JPH0729852A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0729852A
JPH0729852A JP16782893A JP16782893A JPH0729852A JP H0729852 A JPH0729852 A JP H0729852A JP 16782893 A JP16782893 A JP 16782893A JP 16782893 A JP16782893 A JP 16782893A JP H0729852 A JPH0729852 A JP H0729852A
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JP
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film
layer
contact
forming
hydrofluoric acid
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JP16782893A
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English (en)
Inventor
Takeshi Nogami
上 毅 野
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】多層配線を有する半導体装置の製造において、
深さが1000Å程度と浅いpn−接合を有するコンタ
クト部に、接合リークがなく、かつ、均一で低抵抗のコ
ンタクトを形成することを可能にする方法の提供。 【構成】シリコン基板表面を、フッ酸を含む液体または
気体、もしくはフッ素イオンを含むプラズマと接触させ
ることにより、Si基板表面にフッ素原子を結合させる
工程と、該フッ素原子が結合されているSi基板表面に
Ti膜を成膜する工程とを含む半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特に、シリコン半導体を材料とした半導体装置
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、Tiを材料として、Si表面に、
電気的導通(以下、「コンタクト」と称する)を可能に
する技術として、以下のものがある。コンタクトホール
を開口後、コンタクトホール底部のSi表面をフッ酸水
溶液に浸した後、水洗し、その後にTi膜を80〜43
0Åの厚さで、スパッタ法により成膜する。その後、4
00〜850℃の熱処理をする、といった工程を経るの
が一般的である。この工程においては、フッ酸水溶液に
よる処理により、コンタクトホール底部Si表面の自然
酸化膜が除去される。その後の水洗により、Si表面
は、水素原子が結合した状態となる。その後、大気と接
触した後、スパッタ用真空チャンバーに導入されTi膜
の成膜が行われる。このとき、大気との接触によって、
Si表面には、再び局部的に自然酸化膜が形成される
が、Ti膜は還元性が強いため、Ti膜成膜後の400
〜850℃の熱処理時に、自然酸化膜は、消失し、Ti
Si2 層が形成されることにより、TiSi2 /Si
(金属/半導体)界面が形成される。このTi膜は、コ
ンタクト抵抗が均一性高くできるように、80〜400
Åの膜厚に形成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
装置の微細化が進み、例えば、MOSトランジスタのゲ
ート長が0.4μm以下といった設計ルールで使用され
る深さ約1000Åのpn接合を有するコンタクト部の
形成に、前記従来技術を適用すると、種々の問題が発生
するようになる。例えば、従来技術でTi膜を200Å
成膜し、熱処理でTiSi2 層を形成する場合、TiS
2 層の形成時の反応により、厚さ454Å程度のSi
層が失われる。一方、接合深さは1000Åなので、接
合耐圧は、1〜2volt程度と、通常必要とされる5
〜8voltに比べて低くなり、デバイスの要求特性を
満足するコンタクトを形成できなくなる。また、膜厚が
80Å以下のTi膜を、前記従来技術にしたがって形成
しても、Tiが完全な薄膜状態にならず、もともと凝集
し易いTiの性質と、不均一にSi表面に形成されてい
る自然酸化膜の影響で、コンタクト抵抗が不均一になる
といった問題が発生する。
【0004】そこで本発明の目的は、多層配線を有する
半導体装置の製造において、深さが1000Å程度と浅
いpn−接合を有するコンタクト部に、接合リークがな
く、かつ、均一で低抵抗のコンタクトを形成することを
可能にする方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、シリコン基板表面を、フッ酸を含む液体
または気体、もしくはフッ素イオンを含むプラズマと接
触させることにより、Si基板表面にフッ素原子を結合
させる工程と、該フッ素原子が結合されているSi基板
表面にTi膜を成膜する工程とを含む半導体装置の製造
方法を提供するものである。
【0006】前記Ti膜を、40〜80Åの厚さに成膜
すると、好ましい。
【0007】
【実施例】以下、多層配線を有する半導体装置の製造に
おいて、コンタクトホールを形成する工程を例にとり、
この工程を順を追って示す図1〜図5に基づいて、本発
明の半導体装置の製造方法(以下、「本発明の方法」と
いう)について詳細に説明する。
【0008】このコンタクトホールが形成される半導体
装置は、Si基板1に、p型イオン注入により形成され
たp−Si層2、n型イオンの高濃度注入により形成さ
れたn−Si層3、フィールド酸化膜4、ゲート酸化膜
5、該ゲート酸化膜の上に形成されたポリシリコンゲー
ト電極6、ならびにフィールド酸化膜4、ポリシリコン
ゲート電極6およびn−Si層2の上部に積層されたB
PSG膜からなる第一層間絶縁膜7を有するものであ
る。ここで、n−Si層3の深さxj は、通常、100
0Å程度である。
【0009】次に、フォトリソグラフィーおよびドライ
エッチングによって、第一層間絶縁膜7に、図2に示す
ように、n−Si層3から上方に開口するコンタクトホ
ール8を形成する。この後、大気との接触によって、n
−Si層3の表面には、SiO2 自然酸化膜9が形成さ
れる。
【0010】その後、本発明の方法においては、Si表
面、特にn−Si層3の表面をフッ酸を含む液体または
気体、もしくはフッ素イオンを含むプラズマと接触させ
ることにより、Si基板表面にフッ素原子を結合させる
工程が行われる。
【0011】このSi表面をフッ酸を含む液体または気
体、もしくはフッ素イオンを含むプラズマと接触させる
方法としては、例えば、フッ酸蒸気との接触、フッ酸溶
液中への浸漬、フッ素イオンを含むプラズマ処理などに
よる方法が挙げられる。
【0012】Si表面をフッ酸蒸気と接触させる方法
は、フッ酸蒸気を窒素、アルゴン等の不活性気体と混合
してなる混合気体を、Si表面に供給して処理を行う方
法である。用いる混合気体中のフッ酸(HF)の濃度
は、通常、0.1%〜5%程度に調製される。また、B
PSG膜がフッ酸蒸気により、エッチングされ、B、P
の析出物が発生しない範囲である点で、好ましくは0.
1%〜1%程度に調製される。
【0013】また、フッ酸蒸気とSi表面とを接触させ
る方法において、用いられる混合気体、およびSi基板
は、特に加熱の必要は無く、室温に保たれる。
【0014】フッ酸溶液中への浸漬による方法として
は、例えば、HF水溶液に浸漬して、水洗をしないで、
窒素ガスなどをブローさせて乾燥させる方法などが挙げ
られる。また、用いられるフッ酸溶液中のフッ酸の濃度
は、通常、0.1%〜5%程度であり、BPSG膜がフ
ッ酸溶液によりエッチングされ、コンタクトホール径
が、望ましくない程度にまで拡がらない範囲である点
で、0.1%〜0.5%程度であるのが好ましい。
【0015】浸漬は、例えば、0.5%水溶液で、1〜
5分行ない、温度は室温である。
【0016】フッ素イオンを含むプラズマによる方法
は、例えば、NF3 、SF6 、CF4等のフッ素イオン
を含むガスのプラズマを基板表面に接触させる方法であ
る。
【0017】プラズマの80〜110wattの放電電
力、13.56MHZ の周波数、ガス圧は、60〜12
0mTorrである。
【0018】このSi表面をフッ酸を含む液体または気
体、もしくはフッ素イオンを含むプラズマと接触させる
ことにより、図3に示すように、n−Si層3の表面に
形成された自然酸化膜9を除去するとともに、図6に概
念的に示すように、n−Si層3の表面にあるダングリ
ングボンド10に、フッ素原子11が結合される。
【0019】次に、図4に示すように、このフッ素原子
11が結合されたn−Si層3の表面にスパッタリング
によりTi膜12を成膜し、さらに引き続いて、真空を
破らず連続的に、反応性スパッタ法によって、そのTi
膜12の上部に、TiN(窒化チタン)膜13を成膜す
る。なお、TiとTiNの成膜方法としてTiCl4
2 を原料ガスとするECR−CVD法を用いることも
できる。
【0020】この工程において、Ti膜は、通常、40
〜80Å程度の膜厚に形成される。
【0021】スパッタリングは、通常のスパッタ法によ
る場合と、微細コンタクトホール低部への被覆性に優れ
るコリメーションスパッタによる場合がある。また、T
iの成膜方法は、スパッタに限るものではなく、CVD
(化学気相蒸着)法で行うこともできる。
【0022】また、TiN(窒化チタン)膜は、通常、
400〜1000Åの膜厚に形成され、好ましくは10
0〜200Å程度の膜厚に形成される。
【0023】反応性スパッタリングは、通常、Arガス
中に、3〜15%のN2 ガスを混合したガスを、DCマ
グネトロンスパッタ法により、Tiをターゲットとした
条件で行うことができる。
【0024】次に、窒素雰囲気中で熱処理してTi膜1
2とn−Si層3のSiとの反応によって、図5に示す
ように、TiSi2 層14を形成する。熱処理は、60
0〜850℃程度の温度で、10〜40秒程度加熱する
ことにより、行うことができる。
【0025】さらに、続いて、全面にブランケットタン
グステンをCVD法によって形成し、エッチバックする
ことで、コンタクトホール内をタングステンプラグ15
で埋め込む。これによって、コンタクト形成工程か終了
する。
【0026】続いて、後段の配線工程において、所要の
工程を行うことにより、多層配線を有する半導体装置を
製造することができる。
【0027】また、以上の説明では、また、コンタクト
を形成すべきSiとしてn−Si層の例を示したが、p
−Si層に対しても、本発明の方法を適用することがで
き、同様の効果が得られる。さらに、n−Si層の厚
さ、すなわち、pn接合深さは限定されず、深い場合で
も浅い場合でもよい。
【0028】
【作用】本発明の方法によれば、スパッタ成膜されるべ
きSi表面は、フッ素原子が結合されているため、大気
とSi表面の接触による局所的な自然酸化膜の生成が抑
制される。そのため、Ti膜の厚さが80Å以下と薄い
場合であっても、Tiの自然酸化膜上での凝集が起こら
ないため、Ti薄膜のアイランド状態から薄膜状態への
遷移過程が、Si表面上で均一に起こる。これによっ
て、40〜80ÅとTi膜の膜厚が薄い場合であって
も、均一で低抵抗のコンタクトを形成することができ
る、と考えられる。例えば、pn−接合深さ1000Å
に対し、Ti膜が70Åの場合、TiSi2 層形成のた
め、消費されるSiの厚さは、180Å程度なので、5
〜8voltの接合耐圧を確保することができる。
【0029】
【発明の効果】本発明の方法によれば、Ti膜が成膜さ
れるSi表面に予めフッ素原子を結合させることによ
り、自然酸化膜の形成を抑制し、その自然酸化膜上への
Tiの凝集を抑制することができる。したがって、膜厚
が80Å以下の薄いTi膜を形成しても、均一性が高
く、かつ低抵抗で、さらに1000Å程度と薄いpn接
合に対しても接合リークの無い高接合耐圧を有するTi
Si2 /Siコンタクトを形成することができる。その
ため、本発明の方法は、設計ルールが、0.5μm、
0.35μmあるいは、0.25μmといった超微細素
子のコンタクト形成技術としても有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 コンタクトホール形成のための第1の主要工
程を説明するための模式断面図である。
【図2】 コンタクトホール形成のための第2の主要工
程を説明するための模式断面図である。
【図3】 コンタクトホール形成のための第3の主要工
程を説明するための模式断面図である。
【図4】 コンタクトホール形成のための第4の主要工
程を説明するための模式断面図である。
【図5】 コンタクトホール形成のための第5の主要工
程を説明するための模式断面図である。
【図6】 本発明の方法によって形成されるコンタクト
ホール底部のSi層の表面状態を説明する概念図であ
る。
【符号の説明】
1 Si基板 2 p−Si層 3 n−Si層 4 フィールド酸化膜 5 ゲート酸化膜 6 ポリシリコンゲート電極 7 第一層間絶縁膜 8 コンタクトホール 9 自然酸化膜 10 ダングリングボンド 11 フッ素原子 12 Ti膜 13 TiN膜 14 TiSi2 層 15 タングステンプラグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/768

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Si基板表面を、フッ酸を含む液体または
    気体、もしくはフッ素イオンを含むプラズマと接触させ
    ることにより、Si基板表面にフッ素原子を結合させる
    工程と、該フッ素原子が結合されているSi基板表面に
    Ti膜を成膜する工程と、該Tiの被着した状態で55
    0〜850℃の熱処理によってTiSi2 層を形成する
    工程とを含む半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記Ti膜を、40〜80Åの厚さに成膜
    する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
JP16782893A 1993-07-07 1993-07-07 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH0729852A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08306642A (ja) * 1995-05-04 1996-11-22 Hyundai Electron Ind Co Ltd 半導体素子のポリシリコン層形成方法
US8198163B2 (en) 2008-11-17 2012-06-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of fabricating semiconductor device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08306642A (ja) * 1995-05-04 1996-11-22 Hyundai Electron Ind Co Ltd 半導体素子のポリシリコン層形成方法
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