JP3129251B2 - Contact plug formation method - Google Patents

Contact plug formation method

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JP3129251B2
JP3129251B2 JP09254593A JP25459397A JP3129251B2 JP 3129251 B2 JP3129251 B2 JP 3129251B2 JP 09254593 A JP09254593 A JP 09254593A JP 25459397 A JP25459397 A JP 25459397A JP 3129251 B2 JP3129251 B2 JP 3129251B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、コンタクトプラ
グ形成方法に係り、詳しくは、化学的気相成長(CV
D;Chemical Vapor Depositi
on)法を用いて、LSI等の半導体装置におけるコン
タクトプラグを形成するコンタクトプラグ形成方法に関
する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method of forming a contact plug, and more particularly, to a method of forming a chemical vapor deposition (CV).
D; Chemical Vapor Depositi
The present invention relates to a contact plug forming method for forming a contact plug in a semiconductor device such as an LSI by using the (on) method.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体装置は、近年、高集積
化が進められ、これに伴って素子の微細化が行われてき
ており、コンタクトプラグのサイズ(コンタクトサイ
ズ)も縮小化が進んでいる。一方、層間絶縁膜の膜厚
は、シリコン(Si)基板上に形成される容量部の構造
の複雑化やCMP(Chemical and Mechanical Polishin
g)法等による層間絶縁膜の平坦化により逆に厚くなる
傾向にある。このため、コンタクトサイズ(横寸法)と
コンタクトホールの深さ(縦寸法)の比を表すアスペク
ト比(aspect ratio)は、例えば、メモリ容量が4Mbit
のDRAMの場合は2程度しかないが、メモリ容量が2
56MbitのDRAMの場合には4以上にもなってしま
う。このようにアスペクト比が増大すると、それに対応
して、良好な段差被覆性(ステップカバレッジ)でコン
タクトホールを埋め込んでコンタクトプラグを形成する
技術が必要になってくる。
2. Description of the Related Art In recent years, high integration of semiconductor devices such as LSIs has been advanced, and along with this, elements have been miniaturized, and the size (contact size) of contact plugs has also been reduced. I have. On the other hand, the thickness of the interlayer insulating film depends on the complexity of the structure of the capacitor formed on the silicon (Si) substrate and the CMP (Chemical and Mechanical Polishing).
On the other hand, the interlayer insulating film tends to be thicker by flattening the interlayer insulating film by the method g) or the like. For this reason, the aspect ratio representing the ratio of the contact size (horizontal dimension) to the contact hole depth (vertical dimension) is, for example, a memory capacity of 4 Mbit.
DRAM has only about two, but the memory capacity is 2
In the case of a 56 Mbit DRAM, the number is 4 or more. When the aspect ratio increases in this manner, a technique for forming a contact plug by filling a contact hole with good step coverage (step coverage) is required.

【0003】この要求に応える方法として、ステップカ
バレッジの優れたCVD法によりタングステン(W)膜
をシリコン基板全面に形成し、コンタクトプラグを形成
する方法が広く使用されている。また、この方法に代わ
るものとして、W膜よりも比抵抗の低いアルミニウム
(Al)膜や銅(Cu)膜をCVD法により形成し、コ
ンタクトプラグを形成する方法も、近年検討されてい
る。このように、W膜、Al膜やCu膜をCVD法によ
りシリコン基板全面に形成し、コンタクトプラグを形成
する場合、通常、層間絶縁膜であるシリコン酸化(Si
2)膜との密着性を改善したり、コンタクトプラグを
形成するためにCVD法で用いる原料ガスとシリコン基
板との反応によって生じる相互拡散に基づく接合破壊を
防止するために、下地として障壁金属(バリヤメタル)
膜を形成する必要がある。
As a method for meeting this demand, a method of forming a contact plug by forming a tungsten (W) film on the entire surface of a silicon substrate by a CVD method having excellent step coverage is widely used. As an alternative to this method, a method of forming a contact plug by forming an aluminum (Al) film or a copper (Cu) film having a lower specific resistance than the W film by a CVD method has been studied in recent years. As described above, when a W film, an Al film or a Cu film is formed on the entire surface of a silicon substrate by a CVD method and a contact plug is formed, usually, a silicon oxide (Si
In order to improve the adhesion to the O 2 ) film and to prevent junction breakdown due to mutual diffusion caused by a reaction between a silicon substrate and a source gas used in a CVD method for forming a contact plug, a barrier metal is used as a base. (Barrier metal)
It is necessary to form a film.

【0004】以下、図3を参照して、従来におけるコン
タクトプラグ形成方法について、説明する。まず、シリ
コン基板上1に層間絶縁膜2を形成した後、レジスト塗
布、露光、ドライエッチング及びレジスト剥離の工程を
経てコンタクトホール3を形成する。次に、コンタクト
抵抗を低減するために、チタン(Ti)シリサイド膜4
をコンタクトホール3内にCVD法により形成した後、
W膜形成の原料ガスである六フッ化タングステン(WF
6)とシリコン基板1との反応によって生じる接合破壊
防止のために、バリヤメタル膜として窒化チタン(Ti
N)膜5を形成する。このTiN膜5の形成方法として
は、従来では、スパッタ法が広く用いられてきたが、ア
スペクト比が増大するに伴いステップカバレッジの良好
でないスパッタ法では対応できなくなったため、近年C
VD法を用いることが検討されている。次に、CVD法
により、W膜をシリコン基板1全面に形成し、コンタク
トホール3を埋め込んでコンタクトプラグ7を形成した
後、コンタクトプラグ7以外のW膜をエッチングにより
除去(エッチバック)する。そして、スパッタ法によ
り、Ti膜8、TiN膜9、AlCu膜10及びTiN
膜11を順次形成した後、ホトリゾグラフィ技術とエッ
チング技術により配線パターンを形成する。
Hereinafter, a conventional method for forming a contact plug will be described with reference to FIG. First, after an interlayer insulating film 2 is formed on a silicon substrate 1, a contact hole 3 is formed through steps of resist coating, exposure, dry etching, and resist peeling. Next, in order to reduce the contact resistance, a titanium (Ti) silicide film 4 is formed.
Is formed in the contact hole 3 by the CVD method,
Tungsten hexafluoride (WF) which is a raw material gas for W film formation
6 ) As a barrier metal film, titanium nitride (Ti)
N) The film 5 is formed. Conventionally, a sputtering method has been widely used as a method for forming the TiN film 5. However, as the aspect ratio has increased, the sputtering method with poor step coverage cannot be used.
The use of the VD method has been studied. Next, a W film is formed on the entire surface of the silicon substrate 1 by the CVD method, the contact hole 3 is buried to form a contact plug 7, and then the W film other than the contact plug 7 is removed by etching (etch back). Then, the Ti film 8, the TiN film 9, the AlCu film 10, and the TiN
After the films 11 are sequentially formed, a wiring pattern is formed by photolithography and etching.

【0005】ところで、コンタクトサイズが縮小化され
ても、バリヤメタル膜として必要なTiN膜5の膜厚は
変わらないため、図4に示すように、コンタクトプラグ
7の体積に占めるW膜6の割合はコンタクトサイズの縮
小化と共に低くなっていく傾向にある。図4において
は、層間絶縁膜2の膜厚は2.0μmであり、曲線a〜
dは、バリヤメタル膜としてのTiN膜5の膜厚がそれ
ぞれ50nm、100nm、300nm及び500nmの場合で
ある。例えば、TiN膜5の膜厚が100nm(曲線b)
の場合、コンタクトサイズが0.2μm以下のコンタク
トプラグ7では、TiN膜5によりコンタクトホール3
が完全に埋め込まれてしまう。また、TiN膜5の膜厚
が50nm(曲線a)の場合、コンタクトサイズが0.2
μmのコンタクトプラグ7では、コンタクトプラグ7の
7割以上はTiN膜が占め、コンタクトサイズが0.1
μmのコンタクトプラグ7では、TiN膜5によりコン
タクトホール3が完全に埋め込まれてしまう。このよう
な問題は、選択CVD法を用いてコンタクトプラグ7を
形成する技術を除くと、W、Al、あるいはCuといっ
た膜材料によらずに発生する。
By the way, even if the contact size is reduced, the thickness of the TiN film 5 required as a barrier metal film does not change, so that the ratio of the W film 6 to the volume of the contact plug 7 is reduced as shown in FIG. It tends to decrease as the contact size decreases. In FIG. 4, the thickness of the interlayer insulating film 2 is 2.0 μm, and the curves a to
d is the case where the thickness of the TiN film 5 as the barrier metal film is 50 nm, 100 nm, 300 nm and 500 nm, respectively. For example, the thickness of the TiN film 5 is 100 nm (curve b).
In the case of the contact plug 7 having a contact size of 0.2 μm or less, the contact hole 3 is formed by the TiN film 5.
Is completely embedded. When the thickness of the TiN film 5 is 50 nm (curve a), the contact size is 0.2
In the contact plug 7 of μm, 70% or more of the contact plug 7 is occupied by the TiN film, and the contact size is 0.1%.
In the μm contact plug 7, the contact hole 3 is completely buried by the TiN film 5. Such a problem occurs irrespective of the film material such as W, Al, or Cu, except for the technique of forming the contact plug 7 using the selective CVD method.

【0006】そこで、コンタクトサイズの縮小化に進む
に従って、例えば、K. Ohto, K.Urabe, T. Taguwa, S.
Chikaki, T. Kikkawa, International Electron Device
s Meeting Technical Digest 1996, IEEE, pp. 361-364
に開示されているように、従来バリヤメタル膜として用
いてきたTiN膜によってコンタクトプラグを形成する
方法が近年検討されている。CVD法を用いた代表的な
TiN膜の形成方法としては、原料ガスとして四塩化チ
タン(TiCl4)及びアンモニア(NH3)を用いた減
圧(LP)CVD(Low Pressure CVD)法が広く検
討されている。この方法を用いて形成したTiN膜は、
アスペクト比が5のコンタクトプラグでも100%近い
ステップカバレッジを得ることができる。
Therefore, as the contact size is reduced, for example, K. Ohto, K. Urabe, T. Taguwa, S.
Chikaki, T. Kikkawa, International Electron Device
s Meeting Technical Digest 1996, IEEE, pp. 361-364
In recent years, a method of forming a contact plug using a TiN film conventionally used as a barrier metal film has been studied. As a typical method of forming a TiN film using a CVD method, a low pressure (LP) CVD (Low Pressure CVD) method using titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and ammonia (NH 3 ) as a source gas has been widely studied. ing. The TiN film formed using this method is:
Even with a contact plug having an aspect ratio of 5, step coverage close to 100% can be obtained.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したT
iN膜によってコンタクトプラグを形成する従来の方法
においては、形成したTiN膜の膜内の残留塩素(C
l)の除去と比抵抗の低減のために、膜形成時の温度を
600゜C以上にする必要があると共に、膜ストレス
(引っ張り応力)が約2×1010dyne/cm2と高い。それ
にもかかわらず、TiN膜形成後、シリコン基板を一旦
冷却してCVD装置から取り出し、エッチング装置その
他の装置でエッチバック等の後処理をしている。
The above-mentioned T
In a conventional method of forming a contact plug using an iN film, the residual chlorine (C
In order to remove 1) and reduce the specific resistance, the temperature at the time of film formation needs to be 600 ° C. or higher, and the film stress (tensile stress) is as high as about 2 × 10 10 dyne / cm 2 . Nevertheless, after the formation of the TiN film, the silicon substrate is once cooled and taken out of the CVD apparatus, and post-processing such as etch-back is performed by an etching apparatus or another apparatus.

【0008】このため、コンタクトサイズの大きいコン
タクトプラグを形成するために膜厚が厚いTiN膜を形
成した場合、エッチバック等の後処理をするためにシリ
コン基板を冷却すると、その際の熱収縮により、図5
(a)に示すように、TiN膜5の表面にクラックが入
ったり、TiN膜5が剥がれたりしてしまう。特に、T
iN膜5の表面にクラックが入った場合、TiN膜5を
エッチバックすると、図5(b)に示すように、クラッ
クの模様が層間絶縁膜2に転写されてしまう。これによ
り、層間絶縁膜2にもクラックが入ってしまう虞があっ
た。従って、コンタクトサイズの大きいコンタクトプラ
グを形成できないという欠点があった。
For this reason, when a thick TiN film is formed in order to form a contact plug having a large contact size, when the silicon substrate is cooled for post-processing such as etch-back, heat shrinkage occurs at that time. , FIG.
As shown in (a), the surface of the TiN film 5 is cracked or the TiN film 5 is peeled off. In particular, T
When a crack is formed on the surface of the iN film 5 and the TiN film 5 is etched back, the pattern of the crack is transferred to the interlayer insulating film 2 as shown in FIG. As a result, there is a possibility that the interlayer insulating film 2 may be cracked. Therefore, there is a disadvantage that a contact plug having a large contact size cannot be formed.

【0009】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、TiN膜によってコンタクトプラグを形成する
場合、膜表面にクラックが入ったり、膜が剥がれたりせ
ず、コンタクトサイズの大きいコンタクトプラグを形成
できるコンタクトプラグ形成方法及びその装置を提供す
ることを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and when a contact plug is formed by a TiN film, a contact plug having a large contact size is prevented without cracking or peeling of the film surface. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for forming a contact plug that can be formed.

【0010】上記課題を解決するために、請求項1記載
の発明は、コンタクトプラグ形成方法に係り、シリコン
基板上に絶縁膜を形成する第1の工程と、上記絶縁膜の
所望の場所にコンタクトホールを形成する第2の工程
と、プラズマCVD法を用いて所定の温度で上記コンタ
クトホールを埋め尽くすように全面に窒化チタン膜を形
成する第3の工程と、上記第3の工程に引き続いて上記
所定の温度を保持したままで上記絶縁膜が露呈するまで
上記窒化チタン膜をプラズマエッチングする第4の工程
と、上記第4の工程が終了した後に上記シリコン基板を
アニール処理する第5の工程とを有し、上記第3乃至第
5の工程は同一の筐体内で行うことを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for forming a contact plug, comprising: a first step of forming an insulating film on a silicon substrate; A second step of forming a hole, a third step of forming a titanium nitride film on the entire surface so as to completely fill the contact hole at a predetermined temperature by using a plasma CVD method, and a step subsequent to the third step. A fourth step of plasma etching the titanium nitride film until the insulating film is exposed while maintaining the predetermined temperature, and a fifth step of annealing the silicon substrate after the fourth step is completed. And the third to fifth steps are performed in the same housing.

【0011】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載のコンタクトプラグ形成方法に係り、上記第3の工程
の前に、上記シリコン基板の上記コンタクトホールに露
呈した表面にチタンシリサイド膜を形成する第6の工程
を有することを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the contact plug forming method according to the first aspect, wherein a titanium silicide film is formed on a surface of the silicon substrate exposed to the contact hole before the third step. It has a sixth step of forming.

【0012】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載のコンタクトプラグ形成方法に係り、上記第3の工程
では、原料ガスとして四塩化チタン及びアンモニアを用
いてCVD法により上記窒化チタン膜を形成し、上記第
4の工程では、エッチングガスとして塩素又はフッ素を
構成要素とするガスを用いてプラズマエッチング法によ
り上記窒化チタン膜を除去することを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the contact plug forming method according to the first or second aspect, wherein in the third step, the titanium nitride film is formed by a CVD method using titanium tetrachloride and ammonia as a source gas. In the fourth step, the titanium nitride film is removed by a plasma etching method using a gas containing chlorine or fluorine as an etching gas.

【0013】請求項4記載の発明は、請求項3記載のコ
ンタクトプラグ形成方法に係り、上記第3及び第4の工
程では、上記原料ガス又は上記エッチングガスと共に、
希ガスも用いることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the contact plug forming method according to the third aspect, wherein in the third and fourth steps, together with the raw material gas or the etching gas,
It is characterized in that a rare gas is also used.

【0014】請求項5記載の発明は、請求項3又は4記
載のコンタクトプラグ形成方法に係り、上記エッチング
ガスは、塩素、三塩化ホウ素、六フッ化イオウ、六フッ
化エタン、三フッ化窒素又は四フッ化メタン、あるいは
これらの任意の2以上の混合からなることを特徴として
いる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the contact plug forming method according to the third or fourth aspect, wherein the etching gas is chlorine, boron trichloride, sulfur hexafluoride, ethane hexafluoride, nitrogen trifluoride. Or methane tetrafluoride, or a mixture of any two or more of these.

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【作用】この発明の構成によれば、同一筐体内で窒化チ
タン膜の形成、窒化チタン膜のエッチバック及びアニー
ル処理が連続して行われるので、膜表面にクラックが入
ったり、膜が剥がれたりせず、コンタクトサイズの大き
いコンタクトプラグを窒化チタン膜により形成すること
ができる。
According to the structure of the present invention, the formation of the titanium nitride film, the etch-back of the titanium nitride film, and the annealing process are continuously performed in the same housing, so that the film surface may be cracked or the film may be peeled off. Instead, a contact plug having a large contact size can be formed of a titanium nitride film.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。図1は、この発明の一実施例であるコ
ンタクトプラグ形成方法を示す工程図である。以下、順
を追ってその製造工程を説明する。まず、シリコン基板
上21に膜厚1.0μmの層間絶縁膜22を形成した
後、レジストを塗布し、露光によりコンタクトホールの
レジストパターンを形成する。次に、ドライエッチング
によりシリコン基板21の拡散層領域上にコンタクトホ
ール23を形成した後、レジストを剥離する(図1
(a)参照)。次に、コンタクト抵抗を低減するため
に、Tiシリサイド膜24をコンタクトホール23内に
CVD法により形成する(図1(b)参照)。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The description will be made specifically using an embodiment. FIG. 1 is a process chart showing a contact plug forming method according to one embodiment of the present invention. Hereinafter, the manufacturing process will be described step by step. First, a 1.0 μm-thick interlayer insulating film 22 is formed on a silicon substrate 21, a resist is applied, and a resist pattern of a contact hole is formed by exposure. Next, after forming a contact hole 23 on the diffusion layer region of the silicon substrate 21 by dry etching, the resist is removed (FIG. 1).
(A)). Next, in order to reduce the contact resistance, a Ti silicide film 24 is formed in the contact hole 23 by a CVD method (see FIG. 1B).

【0020】次に、図2に示すコンタクトプラグ形成装
置を用いてコンタクトプラグを形成する。図2に示すコ
ンタクトプラグ形成装置は、平行平板型のプラズマ発生
源41を有するCVD装置によって構成されている。ま
ず、コンタクトプラグ形成装置の筐体42内部に設置さ
れたサセプタ43上に、図1(a)に示す工程を経たシ
リコン基板をターゲット44として載置した後、真空ポ
ンプ等の減圧手段(図示略)により筐体42内部の圧力
を20Torrまで減圧すると共に、サセプタ43内部に設
けられたヒータ45でサセプタ43を加熱することによ
り、間接的にターゲット44を650゜Cに加熱する。
Next, a contact plug is formed using the contact plug forming apparatus shown in FIG. The contact plug forming apparatus shown in FIG. 2 is constituted by a CVD apparatus having a parallel plate type plasma generating source 41. First, a silicon substrate that has undergone the process shown in FIG. 1A is placed as a target 44 on a susceptor 43 installed inside a housing 42 of a contact plug forming apparatus, and then decompression means such as a vacuum pump (not shown). ), The pressure inside the housing 42 is reduced to 20 Torr, and the target 44 is indirectly heated to 650 ° C. by heating the susceptor 43 with the heater 45 provided inside the susceptor 43.

【0021】この状態で、原料ガスとして、40sccm
(standard cubic centimeter per minute)のTiCl
4及び60sccmのNH3を、希ガスとして、3000sccm
のN2を、それぞれ質量流量制御器(マスフローコント
ローラ、MFC; Mass Flow Controller)46a及び
MFC46bにより質量流量制御した後、シャワーヘッ
ド47により筐体42内部にシャワー状に噴出すること
により、ターゲット44全面に膜厚300nmのTiN膜
25を形成し、コンタクトホール23を埋め込んでコン
タクトプラグ26を形成する。
In this state, as a source gas, 40 sccm
(Standard cubic centimeter per minute) TiCl
4 and 60 sccm NH 3 as a rare gas, 3000 sccm
Of N 2, respectively mass flow controllers (MFC, MFC; Mass Flow Controller) after the mass flow rate controlled by 46a and MFC46b, by ejecting like a shower in the housing 42 by the shower head 47, the target 44 over the entire surface Then, a 300 nm-thick TiN film 25 is formed, and the contact holes 23 are buried to form contact plugs 26.

【0022】次に、この筐体42内部でターゲット44
の温度を650゜Cに保持したまま、筐体42内部の圧
力を5Torrまで減圧した後、エッチングガスとして10
0sccmのCl2を、希ガスとして100sccmのHeを、
それぞれMFC46c及びMFC46bにより質量流量
制御し、シャワーヘッド47により筐体42内部にシャ
ワー状に噴出する。そして、ガス圧力が安定したところ
で、プラズマ発生源41に電源を投入し、サセプタ43
とシャワーヘッド47との間に高周波電力を印加し、筐
体42内にプラズマを発生させ、高周波(RF)パワー
を500Wにまで上昇させることにより、コンタクトプ
ラグ26以外のTiN膜25をエッチバックする。
Next, a target 44 is set inside the housing 42.
After the pressure inside the housing 42 was reduced to 5 Torr while maintaining the temperature of 650 ° C., 10
0 sccm of Cl 2 , 100 sccm of He as a noble gas,
The mass flow rate is controlled by the MFC 46c and the MFC 46b, respectively, and the shower head 47 squirts the shower 42 into the housing 42. Then, when the gas pressure is stabilized, the power is turned on to the plasma generation source 41 and the susceptor 43 is turned on.
A high frequency power is applied between the power supply and the shower head 47 to generate plasma in the housing 42 and raise the high frequency (RF) power to 500 W, thereby etching back the TiN film 25 other than the contact plug 26. .

【0023】次に、筐体42内部の圧力を20Torrまで
減圧した後、3000sccmのNH3をMFC46bによ
り質量流量制御し、シャワーヘッド47により筐体42
内部にシャワー状に噴出すると共に、サセプタ43内部
に設けられたヒータ45でサセプタ43の温度を調節す
ることにより、ターゲット44をアニール処理してコン
タクトプラグ26中の塩素(Cl)を脱離させる。その
後、ターゲット44をコンタクトプラグ形成装置の筐体
42から取り出す(図1(b)参照)。次に、図1
(c)に示すように、スパッタ法により、Ti膜27、
TiN膜28、AlCu膜29及びTiN膜30を順次
形成した後、ホトリゾグラフィ技術とエッチング技術に
より配線パターンを形成する。
Next, after reducing the pressure inside the housing 42 to 20 Torr, the mass flow rate of 3000 sccm of NH 3 is controlled by the MFC 46b, and the shower head 47 controls the mass flow rate.
The target 44 is anneal-treated to desorb chlorine (Cl) in the contact plug 26 by squirting it into a shower-like shape and adjusting the temperature of the susceptor 43 by a heater 45 provided inside the susceptor 43. After that, the target 44 is taken out of the housing 42 of the contact plug forming device (see FIG. 1B). Next, FIG.
As shown in (c), the Ti film 27,
After sequentially forming the TiN film 28, the AlCu film 29, and the TiN film 30, a wiring pattern is formed by photolithography and etching.

【0024】このように、この例の構成によれば、Ti
N膜25を形成してコンタクトプラグ26を形成した筐
体42内で同一の温度で層間絶縁膜22上の余分なTi
N膜25をエッチバックしているので、従来のようにT
iN膜25のクラックや膜剥がれが生じない。従って、
厚い膜厚のTiN膜25を形成できるため、コンタクト
サイズの大きいコンタクトプラグ26をTiNで形成で
きる。また、上記エッチバック後に筐体42内でアニー
ル処理をしているので、コンタクトプラグ26内のCl
が脱離しやすくなると共に、層間絶縁膜22の表面に吸
着したエッチングガスの残留物や筐体42内に残留する
エッチングガス及び副生成物が除去され、アニール処理
後に形成する金属膜からなる配線パターンと残留物との
反応を防止することができる。これにより、TiNで形
成したコンタクトプラグ26の比抵抗を低く抑えること
ができる。
As described above, according to the configuration of this example, Ti
Excess Ti on the interlayer insulating film 22 at the same temperature in the housing 42 in which the N film 25 is formed and the contact plug 26 is formed.
Since the N film 25 is etched back, T
No cracking or peeling of the iN film 25 occurs. Therefore,
Since the TiN film 25 having a large thickness can be formed, the contact plug 26 having a large contact size can be formed of TiN. Further, since the annealing process is performed in the housing 42 after the above-described etch back, the Cl
Is easily removed, the etching gas residue adsorbed on the surface of the interlayer insulating film 22, the etching gas and by-products remaining in the housing 42 are removed, and a wiring pattern formed of a metal film formed after the annealing process. And the residue can be prevented from reacting. Thus, the specific resistance of the contact plug 26 formed of TiN can be reduced.

【0025】さらに、上記エッチバックの際にサセプタ
43上に存在する余剰のTiN膜が除去され、筐体42
内がクリーニングされるので、筐体42内の周期的なク
リーニングが不要となると共に、筐体42内の雰囲気が
常に、一定に保たれる。これにより、ターゲット44の
特性のばらつきを抑制できると共に、スループットが向
上する。
Further, the excess TiN film existing on the susceptor 43 at the time of the etch back is removed, and
Since the inside is cleaned, periodic cleaning inside the housing 42 is not required, and the atmosphere inside the housing 42 is always kept constant. Thereby, variation in characteristics of the target 44 can be suppressed, and the throughput is improved.

【0026】以上、この発明の実施例を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述
の実施例においては、エッチングガスとしてCl2を用
いた例を示したが、これに限定されず、代わりに、三塩
化ホウ素(BCl3)等のCl系のガスや、六フッ化イ
オウ(SF6)、六フッ化エタン(C26)及び酸素
(O2)、あるいは三フッ化窒素(NF3)、四フッ化メ
タン(CF4)等のフッ素(F)系のガス、又はこれら
の混合ガスを用いてももちろん良い。
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and changes in the design and the like may be made without departing from the gist of the present invention. Even if there is, it is included in the present invention. For example, in the above-described embodiment, an example in which Cl 2 is used as an etching gas is described. However, the present invention is not limited to this. Instead, a Cl-based gas such as boron trichloride (BCl 3 ), Sulfur (SF 6 ), ethane hexafluoride (C 2 F 6 ) and oxygen (O 2 ), or fluorine (F) based gas such as nitrogen trifluoride (NF 3 ) or methane tetrafluoride (CF 4 ) Alternatively, a mixed gas of these may be used.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、同一筐体内で窒化チタン膜の形成、窒化チタン
膜のエッチバック及びアニール処理を連続して行うこと
により、コンタクトプラグが形成されるので、膜表面に
クラックが入ったり、膜が剥がれたりすることなく、コ
ンタクトサイズの大きいコンタクトプラグを形成できる
と共に、コンタクトプラグの比抵抗を低く抑えることが
できる。
As described above, according to the structure of the present invention, the formation of the titanium nitride film, the etch-back of the titanium nitride film and the annealing process are successively performed in the same housing, whereby the contact plug is formed. Therefore, a contact plug having a large contact size can be formed without cracking or peeling of the film surface, and the specific resistance of the contact plug can be suppressed low.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例であるコンタクトプラグ形
成方法を示す工程図である。
FIG. 1 is a process chart showing a contact plug forming method according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の一実施例であるコンタクトプラグ形
成装置の構成を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a contact plug forming apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図3】従来のコンタクトプラグ形成方法により製造さ
れた半導体装置の構成例を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a semiconductor device manufactured by a conventional contact plug forming method.

【図4】従来のコンタクトプラグ形成方法の不都合点を
説明するための図である。
FIG. 4 is a view for explaining disadvantages of a conventional contact plug forming method.

【図5】従来のコンタクトプラグ形成方法の不都合点を
説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining disadvantages of a conventional contact plug forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 シリコン基板 2,22 層間絶縁膜 3,23 コンタクトホール 4,24 Tiシリサイド膜 5,9,11,25,28,30 TiN膜 6 W膜 7,26 コンタクトプラグ 8,27 Ti膜 10,29 AlCu膜 41 プラズマ発生源 42 筐体 43 サセプタ 44 ターゲット 45 ヒータ 46a〜46c MFC 47 シャワーヘッド 1,21 silicon substrate 2,22 interlayer insulating film 3,23 contact hole 4,24 Ti silicide film 5,9,11,25,28,30 TiN film 6 W film 7,26 contact plug 8,27 Ti film 10, 29 AlCu film 41 Plasma source 42 Case 43 Susceptor 44 Target 45 Heater 46a-46c MFC 47 Shower head

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/43 H01L 29/47 H01L 29/872 H01L 29/3205 H01L 21/321 - 21/3213 H01L 21/768 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/28-21/288 H01L 21/44-21/445 H01L 29/40-29/43 H01L 29 / 47 H01L 29/872 H01L 29/3205 H01L 21/321-21/3213 H01L 21/768

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン基板上に絶縁膜を形成する第1
の工程と、 前記絶縁膜の所望の場所にコンタクトホールを形成する
第2の工程と、 プラズマCVD法を用いて所定の温度で前記コンタクト
ホールを埋め尽くすように全面に窒化チタン膜を形成す
る第3の工程と、 前記第3の工程に引き続いて前記所定の温度を保持した
ままで前記絶縁膜が露呈するまで前記窒化チタン膜をプ
ラズマエッチングする第4の工程と、 前記第4の工程が終了した後に前記シリコン基板をアニ
ール処理する第5の工程とを有し、 前記第3乃至第5の工程は同一の筐体内で行うことを特
徴とするコンタクトプラグ形成方法。
1. A first method for forming an insulating film on a silicon substrate.
A second step of forming a contact hole at a desired position in the insulating film; and a second step of forming a titanium nitride film on the entire surface so as to completely fill the contact hole at a predetermined temperature using a plasma CVD method. A third step of plasma-etching the titanium nitride film until the insulating film is exposed while maintaining the predetermined temperature following the third step; and the fourth step is completed. And a fifth step of annealing the silicon substrate after performing the third step, wherein the third to fifth steps are performed in the same housing.
【請求項2】 前記第3の工程の前に、前記シリコン基
板の前記コンタクトホールに露呈した表面にチタンシリ
サイド膜を形成する第6の工程を有することを特徴とす
る請求項1記載のコンタクトプラグ形成方法。
2. The contact plug according to claim 1, further comprising a sixth step of forming a titanium silicide film on a surface of the silicon substrate exposed to the contact hole before the third step. Forming method.
【請求項3】 前記第3の工程では、原料ガスとして四
塩化チタン及びアンモニアを用いてCVD法により前記
窒化チタン膜を形成し、前記第4の工程では、エッチン
グガスとして塩素又はフッ素を構成要素とするガスを用
いてプラズマエッチング法により前記窒化チタン膜を除
去することを特徴とする請求項1又は2記載のコンタク
トプラグ形成方法。
3. In the third step, the titanium nitride film is formed by a CVD method using titanium tetrachloride and ammonia as source gases, and in the fourth step, chlorine or fluorine is used as an etching gas. 3. The method according to claim 1, wherein the titanium nitride film is removed by a plasma etching method using a gas to be used.
【請求項4】 前記第3及び第4の工程では、前記原料
ガス又は前記エッチングガスと共に、希ガスも用いるこ
とを特徴とする請求項3記載のコンタクトプラグ形成方
法。
4. The method according to claim 3, wherein in the third and fourth steps, a rare gas is used together with the source gas or the etching gas.
【請求項5】 前記エッチングガスは、塩素、三塩化ホ
ウ素、六フッ化イオウ、六フッ化エタン、三フッ化窒素
又は四フッ化メタン、あるいはこれらの任意の2以上の
混合からなることを特徴とする請求項3又は4記載のコ
ンタクトプラグ形成方法。
5. The etching gas comprises chlorine, boron trichloride, sulfur hexafluoride, ethane hexafluoride, nitrogen trifluoride or methane tetrafluoride, or a mixture of any two or more thereof. 5. The method for forming a contact plug according to claim 3, wherein:
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