JP3953058B2

JP3953058B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3953058B2
Application number: JP2004229243A
Authority: JP
Inventors: 正大定榮
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2024-08-05
Also published as: JP2006049615A

Description

本発明は、ポリシリコンをプラグ材料として用いた半導体装置の形成方法に関する。

近年、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄａｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）を混載した半導体集積回路等において、集積度の向上および装置の特性向上のため、ポリシリコンよりなるプラグとＷ（タングステン）プラグの積層コンタクト構造が用いられている。以下に図１２を参照して、半導体装置における従来の製造方法を説明する。

図１２（ａ）〜（ｆ）は、ポリシリコンよりなるプラグとＷプラグの積層コンタクト構造を有する半導体装置の製造方法の従来技術を説明するための要部工程断面図である（特許文献１を参照）。

図１２（ａ）はポリシリコンよりなるプラグ形成後の状態、図１２（ｂ）はポリシリコンよりなるプラグ上に層間絶縁膜を堆積した後の状態、図１２（ｃ）はフォトリソグラフィーでコンタクト孔をレジストパターニングした状態、図１２（ｄ）はドライエッチングによって絶縁膜を開口した状態、図１２（ｅ）はコンタクト孔洗浄後の状態、図１２（ｆ）はコンタクト孔にＷプラグを形成した後の状態を示している。

以下、図１２（ａ）〜（ｆ）を参照しながら、従来技術に係るポリシリコンよりなるプラグとＷプラグの積層コンタクト構造を有する半導体装置の製造方法を説明する。

まず、図１２（ａ）に示すポリシリコンよりなるプラグ形成工程において、例えば、シリコンからなる半導体基板１２１上に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１２２を第１の層間絶縁膜として形成し、絶縁膜１２２中に、半導体基板１２１に達する開口部１２３ａを形成し、開口部１２３ａの内部を埋めるポリシリコンよりなるプラグ１２３を形成する。

続いて、図１２（ｂ）に示す上層層間絶縁膜形成工程において、シリコン窒化膜からなる絶縁膜１２４をコンタクトドライエッチングのストッパー膜として堆積した後、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１２５を第２の層間絶縁膜として堆積する。

次に図１２（ｃ）に示すレジストパターニング工程において、絶縁膜１２５の上に、開口部１２６ａを有するレジストパターン１２６を形成する。

次に、図１２（ｄ）に示すコンタクト孔形成工程において、プラズマドライエッチング法により、絶縁膜１２５および絶縁膜１２４に対してレジストパターン１２６をマスクとするエッチングを行って、絶縁膜１２５および絶縁膜１２４にポリシリコンよりなるプラグ１２３が露出するように開口部１２６ｂを形成する。

次に、図１２（ｅ）に示すコンタクト孔洗浄工程において、前記フォトリソグラフィー工程で用いたレジスト１２６などの有機物残渣や前記ドライエッチング工程で形成した開口部１２６ｂの有機物残渣（図示せず）を除去するため、半導体基板１２１の洗浄を行う。

この際の洗浄フローを図１３に示す。特許文献２に記載されているように、まず有機物を除去するため、薬液にＳＰＭ（Ｈ₂ＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ₂）を用いた洗浄（Ｓ２０１）を行った後、薬液を除去するために純水リンス（Ｓ２０２）を行う。次に、前記コンタクト孔形成工程で付着したパーティクルなどを除去するため、ＨＦ（フッ化水素）を用いた洗浄（Ｓ２０３）を行った後、純水リンス（Ｓ２０４）を行い、乾燥工程（Ｓ２０５）でＩＰＡ（イソプロピルアルコール）蒸気乾燥などを用いて半導体基板１２１を乾燥させる。

次に、図１２（ｆ）に示すＷプラグ形成工程において、形成したコンタクト孔１２６ｂの底面および壁面を含めて、Ｔｉを密着層１２８としたＷプラグ１２９を形成する。
特開２００３−２３１１１号公報特開２００２−３２４８６１号公報

しかしながら、前記従来のコンタクトプラグ形成方法において、以下のような問題が発生することが判った。

図１２（ｅ）のコンタクト孔洗浄工程において、ＨＦを用いた洗浄（Ｓ２０３）を用いるため、ポリシリコンよりなるプラグ表面が疎水性になりやすい。そのため、図１２（ｅ）に示すコンタクト孔開口部（１２６ｂ）には純水リンス工程（Ｓ２０４）および乾燥工程（Ｓ２０５）時において、ポリシリコンよりなるプラグ表面に純水が残りやすく、これがポリシリコンよりなるプラグと反応して十数ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚い自然酸化膜１２７（ウォーターマーク）がコンタクト孔開口部（１２６ｂ）の底部に形成される。このため、図１２（ｆ）の工程でＷプラグを形成する際に厚い自然酸化膜１２７がＴｉからなる密着層１２８とポリシリコンよりなるプラグ１２３とのシリサイド反応を阻害し、コンタクト抵抗がばらつくといった問題が発生する。

本発明は前記従来の課題に鑑みて、コンタクト孔洗浄時における純水残りを防止することでコンタクト孔底部におけるウォーターマークの発生を低減し、ポリシリコンよりなるプラグとＷプラグ等の導電性金属よりなるプラグとの間のコンタクト抵抗のばらつきを低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の第１の絶縁膜中にポリシリコンよりなるプラグを形成する工程と、前記ポリシリコンよりなるプラグの上に、酸化物層を形成する工程と、前記ポリシリコンよりなるプラグと前記第１の絶縁膜の上に、第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜の上に、所定の形状にパターニングされたレジストを形成する工程と、前記パターニングされたレジストをマスクとして前記第２の絶縁膜の中に、コンタクト孔を設ける工程と、前記酸化物層を、前記ポリシリコンよりなるプラグの上に残した状態で、前記コンタクト孔の内部を洗浄する工程と、前記酸化物層を除去した後に、前記コンタクト孔の内部を導電性金属で埋め込むことにより前記導電性金属よりなるプラグを形成する工程とを有することを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、コンタクト孔の内部を洗浄する工程において、ポリシリコンよりなるプラグの上に、親水性を示す酸化物層が形成されているため、コンタクト孔洗浄時における純水残りを防止でき、コンタクト孔の底部においてウォーターマークが発生しにくくなる、その結果、コンタクト孔の内部を導電性金属で埋め込む工程において、ポリシリコンよりなるプラグと導電性金属よりなるプラグとの間のコンタクト抵抗のばらつきを低減することができる。

本発明の半導体装置の製造方法において、前記酸化物層を形成する工程は、前記ポリシリコンよりなるプラグを形成した後に、前記ポリシリコンよりなるプラグの上に、酸化膜を堆積する工程を含むことが好ましい。更に、前記酸化膜を堆積する工程は、ＣＶＤ法により前記酸化膜を堆積する工程を含むことが好ましい。

このようにすると、ポリシリコンよりなるプラグの上に、酸化物層となる所望の膜厚を有する酸化膜を確実に形成することが可能となる。

本発明の半導体装置の製造方法において、前記酸化物層を形成する工程は、前記ポリシリコンよりなるプラグを形成した後に、前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程を含むことが好ましい。

このようにすると、ポリシリコンよりなるプラグの上に、シリコン酸化膜等を堆積させる必要がないため、ポリシリコンよりなるプラグの上に、酸化物層を容易に形成することが可能となる。更に、ポリシリコンよりなるプラグの上に、酸化物層を選択的に形成することが可能となる。

更に、前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程は、Ｏ₃水あるいはＨ₂Ｏ₂を含む薬液により前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程を含むことが好ましい。

このようにすると、安価なＯ₃水あるいはＨ₂Ｏ₂を含む薬液を用いることができるため、製造コストをさらに削減する効果がある。

また、前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程は、イオン注入法により前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程を含むことが好ましい。

このようにすると、イオン注入の加速エネルギーを制御することで、所定の層厚を有する酸化物層を容易に形成することができる。

また、前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程は、高速熱酸化法により前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程を含むことが好ましい。

このようにすると、高速熱酸化の処理温度を制御することで、所定の層厚を有する酸化物層を制御よく形成することができる。

本発明の半導体装置の製造方法において、前記酸化物層を形成する工程は、前記コンタクト孔を形成した後に、前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程を含むことが好ましい。

このようにすると、ポリシリコンよりなるプラグの上に、シリコン酸化膜等を堆積させる必要がないため、ポリシリコンよりなるプラグの上に、酸化物層を容易に形成することが可能となる。更に、コンタクト孔の底部に露出したポリシリコンよりなるプラグの上に、酸化物層を選択的に形成することが可能となる。

更に、前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程は、酸素プラズマ処理により前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程を含むことが好ましい。

このようにすると、マスクとして使用したレジストの除去とポリシリコンよりなるプラグの表面の酸化を同時に行うことができるため、容易にポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化させることが可能となる。また、酸素プラズマ処理装置として既存のアッシング装置を用いることができるため、製造コストを削減できる。更に、酸素プラズマ処理における反応室内の圧力あるいはＲＦ出力等を制御することで、所定の層厚を有する酸化物層を制御よく形成することができる。

本発明の半導体装置の製造方法において、前記コンタクト孔の内部を洗浄する工程の後における前記酸化物層の膜厚は、０．５ｎｍ以上で且つ１０ｎｍ以下であることが好ましい。

このようにすると、コンタクト孔の底部においてウォーターマークが発生しにくくなり且つ前記酸化物層の除去が容易となる。特に、高融点金属により前記酸化物層を還元除去する場合において、シリコン酸化膜の残りが発生しなくなる。

本発明の半導体装置の製造方法において、前記導電性金属よりなるプラグを形成する工程は、前記コンタクト孔の内部を導電性金属で埋め込む前に、前記コンタクト孔の内部に高融点金属を含有する密着層を形成する工程を含むことが好ましい。

このようにすると、密着層に含まれる高融点金属とポリシリコンよりなるプラグとが反応し、低抵抗なシリサイドが形成されるため、ポリシリコンよりなるプラグと導電性金属との間のコンタクト抵抗を低減できる。

更に、前記酸化物層を除去した後に、前記コンタクト孔の内部を導電性金属で埋め込むことにより前記導電性金属よりなるプラグを形成する工程は、前記高融点金属により前記酸化物層を還元除去する工程を含むことが好ましい。

このようにすると、ポリシリコンよりなるプラグの上に形成された酸化物層を容易に除去することが可能となる。

本発明の半導体装置の製造方法において、前記酸化物層を除去した後に、前記コンタクト孔の内部を導電性金属で埋め込む工程は、Ａｒガスを用いたスパッタ法により前記シリコン酸化膜を除去する工程を含むことが好ましい。

このようにすると、ポリシリコンよりなるプラグの上に形成された酸化物層を確実に除去することが可能となる。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、コンタクト孔洗浄時における純水残りを防止することができるため、コンタクト孔底部におけるウォーターマークの発生を低減でき、ポリシリコンよりなるプラグとＷプラグ等の導電性金属よりなるプラグとの間のコンタクト抵抗のばらつきを低減することが可能となる。

以下、本発明に係る各実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図１〜図４を参照しながら説明する。

図１（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における要部工程断面図を示している。図１（ａ）はポリシリコンよりなるプラグ（ポリシリコンプラグ）形成後の状態、図１（ｂ）はポリシリコンプラグ上に保護膜として酸化物層であるシリコン酸化膜を堆積した状態、図１（ｃ）はポリシリコンプラグ上に第２の層間絶縁膜堆積後の状態、図１（ｄ）はフォトリソグラフィーでコンタクト孔をレジストパターニングした状態、図１（ｅ）はドライエッチングによって絶縁膜を開口した状態、図１（ｆ）はコンタクト孔洗浄後の状態、図１（ｇ）はコンタクト孔にＴｉを密着層としてＷよりなるプラグ（Ｗプラグ）を形成した後の状態である。

以下、図１（ａ）〜（ｇ）を参照しながら、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について詳しく説明する。

まず、図１（ａ）に示すポリシリコンプラグ形成工程において、例えば、シリコンからなる半導体基板１１上に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１２を第１の層間絶縁膜として形成し、絶縁膜１２中に、半導体基板１１に達する開口部１３ａを形成し、開口部１３ａの内部を埋めるポリシリコンよりなるプラグ（ポリシリコンプラグ）１３を形成する。なお、図示していないが、半導体基板１１には、トランジスタ素子等が形成されていてもよい。

次に、図１（ｂ）に示す保護膜形成工程において、絶縁膜１２及びポリシリコンプラグ１３の上に、シリコン酸化膜１４を堆積する。たとえばシリコン酸化膜１４をＣＶＤ法により堆積する場合は、シリコン酸化膜の堆積条件として、圧力を１００Ｐａとし、ＳｉＨ₄流量を１００ｓｃｃｍとし、Ｎ₂Ｏ流量を５００ｓｃｃｍとし、温度を７５０℃とし、成膜時間を例えば１０分とする。シリコン酸化膜１４の膜厚は成膜時間で制御するため、膜厚設定値については後ほど説明する。

続いて、図１（ｃ）に示す上層層間絶縁膜形成工程において、シリコン酸化膜１４の上に、シリコン窒化膜からなる絶縁膜１５（膜厚は約３０ｎｍ）をコンタクトドライエッチングのストッパー膜として堆積した後、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１６を第２の層間絶縁膜として堆積する。

次に図１（ｄ）に示すレジストパターニング工程において、開口部１７ａ（直径は約１６０ｎｍ）を有するレジストパターン１７を形成する。

次に、図１（ｅ）に示すコンタクト孔形成工程において、プラズマドライエッチング法により、絶縁膜１６および絶縁膜１５に対してレジストパターン１７をマスクとするエッチングを行って、絶縁膜１６および絶縁膜１５にポリシリコンプラグ１３上のシリコン酸化膜１４を露出するように開口部１７ｂを形成する。

次に、図１（ｆ）に示すコンタクト孔洗浄工程において、前記フォトリソグラフィー工程で用いたレジスト１７などの有機物残渣や前記ドライエッチング工程で形成した開口部１７ｂの有機物残渣（図示せず）を除去するため、半導体基板１１の洗浄を行う。

この際の洗浄フローを図２に示す。まず有機物を除去するため、薬液にＳＰＭ（Ｈ₂ＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ₂）を用いた洗浄（Ｓ１０１）を行った後、薬液を除去するために純水リンス（Ｓ１０２）を行う。次に、前記コンタクト孔形成工程で付着したパーティクルなどを除去するため、ＨＦを用いた洗浄（Ｓ１０３）を行った後、純水リンス（Ｓ１０４）を行い、乾燥工程（Ｓ１０５）でＩＰＡ蒸気乾燥などを用いて半導体基板１１を乾燥させる。

ここで図３にコンタクト孔洗浄後（図１（ｆ））のシリコン酸化膜１４の残膜厚と基板１１の全体におけるウォーターマーク数の関係を示す。図３よりシリコン酸化膜１４の残膜厚が増加するとウォーターマークの数は減少し、０．５ｎｍ以上でより顕著に低減する。これはコンタクト孔開口部１７ｂの最表面が親水性であるシリコン酸化膜であるため、純水リンス工程（Ｓ１０４）および乾燥工程（Ｓ１０５）にてコンタクト孔開口部１７ｂにおける純水残りが低減するからである。

次に、図１（ｇ）に示すＷプラグ形成工程において、形成したコンタクト孔１７ｂの底面および壁面を含めて高融点金属であるＴｉを主成分とする密着層１８と、Ｗよりなるプラグ（Ｗプラグ）１９を形成する。ここで、Ｔｉの還元効果によりシリコン酸化膜１４が除去できる。

ここで、図４（ａ）にＷプラグ形成時（図１（ｇ））のシリコン酸化膜１４の残膜厚と、コンタクト抵抗の関係を示す。また、図４（ｂ）にＷプラグ形成時（図１（ｇ））のシリコン酸化膜１４の残膜厚と、コンタクト抵抗のばらつきの関係を示す。図４（ａ）のコンタクト抵抗は、４探針法（Kelvin測定など）で、基板面内で４０〜５０点ほどのコンタクトについて、１コンタクトあたりの抵抗値を測定し、その平均値を計算することにより求めている。また、図４（ｂ）のコンタクト抵抗ばらつきは、基板面内で４０〜５０点ほどコンタクト抵抗を測定し、そのばらつき（３σ）を算出することにより求めている。図４（ａ）に示すように、シリコン酸化膜１４の残膜厚が増加し、１０ｎｍ以上となると、コンタクト抵抗は急激に増加している。また、図４（ｂ）に示すように、残膜厚が１０ｎｍ以上になるとコンタクト抵抗ばらつきが急激に増加している。これは１０ｎｍ以下の薄い酸化膜であれば、Ｔｉの還元効果によって容易に除去されるが、１０ｎｍ以上では除去されずに残留するためである。なお、酸化膜１４の残膜厚が０．５ｎｍ以下の領域では、ウォーターマークが生成するため抵抗ばらつきが発生している。

ここでシリコン酸化膜１４の堆積膜厚について説明する。図３のシリコン酸化膜１４の残膜厚とウォーターマーク数の関係から、コンタクト孔洗浄後（図１（ｆ））のシリコン酸化膜１４の残膜厚は０．５ｎｍ以上必要であり、前記図４の酸化膜１４の残膜厚とコンタクト抵抗ばらつきの関係から、Ｗプラグ形成時（図１（ｇ））の酸化膜１４の残膜厚は１０ｎｍ以下であることが必要となる。また、図１（ｃ）の絶縁膜１５のドライエッチング工程や図１（ｆ）のコンタクト孔洗浄工程においても、シリコン酸化膜１４は若干量エッチングされるため、これらの工程における酸化膜１４のエッチング量も考慮する必要がある。従って、シリコン酸化膜１４の堆積膜厚は以下の式（１）の範囲とする必要がある。

ＴDE＋Ｔwet＋０．５≦Ｔox≦ＴDE＋Ｔwet＋１０（１）
Ｔox（ｎｍ）:シリコン酸化膜１４の堆積量
ＴDE（ｎｍ）:ドライエッチング工程（図１（ｅ））における酸化膜１４のエッチング量
Ｔwet（ｎｍ）:コンタクト孔洗浄工程（図１（ｆ））における酸化膜１４のエッチング量
例えば、ドライエッチング工程（図１（ｅ））における酸化膜１４のエッチング量ＴDEを３ｎｍとし、コンタクト孔洗浄工程（図１（ｆ））における酸化膜１４のエッチング量Ｔwetを０．５ｎｍとすると、シリコン酸化膜１４の堆積量Ｔoxを、４ｎｍ≦Ｔox≦１３．５ｎｍの範囲とする必要がある。

このように、本実施形態によると、コンタクト孔開口部１７ｂ（コンタクト孔）の内部を洗浄する工程（図１（ｆ））において、ポリシリコンプラグ１３の上に、親水性を示すシリコン酸化膜１４が形成されているため、コンタクト孔洗浄時における純水残りを防止でき、コンタクト孔開口部１７ｂの底部においてウォーターマークが発生しにくくなる、その結果、コンタクト孔の内部をタングステン（導電性金属）で埋め込む工程（図１（ｇ））において、ポリシリコンと密着層のＴｉとのシリサイド反応が阻害されないため、ポリシリコンプラグ１３とＷプラグ１９（導電性金属よりなるプラグ）との間のコンタクト抵抗のばらつきを低減することができる。

更に、シリコン酸化膜１４を堆積させることにより形成しているため、ポリシリコンプラグ１３の上に、所望の膜厚を有するシリコン酸化膜１４を確実に形成することが可能となる。

なお、シリコン酸化膜１４の代わりに、タンタル酸化膜（ＴａＯ）やアルミ酸化膜（Ａｌ₂Ｏ₃）等の酸化膜を用いてもよい。これらの酸化膜は、Ｔｉによる還元作用により、導電性のＴａやＡｌとなるため、コンタクト抵抗を上昇させることが無い。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図５及び図６を参照しながら説明する。

図５（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における要部工程断面図を示している。図５（ａ）はポリシリコンプラグ形成後の状態、図５（ｂ）はポリシリコンプラグ上を表面処理して酸化した状態、図５（ｃ）はポリシリコンプラグ上に第２の層間絶縁膜堆積後の状態、図５（ｄ）はフォトリソグラフィーでコンタクト孔をレジストパターニングした状態、図５（ｅ）はドライエッチングによって絶縁膜を開口した状態、図５（ｆ）はコンタクト孔洗浄後の状態、図５（ｇ）は上層にＴｉを密着層としてＷプラグを形成した後の状態である。

まず、図５（ａ）に示すポリシリコンプラグ形成工程において、例えば、シリコンからなる半導体基板５１上に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜５２を第１の層間絶縁膜として形成し、絶縁膜５２中に、半導体基板５１に達する開口部５３ａを形成し、開口部５３ａの内部を埋めるポリシリコンプラグ５３を形成する。なお、図示していないが、半導体基板５１には、トランジスタ素子等が形成されていてもよい。

次に、図５（ｂ）に示すポリシリコンプラグの表面処理工程において、オゾン水（Ｏ₃水）を用いてポリシリコンプラグ５３上を薬液酸化することにより、ポリシリコンプラグ５３上に酸化物層５４を形成する。例えばＯ₃水処理条件として、Ｏ₃水濃度を２．５ｐｐｍとし、Ｏ₃水流量を２０ｌ／ｍｉｎとし、温度を４０℃とし、処理時間を１０ｍｉｎとする。ここで図６にＯ₃水温度と形成された酸化物層５４の層厚の関係を示す。図６から、酸化物層５４の層厚のＯ₃水温度依存性は、極大値を有することが判る。極大値を与えるＯ₃水温度よりも低温域における層厚の減少は、反応エネルギーの不足により、Ｏ₃がポリシリコン内部へ拡散せず反応が十分に進行しないことにより生じる。また高温域における層厚の減少は、Ｏ₃が分解してＯ₃濃度が低下し、Ｏ₃の供給が不十分となることにより生じる。

なお、オゾン水（Ｏ₃水）を用いて形成された酸化物層５４はシリコン酸化物よりなる層であることから、酸化物層５４の層厚とウォーターマーク数あるいはコンタクト抵抗ばらつきとの関係については、図３あるいは図４と同様である。従って、酸化物層５４の層厚を、第１の実施形態と同様に関係式（１）のＴoxの範囲に設定する必要がある。

例えば、ドライエッチング工程（図５（ｅ））における酸化物層５４のエッチング量ＴDEを１ｎｍとし、コンタクト孔洗浄工程（図５（ｆ））時の酸化物層５４のエッチング量Ｔwetを０．２ｎｍとすると、第１の実施形態と同様に関係式（１）から計算して、オゾン水（Ｏ₃水）を用いて形成された酸化物層５４の層厚Ｔoxを、１．７ｎｍ≦Ｔox≦１１．２ｎｍの範囲とする必要がある。この層厚Ｔoxの範囲を実現するためには、図６のオゾン水温度と酸化物層５４の層厚との関係から、オゾン水温度を２０℃〜７０℃の範囲で制御する必要があることが判る。

続いて、図５（ｃ）に示す上層層間絶縁膜形成工程において、シリコン窒化膜からなる絶縁膜５５（膜厚は約３０ｎｍ）をコンタクトドライエッチングのストッパー膜として堆積した後、シリコン酸化膜からなる絶縁膜５６を第２の層間絶縁膜として堆積する。

次に図５（ｄ）に示すレジストパターニング工程において、開口部５７ａ（直径は約１６０ｎｍ）を有するレジストパターン５７を形成する。

次に、図５（ｅ）に示すコンタクト孔形成工程において、プラズマドライエッチング法により、絶縁膜５６および絶縁膜５５に対してレジストパターン５７をマスクとするエッチングを行って、絶縁膜５６および絶縁膜５５にポリシリコンプラグ５３上の酸化物層５４を露出するように開口部５７ｂを形成する。

次に、図５（ｆ）に示すコンタクト孔洗浄工程において、前記フォトリソグラフィー工程で用いたレジスト５７などの有機物残渣や前記ドライエッチング工程で形成した開口部５７ｂの有機物残渣（図示せず）を除去するため、半導体基板５１の洗浄を行う。洗浄方法は第１の実施形態の図１（ｆ）を用いて説明した方法と同様である。

この際、ポリシリコンプラグ５３の最表面に、図５（ｂ）のポリシリコンプラグ表面処理工程で形成した酸化物層５４が残存するようにしている。残存している酸化物層５４は親水性であるため、第１の実施形態と同様に、コンタクト孔洗浄後のコンタクト孔開口部５７ｂの底部におけるウォーターマークの生成を抑制することができる。

次に、図５（ｇ）に示すＷプラグ形成工程において、形成したコンタクト孔５７ｂの底面および壁面を含めて高融点金属であるＴｉを主成分とする密着層５８と、Ｗよりなるプラグ（Ｗプラグ）５９を形成する。ここで、Ｔｉの還元効果により酸化物層５４が除去できる。

このように、本実施形態によると、コンタクト孔開口部５７ｂ（コンタクト孔）の内部を洗浄する工程（図５（ｆ））において、ポリシリコンプラグ５３の上に、親水性を示す酸化物層５４が形成されているため、コンタクト孔洗浄時における純水残りを防止でき、コンタクト孔開口部５７ｂの底部においてウォーターマークが発生しにくくなる、その結果、コンタクト孔の内部をタングステン（導電性金属）で埋め込む工程（図５（ｇ））において、ポリシリコンと密着層のＴｉとのシリサイド反応が阻害されないため、ポリシリコンプラグ５３とＷプラグ５９（導電性金属よりなるプラグ）との間のコンタクト抵抗のばらつきを低減することができる。

更に、酸化物層を形成するために、ポリシリコンプラグ５３の上に、シリコン酸化膜を堆積させる必要がないため、ポリシリコンプラグ５３の上に、酸化物層５４を容易に形成することが可能となる。更に、コンタクト孔開口部５７ｂの底部に露出したポリシリコンプラグ５３の上に、酸化物層５４を選択的に形成することが可能となる。また、安価なＯ₃水を用いるため、製造コストをさらに削減する効果がある。

また本実施形態では、ポリシリコンプラグ５３上の酸化物層５４を、Ｏ₃水で薬液処理することにより形成したが、過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）を用いても同様の効果を得ることができる。

＜第１の変形例＞
以下、本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係る半導体装置の製造方法について図５及び図７を参照しながら説明する。

以下、本変形例に係る半導体装置の製造方法について、前述の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点について、詳しく説明する。なお、本変形例に係る半導体装置の製造方法の工程断面図は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程断面図を用いて説明する。

本変形例に係る半導体装置の製造方法について、前述の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点は、図５（ｂ）に示すポリシリコンプラグの表面処理工程である。

本変形例では、図５（ｂ）に示すポリシリコンプラグの表面処理工程において、イオン注入法を用いて酸化物層５４ａを形成する。例えば、イオン注入条件として、加速エネルギーを５ＫｅＶとし、ドーズ量を１Ｅ１６／ｃｍ^２とし、ｔｉｌｔ角／twist角を７°／０°とする。

ここで、図７に加速エネルギーと形成される酸化物層５４ａの層厚の関係を示す。酸化物層５４ａの層厚は、加速エネルギーの増加とともに増加する傾向をもつため、加速エネルギーを制御することで、所定の層厚を有する酸化物層５４ａを容易に形成することができる。

なお、イオン注入法により形成された酸化物層５４ａはシリコン酸化物よりなる層であることから、酸化物層５４ａの層厚とウォーターマーク数あるいはコンタクト抵抗ばらつきとの関係については、図３あるいは図４と同様である。従って、酸化物層５４ａの層厚を、第１の実施形態と同様に関係式（１）のＴoxの範囲に設定する必要がある。

例えば、ドライエッチング工程（図５（ｅ））における酸化物層５４ａのエッチング量ＴDEを３ｎｍとし、コンタクト孔洗浄工程（図５（ｆ））時の酸化物層５４ａのエッチング量Ｔwetを０．５ｎｍとすると、第１の実施形態と同様に関係式（１）から計算して、イオン注入法により形成された酸化物層５４ａの層厚Ｔoxを、４ｎｍ≦Ｔox≦１３．５ｎｍの範囲とする必要がある。この層厚Ｔoxの範囲を実現するためには、図７の加速エネルギーと酸化物層５４ａの層厚との関係から、加速エネルギーを０．１〜４０ＫｅＶの範囲で制御する必要があることが判る。特に、１５〜２０ＫｅＶ以下で制御すればよい。

このように、本変形例によると、コンタクト孔開口部５７ｂ（コンタクト孔）の内部を洗浄する工程（図５（ｆ））において、ポリシリコンプラグ５３の上に、親水性を示す酸化物層５４ａが形成されているため、コンタクト孔洗浄時における純水残りを防止でき、コンタクト孔開口部５７ｂの底部においてウォーターマークが発生しにくくなる、その結果、コンタクト孔の内部をタングステン（導電性金属）で埋め込む工程（図５（ｇ））において、ポリシリコンと密着層のＴｉとのシリサイド反応が阻害されないため、ポリシリコンプラグ５３とＷプラグ５９（導電性金属よりなるプラグ）との間のコンタクト抵抗のばらつきを低減することができる。

更に、酸化物層を形成するために、ポリシリコンプラグ５３の上に、シリコン酸化膜を堆積させる必要がないため、ポリシリコンプラグ５３の上に、酸化物層５４ａを容易に形成することが可能となる。更に、コンタクト孔開口部５７ｂの底部に露出したポリシリコンプラグ５３の上に、酸化物層５４ａを選択的に形成することが可能となる。また、イオン注入の加速エネルギーを制御することで、所定の層厚を有する酸化物層５４ａを容易に形成することができる。

＜第２の変形例＞
以下、本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係る半導体装置の製造方法について図５及び図８を参照しながら説明する。

本変形例では、図５（ｂ）に示すポリシリコンプラグの表面処理工程において、高速熱酸化法を用いて酸化物層５４ｂを形成する。例えば高速熱酸化条件として、酸素流量を５ｌ／ｍｉｎとし、圧力を１００ＫＰａとし、温度を１０００℃とし、処理時間を１２０ｓｅｃとする。

ここで、図８に高速熱酸化の処理温度と形成される酸化物層５４ｂの層厚の関係を示す。酸化物層５４ｂの層厚は、高速熱酸化の処理温度の増加とともに増加する傾向をもつため、処理温度を制御することで、所定の層厚を形成することができる。

なお、高速熱酸化法により形成された酸化物層５４ｂはシリコン酸化物よりなる層であることから、酸化物層５４ｂの層厚とウォーターマーク数あるいはコンタクト抵抗ばらつきとの関係については、図３あるいは図４と同様である。従って、酸化物層５４ｂの層厚を、第１の実施形態と同様に関係式（１）のＴoxの範囲に設定する必要がある。

例えば、ドライエッチング工程（図５（ｅ））における酸化物層５４ｂのエッチング量ＴDEを３ｎｍとし、コンタクト孔洗浄工程（図５（ｆ））時の酸化物層５４ｂのエッチング量Ｔwetを０．５ｎｍとすると、第１の実施形態と同様に関係式（１）から計算して、イオン注入法により形成された酸化物層５４ｂの層厚Ｔoxを、４ｎｍ≦Ｔox≦１３．５ｎｍの範囲とする必要がある。この層厚Ｔoxの範囲を実現するためには、図８の処理温度と酸化物層５４ｂの層厚との関係から、高速熱酸化の処理温度を８００℃〜１２００℃の範囲で制御する必要があることが判る。

このように、本変形例によると、コンタクト孔開口部５７ｂ（コンタクト孔）の内部を洗浄する工程（図５（ｆ））において、ポリシリコンプラグ５３の上に、親水性を示す酸化物層５４ｂが形成されているため、コンタクト孔洗浄時における純水残りを防止でき、コンタクト孔開口部５７ｂの底部においてウォーターマークが発生しにくくなる、その結果、コンタクト孔の内部をタングステン（導電性金属）で埋め込む工程（図５（ｇ））において、ポリシリコンと密着層のＴｉとのシリサイド反応が阻害されないため、ポリシリコンプラグ５３とＷプラグ５９（導電性金属よりなるプラグ）との間のコンタクト抵抗のばらつきを低減することができる。

更に、酸化物層を形成するために、ポリシリコンプラグ５３の上に、シリコン酸化膜を堆積させる必要がないため、ポリシリコンプラグ５３の上に、酸化物層５４ｂを容易に形成することが可能となる。更に、コンタクト孔開口部５７ｂの底部に露出したポリシリコンプラグ５３の上に、酸化物層５４ｂを選択的に形成することが可能となる。また、高速熱酸化の処理温度を制御することで、所定の層厚を有する酸化物層５４ｂを、第１の実施形態と比較して、より制御よく形成することができる。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図９及び図１０を参照しながら説明する。

図９（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における要部工程断面図を示している。図９（ａ）はポリシリコンプラグ形成後の状態、図９（ｂ）はポリシリコンプラグ上に第２の層間絶縁膜堆積後の状態、図９（ｃ）はフォトリソグラフィーでコンタクト孔をレジストパターニングした状態、図９（ｄ）はドライエッチングによって絶縁膜を開口した状態、図９（ｅ）は酸素プラズマ処理によって開口部の底部に露出したポリシリコンプラグを酸化した状態、図９（ｆ）はコンタクト孔洗浄後の状態、図９（ｇ）はコンタクト孔にＴｉを密着層としてＷプラグを形成した後の状態である。

以下、図９（ａ）〜（ｇ）を参照しながら、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について詳しく説明する。

まず、図９（ａ）に示すポリシリコンプラグ形成工程において、例えば、シリコンからなる半導体基板９１上に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜９２を第１の層間絶縁膜として形成し、絶縁膜９２中に、半導体基板９１に達する開口部９３ａを形成し、開口部９３ａの内部を埋めるポリシリコンプラグ９３を形成する。なお、図示していないが、半導体基板９１には、トランジスタ素子等が形成されていてもよい。

次に、図９（ｂ）に示す上層層間絶縁膜形成工程において、絶縁膜９２及びポリシリコンプラグ９３の上に、シリコン窒化膜からなる絶縁膜９５（膜厚は約３０ｎｍ）をコンタクトドライエッチングのストッパー膜として堆積した後、シリコン酸化膜からなる絶縁膜９６を第２の層間絶縁膜として堆積する。

次に図９（ｃ）に示すレジストパターニング工程において、開口部９７ａ（直径は約１６０ｎｍ）を有するレジストパターン９７を形成する。

次に、図９（ｄ）に示すコンタクト孔形成工程において、プラズマドライエッチング法により、絶縁膜９６および絶縁膜９５に対してレジストパターン９７をマスクとするエッチングを行って、絶縁膜９６および絶縁膜９５にポリシリコンプラグ９３を露出するように開口部９７ｂを形成する。

次に、図９（ｅ）に示す酸素プラズマ処理工程において、レジストパターン９７の除去を行い、且つ、ポリシリコンプラグ９３の表面を酸化することによりポリシリコンプラグ９３の上に酸化物層９４を形成する。この際、酸素プラズマ処理条件としては、たとえばマイクロ波プラズマ装置を用いて反応室内の圧力を７０Ｐａとし、温度を２５０℃とし、酸素流量を１０００ｓｃｃｍとし、マイクロ波出力を１０００Ｗとし、処理時間を６０ｓｅｃとする。図１０に反応室内の圧力と形成された酸化物層９４の層厚の関係を示す。酸化物層９４の層厚は、反応室内の圧力の低下とともに増加する傾向をもつため、反応室内の圧力を制御することで、所定の層厚を有する酸化物層９４を形成することができる。

なお、酸化物層９４はシリコン酸化物よりなる層であることから、酸化物層９４の層厚とウォーターマーク数あるいはコンタクト抵抗ばらつきとの関係については、図３あるいは図４と同様である。従って、酸化物層９４の層厚を、下記の関係式（２）の範囲に設定する必要がある。

Ｔwet＋０．５≦Ｔox≦Ｔwet＋１０（２）
Ｔox（ｎｍ）: 酸化物層９４の層厚
Ｔwet（ｎｍ）:コンタクト孔洗浄工程（図９（ｆ）））における酸化物層９４のエッチング量
たとえばコンタクト孔洗浄工程時の酸化物層９４のエッチング量Ｔwetを０．５ｎｍとすると、酸素プラズマ処理において形成される酸化物層９４の層厚Ｔoxを、１ｎｍ≦Ｔox≦１０．５ｎｍの範囲にする必要がある。この層厚Ｔoxの範囲を実現するためには、図１０の反応室内の圧力と酸化物層９４の膜厚との関係から、反応室内の圧力を１Ｐａ〜２００Ｐａの範囲で制御する必要があることが判る。

次に、図９（ｆ）に示すコンタクト孔洗浄工程において、前記ドライエッチング工程で形成した開口部９７ｂの有機物残渣（図示せず）を除去するために、半導体基板９１の洗浄を行う。洗浄方法は第１の実施形態の図１（ｆ）を用いて説明した方法と同様である。

この際、ポリシリコンプラグ９３の最表面に、図９（ｅ）の酸素プラズマ処理工程で形成した酸化物層９４が残存するようにしている。残存している酸化物層９４は親水性であるため、第１の実施形態と同様に、コンタクト孔洗浄後のコンタクト孔開口部９７ｂの底部におけるウォーターマークの生成を抑制することができる。

次に、図９（ｇ）に示すＷプラグ形成工程において、形成したコンタクト孔９７ｂの底面および壁面を含めて高融点金属であるＴｉを主成分とする密着層９８と、Ｗよりなるプラグ（Ｗプラグ）９９を形成する。ここで、Ｔｉの還元効果により酸化物層９４が除去できる。

このように、本実施形態によると、コンタクト孔開口部９７ｂ（コンタクト孔）の内部を洗浄する工程（図９（ｆ））において、ポリシリコンプラグ９３の上に、親水性を示す酸化物層９４が形成されているため、コンタクト孔洗浄時における純水残りを防止でき、コンタクト孔開口部９７ｂの底部においてウォーターマークが発生しにくくなる、その結果、コンタクト孔の内部をタングステン（導電性金属）で埋め込む工程（図９（ｇ））において、ポリシリコンと密着層のＴｉとのシリサイド反応が阻害されないため、ポリシリコンプラグ９３とＷプラグ９９（導電性金属よりなるプラグ）との間のコンタクト抵抗のばらつきを低減することができる。

更に、マスクとして使用したレジスト９７の除去とポリシリコンプラグ９３の表面の酸化を同時に行うことができるため、容易にポリシリコンプラグ９３の表面を酸化させて、酸化物層９４を形成することが可能となる。また、酸素プラズマ処理装置として既存のアッシング装置を用いることができるため、製造コストを削減できる。更に、酸素プラズマ処理における反応室内の圧力を制御することで、所定の層厚を有する酸化物層９４を制御よく形成することができる。

また実施形態では、酸素プラズマ処理装置としてマイクロ波プラズマ型の装置を用いたが、バイアス印加型の装置を用いれば、酸素イオンの引き込み効率が上昇するため、さらに制御性よく酸化物層９４を形成することができる。

＜一変形例＞
以下、本発明の第３の実施形態の一変形例に係る半導体装置の製造方法について図９及び図１１を参照しながら説明する。

以下、本変形例に係る半導体装置の製造方法について、前述の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点について、詳しく説明する。なお、本変形例に係る半導体装置の製造方法の工程断面図は第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程断面図を用いて説明する。

本変形例に係る半導体装置の製造方法について、前述の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点は、図９（ｄ）及び（ｅ）に示すコンタクト孔形成工程及び酸素プラズマ処理工程である。

本変形例では、図９（ｄ）に示すコンタクト孔形成工程において、プラズマドライエッチング法により、絶縁膜９６および絶縁膜９５に対してレジストパターン９７をマスクとするエッチングを行って、絶縁膜９６および絶縁膜９５にポリシリコンプラグ９３上を露出する開口部９７ｂを形成する。この際、絶縁膜９６および絶縁膜９５のエッチングは、例えば２周波並行平板型のＲＦプラズマエッチング装置を用いて行う。本変形例で用いる、２周波並行平板型のＲＦプラズマエッチング装置１１０の構成概念図を図１１（ａ）に示す。反応室１１１内の下部電極を兼ねる支持台１１２の上に基板９１が載置され、支持台１１２には、コンデンサ１１３を介してBottom-ＲＦ電源１１４が接続されており、上部電極１１５にはプラズマソースＲＦ電源１１６が接続されている。プラズマソースＲＦ電源１１６からの出力によって基板９１の上部にプラズマシース１１７が形成され、Bottom-ＲＦ電源１１４からの出力によって、プラズマが基板９１に引き寄せられる。絶縁膜９６をエッチングする条件として、Ｃ₅Ｆ₈流量を２０ｓｃｃｍとし、Ｏ₂流量を２０ｓｃｃｍとし、プラズマソースＲＦ出力を２０００Ｗとし、Bottom-ＲＦ出力を２０００Ｗとし、圧力を５Ｐａとし、基板温度を２０℃とする。次に絶縁膜９５をエッチングする条件として、例えばＣＦ₄を５０ｓｃｃｍとし、ＲＦ出力を１００Ｗとし、圧力を３０Ｐａとし、基板温度を２０℃とする。絶縁膜９５をエッチングした後、図９（ｅ）に示すＯ₂プラズマ処理工程で酸化物層９４ａを形成するため、同一チャンバー内でＯ₂プラズマ処理を行う。Ｏ₂プラズマ処理条件としては、例えばＯ₂流量を２００ｓｃｃｍとし、プラズマソースＲＦ出力を２０００Ｗとし、Bottom-ＲＦ出力を１００Ｗとし、圧力を５Ｐａとし、基板温度を２０℃とする。なお、この際に、マスクとして用いたレジスト９７も同時に除去される。

図１１にＯ₂プラズマ処理時のBottom-ＲＦ出力と形成される酸化物層９４ａの層厚を示す。酸化物層９４ａの層厚はBottom-ＲＦ出力の増加とともに増加する傾向をもつため、基板温度を制御することで、所定の層厚を有する酸化物層９４ａを容易に形成することができる。なお、酸化物層９４ａはシリコン酸化物よりなる層であることから、酸化物層９４ａの層厚とウォーターマーク数あるいはコンタクト抵抗ばらつきとの関係については、図３あるいは図４と同様である。従って、酸化物層９４ａの層厚を、第３の実施形態と同様に上記の関係式（２）の範囲に設定する必要がある。

たとえばコンタクト孔洗浄工程時の酸化物層９４ａのエッチング量Ｔwetを０．５ｎｍとすると、酸素プラズマ処理において形成される酸化物層９４ａの層厚Ｔoxを、１ｎｍ≦Ｔox≦１０．５ｎｍの範囲にする必要がある。この層厚Ｔoxの範囲を実現するためには、図１１のBottom-ＲＦ出力と酸化物層９４ａの層厚との関係から、Bottom-ＲＦ出力を０Ｗ〜２００Ｗの範囲で制御する必要があることが判る。なお、Bottom-ＲＦ出力が０Ｗであっても、プラズマシースで酸素イオンが加速されてシリコン基板に到達するため、酸化物層９４ａが形成できる。

このように、本変形例によると、コンタクト孔開口部９７ｂ（コンタクト孔）の内部を洗浄する工程（図９（ｆ））において、ポリシリコンプラグ９３の上に、親水性を示す酸化物層９４ａが形成されているため、コンタクト孔洗浄時における純水残りを防止でき、コンタクト孔開口部９７ｂの底部においてウォーターマークが発生しにくくなる、その結果、コンタクト孔の内部をタングステン（導電性金属）で埋め込む工程（図９（ｇ））において、ポリシリコンと密着層のＴｉとのシリサイド反応が阻害されないため、ポリシリコンプラグ９３とＷプラグ９９（導電性金属よりなるプラグ）との間のコンタクト抵抗のばらつきを低減することができる。

更に、マスクとして使用したレジスト９７の除去とポリシリコンプラグ９３の表面の酸化を同時に行うことができるため、容易にポリシリコンプラグ９３の表面を酸化させて、酸化物層９４ａを形成することが可能となる。また、酸素プラズマ処理装置として、コンタクト孔形成工程に用いるエッチング装置を用いることができるため、工程数を削減でき、製造コストを削減できる。更に、酸素プラズマ処理におけるＲＦ出力を制御することで、所定の層厚を有する酸化物層９４ａを制御よく形成することができる。

なお、第２及び第３の実施形態（変形例を含む）において、酸化物層５４、５４ａ、５４ｂ、９４、９４ａをシリコン酸化物層としたが、他の酸化物層であってもよい。例えば、タンタル酸化物（ＴａＯ）層やアルミ酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃）層であってもよい。

また、第１〜第３の実施形態（変形例を含む）において、密着層１８、５８、９８としてＴｉを主成分とするものを用いたが、Ｔｉ以外の高融点金属を主成分とするものを用いてもよい。また、密着層１８、５８、９８を形成せずに、Ｗプラグ１９、５９、９９を形成してもよい。また、Ｗプラグ１９、５９、９９の代わりに、他の導電性金属からなるプラグを形成してもよい。

また、第１〜第３の実施形態（変形例を含む）において、Ｔｉの還元効果によりシリコン酸化膜１４あるいは酸化物層５４、５４ａ、５４ｂ、９４、９４ａを除去したが、密着層形成前において、Ａｒスパッタでも同様に除去することができる。

また、第１〜第３の実施形態（変形例を含む）において、第１の層間絶縁膜としての絶縁膜１２としてシリコン酸化膜を用いたが、シリコン酸化膜としては、ＳｉＯ₂、ＢＰＳＧ（boro-phospho-silicate glass）、ＰＳＧ（phospho-silicate glass）あるいはＦＳＧ（fluorine-doped silicate glass）等を用いればよい。また、シリコン酸化膜に代えて、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ（シリコン酸窒化膜）、ＳｉＯＣ（炭素含有シリコン酸化膜）あるいはＳｉＣ（シリコン炭化膜）等を用いてもよい。

また、第１〜第３の実施形態（変形例を含む）において、ストッパー膜としての絶縁膜１５としてシリコン窒化膜を用いたが、ＳｉＯＣあるいはＳｉＯＮ等を用いてもよい。また、ストッパー膜が無くとも、コンタクトエッチングにおけるプラグへの物理的ダメージおよびシリコン基板への電気的ダメージを低減できる場合は、必ずしもストッパー膜としての絶縁膜１５を形成する必要はない。

以上説明したように、本発明はポリシリコンプラグ上のＷプラグを形成する方法として有効である。

（ａ）〜（ｇ）は本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法における要部工程断面図本発明の第１〜第３の実施形態（変形例を含む）にかかる半導体装置の製造方法における、ポリシリコンプラグ上のコンタクト孔の洗浄方法を示すフローチャート本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法における、シリコン酸化膜の膜厚とウォーターマークの関係を示した図本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法における、シリコン酸化膜の膜厚とコンタクト抵抗のばらつきの関係を示した図（ａ）〜（ｇ）は本発明の第２の実施形態（変形例を含む）にかかる半導体装置の製造方法における要部工程断面図本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置の製造方法における、Ｏ₃水温度と形成される酸化物層の層厚との関係を示した図本発明の第２の実施形態の第１の変形例にかかる半導体装置の製造方法における、加速エネルギーと形成される酸化物層の層厚との関係を示した図本発明の第２の実施形態の第２の変形例にかかる半導体装置の製造方法における、熱処理温度と形成される酸化物層の層厚との関係を示した図（ａ）〜（ｇ）は本発明の第３の実施形態（変形例を含む）にかかる半導体装置の製造方法における要部工程断面図本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置の製造方法における、反応室内の圧力と形成される酸化物層の層厚との関係を示した図（ａ）は、本発明の第３の実施形態の一変形例に用いる、２周波並行平板型のＲＦプラズマエッチング装置の構成概念図、（ｂ）は、本発明の第３の実施形態の一変形例にかかる半導体装置の製造方法における、ＲＦ出力と形成される酸化物層の層厚との関係を示した図（ａ）〜（ｆ）は従来法におけるコンタクト形成の各工程を示す断面図従来法におけるポリシリコンプラグ上のコンタクト孔の洗浄方法を示すフローチャート

符号の説明

１１半導体基板
１２絶縁膜
１３ポリシリコンプラグ
１３ａ開口部
１４シリコン酸化膜
１５絶縁膜
１６絶縁膜
１７レジストパターン
１７ａ開口部
１７ｂ開口部
１８密着層
１９Ｗプラグ
５１半導体基板
５２絶縁膜
５３ポリシリコンプラグ
５３ａ開口部
５４、５４ａ、５４ｂ酸化物層
５５絶縁膜
５６絶縁膜
５７レジストパターン
５７ａ開口部
５７ｂ開口部
５８密着層
５９Ｗプラグ
９１半導体基板
９２絶縁膜
９３ポリシリコンプラグ
９３ａ開口部
９４、９４ａ酸化物層
９５絶縁膜
９６絶縁膜
９７レジストパターン
９７ａ開口部
９７ｂ開口部
９８密着層
９９Ｗプラグ
１２１半導体基板
１２２絶縁膜
１２３ポリシリコンプラグ
１２３ａ開口部
１２４絶縁膜
１２５絶縁膜
１２６レジストパターン
１２６ａ開口部
１２６ｂ開口部
１２７ウォーターマーク
１２８密着層
１２９Ｗプラグ

Claims

半導体基板上の第１の絶縁膜中にポリシリコンよりなるプラグを形成する工程と、
前記ポリシリコンよりなるプラグの上に、酸化物層を形成する工程と、
前記ポリシリコンよりなるプラグと前記第１の絶縁膜の上に、第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の上に、所定の形状にパターニングされたレジストを形成する工程と、前記パターニングされたレジストをマスクとして前記第２の絶縁膜の中に、コンタクト孔を設ける工程と、
前記酸化物層を、前記ポリシリコンよりなるプラグの上に残した状態で、前記コンタクト孔の内部を洗浄する工程と、
前記コンタクト孔の内部を洗浄した後、前記コンタクト孔の内部にＴｉを主成分とする密着層を形成し、さらに導電性金属を埋め込むことにより前記導電性金属よりなるプラグを形成するとともに、前記Ｔｉの還元効果により前記酸化物層を除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
半導体基板上の第１の絶縁膜中にポリシリコンよりなるプラグを形成する工程と、
前記ポリシリコンよりなるプラグの上に、酸化物層を形成する工程と、
前記ポリシリコンよりなるプラグと前記第１の絶縁膜の上に、第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の上に、所定の形状にパターニングされたレジストを形成する工程と、前記パターニングされたレジストをマスクとして前記第２の絶縁膜の中に、コンタクト孔を設ける工程と、
前記酸化物層を、前記ポリシリコンよりなるプラグの上に残した状態で、前記コンタクト孔の内部を洗浄する工程と、
前記コンタクト孔の内部を洗浄した後、Ａｒスパッタで前記酸化物層を除去する工程と、前記酸化物層を除去した後、前記コンタクト孔の内部を導電性金属で埋め込むことにより前記導電性金属よりなるプラグを形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記酸化物層を形成する工程は、前記ポリシリコンよりなるプラグを形成した後に、前記ポリシリコンよりなるプラグの上に、酸化膜を堆積する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
前記酸化物層を形成する工程は、前記ポリシリコンよりなるプラグを形成した後に、前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
前記酸化物層を形成する工程は、前記コンタクト孔を形成した後に、前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
前記コンタクト孔の内部を洗浄する工程の後における前記酸化物層の膜厚は、０．５ｎｍ以上で且つ１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
前記導電性金属よりなるプラグを形成する工程は、前記コンタクト孔の内部を導電性金属で埋め込む前に、前記コンタクト孔の内部に高融点金属を含有する密着層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記酸化膜を堆積する工程は、ＣＶＤ法により前記酸化膜を堆積する工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程は、Ｏ₃水あるいはＨ₂Ｏ₂を含む薬液により前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程は、イオン注入法により前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程は、高速熱酸化法により前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程は、酸素プラズマ処理により前記ポリシリコンよりなるプラグの表面を酸化する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。