JPH0258216A - Manufacture of semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体集積回路装置の製造方法に関し、特に
、配線のコンタクト部にチタンシリサイド膜と窒化チタ
ン膜との二層構造の膜を用いる半導体集積回路装置の製
造に適用して好適なものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, and in particular, to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, in particular, a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, in particular, using a film with a two-layer structure of a titanium silicide film and a titanium nitride film in the contact portion of wiring. This is suitable for application to the manufacture of semiconductor integrated circuit devices.
本発明は、チタンシリサイド膜と、上記チタンシリサイ
ド膜上に形成された窒化チタン膜とを有する半導体集積
回路装置の製造方法において、窒素を含む雰囲気中で上
記チタンシリサイド膜にレーザービームを選択的に照射
することにより上記窒化チタン膜を形成するようにして
いる。これによって、チタンシリサイド膜の表面のモフ
ォロジーの劣化や不純物の再拡散を生じることなく窒化
チタン膜をチタンシリサイド膜上に形成することができ
る。The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a titanium silicide film and a titanium nitride film formed on the titanium silicide film, in which a laser beam is selectively applied to the titanium silicide film in an atmosphere containing nitrogen. The titanium nitride film is formed by irradiation. Thereby, the titanium nitride film can be formed on the titanium silicide film without deteriorating the morphology of the surface of the titanium silicide film or re-diffusion of impurities.
(従来の技術〕
半導体集積回路装置においては、半導体基板中に形成さ
れた拡散層に、眉間絶縁膜に形成されたコンタクトホー
ルを通じてアルミニウム(AI)の配線がコンタクトし
ている。従来、この拡散層のシート抵抗の低減及びAI
配線とこの拡散層との反応防止を図るために、チタンシ
リサイド(TiSb )膜とその上に形成された窒化チ
タン(TiN)膜との二層構造の膜を介してAI配線を
拡散層にコンタクトさせる技術が知られている。(Prior Art) In a semiconductor integrated circuit device, an aluminum (AI) wiring is in contact with a diffusion layer formed in a semiconductor substrate through a contact hole formed in an insulating film between the eyebrows. Conventionally, this diffusion layer Reduction of sheet resistance and AI
In order to prevent reactions between the wiring and this diffusion layer, the AI wiring is brought into contact with the diffusion layer through a two-layer film consisting of a titanium silicide (TiSb) film and a titanium nitride (TiN) film formed thereon. There are known techniques to do this.
特開昭62−169412号公報には、このTi5iz
膜上にTiN膜を形成する方法として、拡散層上にTi
Si2膜を形成した後、窒素(N)を含む雰囲気中にお
いて900°C以上の高温でアニールを行ってこのTi
5iz膜の表面を窒化することによりTiN膜を形成す
る方法が開示されている。JP-A-62-169412 describes this Ti5iz
As a method of forming a TiN film on a film, TiN film is formed on a diffusion layer.
After forming the Si2 film, annealing is performed at a high temperature of 900°C or higher in an atmosphere containing nitrogen (N) to remove this Ti film.
A method of forming a TiN film by nitriding the surface of a 5iz film is disclosed.
しかし、本発明者の検討によれば、上述の特開昭62−
169412号公報に開示された方法は、半導体基板全
体が900°C以上の高温に加熱されることに起因して
、窒化されない部分におけるTiSi、膜の表面のモフ
ォロジ−(morpho logy )が劣化し、その
結果、電気的特性の劣化が生じてしまうという問題があ
った。また、このように半導体基板全体が高温に加熱さ
れることにより、拡散層中の不純物の再拡散が生じて拡
散層が広がってしまうという問題もあった。However, according to the inventor's study, the above-mentioned JP-A-62-
In the method disclosed in Japanese Patent No. 169412, since the entire semiconductor substrate is heated to a high temperature of 900° C. or higher, the morphology of the TiSi film surface in the non-nitrided portions deteriorates. As a result, there was a problem in that electrical characteristics deteriorated. Furthermore, when the entire semiconductor substrate is heated to a high temperature in this manner, there is a problem in that impurities in the diffusion layer are re-diffused and the diffusion layer is expanded.
従って本発明の目的は、チタンシリサイド膜の表面のモ
フォロジーの劣化や不純物の再拡散を生じることなく窒
化チタン膜をチタンシリサイド膜上に形成することがで
きる半導体集積回路装置の製造方法を提供することにあ
る。Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device that can form a titanium nitride film on a titanium silicide film without deteriorating the morphology of the surface of the titanium silicide film or re-diffusion of impurities. It is in.
上記課題を解決するため、本発明は、チタンシリサイド
膜(9a〜9c)と、チタンシリサイド膜(9a〜9c
)上に形成された窒化チタン膜(13a−13c)とを
有する半導体集積回路装置の製造方法において、窒素を
含む雰囲気中でチタンシリサイド膜(9a〜9c)にレ
ーザービーム(B)を選択的に照射することにより窒化
チタン膜(13a〜13C)を形成するようにしている
。In order to solve the above problems, the present invention provides titanium silicide films (9a to 9c) and titanium silicide films (9a to 9c).
), in which a laser beam (B) is selectively applied to titanium silicide films (9a to 9c) in an atmosphere containing nitrogen. Titanium nitride films (13a to 13C) are formed by irradiation.
上記した手段によれば、窒素を含む雰囲気中でのレーザ
ービーム(B)の照射により、チタンシリサイド膜(9
a〜9c)の窒化を行うべき部分のみが局所的に高温に
加熱されてこの部分に窒化チタン膜(13a−13c)
が形成されるが、その他の部分は高温に加熱されない。According to the above-mentioned means, titanium silicide film (9
Only the parts a to 9c) to be nitrided are locally heated to a high temperature to form a titanium nitride film (13a to 13c) on these parts.
is formed, but other parts are not heated to high temperatures.
このため、この窒化が行われない部分におけるチタンシ
リサイド膜(9a〜9c)の表面のモフォロジーの劣化
や不純物の再拡散が生じるのを防止することができる。Therefore, it is possible to prevent deterioration of the morphology of the surface of the titanium silicide film (9a to 9c) and re-diffusion of impurities in the portions where this nitridation is not performed.
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。この実施例は、本発明をMO3LSIの製造に
通用した実施例である。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. This example is an example in which the present invention was applied to the manufacture of MO3LSI.
第1図A〜第1図Hは、本発明の一実施例によるMO3
LSIの製造方法を工程順に示す。FIGS. 1A to 1H show MO3 according to an embodiment of the present invention.
A method for manufacturing an LSI will be shown in order of steps.
本実施例においては、第1図Aに示すように、まず例え
ばp型シリコン(St)M板のような半導体基板lの表
面に例えば5iOz膜のようなフィールド絶縁膜2を選
択的に形成して素子間分離を行った後、このフィールド
絶縁膜2で囲まれた活性領域の表面に例えば熱酸化によ
り例えば5i02膜のようなゲート絶縁膜3を形成する
。次に、このゲート絶縁膜3上に例えば不純物をドープ
した多結晶Si膜を形成した後、これらの多結晶Si膜
及びゲート絶縁膜3をエツチングにより所定形状にパタ
ーンニングする。これによって、ゲート電極4が形成さ
れる。この後、このゲート電極4をマスクとして半導体
基板1中に例えばリン(P)のようなn型不純物を低濃
度にイオン注入する。次に、例えばCVDにより全面に
例えば5iOz膜を形成した後、例えば反応性イオンエ
ツチング(1E)によりこのSiO2膜を基板表面と垂
直方向に異方性エツチングしてSiO□から成る側壁(
サイドウオールスペーサ)5を形成する。次に、この側
壁5をマスクとして半導体基板1中に例えばヒ素(As
)のようなn型不純物を比較的高濃度にイオン注入す
る。これによって、例えばn゛型のソース領域6及びド
レイン領域7がゲート電極4に対して自己整合的に形成
される。これらのゲート電極4、ソース領域6及びドレ
イン領域7により、nチャネルMOS F ETが構成
される。これらのソース領域6及びドレイン領域7は、
側壁5の下方の部分に例えばn−型の低不純物濃度部6
a、7aを有しており、従ってこのnチャネルMO3F
ETはこの低不純物濃度部7aによりドレイン領域7の
近傍の電界を緩和した、いわゆるLDD(Lightl
y Doped Drain)構造を有する。なお、こ
のnチャネルMO3FETは必ずしもLDD構造を有す
る必要はない、この後、アニールを行うことにより、イ
オン注入された不純物の電気的活性化を行う。In this embodiment, as shown in FIG. 1A, first, a field insulating film 2 such as a 5iOz film is selectively formed on the surface of a semiconductor substrate l such as a p-type silicon (St) M plate. After isolation between elements is performed, a gate insulating film 3 such as a 5i02 film is formed on the surface of the active region surrounded by the field insulating film 2 by, for example, thermal oxidation. Next, a polycrystalline Si film doped with impurities, for example, is formed on the gate insulating film 3, and then the polycrystalline Si film and the gate insulating film 3 are patterned into a predetermined shape by etching. As a result, gate electrode 4 is formed. Thereafter, using the gate electrode 4 as a mask, an n-type impurity such as phosphorus (P) is ion-implanted into the semiconductor substrate 1 at a low concentration. Next, after forming, for example, a 5iOz film on the entire surface by, for example, CVD, this SiO2 film is anisotropically etched in a direction perpendicular to the substrate surface by, for example, reactive ion etching (1E) to form sidewalls made of SiO□ (
A side wall spacer) 5 is formed. Next, using this side wall 5 as a mask, for example, arsenic (As) is added to the semiconductor substrate 1.
) is ion-implanted at a relatively high concentration. As a result, for example, an n-type source region 6 and drain region 7 are formed in self-alignment with the gate electrode 4. These gate electrode 4, source region 6, and drain region 7 constitute an n-channel MOS FET. These source region 6 and drain region 7 are
For example, an n-type low impurity concentration region 6 in the lower part of the side wall 5.
a, 7a, therefore this n-channel MO3F
The ET is a so-called LDD (Light LDD) in which the electric field near the drain region 7 is relaxed by the low impurity concentration portion 7a.
y Doped Drain) structure. Note that this n-channel MO3FET does not necessarily have to have an LDD structure.After this, annealing is performed to electrically activate the ion-implanted impurities.
次に第1図Bに示すように、例えばスパッタや蒸着によ
り全面にチタン(Ti)膜8を形成する。Next, as shown in FIG. 1B, a titanium (Ti) film 8 is formed on the entire surface by, for example, sputtering or vapor deposition.
次に、例えば800°C程度の温度でアニールを行うこ
とにより、Ti膜8とこのTi膜8が直接接しているゲ
ート電8iI4、ソース領域6及びドレイン領域7とを
反応させる。これによって、これらのゲート電極4、ソ
ース領域6及びドレイン領域7の表面がシリサイド化さ
れる。この後、未反応のTi膜8をエツチング除去する
。このようにして、第1図Cに示すように、ゲート電極
4、ソース領域6及びドレイン領域7の表面にそれぞれ
TiSi。Next, by performing annealing at a temperature of, for example, about 800° C., the Ti film 8 is caused to react with the gate electrode 8iI4, the source region 6, and the drain region 7 with which the Ti film 8 is in direct contact. As a result, the surfaces of gate electrode 4, source region 6, and drain region 7 are silicided. Thereafter, the unreacted Ti film 8 is removed by etching. In this way, as shown in FIG. 1C, TiSi is deposited on the surfaces of the gate electrode 4, source region 6, and drain region 7, respectively.
膜9a〜9Cが形成される。これらの7iSiz膜9a
〜9Cの膜厚は例えば1000人程度度板る。Films 9a-9C are formed. These 7iSize films 9a
The film thickness of ~9C is, for example, about 1000 people.
これらのTi5iz膜9a〜9cにより、ゲート電極4
、ソース領域6及びドレイン領域7のシート抵抗の低減
を図ることができる。なお、上述のアニールは例えば赤
外線(IR)アニールにより行うことも可能である。These Ti5iz films 9a to 9c form the gate electrode 4.
, the sheet resistance of the source region 6 and drain region 7 can be reduced. Note that the above-mentioned annealing can also be performed by, for example, infrared (IR) annealing.
次に第ト図りに示すように、例えばCVDにより全面に
例えばリンシリケートガラス(PSC;)膜のような眉
間絶縁膜10を形成し、さらにこの眉間絶縁膜10の上
に例えばスパッタや蒸着により例えばAI膜のような後
述のレーザービームBに対する反射膜1工を形成した後
、リソグラフィーによりこの反射膜llの上に所定形状
のレジストパターン12を形成する。Next, as shown in Figure 1, a glabellar insulating film 10 such as a phosphosilicate glass (PSC) film is formed on the entire surface by, for example, CVD, and then a glabellar insulating film 10, such as a phosphorus silicate glass (PSC) film, is formed on the glabellar insulating film 10 by, for example, sputtering or vapor deposition. After forming a reflective film 1 for laser beam B, which will be described later, such as an AI film, a resist pattern 12 having a predetermined shape is formed on this reflective film 11 by lithography.
次に、このレジストパターン12をマスクとして反射膜
11及び層間絶縁膜lOの所定部分を例えばRIEによ
りエツチングして、第1図Eに示すようにコンタクトホ
ールC1〜C1を形成する。Next, using resist pattern 12 as a mask, predetermined portions of reflective film 11 and interlayer insulating film IO are etched by, for example, RIE to form contact holes C1 to C1 as shown in FIG. 1E.
この後、レジストパターン12を除去する。After that, the resist pattern 12 is removed.
次に第1図Fに示すように、Nを含む雰囲気、例えばN
2ガスやアンモニア(NHl)ガス中で全面にレーザー
ビームBを照射する。このレーザービームBとしては、
例えばXeClエキシマ−レーザーのようなエキシマ−
レーザーによるパルスレーザ−ビーム(波長308 n
m)を用いることができる。また、このレーザービーム
Bの照射エネルギー密度は例えば1600mJ/c+f
lとすることができる。この場合、反射膜11に入射し
たレーザービームBは反射されるため、結果的に反射膜
11で覆われていないコンタクトホールCI””C1内
部のTi5iz膜9a〜9CにのみレーザービームBが
照射される。このレーザービームBの照射によってコン
タクトホールC1〜C1内部のTiSi2膜9a〜9C
のみが局所的に高温に加熱され、この部分がレーザービ
ームBの照射により分解された雰囲気ガス中のNによっ
て所定深さまで窒化される。これによって、TiN膜1
3a=13cがコンタクトホールC,−C,に対して自
己整合的に形成される。これらのTiN膜13a〜13
cによって、後述の配線14a〜14cとゲート電極4
、ソース領域6及びドレイン領域7との反応を防止する
ことができる。なお、この反応を効果的に防止するため
には、これらのTiN膜13a〜13cの厚さは例えば
500人程度板上であるのが好ましい。Next, as shown in FIG. 1F, an atmosphere containing N, for example, N
The entire surface is irradiated with laser beam B in 2 gas or ammonia (NHl) gas. As this laser beam B,
For example, an excimer laser such as a XeCl excimer laser
Pulsed laser beam (wavelength 308 nm)
m) can be used. Moreover, the irradiation energy density of this laser beam B is, for example, 1600 mJ/c+f
It can be l. In this case, since the laser beam B incident on the reflective film 11 is reflected, the laser beam B is irradiated only on the Ti5iz films 9a to 9C inside the contact hole CI""C1 that is not covered with the reflective film 11. Ru. By irradiating this laser beam B, the TiSi2 films 9a to 9C inside the contact holes C1 to C1 are
Only this portion is locally heated to a high temperature, and this portion is nitrided to a predetermined depth by N in the atmospheric gas decomposed by irradiation with the laser beam B. As a result, the TiN film 1
3a=13c are formed in self-alignment with contact holes C, -C. These TiN films 13a to 13
c, the wirings 14a to 14c and the gate electrode 4, which will be described later.
, reaction with the source region 6 and drain region 7 can be prevented. In order to effectively prevent this reaction, the thickness of these TiN films 13a to 13c is preferably about 500 mm thick, for example.
次に、例えばスパッタや蒸着により全面に例えばAI膜
を形成した後、このAI膜をエツチングにより所定形状
にパターンコンタして第1図Hに示すように配’b’A
I 4 a〜14cを形成し、これによって目的とす
るMO3LSIを完成させる。Next, after forming, for example, an AI film on the entire surface by, for example, sputtering or vapor deposition, this AI film is pattern contoured into a predetermined shape by etching to form the pattern 'b'A' shown in FIG. 1H.
I 4 a to 14c are formed, thereby completing the desired MO3LSI.
以上のように、この実施例によれば、コンタクトホール
C,−C3の部分を除いた眉間絶縁膜10の表面を反射
膜11で覆い、この状態でNを含む雰囲気中においてレ
ーザービームBを照射することによりこれらのコンタク
トホールC,−C。As described above, according to this embodiment, the surface of the glabellar insulating film 10 except for the contact holes C and -C3 is covered with the reflective film 11, and in this state, the laser beam B is irradiated in an atmosphere containing N. By doing so, these contact holes C and -C are formed.
の内部におけるTiSi2膜9a〜9Cのみを局所的に
高温に加熱しているので、これらのコンタクトホールC
1−C5の内部における゛Ti5iz膜9a〜9Cの上
にこれらのコンタクトホールCI””Czに対して自己
整合的にTiN膜13a〜13cを形成することができ
る。この場合、レーザービームBが照射されない部分は
高温に加熱されないので、窒化が行われない部分におけ
るTi5iz膜9a〜9Cの表面にヒロック(hill
ock)が形成されたりしてモフォロジーの劣化が生じ
ることがなく、従って電気的特性の劣化は生じない、さ
らにまた、ソース領域6及びドレイン領M7中の不純物
の再拡散が生じることもないので、これらのソース領域
6及びドレイン領域7が広がることもない。Since only the TiSi2 films 9a to 9C inside the contact holes C are locally heated to a high temperature, these contact holes C
The TiN films 13a to 13c can be formed on the Ti5iz films 9a to 9C in the inside of the 1-C5 in a self-aligned manner with respect to these contact holes CI""Cz. In this case, the parts that are not irradiated with the laser beam B are not heated to a high temperature, so hillocks are formed on the surface of the Ti5iz films 9a to 9C in the parts where nitridation is not performed.
ock) is formed and deterioration of morphology occurs, therefore, deterioration of electrical characteristics does not occur.Furthermore, re-diffusion of impurities in the source region 6 and drain region M7 does not occur. These source region 6 and drain region 7 do not spread.
以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば、上述の実施例においては、最終構造に反射膜1
1を残しているが、この反射膜11は例えば配線14〜
14cを形成する前に例えばリン酸によりエツチング除
去することも可°能である。For example, in the embodiment described above, the final structure includes a reflective film.
1 is left, but this reflective film 11 is used for wirings 14 to 14, for example.
It is also possible to remove it by etching, for example with phosphoric acid, before forming 14c.
また、この反射膜11としては、例えばTi膜のような
バリアメタル膜を用いることも可能である。Further, as the reflective film 11, it is also possible to use a barrier metal film such as a Ti film, for example.
さらに、この反射膜11の代わりにレーザービームBに
対して吸収性のある金属膜(タングステン(W)膜、モ
リブデン(MO)i等)を用いても、コンタクトホール
C1〜C1の内部におけるTi5iz膜9a〜9cにの
みレーザービームBを選択的に照射することが可能であ
る。Furthermore, even if a metal film (tungsten (W) film, molybdenum (MO) i, etc.) that absorbs the laser beam B is used instead of the reflective film 11, the Ti5iz film inside the contact holes C1 to C1 It is possible to selectively irradiate only 9a to 9c with the laser beam B.
また、上述の実施例においては、本発明をMO5LSI
に適用した場合について説明したが、本発明は、例えば
バイポーラLSIやバイポーラ−CMO3LSIのよう
なMO3LSI以外の半導体集積回路装置の製造に適用
することも可能である。In addition, in the above-mentioned embodiment, the present invention is implemented as a MO5LSI.
Although the present invention has been described for the case where it is applied to, for example, the present invention can also be applied to the manufacture of semiconductor integrated circuit devices other than MO3LSI, such as bipolar LSI and bipolar-CMO3LSI.
〔発明の効果]
以上述べたように、本発明によれば、窒素を含む雰囲気
中でチタンシリサイド膜にレーザービームを選択的に照
射することにより窒化チタン膜を形成するようにしてい
るので、レーザービームが照射されない部分は高温に加
熱されず、従ってチタンシリサイド膜の表面のモフォロ
ジーの劣化や不純物の再拡散が生じるのを防止すること
ができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a titanium nitride film is formed by selectively irradiating a titanium silicide film with a laser beam in an atmosphere containing nitrogen. The portion that is not irradiated with the beam is not heated to a high temperature, and therefore it is possible to prevent deterioration of the morphology of the surface of the titanium silicide film and re-diffusion of impurities.
第1図A〜第1図Hは本発明の一実施例によるMO3L
SIの製造方法を工程順に示す断面図である。
図面における主要な符号の説明
に半導体基板、 2:フィールド絶縁膜、4:ゲート電
極、 6:ソース領域、 7:ドレイン領域、 8
:Ti膜、 9 a 〜9 c : Ti5iz膜、1
1:反射膜、 13 axl 3 c :TiN膜、
14〜14c:配線、 C,〜c、:コンタクトホール
。
代理人 弁理士 杉 浦 正 知
第1図A
−実施(ダI
第1図B
−1大)殆イグ・1
8し−す“−ヒ°−ム
第1図F
−実施例
第1図C
−突犯例
第1図D
−実光例
第1図G
−T犯例
第1図HFIG. 1A to FIG. 1H are MO3Ls according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing SI in order of steps. Explanation of main symbols in the drawings: semiconductor substrate, 2: field insulating film, 4: gate electrode, 6: source region, 7: drain region, 8
: Ti film, 9 a to 9 c : Ti5iz film, 1
1: Reflective film, 13 axl 3 c: TiN film,
14 to 14c: wiring, C, to c,: contact hole. Agent Patent Attorney Tadashi Sugiura Figure 1 A - Implementation (I Figure 1 B - 1 Large) Most of the time 1 8S - Him Figure 1 F - Example Figure 1 C - Sudden crime example, Figure 1 D - Actual light example, Figure 1 G - T crime example, Figure 1 H
Claims (1)
成された窒化チタン膜とを有する半導体集積回路装置の
製造方法において、 窒素を含む雰囲気中で上記チタンシリサイド膜にレーザ
ービームを選択的に照射することにより上記窒化チタン
膜を形成するようにしたことを特徴とする半導体集積回
路装置の製造方法。[Claims] A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a titanium silicide film and a titanium nitride film formed on the titanium silicide film, comprising: selecting a laser beam on the titanium silicide film in an atmosphere containing nitrogen; 1. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, characterized in that the titanium nitride film is formed by irradiating the titanium nitride film.
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