JPH0697111A - Formation of barrier metal - Google Patents
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- JPH0697111A JPH0697111A JP26968392A JP26968392A JPH0697111A JP H0697111 A JPH0697111 A JP H0697111A JP 26968392 A JP26968392 A JP 26968392A JP 26968392 A JP26968392 A JP 26968392A JP H0697111 A JPH0697111 A JP H0697111A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、バリアメタルの形成方
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a barrier metal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】コンタクトホールの埋め込み技術として
は、高温におけるアルミニウムの表面流動性を利用した
高温アルミニウムスパッタ法がある。あるいはスパッタ
法よりもステップカバリッジ性が優れている方法とし
て、アルミニウムよりも耐熱性を有するブランケットタ
ングステンを成膜する化学的気相成長法が提案されてい
る。両方法とも半導体製造プロセスにおいて広く採用さ
れている。2. Description of the Related Art As a technique for filling a contact hole, there is a high temperature aluminum sputtering method utilizing the surface fluidity of aluminum at high temperature. Alternatively, as a method having a better step coverage than the sputtering method, a chemical vapor deposition method has been proposed in which a blanket tungsten having heat resistance higher than that of aluminum is formed. Both methods are widely adopted in the semiconductor manufacturing process.
【０００３】アルミニウムやタングステンよりなる埋込
みプラグを形成するには、例えばチタン（Ｔｉ）層，窒
化チタン（ＴｉＮ）層，アルミニウム層を順に積層す
る、またはチタン（Ｔｉ）層，窒化チタン（ＴｉＮ）
層，タングステン（Ｗ）層を順に積層する。このよう
に、オーミックコンタクトを形成するためにチタン層が
必要になり、またアルミニウム配線を形成した際のアル
ミニウムの突き抜けやタングステン成膜時の浸食を防ぐ
ために、バリアメタルとして窒化チタン層を形成する必
要がある。チタン層と窒化チタン層とを成膜するには、
例えば、反応性スパッタ法または化学的気相成長法等を
用いて行う。To form a buried plug made of aluminum or tungsten, for example, a titanium (Ti) layer, a titanium nitride (TiN) layer, and an aluminum layer are sequentially laminated, or a titanium (Ti) layer and titanium nitride (TiN) are formed.
And a tungsten (W) layer are sequentially stacked. As described above, a titanium layer is required to form an ohmic contact, and a titanium nitride layer is required to be formed as a barrier metal in order to prevent penetration of aluminum when forming an aluminum wiring and erosion when forming a tungsten film. There is. To form a titanium layer and a titanium nitride layer,
For example, the reactive sputtering method or the chemical vapor deposition method is used.
【０００４】ところが上記方法のうち、例えばスパッタ
法ではカバリッジが良くない欠点があり、化学的気相成
長法では、均一性が十分に得られない，成長速度が遅い
あるいは不純物の含有量が所定量より多くなる等の欠点
を持っている。However, among the above methods, for example, the sputtering method has a drawback that the coverage is not good, and the chemical vapor deposition method cannot obtain sufficient uniformity, the growth rate is slow, or the content of impurities is a predetermined amount. It has drawbacks such as more.
【０００５】そこでスパッタ法によって成膜したチタン
膜を窒化アニール処理することによって、チタン膜表面
に窒化チタン層を形成する方法が提案されている。この
方法では、チタン膜の表面側に窒化チタン層が形成さ
れ、チタン膜の下地拡散層側では当該下地拡散層のシリ
コンとシリサイド反応を起こしてチタンシリサイド（Ｔ
ｉＳｉ2 ）層を生成する。このため、ステップカバリッ
ジが良くないスパッタ法によって、チタン膜と窒化チタ
ン膜とを形成するよりは窒化チタン膜のステップカバリ
ッジ性が良くなる。Therefore, there has been proposed a method of forming a titanium nitride layer on the surface of the titanium film by subjecting the titanium film formed by the sputtering method to nitriding annealing treatment. In this method, a titanium nitride layer is formed on the surface side of the titanium film, and a titanium silicide (T
iSi 2 ) layer is generated. Therefore, the step coverage of the titanium nitride film is better than that of forming the titanium film and the titanium nitride film by the sputtering method, which has a poor step coverage.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化ア
ニール処理による窒化チタン膜とチタンシリサイド膜と
を形成する方法では、窒化チタン膜を厚く形成し、チタ
ンシリサイド膜を薄く形成する必要があるが、膜厚の制
御性が難しい。逆に窒化チタン膜を薄く形成し、チタン
シリサイド膜を厚く形成した場合には、窒化チタン膜の
バリア性が低下し、チタンシリサイド膜が下地拡散層を
突き抜けて、リーク電流を発生する。さらに窒化アニー
ル処理する際に、チタン膜の表面に自然酸化膜等の酸化
膜が形成されている場合には、チタン膜の表面より窒化
が進行しない。このため、窒化膜を厚く形成し、チタン
シリサイド膜を薄く形成することができない。However, in the method of forming the titanium nitride film and the titanium silicide film by the nitriding annealing treatment, it is necessary to form the titanium nitride film thick and the titanium silicide film thin. It is difficult to control the thickness. On the contrary, when the titanium nitride film is thinly formed and the titanium silicide film is thickly formed, the barrier property of the titanium nitride film is lowered, the titanium silicide film penetrates the underlying diffusion layer, and a leak current is generated. Further, when an oxide film such as a natural oxide film is formed on the surface of the titanium film during the nitriding annealing treatment, nitriding does not proceed from the surface of the titanium film. Therefore, it is impossible to form the nitride film thick and the titanium silicide film thin.
【０００７】本発明は、リーク電流を発生することなく
バリア性に優れたバリアメタルの形成方法を提供するこ
とを目的とする。It is an object of the present invention to provide a method for forming a barrier metal having excellent barrier properties without generating a leak current.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたバリアメタルの形成方法である。
すなわち、第１の方法としては、少なくとも窒素を含む
水素気体または少なくとも窒素を含むハロゲン系気体の
プラズマ照射によって、高融点金属膜表面の自然酸化膜
を除去するとともに当該高融点金属膜表面を窒化する方
法である。第２の方法としては、水素またはハロゲン系
気体のプラズマ照射によって、高融点金属膜表面の自然
酸化膜を除去した後、少なくとも窒素を含む気体のプラ
ズマ照射によって、当該高融点金属膜表面を窒化する方
法である。第３の方法としては、上記形成方法におい
て、高融点金属膜表面を窒化した後、窒化アニール処理
を行って当該高融点金属膜を窒化するとともに、当該高
融点金属膜とそれに接触しているシリコン基板とをシリ
サイド化反応させてシリサイド膜を生成する方法であ
る。The present invention is a method for forming a barrier metal, which has been made to achieve the above object.
That is, as a first method, the natural oxide film on the surface of the refractory metal film is removed and the surface of the refractory metal film is nitrided by plasma irradiation of hydrogen gas containing at least nitrogen or halogen gas containing at least nitrogen. Is the way. As a second method, the natural oxide film on the surface of the refractory metal film is removed by plasma irradiation of hydrogen or a halogen-based gas, and then the surface of the refractory metal film is nitrided by plasma irradiation of a gas containing at least nitrogen. Is the way. As a third method, in the above-described forming method, after nitriding the refractory metal film surface, nitriding annealing treatment is performed to nitride the refractory metal film, and the refractory metal film and silicon in contact therewith. This is a method of forming a silicide film by causing a silicidation reaction with a substrate.
【０００９】[0009]
【作用】上記第１，第２の方法では、水素またはハロゲ
ン系気体のプラグ照射によって、自然酸化膜を除去しな
がら、または除去してから、窒化処理を行うので、窒化
チタン膜を形成する際の自然酸化膜の影響が排除され
る。また第３の方法では、高融点金属膜表面を窒化した
後、窒化アニール処理によって、高融点金属膜を窒化す
るとともにシリサイド化したので、自然酸化膜に影響さ
れることがない。この結果、窒化チタン膜を厚く形成
し、チタンシリサイド膜を薄く生成することが可能にな
る。In the above first and second methods, the natural oxide film is removed by the plug irradiation of hydrogen or a halogen-based gas, or after the natural oxide film is removed, the nitriding treatment is performed. The effect of the natural oxide film of is eliminated. In the third method, since the refractory metal film surface is nitrided and then the refractory metal film is nitrided and silicidated by the nitriding annealing treatment, the natural oxide film is not affected. As a result, the titanium nitride film can be formed thick and the titanium silicide film can be formed thin.
【００１０】[0010]
【実施例】本発明の第１の実施例を図１の形成工程図に
より説明する。図１の（１）に示すように、シリコン基
板１１の上層には拡散層１２が形成されている。またシ
リコン基板１１の上面には層間絶縁膜１３が成膜されて
いて、上記拡散層１２上の当該層間絶縁膜１３にはコン
タクトホール１４が設けられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to the process chart of FIG. As shown in (1) of FIG. 1, a diffusion layer 12 is formed on the upper layer of the silicon substrate 11. An interlayer insulating film 13 is formed on the upper surface of the silicon substrate 11, and a contact hole 14 is formed in the interlayer insulating film 13 on the diffusion layer 12.
【００１１】まず第１の工程では、通常のスパッタ法ま
たはＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマＣＶＤ
（化学的気相成長）法等によって、上記コンタクトホー
ル１４の内壁と上記層間絶縁膜１３上とに、高融点金属
膜としてチタン（Ｔｉ）膜１５を成膜する。このチタン
膜１５は、例えば１０ｎｍ〜４０ｎｍの膜厚に形成され
る。なお、コンタクトホールのアスペクト比が大きい場
合には、化学的気相成長法によって成膜したほうがコン
タクトホール底部の被膜性は高まる。First, in the first step, a usual sputtering method or ECR (electron cyclotron resonance) plasma CVD is used.
A titanium (Ti) film 15 is formed as a refractory metal film on the inner wall of the contact hole 14 and on the interlayer insulating film 13 by a (chemical vapor deposition) method or the like. The titanium film 15 is formed to have a film thickness of 10 nm to 40 nm, for example. When the aspect ratio of the contact hole is large, the film forming property at the bottom of the contact hole is improved by forming the film by the chemical vapor deposition method.
【００１２】上記スパッタ法の条件としては、例えばス
パッタガスに流量が４０ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）を
用い、スパッタ雰囲気の圧力を０．４Ｐａ、スパッタ温
度を２００℃、バイアスＲＦ電力を−４０Ｗに設定す
る。一方、化学的気相成長法の場合には、例えば反応ガ
スに流量が１５ｓｃｃｍの四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）
と流量が１５ｓｃｃｍの水素（Ｈ2 ）と流量が５０ｓｃ
ｃｍのアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、成膜温度
を４２０℃、マイクロ波パワーを２．８ｋＷに設定す
る。成膜されたチタン膜１５は、酸化し易いので、チタ
ン膜１５を成膜した後大気にさらすと、チタン膜１５の
表面には自然酸化膜（ＴｉＯX ）１６が形成される。As the conditions of the sputtering method, for example, argon (Ar) having a flow rate of 40 sccm is used as the sputtering gas, the pressure of the sputtering atmosphere is 0.4 Pa, the sputtering temperature is 200 ° C., and the bias RF power is -40 W. . On the other hand, in the case of the chemical vapor deposition method, for example, the reaction gas has a flow rate of 15 sccm of titanium tetrachloride (TiCl 4 )
And hydrogen (H 2 ) with a flow rate of 15 sccm and a flow rate of 50 sc
cm of argon (Ar) mixed gas is used, the film forming temperature is set to 420 ° C., and the microwave power is set to 2.8 kW. Since the formed titanium film 15 is easily oxidized, a natural oxide film (TiO x ) 16 is formed on the surface of the titanium film 15 when the titanium film 15 is formed and then exposed to the air.
【００１３】次いで図１の（２），（３）に示すよう
に、第２の工程を行う。この工程では、少なくとも窒素
を含むハロゲン系気体として、三フッ化窒素（ＮＦ3 ）
と窒素（Ｎ2 ）との混合気体を用いたプラズマ照射によ
って、チタン膜１５の表面に形成された自然酸化膜１６
を除去するとともに、自然酸化膜１６が除去された部分
に窒素を吸着させて当該チタン膜１５の表面を窒化し、
窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を形成する。Next, as shown in (2) and (3) of FIG. 1, a second step is performed. In this step, nitrogen trifluoride (NF 3 ) is used as a halogen-based gas containing at least nitrogen.
Oxide film 16 formed on the surface of titanium film 15 by plasma irradiation using a mixed gas of nitrogen and nitrogen (N 2 ).
And the surface of the titanium film 15 is nitrided by adsorbing nitrogen to the portion where the natural oxide film 16 is removed,
A titanium nitride (TiN) film 17 is formed.
【００１４】すなわち、図の（２）に示すように、混合
ガスをプラズマ化して生成したフッ素ラジカルと自然酸
化膜（ＴｉＯX ）１６（２点鎖線で示す部分）とが反応
して、四フッ化チタン（ＴｉＦ4 ）と酸素（Ｏ2 ）とを
生成する。これによって、自然酸化膜１６はチタン膜１
５の表面より除去されて、当該チタン膜１５の表面は清
浄になる。それとともに図の（３）に示すように、清浄
になったチタン膜１５の表面に反応ガス中の窒素（Ｎ）
が吸着して窒化反応を起こし、窒化チタン（ＴｉＮ）膜
１７を形成する。That is, as shown in (2) of the figure, the fluorine radicals generated by converting the mixed gas into plasma and the natural oxide film (TiO x ) 16 (the portion indicated by the chain double-dashed line) react with each other, and It produces titanium oxide (TiF 4 ) and oxygen (O 2 ). As a result, the natural oxide film 16 becomes the titanium film 1.
After being removed from the surface of No. 5, the surface of the titanium film 15 becomes clean. At the same time, as shown in (3) of the figure, nitrogen (N) in the reaction gas is applied to the surface of the cleaned titanium film 15.
Are adsorbed to cause a nitriding reaction to form a titanium nitride (TiN) film 17.
【００１５】上記プラズマ処理条件は、例えば反応ガス
に流量が５ｓｃｃｍの三フッ化窒素（ＮＦ3 ）と流量が
５０ｓｃｃｍの窒素（Ｎ2 ）と流量が０〜５ｓｃｃｍの
アルゴン（Ａｒ）とよりなる混合ガスを用い、処理雰囲
気の圧力を６．７Ｐａ、ＲＦパワーを９０Ｗに設定す
る。なお混合ガスにはアルゴンを含まなくてもよい。ま
た上記プラズマ処理では、プラズマ照射によって、ウエ
ハ表面の温度は上昇するが、その温度は４００℃以下で
ある。よって、チタン膜１５と拡散層１２とが反応して
シリサイドを生成することはない。The plasma processing conditions are, for example, a mixture of a reaction gas containing nitrogen trifluoride (NF 3 ) having a flow rate of 5 sccm, nitrogen (N 2 ) having a flow rate of 50 sccm, and argon (Ar) having a flow rate of 0 to 5 sccm. Using a gas, the pressure of the processing atmosphere is set to 6.7 Pa and the RF power is set to 90 W. The mixed gas may not contain argon. Further, in the above plasma processing, the temperature of the wafer surface rises due to the plasma irradiation, but the temperature is 400 ° C. or lower. Therefore, the titanium film 15 and the diffusion layer 12 do not react to generate silicide.
【００１６】上記第１の実施例では、三フッ化窒素のプ
ラズマ照射によって、自然酸化膜１６を除去しながら、
窒化処理を行うので、窒化チタン膜１７を形成する際に
自然酸化膜１６の影響を受けない。In the first embodiment, while removing the natural oxide film 16 by plasma irradiation of nitrogen trifluoride,
Since the nitriding process is performed, the natural oxide film 16 is not affected when forming the titanium nitride film 17.
【００１７】続いて図２に示すように、窒化アニール処
理を行う。この工程では、窒化アニール処理を行って当
該チタン膜（１５）を窒化して窒化チタン膜１８化する
とともに、当該チタン膜（１５）とそれに接触している
シリコン基板１１の拡散層１２の表層とがシリサイド化
反応してチタンシリサイド膜１９を形成する。Subsequently, as shown in FIG. 2, a nitriding annealing process is performed. In this step, a nitriding annealing process is performed to nitride the titanium film (15) to form a titanium nitride film 18, and the titanium film (15) and the surface layer of the diffusion layer 12 of the silicon substrate 11 which is in contact with the titanium film (15). Undergoes a silicidation reaction to form a titanium silicide film 19.
【００１８】このときの窒化アニール処理条件として
は、例えば、アニール処理雰囲気をアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）ガス中または窒素（Ｎ2 ）ガス中とし、アニール
処理温度を８００℃、アニール処理時間を３０秒間に設
定する。As the nitriding annealing treatment conditions at this time, for example, the annealing treatment atmosphere is ammonia (N
H 3 ) gas or nitrogen (N 2 ) gas is used, and the annealing temperature is set to 800 ° C. and the annealing time is set to 30 seconds.
【００１９】このアニール処理では、チタン膜１５の表
面に窒化チタン膜１７が形成されているために、当該ア
ニール処理前にアンモニアまたは窒素の拡散を抑制する
自然酸化膜１６は生成されない。したがって、アンモニ
アまたは窒素がチタン膜１５の内部深くに拡散してい
き、厚い窒化チタン膜１８が形成される。この窒化チタ
ン膜１８がバリアメタル層になる。このとき、下地の拡
散層１２とチタン膜１５とがシリサイド化反応を起こし
て、チタンシリサイド膜１９を生成する。このチタンシ
リサイド膜１９によってオーミックコンタクトがとれ
る。通常チタン膜１５中を進む窒素の拡散速度は、シリ
コンの拡散速度よりも速いために、窒化チタン膜１８は
チタンシリサイド膜１９よりも厚く形成されることにな
る。またチタン膜１５の表面に残留しているフッ素
（Ｆ）は気化するので除去される。In this annealing process, since the titanium nitride film 17 is formed on the surface of the titanium film 15, the natural oxide film 16 for suppressing the diffusion of ammonia or nitrogen is not formed before the annealing process. Therefore, ammonia or nitrogen diffuses deep inside the titanium film 15 to form a thick titanium nitride film 18. This titanium nitride film 18 becomes a barrier metal layer. At this time, the underlying diffusion layer 12 and the titanium film 15 cause a silicidation reaction to form a titanium silicide film 19. The titanium silicide film 19 provides ohmic contact. Since the diffusion rate of nitrogen that normally travels in the titanium film 15 is higher than the diffusion rate of silicon, the titanium nitride film 18 is formed to be thicker than the titanium silicide film 19. Fluorine (F) remaining on the surface of the titanium film 15 is vaporized and removed.
【００２０】上記第１の実施例では、三フッ化窒素（Ｎ
Ｆ3 ）と窒素（Ｎ2 ）との混合ガスを用いたプラズマ処
理を行ったが、三フッ化窒素（ＮＦ3 ）のかわりに塩素
（Ｃｌ2 ）を用いることも可能である。この場合には、
図３の（１）に示すように、チタン膜１５の表面に形成
されている自然酸化膜１６（２点鎖線で示す部分）は混
合ガスをプラズマ化して生成した塩素ラジカルと反応し
て、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）と酸素（Ｏ2 ）とにな
る。このようにして、自然酸化膜１６はチタン膜１５の
表面より除去され、当該チタン膜１５の表面は清浄な状
態になる。そして図３の（２）に示すように、清浄にな
ったチタン膜１５の表面に反応ガス中の窒素（Ｎ）が吸
着して窒化反応を起こし、窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７
を形成する。In the first embodiment, nitrogen trifluoride (N
Although plasma treatment using a mixed gas of F 3 ) and nitrogen (N 2 ) was performed, chlorine (Cl 2 ) can be used instead of nitrogen trifluoride (NF 3 ). In this case,
As shown in (1) of FIG. 3, the natural oxide film 16 (the portion indicated by the chain double-dashed line) formed on the surface of the titanium film 15 reacts with chlorine radicals generated by converting the mixed gas into plasma, It becomes titanium chloride (TiCl 4 ) and oxygen (O 2 ). In this way, the natural oxide film 16 is removed from the surface of the titanium film 15, and the surface of the titanium film 15 becomes clean. Then, as shown in (2) of FIG. 3, nitrogen (N) in the reaction gas is adsorbed on the surface of the cleaned titanium film 15 to cause a nitriding reaction, and the titanium nitride (TiN) film 17 is formed.
To form.
【００２１】上記プラズマ処理条件は、例えば反応ガス
に流量が５ｓｃｃｍの塩素（Ｃｌ2）と流量が５０ｓｃ
ｃｍの窒素（Ｎ2 ）と流量が０〜５ｓｃｃｍのアルゴン
（Ａｒ）とよりなる混合ガスを用い、処理雰囲気の圧力
を６．７Ｐａ、ＲＦパワーを９０Ｗに設定する。なお混
合ガスにはアルゴンを含まなくてもよい。The plasma processing conditions are, for example, chlorine (Cl 2 ) with a flow rate of 5 sccm and a flow rate of 50 sc in the reaction gas.
cm 2 of nitrogen (N 2 ) and a flow rate of 0 to 5 sccm of argon (Ar) are used as a mixed gas, and the pressure of the processing atmosphere is set to 6.7 Pa and the RF power is set to 90 W. The mixed gas may not contain argon.
【００２２】次に第２の実施例を図４の形成工程図によ
り説明する。図では、前記第１の実施例と同様の構成部
品には同一符号を付す。図４の（１）に示すように、シ
リコン基板１１の上層には拡散層１２が形成されてい
る。またシリコン基板１１の上面には層間絶縁膜１３が
成膜されていて、上記拡散層１２上の当該層間絶縁膜１
３にはコンタクトホール１４が設けられている。Next, a second embodiment will be described with reference to the forming process chart of FIG. In the figure, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals. As shown in (1) of FIG. 4, a diffusion layer 12 is formed on the upper layer of the silicon substrate 11. An interlayer insulating film 13 is formed on the upper surface of the silicon substrate 11, and the interlayer insulating film 1 on the diffusion layer 12 is formed.
3 is provided with a contact hole 14.
【００２３】まず第１の工程では、前記図１で説明した
と同様にして、上記コンタクトホール１４の内壁と上記
層間絶縁膜１３上とに、高融点金属膜としてチタン（Ｔ
ｉ）膜１５を成膜する。このチタン膜は、例えば１０ｎ
ｍ〜４０ｎｍの膜厚に形成される。このチタン膜は非常
に酸化されやすいので、大気中にさらすことにより、チ
タン膜１５の表面には自然酸化膜（ＴｉＯX ）１６が生
成される。First, in the first step, titanium (T) as a refractory metal film is formed on the inner wall of the contact hole 14 and on the interlayer insulating film 13 in the same manner as described with reference to FIG.
i) The film 15 is formed. This titanium film is, for example, 10n
It is formed to a film thickness of m to 40 nm. Since this titanium film is very easily oxidized, a natural oxide film (TiO x ) 16 is formed on the surface of the titanium film 15 by exposing it to the atmosphere.
【００２４】次いで図４の（２）に示すように、第２の
工程を行う。この工程では、水素プラズマを照射するこ
とによって、チタン膜１５の表面に形成された自然酸化
膜１６（２点鎖線で示す部分）を除去して、チタン膜１
５の表面を清浄にする。すなわち、チタン（Ｔｉ）膜１
５の表面に、プラズマ化して生成した水素プラズマと自
然酸化膜（ＴｉＯX ）１６とが反応して、チタン（Ｔ
ｉ）と水（Ｈ2 Ｏ）とを生成することにより、自然酸化
膜１６はチタン膜１５の表面より除去される。生成した
チタンはチタン膜１５の表面に残り、水は気化して除去
される。Next, as shown in FIG. 4B, the second step is performed. In this step, the natural oxide film 16 (the portion indicated by the chain double-dashed line) formed on the surface of the titanium film 15 is removed by irradiating the titanium film 1 with hydrogen plasma.
Clean the surface of 5. That is, the titanium (Ti) film 1
On the surface of No. 5, the hydrogen plasma generated by plasma and the natural oxide film (TiO x ) 16 react with each other, and titanium (T
The natural oxide film 16 is removed from the surface of the titanium film 15 by generating i) and water (H 2 O). The produced titanium remains on the surface of the titanium film 15, and water is vaporized and removed.
【００２５】上記プラズマ処理条件は、例えば反応ガス
に流量が３０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍの水素（Ｈ2 ）と
流量が０〜５ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）とよりなる混
合ガスを用い、処理雰囲気の圧力を６．７Ｐａ、ＲＦパ
ワーを３０Ｗ〜９０Ｗに設定する。なおアルゴンを混合
しないで、水素ガス単体でもよい。また上記プラズマ処
理では、プラズマ照射によって、ウエハ表面の温度は上
昇するが、その温度は４００℃以下になっている。この
ため、チタン膜１５と拡散層１２とが反応してシリサイ
ドを生成することはない。As the plasma processing conditions, for example, a mixed gas of hydrogen (H 2 ) having a flow rate of 30 sccm to 50 sccm and argon (Ar) having a flow rate of 0 to 5 sccm is used as the reaction gas, and the pressure of the processing atmosphere is set to 6. 7 Pa, RF power is set to 30W to 90W. Note that hydrogen gas alone may be used without mixing argon. Further, in the above plasma processing, the temperature of the wafer surface rises due to the plasma irradiation, but the temperature is 400 ° C. or lower. Therefore, the titanium film 15 and the diffusion layer 12 do not react to generate silicide.
【００２６】続いて図４の（３）に示すように、第３の
工程を行う。この工程では、窒素（Ｎ2 ）のプラズマ照
射によって、またはアンモニア（ＮＨ3 ）のプラズマ照
射によって、自然酸化膜１６が除去されて清浄になった
部分に窒素を吸着させて当該チタン膜１５の表面を窒化
し、窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を形成する。Subsequently, as shown in FIG. 4C, the third step is performed. In this step, nitrogen is adsorbed to a portion where the natural oxide film 16 is removed and cleaned by the plasma irradiation of nitrogen (N 2 ) or the plasma irradiation of ammonia (NH 3 ) and the surface of the titanium film 15 is removed. Are nitrided to form a titanium nitride (TiN) film 17.
【００２７】上記プラズマ処理条件は、例えば反応ガス
に流量が１０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍの窒素（Ｎ2 ）ま
たはアンモニア（ＮＨ3 ）と流量が０〜５ｓｃｃｍのア
ルゴン（Ａｒ）とよりなる混合ガスを用い、処理雰囲気
の圧力を６．７Ｐａ、ＲＦパワーを０〜９０Ｗに設定す
る。なおアルゴンを混合しないで、窒素ガス単体または
アンモニアガス単体でもよい。また上記プラズマ処理で
は、プラズマ照射によって、ウエハ表面の温度は上昇す
るが、その温度は４００℃以下になっている。このた
め、チタン膜１５と拡散層１２とが反応してシリサイド
を生成することはない。The above plasma processing conditions are, for example, a reaction gas using a mixed gas of nitrogen (N 2 ) or ammonia (NH 3 ) having a flow rate of 10 sccm to 50 sccm and argon (Ar) having a flow rate of 0 to 5 sccm. The atmosphere pressure is set to 6.7 Pa and the RF power is set to 0 to 90 W. Note that nitrogen gas alone or ammonia gas alone may be used without mixing argon. Further, in the above plasma processing, the temperature of the wafer surface rises due to the plasma irradiation, but the temperature is 400 ° C. or lower. Therefore, the titanium film 15 and the diffusion layer 12 do not react to generate silicide.
【００２８】上記第１の実施例では、水素のプラズマ照
射によって、自然酸化膜１６を除去してから、窒素ガス
またはアンモニアガスによって窒化処理を行うので、窒
化チタン膜１７を形成する際に自然酸化膜１６の影響を
受けない。In the first embodiment, the natural oxide film 16 is removed by plasma irradiation of hydrogen, and then the nitriding treatment is performed with nitrogen gas or ammonia gas. Therefore, when the titanium nitride film 17 is formed, the natural oxide film 16 is naturally oxidized. It is not affected by the membrane 16.
【００２９】続いて図４の（４）に示すように、前記図
２で説明したと同様にして、窒化アニール処理を行っ
て、当該チタン膜１５を窒化して、バリアメタルになる
窒化チタン膜１８化する。それとともに、当該チタン膜
１５とそれに接触しているシリコン基板１１の拡散層１
２とをシリサイド化反応させて、オーミックコンタクト
をとるためのチタンシリサイド膜１９を生成する。この
アニール処理によって、残留している水は蒸発して除去
される。Subsequently, as shown in (4) of FIG. 4, in the same manner as described above with reference to FIG. 2, a nitriding annealing treatment is performed to nitride the titanium film 15 to form a titanium nitride film which becomes a barrier metal. Convert to 18. At the same time, the titanium film 15 and the diffusion layer 1 of the silicon substrate 11 in contact therewith
2 is reacted with silicidation to form a titanium silicide film 19 for making ohmic contact. By this annealing treatment, the remaining water is evaporated and removed.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
水素またはハロゲン系気体のプラズマ照射によって、自
然酸化膜を除去しながら、または除去してから、窒化処
理を行うので、自然酸化膜の影響を受けることなく窒化
チタン膜を形成することができる。また高融点金属膜表
面を窒化した後、窒化アニール処理によって、高融点金
属膜を窒化するので、自然酸化膜に影響されることなく
窒化チタン膜を厚く形成することができる。また窒素の
拡散速度のほうがシリコンの拡散速度よりも速いので、
窒化チタン膜を厚く形成し、チタンシリサイド膜を薄く
形成することが可能になる。よって、微細コンタクトホ
ールに適したバリアメタル構造を形成することができ
る。As described above, according to the present invention,
Since the nitriding treatment is performed while or after removing the natural oxide film by plasma irradiation with hydrogen or a halogen-based gas, the titanium nitride film can be formed without being affected by the natural oxide film. Further, since the refractory metal film is nitrided by nitriding annealing treatment after nitriding the surface of the refractory metal film, the titanium nitride film can be formed thick without being affected by the natural oxide film. Also, since the diffusion rate of nitrogen is faster than that of silicon,
It is possible to form the titanium nitride film thick and the titanium silicide film thin. Therefore, a barrier metal structure suitable for a fine contact hole can be formed.
【図１】第１の実施例の形成工程図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a forming process according to a first embodiment.
【図２】窒化アニール処理の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a nitriding annealing process.
【図３】第１の実施例の別の形成工程図である。FIG. 3 is another forming process diagram of the first embodiment.
【図４】第２の実施例の形成工程図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a forming process according to a second embodiment.
１１ シリコン基板 １５ チタン膜 １６ 自然酸化膜 １７ 窒化チタン膜 １８ 窒化チタン膜 １９ チタンシリサイド膜 11 silicon substrate 15 titanium film 16 natural oxide film 17 titanium nitride film 18 titanium nitride film 19 titanium silicide film
Claims (3)
なくとも窒素を含むハロゲン系気体のプラズマ照射によ
って、高融点金属膜表面の自然酸化膜を除去するととも
に当該高融点金属膜表面を窒化することを特徴とするバ
リアメタルの形成方法。1. A natural oxide film on the surface of a refractory metal film is removed and the surface of the refractory metal film is nitrided by plasma irradiation of hydrogen gas containing at least nitrogen or halogen gas containing at least nitrogen. Method of forming barrier metal.
射によって、高融点金属膜表面の自然酸化膜を除去した
後、少なくとも窒素を含む気体のプラズマ照射によっ
て、当該高融点金属膜表面を窒化することを特徴とする
バリアメタルの形成方法。2. The surface of the refractory metal film is nitrided by plasma irradiation of a gas containing at least nitrogen after removing the natural oxide film on the surface of the refractory metal film by plasma irradiation of hydrogen or a halogen-based gas. A method for forming a characteristic barrier metal.
タルの形成方法において、前記高融点金属膜表面を窒化
した後、窒化アニール処理を行って当該高融点金属膜を
窒化するとともに、当該高融点金属膜とそれに接触して
いるシリコン基板とをシリサイド化反応させてシリサイ
ド膜を生成することを特徴とするバリアメタルの形成方
法。3. The method for forming a barrier metal according to claim 1, wherein after nitriding the surface of the refractory metal film, a nitriding annealing treatment is performed to nitride the refractory metal film, and A method for forming a barrier metal, which comprises forming a silicide film by subjecting a melting point metal film and a silicon substrate in contact with the melting point to a silicidation reaction.
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