CN1351369A - 半导体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体装置及其制造方法,在半导体衬底10上形成下层金属布线,在该金属布线上淀积有层间绝缘膜15。在形成于层间绝缘膜15上的磨耗空穴17中,填入由钛膜18、氮化钛膜19以及钨膜20所构成的插件21。钨膜20的结晶面在(110)面上取向。能精确地检测出对第2金属膜实施的CMP工序的终点。

Description

半导体装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体装置及其制造方法，特别是涉及一种把钨膜填入接触空穴或磨耗空穴而形成插件的半导体装置及其制造方法。
背景技术
以往，为连接半导体集成电路的下层布线和上层布线，使用由钨形成的插件(钨插件)。在形成于层间绝缘膜上的磨耗空穴的底面、壁面以及层间绝缘膜上淀积由钛膜和氮化钛膜等构成的贴紧层，然后，利用CVD法来淀积钨膜，而后，利用CMP(化学机械抛光)法除去存在于贴紧层以及钛膜的层间绝缘膜上的多余部分，从而形成钨插件。
形成钨插件时，特别需要注意的问题是：用CMP法除去存在于贴紧层以及钛膜的层间绝缘膜上的多余部分时，能否正确地控制CMP工序的终点。
当不能高精度地检测针对钨膜的CMP工序的终点时，就会产生以下所述的问题：即，或者由于抛光过度而使钨插件接触阻抗显著上升，或者由于抛光不够而使相邻的钨插件彼此之间出现短路。
为此，有了以下所述提案：例如特开平8-139060号公报就公开了对利用CMP法对钨膜等金属膜进行抛光时的终点进行检测的方法。该终点检测法是当对贴紧层和金属膜进行的抛光进展到使层间绝缘膜露出时，把衬底支撑物或平台的转矩发生变化的时刻作为终点的方法。
但是，所述以往的CMP法却存在着以下所述的问题：即，由于把层间绝缘膜露出的时刻作为抛光终点，所以容易导致抛光过多。
因此，又有以下所述的方法被提案：即，检测出当CMP的被抛光膜由钨膜变成贴紧层时的衬底支撑物或平台的抛光转矩的变化，检测对钨膜进行抛光的终点，然后，由贴紧层的厚度和对贴紧层所进行的抛光速度计算出对贴紧层进行抛光所需要的时间(抛光时间)，并将贴紧层抛光结束时的时刻作为CMP工序的终点。
然而，现在所面临的问题是：无法精确地检测出对钨膜实施CMP工序的终点。
图8(a)和(b)表示当利用CVD法把钨膜淀积到由CVD法所淀积的贴紧层上，对钨膜和贴紧层实施CMP法时，所经过的时间与旋转转矩之间的关系。在图8(a)所示的情况下，由于旋转转矩急剧增大，所以可以正确地检测出被抛光膜由钨膜变为贴紧层的情况；在图8(b)所示的情况下，由于旋转转矩的变化小，所以无法精确地检测出被抛光膜由钨膜变为贴紧层的情况，即无法精确地检测出对钨膜实施的CMP工序的终点。
如不能精确地检测出对钨膜实施的CMP工序的终点，就会使对钨膜进行的抛光量出现很大偏差，从而或者造成钨膜抛光剩余或者造成在钨膜的表面上形成切口。
鉴于以上所述问题的存在，本发明的目的在于：提供一种半导体装置及其制造方法，使之在形成于绝缘膜上的凹部底面、壁面以及绝缘膜上淀积第1金属膜，并在该第1金属膜上淀积第2金属膜，然后对第1金属膜和第2金属膜实施CMP法时，能精确地检测出对第2金属膜实施的CMP工序的终点。
发明内容
为实现以上所述目的，发明的半导体装置包括：淀积在形成于半导体衬底上的绝缘膜上的凹部底面以及壁面上的第1金属膜；填入到凹部的第1金属膜上的第2金属膜；第2金属膜的结晶面由在(110)面上取向的钨的多结晶膜构成。
根据本发明的半导体装置，由于第2金属膜的结晶面由在(110)面上取向的钨的多结晶膜所构成，所以当对第2金属膜及第1金属膜进行CMP工序时，可精确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。因此，能防止CMP工序的抛光过多以及抛光不足等问题。
在本发明的半导体装置中，第2金属膜的结晶面(110)最好以4°以下的半值幅来取向。
这样一来，就能更加准确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
在本发明的半导体装置中，第1金属膜的结晶面最好具有在(0002)面上以4°以下的半值幅取向的钛膜。
这样一来，能切实提高作为第2金属膜的钨膜的结晶取向性，所以，能更加准确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
在本发明的半导体装置中，第1金属膜最好具有下层的钛膜和上层的氮化钛膜，下层的氮膜的厚度最好在10nm以上。
这样一来，能提高上层的氮化钛膜的结晶取向性，同时还能提高作为作为第2金属膜的钨膜的结晶取向性，所以，能更加准确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
在发明的半导体装置中，第1金属膜具有下层的钛膜和上层的氮化钛膜，上层的氮化钛膜最好是由多个氮化钛层的叠层膜构成，各氮化钛膜的厚度最好为4nm以下。
这样一来，就能切实提高作为在上层氮化钛膜上成膜的第2金属膜的钨膜的结晶取向性，所以能更加精确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
在本发明的半导体装置中，当利用使用In-plane型X光衍射装置的2θ法进行检测时，第1金属膜的结晶面最好具有在(220)面上以2°以下的半值幅取向的氮化钛膜。
这样一来，就能切实提高作为第2金属膜的钨膜的结晶取向性，所以能更加精确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
此时，氮化钛膜中最好含有碳，该碳的浓度最好在5重量％以下。
这样一来，就能切实提高作为第2金属膜的钨膜的结晶取向性，所以能更加精确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
而且，此时，氮化钛膜最好是利用使用有机钛原料的CVD法来成膜。
这样一来，就能切实提高作为第2金属膜的钨膜的结晶取向性，所以能更加精确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
本发明的半导体装置的制造方法包括：在形成于半导体衬底上的绝缘膜上的凹部的底面、壁面以及绝缘膜上淀积第1金属膜的工序；在第1金属膜上淀积第2金属膜，使之填入凹部的工序；利用CMP法除掉存在于第2金属膜以及第1金属膜的绝缘膜上的部分的工序；第2金属膜的结晶面由在(110)面上取向的钨的多结晶膜构成。
根据本发明的半导体装置的制造方法，由于第2金属膜的结晶面由在(110)面上取向的钨的多结晶膜构成，所以对第2金属膜以及第1金属膜进行CMP工序时，能精确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。因此，能防止CMP工序的抛光过多和抛光不足等问题的产生。
在本发明的半导体装置的制造方法中，第2金属膜的结晶面最好以4°以下的半值幅来取向。
这样一来，就能更精确地检测出对第2金属膜实施CMP工序时的终点。
在本发明的半导体装置的制造方法中，第1金属膜的结晶面最好具有以4°以下的半值幅在(0002)面上取向的钛膜。
这样一来，就能切实提高作为第2金属膜的钨膜的结晶取向性，所以能更加精确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
在本发明的半导体装置的制造方法中，第1金属膜最好具有下层的钛膜和上层的氮化钛膜，下层的氮膜的厚度最好在10nm以上。
这样一来，能提高上层的氮化钛膜的结晶取向性，同时还能提高作为作为第2金属膜的钨膜的结晶取向性，所以，能更加准确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
在本发明的半导体装置的制造方法中，第1金属膜最好具有下层的钛膜和上层的氮化钛膜，上层的氮化钛膜最好是由多个氮化钛层的叠层膜构成，各氮化钛膜的厚度最好为4nm以下。
这样一来，就能切实提高作为在上层氮化钛膜上成膜的第2金属膜的钨膜的结晶取向性，所以能更加精确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
在本发明的半导体装置的制造方法中，当利用使用In-plane型X光衍射装置的2θ法进行检测时，第1金属膜的结晶面最好具有在(220)面上以2°以下的半值幅取向的氮化钛膜。
这样一来，就能切实提高作为第2金属膜的钨膜的结晶取向性，所以能更加精确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
此时，氮化钛膜中最好含有碳，该碳的浓度最好在5重量％以下。
这样一来，就能更加切实地提高作为第2金属膜的钨膜的结晶取向性，所以能更加精确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
而且，此时，氮化钛膜最好是利用使用有机钛原料的CVD法来成膜。
这样一来，就能更加切实地提高作为第2金属膜的钨膜的结晶取向性，所以能更加精确地检测出对第2金属膜进行的CMP工序的终点。
附图说明
图1(a)～(d)是表示第1～实施例3半导体装置的制造方法各工序的剖面图。
图2(a)～(b)是表示第1～实施例3半导体装置的制造方法各工序的剖面图。
图3是表示在实施例1的半导体装置的制造方法中，利用高取向性溅射法淀积的第2钛膜的厚度与钨膜(110)面的取向强度半值幅之间关系的特性图。
图4是表示在实施例2的半导体装置的制造方法中，利用构成第3氮化钛膜的一个周期成长的氮化钛膜的厚度与钨膜的(110)面取向强度半值幅之间关系的特性图。
图5是表示在实施例2的半导体装置的制造方法中，对利用构成第3氮化钛膜的一个周期成长的氮化钛膜进行等离子区处理的时间与钨膜的(110)面取向强度半值幅之间关系的特性图。
图6是表示在实施例3的半导体装置的制造方法中，使钨膜成长时的WF6气体流量与所获得的钨膜的(110)面取向强度半值幅之间关系的特性图。
图7是表示在实施例3的半导体装置的制造方法中，使钨膜成长时的SiH4气体流量与钨膜的(110)面取向强度半值幅之间关系的特性图。
图8(a)和(b)是表示当利用现有的方法，即利用CVD法把钨膜淀积到由CVD法所淀积的贴紧层上，对钨膜和贴紧层实施CMP法时，所经过的时间与旋转转矩之间关系的特性图。
附图符号
下面，对附图符号进行简要说明。
10.半导体衬底，11.第1钛膜，12.第1氮化钛膜，13.第1铝膜，14.第2氮化钛膜，15.层间绝缘膜，16.硅氧氮化膜，17.磨耗空穴，18.第2钛膜，19.第2氮化钛膜，20.钨膜，21.第3氮化钛膜，22.第3钛膜，23.第4氮化钛膜，24.第2铝膜，25.第5氮化钛膜。
具体实施方式
实施例1
下面，参照图1(a)～(d)和图2(a)～(c)对本发明实施例1中的半导体装置及其制造方法进行说明。
首先，如图1(a)所示，在半导体衬底10上形成由第1钛膜11、第1氮化钛膜12、第1铝膜13及第2氮化钛膜14构成的下层金属布线，而后，在包含该下层金属布线的整个半导体衬底10上全面形成由无掺杂的硅氧化膜(Si°2)或加氟硅氧化膜(Si°F)构成的层间绝缘膜15。
接着，用等离子区CVD方法，在层间绝缘膜15上形成作为硬膜片的硅氧氮化膜16，而后，把硅氧氮化膜16作为掩模，对层间绝缘膜15有选择性地进行腐蚀处理，从而在层间绝缘膜15上形成磨耗空穴17。另外，第1钛膜11和第1氮化钛膜12成为贴紧层，第2氮化钛膜14成为磨耗空穴17形成时的反射防止膜。而且，硅氧氮化膜16在成为硬膜片的同时，还具有作为层间绝缘膜15和在下面工序中形成的上层金属布线的贴紧层的功能。
在层间绝缘膜15上形成磨耗空穴17的工序中，如果构成层间绝缘膜15的硅氧化膜和构成硬膜片的硅氧氮化膜16的腐蚀选择性不太高，就有可能导致硅氧氮化膜16的表面变得粗糙。如果硅氧氮化膜16产生表面粗糙的问题，则在下面的工序中淀积的第2钛膜18〔参照图1(c)〕、第3氮化钛膜19〔参照图1(d)〕和钨膜20〔参照图2(a)〕的结晶取向性就有可能降低。
为此，针对硅氧氮化膜16进行氩溅射腐蚀处理，换算成热氧化膜，相当于10nm以上厚度，可改善硅氧化膜16表面的粗糙现象。这样一来，如图1(b)所示，磨耗空穴17的底面也被腐蚀，所以磨耗空穴17的底面退至露出第1铝膜13的表面部。
下面，如图1(c)所示，运用离子化溅射法、准值溅射法、或远距离溅射法等高指向性溅射法，在磨耗空穴17的底面、壁面及层间绝缘膜15上淀积具有10nm以上厚度的第2钛膜18。这样便形成了第2钛膜18，它的最密结晶取向面(0002)面具有高结晶取向性，并且取向强度的半值幅也在4°以下。而且，第2钛膜18的最接近的原子间的距离大约为2.95。
接着，如图1(d)所示，通过多次运用以TDMAT(Tetrakis-Dimethyl-Amin°-Titanium)为材料的LPCVD法，在第2钛膜18上淀积形成第3氮化钛膜19。
氮化钛膜19的淀积形成方法由以下两个步骤构成：第一步骤将TDMAT进行热分解，形成含有碳元素(C)的TiCN膜；第二步骤是在氮元素和氢元素的环境中进行等离子区处理，除去TiCN膜中的碳元素；通过重复进行所述第一步骤和第二步骤，使膜厚度逐渐增大，从而获得所希望的膜厚度。
进行第一步骤的条件是：将TDMAT的流量设为250ml/min(标准状态)，将衬底的表面温度设为大约为450℃，将成长时间设为9秒。进行第二步骤的条件是：将等离子区处理的室压力设为173.3pa，将衬底的附加偏压的电功率设为800w，将等离子区的处理时间设为50秒。这时，高频等离子区加速电压的绝对值在30v以上。
把所述LPCVD方法进行一个周期后，就可形成约5.0nm厚度的氮化钛膜，所以在实施例1中运用所述的LPCVD方法进行二个周期，据此，便可形成厚度约为10.0nm的第3氮化钛膜19。
由于作为第2钛膜18的最密结晶取向面的(0002)面具有高结晶取向性，并且取向强度的半值幅在4°以下，所以提高了在该第2钛膜18的上面所淀积的第3氮化钛膜19的结晶取向性。即，在使用对与衬底表面垂直的方向的取向面进行测定的In-plane型X光衍射装置的2θ方法中，第3氮化钛膜19的(220)面具有高结晶取向性，且取向强度的半值幅在2°以下。
下面，如图2(a)所示，运用CVD法，在第3氮化钛膜19上淀积形成钨膜20。淀积形成钨膜20的工序分为两步，第一步骤是通过用SiH4还原WF6来形成钨膜的核，第二步骤是通过用H2还原WF6，将钨膜20填入磨耗空穴19中。
由于第3氮化钛膜19具有优良的结晶取向性，所以作为淀积在它上面的钨膜20的最密结晶取向面的(110)面的取向也被提高，根据一般常用的X光溅射法的摇荡曲线的测定结果，取向强度的半值幅在4°以下。
下面，如图2(b)所示，对钨膜20、第3氮化钛膜19、第2钛膜18进行CMP工序，除去存在于这些叠层膜的硅氧氮化膜16上的部分，在磨耗空穴17内部形成由钨膜20、第3氮化钛膜19和第2钛膜18构成的插件21。
下面，如图2(c)所示，在插件21和硅氧氮化膜16上淀积形成上层金属布线，该上层金属布线是由第3钛膜22、第4氮化钛膜23、第2铝膜24和第5氮化钛膜25构成的。
根据实施例1，由于用高指向性法淀积形成10nm以上厚度的第2钛膜18，所以作为第2钛膜18的最密结晶取向面的(0002)面的结晶取向性优异，并且取向强度的半值幅控制在4°以下，因此，淀积在第2钛膜18上形成的第3氮化钛膜19的结晶取向性优异。与此同时，也提高了作为淀积在第3氮化钛膜19上的钨膜20的最密结晶取向面的(110)面的结晶取向性。
图3是表示在实施例1的半导体装置的制造方法中，利用高取向性溅射法淀积的第2钛膜的厚度与钨膜(110)面的取向强度半值幅之间关系的特性图。由此可知，当第2钛膜18的厚度大于10nm时，钨膜20的(110)面的取向强度半值幅在4°以下。
另外，由于能够精确地检测出对钨膜20进行CMP工序时的终点，因此，可以精确地检测出对作为贴紧层的第3氮化钛膜19和第2钛膜18进行CMP工序时的终点，这样就可以防止抛光过多和抛光不足等问题的发生。
但是，当层间绝缘膜15由Si°F膜构成时，如果在对钨膜20和贴紧层进行CMP工序后，硅氧氮化膜16的厚度变为100nm以下，则由于层间绝缘膜15中的游离氟元素淀积在上层金属布线中，所以容易产生上层金属布线从层间绝缘膜15上脱落下来的问题。
但是，如果根据实施例1，则由于能够精确地检测出CMP法的终点，所以不会产生抛光过多的问题，因此，就能把硅氧氮化膜16的厚度控制在100nm以上。所以能有效地防止上层金属布线从层间绝缘膜15上脱离下来。
实施例2
下面，参照图1(a)～(d)和图2(a)～(c)，对本发明实施例2中的半导体装置和制造方法进行说明。
与实施例1相同，如图1(a)所示，在半导体衬底10上，形成由第1钛膜11、第1氮化钛膜12、第1铝膜13及第2氮化钛膜14构成的下层金属布线，然后，在整个半导体衬底10上形成层间绝缘膜15。接着，在层间绝缘膜15上形成硅氧氮化膜16，把硅氧氮化膜作为膜片对层间绝缘膜15进行有选择的腐蚀处理，在层间绝缘膜15上形成了磨耗空穴17。
接着，如图1(b)所示，用氩元素对硅氧氮化膜16进行溅射腐蚀，改善硅氧氮化膜16的表面粗糙的状况，然后，如图1(c)所示，运用高指向性溅射法在磨耗空穴17的底面、壁面及层间绝缘膜15上淀积形成厚度大约为5nm的第2钛膜18。
接着，如图1(d)所示，通过多次运用以TDMAT为材料的LPCVD方法，在第2钛膜18上淀积形成第3氮化钛膜19。
淀积形成第3氮化钛膜19的方法是：第一步骤是将TDMAT进行热分解，形成含有碳元素(C)的TiCN膜，第二步骤是在氮元素和氢元素的环境中进行等离子区处理，除去TiCN膜中的碳元素，通过重复进行第一步骤和第二步骤，直到膜厚度逐渐增大到希望值。
进行第一步骤的条件是：将TDMAT的流量设为250ml/min(标准状态)，将衬底表面温度设为大约为400℃，将成长时间设为7秒。这样，与以往及实施例1相比，衬底表面温度降低，同时成长时间变短，并且与以往的及实施例1的膜厚(约为5.0nm)相比，第一步骤中形成的TiCN膜厚变薄，约为3.5nm。据此，在第二步骤中，提高了从TiCN膜中除去碳元素的效率。即，由于第一步骤中形成的TiCN膜厚度为3.5nm，所以提高了第二步骤中的从TiCN膜中除去除碳元素的效率，因此，提高了氮化钛膜的结晶取向性。进行第二步骤的条件是：将等离子区处理的室压力设为173.3pa，将衬底附加的偏压的电功率设为800w，将等离子区的处理时间设为50秒。此时，与现有的方法相比，增大了衬底附加偏压的电功率，同时延长了等离子区的处理时间，从而减少了氮化钛膜中的碳元素残留量。
当按以往条件进行第一步骤和第二步骤时，TiCN膜中碳元素的残留量约占10％，氮化钛膜在作为最密结晶取向面的(111)面上，是某中程度的取向。而在实施例2条件下进行的第一步骤和第二步骤，TiCN膜中碳元素(C)的残留量能减少到5％以下，同时提高了氮化钛膜的结晶取向性。即运用In-plane型X光衍射装置的2θ进行检测时，氮化膜结晶面在(220)面上取向，且取向强度的半值幅为2°以下的结果。
所述LPCVD方法进行一个周期后，就可形成约3.5nm厚度的氮化钛膜，所以在实施例2中，通过进行二个周期的所述LPCVD方法，就可形成厚度约为7.0nm的第3氮化钛膜19。
另外，在实施例2中，使第一步骤成长的TiCN膜厚度约为3.5nm。但只要TiCN膜的厚度在4.0nm以下，在第二步骤中，就能提高从TiCN膜中除去碳元素的效率。
在实施例2中，由所述处理条件可淀积形成第3氮化钛膜19，所以随着第3氮化钛膜19结晶取向性的提高，在(0002)面上进行高取向的第2钛膜18的最接近原子间的距离(2.95？)和第3氮化钛膜19的(111)面的最接近原子间的距离(2.99？)的数值非常接近。这样，第3氮化钛膜19的结晶取向性明显提高。
下面，如图2(a)所示，运用CVD法，在第3氮化钛膜19上淀积形成钨膜20。淀积形成钨膜的工序分为两步，第一步骤是用SiH4还原WF6形成钨膜的核，第二步骤是用H2还原WF5，将钨膜20填入磨耗空穴19中。
由于第3氮化钛膜19的结晶取向性优异，致使在它上面淀积形成的作为钨膜20最密结晶取向面的(110)面的结晶取向性提高，根据一般常用的X光溅射法的摇荡曲线的测定结果，取向强度的半值幅在4°以下。
下面，如图2(b)所示，对钨膜20、第3氮化钛膜19、第2钛膜18进行CMP工序，就能除去淀积在这些叠层膜上的硅氧氮化膜16的部分。
下面，如图2(c)所示，在插件21和硅氧氮化膜16上淀积形成上层金属布线。(该上层金属布线是由第3钛膜22、第4氮化钛膜23、第2铝膜24和第5氮化钛膜25构成的。)
在实施例2中，用CVD法淀积形成的氮化钛膜厚度在4.0nm以下，重复累积淀积该氮化钛膜(例如累积两层)，为了在此基础上淀积形成第3氮化钛膜19，必须提高第3氮化钛膜19的结晶取向性，取向强度的半值幅也必须在4°以下，所以在它上面淀积形成的作为钨膜20最密结晶取向面的(110)面的结晶取向性良好。
图4表示由构成第3氮化钛膜的一个周期成长的氮化钛膜厚度与钨膜20的(110)面取向强度的半值幅之间的关系。从中可知：一个周期成长的氮化钛膜的厚度若在4nm以下，则钨膜20的(110)面的取向强度的半值幅在4°以下。
图5是表示在实施例2的半导体装置的制造方法中，对利用构成第3氮化钛膜的一个周期成长的氮化钛膜进行等离子区处理的时间与钨膜的(110)面取向强度半值幅之间关系的特性图。
因此，由于能够精确地检测出对钨膜20进行CMP工序时的终点，因此可以检测出对成为贴紧层的第3氮化钛膜19和第2钛膜18进行CMP工序时的终点，据此，就可以防止抛光过多和抛光不足等问题的产生。
实施例3
下面，参照图1(a)～(d)和图2(a)～(c)对本发明实施例3的半导体装置及其制造方法进行说明。
与实施例1相同，如图1(a)所示，在半导体衬底10上形成由第1钛膜11、第1氮化钛膜12、第1铝膜13及第2氮化钛膜14构成的下层金属布线，而后，在整个半导体衬底10上形成层间绝缘膜15。接着，在层间绝缘膜15上形成硅氧氮化膜16，然后，把硅氧氮化膜16作为掩模对层间绝缘膜15进行有选择的腐蚀处理，在层间绝缘膜15上形成了磨耗空穴17。
接着，如图1(b)所示，用氩元素对硅氧氮化膜16进行溅射腐蚀，改善硅氧氮化膜16表面的粗糙状况，然后，如图1(c)所示，运用高指向性溅射法在磨耗空穴17的底面、壁面及层间绝缘膜15上淀积形成厚度大约为5nm的第2钛膜18。
接着，如图1(d)所示，反复数次运用以TDMAT为材料的LPCVD方法在第2钛膜18上淀积形成第3氮化钛膜19。
淀积形成第3氮化钛膜19的方法与实施例1相同，第一步骤将TDMAT进行热分解，形成含有碳元素(C)的TiCN膜，第二步骤是在氮元素和氢元素的环境中进行等离子区处理，从而除去TiCN膜中的碳元素(C)。通过重复进行第一步骤和第二步骤，最终形成厚度约为10.0nm的第3氮化钛膜19。
下面，如图2(a)所示，在第3氮化钛膜19上淀积形成钨膜20。
淀积形成钨膜(20)的工序分为两步，第一步骤是用SiH4还原WF6形成钨膜的核。第一步骤的条件是：将WF6气体流量设定为40ml/min(标准状态)，将SiH4气体流量设定为30ml/min(标准状态)，将衬底表面温度设为约400℃，成长时间为20秒，同时还要使WF6比SiH4早导入1秒钟。第二步骤是用H2还原WF5，将钨膜20填入磨耗空穴19中。第2步骤的条件是：将WF6气体流量设为100ml/min(标准状态)，将H2气体流量设为1000ml/min(标准状态)。
此时，在第一步骤中导入的混合气体的流量比，即为了把(SiH4气体流量)/(WF6气体流量)的值设定在1以下，在成膜开始阶段就减少钨膜中的硅的含量，所以，容易继承在其上成长的钨膜的核结晶性。因此，作为钨膜20最密结晶取向面的(110)面的结晶取向性提高，所以根据一般常用的X光溅射法的摇荡曲线的测定结果，取向强度的半值幅在4°以下。
在实施例3中，第一步骤中因为WF6气体比SiH4早导入1秒钟，所以使钨膜20的(110)面的结晶性进一步提高。其理由是在成膜开始阶段，成为核的钨膜中的硅含量进一步减少。
下面，如图2(b)所示，对钨膜20、第3氮化钛膜19、第2钛膜18进行CMP工序，除去淀积在这些叠层膜上的硅氧氮化膜16的部分。
下面，如图2(c)所示，在插件21和硅氧氮化膜16上淀积形成由第3钛膜22、第4氮化钛膜23、第2铝膜24和第5氮化钛膜25构成的上层金属布线。
根据实施例3，把在淀积形成钨膜20的工序的第一步骤中导入的气体混合比值(SiH4/WF6)设定在1以下，这样就可提高钨膜20的作为最密结晶取向面的(110)面的结晶取向性，使取向强度半幅值在4°以下。
图6是表示在实施例3的半导体装置的制造方法中，使钨膜成长时的WF6气体流量与所获得的钨膜的(110)面取向强度半值幅之间关系的特性图。
图7是表示在实施例3的半导体装置的制造方法中，使钨膜成长时的SiH4气体流量与钨膜的(110)面取向强度半值幅之间关系的特性图。
因此，由于能够精确地检测出对钨膜20进行CMP工序时的终点，所以可以检测出对成为贴紧层的第3氮化钛膜19和第2钛膜18进行CMP工序时的终点，这样就可以防止抛光过多和抛光不足等问题的发生。
而且，在实施例1中，通过用高指向性法淀积形成10nm以上厚度的第2钛膜18，提高了钨膜20的(110)面的结晶取向性；在实施例2中，叠层了用LPCVD法成膜的厚度在4.0nm以下的氮化钛膜，通过形成第3氮化钛膜19，提高了钨膜20的(110)面的结晶取向性；在实施例3中，通过把在第一步骤中导入的气体的混合比(SiH4/WF6)的值设定在1以下，就可以提高钨膜20的(110面)的结晶取向性；但如果把实施例1、实施例2及实施例3中的两个以上实施例组合起来使用，就能进一步提高钨膜20的(110)面的结晶取向性。
根据本发明的半导体装置及其制造方法，当对第2金属膜和第1金属膜进行CMP工序时，由于能精确地检测出对第2金属膜进行CMP工序时的终点，所以能有效地防止CMP工序的抛光过多以及抛光不足等问题的产生。

Claims (16)

1.一种半导体装置，其特征在于：包括：
淀积在形成于半导体衬底上的绝缘膜上的凹部底面以及壁面上的第1金属膜；
填入到所述凹部的所述第1金属膜上的第2金属膜；
所述第2金属膜的结晶面由在(110)面上取向的钨的多结晶膜构成。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
所述第2金属膜的结晶面以4°以下的半值幅来取向。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
所述第1金属膜的结晶面具有在(0002)面上以4°以下的半值幅取向的钛膜。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
所述第1金属膜具有下层的钛膜和上层的氮化钛膜；
所述下层的氮膜的厚度为10nm以上。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
所述第1金属膜具有下层的钛膜和上层的氮化钛膜；
所述上层的氮化钛膜由多个氮化钛层的叠层膜构成，各氮化钛膜的厚度为4nm以下。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
当利用使用In-plane型X光衍射装置的2θ法进行检测时，第1金属膜的结晶面具有在(220)面上以2°以下的半值幅取向的氮化钛膜。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于：
所述氮化钛膜中含有碳，该碳的浓度为5重量％以下。
8.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于：
所述氮化钛膜是利用使用有机钛原料的CVD法来成膜的。
9.一种半导体装置的制造方法，包括：
在形成于半导体衬底上的绝缘膜上的凹部的底面、壁面以及所述绝缘膜上淀积第1金属膜的工序；
在所述第1金属膜上淀积第2金属膜，使之填入所述凹部的工序；
利用CMP法除掉存在于所述第2金属膜以及所述第1金属膜的所述绝缘膜上的部分的工序；
所述第2金属膜的结晶面由在(110)面上取向的钨的多结晶膜构成。
10.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
所述第2金属膜的结晶面以4°以下的半值幅来取向。
11.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
所述第1金属膜的结晶面具有以4°以下的半值幅在(0002)面上取向的钛膜。
12.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
所述第1金属膜具有下层的钛膜和上层的氮化钛膜；
所述下层的氮膜的厚度为10nm以上。
13.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
所述第1金属膜具有下层的钛膜和上层的氮化钛膜；
所述上层的氮化钛膜由多个氮化钛层的叠层膜构成，各氮化钛膜的厚度为4nm以下。
14.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
当利用使用In-plane型X光衍射装置的2θ法进行检测时，所述第1金属膜的结晶面具有：在(220)面上以2°以下的半值幅取向的氮化钛膜。
15.根据权利要求14所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
所述氮化钛膜中含有碳，该碳的浓度为5重量％以下。
16.根据权利要求14所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
所述氮化钛膜是利用使用有机钛原料的CVD法来成膜的。
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