JP2004119754A - Wire, manufacturing method of wire, semiconductor device, and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2004119754A JP2002282201A JP2002282201A JP2004119754A JP 2004119754 A JP2004119754 A JP 2004119754A JP 2002282201 A JP2002282201 A JP 2002282201A JP 2002282201 A JP2002282201 A JP 2002282201A JP 2004119754 A JP2004119754 A JP 2004119754A
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tio
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manufacturing
insulating film
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Kazumi Matsumoto
松本 和己
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wire and a manufacturing method thereof whereby the production of particles is suppressed when wires are formed so as to enhance an yield and suppress an increase in contact resistance, and to provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the semiconductor device includes steps of: forming an insulation film 2 on a silicon substrate 1; forming a contact hole 2a in the insulation film 2 located on the silicon substrate 1; forming a Ti layer 3 in the contact hole and on the insulation film; introducing oxygen 6 to the Ti layer 3; forming a TiN layer 4 on the surface of the Ti layer; applying heat treatment to the TiN and Ti layers to form a TiO<SB>2</SB>layer 3b under the TiN layer; removing the TiN layer 4; and forming an Al alloy layer 5 on the TiO<SB>2</SB>layer 3b and in the contact hole. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線、その製造方法、半導体装置及びその製造方法に関するものである。特には、配線を形成する際にパーティクルの発生を抑制して歩留まりを向上させると共にコンタクト抵抗の増大を抑制した配線、その製造方法、半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図5は、従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
まず、シリコン基板101の上にシリコン酸化膜などの絶縁膜102を形成する。次いで、この絶縁膜102の上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、絶縁膜102の上にはレジストパターンが形成される。
【0003】
次いで、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜102をエッチングすることにより、絶縁膜102にはシリコン基板101上に位置するコンタクトホール102aが形成される。次いで、このコンタクトホール102a内及び絶縁膜102上にTi層103をスパッタリングにより形成する。次いで、このTi層103の上にArプラズマを供給しながら反応性スパッタによりTiN層104を形成する。前記TiN層104及びTi層103はバリアとして作用する。
【0004】
次いで、TiN層104にOプラズマ処理を施すことにより、TiN層104には酸素が導入される。次いで、TiN層104、Ti層103及びシリコン基板101に600℃程度の熱処理(シンター)を施す。これにより、Ti層103のTiがシリコン基板101に拡散していき、シリコン基板101とTi層103との間にはTiシリサイド103aが形成され、シリコン基板とTi層とのオーミックコンタクトが形成される。
【0005】
次いで、コンタクトホール102a内及びTiN層104上にAl合金層105をスパッタリングにより堆積する。次いで、このAl合金層105をパターニングすることにより、絶縁膜102上にはシリコン基板101に電気的に接続されたAl合金配線が形成される。このAl合金配線はAl合金層105、TiN層104及びTi層103を有するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の半導体装置の製造方法では、Tiターゲットを用いて窒素ガスを導入しながらTiとNを反応させる反応性スパッタによりTiN層104を形成している。このため、この工程ではパーティクルが発生しやすく、Ti層103又はTiN層104の上にパーティクルが残存することにより歩留まりが低下するという問題がある。また、前記Al合金配線はTiN層104を有するため、このTiN層104がシリコン基板101とのコンタクト抵抗を増大させる要因となる。
【0007】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、配線を形成する際にパーティクルの発生を抑制して歩留まりを向上させると共にコンタクト抵抗の増大を抑制した配線、その製造方法、半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、シリコンからなる下地上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に、前記下地上に位置する接続孔を形成する工程と、
前記接続孔内及び前記絶縁膜上にTi層を形成する工程と、
前記Ti層に酸素を導入する工程と、
前記Ti層の表面にTiN層を形成する工程と、
前記TiN層及びTi層に加熱処理を行うことにより、該TiN層の下にTiO層を形成する工程と、
前記TiN層を除去する工程と、
前記TiO層上及び前記接続孔内に導電層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする。
【0009】
上記半導体装置の製造方法によれば、従来技術のように反応性スパッタによりTiN層を形成する工程を有しない。このため、この工程でのパーティクルが発生しないので、配線を形成する際にパーティクルの発生を抑制して歩留まりを向上させることができる。また、TiN層を除去する工程を有するため、従来技術のように高抵抗のTiN層を含まない。したがって、コンタクト抵抗の増大を抑制することができ、良好なコンタクトを得ることができる。
【0010】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、前記導電層がAl合金層又はAl層であることが好ましい。Al合金層又はAl層と絶縁膜との間にTiO層を形成し、このTiO層は絶縁膜からのHO等の脱ガスに対して高いバリア性を有している。このため、Al合金層又はAl層を形成する際、脱ガスがAl合金層又はAl層に侵入することを抑制できる。これにより、Alの流動性を阻害することがなく、Al合金層又はAl層の良好なカバレージを得ることができる。
【0011】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記酸素を導入する工程は、Ti層にOプラズマを供給することにより酸素を導入する工程、又は、Ti層を大気に開放することにより酸素を導入する工程であることも可能である。
【0012】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記TiN層を形成する工程は、減圧下の窒化雰囲気に前記Ti層の表面を曝すことにより、該Ti層の表面にTiN層を形成する工程であることが好ましい。
【0013】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記TiO層を形成する工程は、該TiO層を形成すると共に該TiO層と前記下地との間にTiシリサイドを形成する工程であることが好ましい。このTiシリサイドにより下地とTiO層とのオーミックコンタクトが形成され、コンタクト抵抗を下げることができる。
【0014】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、前記導電層を形成する工程の後に、前記Al合金層又はAl層及び前記TiO層をパターニングすることにより、前記絶縁膜上にAl合金配線又はAl配線を形成する工程をさらに具備することも可能である。
【0015】
本発明に係る半導体装置は、シリコンからなる下地と、
前記下地上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成され、前記下地上に位置する接続孔と、
前記接続孔内及び前記絶縁膜上に形成されたTiO層と、
前記TiO層上及び前記接続孔内に形成されたAl合金層又はAl層と、
を具備し、
前記Al合金層又はAl層及び前記TiO層により配線が構成されることを特徴とする。
【0016】
また、本発明に係る半導体装置においては、前記TiO層と前記下地との間に形成されたTiシリサイドをさらに具備することが好ましい。
【0017】
本発明に係る配線の製造方法は、絶縁膜上にTi層を形成する工程と、
前記Ti層に酸素を導入する工程と、
前記Ti層の表面にTiN層を形成する工程と、
前記TiN層及びTi層に加熱処理を行うことにより、該TiN層の下にTiO層を形成する工程と、
前記TiN層を除去する工程と、
前記TiO層上にAl合金層又はAl層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする。
【0018】
本発明に係る配線は、絶縁膜上に形成されたTiO層と、
前記TiO層上に形成されたAl合金層又はAl層と、
を具備することを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1(A)〜(C)は、本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置の製造方法は、配線の製造する工程を有するものである。
【0020】
まず、図1(A)に示すように、シリコン基板1の上にシリコン酸化膜、BPSG(boro−phospho silicate glass )膜などの絶縁膜2をCVD(chemical vapor deposition)法により形成する。次いで、この絶縁膜2の上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、絶縁膜2の上にはレジストパターンが形成される。
【0021】
次いで、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜2をエッチングすることにより、絶縁膜2にはシリコン基板1上に位置する接続孔としてのコンタクトホール2aが形成される。この際のエッチングはウエットエッチングでもドライエッチングでも良い。次いで、このコンタクトホール2a内及び絶縁膜2上にTi層3をスパッタリングにより形成する。
【0022】
次いで、このTi層3に酸素6を導入する。この際の導入方法は、例えばTi層3の表面にOプラズマを供給することにより酸素を導入しても良いし、Ti層3を大気に開放することにより酸素を導入しても良い。
【0023】
この後、図1(B)に示すように、Ti層の表面を減圧下の窒化雰囲気、例えば400℃程度の温度、N雰囲気に曝すことにより、Ti層の表面には薄いTiN層4が形成される。次いで、Ti層及びTiN層を700〜800℃の温度、N雰囲気でアニールなどの加熱処理(例えばランプアニール又は電気炉アニール)を行う。これにより、Ti層のTiがシリコン基板1に拡散していき、シリコン基板とTi層との間にはTiシリサイド3aが形成され、シリコン基板とTi層とのオーミックコンタクトが形成され、コンタクト抵抗が下げられる。これと共に、TiN層4の下にバリア性の高いTiO層3bが形成され、またTiN層4が安定化される。このとき、TiN層4がバリアとなることによってTiO層3bに余分な酸素の導入がなく、良好なTiO層3bの形成が可能となる。
【0024】
次に、図1(C)に示すように、TiN層4をドライエッチングにより除去する。TiN層4は高抵抗層であるので、TiN層4を除去することにより、配線とのコンタクト抵抗の増大を抑制することができる。
【0025】
次いで、コンタクトホール2a内及びTiO層3b上に導電層としてのAl合金層5をスパッタリングにより堆積する。次いで、このAl合金層5及びTiO層3bをパターニングすることにより、絶縁膜2上にはシリコン基板1に電気的に接続されたAl合金配線が形成される。このAl合金配線はAl合金層5及びTiO層3bを有するものである。
【0026】
上記実施の形態による半導体装置の製造方法では、従来技術のようにTiターゲットを用いて窒素ガスを導入しながらTiとNを反応させる反応性スパッタによりTiN層を形成する工程を有しない。このため、この工程でのパーティクルが発生しないので、配線を形成する際にパーティクルの発生を抑制して歩留まりを向上させることができる。
【0027】
また、本実施の形態では、従来技術のようにAl合金配線に高抵抗のTiN層を含まないので、コンタクト抵抗の増大を抑制することができ、良好なコンタクトを得ることができる。また、コンタクト部に形成しているTiシリサイド3aは低抵抗の結晶構造(C54)のシリサイドであるため、コンタクト抵抗を低くしている。
【0028】
また、本実施の形態では、Al合金層5と絶縁膜2との間にTiO層3bを形成し、このTiO層3bは絶縁膜からのHO等の脱ガスに対して高いバリア性を有している。このため、Al合金層5を成膜する際、脱ガスがAl合金層に侵入することを抑制できる。これにより、Alの流動性を阻害することがなく、Al合金層の良好なカバレージを得ることができる。したがって、信頼性の高いAl合金配線を形成することが可能となる。
【0029】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、本実施の形態では、シリコン基板にAl合金配線を接続する場合に本発明を適用しているが、シリコンからなる下地(例えばポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜)にAl合金配線を接続する場合に本発明を適用することも可能である。
【0030】
また、本実施の形態では、Al合金層5を用いているが、Al合金層に代えてAl層を用いることも可能である。
【0031】
【実施例】
図2(A)〜(C)、図3(D),(E)及び図4は、本発明の実施例による半導体装置の製造方法を示す断面図である。
まず、図2(A)に示すように、シリコン基板1の表面上に図示せぬ素子分離膜を形成し、素子分離膜の相互間のシリコン基板1上にゲート絶縁膜であるゲート酸化膜7を熱酸化法により形成する。素子分離膜としては、LOCOS、セミリセスLOCOS、シャロートレンチなどの構造を用いることができる。
【0032】
この後、ゲート酸化膜7の上にCVD法により多結晶シリコン膜を堆積する。次に、この多結晶シリコン膜上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、多結晶シリコン膜上にはレジストパターンが形成される。この後、このレジストパターンをマスクとして多結晶シリコン膜をエッチングすることにより、ゲート酸化膜7の上には多結晶シリコンからなるゲート電極10が形成される。
【0033】
次に、ゲート電極10及び素子分離膜をマスクとしてシリコン基板1に不純物イオンをイオン注入し、シリコン基板1に熱処理を施す。これにより、シリコン基板1のソース/ドレイン領域には自己整合的にソース/ドレイン領域の拡散層8,9が形成される。
【0034】
次に、図2(B)に示すように、ゲート電極10、ソース/ドレイン領域の拡散層8,9及び素子分離膜を含む全面上にシリコン酸化膜、BPSG膜からなる層間絶縁膜11をCVD法により堆積する。この後、この層間絶縁膜11の上にフォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、層間絶縁膜11上にはレジストパターン12が形成される。
【0035】
次いで、図2(C)に示すように、このレジストパターン12をマスクとして層間絶縁膜11及びゲート酸化膜7をエッチングすることにより、該層間絶縁膜11にはゲート電極10及びソース/ドレイン領域の拡散層8,9の上に位置するコンタクトホール11a〜11cが形成される。この際の具体的なエッチング方法としては、図8に示すRIE方式のマグネトロンプラズマエッチング装置を用い、プロセスガスにC、O、Ar及びCOの混合ガスを用いる。ここで、Cの流量は、5〜30sccm、Oの流量は、2〜15sccm、Arの流量は、100〜500sccm、及びCOの流量は、10〜100sccmが好ましい。
【0036】
次に、図2(D)に示すように、レジストパターン12を剥離した後、コンタクトホール11a〜11c内及び層間絶縁膜11上にTi層13をスパッタリングにより形成する。次いで、このTi層13に酸素16を導入する。この際の導入方法は、例えばTi層13の表面にOプラズマを供給することにより酸素を導入しても良いし、Ti層13を大気に開放することにより酸素を導入しても良い。
【0037】
この後、図2(E)に示すように、Ti層の表面を減圧下の窒化雰囲気、例えば400℃程度の温度、N雰囲気に曝すことにより、Ti層の表面には薄いTiN層14が形成される。次いで、Ti層及びTiN層を700〜800℃の温度、N雰囲気でアニールなどの加熱処理(例えばランプアニール又は電気炉アニール)を行う。これにより、Ti層のTiがシリコン基板1に拡散していき、シリコン基板とTi層との間にはTiシリサイド13aが形成され、シリコン基板とTi層とのオーミックコンタクトが形成され、コンタクト抵抗が下げられる。これと共に、TiN層14の下にバリア性の高いTiO層13bが形成され、またTiN層14が安定化される。このとき、TiN層14がバリアとなることによってTiO層13bに余分な酸素の導入がなく、良好なTiO層13bの形成が可能となる。
【0038】
次に、図4に示すように、TiN層14をドライエッチングにより除去する。TiN層14は高抵抗層であるので、TiN層14を除去することにより、配線とのコンタクト抵抗の増大を抑制することができる。
【0039】
次いで、コンタクトホール内及びTiO層13b上にAl合金層15をスパッタリングにより堆積する。次いで、このAl合金層15及びTiO層13bをパターニングすることにより、層間絶縁膜11上にはシリコン基板1に電気的に接続されたAl合金配線(図示せず)が形成される。このAl合金配線はAl合金層及びTiO層を有するものである。
【0040】
上記実施例による半導体装置の製造方法では、従来技術のようにTiターゲットを用いて窒素ガスを導入しながらTiとNを反応させる反応性スパッタによりTiN層を形成する工程を有しない。このため、この工程でのパーティクルが発生しないので、配線を形成する際にパーティクルの発生を抑制することができる。
【0041】
また、本実施例では、従来技術のようにAl合金配線に高抵抗のTiN層を含まないので、コンタクト抵抗の増大を抑制することができ、良好なコンタクトを得ることができる。また、コンタクト部に形成しているTiシリサイド13aは低抵抗の結晶構造(C54)のシリサイドであるため、コンタクト抵抗を低くしている。
【0042】
また、本実施例では、Al合金層15と層間絶縁膜11との間にTiO層13bを形成し、このTiO層13bは層間絶縁膜11からのHO等の脱ガスに対して高いバリア性を有している。このため、Al合金層15を成膜する際、脱ガスがAl合金層に侵入することを抑制できる。これにより、Alの流動性を阻害することがなく、Al合金層の良好なカバレージを得ることができる。したがって、信頼性の高いAl合金配線を形成することが可能となる。
【0043】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態による半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図2】(A)〜(C)は、実施例による半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図3】(D),(E)は、実施例による半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図4】実施例による半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図5】従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図。
【符号の説明】
1,101…シリコン基板、2,102…絶縁膜、2a,102a…コンタクトホール、3,13,103…Ti層、3a,13a,103a…Tiシリサイド、3b,13b…TiO層、4,14,104…TiN層、
5,15,105…Al合金層、6,16…酸素、7…ゲート酸化膜、
8,9…ソース/ドレイン領域の拡散層、10…ゲート電極、11…層間絶縁膜、11a〜11c…コンタクトホール、12…レジストパターン
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wiring, a method of manufacturing the same, a semiconductor device, and a method of manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a wiring, a method of manufacturing the same, a semiconductor device, and a method of manufacturing the same, which suppress generation of particles when forming the wiring to improve yield and suppress increase in contact resistance.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
First, an insulating film 102 such as a silicon oxide film is formed on a silicon substrate 101. Next, a photoresist film (not shown) is applied on the insulating film 102, and the photoresist film is exposed and developed to form a resist pattern on the insulating film 102.
[0003]
Next, by using the resist pattern as a mask, the insulating film 102 is etched to form a contact hole 102a located on the silicon substrate 101 in the insulating film 102. Next, a Ti layer 103 is formed in the contact hole 102a and on the insulating film 102 by sputtering. Next, a TiN layer 104 is formed on the Ti layer 103 by reactive sputtering while supplying Ar plasma. The TiN layer 104 and the Ti layer 103 function as a barrier.
[0004]
Next, oxygen is introduced into the TiN layer 104 by subjecting the TiN layer 104 to O 2 plasma treatment. Next, the TiN layer 104, the Ti layer 103, and the silicon substrate 101 are subjected to a heat treatment (sintering) at about 600 ° C. Thereby, Ti of the Ti layer 103 diffuses into the silicon substrate 101, Ti silicide 103a is formed between the silicon substrate 101 and the Ti layer 103, and an ohmic contact between the silicon substrate and the Ti layer is formed. .
[0005]
Next, an Al alloy layer 105 is deposited by sputtering in the contact hole 102a and on the TiN layer 104. Next, by patterning the Al alloy layer 105, an Al alloy wiring electrically connected to the silicon substrate 101 is formed on the insulating film 102. This Al alloy wiring has an Al alloy layer 105, a TiN layer 104, and a Ti layer 103.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device, the TiN layer 104 is formed by reactive sputtering in which Ti and N 2 are reacted while introducing nitrogen gas using a Ti target. For this reason, particles are likely to be generated in this step, and there is a problem that the yield is reduced due to the particles remaining on the Ti layer 103 or the TiN layer 104. Further, since the Al alloy wiring has the TiN layer 104, the TiN layer 104 causes an increase in contact resistance with the silicon substrate 101.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the yield by suppressing the generation of particles when forming a wiring, and to suppress the increase in contact resistance while suppressing the increase in contact resistance. An object of the present invention is to provide a manufacturing method, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an insulating film on a base made of silicon,
Forming a connection hole located on the base in the insulating film;
Forming a Ti layer in the connection hole and on the insulating film;
Introducing oxygen into the Ti layer;
Forming a TiN layer on the surface of the Ti layer;
Performing a heat treatment on the TiN layer and the Ti layer to form a TiO 2 layer under the TiN layer;
Removing the TiN layer;
Forming a conductive layer on the TiO 2 layer and in the connection hole;
It is characterized by having.
[0009]
According to the method of manufacturing a semiconductor device described above, there is no step of forming a TiN layer by reactive sputtering unlike the related art. For this reason, no particles are generated in this step, so that the generation of particles when forming the wiring can be suppressed and the yield can be improved. Further, since the method includes the step of removing the TiN layer, it does not include a high-resistance TiN layer unlike the related art. Therefore, an increase in contact resistance can be suppressed, and a good contact can be obtained.
[0010]
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is preferable that the conductive layer is an Al alloy layer or an Al layer. The TiO 2 layer is formed between the Al alloy layer or Al layer and the insulating film, the TiO 2 layer has a high barrier property against outgassing such as H 2 O from the insulating film. Therefore, when forming the Al alloy layer or the Al layer, it is possible to suppress the outgas from entering the Al alloy layer or the Al layer. Thereby, good coverage of the Al alloy layer or the Al layer can be obtained without obstructing the fluidity of Al.
[0011]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of introducing oxygen may include the step of introducing oxygen by supplying O 2 plasma to the Ti layer, or the step of introducing oxygen by releasing the Ti layer to the atmosphere. Can be introduced.
[0012]
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of forming the TiN layer includes the step of exposing the surface of the Ti layer to a nitriding atmosphere under reduced pressure to form a TiN layer on the surface of the Ti layer. It is preferable that
[0013]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of forming the TiO 2 layer is a step of forming the TiO 2 layer and forming Ti silicide between the TiO 2 layer and the base. Is preferred. An ohmic contact between the underlayer and the TiO 2 layer is formed by this Ti silicide, and the contact resistance can be reduced.
[0014]
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the step of forming the conductive layer, the Al alloy layer or the Al layer and the TiO 2 layer are patterned to form an Al alloy wiring on the insulating film. Alternatively, the method may further include a step of forming an Al wiring.
[0015]
A semiconductor device according to the present invention includes a base made of silicon,
An insulating film formed on the base,
A connection hole formed in the insulating film and located on the base;
A TiO 2 layer formed in the connection hole and on the insulating film;
An Al alloy layer or an Al layer formed on the TiO 2 layer and in the connection hole;
With
A wiring is constituted by the Al alloy layer or the Al layer and the TiO 2 layer.
[0016]
Further, the semiconductor device according to the present invention preferably further comprises a Ti silicide formed between the TiO 2 layer and the base.
[0017]
A method for manufacturing a wiring according to the present invention includes the steps of: forming a Ti layer on an insulating film;
Introducing oxygen into the Ti layer;
Forming a TiN layer on the surface of the Ti layer;
Performing a heat treatment on the TiN layer and the Ti layer to form a TiO 2 layer under the TiN layer;
Removing the TiN layer;
Forming an Al alloy layer or an Al layer on the TiO 2 layer;
It is characterized by having.
[0018]
The wiring according to the present invention includes: a TiO 2 layer formed on an insulating film;
An Al alloy layer or an Al layer formed on the TiO 2 layer,
It is characterized by having.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. This method of manufacturing a semiconductor device includes a step of manufacturing a wiring.
[0020]
First, as shown in FIG. 1A, an insulating film 2 such as a silicon oxide film or a boro-phosphosilicate glass (BPSG) film is formed on a silicon substrate 1 by a CVD (chemical vapor deposition) method. Next, a photoresist film (not shown) is applied on the insulating film 2, and the photoresist film is exposed and developed, whereby a resist pattern is formed on the insulating film 2.
[0021]
Next, by using the resist pattern as a mask, the insulating film 2 is etched to form a contact hole 2 a as a connection hole located on the silicon substrate 1 in the insulating film 2. The etching at this time may be wet etching or dry etching. Next, a Ti layer 3 is formed in the contact hole 2a and on the insulating film 2 by sputtering.
[0022]
Next, oxygen 6 is introduced into the Ti layer 3. As an introduction method at this time, for example, oxygen may be introduced by supplying O 2 plasma to the surface of the Ti layer 3 or oxygen may be introduced by opening the Ti layer 3 to the atmosphere.
[0023]
Thereafter, as shown in FIG. 1B, the surface of the Ti layer is exposed to a nitriding atmosphere under reduced pressure, for example, a temperature of about 400 ° C. and an N 2 atmosphere, so that a thin TiN layer 4 is formed on the surface of the Ti layer. It is formed. Then, Ti layer and the temperature of the TiN layer 700 to 800 ° C., heat treatment such as annealing in N 2 atmosphere (e.g. lamp annealing or furnace annealing) performed. As a result, the Ti of the Ti layer diffuses into the silicon substrate 1, Ti silicide 3a is formed between the silicon substrate and the Ti layer, an ohmic contact between the silicon substrate and the Ti layer is formed, and the contact resistance is reduced. Can be lowered. At the same time, a TiO 2 layer 3b having a high barrier property is formed under the TiN layer 4, and the TiN layer 4 is stabilized. In this case, there is no introduction of extra oxygen to the TiO 2 layer 3b by TiN layer 4 becomes a barrier, it is possible to form a favorable TiO 2 layer 3b.
[0024]
Next, as shown in FIG. 1C, the TiN layer 4 is removed by dry etching. Since the TiN layer 4 is a high-resistance layer, the removal of the TiN layer 4 can suppress an increase in contact resistance with the wiring.
[0025]
Next, an Al alloy layer 5 as a conductive layer is deposited by sputtering in the contact hole 2a and on the TiO 2 layer 3b. Next, by patterning the Al alloy layer 5 and the TiO 2 layer 3b, an Al alloy wiring electrically connected to the silicon substrate 1 is formed on the insulating film 2. This Al alloy wiring has an Al alloy layer 5 and a TiO 2 layer 3b.
[0026]
The method for manufacturing a semiconductor device according to the above-described embodiment does not include a step of forming a TiN layer by reactive sputtering in which Ti reacts with N 2 while introducing nitrogen gas using a Ti target as in the related art. For this reason, no particles are generated in this step, so that the generation of particles when forming the wiring can be suppressed and the yield can be improved.
[0027]
Further, in the present embodiment, since a high-resistance TiN layer is not included in the Al alloy wiring unlike the related art, an increase in contact resistance can be suppressed, and a good contact can be obtained. The contact resistance is reduced because the Ti silicide 3a formed in the contact portion is a silicide having a low-resistance crystal structure (C54).
[0028]
Further, in the present embodiment, a TiO 2 layer 3b is formed between the Al alloy layer 5 and the insulating film 2, and this TiO 2 layer 3b has a high barrier against outgassing of H 2 O or the like from the insulating film. Have the property. Therefore, when the Al alloy layer 5 is formed, it is possible to suppress the outgas from entering the Al alloy layer. Thereby, good coverage of the Al alloy layer can be obtained without hindering the fluidity of Al. Therefore, a highly reliable Al alloy wiring can be formed.
[0029]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present invention. For example, in the present embodiment, the present invention is applied to the case where an Al alloy wiring is connected to a silicon substrate, but the case where the Al alloy wiring is connected to a silicon base (for example, a polysilicon film or an amorphous silicon film). It is also possible to apply the present invention.
[0030]
In this embodiment, the Al alloy layer 5 is used, but an Al layer can be used instead of the Al alloy layer.
[0031]
【Example】
2A to 2C, 3D, 3E, and 4 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
First, as shown in FIG. 2A, a device isolation film (not shown) is formed on the surface of the silicon substrate 1, and a gate oxide film 7 serving as a gate insulating film is formed on the silicon substrate 1 between the device isolation films. Is formed by a thermal oxidation method. As the element isolation film, a structure such as LOCOS, semi-recess LOCOS, and shallow trench can be used.
[0032]
Thereafter, a polycrystalline silicon film is deposited on gate oxide film 7 by a CVD method. Next, a photoresist film (not shown) is applied on the polycrystalline silicon film, and the photoresist film is exposed and developed to form a resist pattern on the polycrystalline silicon film. Thereafter, the polysilicon film is etched using this resist pattern as a mask, thereby forming gate electrode 10 made of polysilicon on gate oxide film 7.
[0033]
Next, impurity ions are implanted into the silicon substrate 1 using the gate electrode 10 and the element isolation film as a mask, and the silicon substrate 1 is subjected to a heat treatment. Thereby, diffusion layers 8 and 9 of the source / drain regions are formed in the source / drain regions of the silicon substrate 1 in a self-aligned manner.
[0034]
Next, as shown in FIG. 2B, an interlayer insulating film 11 made of a silicon oxide film and a BPSG film is formed on the entire surface including the gate electrode 10, the diffusion layers 8 and 9 of the source / drain regions and the element isolation film by CVD. It is deposited by the method. Thereafter, a photoresist film is applied on the interlayer insulating film 11, and the photoresist film is exposed and developed, so that a resist pattern 12 is formed on the interlayer insulating film 11.
[0035]
Next, as shown in FIG. 2C, the interlayer insulating film 11 and the gate oxide film 7 are etched using the resist pattern 12 as a mask, so that the gate electrode 10 and the source / drain regions Contact holes 11a to 11c located on diffusion layers 8 and 9 are formed. As a specific etching method at this time, an RIE type magnetron plasma etching apparatus shown in FIG. 8 is used, and a mixed gas of C 4 F 8 , O 2 , Ar, and CO is used as a process gas. Here, the flow rate of C 4 F 8 is preferably 5 to 30 sccm, the flow rate of O 2 is preferably 2 to 15 sccm, the flow rate of Ar is preferably 100 to 500 sccm, and the flow rate of CO is preferably 10 to 100 sccm.
[0036]
Next, as shown in FIG. 2D, after removing the resist pattern 12, a Ti layer 13 is formed in the contact holes 11a to 11c and on the interlayer insulating film 11 by sputtering. Next, oxygen 16 is introduced into the Ti layer 13. As an introduction method at this time, for example, oxygen may be introduced by supplying O 2 plasma to the surface of the Ti layer 13, or oxygen may be introduced by opening the Ti layer 13 to the atmosphere.
[0037]
Thereafter, as shown in FIG. 2E, the surface of the Ti layer is exposed to a nitriding atmosphere under reduced pressure, for example, a temperature of about 400 ° C. and an N 2 atmosphere, so that a thin TiN layer 14 is formed on the surface of the Ti layer. It is formed. Then, Ti layer and the temperature of the TiN layer 700 to 800 ° C., heat treatment such as annealing in N 2 atmosphere (e.g. lamp annealing or furnace annealing) performed. Thereby, Ti in the Ti layer diffuses into the silicon substrate 1, Ti silicide 13a is formed between the silicon substrate and the Ti layer, an ohmic contact between the silicon substrate and the Ti layer is formed, and the contact resistance is reduced. Can be lowered. At the same time, a TiO 2 layer 13b having a high barrier property is formed under the TiN layer 14, and the TiN layer 14 is stabilized. In this case, there is no introduction of extra oxygen to the TiO 2 layer 13b by TiN layer 14 serves as a barrier, it is possible to form a favorable TiO 2 layer 13b.
[0038]
Next, as shown in FIG. 4, the TiN layer 14 is removed by dry etching. Since the TiN layer 14 is a high-resistance layer, the removal of the TiN layer 14 can suppress an increase in contact resistance with the wiring.
[0039]
Next, an Al alloy layer 15 is deposited by sputtering in the contact hole and on the TiO 2 layer 13b. Next, by patterning the Al alloy layer 15 and the TiO 2 layer 13b, an Al alloy wiring (not shown) electrically connected to the silicon substrate 1 is formed on the interlayer insulating film 11. This Al alloy wiring has an Al alloy layer and a TiO 2 layer.
[0040]
The method of manufacturing a semiconductor device according to the above embodiment does not include a step of forming a TiN layer by reactive sputtering in which Ti reacts with N 2 while introducing nitrogen gas using a Ti target as in the related art. For this reason, no particles are generated in this step, so that generation of particles when forming a wiring can be suppressed.
[0041]
Further, in this embodiment, since the Al alloy wiring does not include the high-resistance TiN layer as in the related art, it is possible to suppress an increase in the contact resistance and obtain a good contact. The contact resistance is reduced because the Ti silicide 13a formed in the contact portion is a silicide having a low-resistance crystal structure (C54).
[0042]
In this embodiment, a TiO 2 layer 13 b is formed between the Al alloy layer 15 and the interlayer insulating film 11, and this TiO 2 layer 13 b is resistant to outgassing of H 2 O or the like from the interlayer insulating film 11. Has high barrier properties. Therefore, when the Al alloy layer 15 is formed, it is possible to suppress the outgas from entering the Al alloy layer. Thereby, good coverage of the Al alloy layer can be obtained without hindering the fluidity of Al. Therefore, a highly reliable Al alloy wiring can be formed.
[0043]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications without departing from the gist of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.
FIGS. 3D and 3E are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.
FIG. 4 is a sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1, 101: silicon substrate, 2, 102: insulating film, 2a, 102a: contact hole, 3, 13, 103: Ti layer, 3a, 13a, 103a: Ti silicide, 3b, 13b: TiO 2 layer, 4, 14 , 104 ... TiN layer,
5, 15, 105: Al alloy layer, 6, 16: oxygen, 7: gate oxide film,
8, 9: diffusion layer of source / drain region, 10: gate electrode, 11: interlayer insulating film, 11a to 11c: contact hole, 12: resist pattern

Claims (10)

シリコンからなる下地上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に、前記下地上に位置する接続孔を形成する工程と、
前記接続孔内及び前記絶縁膜上にTi層を形成する工程と、
前記Ti層に酸素を導入する工程と、
前記Ti層の表面にTiN層を形成する工程と、
前記TiN層及びTi層に加熱処理を行うことにより、該TiN層の下にTiO層を形成する工程と、
前記TiN層を除去する工程と、
前記TiO層上及び前記接続孔内に導電層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an insulating film on a base made of silicon;
Forming a connection hole located on the base in the insulating film;
Forming a Ti layer in the connection hole and on the insulating film;
Introducing oxygen into the Ti layer;
Forming a TiN layer on the surface of the Ti layer;
Performing a heat treatment on the TiN layer and the Ti layer to form a TiO 2 layer under the TiN layer;
Removing the TiN layer;
Forming a conductive layer on the TiO 2 layer and in the connection hole;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記導電層がAl合金層又はAl層であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the conductive layer is an Al alloy layer or an Al layer. 前記酸素を導入する工程は、Ti層にOプラズマを供給することにより酸素を導入する工程、又は、Ti層を大気に開放することにより酸素を導入する工程であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。Introducing said oxygen claims, characterized in that the Ti layer step introducing oxygen by supplying O 2 plasma or a step of introducing oxygen by opening the Ti layer to the air 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to 1 or 2. 前記TiN層を形成する工程は、減圧下の窒化雰囲気に前記Ti層の表面を曝すことにより、該Ti層の表面にTiN層を形成する工程であることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the step of forming the TiN layer is a step of forming a TiN layer on the surface of the Ti layer by exposing the surface of the Ti layer to a nitriding atmosphere under reduced pressure. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1. 前記TiO層を形成する工程は、該TiO層を形成すると共に該TiO層と前記下地との間にTiシリサイドを形成する工程であることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。The step of forming the TiO 2 layer are both of the preceding claims, characterized in that a step of forming a Ti silicide between said underlayer and said TiO 2 layer so as to form the TiO 2 layer 9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1. 前記導電層を形成する工程の後に、前記Al合金層又はAl層及び前記TiO層をパターニングすることにより、前記絶縁膜上にAl合金配線又はAl配線を形成する工程をさらに具備することを特徴とする請求項2〜5のうちいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。After the step of forming the conductive layer, the method further includes a step of forming an Al alloy wiring or an Al wiring on the insulating film by patterning the Al alloy layer or the Al layer and the TiO 2 layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein シリコンからなる下地と、
前記下地上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成され、前記下地上に位置する接続孔と、
前記接続孔内及び前記絶縁膜上に形成されたTiO層と、
前記TiO層上及び前記接続孔内に形成されたAl合金層又はAl層と、
を具備し、
前記Al合金層又はAl層及び前記TiO層により配線が構成されることを特徴とする半導体装置。
A base made of silicon,
An insulating film formed on the base,
A connection hole formed in the insulating film and located on the base;
A TiO 2 layer formed in the connection hole and on the insulating film;
An Al alloy layer or an Al layer formed on the TiO 2 layer and in the connection hole;
With
A semiconductor device, wherein a wiring is constituted by the Al alloy layer or the Al layer and the TiO 2 layer.
前記TiO層と前記下地との間に形成されたTiシリサイドをさらに具備することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 7, characterized in that it comprises further a Ti silicide formed between the base and the TiO 2 layer. 絶縁膜上にTi層を形成する工程と、
前記Ti層に酸素を導入する工程と、
前記Ti層の表面にTiN層を形成する工程と、
前記TiN層及びTi層に加熱処理を行うことにより、該TiN層の下にTiO層を形成する工程と、
前記TiN層を除去する工程と、
前記TiO層上にAl合金層又はAl層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする配線の製造方法。
Forming a Ti layer on the insulating film;
Introducing oxygen into the Ti layer;
Forming a TiN layer on the surface of the Ti layer;
Performing a heat treatment on the TiN layer and the Ti layer to form a TiO 2 layer under the TiN layer;
Removing the TiN layer;
Forming an Al alloy layer or an Al layer on the TiO 2 layer;
A method for manufacturing a wiring, comprising:
絶縁膜上に形成されたTiO層と、
前記TiO層上に形成されたAl合金層又はAl層と、
を具備することを特徴とする配線。
A TiO 2 layer formed on the insulating film,
An Al alloy layer or an Al layer formed on the TiO 2 layer,
A wiring comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010272898A (en) * 2005-01-21 2010-12-02 Toshiba Corp Method of manufacturing semiconductor device
US7939421B2 (en) 2009-07-08 2011-05-10 Nanya Technology Corp. Method for fabricating integrated circuit structures
CN106373882A (en) * 2015-07-21 2017-02-01 丰田自动车株式会社 Method for manufacturing semiconductor device
JP2018043425A (en) * 2016-09-15 2018-03-22 ローム株式会社 Thermal print head

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