JPH02162722A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH02162722A
JPH02162722A JP31644188A JP31644188A JPH02162722A JP H02162722 A JPH02162722 A JP H02162722A JP 31644188 A JP31644188 A JP 31644188A JP 31644188 A JP31644188 A JP 31644188A JP H02162722 A JPH02162722 A JP H02162722A
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JP
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film
titanium
silicon nitride
metal
selectively
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Application number
JP31644188A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyoshi Awaya
信義 粟屋
Takao Amasawa
天沢 敬生
Mutsunobu Arita
有田 睦信
Yasuhisa Omura
泰久 大村
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable a metal to be selectively deposited on a thin film for diffusion barrier by a method wherein a pattern of metallic film is formed on a silicon nitride or oxide and after ion-implanting a metal reducible to the silicon nitride or oxide, the metallic film is selectively reduced and then the second metallic film is selectively formed by chemical vapor deposition process. CONSTITUTION:After depositing a silicon nitride film 3 and a titanium film 4 on a single crystal silicon substrate 1 with an impurity diffused layer 2 formed on the part near the surface thereof, the titanium film 4 is etched away to expose the silicon nitride film 3 which is ion-implanted with titanium and then heat-treated. A titanium silicide film 5 is formed near the surface of the diffused layer 2 by ion-implanting with titanium slightly deeper than the thickness of the silicon nitride film 3; a part of the silicon nitride film 3 is turned into a titanium nitride 6 and another titanium silicide film 7 is formed on the surface. Next, the titanium film 4 is selectively removed and then a metallic film 8 (copper) is selectively deposited only on the regenerated part of the silicon nitride by chemical vapor deposition process. Through these procedures, the metallic film 8 can be selectively formed on the titanium nitride 6 so that a metal may be buried in a fine contact hole.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、配線形成における半導体装置の製造方法に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in the formation of wiring.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

シリコン半導体集積回路において、配線材料としては主
にスパツクで形成したアルミニウムが使用されている。
In silicon semiconductor integrated circuits, sprocket aluminum is mainly used as a wiring material.

しかし、半導体装置における配線の微細化及び多層化と
共に上層と下層との配線を接続するコンタクト孔への金
属の埋め込みが困難になっていきている。また、多層且
つ微細な配線パターンを形成するためには配線の平坦化
が不可欠になってきている。
However, with the miniaturization and multilayering of interconnects in semiconductor devices, it has become difficult to fill contact holes that connect interconnects between upper and lower layers with metal. Further, in order to form multilayered and fine wiring patterns, it has become essential to flatten the wiring.

これらの要望に対して化学気相成長法を用いた下地材料
の差異による選択成長法が提案されている。この方法は
微細孔及び微細溝への素材の埋め込みを可能にするため
、特に六弗化タングステンの還元を用いたタングステン
膜の成長について広く検討が続けられている。また、ア
ルミニウム、銅においても例えばトリイソブチルアルミ
ニウム、ヘキサフロロアセチルアセトナト銅をそれぞれ
原料として選択成長現象が発見されている(特願昭62
−118147号公報、特願昭63−124006号公
報)。
In response to these demands, a selective growth method using different underlying materials using chemical vapor deposition has been proposed. Since this method enables the filling of material into micropores and microgrooves, extensive studies are being continued, particularly regarding the growth of tungsten films using reduction of tungsten hexafluoride. In addition, a selective growth phenomenon has been discovered in aluminum and copper using, for example, triisobutylaluminum and hexafluoroacetylacetonatocopper as raw materials (Patent Application No. 62).
-118147, Japanese Patent Application No. 63-124006).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところで、近年の半導体装置における拡散層の薄層化に
より、金属とシリコンとの間の拡散反応による半導体装
置の信頌性の劣化が問題となっている。
Incidentally, as diffusion layers in semiconductor devices have become thinner in recent years, deterioration of the reliability of semiconductor devices due to diffusion reactions between metal and silicon has become a problem.

この対策として、拡散バリアとして窒化チタンをシリコ
ンと金属との間に挟む構造が検討されている。しかし、
通常の窒化チタン膜の上では金属の選択成長は起きず、
他の金属の酸化物及び窒化物上でも選択成長は起き難か
った。
As a countermeasure to this problem, a structure in which titanium nitride is sandwiched between silicon and metal as a diffusion barrier is being considered. but,
Selective growth of metal does not occur on ordinary titanium nitride films,
Selective growth was also difficult to occur on oxides and nitrides of other metals.

本発明は上記の欠点を解決するためになされたもので、
特に半導体装置の配線形成において拡散バリア用薄膜上
に金属を選択的に成長させること、微細寸法の多層配線
金属膜の上下層の接続を可能にすること、多層配線構造
を平坦化することを目的としたものである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks.
In particular, the purpose is to selectively grow metal on a diffusion barrier thin film in the wiring formation of semiconductor devices, to enable connection between the upper and lower layers of a multilayer wiring metal film with fine dimensions, and to flatten a multilayer wiring structure. That is.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の主
面側に形成したシリコン窒化物またはシリコン酸化物上
に第1の金属膜のパターンを形成する工程と、半導体基
板の主面側にシリコン窒化物またはシリコン酸化物を還
元できる金属をイオン注入することによって、露出して
いるシリコン窒化物またはシリコン酸化物を金属化合物
を含有する薄膜に改質する工程と、第1の金属膜のパタ
ーンを選択的に除去し、化学気相成長法を用いて金属イ
オン注入によって改質させたシリコン窒化物またはシリ
コン酸化物の上にのみ選択的に第2の金属膜を形成する
工程とを有している。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first metal film pattern on silicon nitride or silicon oxide formed on the main surface side of the semiconductor substrate, and a step of forming a first metal film pattern on the silicon nitride or silicon oxide formed on the main surface side of the semiconductor substrate. A step of modifying the exposed silicon nitride or silicon oxide into a thin film containing a metal compound by ion-implanting a metal capable of reducing the nitride or silicon oxide, and forming a pattern of the first metal film. a step of selectively forming a second metal film only on the silicon nitride or silicon oxide that has been selectively removed and modified by metal ion implantation using a chemical vapor deposition method; There is.

また、半導体基板の主面側にシリコン窒化物を堆積する
工程と、シリコン窒化物上に絶縁膜と第1の金属膜とを
堆積する工程と、第1の金属膜と絶縁膜との一部をエツ
チングにより除去して孔または溝を形成し、シリコン窒
化物を露出する工程と、半導体基板の主面側にチタンを
イオン注入し且つ熱処理することによって、既に露出し
たシリコン窒化物と注入したチタンとを反応させて窒化
チタン及びチタンシリサイドを形成する工程と、第1の
金属膜を選択的に取り去った後、化学気相成長法を用い
て前記孔または溝のみに選択的に第2の金属膜を堆積す
る工程とを有している。
Also, a step of depositing silicon nitride on the main surface side of the semiconductor substrate, a step of depositing an insulating film and a first metal film on the silicon nitride, and a step of depositing a part of the first metal film and the insulating film. By etching away the silicon nitride to form holes or grooves and exposing the silicon nitride, and by implanting titanium ions into the main surface side of the semiconductor substrate and heat-treating, the already exposed silicon nitride and the implanted titanium are removed. After selectively removing the first metal film, a second metal film is selectively applied only to the holes or grooves using a chemical vapor deposition method. and a step of depositing a film.

〔作 用〕[For production]

金属イオン注入によって改質させたシリコン窒化物上ま
たはシリコン酸化物上にのみ選択的に第2の金属膜を形
成する。
A second metal film is selectively formed only on silicon nitride or silicon oxide modified by metal ion implantation.

また、チタンをイオン注入によって窒化チタン及びチタ
ンシリサイドを形成し、チタンシリサイド上に第2の金
属膜を形成する。
Furthermore, titanium nitride and titanium silicide are formed by ion implantation of titanium, and a second metal film is formed on the titanium silicide.

〔実施例〕〔Example〕

実施斑上 次に、本発明の実施例について図に従って説明する。第
1図(a)〜(d)は本発明に係る実施例1を示した半
導体装置の断面図である。
Embodiments Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1(a) to 1(d) are cross-sectional views of a semiconductor device showing a first embodiment of the present invention.

まず、同図(a)に示すように、不純物の拡散層2を表
面近傍に形成した単結晶シリコンからなる半導体基板1
上に窒化シリコン膜3を堆積した後、第1の金属膜にあ
たるチタン膜4を堆積する。
First, as shown in FIG. 2(a), a semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon with an impurity diffusion layer 2 formed near the surface.
After depositing a silicon nitride film 3 thereon, a titanium film 4 corresponding to the first metal film is deposited.

その後、例えば反応性イオンエツチング法でチタン膜4
をエツチングして、拡散層2上の窒化シリコン膜3を露
出する。
After that, the titanium film 4 is etched using, for example, a reactive ion etching method.
The silicon nitride film 3 on the diffusion layer 2 is exposed by etching.

続いて、同図(b)に示すように、半導体基板1の主面
側にチタンをイオン注入しく例えば、特願昭63−11
6030号公報記載の方法を用いる)、所定温度(例え
ば700℃)で所定時間(例えば30分)不活性ガス中
で熱処理する。この場合、チタンのイオン注入射程を窒
化シリコン膜3の厚さよりやや深くすることにより、拡
散層2の表面近傍にチタンシリサイド膜5を形成すると
共に、窒化シリコン膜3をチタン化合物に変える。ただ
し、窒化シリコン膜3中のシリコンは、その一部がチタ
ンに置き換えられることにより窒化チタン6が形成され
、余ったシリコンは表面に析出する。チタンの注入量が
十分多ければ、表面にチタンシリサイドII!7が形成
される。
Subsequently, as shown in FIG. 6(b), titanium ions are implanted onto the main surface side of the semiconductor substrate 1.
6030 (using the method described in Japanese Patent No. 6030), heat treatment is performed in an inert gas at a predetermined temperature (for example, 700° C.) for a predetermined time (for example, 30 minutes). In this case, by making the titanium ion implantation range slightly deeper than the thickness of the silicon nitride film 3, the titanium silicide film 5 is formed near the surface of the diffusion layer 2, and the silicon nitride film 3 is changed to a titanium compound. However, a portion of the silicon in the silicon nitride film 3 is replaced with titanium to form titanium nitride 6, and the remaining silicon is deposited on the surface. If the amount of titanium injected is large enough, titanium silicide II will form on the surface! 7 is formed.

次に、同図(C)に示すように、チタン膜4を例えばア
ンモニア、過酸化水素水、水の1:1:4のエツチング
液で選択的に除去する。
Next, as shown in FIG. 4C, the titanium film 4 is selectively removed using, for example, an etching solution of ammonia, hydrogen peroxide, and water in a ratio of 1:1:4.

そして、同図(d)に示すように化学気相成長方決(例
えば、特願昭63−124006号公報記載の方法を用
いる)により、先に形成した窒化シリコンが改質された
部分にのみ選択的に第2の金属膜にあたる金属膜8 (
銅)を成長させる。
Then, as shown in Figure (d), by chemical vapor deposition (for example, using the method described in Japanese Patent Application No. 63-124006), only the portions where the previously formed silicon nitride has been modified are grown. A metal film 8 selectively corresponding to the second metal film (
copper).

なお、銅の堆積条件は、特願昭63−124006号公
報に詳細に記載されているが、例えばヘキサフロロアセ
チルアセトナト銅を60℃に加熱して流量100cc/
分の水素ガスと共に反応室中に輸送し、反応室の圧力1
000Pa、試料温度350℃の状態で減圧化学気相成
長を実施して銅の選択成長を行なう。
The conditions for depositing copper are described in detail in Japanese Patent Application No. 124006/1982, but for example, hexafluoroacetylacetonate copper is heated to 60°C and the flow rate is 100cc/1.
The pressure in the reaction chamber is 1
000 Pa and sample temperature of 350° C. to perform selective growth of copper by performing low pressure chemical vapor deposition.

失施炭1 第2図(a)〜(f)は本発明に係る実施例2を示した
半導体装置の断面図である。
Coal Loss 1 FIGS. 2(a) to 2(f) are cross-sectional views of a semiconductor device showing a second embodiment of the present invention.

まず、同図(a)に示すように、不純物の拡散N2を表
面近傍に形成した単結晶シリコンからなる半導体基板1
上に窒化シリコン膜3を堆積した後、絶縁膜として例え
ば酸化シリコン膜9を堆積し、さらにチタン膜4を堆積
する。
First, as shown in Figure (a), a semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon with impurity diffusion N2 formed near the surface.
After depositing a silicon nitride film 3 thereon, for example, a silicon oxide film 9 is deposited as an insulating film, and then a titanium film 4 is deposited.

その後、同図(b)に示すように、例えば反応性イオン
エツチング法でチタン膜4と酸化シリコン膜9とをエツ
チングして、孔または溝部を設は拡散膜2上の窒化シリ
コン膜3を露出する。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, the titanium film 4 and the silicon oxide film 9 are etched using, for example, a reactive ion etching method to form holes or grooves and expose the silicon nitride film 3 on the diffusion film 2. do.

続いて、同図(c)に示すように、半導体基板1の主面
側にチタンをイオン注入しく例えば特願昭63−116
030号公報記載の方法を用いる)、さらに所定温度(
例えば700℃)で所定時間(例えば30分)不活性ガ
ス中で熱処理する。
Subsequently, as shown in FIG. 6(c), titanium ions are implanted onto the main surface side of the semiconductor substrate 1, for example, by Japanese Patent Application No. 63-116.
using the method described in No. 030), and further at a predetermined temperature (
For example, heat treatment is performed at 700° C. for a predetermined time (for example, 30 minutes) in an inert gas.

この場合、チタンのイオン注入射程を窒化シリコン膜3
の厚さよりやや深くすることにより、拡散層2の表面近
傍にチタンシリサイド膜5を形成すると共に、窒化シリ
コンもチタン化合物に変えられる。ただし、窒化シリコ
ン膜3中のシリコンは、その一部がチタンに置き換えら
れ、窒化チタン6が形成され、余ったシリコンは表面に
析出する。
In this case, the titanium ion implantation range is set to the silicon nitride film 3.
By making the thickness slightly deeper than , titanium silicide film 5 is formed near the surface of diffusion layer 2, and silicon nitride can also be changed to a titanium compound. However, a portion of the silicon in the silicon nitride film 3 is replaced with titanium to form titanium nitride 6, and the remaining silicon is deposited on the surface.

チタンの注入量が十分多ければ、表面にチタンシリサイ
ド膜7が形成される。
If the amount of titanium implanted is large enough, a titanium silicide film 7 will be formed on the surface.

同図(d)は同図(C)における記号A部の拡大図であ
る。
Figure (d) is an enlarged view of a section marked A in figure (C).

次に、同図(e)に示すように、酸化シリコン膜9上の
チタン膜4を例えばアンモニア、過酸化水素水、水の1
:1:4のエツチング液で選択的に除去する。
Next, as shown in FIG. 3(e), the titanium film 4 on the silicon oxide film 9 is coated with, for example, ammonia, hydrogen peroxide, or water.
: Selectively remove with a 1:4 etching solution.

そして、同図Cf)に示すように、化学気相成長法によ
り(例えば特願昭63−124006号公報記載の方法
を用いる)、先に形成した孔または溝の底部のみに選択
的に金属膜8(銅)を成長させる。
Then, as shown in Figure Cf), a metal film is selectively formed only at the bottom of the previously formed hole or groove by chemical vapor deposition (for example, using the method described in Japanese Patent Application No. 124006/1983). Grow 8 (copper).

ス財11走 第1図(a)〜(d)及び第2図(a)〜(f)に示し
た実施例1.2の金属の選択成長工程第1図(d)、第
2図(f)において、銅の代わりにアルミニウムを選択
成長することができる。
Selective growth process of metal of Example 1.2 shown in Figures 1 (a) to (d) and Figures 2 (a) to (f) Figures 1 (d) and 2 ( In f) aluminum can be selectively grown instead of copper.

アルミニウムの選択成長法については、特願昭62−1
18147号公報に反応装置と反応条件とを詳細に示し
ているが、第1図(a)〜(c)または第2図(a)〜
(e)の工程を経た半導体基板の上下に半導体基板から
それぞれ5mmずつ離して加熱ブロックを設置し、例え
ば半導体基板の主表面側の加熱ブロックの温度を320
℃、半導体基板の背面側の加熱ブロックの温度を200
℃とする。そして、引き続きトリイソブチルアルミニウ
ムガスを反応室に導入し、このガス圧力を65Paにす
ることにより、第1図(d)または第2図(f)のよう
にアルミニウムを窒化シリコンが改質された部分にのみ
に選択的に堆積する。
Regarding the selective growth method of aluminum, please refer to the patent application 1986-1.
Although the reaction apparatus and reaction conditions are shown in detail in Japanese Patent No. 18147, FIG. 1(a) to (c) or FIG. 2(a) to
Heating blocks are installed at a distance of 5 mm from the semiconductor substrate on the top and bottom of the semiconductor substrate that has undergone the step (e), and the temperature of the heating block on the main surface side of the semiconductor substrate is set to 320°C, for example.
℃, the temperature of the heating block on the back side of the semiconductor substrate was set to 200℃.
℃. Then, by subsequently introducing triisobutylaluminum gas into the reaction chamber and increasing the gas pressure to 65 Pa, aluminum is modified with silicon nitride as shown in FIG. 1(d) or FIG. 2(f). selectively deposits only on

ス崖炭↓ 第1図(a)〜(d)及び第2図(a)〜(f)に示し
た実施例において、金属膜8としてタングステンを選択
成長させる場合は、広く報告されている公知の六弗化タ
ングステンのシラン還元法で行なうことができる。例え
ば、第1図(a)〜(c)または第2図(a)〜(e)
の工程を経た半導体基板において、通常のコールドウオ
ール型のCVD装置を用いて六弗化タングステンガス圧
力IPa、シランガス圧力IPa、水素ガス圧力40P
aの条件で、該半導体基板を250℃に加熱することに
より、タングステンを第1図(d)、第2図(f)の金
属膜8ように窒化シリコンが改質された部分のみに選択
的に形成できる。
Scrap carbon This can be carried out by the silane reduction method of tungsten hexafluoride. For example, Fig. 1 (a) to (c) or Fig. 2 (a) to (e)
The semiconductor substrate that has gone through the process is treated with tungsten hexafluoride gas pressure IPa, silane gas pressure IPa, and hydrogen gas pressure 40P using a normal cold wall type CVD equipment.
By heating the semiconductor substrate to 250° C. under the conditions of a, tungsten is selectively applied only to the portions where silicon nitride has been modified, as shown in the metal film 8 in FIGS. 1(d) and 2(f). can be formed into

火胤拠工 第3図(a)〜(f)は本発明に係る実施例5を示した
半導体装置の断面図である。ここでは、本発明の製造方
法をMOS)ランジスタのソース。
Embodiment 5 FIGS. 3(a) to 3(f) are cross-sectional views of a semiconductor device showing a fifth embodiment of the present invention. Here, the manufacturing method of the present invention will be described as a MOS) transistor source.

ドレイン電極の取り出し部に応用した場合について説明
する。図において、10aはMOS)ランジスタのソー
ス領域、10bはドレイン領域、11aは素子分離用の
酸化シリコン、llbはゲートの酸化シリコン、12は
ゲート電極用多結晶シリコンである。
A case will be described in which the present invention is applied to the lead-out portion of the drain electrode. In the figure, 10a is a source region of a MOS transistor, 10b is a drain region, 11a is silicon oxide for element isolation, llb is silicon oxide for a gate, and 12 is polycrystalline silicon for a gate electrode.

まず、同図(a)に示すように従来法でMOSトランジ
スタを形成し、ソース領域10a及びドレイン領域fo
bを露出させ窒化シリコン膜3を堆積する。
First, as shown in FIG. 2(a), a MOS transistor is formed by a conventional method, and a source region 10a and a drain region fo are formed.
b is exposed and a silicon nitride film 3 is deposited.

次に、同図(b)に示すように、半導体基板主表面上に
絶縁膜として例えば酸化シリコン膜9と金属膜として例
えばチタン膜4とを引き続いて堆積する。その後、チタ
ン膜4及び酸化シリコン膜9の一部をエツチングにより
孔または溝を形成し、窒化シリコン膜3を露出させる。
Next, as shown in FIG. 2B, an insulating film such as a silicon oxide film 9 and a metal film such as a titanium film 4 are successively deposited on the main surface of the semiconductor substrate. Thereafter, a hole or groove is formed in part of the titanium film 4 and the silicon oxide film 9 by etching, and the silicon nitride film 3 is exposed.

さらに、同図(C)に示すように、半導体基板lの主面
側にチタンを所定のエネルギーで所定の量だけイオン注
入したのち、例えばアルゴン雰囲気中700℃で30分
熱処理を行ない、窒化シリコン膜3とその直下のシリコ
ンをそれぞれ窒化チタン6とチタンシリサイド膜5とに
改質する。また、この熱処理時に窒化チタン6表面には
チタンシリサイド膜7が析出する。
Furthermore, as shown in Figure (C), titanium is ion-implanted in a predetermined amount at a predetermined energy onto the main surface side of the semiconductor substrate l, and then a heat treatment is performed at 700°C for 30 minutes in an argon atmosphere, and silicon nitride is The film 3 and the silicon immediately below it are modified into titanium nitride 6 and titanium silicide film 5, respectively. Further, during this heat treatment, a titanium silicide film 7 is deposited on the surface of the titanium nitride 6.

同図(d)は同図(c)における記号Bの拡大図である
Figure (d) is an enlarged view of symbol B in figure (c).

その後、同図(e)に示すように、アンモニア、過酸化
水素水、水の混合液で酸化シリコン膜9上のチタン膜4
を選択的に除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 2(e), the titanium film 4 on the silicon oxide film 9 is coated with a mixture of ammonia, hydrogen peroxide, and water.
selectively remove.

そして、同図(e)に示すように、実施例2゜3.4の
いずれかの方法に従って金属膜8(例えば、銅、アルミ
ニウム、タングステン、モリブデン)を先に形成した孔
または溝の底部に選択成長させる。
Then, as shown in FIG. 3(e), a metal film 8 (for example, copper, aluminum, tungsten, molybdenum) is deposited on the bottom of the previously formed hole or groove according to any of the methods described in Example 2.3.4. Choose to grow.

実1111 第4図(a)〜(d)は本発明に係る実施例6を示した
半導体装置の断面図である。ここでは、第3図と同様に
本発明の製造方法をMOSトランジスタのソース、ドレ
イン電極の取り出しに応用した場合を説明する。
Figures 4(a) to 4(d) are cross-sectional views of a semiconductor device showing a sixth embodiment of the present invention. Here, a case will be described in which the manufacturing method of the present invention is applied to extracting the source and drain electrodes of a MOS transistor in the same manner as in FIG.

まず、同図(a)に示すように、MOSトランジスタの
ソース、ドレイン領域10a、10b及びゲートの電極
用多結晶シリコン12の表面を露出し、公知の方法で選
択的にシリサイド13にする。
First, as shown in FIG. 5A, the surfaces of the polycrystalline silicon 12 for source and drain regions 10a, 10b and gate electrodes of the MOS transistor are exposed and selectively made into silicide 13 by a known method.

その後、同図(b)に示すように、半導体基板の主表面
側に窒化シリコン膜3を堆積する。次に、絶縁膜として
例えば酸化シリコン膜9と金属としてチタン膜4とを堆
積する。そして、酸化シリコン膜9とチタン膜4との一
部をエツチングにより孔または溝を形成し、窒化シリコ
ン膜3を露出させる。さらに、チタンのイオン注入を行
ない熱処理することにより、窒化シリコン膜3を改質し
、表面にチタンシリサイド膜7を有する窒化チタン6を
形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3B, a silicon nitride film 3 is deposited on the main surface side of the semiconductor substrate. Next, for example, a silicon oxide film 9 as an insulating film and a titanium film 4 as a metal are deposited. Then, a hole or groove is formed by etching a portion of the silicon oxide film 9 and the titanium film 4, and the silicon nitride film 3 is exposed. Further, by implanting titanium ions and performing heat treatment, the silicon nitride film 3 is modified to form a titanium nitride 6 having a titanium silicide film 7 on its surface.

同図(c)は同図(b)における記号Cの拡大図である
Figure (c) is an enlarged view of symbol C in figure (b).

次に、同図(d)に示すように酸化シリコン膜9上のチ
タン膜4を除去し、実施例2,3.4のいずれかの方法
に従い金属膜8(例えば、銅、アルミニウム、タングス
テン、モリブデン)を先に形成した孔または溝の底部に
選択的に成長する。
Next, as shown in FIG. 4(d), the titanium film 4 on the silicon oxide film 9 is removed, and the metal film 8 (for example, copper, aluminum, tungsten, molybdenum) selectively grows at the bottom of previously formed holes or grooves.

失施拠工 第5図(a)〜(f)は本発明に係る実施例7を示した
半導体装置の断面図である。ここでは、本発明の製造方
法を平坦化配線に応用した場合を説明する。
FIGS. 5(a) to 5(f) are cross-sectional views of a semiconductor device showing a seventh embodiment of the present invention. Here, a case will be described in which the manufacturing method of the present invention is applied to planarized wiring.

同図(a)に示すように、絶縁膜として例えば窒化シリ
コン膜14を素子分離用酸化膜11aの上に堆積し、窒
化シリコン膜14上に第1の金属膜として例えばチタン
膜15を堆積する。
As shown in FIG. 5A, an insulating film such as a silicon nitride film 14 is deposited on the element isolation oxide film 11a, and a first metal film such as a titanium film 15 is deposited on the silicon nitride film 14. .

その後、同図(b)に示すように、チタン15の一部を
エツチングして除去し、引き続き露出した窒化シリコン
膜14を所定の深さだけエツチングにより除去して配線
バクーン用の溝を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, a part of the titanium 15 is removed by etching, and subsequently, the exposed silicon nitride film 14 is removed by etching to a predetermined depth to form a groove for wiring backing. .

そして、同図(c)に示すように、チタンをイオン注入
し且つ加熱処理することにより、露出させた窒化シリコ
ン膜14による溝の底部を窒化チタン16に改質すると
共に窒化チタンの表面にチタンシリサイド17を析出さ
せる。
Then, as shown in FIG. 3(c), titanium ions are implanted and heat treated to modify the bottom of the groove formed by the exposed silicon nitride film 14 into titanium nitride 16, and to add titanium to the surface of the titanium nitride. Silicide 17 is precipitated.

同図(d)は同図(C)の記号りの拡大図である。Figure (d) is an enlarged view of the symbol in figure (C).

その後、同図(e)に示すように、チタン膜15を選択
的に除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 3(e), the titanium film 15 is selectively removed.

そして、同図(f)に示すように、化学気相成長法で第
2の金属膜にあたる金属膜18を開孔部のみに選択成長
する。
Then, as shown in FIG. 3(f), a metal film 18 corresponding to the second metal film is selectively grown only in the opening portion by chemical vapor deposition.

去隻用工 第6図(a)〜(d)は本発明に係る実施例8を示した
半導体装置の断面図である。ここでは、上記の実施例を
総合して平坦な多結晶配線を形成した場合について説明
する。
FIGS. 6(a) to 6(d) are cross-sectional views of a semiconductor device showing an eighth embodiment of the present invention. Here, a case will be described in which a flat polycrystalline wiring is formed by combining the above embodiments.

同図(a)〜(C)はそれぞれ半導体基板l上、絶縁膜
11a上、金属8上に窒化シリコン3を堆積し、上記の
実施例で説明した金属を選択成長させた例である。これ
ら同図(a)〜(C)を組み合わせることにより、同図
(d)のような平坦化された多層配線を形成できる。
Figures (a) to (c) show examples in which silicon nitride 3 is deposited on the semiconductor substrate 1, on the insulating film 11a, and on the metal 8, respectively, and the metal explained in the above embodiment is selectively grown. By combining these steps (a) to (C) in the same figure, a flattened multilayer wiring as shown in (d) in the same figure can be formed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、半導体基板上に選択的に
金属を形成することができるため、次のような効果を有
する。
As explained above, the present invention has the following effects because metal can be selectively formed on a semiconductor substrate.

(1)窒化チタンの上に選択的に金属膜を形成すること
が可能となり、金属と下地シリコンとの反応を防げると
同時に微細なコンタクトホールに金・属を埋め込むこと
が可能となり、配線の平坦化と高集積化を可能にする。
(1) It is now possible to selectively form a metal film on titanium nitride, preventing reactions between the metal and the underlying silicon, and at the same time making it possible to fill minute contact holes with metal, resulting in flat wiring. This enables high integration and high integration.

(2)コンタクトホール以外の部分は窒化シリコン膜に
よって覆われており、金属が基板方向に拡散するのを防
止できる。
(2) Portions other than the contact hole are covered with a silicon nitride film, which can prevent metal from diffusing toward the substrate.

(3)リソグラフィとエツチングとを伴うこと無に平坦
な配線構造を形成できる。
(3) A flat wiring structure can be formed without lithography and etching.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)〜(d)は本発明に係る実施例1を示した
半導体装置の断面図、第2図(a)〜<r>は本発明に
係る実施例2を示した半導体装置の断面図、第3図(a
)〜<f>は本発明に係る実施例5を示した半導体装置
の断面図、第4図(a)〜(d)は本発明に係る実施例
6を示した半導体装置の断面図、第5図(a)〜(f)
は本発明に係る実施例7を示した半導体装置の断面図、
第6図(a)〜(d)は本発明に係る実施例8を示した
半導体装置の断面図である。 ■・・・半導体基板、2・・・拡散層、3・・・窒化シ
リコン膜、4・・・チタン膜、5・・・チタンシリサイ
ド膜、6・・・窒化チタン、7・・・チタンシリサイド
膜、8・・・金属膜。 特許出願人 日本電信電話株式会社 代 理 人 山川政樹(ほか1名) 図 図
1(a) to (d) are cross-sectional views of a semiconductor device showing a first embodiment according to the present invention, and FIGS. 2(a) to <r> are cross-sectional views of a semiconductor device showing a second embodiment according to the present invention. Cross-sectional view of Figure 3 (a
) to <f> are cross-sectional views of a semiconductor device showing a fifth embodiment of the present invention, and FIGS. 4(a) to (d) are cross-sectional views of a semiconductor device showing a sixth embodiment of the present invention. Figure 5 (a) to (f)
is a cross-sectional view of a semiconductor device showing Example 7 according to the present invention,
FIGS. 6(a) to 6(d) are cross-sectional views of a semiconductor device showing an eighth embodiment of the present invention. ■...Semiconductor substrate, 2...Diffusion layer, 3...Silicon nitride film, 4...Titanium film, 5...Titanium silicide film, 6...Titanium nitride, 7...Titanium silicide Film, 8...Metal film. Patent applicant: Nippon Telegraph and Telephone Corporation Agent: Masaki Yamakawa (and one other person) Diagrams

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板の主面側に形成したシリコン窒化物ま
たはシリコン酸化物上に第1の金属膜のパターンを形成
する工程と、 前記半導体基板の主面側に前記シリコン窒化物またはシ
リコン酸化物を還元できる金属をイオン注入することに
よって、露出している前記シリコン窒化物またはシリコ
ン酸化物を金属化合物を含有する薄膜に改質する工程と
、 前記第1の金属膜のパターンを選択的に除去し、化学気
相成長法を用いて金属イオン注入によって改質させたシ
リコン窒化物またはシリコン酸化物の上にのみ選択的に
第2の金属膜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。
(1) forming a first metal film pattern on the silicon nitride or silicon oxide formed on the main surface side of the semiconductor substrate; a step of modifying the exposed silicon nitride or silicon oxide into a thin film containing a metal compound by ion-implanting a metal that can reduce the metal; and selectively removing the pattern of the first metal film. and a step of selectively forming a second metal film only on silicon nitride or silicon oxide modified by metal ion implantation using a chemical vapor deposition method. Method of manufacturing the device.
(2)半導体基板の主面側にシリコン窒化物を堆積する
工程と、 前記シリコン窒化物上に絶縁膜と第1の金属膜とを堆積
する工程と、 前記第1の金属膜と絶縁膜との一部をエッチングにより
除去して孔または溝を形成し、前記シリコン窒化物を露
出する工程と、 前記半導体基板の主面側にチタンをイオン注入し且つ熱
処理することによって、前工程で露出したシリコン窒化
物とイオン注入したチタンとを反応させて窒化チタン及
びチタンシリサイドを形成する工程と、 前記第1の金属膜を選択的に取り去った後、化学気相成
長法を用いて前記孔または溝のみに選択的に第2の金属
膜を堆積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。
(2) a step of depositing silicon nitride on the main surface side of a semiconductor substrate; a step of depositing an insulating film and a first metal film on the silicon nitride; and a step of depositing the first metal film and the insulating film. a step of removing a part of the silicon nitride by etching to form a hole or groove and exposing the silicon nitride; and a step of implanting titanium ions into the main surface side of the semiconductor substrate and heat-treating the silicon nitride, which was exposed in the previous step. A step of reacting silicon nitride with ion-implanted titanium to form titanium nitride and titanium silicide, and after selectively removing the first metal film, forming the hole or groove using a chemical vapor deposition method. 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of selectively depositing a second metal film only on the surface of the semiconductor device.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5399526A (en) * 1991-06-28 1995-03-21 Sony Corporation Method of manufacturing semiconductor device by forming barrier metal layer between substrate and wiring layer
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