JPH06326052A - Thin film formation - Google Patents

Thin film formation

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JPH06326052A
JPH06326052A JP11256093A JP11256093A JPH06326052A JP H06326052 A JPH06326052 A JP H06326052A JP 11256093 A JP11256093 A JP 11256093A JP 11256093 A JP11256093 A JP 11256093A JP H06326052 A JPH06326052 A JP H06326052A
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Abstract

PURPOSE:To realize the formation of a titanium film on the bottom of a contact hole having a high aspect ratio by a substitution using a gas having reduction action. CONSTITUTION:N<+> diffusion layers 2 are formed to a substrate 1, and the windows of oxide films are bored through dry etching. Al films 4 are grown selectively on the bottoms of contact holes. TiCl4 gas is used at that time, the Al films are replaced with Ti films 5, and the Ti films are formed. Nitriding is conducted in a nitrogen atmosphere, TiN film 6/TiSi2 film 7 structure is shaped, W films 8 are grown selectively through a CVD method, and contact hole sections are buried.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に用
いる薄膜形成法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming method used for manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】集積回路の微細化に伴い、コンタクトホ
ールは高アスペクト比となり、信頼性を確保するために
は、コンタクトホールを埋め込む技術が必要である。例
えば、256DRAMのコンタクトホールは、コンタク
ト径が0.25μm、絶縁膜の厚さは、1μm程度であ
り、アスペクト比は4程度となり、64MDRAMのコ
ンタクトホールのアスペクト比の1.4倍となってい
る。高信頼性を有するコンタクトホール形成法として
は、CVD法により、コンタクト部および絶縁膜上に、
タングステン膜を成長し、その後、Wエッチバックを行
うことにより、コンタクトホールを埋め込む方法がとら
れている。このCVD−Wの場合、拡散層、絶縁膜との
密着性の向上および拡散層との電気的に接続するため
に、W膜と拡散層の間にTiN/TiSix(チタンシ
リサイド)構造を挟む構造が必要となる。この構造は、
W膜を成長する前に、Ti(チタン)をスパッタ法によ
りコンタクトホール部に堆積し、その後、窒素雰囲気中
で、窒化することにより形成している。
2. Description of the Related Art With the miniaturization of integrated circuits, contact holes have a high aspect ratio, and a technique for filling the contact holes is necessary to ensure reliability. For example, the contact hole of 256 DRAM has a contact diameter of 0.25 μm, the thickness of the insulating film is about 1 μm, and the aspect ratio is about 4, which is 1.4 times the aspect ratio of the contact hole of 64 MDRAM. . As a highly reliable contact hole forming method, a CVD method is used to form a contact hole on an insulating film.
A method of filling a contact hole by growing a tungsten film and then performing W etch back is used. In the case of this CVD-W, a structure in which a TiN / TiSix (titanium silicide) structure is sandwiched between the W film and the diffusion layer in order to improve the adhesion to the diffusion layer and the insulating film and electrically connect to the diffusion layer. Is required. This structure is
Before the W film is grown, Ti (titanium) is deposited in the contact hole portion by a sputtering method, and then nitrided in a nitrogen atmosphere.

【0003】CVD−W成長のためのTi膜堆積は、ス
パッタ法により行われているが、高アスペクト比を有す
るコンタクトホールのコンタクト底部にTi膜を堆積す
ることが困難になってきている。そのため、ECRプラ
ズマCVD法やコリメートスパッタによるTi膜の堆積
が検討されている。コリメートスパッタは、Arにより
スパッタされたTi粒子の方向を、基板とターゲット間
にコリメータを挿入することにより制御し、コンタクト
ホール部でのTi膜のステップカバレッジを改善するも
のである。
The deposition of a Ti film for CVD-W growth is performed by a sputtering method, but it is becoming difficult to deposit a Ti film on the contact bottom of a contact hole having a high aspect ratio. Therefore, the deposition of the Ti film by the ECR plasma CVD method or the collimate sputtering has been studied. Collimation sputtering controls the direction of Ti particles sputtered by Ar by inserting a collimator between the substrate and the target, and improves the step coverage of the Ti film in the contact hole portion.

【0004】また、回路の微細化に伴い、金属配線幅の
縮小が必要となっている。これに伴いエレクトロマイグ
レーション、ストレスマイグレーション等の問題が生じ
るが、ストレスマイグレーションは配線が2〜3μm以
下になったときに顕著となるため、特に問題となる。配
線に最も用いられるAl配線に対しては、機械的強度を
有するTiN、Ti膜を用いてアルミ配線を挟んでTi
N/Al/TiNのような積層構造を形成する方法、ま
たはドライエッチングにより配線を形成した後スパッタ
法によってTiN膜を被膜し、エッチバックを行い、A
l配線をコートする方法がとられている。また、パシベ
ーション膜として低応力の材料の膜を選択し、ストレス
マイグレーションを抑制する方法も用いられている。
Further, with the miniaturization of circuits, it is necessary to reduce the width of metal wiring. Along with this, problems such as electromigration and stress migration occur, but stress migration becomes a particular problem because it becomes remarkable when the wiring becomes 2 to 3 μm or less. For Al wiring, which is most used for wiring, TiN and Ti films with mechanical strength are used to sandwich aluminum wiring and Ti.
A method of forming a laminated structure such as N / Al / TiN or a method of forming wiring by dry etching and then coating a TiN film by a sputtering method and performing etch back,
The method of coating the 1-wiring is taken. A method of suppressing stress migration by selecting a film of a low stress material as the passivation film is also used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、CVD法によ
ってコンタクトホール底部にTi膜を堆積する方法で
は、Ti膜の成長時にTi膜に不純物が残存し、良質な
Ti膜を成長することが困難であるという問題があっ
た。また、コリメートスパッタ法では、スパッタの際、
ターゲットと基板の間にコリメータが挿入されているた
め、従来のスパッタ法に比べて堆積速度が低く、量産性
に乏しいという問題があった。
However, in the method of depositing a Ti film on the bottom of the contact hole by the CVD method, impurities remain in the Ti film during the growth of the Ti film, and it is difficult to grow a high-quality Ti film. There was a problem. In the collimated sputtering method,
Since the collimator is inserted between the target and the substrate, there is a problem that the deposition rate is lower than that of the conventional sputtering method and the mass productivity is poor.

【0006】また、Al配線をTi膜、TiN膜で被膜
する方法については、工程が複雑となり、且つパターン
依存性があることよりコンフォーマルな膜を被膜するこ
とが困難であった。
Further, with respect to the method of coating the Al wiring with the Ti film or the TiN film, it is difficult to coat a conformal film due to the complicated process and pattern dependence.

【0007】本発明の目的は、以上の問題を解決し高ア
スペクト比であるコンタクトホール底部にTiを均一に
成膜すること、およびAl配線を強化するためのTi系
化合物による被膜を少ない工程で確実に行えるような薄
膜形成法を提供することである。
An object of the present invention is to solve the above problems and to form a uniform Ti film on the bottom of a contact hole having a high aspect ratio, and to reduce the amount of a Ti-based compound film for strengthening Al wiring. It is to provide a thin film forming method that can be reliably performed.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜形成法は、
第1の薄膜を基板上に堆積し、この薄膜をハロゲン系等
の還元作用を有するガスを用いて置換反応を行うことに
よって第2の薄膜を形成することを特徴とする。
The thin film forming method of the present invention comprises:
The second thin film is formed by depositing the first thin film on the substrate and subjecting the thin film to a substitution reaction using a reducing gas such as a halogen-based gas.

【0009】この方法により、第1の薄膜と反応ガスの
選択が可能となり、第2の薄膜を適宜選択することが可
能となる。また他の部分に悪影響を及ぼさずに配線ある
いはコンタクトホールにのみ選択的に反応を生じさせる
ことが、少ない工程で可能となる。さらに、この工程を
数回繰り返すことによって、微細配線に用いられる積層
構造を容易に形成することが可能となる。
According to this method, the first thin film and the reaction gas can be selected, and the second thin film can be appropriately selected. In addition, it is possible to selectively cause the reaction only in the wiring or the contact hole without adversely affecting the other portions with a small number of steps. Furthermore, by repeating this process several times, it becomes possible to easily form a laminated structure used for fine wiring.

【0010】[0010]

【実施例】(実施例1)図1(a)〜図1(d)は、本
発明の薄膜形成法の第1実施例を示す断面図である。
EXAMPLES Example 1 FIGS. 1A to 1D are sectional views showing a first example of the thin film forming method of the present invention.

【0011】図1(a)に示している高アスペクト比の
コンタクトホールの構造は、基板1にn+ 拡散層2が形
成されており、コンタクト面として酸化膜の窓(0.2
5μm径)が、CHF3 ガスによるドライエッチングに
より、開口してある。酸化膜には、ボロン,燐が添加さ
れているBPSG膜3(1.0μm)を用いている。
In the structure of the high-aspect-ratio contact hole shown in FIG. 1A, an n + diffusion layer 2 is formed on a substrate 1, and an oxide film window (0.2) is formed as a contact surface.
5 μm diameter) is opened by dry etching with CHF 3 gas. As the oxide film, the BPSG film 3 (1.0 μm) to which boron and phosphorus are added is used.

【0012】まず、図1(a)の構造にCVD法によ
り、Al膜4を高アスペクト比のコンタクトホール底部
に200オングストローム、TIBA(トリイソブチル
アルミニウム)をガスソースとして用い、成長温度28
0℃の条件で、選択成長する(図1(b))。次に、還
元作用を有するTiCl4 ガスを用い、以下の置換反応 4Al(s)+3TiCl4 (g)→4AlCl3 (g)+3Ti(s):Δ G=−95.10kJ/mol により、Al膜4をTi膜5に置き換え、Ti膜を形成
した(図1(c))。その後、窒素雰囲気中で窒化を行
い、TiN膜6/TiSi2 膜7構造を形成した。次
に、CVD法により、W膜8を選択成長し、コンタクト
ホール部を埋め込んだ(図1(d))。
First, in the structure of FIG. 1A, the Al film 4 is formed at the bottom of a contact hole having a high aspect ratio of 200 angstroms, and TIBA (triisobutylaluminum) is used as a gas source by a CVD method to grow at a growth temperature of 28.
Selective growth is performed at 0 ° C. (FIG. 1 (b)). Then, using TiCl 4 gas having a reducing action, the following substitution reaction 4Al (s) + 3TiCl 4 (g) → 4AlCl 3 (g) + 3Ti (s): Δ G = −95.10 kJ / mol 4 was replaced with a Ti film 5 to form a Ti film (FIG. 1 (c)). Then, nitriding was performed in a nitrogen atmosphere to form a TiN film 6 / TiSi 2 film 7 structure. Next, the W film 8 was selectively grown by the CVD method to fill the contact hole portion (FIG. 1D).

【0013】本実施例では、埋め込み材料として、W膜
を用いた例を示したが、AlやCu(銅)を用いても良
い。
In this embodiment, the W film is used as the filling material, but Al or Cu (copper) may be used.

【0014】本実施例によれば、高アスペクト比のコン
タクトホール底部において、従来のTiのスパッタ法に
より、Tiを堆積することが困難であった問題が、置換
反応を用いた薄膜形成法を用いることにより可能とな
る。
According to the present embodiment, it is difficult to deposit Ti on the bottom of a contact hole having a high aspect ratio by the conventional Ti sputtering method. However, a thin film forming method using a substitution reaction is used. This will be possible.

【0015】(実施例2)図2(a)〜図2(e)は、
本発明の薄膜形成法の第2実施例を示す断面図である。
(Embodiment 2) FIGS. 2 (a) to 2 (e)
It is sectional drawing which shows the 2nd Example of the thin film forming method of this invention.

【0016】図2(a)に示している配線の下地は、以
下の方法で作製した。プラズマ酸化膜9を7000オン
グストローム成長した後、スパッタ法により、TiN膜
10を250オングストローム堆積した。次にスパッタ
法により、Al−0.5%Cu合金膜11を5000オ
ングストローム堆積した。
The base of the wiring shown in FIG. 2A was manufactured by the following method. After the plasma oxide film 9 was grown to 7,000 Å, the TiN film 10 was deposited to 250 Å by the sputtering method. Next, an Al-0.5% Cu alloy film 11 was deposited to 5000 angstrom by the sputtering method.

【0017】次に、図2(b)に示しているように、フ
ォトリソグラフィーによるフォトレジスト12の形成
と、それをマスクとしたRIEによりAl膜11および
TiN膜10のパターニングを行った。RIEガスとし
て、Cl2 とArの混合ガスを用いた。その後、フォト
レジストを除去した(図2(c))。この例では、線幅
0.3μm、スペース幅0.35μmでAl配線を形成
した。
Next, as shown in FIG. 2B, the photoresist 12 was formed by photolithography, and the Al film 11 and the TiN film 10 were patterned by RIE using the photoresist 12 as a mask. A mixed gas of Cl 2 and Ar was used as the RIE gas. Then, the photoresist was removed (FIG. 2C). In this example, the Al wiring was formed with a line width of 0.3 μm and a space width of 0.35 μm.

【0018】次に、本発明を用いて、Al膜11の表面
を置換反応によりTi膜13に200オングストローム
形成した(図2(d))。その後、N2 プラズマを照射
し、TiN膜10を(250オングストローム)形成
し、Al配線をTiN膜10で被膜することができた
(図2(e))。
Next, using the present invention, the surface of the Al film 11 was formed into 200 angstroms on the Ti film 13 by a substitution reaction (FIG. 2 (d)). After that, irradiation with N 2 plasma was performed to form a TiN film 10 (250 Å), and the Al wiring could be coated with the TiN film 10 (FIG. 2E).

【0019】本実施例では、Al膜をTiN膜で被膜し
たが、Ti膜で被膜することや、WCl6 を用い、W膜
を被膜(2Al+WCl6 →2AlCl3 +W:ΔG=
−708.0kJ/mol)することも可能である。
In this embodiment, the Al film is coated with the TiN film, but the Ti film is coated, or WCl 6 is used and the W film is coated (2Al + WCl 6 → 2AlCl 3 + W: ΔG =
-708.0 kJ / mol) is also possible.

【0020】(実施例3)図3(a)〜図3(c)は、
本発明の薄膜形成法の第3実施例を示す断面図である。
(Embodiment 3) FIGS. 3 (a) to 3 (c) show
It is sectional drawing which shows the 3rd Example of the thin film forming method of this invention.

【0021】図3(a)に示すビアホールの構造は、C
u膜14配線上に酸化膜15(0.6μm)が堆積して
あり、酸化膜にはCHF3 ガスによるドライエッチング
により、窓(0.6μm径)を開口してある。酸化膜に
は、プラズマ酸化膜を用いている。
The structure of the via hole shown in FIG. 3A is C
An oxide film 15 (0.6 μm) is deposited on the wiring of the u film 14, and a window (0.6 μm diameter) is opened in the oxide film by dry etching with CHF 3 gas. A plasma oxide film is used as the oxide film.

【0022】まず、開口されているビアホールに、スパ
ッタ法により、TiN膜16を1000オングストロー
ム堆積する。次に、CVD法により、W膜17を全面に
3000オングストローム成長し、ビアホールを埋める
(図3(b))。
First, a TiN film 16 of 1000 angstrom is deposited in the opened via hole by a sputtering method. Next, the W film 17 is grown to 3000 angstroms on the entire surface by the CVD method to fill the via hole (FIG. 3B).

【0023】次に、本発明の薄膜形成法により、還元作
用を有するCuClガスを用い、以下の置換反応 6CuCl(g)+W(s)→6Cu(s)+WCl6 (g):ΔG=−81 0.72kJ/mol により、W膜表面を3000オングストロームCu膜1
4に置き換え、PR工程を行うことにより、Wプラグの
ビアホールとCu配線を完成した(図3(c))。
Next, according to the thin film forming method of the present invention, the following substitution reaction 6CuCl (g) + W (s) → 6Cu (s) + WCl 6 (g): ΔG = −81 is used by using CuCl gas having a reducing action. With 0.72 kJ / mol, the W film surface is 3000 angstrom Cu film 1
4 and a PR process was performed to complete the via hole of the W plug and the Cu wiring (FIG. 3C).

【0024】(実施例4)図4(a)〜図4(d)は、
本発明の薄膜形成法の第4実施例を示す断面図である。
(Embodiment 4) FIGS. 4 (a) to 4 (d) show
It is sectional drawing which shows 4th Example of the thin film forming method of this invention.

【0025】図4(a)に示している、配線の下地は、
以下の方法で作製した。プラズマ酸化膜18を7000
オングストローム成長した後、スパッタ法により、Ti
N膜19を250オングストローム堆積した。次に、ス
パッタ法により、Al−0.5%Cu合金膜20を25
00オングストローム堆積した。
The base of the wiring shown in FIG.
It was produced by the following method. Plasma oxide film 18 to 7000
After angstrom growth, Ti is sputtered
An N film 19 was deposited to 250 angstrom. Next, the Al-0.5% Cu alloy film 20 is formed into 25 by a sputtering method.
00 Angstrom deposited.

【0026】次に、本発明により、還元作用を有するT
iCl4 ガスを用いて、Al膜20の表面を置換反応に
より、Ti膜21に200オングストローム形成した
(図4(b))。その後、スパッタ法により、Al−
0.5%Cu合金膜20を2500オングストローム形
成した(図4(c))。次に、同様の工程を繰り返し、
置換反応により、Al膜表面にTi膜21を200オン
グストローム形成し、Ti/Al/Ti/Al/TiN
の積層配線を形成できた(図4(d))。
Next, according to the present invention, T having a reducing action
The surface of the Al film 20 was subjected to a substitution reaction using iCl 4 gas to form 200 angstroms on the Ti film 21 (FIG. 4B). After that, the Al-
A 0.5% Cu alloy film 20 having a thickness of 2500 angstrom was formed (FIG. 4C). Then repeat the same steps,
By the substitution reaction, a Ti film 21 of 200 angstrom is formed on the surface of the Al film, and Ti / Al / Ti / Al / TiN is formed.
It was possible to form the laminated wiring (FIG. 4D).

【0027】本実施例では、Al膜をTi膜に置換した
が、WCl6 ガスを用いて、Al膜をW膜に置換(2A
l+WCl6 →2AlCl3 +W:ΔG=−708.0
kJ/mol)することも可能である。
In this embodiment, the Al film was replaced with the Ti film, but the W film was replaced with the W film by using WCl 6 gas (2 A).
l + WCl 6 → 2AlCl 3 + W: ΔG = −708.0
kJ / mol) is also possible.

【0028】また、配線材料として、AlCuを用いた
が、その代わりにAl,Al合金,Cu,Wを用いても
良い。
Although AlCu is used as the wiring material, Al, Al alloy, Cu or W may be used instead.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の置換反応
を用いた薄膜形成法により、従来の技術では困難であっ
た高アスペクト比のコンタクトホール部に対してTi膜
の形成ができ、コンタクトホール部でのコンタクト抵抗
の低抵抗化やリーク電流の低減が可能となり、コンタク
ト部での信頼性が向上する。また、配線のストレスマイ
グレーションの低減対策としての積層配線、配線被膜
を、少ない工程で容易に形成でき、微細配線の信頼性が
向上する。
As described above, according to the thin film forming method using the substitution reaction of the present invention, it is possible to form a Ti film in a contact hole portion having a high aspect ratio, which has been difficult in the prior art, so that a contact can be formed. The contact resistance in the hole portion can be reduced and the leak current can be reduced, and the reliability in the contact portion can be improved. In addition, the laminated wiring and the wiring coating can be easily formed in a small number of steps as a measure for reducing the stress migration of the wiring, and the reliability of the fine wiring is improved.

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

【図1】第1実施例の薄膜形成法を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a thin film forming method of a first embodiment.

【図2】第2実施例の薄膜形成法を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a thin film forming method of a second embodiment.

【図3】第3実施例の薄膜形成法を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a thin film forming method of a third embodiment.

【図4】第4実施例の薄膜形成法を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a thin film forming method of a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 n+ 拡散層 3 BPSG 4 アルミニウム(Al)膜 5,13,21 チタン(Ti)膜 6,10,16,19 窒化チタン(TiN)膜 7 チタンシリサイド(TiSi2 )膜 8,17 タングステン(W)膜 9,15,18 プラズマ酸化膜 11,20 Al−0.5%Cu合金膜 12 フォトレジスト 14 銅(Cu)膜1 Substrate 2 n + Diffusion Layer 3 BPSG 4 Aluminum (Al) Film 5, 13, 21 Titanium (Ti) Film 6, 10, 16, 19 Titanium Nitride (TiN) Film 7 Titanium Silicide (TiSi 2 ) Film 8, 17 Tungsten (W) film 9,15,18 Plasma oxide film 11,20 Al-0.5% Cu alloy film 12 Photoresist 14 Copper (Cu) film

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の薄膜を基板上に堆積する工程と、前
記第1の薄膜を還元作用を有するガスを用いて置換反応
をすることによって第2の薄膜を形成する工程とを含む
薄膜形成法。
1. A thin film comprising: a step of depositing a first thin film on a substrate; and a step of forming a second thin film by subjecting the first thin film to a substitution reaction using a gas having a reducing action. Forming method.
【請求項2】第1の薄膜を基板上に堆積する工程と、前
記第1の薄膜を還元作用を有するガスを用いて置換反応
をさせることによって第2の薄膜を形成する工程と、前
記第2の薄膜上に、前記第1の薄膜を堆積する第3の工
程と、前記第2の工程と前記第3の工程とを複数回繰り
返す工程とを含む薄膜形成法。
2. A step of depositing a first thin film on a substrate; a step of forming a second thin film by subjecting the first thin film to a substitution reaction using a gas having a reducing action; A thin film forming method comprising: a third step of depositing the first thin film on the second thin film; and a step of repeating the second step and the third step a plurality of times.
【請求項3】コンタクトホールの底部に第1の薄膜を堆
積する工程と、前記第1の薄膜を還元作用を有するガス
を用いた置換反応によって第2の薄膜に置換する工程と
を含む薄膜形成法。
3. A thin film formation including a step of depositing a first thin film on a bottom portion of a contact hole, and a step of replacing the first thin film with a second thin film by a substitution reaction using a gas having a reducing action. Law.
【請求項4】配線を基板上に形成する工程と、前記配線
の表面を還元作用を有するガスを用いた置換反応によっ
て置換し、前記配線に被膜を形成する工程とを含む薄膜
形成法。
4. A thin film forming method comprising the steps of forming wiring on a substrate and substituting the surface of the wiring by a substitution reaction using a gas having a reducing action to form a film on the wiring.
【請求項5】還元作用を有する前記ガスがハロゲンガス
であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載
の薄膜形成法。
5. The thin film forming method according to claim 1, wherein the gas having a reducing action is a halogen gas.
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Citations (6)

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