JPH05160065A - Forming method of silicide plug - Google Patents

Forming method of silicide plug

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JPH05160065A
JPH05160065A JP34403391A JP34403391A JPH05160065A JP H05160065 A JPH05160065 A JP H05160065A JP 34403391 A JP34403391 A JP 34403391A JP 34403391 A JP34403391 A JP 34403391A JP H05160065 A JPH05160065 A JP H05160065A
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silicide
opening
layer
tisi
plug
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Abstract

PURPOSE:To obtain a stable TiSi2 plug which is excellent in burying properties, low in leakage and contact resistance, and hardly corrodes a base. CONSTITUTION:A silicide plug is formed through such a method that an opening 16 is provided to an interlayer insulating layer 14 formed on a semiconductor substrate 10 and silicide is filled into the opening 16. In a first way, a process where a silicon layer 18 is formed on the base of an opening and another process where silicide is filled into the opening through a CVD method are provided. In a second way, a process where a silicide thin film is formed on the base of an opening and then the thin film is nitrided, and another process where silicide is filled into the opening through a CVD method are provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のコンタク
トホール内にシリサイドプラグを形成する方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a silicide plug in a contact hole of a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】超LSIにおいて、微細な開口部を配線
材料で埋め込み、コンタクトホール(以下、接続孔とも
いう)を形成する技術として、タングステンCVD法が
ある。タングステンCVD法は、従来のタングステンス
パッタ法と比較し、優れたステップカバレッジ及び埋め
込み能力を有する。タングステンCVD法では、例えば
WF6ガス/SiH4ガス及びH2ガスが使用され、Si
4及びH2によってWF6が還元され、タングステンが
開口部内に堆積する。
2. Description of the Related Art In a VLSI, there is a tungsten CVD method as a technique for filling a fine opening with a wiring material to form a contact hole (hereinafter also referred to as a connection hole). The tungsten CVD method has excellent step coverage and burying ability as compared with the conventional tungsten sputtering method. In the tungsten CVD method, for example, WF 6 gas / SiH 4 gas and H 2 gas are used.
WF 6 is reduced by H 4 and H 2 and tungsten is deposited in the openings.

【0003】タングステンCVD法には、ブランケット
タングステンCVD法と、選択タングステンCVD法が
あるが、現在ブランケットタングステンCVD法が主流
である。ブランケットタングステンCVD法では、半導
体基板表面に層間絶縁層を形成し、かかる層間絶縁層に
開口部を設ける。そして、層間絶縁層の表面及び開口部
内にCVD法にてタングステンを堆積させた後、エッチ
バックによって開口部内にのみタングステンを残す。こ
れによって開口部内にタングステンから成るメタルプラ
グが形成され、接続孔が完成する。
The tungsten CVD method includes a blanket tungsten CVD method and a selective tungsten CVD method. Currently, the blanket tungsten CVD method is the mainstream. In the blanket tungsten CVD method, an interlayer insulating layer is formed on the surface of a semiconductor substrate and an opening is provided in the interlayer insulating layer. Then, after depositing tungsten by CVD on the surface of the interlayer insulating layer and in the opening, the tungsten is left only in the opening by etch back. As a result, a metal plug made of tungsten is formed in the opening, and the connection hole is completed.

【0004】選択タングステンCVD法は、タングステ
ンが絶縁膜表面では成長し難いことを応用し、CVD法
にて選択的に開口部内にのみタングステンを成長させ、
これによって開口部内にタングステンから成るメタルプ
ラグを形成し、接続孔を完成させる方法である。
In the selective tungsten CVD method, tungsten is difficult to grow on the surface of the insulating film, and the tungsten is selectively grown only in the opening by the CVD method.
With this method, a metal plug made of tungsten is formed in the opening to complete the connection hole.

【0005】ブランケットタングステンCVD法は、タ
ングステンと下地であるシリコン酸化膜との密着性が余
り良くないため、チタンナイトライド(TiN)、チタ
ンタングステン(TiW)等から成る密着層をタングス
テンとシリコン酸化膜との間に介在させている。TiN
はコンタクト抵抗が高いため、TiNから成る密着層の
下に予めチタン(Ti)あるいはチタンシリサイド(T
iSi2)を堆積させて、コンタクト抵抗の低減を図っ
ている。
In the blanket tungsten CVD method, the adhesion between tungsten and the underlying silicon oxide film is not so good. Is intervened between. TiN
Has a high contact resistance, so titanium (Ti) or titanium silicide (T
iSi 2 ) is deposited to reduce the contact resistance.

【0006】現状では、これらの密着層をスパッタ法に
て堆積させているため、層間絶縁層に形成された高アス
ペクト比且つ微小径の開口部の底部における密着層の被
覆性が悪い。その結果、自然酸化膜の影響を受けてチタ
ンのシリサイド化が均一に起こらず、コンタクト抵抗が
増加するという問題がある。
At present, since these adhesion layers are deposited by the sputtering method, the coverage of the adhesion layer on the bottom of the opening having a high aspect ratio and a small diameter formed in the interlayer insulating layer is poor. As a result, there is a problem in that the silicidation of titanium does not occur uniformly under the influence of the natural oxide film, and the contact resistance increases.

【0007】また、ブランケットタングステンCVD法
においては、接続孔内に形成されたタングステンプラグ
は、タングステン(W)/TiN/Tiの多層構造とな
っている。それ故、エッチバック時、Wをフッ素系のガ
スで、TiN/Tiを塩素系のガスで、それぞれエッチ
ングする必要があり、エッチバックプロセスが複雑にな
るという問題もある。
Further, in the blanket tungsten CVD method, the tungsten plug formed in the connection hole has a multilayer structure of tungsten (W) / TiN / Ti. Therefore, it is necessary to etch W with a fluorine-based gas and TiN / Ti with a chlorine-based gas at the time of etchback, which causes a problem that the etchback process becomes complicated.

【0008】ブランケットタングステンCVD法の上記
の問題を解決するための一手段として、CVD法により
TiN膜を成膜してTiNから成るプラグを形成する方
法が検討されている。しかしながら、たとえ膜中の不純
物が少なくしかもステップカバレッジの優れたCVD法
によるTiN膜が得られたとしても、TiNプラグ自体
の抵抗が高く、しかも、低コンタクト抵抗を得るために
はTi層あるいはTiSiX層を必要とする。
As a means for solving the above problems of the blanket tungsten CVD method, a method of forming a TiN film by the CVD method to form a plug made of TiN is being studied. However, even if a TiN film with a small amount of impurities in the film and excellent step coverage is obtained by the CVD method, the TiN plug itself has a high resistance, and in order to obtain a low contact resistance, a Ti layer or TiSi x film is required. Need layers.

【0009】タングステンあるいはTiNから成るプラ
グの代わりに、TiSiXの単層で開口部を埋め込み、
接続孔内にTiSi2から成るプラグを形成し、これに
よって、低コンタクト抵抗を実現し且つエッチバックプ
ロセスを簡素化しようとする技術が提案されている。現
在、このTiSiX埋め込みプラグの形成方法として、
次の方法を挙げることができる。 (A)TiCl4ガスとSiH4ガスとを用いて、熱CV
D法にて開口部の埋め込みを行う(例えば、「Contact
Plug Formed With Chemical Vapour DepositedTiN」,
K. Mori, et al, Extended Abstracts of the 1991 Int
ernational Conference on Solid State Device and Ma
terials, Yokohama, 1991, pp. 210-212参照)。 (B)選択的に開口部内にエピタキシャルなあるいは多
結晶状のシリコン層を形成した後、スパッタ法にてかか
るシリコン層の上にチタンを堆積させる。次いで、アニ
ール処理を行うことによって、開口部内のチタンとシリ
コンとを反応させ、開口部内のみTiSi2を形成する
(例えば、「The Use of Selective Silicon Or Silici
de Plugs For Submicron Contact Fill」, C.S. Wei et
al, ULSI Sci Tech, 1989, pp.637-648 参照)。
Instead of a plug of tungsten or TiN, the opening is filled with a single layer of TiSi x ,
A technique has been proposed in which a plug made of TiSi 2 is formed in the contact hole to realize a low contact resistance and to simplify the etchback process. Currently, as a method of forming this TiSi x embedded plug,
The following methods can be mentioned. (A) Thermal CV using TiCl 4 gas and SiH 4 gas
The opening is embedded by the D method (for example, "Contact
Plug Formed With Chemical Vapor Deposited TiN '',
K. Mori, et al, Extended Abstracts of the 1991 Int
ernational Conference on Solid State Device and Ma
terials, Yokohama, 1991, pp. 210-212). (B) After selectively forming an epitaxial or polycrystalline silicon layer in the opening, titanium is deposited on the silicon layer by sputtering. Then, an annealing process is performed to cause titanium and silicon in the opening to react with each other to form TiSi 2 only in the opening (for example, “The Use of Selective Silicon Or Silici
de Plugs For Submicron Contact Fill '', CS Wei et
al, ULSI Sci Tech, 1989, pp.637-648).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】TiSi2によって開
口部を埋め込むこれらの方法においては、塩素系のガス
によるプラズマエッチングによってTiSiX層をエッ
チバックすることでプラグを形成できる。従って、ブラ
ンケットタングステンCVD法と比較し、エッチング工
程の簡素化を図ることができる。
In these methods of filling the opening with TiSi 2 , the plug can be formed by etching back the TiSi x layer by plasma etching with a chlorine-based gas. Therefore, the etching process can be simplified as compared with the blanket tungsten CVD method.

【0011】しかしながら、上記の方法においても以下
のような問題がある。 (a)上記(A)の方法は、埋め込み性は優れている
が、TiCl4ガスとSiH4ガスの比率が変動した場
合、形成されたTiSiXの膜質に大きな変動が生じ
る。特にSiH4/TiCl4の割合が0〜1のような小
さい値の場合、TiCl4が下地である拡散層を浸食す
る虞れがある。また、TiSiXの成膜温度が約700
゜Cと高い。そのため、原料ガスであるTiCl4が下
地である拡散層を著しく浸食し、リーク電流が増大す
る。 (b)上記(B)の方法では、スパッタ法にてチタンを
堆積させるために、微小径の開口部におけるチタンの被
覆性が悪く、開口部内に堆積したチタンにボイドが発生
し易い。
However, the above method also has the following problems. (A) The method (A) has excellent embedding property, but when the ratio of TiCl 4 gas to SiH 4 gas changes, the quality of the formed TiSi x film changes greatly. In particular, when the ratio of SiH 4 / TiCl 4 is a small value such as 0 to 1, TiCl 4 may erode the underlying diffusion layer. Also, the TiSi x film forming temperature is about 700.
It is as high as ° C. Therefore, TiCl 4 as the source gas significantly corrodes the underlying diffusion layer, and the leak current increases. (B) In the above method (B), since titanium is deposited by the sputtering method, the coverage of titanium in the opening having a small diameter is poor, and voids are likely to occur in the titanium deposited in the opening.

【0012】従って、本発明の目的は、埋め込み性に優
れ、下地が浸食される虞れが無く、低リーク、低コンタ
クト抵抗を得ることができる、安定なTiSi2から成
るプラグの形成技術の確立にある。
Therefore, an object of the present invention is to establish a technique for forming a stable plug of TiSi 2 which is excellent in embedding property, has no fear of eroding the base, and can obtain low leak and low contact resistance. It is in.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のシリサイドプラグの形成方法は、半導体基
板上に形成された層間絶縁層に開口部を設け、かかる開
口部をシリサイドで埋め込む方法である。
According to a method of forming a silicide plug of the present invention for achieving the above object, an opening is provided in an interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate, and the opening is filled with silicide. Is the way.

【0014】そして、本発明のシリサイドプラグの形成
方法の第1の態様は、(イ)少なくとも開口部の底部に
シリコン層を形成する工程と、(ロ)CVD法にて開口
部をシリサイドで埋め込む工程、から成ることを特徴と
する。
The first aspect of the method for forming a silicide plug of the present invention is (a) a step of forming a silicon layer at least at the bottom of the opening, and (b) filling the opening with silicide by a CVD method. It is characterized by comprising a process.

【0015】この第1の態様においては、上記(イ)の
工程では、開口部の底部並びに側壁及び層間絶縁層の表
面にシリコン層を形成することが望ましい。また、シリ
サイドはチタンシリサイドから成ることが好ましい。上
記(ロ)の工程に引き続き、開口部に埋め込まれたシリ
サイドの表面を窒化することが好ましい。
In the first aspect, in the step (a), it is desirable to form a silicon layer on the bottom of the opening, the side wall and the surface of the interlayer insulating layer. Further, the silicide is preferably made of titanium silicide. Subsequent to the step (b), it is preferable to nitride the surface of the silicide embedded in the opening.

【0016】本発明のシリサイドプラグの形成方法の第
2の態様は、(イ)少なくとも開口部の底部にシリサイ
ドから成る薄膜を形成した後、該薄膜を窒化させる工程
と、(ロ)CVD法にて開口部をシリサイドで埋め込む
工程、から成ることを特徴とする。
A second aspect of the method for forming a silicide plug of the present invention is to include (a) a step of forming a thin film of silicide at least at the bottom of the opening and then nitriding the thin film, and (b) a CVD method. And filling the opening with silicide.

【0017】この第2の態様においては、上記(イ)の
工程におけるシリサイドから成る薄膜の形成はプラズマ
CVD法にて行うことが好ましい。また、上記(ロ)の
工程に引き続き、開口部に埋め込まれたシリサイドの表
面を窒化することが望ましい。
In the second aspect, it is preferable that the thin film of silicide in the step (a) is formed by a plasma CVD method. Further, it is desirable to nitride the surface of the silicide embedded in the opening after the step (b).

【0018】[0018]

【作用】本発明の第1の態様におけるシリサイドの形成
方法においては、少なくとも開口部の底部にシリコン層
が形成されているので、シリサイドの原料ガスが直接下
地と接触することがなく、かかる原料ガスによる下地の
浸食を防止することができる。また、CVD法にて開口
部をシリサイドで埋め込むので、開口部に対するシリサ
イドの埋め込み性に優れている。
In the method for forming a silicide according to the first aspect of the present invention, since the silicon layer is formed at least at the bottom of the opening, the silicide source gas does not come into direct contact with the base, and the source gas is It is possible to prevent erosion of the base due to. Further, since the opening is filled with the silicide by the CVD method, the burying property of the silicide in the opening is excellent.

【0019】本発明の第2の態様におけるシリサイドの
形成方法においては、少なくとも開口部の底部にシリサ
イドから成る薄膜を形成した後、かかる薄膜を窒化させ
るので、この薄膜は、シリサイドのみから成る薄膜より
もシリサイドの原料ガスに対するバリア性が向上する。
従って、シリサイドの原料ガスが直接下地と接触するこ
とがなく、かかる原料ガスによる下地の浸食を一層効果
的に防止することができる。また、CVD法にて開口部
をシリサイドで埋め込むので、開口部に対するシリサイ
ドの埋め込み性に優れている。
In the method of forming a silicide according to the second aspect of the present invention, since a thin film made of silicide is formed at least at the bottom of the opening, the thin film is nitrided. Also, the barrier property of the silicide against the source gas is improved.
Therefore, the raw material gas of the silicide does not come into direct contact with the base, and the base gas can be more effectively prevented from being eroded by the raw material gas. Further, since the opening is filled with the silicide by the CVD method, the burying property of the silicide in the opening is excellent.

【0020】本発明の第1及び第2の態様において、上
記(ロ)の工程に引き続き、開口部に埋め込まれたシリ
サイドの表面を窒化することによって、その後に形成さ
れるアルミニウム配線に対するTiNバリア層をプラグ
表面に容易に形成することができる。
In the first and second aspects of the present invention, subsequent to the step (b), the surface of the silicide embedded in the opening is nitrided to thereby form a TiN barrier layer for the aluminum wiring formed thereafter. Can be easily formed on the plug surface.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明を、図面を参照して実施例に基
づき詳しく説明する。尚、各図は、半導体素子の模式的
な一部断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on embodiments with reference to the drawings. Each drawing is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor element.

【0022】(実施例−1)先ず、本発明のシリサイド
プラグの形成方法の第1の態様を、実施例−1に基づき
説明する。
(Embodiment 1) First, the first aspect of the method for forming a silicide plug of the present invention will be explained based on Embodiment 1.

【0023】[工程−100]半導体基板10に拡散層
12を形成した後、その上に層間絶縁層14を堆積さ
せ、次いで、層間絶縁層14に開口部16を形成する
(図1の(A)参照)。開口部16は、例えば、口径
0.4μm、アスペクト比2とすることができる。
[Step-100] After the diffusion layer 12 is formed on the semiconductor substrate 10, the interlayer insulating layer 14 is deposited thereon, and then the opening 16 is formed in the interlayer insulating layer 14 ((A in FIG. 1). )reference). The opening 16 can have a diameter of 0.4 μm and an aspect ratio of 2, for example.

【0024】[工程−110]次に、希フッ酸洗浄にて
自然酸化膜を除去した後、開口部16の底部に選択的に
膜厚20〜40nmのシリコン層18を形成する(図1
の(B)参照)。シリコン層18の形成は、例えば、選
択エピタキシャルSi成長あるいは選択多結晶Si成長
によって行うことができる。選択エピタキシャルSi成
長を用いる場合、その条件を、SiH2Cl2=300s
ccm、HCl=300〜1000sccm、圧力30
00〜7000Pa、温度800〜1000゜Cとする
ことができる。また、選択多結晶Si成長を用いる場
合、その条件を、SiH2Cl2/HCl=2〜3、圧力
1000Pa、温度700〜800゜Cとすることがで
きる。
[Step-110] Next, after removing the natural oxide film by dilute hydrofluoric acid cleaning, a silicon layer 18 having a film thickness of 20 to 40 nm is selectively formed at the bottom of the opening 16 (FIG. 1).
(B)). The silicon layer 18 can be formed, for example, by selective epitaxial Si growth or selective polycrystalline Si growth. When selective epitaxial Si growth is used, the conditions are SiH 2 Cl 2 = 300 s
ccm, HCl = 300 to 1000 sccm, pressure 30
The temperature can be set to 00 to 7000 Pa and the temperature to 800 to 1000 ° C. When the selective polycrystalline Si growth is used, the conditions can be SiH 2 Cl 2 / HCl = 2 to 3, pressure 1000 Pa, and temperature 700 to 800 ° C.

【0025】[工程−120]次いで、熱CVD法にて
開口部をシリサイドで埋め込む。この工程を以下、工程
−120A〜工程−120Cにて説明する。
[Step-120] Next, the opening is filled with silicide by the thermal CVD method. This step will be described below in Step-120A to Step-120C.

【0026】[工程−120A]シリサイドの原料ガス
としてTiCl4とSiH4を用いて、熱CVD法にて層
間絶縁層14の表面及び開口部16の内部にTiSiX
層20を堆積させる(図1の(C)参照)。TiSiX
層20を堆積させる条件として、例えば、温度700゜
C、SiH4/TiCl4=1〜5とすることができる。
開口部16の内部のTiSiX層20にボイドが発生し
ないように注意する必要がある。尚、形成されたTiS
XのXの値は、1.0〜1.8程度である。この工程
において、開口部16の底部にはシリコン層18が既に
形成されているので、TiCl4ガスが拡散層12と直
接接触することがなく、拡散層12のTiCl4による
浸食を防止することができる。
[Step-120A] Using TiCl 4 and SiH 4 as the source gas for silicide, a thermal CVD method is used to deposit TiSi x on the surface of the interlayer insulating layer 14 and inside the opening 16.
The layer 20 is deposited (see FIG. 1C). TiSi x
The conditions for depositing the layer 20 can be, for example, a temperature of 700 ° C. and SiH 4 / TiCl 4 = 1 to 5.
Care must be taken not to generate voids in the TiSi X layer 20 inside the opening 16. The formed TiS
The value of X of i X is about 1.0 to 1.8. In this step, since the silicon layer 18 has already been formed at the bottom of the opening 16, the TiCl 4 gas does not come into direct contact with the diffusion layer 12 and the erosion of the diffusion layer 12 by TiCl 4 can be prevented. it can.

【0027】[工程−120B]次に、N2、NH3ある
いはArガス雰囲気下、800〜1000゜C、30〜
60秒の条件にてアニール処理を行い、開口部16の底
部において、シリコン層18とTiSiX層20とを反
応させ、TiSi2層22を生成させる(図2の(A)
参照)。即ち、堆積したTiSiX層20(X=1.0
〜1.8)は、Tiリッチであるため、このアニール処
理によって開口部16底部のシリコン層18はTiSi
X層20に拡散、吸収される。これによって、TiSiX
は化学量論的にTiSi2となり、TiSi2層22が形
成される。TiSi2層22は拡散層12と直接接触す
るので、低コンタクト抵抗が得られる。
[Step-120B] Next, under N 2 , NH 3 or Ar gas atmosphere, 800-1000 ° C., 30-
Annealing treatment is performed under the condition of 60 seconds, and the silicon layer 18 and the TiSi x layer 20 are reacted with each other at the bottom of the opening 16 to generate the TiSi 2 layer 22 ((A) of FIG. 2).
reference). That is, the deposited TiSi X layer 20 (X = 1.0
.About.1.8) is Ti-rich, the annealing treatment causes the silicon layer 18 at the bottom of the opening 16 to be TiSi.
It is diffused and absorbed in the X layer 20. This allows TiSi x
Becomes stoichiometrically TiSi 2 and a TiSi 2 layer 22 is formed. Since the TiSi 2 layer 22 is in direct contact with the diffusion layer 12, low contact resistance is obtained.

【0028】[工程−120C]次に、塩素系のガスを
用いたプラズマエッチングによって、層間絶縁層14の
表面に形成されたTiSi2層22をエッチバックして
除去し、開口部16内にのみTiSi2層22を残す
(図2の(B)参照)。エッチバックの条件を、Cl2
/Ar=50/25sccm、RFパワー250W、圧
力20Paとすることができる。これによって、開口部
16はTiSi2から成るシリサイドで埋め込まれ、シ
リサイドプラグを有する接続孔が完成する。ブランケッ
トタングステンCVD法では、W/TiN/Tiの多層
構造の層をエッチバックする必要があるために、Wをフ
ッ素系ガスで、TiN/Tiを塩素系ガスでエッチング
しなければならず、エッチバックプロセスが複雑にな
る。これに対して、本発明においては、TiSi2をエ
ッチバックすればよいので、エッチバックプロセスは簡
素化される。
[Step-120C] Next, the TiSi 2 layer 22 formed on the surface of the interlayer insulating layer 14 is etched back and removed by plasma etching using a chlorine-based gas, and only in the opening 16. The TiSi 2 layer 22 is left (see FIG. 2B). The etch back conditions are Cl 2
/ Ar = 50/25 sccm, RF power 250 W, pressure 20 Pa. As a result, the opening 16 is filled with the silicide made of TiSi 2, and the connection hole having the silicide plug is completed. In the blanket tungsten CVD method, since it is necessary to etch back the W / TiN / Ti multilayer structure layer, it is necessary to etch W with a fluorine-based gas and TiN / Ti with a chlorine-based gas. The process becomes complicated. On the other hand, in the present invention, the etch back process is simplified because it is sufficient to etch back TiSi 2 .

【0029】[工程−130]TiSi2からなるプラ
グを形成した後、必要に応じて、NH3雰囲気中で、温
度700〜900゜C、10〜60秒の条件下、プラグ
の表面を窒化してTiN24を形成することができる
(図2の(C)参照)。
[Step-130] After forming a plug made of TiSi 2 , if necessary, the surface of the plug is nitrided in an NH 3 atmosphere at a temperature of 700 to 900 ° C. for 10 to 60 seconds. TiN24 can be formed (see FIG. 2C).

【0030】[工程−140]次いで、通常の方法でア
ルミニウム配線を形成する。即ち、スパッタ法にてTi
ON、アルミニウムを順次堆積させ、アルミニウム配線
層を形成すればよい(図3参照)。
[Step-140] Next, an aluminum wiring is formed by a usual method. That is, Ti is sputtered
ON and aluminum may be sequentially deposited to form an aluminum wiring layer (see FIG. 3).

【0031】(実施例−2)本発明のシリサイドプラグ
の形成方法の第1の態様を、更に、実施例−2に基づき
説明する。実施例−1では、開口部16の底部にシリコ
ン層18を形成したが、実施例−2においては、シリコ
ン層を開口部16のみならず層間絶縁層14の表面にも
形成する。
Example-2 The first aspect of the method for forming a silicide plug of the present invention will be further described with reference to Example-2. In Example-1, the silicon layer 18 was formed on the bottom of the opening 16, but in Example-2, the silicon layer is formed not only on the opening 16 but also on the surface of the interlayer insulating layer 14.

【0032】[工程−200]この工程は、実施例−1
における工程−100と同様であり、その詳細な説明は
省略する。
[Step-200] This step is the same as Example-1.
Since it is the same as the process-100 in step No. 1, detailed description thereof will be omitted.

【0033】[工程−210]次に、希フッ酸洗浄にて
自然酸化膜を除去した後、開口部16の底部並びに側壁
及び層間絶縁層14に膜厚20〜40μmのシリコン層
18を形成する(図4参照)。シリコン層18の形成
は、例えばアモルファスSi成長あるいは多結晶Si成
長によって行うことができる。アモルファスSi成長を
用いる場合、その条件を、SiH4/He=500/3
0sccm、圧力270Pa、温度550゜Cとするこ
とができる。また、多結晶Si成長を用いる場合、その
条件を、SiH4/He=100/400sccm、圧
力70Pa、温度650゜Cとすることができる。
[Step-210] Next, after removing the natural oxide film by cleaning with dilute hydrofluoric acid, a silicon layer 18 having a film thickness of 20 to 40 μm is formed on the bottom and side walls of the opening 16 and the interlayer insulating layer 14. (See Figure 4). The silicon layer 18 can be formed, for example, by amorphous Si growth or polycrystalline Si growth. When using amorphous Si growth, the conditions are SiH 4 / He = 500/3
The pressure can be 0 sccm, the pressure is 270 Pa, and the temperature is 550 ° C. When polycrystalline Si growth is used, the conditions can be SiH 4 / He = 100/400 sccm, pressure 70 Pa, and temperature 650 ° C.

【0034】[工程−220]〜[工程−240]以下
の工程は、実施例−1における[工程−120A]〜
[工程−120C]、[工程−130]及び[工程−1
40]と同様であり、その詳細な説明は省略する。但
し、工程−220において、層間絶縁層14表面のTi
Si2層だけでなくシリコン層18もエッチバックす
る。
[Step-220] to [Step-240] The following steps are from [Step-120A] in Example-1.
[Step-120C], [Step-130] and [Step-1]
40] and detailed description thereof will be omitted. However, in the step-220, Ti on the surface of the interlayer insulating layer 14 is
Not only the Si 2 layer but also the silicon layer 18 is etched back.

【0035】(実施例−3)本発明のシリサイドプラグ
の形成方法の第2の態様を、実施例−3に基づき説明す
る。実施例−1及び実施例−2では、少なくとも開口部
16の底部にシリコン層18を形成したが、実施例−3
においては、開口部の底部にTiSiXから成るの薄膜
を形成した後、この薄膜を窒化させる。
(Embodiment 3) A second aspect of the method for forming a silicide plug of the present invention will be described based on Embodiment 3. In Example-1 and Example-2, the silicon layer 18 was formed at least on the bottom of the opening 16, but Example-3 was used.
In (1), after forming a thin film of TiSi x on the bottom of the opening, this thin film is nitrided.

【0036】[工程−300]この工程は、実施例−1
における工程−100と同様であり、その詳細な説明は
省略する。
[Step-300] This step is the same as Example-1.
Since it is the same as the process-100 in step No. 1, detailed description thereof will be omitted.

【0037】[工程−310]次に、開口部の底部にシ
リサイドから成る薄膜を熱CVD法にて形成した後、薄
膜を窒化させる。この工程を、以下、工程−310A〜
工程−310Bにて説明する。 [工程−310A]先ず、原料ガスとしてTiCl4
びSiH4を用いて、開口部16の底部並びに側壁及び
層間絶縁層14の表面にTiSiXから成る薄膜30を
熱CVD法にて形成する(図5の(A)参照)。薄膜3
0の形成条件を、例えば、SiH4/TiCl4=8〜1
0、温度700゜Cとすることができる。 [工程−310B]次に、例えば800゜C、30秒
間、アンモニア(NH3)雰囲気中にてランプアニール
処理を行い、TiSiXから成る薄膜30の表面を窒化
する(図5の(B)参照)。これによって、TiSiX
から成る薄膜30は、TiN層32/TiSiX層34
の2層構造を有する薄膜に変化する。
[Step-310] Next, a thin film of silicide is formed on the bottom of the opening by thermal CVD, and then the thin film is nitrided. This step is hereinafter referred to as step-310A-
It demonstrates in process-310B. [Step-310A] First, using TiCl 4 and SiH 4 as source gases, a thin film 30 made of TiSi X is formed by thermal CVD on the bottom and side walls of the opening 16 and the surface of the interlayer insulating layer 14 (FIG. 5 (A)). Thin film 3
The formation condition of 0 is, for example, SiH 4 / TiCl 4 = 8 to 1
The temperature may be 0 and the temperature may be 700 ° C. [Step-310B] Next, lamp annealing is performed in an ammonia (NH 3 ) atmosphere at 800 ° C. for 30 seconds to nitride the surface of the thin film 30 made of TiSi x (see FIG. 5B). ). This allows TiSi x
The thin film 30 made of is a TiN layer 32 / TiSi x layer 34.
To a thin film having a two-layer structure.

【0038】[工程−320]次に、熱CVD法にて開
口部をTiSiXから成るシリサイドで埋め込む。この
工程を、以下、工程−320A〜工程−320Bに従っ
て説明する。
[Step-320] Next, the opening is filled with a silicide of TiSi x by the thermal CVD method. This step will be described below according to steps-320A and 320B.

【0039】[工程−320A]先ず、開口部16が充
分埋め込まれるまで、TiSiX層20を800〜10
00nm、開口部16内及び層間絶縁層14の表面に熱
CVD法にて堆積させる(図5の(C)参照)。TiS
X層20の堆積条件は、工程−310Aで説明した薄
膜30の形成条件と同様である。開口部16の底部に
は、工程−310Bで形成されたTiN層が存在するの
で、TiSiX層20を堆積させるとき使用されるTi
Cl4が下地の拡散層を浸食することが防止できる。
[Step-320A] First, the TiSi X layer 20 is formed into 800 to 10 layers until the opening 16 is sufficiently filled.
It is deposited to a thickness of 00 nm in the opening 16 and on the surface of the interlayer insulating layer 14 by a thermal CVD method (see FIG. 5C). TiS
The deposition conditions of the i X layer 20 are the same as the formation conditions of the thin film 30 described in Step-310A. At the bottom of the opening 16, the TiN layer formed in Step-310B is present, so the TiN layer used for depositing the TiSi x layer 20 is Ti.
It is possible to prevent Cl 4 from eroding the underlying diffusion layer.

【0040】[工程−320B]次に、塩素系のガスを
用いたプラズマエッチングによって、層間絶縁層14の
表面に形成されたTiSiX層20、TiN層32/T
iSiX層34をエッチバックして除去し、開口部16
内にのみTiSiX層20を残す(図6参照)。エッチ
バックの条件を、Cl2/Ar=50/25sccm、
RFパワー250W、圧力20Paとすることができ
る。これによって、開口部16はTiSi2から成るシ
リサイドで埋め込まれ、シリサイドプラグを有する接続
孔が完成する。
[0040] [Step -320B] Next, by plasma etching using a chlorine-based gas, TiSi X layer 20 formed on the surface of the interlayer insulating layer 14, TiN layer 32 / T
The iSi X layer 34 is etched back and removed to form the opening 16
The TiSi x layer 20 is left only inside (see FIG. 6). The etch back conditions are Cl 2 / Ar = 50/25 sccm,
The RF power may be 250 W and the pressure may be 20 Pa. As a result, the opening 16 is filled with the silicide made of TiSi 2, and the connection hole having the silicide plug is completed.

【0041】[工程−330]及び[工程−340]以
降の工程は、実施例−1の[工程−130]及び[工程
−140]と同様であるため、詳細な説明は省略する。
Since the steps after [Step-330] and [Step-340] are the same as [Step-130] and [Step-140] of Example-1, detailed description will be omitted.

【0042】(実施例−4)選択タングステンCVD法
で観察される下地である拡散層へのWF6の浸食現象
は、CVD成長温度が高い程顕著となる。実施例−3に
おいては、TiSiXから成る薄膜30を形成するため
に熱CVD法を採用し、温度条件を700゜Cとした。
実施例−4においては、TiSiXから成る薄膜30の
形成をプラズマCVD法で行う。プラズマCVD法でT
iSiXから成る薄膜30を形成するときの温度条件は
450゜C程度とすることができ、これによって、Ti
Cl4の下地への浸食をより一層防止することができ
る。
(Embodiment 4) The erosion phenomenon of WF 6 on the underlying diffusion layer observed by the selective tungsten CVD method becomes more remarkable as the CVD growth temperature becomes higher. In Example-3, the thermal CVD method was used to form the thin film 30 made of TiSi x , and the temperature condition was 700 ° C.
In the example 4, the thin film 30 made of TiSi x is formed by the plasma CVD method. T by plasma CVD method
The temperature condition for forming the thin film 30 of iSi x can be about 450 ° C.
It is possible to further prevent the erosion of Cl 4 on the base.

【0043】[工程−400]この工程は、実施例−1
における工程−100と同様であり、その詳細な説明は
省略する。
[Step-400] This step is the same as Example-1.
Since it is the same as the process-100 in step No. 1, detailed description thereof will be omitted.

【0044】[工程−410]次に、開口部の底部にシ
リサイドから成る薄膜をプラズマCVD法にて形成した
後、薄膜を窒化させる。この工程を、以下、工程−41
0A〜工程−410Bにて説明する。
[Step-410] Next, a thin film of silicide is formed on the bottom of the opening by plasma CVD, and then the thin film is nitrided. This step will be referred to as step-41 below.
0A to step-410B will be described.

【0045】[工程−410A]先ず、図5の(A)に
示したと同様に、原料ガスとしてTiCl4及びSiH4
を用いて、開口部16の底部並びに側壁及び層間絶縁層
14の表面にTiSiXから成る薄膜30をプラズマC
VD法にて形成する。薄膜30の形成条件を、例えば、
SiH4/TiCl4=1〜8、温度450゜C、RFパ
ワー200〜400Wとすることができる。TiSiX
から成る薄膜30の形成温度が450゜Cと低いため、
熱CVD法と比較して、TICl4の下地に対する浸食
は一層少なくなる。
[Step-410A] First, similarly to the case shown in FIG. 5A, TiCl 4 and SiH 4 were used as source gases.
Using a plasma thin film 30 made of TiSi X on the bottom and side walls and the surface of the interlayer insulating layer 14 of the opening 16 C
It is formed by the VD method. The conditions for forming the thin film 30 are, for example,
SiH 4 / TiCl 4 = 1 to 8, temperature 450 ° C., and RF power 200 to 400 W. TiSi x
Since the forming temperature of the thin film 30 composed of is as low as 450 ° C,
The erosion of TICl 4 on the substrate is less than that of the thermal CVD method.

【0046】[工程−410B]次に、図5の(B)に
示したと同様に、例えば700〜900゜C、10〜6
0秒間、アンモニア(NH3)雰囲気中にてアニール処
理を行い、TiSiXから成る薄膜30の表面を窒化す
る。これによって、TiSiXから成る薄膜30は、T
iN層32/TiSiX層34の2層構造を有する薄膜
に変化する。
[Step-410B] Next, in the same manner as shown in FIG. 5B, for example, 700 to 900 ° C., 10 to 6
Annealing is performed for 0 seconds in an ammonia (NH 3 ) atmosphere to nitride the surface of the thin film 30 made of TiSi x . As a result, the thin film 30 made of TiSi x has a T
The thin film has a two-layer structure of iN layer 32 / TiSi x layer 34.

【0047】[工程−420]〜[工程−440]CV
D法にて開口部をTiSiXから成るシリサイドで埋め
込む工程以降の工程は、実施例−3の[工程−320
A]〜[工程−340]と同様であるため、詳細な説明
は省略する。
[Step-420] to [Step-440] CV
The steps subsequent to the step of filling the opening with the silicide made of TiSi x by the D method are the same as those in [Step-320 of Example-3].
Since it is similar to A] to [Step-340], detailed description will be omitted.

【0048】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。各工程における各種の条件は例示であり、本発
明の方法の実施に使用する装置等に依存する。
The present invention has been described above based on the preferred embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. Various conditions in each step are exemplifications, and depend on an apparatus and the like used for carrying out the method of the present invention.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明においては、開口部の少なくとも
底部にシリコン層あるいはTiN層/TiSiX層が形
成されているので、シリサイドの原料ガスが下地に直接
接触することがなく、原料ガスによる下地の浸食を効果
的に防止することができる。その結果、低リーク、低コ
ンタクト抵抗のシリサイドプラグを形成することができ
る。
In the present invention, since the silicon layer or the TiN layer / TiSi X layer on at least the bottom portion of the opening portion is formed, without the raw material gas of the silicide is in direct contact with the underlying base by the material gas The erosion can be effectively prevented. As a result, a silicide plug with low leak and low contact resistance can be formed.

【0050】また、TiSiXからプラグを形成するた
めに、エッチバックプロセスの簡素化を図ることがで
き、プラグ自体の抵抗も小さくすることができる。更に
は、CVD法にてシリサイドで開口部を埋め込むが故
に、埋め込み性に優れる。尚、シリサイドプラグを形成
した後、プラグの表面を窒化処理すれば、アルミニウム
配線に対するTiNバリア層を容易に形成することがで
きる。
Further, since the plug is formed of TiSi x , the etchback process can be simplified and the resistance of the plug itself can be reduced. Furthermore, since the opening is filled with silicide by the CVD method, the filling property is excellent. If the surface of the plug is nitrided after forming the silicide plug, the TiN barrier layer for the aluminum wiring can be easily formed.

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

【図1】本発明の実施例−1で説明した方法の各工程を
示すための半導体素子の模式的な一部分断面図である。
FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device showing each step of the method described in Example-1 of the present invention.

【図2】図1に引き続き各工程を示すための半導体素子
の模式的な一部分断面図である。
FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device for showing each step following FIG.

【図3】図2に引き続き各工程を示すための半導体素子
の模式的な一部分断面図である。
FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor element for showing each step following FIG.

【図4】本発明の実施例−2で説明した方法の各工程の
一部分を示すための半導体素子の模式的な一部分断面図
である。
FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device showing a part of each step of the method described in Example-2 of the present invention.

【図5】本発明の実施例−3及び4で説明した方法の工
程の一部分を示すための半導体素子の模式的な一部分断
面図である。
FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device showing a part of the steps of the methods described in Examples-3 and 4 of the present invention.

【図6】図5に引き続き各工程を示すための半導体素子
の模式的な部分断面図である。
FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor element for showing each step following FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体基板 12 拡散層 14 層間絶縁層 16 開口部 18 シリコン層 20 TiSiX層 22 TiSi2層 24 TiN層 30 シリサイドから成る薄膜 32 TiN層 34 TiSiXDESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor substrate 12 Diffusion layer 14 Interlayer insulation layer 16 Opening 18 Silicon layer 20 TiSi X layer 22 TiSi 2 layer 24 TiN layer 30 Thin film made of silicide 32 TiN layer 34 TiSi X layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に形成された層間絶縁層に開
口部を設け、かかる開口部をシリサイドで埋め込みシリ
サイドプラグを形成する方法であって、 (イ)少なくとも開口部の底部にシリコン層を形成する
工程と、 (ロ)CVD法にて開口部をシリサイドで埋め込む工
程、 から成ることを特徴とするシリサイドプラグの形成方
法。
1. A method of forming an opening in an interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate, and filling the opening with silicide to form a silicide plug, comprising: (a) forming a silicon layer at least at the bottom of the opening. A method for forming a silicide plug, which comprises: a step of forming a silicide plug; and (b) a step of filling the opening with silicide by a CVD method.
【請求項2】前記(イ)の工程において、開口部の底部
並びに側壁及び層間絶縁層の表面にシリコン層を形成す
ることを特徴とする請求項1に記載のシリサイドプラグ
の形成方法。
2. The method for forming a silicide plug according to claim 1, wherein in the step (a), a silicon layer is formed on the bottom of the opening, the side wall and the surface of the interlayer insulating layer.
【請求項3】シリサイドはチタンシリサイドから成るこ
とを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリサイ
ドプラグの形成方法。
3. The method for forming a silicide plug according to claim 1, wherein the silicide is titanium silicide.
【請求項4】前記(ロ)の工程に引き続き、開口部に埋
め込まれたシリサイドの表面を窒化することを特徴とす
る請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のシリサ
イドプラグの形成方法。
4. The formation of the silicide plug according to any one of claims 1 to 3, wherein after the step (b), the surface of the silicide embedded in the opening is nitrided. Method.
【請求項5】半導体基板上に形成された層間絶縁層に開
口部を設け、かかる開口部をシリサイドで埋め込みシリ
サイドプラグを形成する方法であって、 (イ)少なくとも開口部の底部にシリサイドから成る薄
膜を形成した後、該薄膜を窒化させる工程と、 (ロ)CVD法にて開口部をシリサイドで埋め込む工
程、 から成ることを特徴とするシリサイドプラグの形成方
法。
5. A method for forming an opening in an interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate and filling the opening with silicide to form a silicide plug, which comprises (a) at least a bottom of the opening made of silicide. A method for forming a silicide plug, comprising: a step of nitriding the thin film after forming the thin film; and (b) a step of filling the opening with silicide by a CVD method.
【請求項6】前記(イ)の工程におけるシリサイドから
成る薄膜の形成を、プラズマCVD法にて行うことを特
徴とする請求項5に記載のシリサイドプラグの形成方
法。
6. The method of forming a silicide plug according to claim 5, wherein the thin film of silicide in the step (a) is formed by a plasma CVD method.
【請求項7】前記(ロ)の工程に引き続き、開口部に埋
め込まれたシリサイドの表面を窒化することを特徴とす
る請求項5又は請求項6に記載のシリサイドプラグの形
成方法。
7. The method for forming a silicide plug according to claim 5, wherein after the step (b), the surface of the silicide embedded in the opening is nitrided.
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