JPH0837163A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
Manufacture of semiconductor deviceInfo
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- JPH0837163A JPH0837163A JP19213294A JP19213294A JPH0837163A JP H0837163 A JPH0837163 A JP H0837163A JP 19213294 A JP19213294 A JP 19213294A JP 19213294 A JP19213294 A JP 19213294A JP H0837163 A JPH0837163 A JP H0837163A
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- barrier metal
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- sintering
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方
法、特に水素吸蔵性を有する金属をバリアメタルとして
用いた半導体装置の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device using a metal having a hydrogen storage property as a barrier metal.
【0002】[0002]
【背景技術】半導体装置の配線としてアルミニウム系の
金属材料を用いる場合、その配線と半導体基板表面との
コンタクト部分における相互拡散を防止するためにその
間にチタン系の金属(例えばTi、TiN、Ti0N、
TiW等)からなるバリアメタルが形成される。図3は
そのような半導体装置の一例を示す断面図である。図面
において、1はシリコンからなる半導体基板、2はゲー
ト酸化膜、3はポリシリコンからなるゲート電極、4は
PSGからなる層間絶縁膜、5はコンタクトホール、6
はバリアメタルで、チタン系の材料、例えばTi/Ti
Nからなる。2. Description of the Related Art When an aluminum-based metal material is used for the wiring of a semiconductor device, a titanium-based metal (for example, Ti, TiN, Ti0N,
A barrier metal made of TiW or the like is formed. FIG. 3 is a sectional view showing an example of such a semiconductor device. In the drawings, 1 is a semiconductor substrate made of silicon, 2 is a gate oxide film, 3 is a gate electrode made of polysilicon, 4 is an interlayer insulating film made of PSG, 5 is a contact hole, 6
Is a barrier metal, titanium-based material such as Ti / Ti
It consists of N.
【0003】7はアルミニウムからなる配線、8はP
(プラズマ)−SiNからなるパシベーション膜であ
る。このような半導体装置は、シリコン半導体基板1の
表面部に必要な不純物層を形成した後、熱酸化法でゲー
ト酸化膜2を形成し、次いで、ポリシリコン層の形成及
びフォトエッチングによりゲート電極3等を形成し、次
いで、PSG膜からなる層間絶縁膜4を形成し、該層間
絶縁膜4の選択的エッチングによりコンタクトホール5
を形成し、次に、バリアメタル6(例えばTi/Ti
N)をスパッタにより形成する。更にそれに引き続いて
配線7となるアルミニウム膜もスパッタにより形成す
る。7 is a wiring made of aluminum, 8 is P
(Plasma) -SiN is a passivation film. In such a semiconductor device, after forming a necessary impurity layer on the surface portion of the silicon semiconductor substrate 1, a gate oxide film 2 is formed by a thermal oxidation method, and then a gate electrode 3 is formed by forming a polysilicon layer and photoetching. Etc., and then an interlayer insulating film 4 made of a PSG film is formed, and the contact hole 5 is formed by selective etching of the interlayer insulating film 4.
And then barrier metal 6 (eg Ti / Ti
N) is formed by sputtering. Further subsequently, an aluminum film to be the wiring 7 is also formed by sputtering.
【0004】その後、バリアメタル6及び配線7のパタ
ーニングが行われるが、その前後にシンターが行われ
る。このシンターはコンタクトのオーミック性を得る、
水素(アルミニウムからなる配線7中に吸蔵された水素
或いはシンター雰囲気中の水素等)を例えばMOS界面
等に到達させて界面準位を消滅させることにより特性の
向上(例えば暗電流の低減)、特性の安定(例えばしき
い値電圧の安定)を図る等の目的のために行われる。こ
のシンターは、300〜500℃程度の比較的低い温度
で行われる低温熱処理であり、一般に拡散炉を用いて行
われる。そして、従来においては、そのシンターは常
圧、即ち略760Torr(≒0.10MPa)の下で
行われていた。尚、上記シンターの終了後、P−SiN
からなるところの最終保護膜としてのパシベーション膜
8を形成し、更に裏面オーミック処理等が行われるが、
この裏面オーミック処理の終了後にもダメージ除去を目
的として300〜500℃での低温熱処理が行われる場
合が多いが、これも拡散炉を用いて常圧下で行われた。
このように、シンターは1乃至2回行われる。Thereafter, the barrier metal 6 and the wiring 7 are patterned, but before and after the patterning, sintering is performed. This sinter gets ohmic contact.
Improvement of characteristics (for example, reduction of dark current) and characteristics by allowing hydrogen (hydrogen absorbed in the wiring 7 made of aluminum or hydrogen in a sinter atmosphere) to reach a MOS interface or the like to eliminate the interface state Is performed (for example, the threshold voltage is stabilized). This sintering is a low temperature heat treatment performed at a relatively low temperature of about 300 to 500 ° C., and is generally performed using a diffusion furnace. And, in the past, the sintering was performed under normal pressure, that is, under approximately 760 Torr (≈0.10 MPa). In addition, after the above sintering is completed, P-SiN
The passivation film 8 as a final protective film is formed, and the back surface ohmic treatment is further performed.
After the back surface ohmic treatment is finished, a low temperature heat treatment at 300 to 500 ° C. is often performed for the purpose of removing damage, but this is also performed at normal pressure using a diffusion furnace.
Thus, sintering is performed once or twice.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来におい
ては、シンターをしても界面準位を充分に少なくするこ
とが難しかった。そこで、その原因を調べたところ、バ
リアメタル6を成すチタン系の金属が水素吸蔵性を有
し、そのため、例えば、アルミニウムからなる配線7中
の水素或いはシンター時の雰囲気中の水素が半導体基板
1とゲート絶縁膜2等との界面に到達する前にバリアメ
タル6中に吸蔵され、界面準位の消滅に寄与する水素が
少なくなるためであることが判明した。これを放置する
ことは、暗電流の減少を困難にし、しきい値電圧の安定
性の向上を阻むことになる。具体的には、暗電流は、例
えばDRAMのような半導体装置の場合、記録保持能力
の低下の原因になり、CCD型固体撮像素子のような半
導体装置の場合、高温ダーク時における画像欠陥の発生
原因になる。By the way, in the past, it was difficult to sufficiently reduce the interface state even by sintering. Then, when the cause was investigated, the titanium-based metal forming the barrier metal 6 has a hydrogen storage property, and therefore, for example, hydrogen in the wiring 7 made of aluminum or hydrogen in the atmosphere at the time of sintering is the semiconductor substrate 1 It was found that hydrogen that is occluded in the barrier metal 6 before reaching the interface between the gate insulating film 2 and the like and contributes to the disappearance of the interface state is reduced. If this is left as it is, it becomes difficult to reduce the dark current, and the stability of the threshold voltage is prevented from being improved. Specifically, the dark current causes a decrease in the recording holding capacity in the case of a semiconductor device such as a DRAM, and the occurrence of an image defect at the time of high temperature darkness in the case of a semiconductor device such as a CCD type solid-state image sensor. Cause.
【0006】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、水素吸蔵性を有する金属をバリアメ
タルとして用いた半導体装置の製造方法において、バリ
アメタルにより水素が吸蔵されて半導体基板の界面準位
の消去が不充分になることを防止し、もって特性の向
上、特性の安定性の向上を図ることを目的とする。The present invention has been made in order to solve such a problem, and in a method of manufacturing a semiconductor device using a metal having a hydrogen absorbing property as a barrier metal, hydrogen is absorbed by the barrier metal to form a semiconductor. It is an object of the present invention to prevent insufficient elimination of the interface state of the substrate, thereby improving the characteristics and the stability of the characteristics.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1の半導体装置の
製造方法は、バリアメタルに対するシンターを、760
Torr以下の圧力下で行うことを特徴とする。請求項
2の半導体装置の製造方法は、請求項1の半導体装置の
製造方法においてシンター温度が300〜500℃であ
ることを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method, wherein a sinter for a barrier metal is 760.
It is characterized in that it is performed under a pressure of Torr or less. A semiconductor device manufacturing method according to a second aspect of the present invention is characterized in that the sintering temperature is 300 to 500 ° C. in the semiconductor device manufacturing method according to the first aspect.
【0008】[0008]
【作用】請求項1の半導体装置の製造方法によれば、従
来の常圧より低い圧力下でシンターを行うので、シンタ
ー時の圧力が低いほど図2に示すように水素吸蔵性を有
する金属の水素吸蔵濃度が低くなることから、シンター
によりバリアメタルが吸蔵できる水素の濃度が低くな
り、延いては半導体基板の界面に達して界面準位の消滅
に寄与する水素が多くなる。従って、暗電流の低減を図
り、しきい値電圧の安定化を図ることが出来る。請求項
2の半導体装置の製造方法によれば、シンター温度は従
来通り300乃至500℃なので、シンター効果が低減
するおそれはない。従って、シンター効果の低減を伴う
ことなく界面準位の減少を図り、特性の向上、特性の安
定性の向上を図ることができる。According to the method of manufacturing a semiconductor device of claim 1, since the sintering is carried out under a pressure lower than the conventional atmospheric pressure, the lower the pressure at the sintering is, the more hydrogen-absorbing metal is formed. Since the hydrogen storage concentration becomes low, the concentration of hydrogen that can be stored in the barrier metal becomes low due to the sintering, and eventually the hydrogen that reaches the interface of the semiconductor substrate and contributes to the disappearance of the interface level increases. Therefore, the dark current can be reduced and the threshold voltage can be stabilized. According to the semiconductor device manufacturing method of the second aspect, since the sintering temperature is 300 to 500 ° C. as in the conventional case, there is no fear that the sintering effect is reduced. Therefore, it is possible to reduce the interface state without reducing the sintering effect, and improve the characteristics and the stability of the characteristics.
【0009】[0009]
【実施例】以下、本発明半導体装置の製造方法を図示実
施例に従って詳細に説明する。図1は本発明半導体装置
の製造方法の一つの実施例を説明するところのシンター
時における状態を示す断面図である。本半導体装置の製
造方法は、前述の従来の半導体装置の製造方法とはシン
ター時の圧力のみが異なり、従来は常圧であったが、本
発明では常圧(760Torr≒0.10MPa)以下
の圧力下でシンターを行うのである。具体的には、シン
ター時における圧力を例えば、10-2〜10-4Torr
(≒1.33〜0.01P)の圧力にする。すると、バ
リアメタル6の水素吸蔵性が図2に示すように低下す
る。この図2はTi/TiNからなるバリアメタルの置
かれた圧力Pとその水素濃度Cとの関係を温度Tをパラ
メータとして示すところのPCT曲線図であり、この図
から圧力Pが低いほどバリアメタル内に吸蔵された水素
の濃度が低くなることが解る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail below with reference to illustrated embodiments. FIG. 1 is a sectional view showing a state at the time of sintering for explaining one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. The semiconductor device manufacturing method of the present invention is different from the above-described conventional semiconductor device manufacturing method only in the pressure during sintering, and was conventionally atmospheric pressure, but in the present invention, the atmospheric pressure (760 Torr≈0.10 MPa) or less is used. Sintering is done under pressure. Specifically, the pressure during sintering is, for example, 10 -2 to 10 -4 Torr.
The pressure is set to (≈1.33 to 0.01P). Then, the hydrogen storage property of the barrier metal 6 is lowered as shown in FIG. FIG. 2 is a PCT curve diagram showing the relationship between the pressure P at which the barrier metal composed of Ti / TiN is placed and its hydrogen concentration C with the temperature T as a parameter. It can be seen that the concentration of hydrogen stored in the inside becomes low.
【0010】具体的には、例えば、温度400℃の場合
に着目すると、常圧のとき水素濃度が1019cm-3程度
であるが、10-2〜10-4Torr程度に圧力が下がっ
た場合には1015cm-3程度に低くなる。温度が変わっ
てもその傾向は変らない。このようにバリアメタル6の
水素吸蔵性を低くしてシンターを行うと、バリアメタル
6により横取りできる水素の量が少なくなるので、必然
的に半導体基板1とゲート絶縁膜2との界面に達して界
面準位の消滅に寄与する水素が多くなる。従って、暗電
流の低減を図り、しきい値電圧の安定化を図ることが出
来る。Specifically, for example, when the temperature is 400 ° C., the hydrogen concentration is about 10 19 cm -3 at normal pressure, but the pressure is reduced to about 10 -2 to 10 -4 Torr. In some cases, it will be as low as 10 15 cm -3 . Even if the temperature changes, the tendency does not change. When the sintering is performed with the hydrogen storage property of the barrier metal 6 being lowered as described above, the amount of hydrogen that can be intercepted by the barrier metal 6 is reduced, so that the interface between the semiconductor substrate 1 and the gate insulating film 2 is inevitably reached. A large amount of hydrogen contributes to the disappearance of the interface state. Therefore, the dark current can be reduced and the threshold voltage can be stabilized.
【0011】即ち、従来においては、バリアメタル6の
水素吸蔵性が強い条件でシンターが行われていたので、
アルミニウムからなる配線7内の水素やシンター雰囲気
中の水素が半導体基板1とゲート絶縁膜2との界面に進
入する過程でその多くが図1において破線で示すように
バリアメタル6内に吸蔵されてしまったが、本半導体装
置の製造方法によれば、バリアメタル6の水素吸蔵性が
低い条件下でシンターが行われるので、上記水素はその
ほとんどがバリアメタル6に吸蔵されることなく図1に
おいて実線で示すように上記界面に達して界面準位の消
去に寄与することとなるのである。尚、シンター温度は
従来通り300〜500℃で行うので、シンター効果が
低減するということがない。ちなみに、シンターにおけ
るフォーミングガスは、例えば、3〜6%H2 入りのN
2 ガスであり、シンター時間は、例えば、10〜120
分程度である。ところで、シンターは、配線7とバリア
メタル6のパターニングの前あるいは後のみならず、最
終保護膜としてのパシベーション膜(例えばプラズマシ
リコンナイトライドからなる。図3参照)8を形成し更
に裏面オーミック処理等を終了した後にもダメージ除去
を目的として300〜500℃での低温熱処理が行われ
る場合が多いが、この裏面オーミック処理後のシンター
もやはり常圧よりも低い圧力下、例えば10-2〜10-4
Torrで行うようにすることが界面準位をなくすうえ
で好ましい。That is, in the past, since the sintering was performed under the condition that the hydrogen absorption property of the barrier metal 6 was strong,
In the process in which hydrogen in the wiring 7 made of aluminum and hydrogen in the sinter atmosphere enter the interface between the semiconductor substrate 1 and the gate insulating film 2, most of them are occluded in the barrier metal 6 as shown by the broken line in FIG. However, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, since sintering is performed under the condition that the hydrogen storage property of the barrier metal 6 is low, most of the hydrogen is not stored in the barrier metal 6 and the hydrogen is stored in FIG. As shown by the solid line, it reaches the interface and contributes to elimination of the interface state. Since the sintering temperature is 300 to 500 ° C. as usual, the sintering effect is not reduced. By the way, the forming gas in the sinter is, for example, N containing 3 to 6% H 2.
2 gas, the sintering time is, for example, 10 to 120
It's about a minute. By the way, the sinter is formed not only before or after the patterning of the wiring 7 and the barrier metal 6, but also on a passivation film (made of, for example, plasma silicon nitride, see FIG. 3) 8 as a final protective film, and further back surface ohmic treatment or the like. In many cases, a low-temperature heat treatment at 300 to 500 ° C. is carried out for the purpose of removing damage even after the completion of the above, but the sinter after the back surface ohmic treatment is also under a pressure lower than the normal pressure, for example, 10 −2 to 10 −. Four
It is preferable to use Torr to eliminate the interface state.
【0012】[0012]
【発明の効果】請求項1の半導体装置の製造方法は、バ
リアメタルに対するシンターを、760Torr以下の
圧力下で行うことを特徴とする。従って、請求項1の半
導体装置の製造方法によれば、従来の常圧より低い圧力
下でシンターを行うので、シンター時の圧力が低いほど
水素吸蔵性を有する金属の水素吸蔵濃度が低くなること
から、シンターによりバリアメタルが吸蔵できる水素の
濃度が低くなり、延いては半導体基板の界面に達して界
面準位の消滅に寄与する水素が多くなる。従って、暗電
流の低減を図り、しきい値電圧の安定化を図ることが出
来る。具体的には、例えばDRAMのような半導体装置
の場合、暗電流の低減を図ることにより、記録保持能力
を高める(記録保持時間が長くなり、記録保持に必要な
電圧が低くなる。)ことができる。また、CCD型固体
撮像素子のような半導体装置の場合、高温ダーク時にお
ける画像欠陥を少なくできる。そして、しきい値電圧の
安定性が高くなる。The method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect is characterized in that the sintering for the barrier metal is performed under a pressure of 760 Torr or less. Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device of claim 1, since the sintering is performed under a pressure lower than the conventional atmospheric pressure, the lower the pressure during sintering, the lower the hydrogen storage concentration of the metal having hydrogen storage properties. Therefore, the concentration of hydrogen that can be occluded by the barrier metal is lowered by the sinter, and further, the amount of hydrogen that reaches the interface of the semiconductor substrate and contributes to the disappearance of the interface level is increased. Therefore, the dark current can be reduced and the threshold voltage can be stabilized. Specifically, in the case of a semiconductor device such as a DRAM, for example, it is possible to increase the recording retention capacity (the recording retention time becomes longer and the voltage required for the recording retention becomes lower) by reducing the dark current. it can. Further, in the case of a semiconductor device such as a CCD type solid-state image pickup device, image defects can be reduced when dark at high temperature. Then, the stability of the threshold voltage becomes high.
【0013】請求項2の半導体装置の製造方法は、シン
ター温度が300〜500℃であることを特徴とする。
従って、請求項2の半導体装置の製造方法によれば、シ
ンター温度は従来通り300乃至500℃なので、シン
ター効果が低減するおそれはない。依って、シンター効
果の低減を伴うことなく界面準位の減少を図り、特性の
向上、特性の安定性の向上を図ることが出来る。The method of manufacturing a semiconductor device according to a second aspect is characterized in that the sintering temperature is 300 to 500 ° C.
Therefore, according to the semiconductor device manufacturing method of the second aspect, since the sintering temperature is 300 to 500 ° C. as in the conventional case, there is no fear that the sintering effect is reduced. Therefore, it is possible to reduce the interface state without reducing the sintering effect, and to improve the characteristics and the stability of the characteristics.
【図1】本発明半導体装置の製造方法の一つの実施例を
示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
【図2】チタン系バリアメタルの水素吸蔵に関するPC
T曲線図である。FIG. 2 PC for hydrogen absorption of titanium-based barrier metal
It is a T-curve figure.
【図3】チタン系バリアメタルを形成した半導体装置の
一例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device in which a titanium-based barrier metal is formed.
1 半導体基板 6 バリアメタル 7 配線(アルミニウム) 1 Semiconductor substrate 6 Barrier metal 7 Wiring (aluminum)
Claims (2)
として用いた半導体装置の製造方法において、 上記バリアメタルに対するシンターを、760Torr
以下の圧力下で行うことを特徴とする半導体装置の製造
方法1. A method of manufacturing a semiconductor device using a metal having a hydrogen storage property as a barrier metal, wherein the sintering for the barrier metal is 760 Torr.
Semiconductor device manufacturing method characterized by performing under the following pressure
ことを特徴とする半導体装置の製造方法2. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the sintering temperature is 300 to 500 ° C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19213294A JPH0837163A (en) | 1994-07-23 | 1994-07-23 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19213294A JPH0837163A (en) | 1994-07-23 | 1994-07-23 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0837163A true JPH0837163A (en) | 1996-02-06 |
Family
ID=16286218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19213294A Pending JPH0837163A (en) | 1994-07-23 | 1994-07-23 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0837163A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003151917A (en) * | 2001-11-09 | 2003-05-23 | Sanyo Electric Co Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2017108074A (en) * | 2015-12-11 | 2017-06-15 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1994
- 1994-07-23 JP JP19213294A patent/JPH0837163A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003151917A (en) * | 2001-11-09 | 2003-05-23 | Sanyo Electric Co Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2017108074A (en) * | 2015-12-11 | 2017-06-15 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
CN107017288A (en) * | 2015-12-11 | 2017-08-04 | 富士电机株式会社 | The manufacture method of semiconductor device and semiconductor device |
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