JP2000077357A - Formation of wiring layer - Google Patents

Formation of wiring layer

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JP2000077357A
JP2000077357A JP10248514A JP24851498A JP2000077357A JP 2000077357 A JP2000077357 A JP 2000077357A JP 10248514 A JP10248514 A JP 10248514A JP 24851498 A JP24851498 A JP 24851498A JP 2000077357 A JP2000077357 A JP 2000077357A
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film
formation
forming
nuclei
nucleus
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Yasuyuki Enomoto
容幸 榎本
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a method for forming a wiring layer, which can suppress formation of an abnormal film caused by tungsten (W). SOLUTION: Since abnormal W film formation results from the fact that a growth rate of a W film based on W nuclei initially formed is faster than a W nucleus formation rate on a TiN film, the W nucleus formation rate is set to be faster than the growth rate of the W film. More concretely, at a nucleus formation stage, the W film formation is carried out by a CVD process using WF6-SiH4-based gas, at which time it is controlled that the film formation based on reduction of H2 gas is not carried. As a result, before abnormal film formation takes place in W nuclei, W nuclei 16 can be uniformly formed on the entire surface of the TiN film 13 as an underlying adhesion layer. Thereafter, film formation is carried out by a CVD process using an WF6-H2-based gas to form a W film 15 having a uniform thickness all over the entire film.

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、半導体装置の配線
層を形成するための配線層形成方法に係り、特に、タン
グステン(W)を用いて成膜を行うブランケットCVD
(Chemical VaporDeposition:化学的気相成長 )法を用
いた配線層形成方法に関する。
The present invention relates to a wiring layer forming method for forming a wiring layer of a semiconductor device, and more particularly to a blanket CVD for forming a film using tungsten (W).
The present invention relates to a method for forming a wiring layer using a (Chemical Vapor Deposition) method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体装置の高集積化および高性
能化の進展に伴い、デバイス・チップ上では、配線部分
の占める割合が増大している。これによるチップ面積の
大幅な増大を防止するために、今や、多層配線の技術が
必須となっている。また、配線の形成方法として、従来
のアルミニウム(Al)等の金属薄膜をスパッタリング
法により形成する技術に代えて、高融点金属をCVD法
により接続孔(コンタクトホール)内に埋め込む技術が
種々提案されている。高融点金属としては、タングステ
ン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)等が
挙げられる。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of high integration and high performance of semiconductor devices, the ratio of wiring portions on a device chip is increasing. In order to prevent a significant increase in chip area due to this, a technique of multilayer wiring is now indispensable. As a method of forming a wiring, various techniques have been proposed in which a high melting point metal is buried in a contact hole (contact hole) by a CVD method instead of the conventional technique of forming a metal thin film such as aluminum (Al) by a sputtering method. ing. Examples of the high melting point metal include tungsten (W), molybdenum (Mo), and tantalum (Ta).

【0003】このうちCVD法により形成されたタング
ステン(W)膜は、段差被覆性に優れていることから、
配線間の接続孔を埋め込む材料として広く使用されてい
る。W膜の形成方法としては、接続孔にのみW膜を形成
する方法(選択WCVD法)と、接続孔を含め全面にW
膜を形成し、エッチバックにより接続孔にのみW膜を残
す方法(ブランケットWCVD法)に大別される。前者
は工程が簡単であるが、選択性の確保が難しい点および
深さが異なる接続孔への適用が難しい点等から、後者が
一般的に用いられている。
[0003] Of these, the tungsten (W) film formed by the CVD method is excellent in step coverage,
It is widely used as a material for filling connection holes between wirings. As a method of forming the W film, a method of forming the W film only in the connection hole (selective WCVD method) and a method of forming the W film on the entire
It is roughly classified into a method of forming a film and leaving a W film only in the connection hole by etch-back (blanket WCVD method). The former is simple in process, but the latter is generally used because it is difficult to secure selectivity and difficult to apply to connection holes having different depths.

【0004】ところで、ブランケットWCVD法では、
W膜と絶縁膜との間の密着性が悪いため、密着層の形成
が不可欠であるが、バリアメタルとしての実績およびエ
ッチバックのしやすさからTiN(窒化チタン)膜が一
般的に密着層として用いられている。そして、このTi
N膜を密着層として用いる場合、WF6 (六フッ化タン
グステン)−H2 (水素)系で成膜を行う方法(以下、
2 還元法と呼ぶ)が良好な段差被覆性を示すといわれ
ている。
[0004] In the blanket WCVD method,
Since the adhesion between the W film and the insulating film is poor, the formation of an adhesion layer is indispensable. However, a TiN (titanium nitride) film is generally formed of a titanium nitride (TiN) film because of its performance as a barrier metal and ease of etching back. It is used as And this Ti
When an N film is used as an adhesion layer, a method of forming a film using a WF 6 (tungsten hexafluoride) -H 2 (hydrogen) system (hereinafter, referred to as a “film”)
Called with H 2 reduction method) it is said to exhibit good step coverage.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
2 還元法では、W膜の膜厚に均一性が得られないとい
う問題があった。その改善策として、WF6 (六フッ化
タングステン)−SiH4 (シラン)系で初期膜(以
下、核という)を形成し、その後、H2 還元法にてW核
からWを成長させてW膜により接続孔を埋め込む方法が
提案され、広く実用化されている。なお、WF6 −Si
4 系のガスを用いる方法を、以下,SiH4 還元法と
いう。
However, the above-described H 2 reduction method has a problem that the thickness of the W film cannot be uniform. As an improvement measure, an initial film (hereinafter, referred to as a nucleus) is formed using a WF 6 (tungsten hexafluoride) -SiH 4 (silane) system, and then W is grown from the W nucleus by the H 2 reduction method to form W. A method of filling a connection hole with a film has been proposed and widely used. Note that WF 6 -Si
Hereinafter, a method using an H 4 -based gas is referred to as a SiH 4 reduction method.

【0006】ところで、SiH4 還元法における核形成
条件としては、段差被覆性の良さから、現状では、前述
のWF6 ,SiH4 に加えてH2 が添加されている。し
かしながら、この場合、密着層(TiN膜)を形成した
場合の条件により、局所的にWが成長過剰となる、所
謂、W異常成膜が発生することがある。そのため、従来
のSiH4 還元法では、このようなW異常成膜が、後工
程でのエッチバック工程において除去されないと、配線
間ショートの原因となり、製造歩留りの低下を引き起こ
すという問題があった。
As nucleation conditions in the SiH 4 reduction method, H 2 is added in addition to the above-mentioned WF 6 and SiH 4 because of good step coverage. However, in this case, depending on the conditions when the adhesion layer (TiN film) is formed, so-called W abnormal film formation in which W excessively grows locally may occur. Therefore, in the conventional SiH 4 reduction method, if such W abnormal film formation is not removed in an etch-back step in a later step, there is a problem that a short circuit between wirings is caused and a production yield is reduced.

【0007】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、異常成膜の発生を抑制して、配線間
ショートの発生を防止し、デバイスの製造歩留りを向上
させることができる配線層形成方法を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to suppress the occurrence of abnormal film formation, prevent the occurrence of short circuit between wirings, and improve the manufacturing yield of devices. An object of the present invention is to provide a method for forming a wiring layer.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による配線層形成
方法は、下地層の表面に高融点金属材料の核を多数形成
する第1の段階と、第1の段階で形成された核から高融
点金属材料の膜を成長させて配線層を形成する第2の段
階を含み、第1の段階において、下地層の表面に高融点
金属材料の核が形成される速度が、核における高融点金
属材料の成長速度よりも速くなる条件で成膜を行うもの
である。具体的には、下地層の表面へのW等の核の形成
を、核におけるWの成長速度よりも遅らせるガス(H2
等)を用いない条件で成膜を行うか、あるいは成膜を開
始する前に、予め下地層の表面処理を行うものである。
表面処理の具体的な方法としては、密着層が形成された
ウェハを、WF6 および不活性ガスの雰囲気下に1〜1
0秒曝すか、あるいは、下地層に対してH2 によるプラ
ズマ処理を行う方法がある。
The wiring layer forming method according to the present invention comprises a first step of forming a large number of nuclei of a refractory metal material on the surface of an underlayer, and a step of forming a high nucleus from the nuclei formed in the first step. The method includes a second step of forming a wiring layer by growing a film of a melting point metal material, and in the first step, the rate at which a nucleus of the high melting point metal material is formed on the surface of the underlayer is determined by the high melting point metal in the nucleus. The film is formed under conditions that are faster than the growth rate of the material. Specifically, a gas (H 2) that causes the formation of nuclei such as W on the surface of the underlayer to be slower than the growth rate of W in the nuclei.
, Etc.), or the surface treatment of the underlayer is performed before starting the film formation.
As a specific method of the surface treatment, the wafer on which the adhesion layer is formed is placed in an atmosphere of WF 6 and an inert gas in the range of 1 to 1.
There is a method of exposing for 0 second or performing a plasma treatment with H 2 on the underlying layer.

【0009】本発明による配線層形成方法は、特に、高
融点金属材料がW(タングステン)であり、このW(タ
ングステン)の成膜方法として、WF6 (六フッ化タン
グステン)−SiH4 (シラン)系のガスを用いたCV
D法を用いる場合に有効である。
[0009] a method for forming a wiring layer according to the invention, in particular, a high melting point metal material is W (tungsten), as a deposition method of the W (tungsten), WF 6 (tungsten hexafluoride) -SiH 4 (silane ) CV using system gas
This is effective when the method D is used.

【0010】本発明による配線層形成方法では、核を形
成する第1の段階において、下地層の表面に高融点金属
材料の核が形成される速度が、核における高融点金属材
料の成長速度よりも速くなる条件で成膜が行われるた
め、異常成膜の発生を抑制しつつ、下地層の全面に均一
に核が形成され、その後、これら核をもとに安定した成
膜が行われる。
In the wiring layer forming method according to the present invention, in the first step of forming a nucleus, the speed at which the nucleus of the refractory metal material is formed on the surface of the underlayer is higher than the growth rate of the refractory metal material at the nucleus. The nuclei are uniformly formed on the entire surface of the underlayer while suppressing the occurrence of abnormal film formation, and thereafter, a stable film is formed based on these nuclei.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0012】まず、本発明の実施の形態を説明する前
に、本発明の基本的原理について説明する。図4は、前
述のW異常成膜が発生するメカニズムを推定して示した
ものである。この図は、シリコン基板101上の酸化シ
リコン(SiO2 )等の層間絶縁膜102の上に、バリ
アメタルとしてのTi膜103および密着層としてのT
iN膜104の積層膜をCVD法によりそれぞれ形成し
た後、H2 ガスを添加したSiH4 還元法により、Ti
N膜104上にW膜が形成されるときの状態を示してい
る。この場合、本来、WF6 −SiH4 系のガスにより
W核が形成され、その後、H2 還元法により、W核から
膜が成長しW膜が形成されることが望ましい。
Before describing the embodiments of the present invention, the basic principle of the present invention will be described. FIG. 4 shows the mechanism by which the above-mentioned W abnormal film formation occurs. In this figure, a Ti film 103 as a barrier metal and a T film as an adhesion layer are formed on an interlayer insulating film 102 such as silicon oxide (SiO 2 ) on a silicon substrate 101.
After each of the stacked films of the iN film 104 is formed by the CVD method, Ti is formed by the SiH 4 reduction method to which H 2 gas is added.
The state when the W film is formed on the N film 104 is shown. In this case, it is desirable that a W nucleus is originally formed by a WF 6 -SiH 4 -based gas, and then a film is grown from the W nucleus by an H 2 reduction method to form a W film.

【0013】密着層となるTiN膜14上では、WF6
/H2 間での反応よりもWF6 /SiH4 間での反応が
速く進行し、局所的にW核105が形成される。しかし
ながら、H2 還元法による場合の、W核での成膜時間と
成膜厚さとの関係を示した図5からも明らかなように、
W核105では、WF6 /H2 間の反応が比較的容易に
進行する。すなわち、WF6 /SiH4 間での反応によ
り先に形成されたW核105では、WF6 /H2 間の反
応が起こる。そして、その成長速度が、TiN膜14上
にW核105が形成される速度よりも速く、初期に形成
されたW核105での成長が促進され、結果的にW異常
成膜106となる。
On the TiN film 14 serving as an adhesion layer, WF 6
The reaction between WF 6 / SiH 4 proceeds faster than the reaction between / H 2 and W nuclei 105 are formed locally. However, as is clear from FIG. 5 showing the relationship between the film formation time and the film thickness in the W nucleus in the case of the H 2 reduction method,
In the W nucleus 105, the reaction between WF 6 / H 2 proceeds relatively easily. That is, in the W nucleus 105 formed earlier by the reaction between WF 6 / SiH 4 , a reaction between WF 6 / H 2 occurs. Then, the growth rate is faster than the rate at which the W nuclei 105 are formed on the TiN film 14, and the growth of the W nuclei 105 formed initially is promoted, resulting in the W abnormal film formation 106.

【0014】本発明はこのような異常成膜発生のメカニ
ズムを検討してなされたものである。すなわち、本発明
では、前述のようなW異常成膜は、初期に形成されたW
核でのW膜の成長速度が、密着層上でのW核形成速度よ
りも速いことに起因して発生していることを考慮し、W
核形成速度が、W核でのW膜の成長速度よりも速くなる
条件で、核形成を行うことにより異常成膜の発生を抑制
しようとするものである。
The present invention has been made by examining the mechanism of such an abnormal film formation. That is, in the present invention, the W abnormal film formation as described above is performed by using the initially formed W
Taking into account that the growth rate of the W film at the nucleus is higher than that of the W nucleus on the adhesion layer,
An attempt is made to suppress the occurrence of abnormal film formation by performing nucleation under the condition that the nucleation rate is higher than the growth rate of the W film at the W nucleus.

【0015】その方策としては、まず、TiN膜上では
W核形成速度が非常に遅いにも関わらずW核(膜)での
成長速度の速い、H2 還元法による成膜を、核形成段階
に適用しないことが挙げられる。図2は、W核の形成段
階における、H2 ガスの有無によるTiN膜上でのWの
成膜の推移(時間と膜厚との関係)を表したものであ
る。この図からも明らかなように、核の形成段階におい
ては、H2 ガスの有無に係わらず、成膜が開始されるで
までの時間T(以下、インキュベーションタイム(incu
bation time)Tという)は同じであり、インキュベーシ
ョンタイムTが過ぎ、成膜が開始された後は、H2 ガス
の存在により、W核でのW膜の成長速度が、W核形成速
度よりも速くなる。これが異常成膜の発生の原因となっ
ている。従って、核形成段階では、このようなH2 還元
反応を排除することが、異常成膜の発生を抑制する上で
重要となる。すなわち、核形成段階においては、H2
元反応を阻止して初期に形成されたW核での膜成長を抑
制し、下地膜の表面全体にわたってW核を均一に形成さ
せることにより、異常成膜現象の発生を防止することが
できる。
As a countermeasure, first, a film is formed on the TiN film by the H 2 reduction method, in which the growth rate of the W nucleus (film) is high despite the extremely low rate of W nucleation, Is not applied. FIG. 2 shows the transition (the relationship between time and film thickness) of W film formation on the TiN film depending on the presence or absence of H 2 gas at the stage of forming W nuclei. As is clear from this figure, in the nucleus formation stage, regardless of the presence or absence of the H 2 gas, the time T until the film formation is started (hereinafter, the incubation time (incu
After the incubation time T has passed and the film formation has started, the growth rate of the W film at the W nucleus is lower than the W nucleation rate due to the presence of H 2 gas. Be faster. This causes abnormal film formation. Therefore, in the nucleation stage, it is important to eliminate such an H 2 reduction reaction in order to suppress occurrence of abnormal film formation. That is, in the nucleation stage, the H 2 reduction reaction is inhibited to suppress the film growth on the W nuclei formed initially, and the W nuclei are formed uniformly over the entire surface of the underlayer, thereby forming an abnormal film. The occurrence of the phenomenon can be prevented.

【0016】その他の方策としては、核形成速度を従来
よりも速くすることも、異常成膜の発生を抑制する上で
有効である。核形成速度が速くなることで、W核での膜
成長が進行する前にW核が形成されるため、結果的に、
TiN膜上に均一な核が全面に形成され、その後、安定
した成膜を行うことができる。
As another measure, increasing the nucleation speed higher than in the past is effective in suppressing the occurrence of abnormal film formation. By increasing the nucleation rate, the W nucleus is formed before the film growth on the W nucleus proceeds, and as a result,
Uniform nuclei are formed on the entire surface of the TiN film, and thereafter, stable film formation can be performed.

【0017】以下、具体的な実施の形態について説明す
る。
Hereinafter, specific embodiments will be described.

【0018】〔第1の実施の形態〕図1は本発明の第1
の実施の形態が適用される配線層の一例を表すものであ
る。この図は、前述のブランケットWCVD法により、
シリコン基板11上のSiO2 等の層間絶縁膜12に形
成された接続孔(コンタクトホール)12aにW膜を埋
め込む途中の工程を示している。この工程では、シリコ
ン基板11上の接続孔12aの内部も含めてバリアメタ
ルとしてのTi膜13および密着層としてのTiN膜1
4の積層膜が、CVD法によりそれぞれ形成される。そ
の後、SiH4 還元法により、TiN膜14上にW膜1
5が形成され、このW膜15が、TiN膜14およびT
i膜13を介して、シリコン基板11内に予め形成され
た不純物層11aに電気的に接続される。
[First Embodiment] FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
1 illustrates an example of a wiring layer to which the embodiment is applied. This figure shows that the blanket WCVD method
This shows a step in the process of embedding a W film in a contact hole (contact hole) 12 a formed in an interlayer insulating film 12 such as SiO 2 on a silicon substrate 11. In this step, the Ti film 13 as a barrier metal and the TiN film 1 as an adhesion layer including the inside of the connection hole 12a on the silicon substrate 11 are formed.
4 are formed by the CVD method. Then, the W film 1 is formed on the TiN film 14 by the SiH 4 reduction method.
5 is formed, and this W film 15 is formed of TiN film 14 and T
Via i-film 13, it is electrically connected to impurity layer 11 a formed in silicon substrate 11 in advance.

【0019】図2(A),(B)は図1の配線構造のW
膜の成膜時の様子を一部領域を拡大して表したものであ
る。図2(A)は下地層(TiN膜14)の表面にWの
核を多数形成するための第1の段階、また、図2(B)
は第1の段階で形成された核からW膜を成長させて配線
層を形成する第2の段階をそれぞれ示している。
FIGS. 2A and 2B show W of the wiring structure of FIG.
The state at the time of film formation is shown by enlarging a partial region. FIG. 2A shows a first step for forming a large number of W nuclei on the surface of the underlayer (TiN film 14), and FIG.
Shows a second step of forming a wiring layer by growing a W film from a nucleus formed in the first step.

【0020】本実施の形態では、図2(A)の第1の段
階において、Wの成膜を、WF6 (六フッ化タングステ
ン)−SiH4 (シラン)系のガスを用いたCVD法に
より行なうものであり、かつ、前述の理由から、W核の
形成を、核におけるWの成長速度よりも遅らせるガス、
すなわち、H2 ガスを用いない条件で行なうものであ
る。従って、この段階では 図2(A)にも示したよう
に、TiN膜13の表面には、初期に形成されたW核1
6において異常成膜が発生する前に、W核16が全体に
渡って均一に形成される。その後、WF6 −H2 系のガ
スを用いたCVD法により成膜を行なうことにより、図
2(B)に示したように全体に渡って均一な膜厚を有す
るW膜15が形成される。従って、本実施の形態により
製造されたデバイスでは、従来のような異常成膜に起因
する配線間ショートの問題が生ずることがなく、製造歩
留りが向上する。
In this embodiment mode, in the first stage of FIG. 2A, W is formed by a CVD method using a WF 6 (tungsten hexafluoride) -SiH 4 (silane) -based gas. A gas that, for said reasons, slows the formation of W nuclei relative to the growth rate of W in the nuclei;
That is, the process is performed under the condition not using H 2 gas. Therefore, at this stage, as shown in FIG. 2A, the surface of the TiN film 13 has
Before the abnormal film formation occurs in Step 6, the W nuclei 16 are formed uniformly over the entire surface. After that, a film is formed by a CVD method using a WF 6 -H 2 based gas, thereby forming a W film 15 having a uniform film thickness over the whole as shown in FIG. . Therefore, in the device manufactured according to the present embodiment, the problem of short circuit between wirings caused by abnormal film formation unlike the related art does not occur, and the manufacturing yield is improved.

【0021】なお、本実施の形態の具体的な条件として
は、一例として以下の条件が挙げられる。
The specific conditions of this embodiment include, for example, the following conditions.

【0022】WF6 流量 20sccm SiH4 流量 10sccm N2 流量 1000sccm Ar流量 1000sccm 圧力 4.5Torr 温度 450℃WF 6 flow rate 20 sccm SiH 4 flow rate 10 sccm N 2 flow rate 1000 sccm Ar flow rate 1000 sccm Pressure 4.5 Torr Temperature 450 ° C.

【0023】〔第2の実施の形態〕次に、第2の実施の
形態について説明する。第1の実施の形態では、核形成
段階において、H2 ガスを用いないことにより、初期に
形成されたW核での膜成長を抑えるようにしたが、本実
施の形態では、成膜前に下地層の表面処理を行なうこと
により、核形成速度を従来よりも速くするものである。
これにより、異常成膜の発生を抑制することができる。
核形成速度が速くなることで、W核での膜成長が進行す
る前に、W核が形成されるため、結果的に、TiN膜上
に均一な核が全面に形成され、安定した成膜を行うこと
ができる。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment will be described. In the first embodiment, the H 2 gas is not used in the nucleation stage, so that the film growth on the initially formed W nucleus is suppressed. However, in the present embodiment, before the film formation, By performing the surface treatment of the underlayer, the nucleus formation speed is made higher than before.
Thereby, occurrence of abnormal film formation can be suppressed.
By increasing the nucleation rate, the W nuclei are formed before the film growth on the W nuclei progresses. As a result, uniform nuclei are formed on the entire surface of the TiN film, and stable film formation is achieved. It can be performed.

【0024】本実施の形態では、表面処理として、Ti
N(窒化チタン)からなる密着層が形成されたウェハ
を、WF6 および不活性ガスの雰囲気下に1〜10秒曝
すものである。具体的には、例えば、以下の条件とすれ
ばよい。
In the present embodiment, Ti is used as the surface treatment.
The wafer on which the adhesion layer made of N (titanium nitride) is formed is exposed to an atmosphere of WF 6 and an inert gas for 1 to 10 seconds. Specifically, for example, the following conditions may be satisfied.

【0025】時間 1〜10秒 WF6 流量 20sccm Ar流量 1000sccm 圧力 4.5Torr 温度 450℃Time 1 to 10 seconds WF 6 flow rate 20 sccm Ar flow rate 1000 sccm Pressure 4.5 Torr Temperature 450 ° C.

【0026】このような条件の表面処理を行なうと、W
の成膜は起こらないが、W成膜時のインキュベーション
タイムT(図3参照)が削減される。すなわち、核形成
に先立ち、WF6 のみを流すことで、TiN膜の表面改
質処理が行なわれ、W核形成速度が速くなると推定され
る。なお、WF6 のみを流す時間が長いと、TiN膜の
剥がれ、あるいはコンタクトホール部でのWF6 による
基板侵食が懸念される。従って、上記条件では時間とし
て10秒が限界と考えられる。
By performing the surface treatment under such conditions, W
Does not occur, but the incubation time T (see FIG. 3) for the W film formation is reduced. That is, it is presumed that the surface modification treatment of the TiN film is performed by flowing only WF 6 prior to the nucleation, thereby increasing the W nucleation rate. If the time for flowing only WF 6 is long, there is a concern that the TiN film is peeled off or the substrate is eroded by WF 6 in the contact hole. Therefore, it is considered that 10 seconds is the limit as the time under the above conditions.

【0027】〔第3の実施の形態〕本実施の形態は、第
2の実施の形態と同様に、成膜前に下地層の表面処理を
行なうことにより、核形成速度を従来よりも速くするも
のである。具体的には、表面処理として、TiN(窒化
チタン)からなる密着層に対して、例えば、以下の条件
の下に、H2 によるプラズマ処理を行う。このような方
法によっても、第2の実施の形態と同様に、核形成速度
が速くなり、異常成膜の発生を抑制することができる。
[Third Embodiment] In the present embodiment, similar to the second embodiment, the nucleus formation speed is made higher than in the past by performing the surface treatment of the underlayer before film formation. Things. Specifically, as a surface treatment, for example, a plasma treatment with H 2 is performed on the adhesion layer made of TiN (titanium nitride) under the following conditions. According to such a method, as in the second embodiment, the nucleation speed is increased, and occurrence of abnormal film formation can be suppressed.

【0028】時間 20秒 H2 流量 1000sccm 圧力 4.5Torr RF電力 400W 温度 450℃Time 20 seconds H 2 flow rate 1000 sccm Pressure 4.5 Torr RF power 400 W Temperature 450 ° C.

【0029】次に、上記実施の形態それぞれに対応した
具体的な実施例について説明する。
Next, specific examples corresponding to the above embodiments will be described.

【0030】(第1の実施例)核形成段階において、H
2 還元反応を利用しない条件として、以下の条件による
成膜を行った。同時に、比較例として従来条件での成膜
を行なった。
(First Embodiment) In the nucleation stage, H
2 Film formation was performed under the following conditions without using the reduction reaction. At the same time, a film was formed under conventional conditions as a comparative example.

【0031】WF6 流量 20sccm SiH4 流量 10sccm N2 流量 1000sccm Ar流量 1000sccm 圧力 4.5Torr 温度 450℃WF 6 flow 20 sccm SiH 4 flow 10 sccm N 2 flow 1000 sccm Ar flow 1000 sccm Pressure 4.5 Torr Temperature 450 ° C.

【0032】〔従来条件〕 WF6 流量 20sccm SiH4 流量 10sccm H2 流量 1000sccm Ar流量 1000sccm 圧力 4.5Torr 温度 450℃[Conventional conditions] WF 6 flow rate 20 sccm SiH 4 flow rate 10 sccm H 2 flow rate 1000 sccm Ar flow rate 1000 sccm Pressure 4.5 Torr Temperature 450 ° C.

【0033】その結果、従来条件では異常成膜現象が確
認されたにもかかわらず、第1の実施例の条件では、異
常成膜は見られなかった。よって、W核形成速度が遅い
条件下では、H2 還元反応によるW核での膜成長を抑止
することが有効であることが確認された。
As a result, no abnormal film formation was observed under the conditions of the first embodiment, although an abnormal film formation phenomenon was confirmed under the conventional conditions. Therefore, it was confirmed that it was effective to suppress the film growth at the W nucleus due to the H 2 reduction reaction under the condition where the W nucleus formation rate was low.

【0034】(第2の実施の形態)第1の実施例におい
て比較例として説明した従来条件での成膜に先立ち、以
下の処理を行った結果、異常成膜を抑止することができ
た。
(Second Embodiment) Prior to the film formation under the conventional conditions described as a comparative example in the first embodiment, the following processing was performed, and as a result, abnormal film formation was able to be suppressed.

【0035】時間 3秒 WF6 流量 20sccm Ar流量 1000sccm 圧力 4.5Torr 温度 450℃Time 3 seconds WF 6 flow rate 20 sccm Ar flow rate 1000 sccm pressure 4.5 Torr temperature 450 ° C.

【0036】(第3の実施の形態)更に、W核形成速度
を改善する方法として、上記従来条件での成膜に先立
ち、以下の処理(H2 プラズマ処理)を施すことによ
り、異常成膜を抑止することができた。
(Third Embodiment) As a method of improving the W nucleus formation speed, the following process (H 2 plasma process) is performed prior to the film formation under the above-mentioned conventional conditions, thereby forming an abnormal film formation. Could be deterred.

【0037】時間 20秒 H2 流量 1000sccm 圧力 4.5Torr RF電力 400W 温度 450℃Time 20 seconds H 2 flow 1000 sccm Pressure 4.5 Torr RF power 400 W Temperature 450 ° C.

【0038】以上実施の形態を挙げて本発明を説明した
が、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく
種々変形可能である。例えば、配線材料として、Wを用
いて説明したが、本発明は他の高融点金属材料Co等で
も適用可能である。また、核形成段階において、核での
膜成長を促す条件のガスとしてH2 ガスを用いて説明し
たが、H2 ガスのように、TiNなどの密着層上ではW
6 との反応が殆ど起こらず、W核ではWF6 との反応
が起こるガスであれば、その他のガスの場合でも適用可
能である。
Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment and can be variously modified. For example, although the description has been made using W as the wiring material, the present invention is also applicable to other high melting point metal materials such as Co. Further, in the nucleation step it has been described using H 2 gas as the gas conditions to promote film growth in the nucleus, as H 2 gas, W is in contact layer such as TiN
As long as the reaction with F 6 hardly occurs and the W nucleus reacts with WF 6 , any other gas can be used.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように本発明の配線層形成
方法によれば、核形成段階において、下地層の表面に高
融点金属材料の核が形成される速度が、核における高融
点金属材料の成長速度よりも速くなる条件で成膜を行う
ようにしたので、異常成膜現象が抑制され、下地層の全
面に渡って均一に核を形成することが可能となり、よっ
て配線間ショートを低減でき、製造歩留まりが向上する
という効果を奏する。
As described above, according to the wiring layer forming method of the present invention, in the nucleus forming step, the speed at which the nucleus of the high melting point metal material is formed on the surface of the underlayer is increased. The film formation is performed under conditions that are faster than the growth rate of GaN, so abnormal film formation is suppressed, and nuclei can be formed uniformly over the entire surface of the underlayer, thereby reducing short-circuits between wirings. This has the effect of improving the manufacturing yield.

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

【図1】本発明の配線層形成方法が適用される埋め込み
配線層の製造工程の途中の様子を表す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a state during a manufacturing process of a buried wiring layer to which a wiring layer forming method of the present invention is applied.

【図2】図1の配線構造の核形成工程を説明するための
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a nucleus forming step of the wiring structure of FIG. 1;

【図3】核形成段階でのH2 の有無によるW膜の推移を
説明するために、成膜時間とW膜の膜厚との関係を表す
特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a film formation time and a film thickness of a W film in order to explain a transition of a W film depending on the presence or absence of H 2 in a nucleation stage.

【図4】従来方法によるW異常成膜の発生過程を説明す
るための断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a process of occurrence of W abnormal film formation by a conventional method.

【図5】W膜上でのH2 の還元反応の進行状況を説明す
るために、成膜時間とW膜の膜厚との関係を表す特性図
である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the film formation time and the thickness of the W film in order to explain the progress of the reduction reaction of H 2 on the W film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…シリコン基板、12…層間絶縁膜、13…Ti
膜、14…TiN膜、15…W核、16…W膜
11 silicon substrate, 12 interlayer insulating film, 13 Ti
Film, 14 ... TiN film, 15 ... W nucleus, 16 ... W film

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下地層の表面に高融点金属材料の核を多
数形成する第1の段階と、第1の段階で形成された核か
ら高融点金属材料の膜を成長させて配線層を形成する第
2の段階を含む配線層形成方法において、 前記第1の段階において、前記下地層の表面に高融点金
属材料の核が形成される速度が、前記核における高融点
金属材料の成長速度よりも速くなる条件で成膜を行うこ
とを特徴とする配線層形成方法。
A first step of forming a number of nuclei of a high melting point metal material on the surface of an underlayer; and forming a wiring layer by growing a film of the high melting point metal material from the nuclei formed in the first step. In the method for forming a wiring layer including a second step, the rate at which the nucleus of the high melting point metal material is formed on the surface of the underlayer in the first step is higher than the growth rate of the high melting point metal material at the nucleus. A method for forming a wiring layer, wherein film formation is performed under conditions that speed up the process.
【請求項2】 前記高融点金属材料がW(タングステ
ン)であることを特徴請求項1記載の配線層形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the refractory metal material is W (tungsten).
【請求項3】 前記第1の段階において、前記W(タン
グステン)の成膜を、WF6 (六フッ化タングステン)
−SiH4 (シラン)系のガスを用いた化学的気相成長
法により行うことを特徴とする請求項2記載の配線層形
成方法。
3. In the first step, the W (tungsten) film is formed by WF 6 (tungsten hexafluoride).
-SiH 4 (silane) based wiring layer forming method according to claim 2, characterized in that the chemical vapor deposition method using gas.
【請求項4】 前記下地層の表面へのW(タングステ
ン)の核の形成を前記核におけるW(タングステン)の
成長速度よりも遅らせるガスを用いない条件で成膜を行
うことを特徴とする請求項3記載の配線層形成方法。
4. The film formation is performed under conditions that do not use a gas that causes the formation of W (tungsten) nuclei on the surface of the underlayer to be slower than the growth rate of W (tungsten) in the nuclei. Item 4. The wiring layer forming method according to Item 3.
【請求項5】 前記ガスが水素(H2 )ガスであること
を特徴とする請求項4記載の配線層形成方法。
5. The method according to claim 4, wherein the gas is a hydrogen (H 2 ) gas.
【請求項6】 成膜を開始する前に、前記下地層の表面
処理を行うことを特徴とする請求項2記載の配線層形成
方法。
6. The method according to claim 2, wherein a surface treatment of the underlayer is performed before the film formation is started.
【請求項7】 前記下地層がTiN(窒化チタン)から
なる密着層であることを特徴とする請求項6記載の配線
層形成方法。
7. The method according to claim 6, wherein the underlayer is an adhesion layer made of TiN (titanium nitride).
【請求項8】 前記表面処理として、TiN(窒化チタ
ン)からなる密着層が形成されたウェハを、WF6 (六
フッ化タングステン)および不活性ガスの雰囲気下に1
〜10秒曝すことを特徴とする請求項7記載の配線層形
成方法。
8. As the surface treatment, a wafer on which an adhesion layer made of TiN (titanium nitride) is formed is placed in an atmosphere of WF 6 (tungsten hexafluoride) and an inert gas.
The method according to claim 7, wherein the exposure is performed for 10 to 10 seconds.
【請求項9】 前記表面処理として、TiN(窒化チタ
ン)からなる密着層が形成されたウェハに対して、H2
(水素)によるプラズマ処理を行うことを特徴とする請
求項7記載の配線層形成方法。
As claimed in claim 9, wherein said surface treatment, the wafer adhesion layer is formed consisting of TiN (titanium nitride), H 2
8. The method for forming a wiring layer according to claim 7, wherein a plasma treatment with (hydrogen) is performed.
【請求項10】 前記第2の段階において、前記タング
ステン(W)の成膜を、WF6 (六フッ化タングステ
ン)−H2 (水素)系のガスを用いた化学的気相成長法
により行うことを特徴とする請求項2記載の配線層形成
方法。
10. In the second step, the tungsten (W) is formed by a chemical vapor deposition method using a WF 6 (tungsten hexafluoride) -H 2 (hydrogen) -based gas. 3. The method for forming a wiring layer according to claim 2, wherein:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007180491A (en) * 2005-12-27 2007-07-12 Hynix Semiconductor Inc Method of manufacturing capacitor of semiconductor device

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