JP2555754B2 - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
- Publication number
- JP2555754B2 JP2555754B2 JP2074033A JP7403390A JP2555754B2 JP 2555754 B2 JP2555754 B2 JP 2555754B2 JP 2074033 A JP2074033 A JP 2074033A JP 7403390 A JP7403390 A JP 7403390A JP 2555754 B2 JP2555754 B2 JP 2555754B2
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- Japan
- Prior art keywords
- heat treatment
- thin film
- layer
- tisi
- refractory metal
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば半導体製造プロセスにおいて内部配
線層を形成する場合に使用して好適な薄膜形成方法に関
するものである。
線層を形成する場合に使用して好適な薄膜形成方法に関
するものである。
一般に、高融点金属は、シリコンの半導体基板上で反
応して抵抗の低い高融点金属シリサイドが形成される
が、シリコン酸化膜上では高融点金属シリサイドが形成
されないという利点，すなわち自己整合的に高融点金属
シリサイドを形成できるという利点を有することから、
半導体装置の内部配線層としての薄膜を形成する場合に
広く使用されている。
応して抵抗の低い高融点金属シリサイドが形成される
が、シリコン酸化膜上では高融点金属シリサイドが形成
されないという利点，すなわち自己整合的に高融点金属
シリサイドを形成できるという利点を有することから、
半導体装置の内部配線層としての薄膜を形成する場合に
広く使用されている。
従来、この種の薄膜形成は第４図（ａ）〜（ｆ）に示
すような手順を経て行われている。これを同図に基づい
て説明する。先ず、第４図（ａ）に示すようにシリコン
基板１に予め堆積させたポリシリコンのパターン２を形
成し、このパターン２の側壁にシリコン酸化膜３を形成
する。次いで、スパッタリング装置等の薄膜形成装置に
よって同図（ｂ）に示すように全面に亘って例えばチタ
ン（Ti）等の高融点金属４を堆積させる。しかる後、枚
葉式の熱処理装置によって同図（ｃ）に示すように例え
ば窒素（N2）雰囲気あるいはアンモニア（NH3）雰囲気
等の窒化雰囲気中で800℃以下の熱処理を施す。この熱
処理によって生成する結晶学的に不安定なTiSix層5,未
反応層としてのTi層６およびTiN層７を同図（ｄ）に示
すように硫酸と過酸化水素水の混合液によって除去す
る。そして、シリコン基板１およびパターン２上に残留
するTiSix層５に対して枚葉式の熱処理装置であるラン
プアニールによって窒化雰囲気中で800℃以上の熱処理
を施すことにより、同図（ｅ）に示すように結晶学的に
安定で，かつ比抵抗の小さいTiSi2層８を形成してか
ら、同図（ｆ）に示すように層間絶縁膜９を堆積させて
炉内で800℃以上の高温で30分間以上の焼きしめ処理を
施す。
すような手順を経て行われている。これを同図に基づい
て説明する。先ず、第４図（ａ）に示すようにシリコン
基板１に予め堆積させたポリシリコンのパターン２を形
成し、このパターン２の側壁にシリコン酸化膜３を形成
する。次いで、スパッタリング装置等の薄膜形成装置に
よって同図（ｂ）に示すように全面に亘って例えばチタ
ン（Ti）等の高融点金属４を堆積させる。しかる後、枚
葉式の熱処理装置によって同図（ｃ）に示すように例え
ば窒素（N2）雰囲気あるいはアンモニア（NH3）雰囲気
等の窒化雰囲気中で800℃以下の熱処理を施す。この熱
処理によって生成する結晶学的に不安定なTiSix層5,未
反応層としてのTi層６およびTiN層７を同図（ｄ）に示
すように硫酸と過酸化水素水の混合液によって除去す
る。そして、シリコン基板１およびパターン２上に残留
するTiSix層５に対して枚葉式の熱処理装置であるラン
プアニールによって窒化雰囲気中で800℃以上の熱処理
を施すことにより、同図（ｅ）に示すように結晶学的に
安定で，かつ比抵抗の小さいTiSi2層８を形成してか
ら、同図（ｆ）に示すように層間絶縁膜９を堆積させて
炉内で800℃以上の高温で30分間以上の焼きしめ処理を
施す。
ところで、この種の薄膜形成方法においては、シリコ
ン基板１に対するTiSi2層８の形成後に層間絶縁膜９を
堆積させてから窒化雰囲気中で熱処理を施す手法が採用
されており、この際TiSi2層８自体がもつ引張応力によ
って第４図（ｆ）にＡで示すように凝集して不連続とな
り、内部配線層として抵抗の低い薄膜を得ることができ
ないという問題があった。
ン基板１に対するTiSi2層８の形成後に層間絶縁膜９を
堆積させてから窒化雰囲気中で熱処理を施す手法が採用
されており、この際TiSi2層８自体がもつ引張応力によ
って第４図（ｆ）にＡで示すように凝集して不連続とな
り、内部配線層として抵抗の低い薄膜を得ることができ
ないという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、層
間絶縁膜の堆積後に熱処理を施しても高融点金属シリサ
イドの凝集を抑制することができ、もって内部配線層と
して抵抗の低い薄膜を得ることができる薄膜形成方法を
提供するものである。
間絶縁膜の堆積後に熱処理を施しても高融点金属シリサ
イドの凝集を抑制することができ、もって内部配線層と
して抵抗の低い薄膜を得ることができる薄膜形成方法を
提供するものである。
本発明に係る薄膜形成方法は、シリコン系の半導体基
板上に高融点金属を堆積させ、次に窒化雰囲気中で第１
の熱処理を施した後、この熱処理によって生成される高
融点金属シリサイド，窒化物および未反応物のうち窒化
物と未反応物を除去してから酸化雰囲気中で第２の熱処
理を施すものである。
板上に高融点金属を堆積させ、次に窒化雰囲気中で第１
の熱処理を施した後、この熱処理によって生成される高
融点金属シリサイド，窒化物および未反応物のうち窒化
物と未反応物を除去してから酸化雰囲気中で第２の熱処
理を施すものである。
本発明においては、第２の熱処理によって結晶学的に
安定した高融点金属シリサイドが形成されると共に、こ
の高融点金属シリサイドを覆う酸化膜が形成される。
安定した高融点金属シリサイドが形成されると共に、こ
の高融点金属シリサイドを覆う酸化膜が形成される。
以下、本発明における薄膜形成方法につき、第１図
（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。
（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。
先ず、同図（ａ）に示すようにシリコン基板11上に予
め堆積させたポリシリコンのパターン12を形成し、この
パターン12の側壁にシリコン酸化膜13を形成する。次い
で、スパッタリング装置等の薄膜形成装置によって同図
（ｂ）に示すように全面に亘って例えばチタン（Ti）等
の高融点金属14を堆積させる。しかる後、枚葉式の熱処
理装置によって同図（ｃ）に示すように800℃以下の窒
化雰囲気中で第１の熱処理を施す。この場合、熱処理装
置としては例えば第２図に示すようなランプアニール装
置が使用される。同図において、符号31は石英チャンバ
ー、32は石英支持台、33はハロゲンランプである。この
熱処理によって生成する結晶学的に不安定なTiSix層15,
未反応層としてのTi層16およびTiN層17（シリコン，ポ
リシリコン上にはTiN,未反応Ti,混晶状態のTiSixが存在
し、またシリコン酸化膜上にはTiN,未反応Tiが存在す
る）を同図（ｄ）に示すように硫酸と過酸化水素水の混
合液によって除去する。そして、シリコン基板11および
パターン12上に残留するTiSix層15に対して枚葉式の熱
処理装置としてのランプアニール装置によって800℃以
上の酸化雰囲気中で第２の熱処理を施すことにより、同
図（ｅ）に示すように結晶学的に安定で、かつ比抵抗の
小さいTiSi2層18を形成すると共に、このTiSi2層18上に
酸化膜19を形成してから、同図（ｆ）に示すように層間
絶縁膜20を堆積させて炉内で800℃以上の高温で30分間
以上の焼きしめ処理を施す。
め堆積させたポリシリコンのパターン12を形成し、この
パターン12の側壁にシリコン酸化膜13を形成する。次い
で、スパッタリング装置等の薄膜形成装置によって同図
（ｂ）に示すように全面に亘って例えばチタン（Ti）等
の高融点金属14を堆積させる。しかる後、枚葉式の熱処
理装置によって同図（ｃ）に示すように800℃以下の窒
化雰囲気中で第１の熱処理を施す。この場合、熱処理装
置としては例えば第２図に示すようなランプアニール装
置が使用される。同図において、符号31は石英チャンバ
ー、32は石英支持台、33はハロゲンランプである。この
熱処理によって生成する結晶学的に不安定なTiSix層15,
未反応層としてのTi層16およびTiN層17（シリコン，ポ
リシリコン上にはTiN,未反応Ti,混晶状態のTiSixが存在
し、またシリコン酸化膜上にはTiN,未反応Tiが存在す
る）を同図（ｄ）に示すように硫酸と過酸化水素水の混
合液によって除去する。そして、シリコン基板11および
パターン12上に残留するTiSix層15に対して枚葉式の熱
処理装置としてのランプアニール装置によって800℃以
上の酸化雰囲気中で第２の熱処理を施すことにより、同
図（ｅ）に示すように結晶学的に安定で、かつ比抵抗の
小さいTiSi2層18を形成すると共に、このTiSi2層18上に
酸化膜19を形成してから、同図（ｆ）に示すように層間
絶縁膜20を堆積させて炉内で800℃以上の高温で30分間
以上の焼きしめ処理を施す。
このようにして、内部配線層としての薄膜を形成する
ことができる。
ことができる。
すなわち、本実施例においては、第２の熱処理によっ
て結晶学的に安定した高融点金属シリサイド（TiSi2層1
8）が形成されると共に、この高融点金属シリサイドを
覆う酸化膜19が形成されるから、層間絶縁膜20の堆積後
に熱処理（焼きしめ）を試料に施しても高融点金属シリ
サイドの凝集を抑制することができるのである。
て結晶学的に安定した高融点金属シリサイド（TiSi2層1
8）が形成されると共に、この高融点金属シリサイドを
覆う酸化膜19が形成されるから、層間絶縁膜20の堆積後
に熱処理（焼きしめ）を試料に施しても高融点金属シリ
サイドの凝集を抑制することができるのである。
このことは、第３図に示す実験結果によっても理解す
ることができる。同図中、実線はTiSix層15に酸素雰囲
気中で熱処理を施した場合で、破線は窒素雰囲気中で熱
処理を施した場合である。ここで、横軸および縦軸は工
程時とシート抵抗値を示す。また、はランプアニール
によるTiSi2層18を形成した後の時点、は層間絶縁膜2
0の焼きしめ処理を900℃,90分の窒素雰囲気中で施した
後の時点である。
ることができる。同図中、実線はTiSix層15に酸素雰囲
気中で熱処理を施した場合で、破線は窒素雰囲気中で熱
処理を施した場合である。ここで、横軸および縦軸は工
程時とシート抵抗値を示す。また、はランプアニール
によるTiSi2層18を形成した後の時点、は層間絶縁膜2
0の焼きしめ処理を900℃,90分の窒素雰囲気中で施した
後の時点である。
なお、本実施例においては、TiSi2層18の形成時の熱
処理にランプアニール装置を使用する例を示したが、本
発明はバッチ処理タイプの炉（図示せず）を使用しても
何等差し支えない。
処理にランプアニール装置を使用する例を示したが、本
発明はバッチ処理タイプの炉（図示せず）を使用しても
何等差し支えない。
また、本実施例においては、高融点金属としてTi（チ
タン）を使用する例を示したが、本発明はこの他Co（コ
バルト）,Pt（プラチナ）,Pd（パラジウム,Ni（ニッケ
ル）,Mo（モリブデン）,Nb（ニオブ）あるいはＷ（タン
グステン）を使用してもよく、その種類は適宜変更する
ことができる。
タン）を使用する例を示したが、本発明はこの他Co（コ
バルト）,Pt（プラチナ）,Pd（パラジウム,Ni（ニッケ
ル）,Mo（モリブデン）,Nb（ニオブ）あるいはＷ（タン
グステン）を使用してもよく、その種類は適宜変更する
ことができる。
さらに、本実施例においては、TiSi2層18の形成をシ
リコン基板あるいはポリシリコン上に対して行う場合を
示したが、アモルファスシリコン上にも実施例と同様に
して行うことができる。
リコン基板あるいはポリシリコン上に対して行う場合を
示したが、アモルファスシリコン上にも実施例と同様に
して行うことができる。
以上説明したように本発明によれば、シリコン系の半
導体基板上に高融点金属を堆積させ、次に窒化雰囲気中
で第１の熱処理を施した後、この熱処理によって生成さ
れる高融点金属シリサイド，窒化物および未反応物のう
ち窒化物と未反応物を除去してから酸化雰囲気中で第２
の熱処理を施すので、第２の熱処理によって結晶学的に
安定した高融点金属シリサイドを形成することができる
と共に、この高融点金属シリサイドを覆う酸化膜を形成
することができる。したがって、層間絶縁膜の堆積後に
焼きしめによる熱処理を試料に施しても高融点金属シリ
サイドの凝集を抑制することができるから、内部配線層
として抵抗の低い薄膜を確実に得ることができる。
導体基板上に高融点金属を堆積させ、次に窒化雰囲気中
で第１の熱処理を施した後、この熱処理によって生成さ
れる高融点金属シリサイド，窒化物および未反応物のう
ち窒化物と未反応物を除去してから酸化雰囲気中で第２
の熱処理を施すので、第２の熱処理によって結晶学的に
安定した高融点金属シリサイドを形成することができる
と共に、この高融点金属シリサイドを覆う酸化膜を形成
することができる。したがって、層間絶縁膜の堆積後に
焼きしめによる熱処理を試料に施しても高融点金属シリ
サイドの凝集を抑制することができるから、内部配線層
として抵抗の低い薄膜を確実に得ることができる。
第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明に係る薄膜形成方法を説
明するための断面図、第２図は同じく本発明における薄
膜形成方法に使用するランプアニール装置を示す断面
図、第３図はTiSix層に酸素雰囲気中で熱処理を施した
場合と窒素雰囲気中で熱処理を施した場合の実験結果を
示す図、第４図（ａ）〜（ｆ）は従来の薄膜形成方法を
説明するための断面図である。 11……シリコン基板、12……ポリシリコン、13……シリ
コン酸化膜、14……高融点金属、15……TiSix層、16…
…Ti層、17……TiN層、18……TiSi2層、19……酸化膜、
20……層間絶縁膜。
明するための断面図、第２図は同じく本発明における薄
膜形成方法に使用するランプアニール装置を示す断面
図、第３図はTiSix層に酸素雰囲気中で熱処理を施した
場合と窒素雰囲気中で熱処理を施した場合の実験結果を
示す図、第４図（ａ）〜（ｆ）は従来の薄膜形成方法を
説明するための断面図である。 11……シリコン基板、12……ポリシリコン、13……シリ
コン酸化膜、14……高融点金属、15……TiSix層、16…
…Ti層、17……TiN層、18……TiSi2層、19……酸化膜、
20……層間絶縁膜。
Claims (1)
- 【請求項１】シリコン系の半導体基板上に高融点金属を
堆積させ、次に窒化雰囲気中で第１の熱処理を施した
後、この熱処理によって生成される高融点金属シリサイ
ド，窒化物および未反応物のうち窒化物と未反応物を除
去してから酸化雰囲気中で第２の熱処理を施すことを特
徴とする薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2074033A JP2555754B2 (ja) | 1989-03-23 | 1990-03-22 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7312389 | 1989-03-23 | ||
| JP1-73123 | 1989-03-23 | ||
| JP2074033A JP2555754B2 (ja) | 1989-03-23 | 1990-03-22 | 薄膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0316134A JPH0316134A (ja) | 1991-01-24 |
| JP2555754B2 true JP2555754B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=26414271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2074033A Expired - Lifetime JP2555754B2 (ja) | 1989-03-23 | 1990-03-22 | 薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2555754B2 (ja) |
-
1990
- 1990-03-22 JP JP2074033A patent/JP2555754B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0316134A (ja) | 1991-01-24 |
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