JPH07297146A - コンタクト形成方法 - Google Patents

コンタクト形成方法

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JPH07297146A
JPH07297146A JP6084799A JP8479994A JPH07297146A JP H07297146 A JPH07297146 A JP H07297146A JP 6084799 A JP6084799 A JP 6084799A JP 8479994 A JP8479994 A JP 8479994A JP H07297146 A JPH07297146 A JP H07297146A
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JP
Japan
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metal
silicon substrate
contact
titanium
nitride
Prior art date
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Pending
Application number
JP6084799A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuyoshi Kamoshita
和良 鴨志田
Kazuto Sakuma
一人 佐久間
Yoshiyuki Sato
芳之 佐藤
Katsuyuki Machida
克之 町田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体集積回路の製造工程において、シリコ
ン基板と配線金属とを接続するコンタクト形成方法に関
し、コンタクト部に形成される重合膜を除去し、さらに
p型シリコン基板と配線金属とのコンタクト抵抗の低減
を図る。 【構成】 反応性イオンエッチング法によりコンタクト
ホールを形成し、続いてマスクパターンとして用いた有
機高分子膜を除去し、続いて第1の金属,第2の金属の
窒化物,配線金属を順に堆積してコンタクトを形成する
コンタクト形成方法において、第1の金属を堆積する前
に、コンタクトホール底部のシリコン基板表面に電子サ
イクロトロン共鳴法による酸素プラズマ処理で酸化膜を
形成し、続いてこの酸化膜を除去する工程を有し、第1
の金属および第2の金属の窒化物を堆積した後に、シリ
コン基板を熱処理して第1の金属とシリコンとの合金を
形成する工程を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の製造
工程において、シリコン基板と配線金属とを接続するコ
ンタクト形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来のコンタクト形成工程の概
要を説明する図である。図において、シリコン基板1の
表面に、高濃度不純物(n型ではヒ素(As)、p型では
ホウ素(B))をイオン注入して拡散層2を形成する。
続いて、シリコン基板1の上面に層間絶縁膜であるシリ
コン酸化膜3を堆積し、さらにその上面にホトレジスト
4を形成する。
【0003】次に、シリコン酸化膜3のコンタクトホー
ルのマスクパターンをホトレジスト4で形成する。図5
(a) は、マスクパターン形成後の試料の断面構造であ
る。次に、CF4+O2またはCHF3+O2ガスを用いた
反応性イオンエッチング法(RIE)により、ホトレジ
スト4をマスクとしてシリコン酸化膜3を拡散層2まで
エッチングする。続いて、ホトレジスト4をプラズマア
ッシャーにより除去する。図5(b) は、ホトレジスト除
去後の試料の断面構造である。
【0004】次に、緩衝希フッ酸液によりコンタクト部
の酸化膜を除去する。さらに、チタン(Ti)5をスパッ
タ法により堆積し、続いて窒化チタン(TiN)6を反応
性スパッタ法により堆積する。その後に配線金属7を堆
積する。続いて、同様にホトレジストのマスクパターン
を用いて配線パターンを形成する。図5(c) は、配線パ
ターン形成後の試料の断面構造である。
【0005】このように、従来のコンタクト形成工程に
おけるコンタクトホールのエッチング後は、有機高分子
膜のホトレジスト4を除去するためのプラズマアッシャ
ー処理と、コンタクト部に形成された酸化膜を除去する
ための希フッ酸処理を行い、その後にチタン5,窒化チ
タン6,配線金属7の順に堆積する工程になっていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、コンタクト
ホール形成のオーバーエッチング時に、拡散層2のコン
タクト部にフッ素(F)または炭素(C)等の重合膜8
が形成される。この重合膜8は、プラズマアッシャー処
理および希フッ酸処理では除去することができず、後に
堆積するチタン5と拡散層2のシリコンとの間の結合を
弱くする要因になっていた。さらに、拡散層2を形成す
る基板不純物タイプ(n型,p型)により重合物が異な
り、特にフッ素とp型コンタクトの不純物であるホウ素
は化学結合が強く、p型シリコン基板で清浄表面が得に
くくなっていた。
【0007】このように、十分な清浄表面が得られない
状態でチタン5および窒化チタン6を含む配線金属7と
のコンタクト形成が行われていた。その結果、コンタク
ト部の電気的接続が不安定になり、特にp型シリコン基
板におけるコンタクト抵抗が高く、バラツキも大きくな
っていた。
【0008】本発明は、コンタクト部に形成される重合
膜を除去し、さらにp型シリコン基板と配線金属とのコ
ンタクト抵抗の低減に有効なコンタクト形成方法を提供
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、反応性イオン
エッチング法によりコンタクトホールを形成し、続いて
マスクパターンとして用いた有機高分子膜を除去し、続
いて第1の金属,第2の金属の窒化物,配線金属を順に
堆積してコンタクトを形成するコンタクト形成方法にお
いて、第1の金属を堆積する前に、コンタクトホール底
部のシリコン基板表面に電子サイクロトロン共鳴法によ
る酸素プラズマ処理(以下「ECR酸素プラズマ処理」
という。)で酸化膜を形成し、続いてこの酸化膜を除去
する工程を有し、第1の金属および第2の金属の窒化物
を堆積した後に、シリコン基板を熱処理して第1の金属
とシリコンとの合金を形成する工程を有する。
【0010】また、第1の金属および第2の金属の窒化
物を堆積した後のコンタクトホールにタングステンを埋
め込む工程を有してもよい。また、第1の金属はチタン
(Ti),タングステン(W),コバルト(Co),白金
(Pt),ニッケル(Ni)のうちの1つであり、第2の金
属はチタン(Ti),タングステン(W),ジルコニウム
(Zr)のうちの1つである。
【0011】
【作用】本発明は、反応性イオンエッチングによってシ
リコン基板のコンタクト部に形成された重合膜に対し
て、ECR酸素プラズマ処理で酸化膜を形成することに
より重合膜をほぼ除去することができる。その後、EC
R酸素プラズマ処理によって形成された酸化膜をエッチ
ングして除去することにより、シリコン基板のコンタク
ト部の表面を清浄化することができる。すなわち、シリ
コン基板と配線金属との間で十分な結合を得ることがで
きる。
【0012】また、第1の金属(例えばチタン)および
第2の金属の窒化物(例えば窒化チタン)を堆積した後
にシリコン基板を熱処理することにより、第1の金属と
シリコンとを反応させて合金(例えばチタンシリサイ
ド)を形成することができる。これにより、特にp型シ
リコン基板と配線金属とのコンタクト抵抗を低減させる
ことができる。
【0013】また、第1の金属および第2の金属の窒化
物を堆積した後のコンタクトホールが小さい場合にはそ
こにタングステンを埋め込み、その上に配線金属を堆積
することにより、シリコン基板と配線金属との間の結合
を良好にすることができる。
【0014】
【実施例】図1は、本発明方法によるコンタクト形成工
程の実施例を説明する図である。図において、シリコン
基板1の表面に、高濃度不純物(n型ではヒ素(As)、
p型ではホウ素(B))をイオン注入して拡散層2を形
成する。続いて、シリコン基板1の上面に層間絶縁膜で
あるシリコン酸化膜3を堆積し、さらにその上面にホト
レジストを形成し、シリコン酸化膜3のコンタクトホー
ルのマスクパターンを形成する。
【0015】次に、CF4+O2またはCHF3+O2ガス
を用いた反応性イオンエッチング法(RIE)により、
ホトレジストをマスクとしてシリコン酸化膜3を拡散層
2までエッチングする。続いて、ホトレジストをプラズ
マアッシャーにより除去する。図1(a) は、ホトレジス
ト除去後の試料の断面構造である。このとき、シリコン
基板1のコンタクト部には重合膜8が形成される。な
お、この状態は図5(b)と同じである。
【0016】次に、真空度 0.3mTorr、酸素雰囲気中無
加熱でECR酸素プラズマ処理9を1分間行ってコンタ
クト部に酸化膜10を4nm程度成長させ、同時にコン
タクト部の重合膜8を低温酸化により除去する。図1
(b) は、重合膜除去後の試料の断面構造である。
【0017】次に、緩衝希フッ酸液によりコンタクト部
の酸化膜10を除去し、続いてチタン(Ti)5をスパッ
タ法により10〜20nm程度堆積し、続いて窒化チタン
(TiN)6を反応性スパッタ法により30〜 100nm程
度堆積する。なお、チタン5や窒化チタン6の堆積で
は、通常のスパッタ法の他にステップカバレッジの優れ
たコリメーションスパッタ法を用いてもよい。
【0018】次に、窒素雰囲気中 500〜600 ℃の範囲
で、例えばRTA(ラピッドサーマル・アニーリング)
法による急速加熱処理11を30〜60秒程度行う。その結
果、拡散層2のシリコンとチタン5が反応し、チタンシ
リサイド(TiXSiy) 層12が形成される。図1(c)
は、チタンシリサイド形成後の試料の断面構造である。
【0019】次に、配線金属(例えばアルミニウム(A
l) 合金やタングステン(W))7を堆積する。続いて、
同様にホトレジストのマスクパターンを用いて配線パタ
ーンを形成する。図1(d) は、配線パターン形成後の試
料の断面構造である。
【0020】また、コンタクトホールが小さい場合に
は、配線金属7を直接堆積する前にタングステン(W)
による埋め込みを行う。すなわち、図2に示すように、
窒化チタン6上にブランケットCVD法によりタングス
テン13を堆積し、さらに同一装置内でエッチバックし
てコンタクト部分に埋め込み、続いて配線金属7を形成
する。
【0021】なお、本実施例ではコンタクト部に堆積す
る第1の金属としてチタンを用いた例を示したが、他に
シリコンとの合金が形成できるものであればタングステ
ン,コバルト,白金,ニッケルその他を用いることがで
きる。また、第2の金属の窒化物として窒化チタンを用
いた例を示したが、他に窒化タングステン,窒化ジルコ
ニウムその他を用いることができる。また、本実施例で
は層間絶縁膜としてシリコン酸化膜3を用いているが、
シリコン窒化膜(SiN)その他の酸素を含まない絶縁膜
を用いることができる。
【0022】図3は、酸素プラズマ処理(150℃)による
シリコン基板1の酸化特性と、ECR酸素プラズマ処理
(無加熱)によるシリコン基板1の酸化特性を示す。図
において、横軸は処理時間、縦軸は酸化膜厚である。図
に示すように、ECR酸素プラズマ処理は、低温でも酸
化速度が極めて大きいことがわかる。したがって、ホト
レジストを除去する酸素プラズマ処理後に、ECR酸素
プラズマ処理を行うことにより、シリコン基板1のコン
タクト部に形成された重合膜8をほぼ除去することがで
きる。また、ECR酸素プラズマ処理により成長した酸
化膜10は、次の工程の希フッ酸処理により除去するこ
とにより、シリコン基板1のコンタクト部の表面を清浄
化することができる。
【0023】図4は、急速加熱処理における加熱温度と
コンタクト抵抗率との関係を示す。図において、横軸は
加熱温度(℃)、縦軸はコンタクト抵抗率(Ω・c
2 )であり、○印はp型シリコン基板、△印はn型シ
リコン基板の場合である。図に示すように、特にp型シ
リコン基板において、ECR処理を行わない場合のコン
タクト抵抗は高くかつバラツキが大きいのに対して、E
CR処理を行って 500℃以上の温度で急速加熱処理を行
うとコンタクト抵抗を約1/2に低減できることがわか
る。さらに、加熱温度が 500〜600 ℃の範囲ではコンタ
クト抵抗は低く、十分なマージンがあるといえる。な
お、n型シリコン基板では急速加熱処理によるコンタク
ト抵抗率の変化はほとんどないので、p型およびn型が
混在したものについても急速加熱処理による問題は生じ
ない。
【0024】このように、重合膜8を除去した後の清浄
なシリコン表面に堆積したチタン5とシリコンとを急速
加熱処理により反応させることにより、コンタクト部に
チタンシリサイド層12を平坦かつ再現性よく形成する
ことができる。なお、急速加熱処理としては、RTA法
の他に熱処理雰囲気に酸化性のガスが混入しない方法で
あれば、例えば真空中加熱法を用いてもよい。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、低温で酸
化力の強い電子サイクロトロン共鳴法(ECR)を用い
た酸素プラズマ処理により、コンタクト部の重合膜およ
びダメージ層を効果的に除去して清浄基板表面を得るこ
とができる。
【0026】さらに、重合膜およびダメージ層を除去し
た後の清浄なシリコン表面に所定の金属を堆積して急速
加熱処理することにより、シリコンと所定の金属との安
定な合金を再現性よく形成することができる。これによ
り、特にp型シリコン基板におけるコンタクト抵抗を再
現性よく低減することができる。このコンタクト抵抗の
低減とバラツキの低減により、大規模集積回路の高速化
と信頼性の向上および歩留りの向上を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法によるコンタクト形成工程の実施例
を説明する図。
【図2】本発明方法によるコンタクト形成工程の他の実
施例を説明する図。
【図3】酸素プラズマ処理およびECR酸素プラズマ処
理におけるシリコン基板の酸化特性を示す図。
【図4】急速加熱処理における加熱温度とコンタクト抵
抗率との関係を示す図。
【図5】従来のコンタクト形成工程の概要を説明する
図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 拡散層 3 シリコン酸化膜 4 ホトレジスト 5 チタン(Ti) 6 窒化チタン(TiN) 7 配線金属 8 重合膜 9 ECR酸素プラズマ処理 10 酸化膜 11 急速加熱処理 12 チタンシリサイド(TiXSiy) 層 13 タングステン(W)
フロントページの続き (72)発明者 町田 克之 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フッ素,炭素および酸素を含むガスまた
    はフッ素,炭素,水素および酸素を含むガスを用いた反
    応性イオンエッチング法により、所定のマスクパターン
    を有する有機高分子膜をマスクとしてシリコン基板上に
    堆積した層間絶縁膜をシリコン基板までエッチングして
    コンタクトホールを形成し、続いて有機高分子膜を酸素
    プラズマ処理により除去し、続いて第1の金属,第2の
    金属の窒化物,配線金属を順に堆積してコンタクトを形
    成するコンタクト形成方法において、 前記第1の金属を堆積する前に、前記コンタクトホール
    底部のシリコン基板表面に電子サイクロトロン共鳴法に
    よる酸素プラズマ処理で酸化膜を形成し、続いてこの酸
    化膜を除去する工程を有し、 前記第1の金属および前記第2の金属の窒化物を堆積し
    た後に、シリコン基板を熱処理して前記第1の金属とシ
    リコンとの合金を形成する工程を有することを特徴とす
    るコンタクト形成方法。
  2. 【請求項2】 第1の金属および第2の金属の窒化物を
    堆積した後のコンタクトホールにタングステンを埋め込
    む工程を有し、その上に配線金属を堆積することを特徴
    とする請求項1に記載のコンタクト形成方法。
  3. 【請求項3】 第1の金属はチタン,タングステン,コ
    バルト,白金,ニッケルのうちの1つであり、第2の金
    属はチタン,タングステン,ジルコニウムのうちの1つ
    である請求項1または請求項2に記載のコンタクト形成
    方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980077122A (ko) * 1997-04-16 1998-11-16 김영환 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법
JP2000315662A (ja) * 1999-04-28 2000-11-14 Nec Corp 半導体装置の製造方法
US10079210B2 (en) 2015-10-12 2018-09-18 Samsung Electroics Co., Ltd. Integrated circuit device and method of fabricating the same

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KR19980077122A (ko) * 1997-04-16 1998-11-16 김영환 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법
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