JPH1167692A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH1167692A
JPH1167692A JP23027497A JP23027497A JPH1167692A JP H1167692 A JPH1167692 A JP H1167692A JP 23027497 A JP23027497 A JP 23027497A JP 23027497 A JP23027497 A JP 23027497A JP H1167692 A JPH1167692 A JP H1167692A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
semiconductor device
interlayer insulating
manufacturing
insulating film
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP23027497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Kasagi
泰男 笠置
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH1167692A publication Critical patent/JPH1167692A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device, in which a Ti film is easily and securely formed into desired film thickness only at the base of an opening, safe and low contact resistance is obtained without being concerned about the removal of the Ti film, development to the fine opening is made easy, even if a semiconductor element is made fine and highly integrated and a stable characteristic is provided. SOLUTION: This Ti film is formed by a CVD method only for prescribed time within delay time, where the Ti film is not grown on an interlayer insulting film 8 by using a mix gas of TiCl4 and H2 . Reaction gas is switched from a mix gas to a fluorocarbon system gas of CF4 and the like, the surface of the interlayer insulating film 8 is etched, and a growth core 22 on the interlayer insulating film 8 is removed. Then, the Ti film 21 is stacked on the base in a contact hole 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、CVD法によるT
i膜の成膜プロセスを有する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 T
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having an i-film formation process.

【0002】[0002]

【従来の技術】近時では、半導体素子の微細化及び高集
積化が進行している。それに伴って、コンタクト孔やビ
ア孔内の抵抗低減化を促進することが必要である。そこ
で、Ti−CVD法によるプロセスが次世代の有力な技
術候補と目されているが、様々な問題点があるため、未
だ実用化には至っていない。Ti−CVD法の問題点の
一つに、成膜されたTi膜の剥離が挙げられる。これ
は、Ti−CVD法により形成されたTi膜がかなりの
高ストレスの薄膜であることに起因しており、続く工程
で上層膜であるTiN膜を形成するときに、シリコン酸
化膜上のTi膜が剥離する危険度が高く、製造ラインへ
のダメージが大きいという点でも問題であった。そのた
め、従来では成膜時の膜厚を制限するなどのプロセス上
の制約を課してこの問題に対応していた。
2. Description of the Related Art In recent years, miniaturization and high integration of semiconductor devices have been progressing. Accordingly, it is necessary to promote the reduction of the resistance in the contact hole and the via hole. Then, the process by the Ti-CVD method is regarded as a promising next-generation technology candidate, but has not yet been put to practical use because of various problems. One of the problems of the Ti-CVD method is peeling of a formed Ti film. This is because the Ti film formed by the Ti-CVD method is a thin film having a considerably high stress. When a TiN film as an upper layer film is formed in a subsequent step, the Ti film on the silicon oxide film is formed. There was also a problem in that the risk of peeling of the film was high and the damage to the production line was large. Conventionally, therefore, this problem has been dealt with by imposing process restrictions such as limiting the film thickness during film formation.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】Ti−CVD法による
Ti膜の膜厚制限は、5nm前後とかなり薄く設定する
必要がある。ところがその一方で低いコンタクト抵抗を
安定に得るためには、コンタクト孔の底部に十分な膜厚
のTi膜を堆積させることが必要となる。そこで、以下
に示すようないくつかの工夫がなされている。
The thickness limit of the Ti film formed by the Ti-CVD method must be set to a very small value of about 5 nm. However, on the other hand, in order to stably obtain a low contact resistance, it is necessary to deposit a Ti film having a sufficient thickness at the bottom of the contact hole. Therefore, some ingenuity has been devised as described below.

【0004】例えば、特開平6−326052号公報に
は、CVD法により、コンタクト孔の底部にAl膜を選
択成長させ、TiCl4 ガスを用いてAl膜をTi膜に
置き換え、Ti膜を形成する技術が開示されている。し
かしながら、Al−CVD法という手法は現在のところ
量産化が見込まれておらず、この技術の実現は極めて困
難であると思われる。
For example, JP-A-6-326052 discloses that an Al film is selectively grown at the bottom of a contact hole by a CVD method, and the Ti film is formed by replacing the Al film with a Ti film using TiCl 4 gas. Techniques are disclosed. However, mass production of the Al-CVD method is not expected at present, and it is considered that realization of this technique is extremely difficult.

【0005】また、特開平7−106282号公報に
は、スパッタ法によりコンタクト孔の内壁面上を含む層
間絶縁膜上にTi膜を形成し、イオンミリングにより層
間絶縁膜上とコンタクト孔の側壁面上のTi膜を選択的
に除去する技術が開示されている。しかしながら、コン
タクト孔は極めて微細であり、イオンミリングによりコ
ンタクト孔の底部のみにTi膜を残すことは難しく、制
御性に大きな問題がある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-106282 discloses that a Ti film is formed on an interlayer insulating film including an inner wall surface of a contact hole by a sputtering method, and that a sidewall surface of the contact hole is formed on the interlayer insulating film by ion milling. A technique for selectively removing the upper Ti film is disclosed. However, the contact hole is extremely fine, and it is difficult to leave the Ti film only at the bottom of the contact hole by ion milling, and there is a major problem in controllability.

【0006】また、特開平7−283309号公報に
は、AL配線膜上に堆積された層間絶縁膜にリソグラフ
ィー及びドライエッチングによりコンタクト孔を形成
し、レジスト膜を除去する前にスパッタ法によりTi膜
を堆積した後、レジスト膜とともにその上のTi膜を除
去し、コンタクト孔に底部のみにTi膜を残す技術が開
示されている。しかしながら、レジスト膜は耐熱性に乏
しく、Ti膜形成時の高温下では溶解してしまうおそれ
がある。また、スパッタリングによるコンタクト孔内の
Ti膜の膜厚制御は極めて困難であるとともに、レジス
ト膜からの飛沫によりスパッタ装置内の汚染を来すこと
は必至である。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-283309 discloses that a contact hole is formed by lithography and dry etching in an interlayer insulating film deposited on an AL wiring film, and a Ti film is formed by a sputtering method before removing the resist film. A technique is disclosed in which a Ti film is removed together with a resist film after the Ti film is deposited, and the Ti film is left only in the bottom of the contact hole. However, the resist film has poor heat resistance, and may be dissolved at a high temperature during the formation of the Ti film. In addition, it is extremely difficult to control the thickness of the Ti film in the contact hole by sputtering, and it is inevitable that the splash from the resist film causes contamination in the sputtering apparatus.

【0007】そこで、本発明の目的は、Ti膜を開孔の
底部のみに所望の膜厚に容易且つ確実に形成することを
可能とし、Ti膜の剥離を懸念することなく安定した低
いコンタクト抵抗が得られ、更なる半導体素子の微細化
及び高集積化が進行してもより微細な開孔への展開を容
易として安定した特性を有する半導体装置を実現させる
ことを可能とする半導体装置の製造方法を提供すること
である。
Therefore, an object of the present invention is to enable a Ti film to be easily and reliably formed at a desired thickness only at the bottom of an opening, and to provide a stable and low contact resistance without fear of peeling of the Ti film. And manufacturing of a semiconductor device capable of realizing a semiconductor device having stable characteristics by facilitating development into finer openings even if further miniaturization and higher integration of a semiconductor element progresses. Is to provide a way.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、下層に半導体基板又は高融点導電膜が存する
層間絶縁膜に、前記下層の表面の一部が露出するように
開孔を形成する第1の工程と、前記開孔内を含む前記層
間絶縁膜の表面に対して、Tiを含有する第1の反応ガ
スを用いて化学蒸着を施す第2の工程と、前記第1の反
応ガスからエッチング用の第2の反応ガスに切り換え、
前記層間絶縁膜の表面をエッチング処理する第3の工程
とを有し、ほぼ前記開孔の底部に露出した前記下層上に
Ti膜を形成する。
According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, an opening is formed in an interlayer insulating film having a semiconductor substrate or a high-melting-point conductive film as a lower layer so that a part of the surface of the lower layer is exposed. A first step of forming, a second step of performing chemical vapor deposition on a surface of the interlayer insulating film including the inside of the opening using a first reaction gas containing Ti, and Switching from the reaction gas to the second reaction gas for etching,
A third step of etching the surface of the interlayer insulating film, and forming a Ti film on the lower layer substantially exposed at the bottom of the opening.

【0009】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第2の工程において、前記第1の反応ガスをT
iCl4 とH2 の混合ガスとし、この混合ガスのプラズ
マ中で前記化学蒸着を行う。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the second step, the first reaction gas is supplied to the first reaction gas in the second step.
The chemical vapor deposition is performed in a plasma of the mixed gas of iCl 4 and H 2 .

【0010】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第3の工程において、前記エッチング処理をT
iの前記層間絶縁膜上での成膜遅延が終了する直前に行
う。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the third step, the etching is performed by T
This is performed immediately before the completion of the film formation delay on the interlayer insulating film i.

【0011】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第3の工程において、前記第2の反応ガスをフ
ルオロカーボン系ガスとし、プラズマ中で用いる。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the third step, the second reaction gas is a fluorocarbon-based gas and used in plasma.

【0012】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第3の工程において、前記第2の反応ガスを気
相HFとする。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the third step, the second reaction gas is gas-phase HF.

【0013】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記高融点導電膜をタングステン配線又は
多結晶シリコン配線とする。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the high melting point conductive film is a tungsten wiring or a polycrystalline silicon wiring.

【0014】本発明の半導体装置の製造方法において
は、前記層間絶縁膜をシリコン酸化膜とする。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the interlayer insulating film is a silicon oxide film.

【0015】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第1の工程の後に、前記第2の工程とそれに続
く前記第3の工程からなるプロセスを複数回繰り返して
行う。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the first step, a process including the second step and the subsequent third step is repeatedly performed a plurality of times.

【0016】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第3の工程の後に、前記開孔内を含む前記層間
絶縁膜上にTiNからなる下地膜を形成する第4の工程
と、前記Ti膜及び前記下地膜を介して、前記開孔を埋
め込み前記層間絶縁膜上に延在する金属配線層を形成す
る第5の工程とを更に有する。
In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a fourth step of forming a base film made of TiN on the interlayer insulating film including the inside of the opening after the third step. Forming a metal wiring layer that fills the opening and extends over the interlayer insulating film via the Ti film and the base film.

【0017】本発明の半導体装置の製造方法は、下層に
半導体基板又は高融点導電膜が存する層間絶縁膜に、前
記下層の表面の一部が露出するように開孔を形成する第
1の工程と、Tiを含有する第1の反応ガスにエッチン
グ用の第2の反応ガスを添加した混合反応ガスを用い、
前記開孔内を含む前記層間絶縁膜の表面に対して化学蒸
着を施すとともにエッチング処理を施す第2の工程とを
有し、ほぼ前記開孔の底部に露出した前記下層上にTi
膜を形成する。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a first step of forming an opening in an interlayer insulating film having a semiconductor substrate or a high-melting-point conductive film as a lower layer so that a part of the surface of the lower layer is exposed. And a mixed reaction gas obtained by adding a second reaction gas for etching to a first reaction gas containing Ti,
A second step of performing chemical vapor deposition and etching on the surface of the interlayer insulating film including the inside of the opening, and forming Ti on the lower layer exposed substantially at the bottom of the opening.
Form a film.

【0018】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第2の工程において、前記第1の反応ガスをT
iCl4 とH2 の混合ガスとする。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the second step, the first reaction gas is supplied to
A mixed gas of iCl 4 and H 2 is used.

【0019】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第2の工程において、前記第2の反応ガスをフ
ルオロカーボン系ガスとする。
In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the second step, the second reaction gas is a fluorocarbon-based gas.

【0020】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第2の工程において、前記第2の反応ガスを気
相HFとする。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the second step, the second reaction gas is gaseous HF.

【0021】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記高融点導電膜をタングステン膜又は多
結晶シリコン膜とする。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the high melting point conductive film is a tungsten film or a polycrystalline silicon film.

【0022】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記層間絶縁膜をシリコン酸化膜とする。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the interlayer insulating film is a silicon oxide film.

【0023】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第2の工程の後に、前記開孔内を含む前記層間
絶縁膜上にTiNからなる下地膜を形成する第3の工程
と、前記Ti膜及び前記下地膜を介して、前記開孔を埋
め込み前記層間絶縁膜上に延在する金属配線層を形成す
る第4の工程とを更に有する。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a third step of forming a base film made of TiN on the interlayer insulating film including the inside of the opening after the second step. Forming a metal wiring layer that fills the opening and extends over the interlayer insulating film through the Ti film and the base film.

【0024】本発明の半導体装置の製造方法は、層間絶
縁膜に穿設された開孔内の底部に化学蒸着によりTi膜
を形成する製造方法であって、前記Ti膜の成膜途中に
前記層間絶縁膜の表面をエッチング処理する。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of forming a Ti film by chemical vapor deposition on the bottom of an opening formed in an interlayer insulating film, wherein the Ti film is formed during the formation of the Ti film. The surface of the interlayer insulating film is etched.

【0025】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、反応ソースガスとしてTiCl4 とH2
混合ガスを用い、この混合ガスのプラズマ中で前記化学
蒸着を行う。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a mixed gas of TiCl 4 and H 2 is used as a reaction source gas, and the chemical vapor deposition is performed in a plasma of the mixed gas.

【0026】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記エッチング処理をTiの前記層間絶縁
膜上での成膜遅延が終了する直前に行う。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the etching process is performed immediately before the end of the film formation delay of Ti on the interlayer insulating film.

【0027】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記エッチング処理に用いるエッチングガ
スをフルオロカーボン系ガスとし、プラズマ中で用い
る。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the etching gas used for the etching process is a fluorocarbon-based gas and used in plasma.

【0028】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記エッチング処理に用いるエッチングガ
スを気相HFとする。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the etching gas used for the etching process is gas phase HF.

【0029】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、TiCl4 とH2 にフルオロカーボン系ガ
スを加えた混合ガスを用い、前記化学蒸着による前記T
i膜の成膜と同時に前記エッチング処理を行う。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a mixed gas obtained by adding a fluorocarbon-based gas to TiCl 4 and H 2 is used.
The etching process is performed simultaneously with the formation of the i-film.

【0030】[0030]

【作用】化学蒸着法(CVD法)によりTi膜を形成す
る場合、半導体基板上や高融点導電膜上、例えばシリコ
ン層上やタングステン膜上では、Ti膜の成膜時間に対
して膜厚がほぼ線型の増加傾向を示すが、シリコン酸化
膜に代表される層間絶縁膜上では、成膜の初期段階でT
i膜の成長が起こらない遅延時間(インキュベーション
タイム)が生じる。本発明の半導体装置の製造方法にお
いては、この遅延時間が経過して層間絶縁膜上の成膜が
開始される前に、層間絶縁膜の表面をエッチングし、遅
延時間中に層間絶縁膜の表面に形成された成長核を除去
することにより、常に層間絶縁膜の表面がTi膜の成長
が起こらない遅延状態に維持される。従ってこの場合、
開孔内の底部に露出した半導体基板又は高融点導電膜の
表面上にはほぼ連続的にTi膜の成長が進行するのに対
し、層間絶縁膜上では殆ど成膜されないため、Ti膜を
膜厚の制御をしつつ開孔の底部のみに選択的に形成する
ことが可能となる。
When a Ti film is formed by a chemical vapor deposition method (CVD method), on a semiconductor substrate or a high-melting-point conductive film, for example, a silicon layer or a tungsten film, the film thickness is longer than the film formation time of the Ti film. Although it shows an almost linear increasing tendency, on an interlayer insulating film represented by a silicon oxide film, T
A delay time (incubation time) occurs in which i-film growth does not occur. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the surface of the interlayer insulating film is etched before the formation of the film on the interlayer insulating film after the delay time has elapsed, and the surface of the interlayer insulating film is etched during the delay time. By removing the growth nuclei formed in step (1), the surface of the interlayer insulating film is always maintained in a delayed state in which the growth of the Ti film does not occur. So in this case,
The Ti film grows almost continuously on the surface of the semiconductor substrate or the high melting point conductive film exposed at the bottom of the opening, but is hardly formed on the interlayer insulating film. It is possible to selectively form only the bottom of the opening while controlling the thickness.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置の
製造方法のいくつかの具体的な実施形態について、図面
を参照しながら詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some specific embodiments of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0032】(第1の実施形態)初めに、第1の実施形
態について説明する。この第1の実施形態においては、
半導体装置としてMOSトランジスタを例示し、その製
造方法を説明する。図1〜図3は、この第1の実施形態
のMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断
面図である。
(First Embodiment) First, a first embodiment will be described. In the first embodiment,
A MOS transistor will be exemplified as a semiconductor device, and a manufacturing method thereof will be described. 1 to 3 are schematic sectional views showing a method for manufacturing the MOS transistor according to the first embodiment in the order of steps.

【0033】先ず、図1(a)に示すように、例えばp
型のシリコン半導体基板1の上に、素子分離構造として
所謂LOCOS法によりフィールド酸化膜3を形成して
素子形成領域2を画定する。なお、このフィールド酸化
膜3の代わりに、フィールドシールド素子分離法によ
り、絶縁膜内に導電膜が埋設されてなり、この導電膜に
より直下のシリコン半導体基板の部位を所定電位に固定
して素子分離を行うフィールドシールド素子分離構造を
形成してもよい。
First, as shown in FIG.
A field oxide film 3 is formed as a device isolation structure on a silicon semiconductor substrate 1 of a mold by a so-called LOCOS method to define a device formation region 2. Instead of the field oxide film 3, a conductive film is buried in the insulating film by a field shield element isolation method, and a portion of the silicon semiconductor substrate immediately below is fixed at a predetermined potential by the conductive film to perform element isolation. May be formed.

【0034】続いて、フィールド酸化膜3により互いに
分離されて相対的に画定された素子形成領域2のシリコ
ン半導体基板1の表面に熱酸化を施してシリコン酸化膜
を形成し、続いてCVD法により不純物がドープされた
多結晶シリコン膜を、更にこの多結晶シリコン膜上にシ
リコン酸化膜を順次堆積する。
Subsequently, the surface of the silicon semiconductor substrate 1 in the element forming region 2 which is separated from each other by the field oxide film 3 and is relatively defined is thermally oxidized to form a silicon oxide film. A polycrystalline silicon film doped with impurities and a silicon oxide film are sequentially deposited on the polycrystalline silicon film.

【0035】続いて、シリコン酸化膜、多結晶シリコン
膜及びシリコン酸化膜をフォトリソグラフィー及びそれ
に続くドライエッチングによりパターニングして、素子
形成領域2にシリコン酸化膜、多結晶シリコン膜及びシ
リコン酸化膜を電極形状に残してゲート酸化膜4、ゲー
ト電極5及びそのキャップ絶縁膜9を形成する。
Subsequently, the silicon oxide film, the polycrystalline silicon film and the silicon oxide film are patterned by photolithography and subsequent dry etching, and the silicon oxide film, the polycrystalline silicon film and the silicon oxide film are The gate oxide film 4, the gate electrode 5, and the cap insulating film 9 are formed while keeping the shape.

【0036】続いて、パターニングに用いたフォトレジ
ストを灰化処理して除去した後、キャップ絶縁膜9上を
含む全面にCVD法によりシリコン酸化膜を堆積形成
し、このシリコン酸化膜の全面を異方性エッチングし
て、ゲート酸化膜4、ゲート電極5及びキャップ絶縁膜
9の側面にのみシリコン酸化膜を残してサイドウォール
6を形成する。
Subsequently, the photoresist used for patterning is removed by ashing, and then a silicon oxide film is deposited and formed on the entire surface including the upper surface of the cap insulating film 9 by a CVD method. Isotropic etching is performed to form sidewalls 6 while leaving the silicon oxide film only on the side surfaces of the gate oxide film 4, the gate electrode 5, and the cap insulating film 9.

【0037】続いて、キャップ絶縁膜10及びサイドウ
ォール6をマスクとして、ゲート電極5の両側のシリコ
ン半導体基板1の表面領域にイオン注入により不純物、
例えばリン(P)や砒素(As)等のn型不純物を導入
し、ソース/ドレインとなる一対の不純物拡散層7を形
成する。
Subsequently, impurities are implanted into the surface region of the silicon semiconductor substrate 1 on both sides of the gate electrode 5 by ion implantation using the cap insulating film 10 and the sidewalls 6 as a mask.
For example, an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced to form a pair of impurity diffusion layers 7 serving as a source / drain.

【0038】次に、図1(b)に示すように、フィール
ド酸化膜3を含むシリコン半導体基板1の全面にCVD
法によりシリコン酸化膜を堆積形成し、ゲート酸化膜
4、ゲート電極5及びキャップ絶縁膜9を埋め込む層間
絶縁膜8を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, CVD is performed on the entire surface of the silicon semiconductor substrate 1 including the field oxide film 3.
A silicon oxide film is deposited and formed by a method, and an interlayer insulating film 8 burying the gate oxide film 4, the gate electrode 5, and the cap insulating film 9 is formed.

【0039】続いて、層間絶縁膜8をパターニングし、
不純物拡散層7の表面の一部を露出させるコンタクト孔
11を形成する。
Subsequently, the interlayer insulating film 8 is patterned,
A contact hole 11 exposing a part of the surface of the impurity diffusion layer 7 is formed.

【0040】そして、図1(c)に示すように、コンタ
クト孔11の底部に膜厚20nm程度のTi膜12を形
成する。このときの各工程を図2(a)及び図2(b)
に示す。なお、ここで示す膜種、膜厚、成膜条件、エッ
チング条件等は代表的なものであり、製造ラインの都合
に応じて適当な変更を行っても構わない。また、図2
(a)及び図2(b)では、1つのコンタクト孔11の
周辺部位を拡大して示している。
Then, as shown in FIG. 1C, a Ti film 12 having a thickness of about 20 nm is formed at the bottom of the contact hole 11. Each step at this time is shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
Shown in Note that the film types, film thicknesses, film forming conditions, etching conditions, and the like shown here are typical, and appropriate changes may be made according to the convenience of the production line. FIG.
2 (a) and FIG. 2 (b), an area around one contact hole 11 is enlarged.

【0041】先ず、平行平板型のプラズマCVDチャン
バーを用い、反応ガスとしてTiCl4 ガス(流量5s
ccm)とH2 ガス(流量5slm)の混合ガスを使用
して、投入RFパワーが400W、圧力が3Torr、
温度が650℃の各条件で10秒間の成膜を行う(工程
1)。CVD法によりTi膜を形成する場合、シリコン
半導体基板1上では、Ti膜の成膜時間に対して膜厚が
ほぼ線型の増加傾向を示すが、シリコン酸化膜からなる
層間絶縁膜8上では、成膜の初期段階でTi膜の成長が
起こらない遅延時間(インキュベーションタイム)が生
じる。この場合、上述の成膜条件では、層間絶縁膜8上
における遅延時間は約15秒間であるため、図2(a)
に示すように、コンタクト孔11内の底部に露出したシ
リコン半導体基板1の表面には2nm程度のTi膜21
が堆積するのに対し、層間絶縁膜8上にはTi膜の成長
核22が僅かに形成されるだけで、膜としては形成され
ない。
First, using a parallel plate type plasma CVD chamber, TiCl 4 gas (flow rate 5 s) was used as a reaction gas.
ccm) and H 2 gas (flow rate 5 slm) using a supplied RF power of 400 W, a pressure of 3 Torr,
A film is formed for 10 seconds at each temperature of 650 ° C. (step 1). When the Ti film is formed by the CVD method, the film thickness on the silicon semiconductor substrate 1 tends to increase substantially linearly with respect to the film formation time of the Ti film, but on the interlayer insulating film 8 made of the silicon oxide film, A delay time (incubation time) occurs in which the growth of the Ti film does not occur in the initial stage of film formation. In this case, under the above-described film forming conditions, the delay time on the interlayer insulating film 8 is about 15 seconds.
As shown in FIG. 3, a Ti film 21 of about 2 nm is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 1 exposed at the bottom in the contact hole 11.
On the other hand, the growth nuclei 22 of the Ti film are slightly formed on the interlayer insulating film 8, but are not formed as a film.

【0042】次に、図2(b)に示すように、反応ガス
を前記混合ガスからCF4 等のフルオロカーボン系ガス
に切り換え、層間絶縁膜8の表面をエッチングする(工
程2)。このとき、コンタクト孔11内の底部に形成さ
れたTi膜21はある程度の膜厚が確保されているため
にエッチングの影響を殆ど受けることなく、層間絶縁膜
8上の成長核22のみがエッチングにより選択的に除去
される。
Next, as shown in FIG. 2B, the reaction gas is switched from the mixed gas to a fluorocarbon gas such as CF 4 and the surface of the interlayer insulating film 8 is etched (step 2). At this time, since the Ti film 21 formed at the bottom in the contact hole 11 has a certain thickness, it is hardly affected by etching, and only the growth nucleus 22 on the interlayer insulating film 8 is etched. It is selectively removed.

【0043】そして、工程1及びそれに続く工程2から
なる一連のプロセスを10回繰り返す。これにより、コ
ンタクト孔11内の底部のみに20nm程度のTi膜1
2が形成されることになる。一方、層間絶縁膜8上には
Ti膜は殆ど形成されることはなく、膜厚はほぼ0nm
である。
Then, a series of processes including the step 1 and the subsequent step 2 is repeated 10 times. Thus, the Ti film 1 having a thickness of about 20 nm is formed only in the bottom of the contact hole 11.
2 will be formed. On the other hand, the Ti film is hardly formed on the interlayer insulating film 8 and the thickness is almost 0 nm.
It is.

【0044】次に、図3(a)に示すように、CVD法
により、Ti膜12を介してコンタクト孔11内を覆う
ように層間絶縁膜8上にバリヤメタル層となるTiN膜
13を形成する。
Next, as shown in FIG. 3A, a TiN film 13 serving as a barrier metal layer is formed on the interlayer insulating film 8 by a CVD method so as to cover the inside of the contact hole 11 via the Ti film 12. .

【0045】次に、図3(b)に示すように、CVD法
により、コンタクト孔11内を埋め込むようにTiN膜
13上にW(タングステン)膜を形成し、このW膜をパ
ターニングすることにより、Ti膜12及びTiN膜1
3を介して不純物拡散層7と電気的に接続される配線層
14を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a W (tungsten) film is formed on the TiN film 13 by the CVD method so as to fill the contact holes 11, and the W film is patterned. , Ti film 12 and TiN film 1
Then, a wiring layer 14 electrically connected to the impurity diffusion layer 7 via 3 is formed.

【0046】しかる後、更なる上層の層間絶縁膜や配線
層等を形成する後工程を経て、MOSトランジスタを完
成させる。なお、Ti膜12を形成した後の諸々の熱処
理により、Ti膜12と不純物拡散層7との界面はシリ
サイド化されて、TiSi2(チタンシリサイド)層1
5が形成されることになる。
Thereafter, a MOS transistor is completed through a post-process of forming a further upper interlayer insulating film, a wiring layer, and the like. The interface between the Ti film 12 and the impurity diffusion layer 7 is silicided by various heat treatments after the formation of the Ti film 12, and the TiSi 2 (titanium silicide) layer 1 is formed.
5 will be formed.

【0047】このように、第1の実施形態においては、
遅延時間が経過して層間絶縁膜8上の成膜が開始される
前に、層間絶縁膜8の表面をエッチングし、遅延時間中
に層間絶縁膜8の表面に形成された成長核22を除去す
ることにより、常に層間絶縁膜8の表面がTi膜の成長
が起こらない遅延状態に維持される。従ってこの場合、
コンタクト孔11内の底部に露出したシリコン半導体基
板1の表面上にはほぼ連続的にTi膜21の成長が進行
するのに対し、層間絶縁膜8上では殆ど成膜されないた
め、Ti膜12を膜厚の制御をしつつコンタクト孔11
の底部のみに選択的に形成することが可能となる。
As described above, in the first embodiment,
Before the film formation on the interlayer insulating film 8 is started after the delay time has elapsed, the surface of the interlayer insulating film 8 is etched to remove the growth nuclei 22 formed on the surface of the interlayer insulating film 8 during the delay time. By doing so, the surface of the interlayer insulating film 8 is always maintained in a delay state in which the growth of the Ti film does not occur. So in this case,
While the growth of the Ti film 21 proceeds almost continuously on the surface of the silicon semiconductor substrate 1 exposed at the bottom in the contact hole 11, the Ti film 12 is hardly formed on the interlayer insulating film 8. Contact hole 11 while controlling film thickness
Can be selectively formed only on the bottom portion of the substrate.

【0048】従って、第1の実施形態によれば、Ti膜
12をコンタクト孔11の底部のみに所望の膜厚に容易
且つ確実に形成することが可能となり、Ti膜12の剥
離を懸念することなく安定した低いコンタクト抵抗が得
られ、更なるMOSトランジスタの微細化及び高集積化
が進行してもより微細なコンタクト孔11への展開を容
易として安定した特性を有するMOSトランジスタを実
現させることができる。
Therefore, according to the first embodiment, it is possible to easily and surely form the Ti film 12 to a desired thickness only at the bottom of the contact hole 11, and there is a concern that the Ti film 12 may be peeled off. Thus, a stable low contact resistance can be obtained, and even if further miniaturization and high integration of the MOS transistor progress, it is possible to easily develop the finer contact hole 11 and realize a MOS transistor having stable characteristics. it can.

【0049】−変形例− ここで、第1の実施形態の変形例について説明する。こ
の変形例においては、上述した第1の実施形態と同様に
MOSトランジスタの製造方法について例示するが、T
i−CVD法をコンタクト孔の形成のみならずビア孔の
形成にも利用する点で相違する。図4〜図6は、変形例
によるMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す概
略断面図である。
-Modification- Here, a modification of the first embodiment will be described. In this modified example, a method for manufacturing a MOS transistor is illustrated as in the first embodiment described above.
The difference is that the i-CVD method is used not only for forming contact holes but also for forming via holes. 4 to 6 are schematic cross-sectional views showing a method of manufacturing a MOS transistor according to a modification in the order of steps.

【0050】先ず、図1〜図3のように、第1の実施形
態の場合と同様の諸工程を経る。続いて、図4(a)に
示すように、CVD法によりW膜からなる配線層14を
覆うようにシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜31を形
成する。なお、配線層14としては、W膜から形成する
代わりに、多結晶シリコン膜やポリサイド膜から形成し
てもよい。
First, as shown in FIGS. 1 to 3, the same steps as in the first embodiment are performed. Subsequently, as shown in FIG. 4A, an interlayer insulating film 31 made of a silicon oxide film is formed by a CVD method so as to cover the wiring layer 14 made of the W film. Note that the wiring layer 14 may be formed from a polycrystalline silicon film or a polycide film instead of being formed from the W film.

【0051】次に、層間絶縁膜31をパターニングし、
配線層14の表面の一部を露出させるビア孔32を形成
する。
Next, the interlayer insulating film 31 is patterned,
A via hole 32 exposing a part of the surface of the wiring layer 14 is formed.

【0052】そして、図4(b)に示すように、ビア孔
32の底部にTi膜33を形成する。このときの各工程
を図5(a)及び図5(b)に示す。なお、ここで示す
膜種、膜厚、成膜条件、エッチング条件等は代表的なも
のであり、製造ラインの都合に応じて適当な変更を行っ
ても構わない。また、図5(a)及び図5(b)では、
1つのビア孔32の周辺部位を拡大して示している。
Then, as shown in FIG. 4B, a Ti film 33 is formed at the bottom of the via hole 32. Each step at this time is shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Note that the film types, film thicknesses, film forming conditions, etching conditions, and the like shown here are typical, and appropriate changes may be made according to the convenience of the production line. 5 (a) and 5 (b),
The periphery of one via hole 32 is shown in an enlarged manner.

【0053】先ず、平行平板型のプラズマCVDチャン
バーを用い、第1の実施形態と同一条件、即ち、反応ガ
スとしてTiCl4 ガス(流量5sccm)とH2 ガス
(流量5slm)の混合ガスを使用して、投入RFパワ
ーが400W、圧力が3Torr、温度が650℃の各
条件で10秒間の成膜を行う(工程1)。CVD法によ
りTi膜を形成する場合、配線層14上では、Ti膜の
成膜時間に対して膜厚がほぼ線型の増加傾向を示すが、
シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜31上では、成膜の
初期段階でTi膜の成長が起こらない遅延時間(インキ
ュベーションタイム)が生じる。この場合、上述の成膜
条件では、層間絶縁膜31上における遅延時間は約15
秒間であるため、図5(a)に示すように、ビア孔32
内の底部に露出した配線層14の表面には2nm程度の
Ti膜41が堆積するのに対し、層間絶縁膜31上には
Ti膜の成長核42が僅かに形成されるだけで、膜とし
ては形成されない。
First, using a parallel plate type plasma CVD chamber, the same conditions as in the first embodiment were used, that is, a mixed gas of TiCl 4 gas (flow rate 5 sccm) and H 2 gas (flow rate 5 slm) was used as a reaction gas. Then, a film is formed for 10 seconds under the conditions of the input RF power of 400 W, the pressure of 3 Torr, and the temperature of 650 ° C. (Step 1). When the Ti film is formed by the CVD method, the film thickness on the wiring layer 14 shows an almost linear increasing tendency with respect to the film forming time of the Ti film.
On the interlayer insulating film 31 made of a silicon oxide film, a delay time (incubation time) occurs in which the growth of the Ti film does not occur in the initial stage of film formation. In this case, the delay time on the interlayer insulating film 31 is about 15
Seconds, as shown in FIG.
While a Ti film 41 of about 2 nm is deposited on the surface of the wiring layer 14 exposed at the bottom of the inside, only a small growth nucleus 42 of the Ti film is formed on the interlayer insulating film 31 and the Is not formed.

【0054】次に、図5(b)に示すように、反応ガス
を前記混合ガスからCF4 等のフルオロカーボン系ガス
に切り換え、層間絶縁膜31の表面をエッチングする
(工程2)。このとき、ビア孔32内の底部に形成され
たTi膜41はある程度の膜厚が確保されているために
エッチングの影響を殆ど受けることなく、層間絶縁膜3
1上の成長核42のみがエッチングにより選択的に除去
される。
Next, as shown in FIG. 5B, the reaction gas is switched from the mixed gas to a fluorocarbon-based gas such as CF 4 and the surface of the interlayer insulating film 31 is etched (step 2). At this time, since the Ti film 41 formed at the bottom in the via hole 32 has a certain thickness, it is hardly affected by the etching, and the interlayer insulating film 3 is formed.
Only the growth nuclei 42 on 1 are selectively removed by etching.

【0055】そして、工程1及びそれに続く工程2から
なる一連のプロセスを10回繰り返す。これにより、ビ
ア孔32内の底部のみに20nm程度のTi膜33が形
成されることになる。一方、層間絶縁膜31上にはTi
膜は殆ど形成されることはなく、膜厚はほぼ0nmであ
る。
Then, a series of processes including the step 1 and the subsequent step 2 is repeated 10 times. As a result, a Ti film 33 of about 20 nm is formed only at the bottom in the via hole 32. On the other hand, Ti
The film is hardly formed, and the film thickness is almost 0 nm.

【0056】次に、図6(a)に示すように、CVD法
により、Ti膜33を介してビア孔33内を覆うように
層間絶縁膜31上にバリヤメタル層となるTiN膜34
を形成する。
Next, as shown in FIG. 6A, a TiN film 34 serving as a barrier metal layer is formed on the interlayer insulating film 31 so as to cover the inside of the via hole 33 via the Ti film 33 by the CVD method.
To form

【0057】次に、図6(b)に示すように、スパッタ
法により、ビア孔32内を埋め込むようにTiN膜34
上にW(タングステン)膜を形成し、このW膜をパター
ニングすることにより、Ti膜33及びTiN膜34を
介して配線層14と電気的に接続される配線層35を形
成する。
Next, as shown in FIG. 6B, a TiN film 34 is buried in the via hole 32 by sputtering.
A W (tungsten) film is formed thereon, and the W film is patterned to form a wiring layer 35 electrically connected to the wiring layer 14 via the Ti film 33 and the TiN film 34.

【0058】しかる後、諸々の後工程を経て、MOSト
ランジスタを完成させる。
Thereafter, through various post-processes, the MOS transistor is completed.

【0059】このように、第1の実施形態の変形例にお
いては、遅延時間が経過して層間絶縁膜31上の成膜が
開始される前に、層間絶縁膜31の表面をエッチング
し、遅延時間中に層間絶縁膜31の表面に形成された成
長核42を除去することにより、常に層間絶縁膜31の
表面がTi膜の成長が起こらない遅延状態に維持され
る。従ってこの場合、ビア孔32内の底部に露出したシ
リコン半導体基板1の表面上にはほぼ連続的にTi膜4
1の成長が進行するのに対し、層間絶縁膜31上では殆
ど成膜されないため、Ti膜33を膜厚の制御をしつつ
ビア孔32の底部のみに選択的に形成することが可能と
なる。
As described above, in the modification of the first embodiment, the surface of the interlayer insulating film 31 is etched before the formation of the film on the interlayer insulating film 31 is started after the delay time has elapsed. By removing the growth nuclei 42 formed on the surface of the interlayer insulating film 31 during the time, the surface of the interlayer insulating film 31 is always maintained in a delay state in which the growth of the Ti film does not occur. Therefore, in this case, the Ti film 4 is almost continuously formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 1 exposed at the bottom in the via hole 32.
While the growth of No. 1 proceeds, the Ti film 33 is hardly formed on the interlayer insulating film 31, so that the Ti film 33 can be selectively formed only at the bottom of the via hole 32 while controlling the film thickness. .

【0060】従って、第1の実施形態の変形例によれ
ば、第1の実施例の効果に加え、Ti膜33をビア孔3
2の底部のみに所望の膜厚に容易且つ確実に形成するこ
とが可能となり、Ti膜33の剥離を懸念することなく
安定した低いコンタクト抵抗が得られ、更なるMOSト
ランジスタの微細化及び高集積化が進行してもより微細
なビア孔32への展開を容易として更なる安定した特性
を有するMOSトランジスタを実現させることができ
る。
Therefore, according to the modification of the first embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the Ti film 33 is formed
2 can be easily and reliably formed to a desired film thickness only, and a stable low contact resistance can be obtained without concern about peeling of the Ti film 33. Further miniaturization and high integration of MOS transistors Even if the formation of the MOS transistor progresses, it is possible to easily develop the finer via hole 32 and realize a MOS transistor having more stable characteristics.

【0061】なお、この変形例では、コンタクト孔11
と共にビア孔32にTi−CVD法を適用させて、これ
らの底部上のみにTi膜を形成する場合について説明し
たが、当然のことながらビア孔のみに適用させることも
可能である。
In this modification, the contact holes 11
At the same time, the case where the Ti-CVD method is applied to the via hole 32 and the Ti film is formed only on the bottoms thereof has been described. However, it is naturally possible to apply the Ti film only to the via hole.

【0062】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態について説明する。この第2の実施形態におい
ては、第1の実施形態の場合と同様に、MOSトランジ
スタの製造方法を例示するが、配線形成工程に若干相違
がある点で異なる。図7は、第2の実施形態のMOSト
ランジスタの製造方法の主要工程を示す概略断面図であ
る。なお、第1の実施形態のMOSトランジスタと同一
の構成要素等については同一の符号を記して説明を省略
する。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, as in the case of the first embodiment, a method for manufacturing a MOS transistor is exemplified, but it is different in that there is a slight difference in a wiring forming process. FIG. 7 is a schematic sectional view showing main steps of a method for manufacturing a MOS transistor according to the second embodiment. Note that the same components as those of the MOS transistor of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0063】先ず、図1(a)〜図1(b)のように、
第1の実施形態の場合と同様の諸工程を経てMOSトラ
ンジスタのゲート電極5及び一対の不純物拡散層7やコ
ンタクト孔11を形成する。続いて、図1(c)に示す
ように、コンタクト孔11の底部にTi膜12を形成す
る。このときの工程を図7に示す。なお、ここで示す膜
種、膜厚、成膜条件、エッチング条件等は代表的なもの
であり、製造ラインの都合に応じて適当な変更を行って
も構わない。また、図7では、1つのコンタクト孔11
の周辺部位を拡大して示している。
First, as shown in FIGS. 1A and 1B,
The gate electrode 5 and the pair of impurity diffusion layers 7 and the contact holes 11 of the MOS transistor are formed through the same steps as in the first embodiment. Subsequently, a Ti film 12 is formed at the bottom of the contact hole 11 as shown in FIG. FIG. 7 shows the process at this time. Note that the film types, film thicknesses, film forming conditions, etching conditions, and the like shown here are typical, and appropriate changes may be made according to the convenience of the production line. In FIG. 7, one contact hole 11 is formed.
Is shown in an enlarged manner.

【0064】次に、平行平板型のプラズマCVDチャン
バーを用い、反応ガスとしてTiCl4 ガス(流量5s
ccm)とH2 ガス(流量5slm)の混合ガスに更に
CF4 などのフルオロカーボン系ガスを添加しながら、
投入RFパワーが400W、圧力が3Torr、温度が
650℃の各条件で200秒間の成膜を行う。
Next, using a parallel plate type plasma CVD chamber, TiCl 4 gas (flow rate 5 s) was used as a reaction gas.
ccm) and H 2 gas (flow rate 5 slm) while further adding a fluorocarbon-based gas such as CF 4
Film formation is performed for 200 seconds under the conditions of an input RF power of 400 W, a pressure of 3 Torr, and a temperature of 650 ° C.

【0065】CVD法によりTi膜を形成する場合、シ
リコン半導体基板1上では、Ti膜の成膜時間に対して
膜厚がほぼ線型の増加傾向を示すが、シリコン酸化膜か
らなる層間絶縁膜8上では、成膜の初期段階でTi膜の
成長が起こらない遅延時間(インキュベーションタイ
ム)が生じる。この場合、TiCl4 ガスとH2 ガスの
混合ガスによりコンタクト孔11内の底部に露出したシ
リコン半導体基板1の表面にはTi膜が堆積するのに対
し、混合ガスに添加されたフルオロカーボン系ガスが層
間絶縁膜8上のTi膜の成長核22をエッチングして除
去しながら成膜が進行するため、膜としては形成されな
い。
When the Ti film is formed by the CVD method, the thickness of the Ti film on the silicon semiconductor substrate 1 tends to increase substantially linearly with respect to the film formation time of the Ti film, but the interlayer insulating film 8 made of a silicon oxide film Above, a delay time (incubation time) occurs in which the growth of the Ti film does not occur in the initial stage of film formation. In this case, a Ti film is deposited on the surface of the silicon semiconductor substrate 1 exposed at the bottom in the contact hole 11 by the mixed gas of the TiCl 4 gas and the H 2 gas, whereas the fluorocarbon-based gas added to the mixed gas is Since the film formation proceeds while etching and removing the growth nucleus 22 of the Ti film on the interlayer insulating film 8, the film is not formed.

【0066】即ち、図7に示すように、コンタクト孔1
1内の底部のみに20nm程度のTi膜12が形成され
ることになる一方、層間絶縁膜8上にはTi膜は殆ど形
成されることはなく、膜厚はほぼ0nmである。
That is, as shown in FIG.
1, a Ti film 12 having a thickness of about 20 nm is formed only on the bottom portion. On the other hand, a Ti film is hardly formed on the interlayer insulating film 8, and the film thickness is almost 0 nm.

【0067】しかる後、第1の実施形態と同様に、図3
(a)〜図3(b)に示す各工程を経て、Ti膜12及
びTiN膜13を介して不純物拡散層7と電気的に接続
される配線層14を形成し、MOSトランジスタを完成
させる。
Thereafter, as in the first embodiment, FIG.
3 (b), a wiring layer 14 electrically connected to the impurity diffusion layer 7 via the Ti film 12 and the TiN film 13 is formed to complete the MOS transistor.

【0068】このように、第2の実施形態においては、
TiCl4 ガスとH2 ガスの混合ガスを反応ソースとし
たTi膜の成膜と共に、当該混合ガスに添加されたフル
オロカーボン系ガスをエッチングガスとしたTi膜の成
長核22のエッチングが同時に行われる。このとき、コ
ンタクト孔11内の底部に露出したシリコン半導体基板
1の表面にはTi膜が成膜時間にほぼ比例してほぼ連続
的にTi膜の成長が進行するのに対し、層間絶縁膜8上
では成長核22が形成されるか否かの段階でエッチング
除去されて殆ど成膜されないため、Ti膜12を膜厚の
制御をしつつコンタクト孔11の底部のみに選択的に形
成することができる。
As described above, in the second embodiment,
At the same time as the formation of the Ti film using the mixed gas of TiCl 4 gas and H 2 gas as the reaction source, the etching of the growth nucleus 22 of the Ti film using the fluorocarbon-based gas added to the mixed gas as the etching gas is performed simultaneously. At this time, the Ti film grows almost continuously in proportion to the film formation time on the surface of the silicon semiconductor substrate 1 exposed at the bottom in the contact hole 11, while the Ti film grows almost continuously. Above, the growth nucleus 22 is etched and removed at the stage of forming or not and almost no film is formed. Therefore, it is necessary to selectively form the Ti film 12 only on the bottom of the contact hole 11 while controlling the film thickness. it can.

【0069】従って、第2の実施形態によれば、Ti膜
12をコンタクト孔11の底部のみに所望の膜厚に容易
且つ確実に形成することを可能とし、Ti膜12の剥離
を懸念することなく安定した低いコンタクト抵抗が得ら
れ、更なるMOSトランジスタの微細化及び高集積化が
進行してもより微細なコンタクト孔11への展開を容易
として安定した特性を有するMOSトランジスタを実現
させることが可能となる。
Therefore, according to the second embodiment, it is possible to easily and surely form the Ti film 12 to a desired thickness only at the bottom of the contact hole 11, and to worry about peeling of the Ti film 12. Thus, a stable low contact resistance can be obtained, and even if further miniaturization and high integration of the MOS transistor progress, it is possible to easily develop the finer contact hole 11 and realize a MOS transistor having stable characteristics. It becomes possible.

【0070】なお、第2の実施形態においても、第1の
実施形態と同様に、その変形例としてTi−CVD法を
コンタクト孔の形成のみならずビア孔の形成にも利用
し、TiCl4 ガスとH2 ガスの混合ガスを反応ソース
としたTi膜の成膜と共に、当該混合ガスに添加された
フルオロカーボン系ガスをエッチングガスとしたTi膜
の成長核のエッチングを同時に行い、コンタクト孔11
と同様にビア孔内の底部のみにTi膜を形成するように
してもよい。
In the second embodiment, similarly to the first embodiment, as a modification, the Ti-CVD method is used not only for forming the contact holes but also for forming the via holes, and the TiCl 4 gas is used. In addition to the formation of a Ti film using a mixed gas of H 2 gas and H 2 gas as a reaction source, etching of a growth nucleus of the Ti film using a fluorocarbon-based gas added to the mixed gas as an etching gas is performed at the same time.
Similarly to the above, the Ti film may be formed only on the bottom in the via hole.

【0071】また、第1及び第2の実施形態では、MO
Sトランジスタについて説明したが、本発明はこれに限
定されることなく、EEPROMやDRAM等の半導体
メモリやCMOSインバータなどの高集積化が要求され
る全ての半導体装置の製造方法に適用可能である。
In the first and second embodiments, the MO
Although the S-transistor has been described, the present invention is not limited to this, and is applicable to all semiconductor device manufacturing methods that require high integration such as a semiconductor memory such as an EEPROM or a DRAM or a CMOS inverter.

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、Ti膜を開孔の底部のみに所望の膜厚に容易且つ確
実に形成することが可能となり、Ti膜の剥離を懸念す
ることなく安定した低いコンタクト抵抗が得られ、更な
る半導体素子の微細化及び高集積化が進行してもより微
細な開孔への展開を容易として安定した特性を有する半
導体装置を実現させることができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to easily and surely form a Ti film only at the bottom of an opening to a desired thickness, and to worry about peeling of the Ti film. And a stable low contact resistance can be obtained, and even if further miniaturization and high integration of the semiconductor element progress, development into finer holes can be facilitated to realize a semiconductor device having stable characteristics. .

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

【図1】本発明の第1の実施形態におけるMOSトラン
ジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a MOS transistor according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】図1(c)の工程を更に詳細に説明するための
概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the step of FIG. 1C in further detail.

【図3】本発明の第1の実施形態におけるMOSトラン
ジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing the MOS transistor according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図4】本発明の第1の実施形態の変形例におけるMO
Sトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図で
ある。
FIG. 4 shows an MO according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing an S transistor in the order of steps.

【図5】図4(c)の工程を更に詳細に説明するための
概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the step of FIG. 4C in further detail.

【図6】本発明の第1の実施形態の変形例におけるMO
Sトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図で
ある。
FIG. 6 shows an MO according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing an S transistor in the order of steps.

【図7】本発明の第2の実施形態におけるMOSトラン
ジスタの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing main steps of a method for manufacturing a MOS transistor according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン半導体基板 2 素子形成領域 3 フィールド酸化膜 4 ゲート酸化膜 5 ゲート電極 6 サイドウォール 7 不純物拡散層 8,31 層間絶縁膜 11 コンタクト孔 12,33 (膜厚が20nm程度の)Ti膜 13,34 TiN膜 14,35 配線層 21,41 (膜厚が2nm程度の)Ti膜 22,42 成長核 32 ビア孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon semiconductor substrate 2 Element formation area 3 Field oxide film 4 Gate oxide film 5 Gate electrode 6 Side wall 7 Impurity diffusion layer 8, 31 Interlayer insulating film 11 Contact hole 12, 33 Ti film (of about 20 nm thickness) 13, 34 TiN film 14, 35 Wiring layer 21, 41 Ti film (with a thickness of about 2 nm) 22, 42 Growth nucleus 32 Via hole

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下層に半導体基板又は高融点導電膜が存
する層間絶縁膜に、前記下層の表面の一部が露出するよ
うに開孔を形成する第1の工程と、 前記開孔内を含む前記層間絶縁膜の表面に対して、Ti
を含有する第1の反応ガスを用いて化学蒸着を施す第2
の工程と、 前記第1の反応ガスからエッチング用の第2の反応ガス
に切り換え、前記層間絶縁膜の表面をエッチング処理す
る第3の工程とを有し、 ほぼ前記開孔の底部に露出した前記下層上にTi膜を形
成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first step of forming an opening in an interlayer insulating film in which a semiconductor substrate or a high-melting-point conductive film exists in a lower layer so that a part of the surface of the lower layer is exposed; With respect to the surface of the interlayer insulating film, Ti
A second chemical vapor deposition using a first reaction gas containing
And a third step of etching the surface of the interlayer insulating film by switching from the first reaction gas to the second reaction gas for etching, and substantially exposing the bottom of the opening. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a Ti film on the lower layer.
【請求項2】 前記第2の工程において、前記第1の反
応ガスをTiCl4とH2 の混合ガスとし、この混合ガ
スのプラズマ中で前記化学蒸着を行うことを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein in the second step, the first reaction gas is a mixed gas of TiCl 4 and H 2 , and the chemical vapor deposition is performed in a plasma of the mixed gas. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項3】 前記第3の工程において、前記エッチン
グ処理をTiの前記層間絶縁膜上での成膜遅延が終了す
る直前に行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の
半導体装置の製造方法。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein, in the third step, the etching process is performed immediately before a delay in forming a film of Ti on the interlayer insulating film is completed. Production method.
【請求項4】 前記第3の工程において、前記第2の反
応ガスをフルオロカーボン系ガスとし、プラズマ中で用
いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記
載の半導体装置の製造方法。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein, in the third step, the second reaction gas is a fluorocarbon-based gas and is used in a plasma. Method.
【請求項5】 前記第3の工程において、前記第2の反
応ガスを気相HFとすることを特徴とする請求項1〜3
のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein in the third step, the second reaction gas is a gas phase HF.
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項6】 前記高融点導電膜をタングステン配線又
は多結晶シリコン配線とすることを特徴とする請求項1
〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the high melting point conductive film is a tungsten wiring or a polycrystalline silicon wiring.
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of items 5 to 5.
【請求項7】 前記層間絶縁膜をシリコン酸化膜とする
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の
半導体装置の製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein the interlayer insulating film is a silicon oxide film.
【請求項8】 前記第1の工程の後に、前記第2の工程
とそれに続く前記第3の工程からなるプロセスを複数回
繰り返して行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれ
か1項に記載の半導体装置の製造方法。
8. The method according to claim 1, wherein after the first step, a process including the second step and the subsequent third step is repeatedly performed a plurality of times. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
【請求項9】 前記第3の工程の後に、前記開孔内を含
む前記層間絶縁膜上にTiNからなる下地膜を形成する
第4の工程と、 前記Ti膜及び前記下地膜を介して、前記開孔を埋め込
み前記層間絶縁膜上に延在する金属配線層を形成する第
5の工程とを更に有することを特徴とする請求項1〜8
のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
9. A fourth step of forming a base film made of TiN on the interlayer insulating film including the inside of the opening after the third step, and through the Ti film and the base film, A fifth step of forming a metal wiring layer that fills the opening and extends on the interlayer insulating film.
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項10】 下層に半導体基板又は高融点導電膜が
存する層間絶縁膜に、前記下層の表面の一部が露出する
ように開孔を形成する第1の工程と、 Tiを含有する第1の反応ガスにエッチング用の第2の
反応ガスを添加した混合反応ガスを用い、前記開孔内を
含む前記層間絶縁膜の表面に対して化学蒸着を施すとと
もにエッチング処理を施す第2の工程とを有し、 ほぼ前記開孔の底部に露出した前記下層上にTi膜を形
成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. A first step of forming an opening in an interlayer insulating film in which a semiconductor substrate or a high-melting-point conductive film exists in a lower layer so that a part of the surface of the lower layer is exposed; A second step of performing chemical vapor deposition and etching on the surface of the interlayer insulating film including the inside of the opening using a mixed reaction gas obtained by adding a second reaction gas for etching to the reaction gas of A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a Ti film on the lower layer substantially exposed at the bottom of the opening.
【請求項11】 前記第2の工程において、前記第1の
反応ガスをTiCl4 とH2 の混合ガスとすることを特
徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
11. The method according to claim 10, wherein in the second step, the first reaction gas is a mixed gas of TiCl 4 and H 2 .
【請求項12】 前記第2の工程において、前記第2の
反応ガスをフルオロカーボン系ガスとすることを特徴と
する請求項10又は11に記載の半導体装置の製造方
法。
12. The method according to claim 10, wherein in the second step, the second reaction gas is a fluorocarbon-based gas.
【請求項13】 前記第2の工程において、前記第2の
反応ガスを気相HFとする請求項10又は11に記載の
半導体装置の製造方法。
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein in the second step, the second reaction gas is gas phase HF.
【請求項14】 前記高融点導電膜をタングステン膜又
は多結晶シリコン膜とすることを特徴とする請求項10
〜13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
14. The high-melting-point conductive film is a tungsten film or a polycrystalline silicon film.
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of items 13 to 13.
【請求項15】 前記層間絶縁膜をシリコン酸化膜とす
ることを特徴とする請求項10〜14のいずれか1項に
記載の半導体装置の製造方法。
15. The method according to claim 10, wherein said interlayer insulating film is a silicon oxide film.
【請求項16】 前記第2の工程の後に、前記開孔内を
含む前記層間絶縁膜上にTiNからなる下地膜を形成す
る第3の工程と、 前記Ti膜及び前記下地膜を介して、前記開孔を埋め込
み前記層間絶縁膜上に延在する金属配線層を形成する第
4の工程とを更に有することを特徴とする請求項10〜
15のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
16. After the second step, a third step of forming a base film made of TiN on the interlayer insulating film including the inside of the opening, via the Ti film and the base film, Forming a metal wiring layer that fills the opening and extends over the interlayer insulating film.
16. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of items 15 to 15.
【請求項17】 層間絶縁膜に穿設された開孔内の底部
に化学蒸着によりTi膜を形成する半導体装置の製造方
法であって、 前記Ti膜の成膜途中に前記層間絶縁膜の表面をエッチ
ング処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。
17. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a Ti film is formed by chemical vapor deposition on a bottom of an opening formed in an interlayer insulating film, wherein the surface of the interlayer insulating film is formed during the formation of the Ti film. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized by etching a semiconductor device.
【請求項18】 反応ソースガスとしてTiCl4 とH
2 の混合ガスを用い、この混合ガスのプラズマ中で前記
化学蒸着を行うことを特徴とする請求項17に記載の半
導体装置の製造方法。
18. A reaction source gas comprising TiCl 4 and H
18. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein the chemical vapor deposition is performed in a plasma of the mixed gas using the mixed gas of ( 2 ).
【請求項19】 前記エッチング処理をTiの前記層間
絶縁膜上での成膜遅延が終了する直前に行うことを特徴
とする請求項17又は18に記載の半導体装置の製造方
法。
19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein the etching process is performed immediately before the end of the film formation delay of Ti on the interlayer insulating film.
【請求項20】 前記エッチング処理に用いるエッチン
グガスをフルオロカーボン系ガスとし、プラズマ中で用
いることを特徴とする請求項17〜19のいずれか1項
に記載の半導体装置の製造方法。
20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein an etching gas used for the etching process is a fluorocarbon-based gas and used in plasma.
【請求項21】 前記エッチング処理に用いるエッチン
グガスを気相HFとすることを特徴とする請求項17〜
19のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
21. An etching gas used for the etching process is gaseous phase HF.
20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19.
【請求項22】 TiCl4 とH2 にフルオロカーボン
系ガスを加えた混合ガスを用い、前記化学蒸着による前
記Ti膜の成膜と同時に前記エッチング処理を行うこと
を特徴とする請求項17に記載の半導体装置の製造方
法。
22. The etching method according to claim 17, wherein the etching process is performed simultaneously with the formation of the Ti film by the chemical vapor deposition using a mixed gas obtained by adding a fluorocarbon-based gas to TiCl 4 and H 2 . A method for manufacturing a semiconductor device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6573181B1 (en) 2000-10-26 2003-06-03 Applied Materials, Inc. Method of forming contact structures using nitrogen trifluoride preclean etch process and a titanium chemical vapor deposition step
WO2008136260A1 (en) * 2007-04-27 2008-11-13 Tokyo Electron Limited Ti-film formation method

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