JPH03285330A - Formation of contact plug of semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、ＵＬＳＩ（超々大規模集積回路）のコンタ
クトでも特にアスペクト比（コンタクト深さ／コンタク
ト径）が１．０を超えるようなコンタクト内にプラグを
形成する半導体素子のコンタクトプラグの形成方法に関
するものである。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) This invention is applicable to ULSI (ultra-ultra-large scale integrated circuit) contacts, especially those in which the aspect ratio (contact depth/contact diameter) exceeds 1.0. The present invention relates to a method for forming a contact plug for a semiconductor device.
（従来の技術）
従来、ＵＬＳ Ｉにおいて、コンタクト径が１．０Ｊ１
１より小さく、アスペクト比が１．０を超えると、その
後に形成するアルミニウム配線がコンタクト底部にほと
んど形成できなかったり、コンタクト側壁のアルミニウ
ム配線のｙＪ、厚が薄く、その後の熱処理等によって断
線したりする。(Prior art) Conventionally, in ULS I, the contact diameter was 1.0J1.
If the aspect ratio is smaller than 1 and the aspect ratio exceeds 1.0, the aluminum wiring to be formed afterwards may hardly be formed at the bottom of the contact, or the aluminum wiring on the side wall of the contact may be thin and may break due to subsequent heat treatment, etc. do.
そこで、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉ
口ｏｎ ｏｆ Ｔｕｎ−ｇｓ ｔｅｎ （ｃＶ旧４）
ａｓ Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ Ｉｎｔｅｒｃｏｎ
ｎｅｃＬｉｏｎａｎｄ Ｖｉａ ５ｔｕｄ、 Ｊ、 Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｃｈｅｓ、Ｓｏｃ、 （ジャーナルエレク
トロケミカル ソサエティ）、 Ｖｏ ｊ！ 、 １３
６゜Ｎａ ７ 、 Ｊｕｌｙ １９８９に記述しである
ようにタングステン膜をＬＰＧＶＤ装置（減圧ＣＶＤ装
置）でウェハ全面にデポジットした後に、全面エッチバ
ックにより、タングステン膜をコンタクト内だけに残し
て、タングステンのプラグを形成した後に、アルミニウ
ム配線を行い、アルミニウム配線の信幀性を向上させて
いる。Therefore, Chemical Vapor Deposit
Mouth on of Tun-gs ten (cV old 4)
as Submicron Intercon
necLionand Via 5tud, J, E
electroches, Soc, (Journal Electrochemical Society), Vo j! , 13
6°Na 7, July 1989, a tungsten film was deposited on the entire surface of the wafer using an LPGVD device (low pressure CVD device), and then the tungsten plug was removed by etching back the entire surface, leaving the tungsten film only in the contacts. After forming the aluminum wiring, aluminum wiring is performed to improve the reliability of the aluminum wiring.
第２図は従来のタングステンのプラグ形成方法を示す工
程断面図である。まず第２図（ａ）に示すように、Ｓｉ
基板１上に絶縁膜２を形成し、この絶縁Ｍ２にＳｉ基板
１の表面が露出するように、コンタクトホール２ａの開
孔後に、スパッタ法によって約１０００人の密着層３の
チタン（Ｔｉ）を形成し、ランプアニール装置を用い、
ＮＺ雰囲気中で５００〜８００℃、約３０秒はどの熱処
理を施し、第２図（ｂ）に示すようにコンタクトホール
２の底部では、ＴｉＮ３ａとＴｉＳｉｘ ３ ｂの２層
構造をなし、絶縁膜２と接するところでは、ＴｉＮ３ａ
を形成した後に、ＬＰＣＶＤ法によってタングステン４
を形成する。FIG. 2 is a process cross-sectional view showing a conventional tungsten plug forming method. First, as shown in FIG. 2(a), Si
An insulating film 2 is formed on the substrate 1, and after forming a contact hole 2a, approximately 1000 titanium (Ti) layers are deposited for the adhesion layer 3 by sputtering so that the surface of the Si substrate 1 is exposed to the insulating layer M2. forming and using a lamp annealing device,
Heat treatment was performed at 500 to 800°C for about 30 seconds in a NZ atmosphere, and as shown in FIG. Where it touches TiN3a
After forming tungsten 4 by LPCVD method,
form.
その後、第２図（ｃ）に示すように、タングステン４を
エッチバックにより、コンタクトホール２だけに残し、
プラグを形成し、最後にアルミニウム合金５で配線を形
成する。Thereafter, as shown in FIG. 2(c), tungsten 4 is etched back, leaving only the contact hole 2.
A plug is formed, and finally wiring is formed using aluminum alloy 5.
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、上記従来のタングステンのプラグ形成方
法では、密着Ｎ３であるチタンがコンタクトホール２ａ
の底部のＳｔと都合良く反応してＴｉ５ｉｚとなるよう
に、チタンのスパッタリングの直前に、スパッタエツチ
ングにより、Ｓｉ基板１上の自然酸化膜を除去する工程
が必要となる。(Problems to be Solved by the Invention) However, in the conventional tungsten plug forming method described above, titanium, which is in close contact with N3, is
Immediately before sputtering titanium, it is necessary to remove the native oxide film on the Si substrate 1 by sputter etching so that it reacts favorably with St on the bottom of the Si substrate 1 to form Ti5iz.
ここで、Ｓｉ基板ｌが拡散層である場合は、スパッタエ
ツチングによるダメージのため、接合の特性が劣化（接
合リーク）するという問題点があった。Here, when the Si substrate 1 is a diffusion layer, there is a problem that the bonding characteristics deteriorate (junction leakage) due to damage caused by sputter etching.
この発明は、前記従来技術が持っている問題点のうち、
Ｓｉ基板が拡散層である場合にスパッタエツチング番こ
よるダメージのために接合特性が劣化する点について解
決した半導体素子のコンタクトプラグの形成方法を徒供
するものである。This invention solves the problems of the above-mentioned prior art.
This invention provides a method for forming a contact plug for a semiconductor device that solves the problem of deterioration of bonding characteristics due to damage caused by sputter etching when the Si substrate is a diffusion layer.
（課題を解決するための手段）
この発明は前記問題点を解決するために、半導体素子の
コンタクトプラグの形成方法において、半導体基板上の
絶縁膜にコンタクトホールを形成した後に半導体基板−
１−に多結晶ノリコンとチタン膜の２層膜による密着層
を形成する工程を導入したものである。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for forming a contact plug for a semiconductor device, in which a contact hole is formed in an insulating film on a semiconductor substrate, and then a contact hole is formed in an insulating film on a semiconductor substrate.
1-, a step of forming an adhesive layer of two layers of polycrystalline Noricon and titanium film is introduced.
（作 用）
この発明によれば、半導体素子のコンタクトプラグの形
成方法において、以上のような工程を導入したので、２
１Ｈによる密着層の下地の多結晶シリコンがチタン膜を
形成する前のスパッタエツチングを行っても、半導体基
板が拡散層である場合でも半導体基板にダメージを与え
ないように作用し、リークｉｉｔ流を抑制し、したがっ
て、前記問題点を除去できる。(Function) According to the present invention, the above-described steps are introduced in the method for forming a contact plug for a semiconductor element.
Even if the polycrystalline silicon underlying the adhesion layer is sputter etched before forming the titanium film by 1H, even if the semiconductor substrate is a diffusion layer, it acts so as not to damage the semiconductor substrate and prevent leakage IIT flow. can be suppressed and, therefore, the aforementioned problems can be eliminated.
（実施例）
以下、この発明の半導体素子のコンタクトプラグの形成
方法の実施例について図面に基づき説明する。第１図（
ａｌないし第１図（ｃ）はその一実施例の工程断面図で
ある。(Example) Hereinafter, an example of the method for forming a contact plug for a semiconductor device according to the present invention will be described based on the drawings. Figure 1 (
1 to 1(c) are process cross-sectional views of one embodiment.
まず、第１図（ａ）に示すように、半導体基板としての
Ｓｉ基板１１上に、Ｎ５−Ｇ、ＰＳＧ、ＢＰＳに等の絶
縁膜１２をＣＶＤ法で形成した後に、ホトリソグラフィ
、ドライエツチング技術によってコンタクトホール１２
ａを形成する。First, as shown in FIG. 1(a), an insulating film 12 made of N5-G, PSG, BPS, etc. is formed on a Si substrate 11 as a semiconductor substrate by the CVD method, and then photolithography and dry etching techniques are used. Contact hole 12 by
form a.
この時、Ｓｉ基板１１は、場合によっては、拡散層であ
ったり、多結晶シリコン膜であったり、高融点金属シリ
サイド膜であったりする。At this time, the Si substrate 11 may be a diffusion layer, a polycrystalline silicon film, or a high melting point metal silicide film, depending on the case.
また、コンタクトホール１２ａは、アスペクト比が１．
０を超える形状で、例えばコンタクトの直径が０．７．
＝−のとき、ン７さが、１〜２７ＩＢあるような径が小
さくて、深さが深いコンタクトホールである。Further, the contact hole 12a has an aspect ratio of 1.
For example, the diameter of the contact is 0.7.
When =-, the contact hole has a small diameter and a deep depth, such as 1 to 27 IB.
次に、ステノプカバレ、ジの良いＬ Ｐ ＣＶ Ｄ法に
よって多結晶ノリコン膜１３を約５００人形成し、Ａｓ
＋、 ＢＦｒ等の不純物をインブラン千−ションした後
に、第１図（１）） ４こ示ずタングステンｌｌ！２
］ ６の！ｌ！着層として、チタン１４を約１０００人
形成する。Next, about 500 polycrystalline silicone films 13 were formed using the LPCCVD method, which has excellent stenop coverage and good strength.
After injecting impurities such as +, BFr, etc. in Figure 1 (1)), all tungsten ll! 2
] 6! l! Approximately 1,000 layers of titanium 14 are formed as a deposition layer.
かくして、多結晶ノリコン１：３とチタン１４とによる
２層膜の密着層が形成されることになる。In this way, a two-layer adhesion layer consisting of polycrystalline silicone (1:3) and titanium (14) is formed.
このチタノ１４はスパッタリング法で形成し、直前にス
バ、タエ、・チングによって多結晶ノリコン膜Ｉ３上の
自然酸化膜の除去を行っている。この工程により、多結
晶ソリコン膜１３の下地には、エツチングダメージが入
らない、このため、たとえ下地が拡散層であっても、接
合リーク等の不都合が生じなくなる。This titanium film 14 is formed by a sputtering method, and immediately before that, the natural oxide film on the polycrystalline silicon film I3 is removed by sputtering, etching, and etching. This step prevents etching damage from occurring on the base of the polycrystalline silicon film 13, and therefore, even if the base is a diffusion layer, problems such as junction leakage do not occur.
その後、ランプアニール装置を用いて、ｈ雰囲気中で５
００〜８００°Ｃ９約３０秒はどの熱処理を施し、第１
図（ｂ）に示すように、チタン１４０表面を窒化すると
ともに、チタン１４と多結晶シリコン１３を反応させて
、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）を形成さゼる。Then, using a lamp annealing device,
00 to 800°C for about 30 seconds.
As shown in Figure (b), the surface of titanium 140 is nitrided, and titanium 14 and polycrystalline silicon 13 are reacted to form titanium silicide (TiSix).
かくして、ＴｉＮ／Ｔｉ５ｉｔ／多結晶シリコン１５の
３層膜を形成する。In this way, a three-layer film of TiN/Ti5it/polycrystalline silicon 15 is formed.
この後、六弗化タングステン（ＷＦｉ） ガスと水素（
Ｈ２）ガス、あるいはシラン（Ｓ ｉ Ｈａ ）ガスを
用いたＬＰＣＶＤ法によって、タングステン膜１６を０
．５〜１μ形成する。After this, tungsten hexafluoride (WFi) gas and hydrogen (
H2) The tungsten film 16 is removed by LPCVD using silane (S i Ha ) gas or silane (S i Ha ) gas.
．． Form 5-1μ.
その後、第１図（ｃ）に示すように、タングステン１６
のエッチバックを行い コンタクトホール１２ａ内だけ
にタングステンのプラグ１６ａを残し、プラグを形成し
、最後にアルミニウム合金１７、例えばＡｌ−５ｉ、
ＡＩ −５ｉ−Ｃｕ等をスパッタ法で約５０００人形成
し、配線を形成する。After that, as shown in FIG. 1(c), tungsten 16
A tungsten plug 16a is left only in the contact hole 12a to form a plug, and finally an aluminum alloy 17, such as Al-5i, is etched back.
Approximately 5,000 materials such as AI-5i-Cu are formed by sputtering to form wiring.
（発明の効果）
以上、詳細に説明したように、この発明によれば、密着
層のチタン膜の下に多結晶シリコン膜を用いたので、チ
タンを形成する前のスパッタエツチングが、Ｓｉ基板等
の半導体基板が拡散層である場合でも、ダメージを与え
ない。(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the present invention, since a polycrystalline silicon film is used under the titanium film of the adhesion layer, sputter etching before forming titanium can be performed on the Si substrate, etc. Even if the semiconductor substrate is a diffusion layer, no damage will be caused.
したがって、リーク電流が少なくなり、接合特性の向上
が期待できる。Therefore, leakage current is reduced, and improvement in bonding characteristics can be expected.
第１図（ａ）ないし第１図（ｃ）はこの発明の半導体素
子のコンタクトプラグの形成方法の一実施例の工程断面
図、第２図（ａ）ないし第２図（ｃ）は従来のタングス
テンのプラグ形成方法の工程断面図である。
１１・・・Ｓｉ基板、１２・・・絶縁膜、１２ａ・・・
コンタクトホール、１３・・・多結晶シリコン、１４・
・・チタン、１５・・・ＴｉＮ／ＴｉＳ目／多結晶シリ
コン、１６・・タングステン、１６ａ・・・プラグ。
＾、７１１１口の工程−が面図
第１図
３：呑ｔｈ８シソリフレ
本泡ヌθ月ρ工牙ｊ、 ｙゴｌわ口
第 １ 図
イＬ釆ｎ工程断面■
第２図
５ニアルミ、一つム合≦釘
今東の工程ｌ！今面図
第 ２ 図1(a) to 1(c) are process cross-sectional views of an embodiment of the method for forming a contact plug for a semiconductor device according to the present invention, and FIGS. FIG. 3 is a process cross-sectional view of a method for forming a tungsten plug. 11... Si substrate, 12... Insulating film, 12a...
Contact hole, 13... polycrystalline silicon, 14.
...Titanium, 15...TiN/TiS/polycrystalline silicon, 16...Tungsten, 16a...Plug. ^, 7111 mouth process - is a side view Figure 1 Figure 3: Drinking th8 Shisorifure Honfonu θ Month ρ Koga j, y gol mouth No. 1 Figure I L pot n Process cross section ■ Figure 2 5 Ni aluminum, 1 Tsumuai ≦ Kugi Imato's process l! Current view Figure 2
Claims (1)
多結晶シリコン膜を形成する工程と、 （ｂ）上記多結晶シリコン膜上にスパッタ法でチタン膜
を形成し、多結晶シリコンとチタン膜とによる２層膜の
密着層を形成する工程と、 （ｃ）熱処理後上記タングステン膜を形成し、このタン
グステン膜をエッチバックによってタングステンのプラ
グを形成した後、アルミニウム配線を形成する工程と、 よりなる半導体素子のコンタクトプラグの形成方法。[Claims] (a) forming a polycrystalline silicon film on the semiconductor substrate after forming the contact hole; (b) forming a titanium film on the polycrystalline silicon film by sputtering; (c) Forming the tungsten film after heat treatment, forming a tungsten plug by etching back the tungsten film, and then forming an aluminum wiring. A method for forming a contact plug for a semiconductor device, comprising the steps of:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8480990A JPH03285330A (en) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | Formation of contact plug of semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP8480990A JPH03285330A (en) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | Formation of contact plug of semiconductor element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03285330A true JPH03285330A (en) | 1991-12-16 |
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| JP8480990A Pending JPH03285330A (en) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | Formation of contact plug of semiconductor element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03285330A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6878594B2 (en) | 1997-07-16 | 2005-04-12 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having an insulation film with reduced water content |
-
1990
- 1990-04-02 JP JP8480990A patent/JPH03285330A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6878594B2 (en) | 1997-07-16 | 2005-04-12 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having an insulation film with reduced water content |
| US7232720B2 (en) | 1997-07-16 | 2007-06-19 | Fujitsu Limited | Method for fabricating a semiconductor device having an insulation film with reduced water content |
| US7422942B2 (en) | 1997-07-16 | 2008-09-09 | Fujitsu Limited | Method for fabricating a semiconductor device having an insulation film with reduced water content |
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