwei dieser Metalle und einer Schicht aus wenigstens zwei Filmen aus beliebigen dieser Metalle.

8. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Legierungsschicht (14) und die leitfähige Schicht (15) eine vergrabene Verdrahtungsschicht darstellen, die in einer Rille in einer Isolierschicht (12) gebildet ist.

9. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Legierungsschicht (14) nicht nur an der Unterseite der leitfähigen Schicht (15), sondern auch an den Seiten dieser leitfähigen Schicht (15) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Legierungsschicht (34) und die leitfähige Schicht (35) eine Verdrahtungsschicht bilden, die auf einer Isolierschicht (32) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Legierungsschicht (83, 85) nicht nur an der Unterseite der leitfähigen Schicht (84) sondern auch an ihrer Oberfläche vorgesehen ist.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Legierungsschicht (44, 47, 49) nicht nur an der Unterseite der leitfähigen Schicht (45) sondern auch an ihren Seiten und ihrer Oberfläche vorgesehen ist.

13. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Legierungsschicht (14) als Barrierenmetallschicht und Bindungsschicht fungiert.

14. Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: eine leitfähige Schicht (15), die mindestens eine Schicht aus einer Elektrodenschicht und einer Verdrahtungsschicht ist, und
eine Barrierenmetallschicht (14), die auf der Unterseite der leitfähigen Schicht (15) ausgebildet ist und Ti, Si und N enthält.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Barrierenmetallschicht (14) enthaltene Si in einem Atomverhältnis von 1 oder mehr bezüglich dem in der Barrierenmetallschicht (14) enthaltenen Ti vorliegt.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Schicht (15) ausgewählt wird aus einer Cu-Schicht, einer Al-Schicht, einer Ag-Schicht, einer Au-Schicht, einer Schicht aus einer Legierung aus wenigstens zwei dieser Metalle und einer Schicht aus wenigstens zwei Filmen aus beliebigen dieser Metalle.

17. Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
eine leitfähige Schicht (15), die wenigstens eine Schicht aus einer Elektroden-Schicht und einer Verdrahtungsschicht ist, und
eine Barrierenmetallschicht (14), die auf der Unterseite der leitfähigen Schicht (15) ausgebildet ist und ein feuerfestes Metall, Si und N enthält, wobei das Atomverhältnis von Si zum feuerfesten Metall 0,7 oder mehr beträgt.

18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Metall ausgewählt ist aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, W und Mo.

19. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Metall Ti ist.

20. Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
ein Halbleiter-Substrat (201) und
eine dreischichtige Struktur, die auf dem Halbleiter- Substrat (201) ausgebildet ist und als wenigstens ein Element aus einer Elektrode und einer Verdrahtungsschicht wirkt, wobei diese dreischichtige Struktur im wesentlichen besteht aus einer Silizium- Schicht (207), einer feuerfesten Metallsilizidschicht (209), die über der Siliziumschicht (207) vorgesehen ist und einer Barrierenmetallschicht (208), die zwischen der Siliziumschicht (207) und der feuerfesten Metallsilizidschicht (209) angeordnet ist, wobei diese Barrierenmetallschicht (208) Si, N und ein feuerfestes Metall, das identisch oder verschieden vom feuerfesten Metall der feuerfesten Metallsilizidschicht (209) ist, enthält.

21. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die feuerfeste Metallsilizidschicht (209) als auch die Barrierenmetallschicht (208) ein feuerfestes Metall aus der Gruppe aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, W und Mo enthält.

22. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die dreischichtige Struktur eine Gate-Elektrode eines MOS-Transistors darstellt.