DE10102742C1

DE10102742C1 - Wolframabscheideprozess

Info

Publication number: DE10102742C1
Application number: DE2001102742
Authority: DE
Inventors: Wen-Pin Chiu
Original assignee: Promos Technologies Inc
Current assignee: Promos Technologies Inc
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2021-01-23

Abstract

In einem Wolframabscheideprozess wird ein Kristallkeimbildungsschritt in einer Reaktionskammer ausgeführt, um eine Wolframkristallschicht über einem Substrat unter Verwendung von Wolframhexafluorid, Silan und Stickstoff als reaktive Gase zu bilden. Es wird ein Zwischenschritt so ausgeführt, dass die Zufuhr von Wolframhexafluorid in die Reaktionskammer gestoppt wird, aber die Zufuhr von Silan fortgesetzt wird. Ferner wird wahlweise Stickstoff durch die Reaktionskammer geleitet. Schließlich wird ein Hauptabscheidungsschritt ausgeführt, um eine Wolframschicht über der Wolframkristallschicht unter Verwendung von Wolframhexafluorid, Wasserstoff und Stickstoff als reaktive Gase zu bilden.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abscheidevorgang in einem Halbleiter. Insbe sondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Wolframabscheideprozess.

Beschreibung des Standes der Technik

In der Halbleiterherstellung wird oft Metall verwendet, um den elektrischen Widerstand von Halbleiterbauelementen oder Leiterbahnen zu verringern. Eines der am häufigsten verwendeten Metalle ist Wolfram. Ein gewisser Teil an Wolfram kommt in einem Halb leiterprodukt als Wolframsilicidmaterial vor, während ein anderer Teil Wolfram als pures Wolframmaterial innerhalb einer Halbleiterstruktur, etwa als ein Wolframkontaktbereich, auftritt. Im Allgemeinen wird Wolfram mittels eines chemischen Niederdruckdampfab scheideprozesses (LPCVD) abgeschieden. Der Abscheidevorgang kann weiter in drei unterschiedliche Schritte unterteilt werden, in einen Kristallkeimbildungsschritt, einen Zwischenschritt und einen Hauptabscheideschritt. In dem Keimbildungsschritt werden Wolframhexafluorid (WF₆) und Silan (SiH₄) als reaktive Gase verwendet. Die Wachs tumsrate der Wolframschicht ist relativ gering. Im Hauptabscheideschritt werden Wolframhexafluorid (WF₆) und Wasserstoff (H₂) als die reaktiven Gase verwendet, um Wolfram mit einer höheren Abscheiderate über der langsam gewachsenen kristallinen Schicht abzuscheiden. Daher wird eine dicke Wolframschicht gebildet. Konventioneller Weise beinhaltet der Wolframabscheideprozess ebenfalls einen Zwischenschritt zum Zuführen oder zum Beenden der Zuführung gewisser Gase und zum Einstellen von Gasdrücken. In diesem Schritt wird die Zufuhr reaktiver Gase, wie etwa Wolframhe xafluorid (WF₆) und Silan (SiH₄) unterbunden.

Um die Qualität der Wolframabscheidung zu verbessern, wurde in dem US Patent Nr. 5,028,565 die Zufuhr von Stickstoff vorgeschlagen, so dass die Reflektivität der abge schiedenen Wolframschicht höher ist. Anders ausgedrückt, es wird eine glattere Wolf ramoberfläche erhalten. Da jedoch kein Wolframhexafluorid (WF₆) und Silan (SiH₄) während des Zwischenschritts beteiligt sind, können in die Reaktionskammer eingeleitete Stickstoffmoleküle (N₂) die Anlagerungsplätze an der kristallinen Wachstumsoberfläche der Wolframschicht besetzen. Bei dem nachfolgenden Hauptabscheidevorgang erfolgt eine Wolframabscheidungsreaktion lediglich, nachdem die Stickstoffmoleküle auf der kristallinen Wachstumsoberfläche durch reaktive Gase ersetzt worden sind. Folglich wird die Wolframabscheiderate aufgrund der für diese Verzögerungsreaktion benötigten Zeit oder der Inkubationsdauer verringert. Ferner verlassen die Stickstoffmoleküle die Wolf ramwachstumsoberfläche mit hoher Wahrscheinlichkeit zu verschiedenen Zeiten. Daher kann die resultierende Wolframschicht eine nichtgleichförmige Dicke aufweisen.

Ferner wird durch Beenden der Zufuhr von Stickstoff im Zwischenschritt die Ungleich förmigkeit der abgeschiedenen Wolframschicht auf einem Siliciumwafer und zwischen unterschiedlichen Silicumwafer ebenfalls ansteigen, wie dies im US Patent 6,066,366 vorgeschlagen ist.

Diese Druckschrift beschreibt einen Wolframabscheideprozess zum Ablagern von Wolf ram über einem Substrat innerhalb einer Reaktionskammer, mit den Schritten: Ausfüh ren einer Kristallkeimbildung durch Durchleiten eines ersten reaktiven Mischgases durch die Reaktionskammer, um eine Wolframkristallschicht über dem Substrat zu bilden, wo bei das erste reaktive Mischgas zumindest Wolframhexafluorid (WF₆), Silan (SiH₄) und Stickstoff (N₂) umfasst, und Durchführen einer Hauptabscheidung durch Durchleiten ei nes zweiten reaktiven Mischgases durch die Reaktionskammer, um eine Wolframschicht über der Wolframkristallschicht zu bilden, wobei das zweite reaktive Mischgas Wolfram hexafluorid (WF₆), Wasserstoff (H₂) und Stickstoff (N₂) umfasst.

Weitere Verfahren zur Abscheidung von Wolfram (W)- bzw. Wolframsilicid (WSi_x)-Fil men auf Substraten werden in den Druckschriften US 5 840 366 und WO 2000/70121 A1 beschrieben.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wolframabscheidepro zess mit einer höheren Abscheiderate bereitzustellen, der in der Lage ist, eine Wolfram schicht mit gleichförmiger Dicke zu erzeugen. Zunächst wird ein Kristallkeimerzeugungsschritt innerhalb einer Reaktionskammer ausgeführt, um eine Wolframschicht un ter Verwendung von Wolframhexafluorid, Silan und Stickstoff als reaktive Gase zu bil den. Es wird ein Zwischenschritt ausgeführt, in dem die Zufuhr von Wolframhexafluorid zur Reaktionskammer unterbunden wird, aber die Zufuhr von Silan beibehalten wird. In zwischen wird Stickstoff in selektiver Weise zugeführt. Schließlich wird ein Hauptab scheideschritt in der Reaktionskammer durchgeführt, um eine Wolframschicht über der Wolframkristallschicht unter Verwendung von Wolframhexafluorid, Silan und Stickstoff als reaktive Gase zu bilden.

Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls einen alternativen Wolframabscheideprozess mit einer höheren Abscheiderate bereit, der in der Lage ist, eine Wolframschicht mit ei ner gleichmäßigen Dicke zu erzeugen. Zunächst wird ein Kristallkeimbildungsschritt in nerhalb einer Reaktionskammer ausgeführt, um eine Wolframkristallschicht unter Ver wendung von Wolframhexafluorid, Silan und Stickstoff als reaktive Gase zu bilden. Die Zufuhr von Wolframhexafluorid in die Reaktionskammer wird zuerst unterbunden, wäh rend die Zufuhr von Silan nach einer definierten Dauer unterbunden wird, um damit den Kristallwachstumsschritt zu beenden. Innerhalb der definierten Dauer wird in selektiver Weise gasförmiger Stickstoff in die Reaktionskammer eingeführt. Ferner muss die defi nierte Dauer lang genug sein, um zu ermöglichen, dass Silanmoleküle alle Anlage rungsplätze auf der Kristallwachstumgsoberfläche der Wolframschicht besetzen. Es wird ein Zwischenschritt ohne Einführen von jeglichem Wolframhexafluorid und Silan in die Reaktionskammer ausgeführt. Schließlich wird ein Hauptabscheideschritt innerhalb der Reaktionskammer durchgeführt, um eine Wolframschicht über der Wolframkristallschicht unter Verwendung von Wolframhexafluorid, Silan und Stickstoff als reaktive Gase zu bil den.

Entsprechend experimenteller Erkenntnis ist das in die Reaktionskammer im Zwischen schritt eingeleitete Silan in der Lage, alle Anlagerungsplätze der Wolframkristallschicht selbst in der Gegenwart von Stickstoff zu besetzen. Im Hauptabscheideschritt kann eine Reaktion zwischen Wolframhexafluorid und Silanmolekülen auf der Wolframkristall schicht sofort beginnen, da alle Stickstoffmoleküle bereits durch Silan ersetzt worden sind. Durch Vermeiden der zur Entfernung von Stickstoff notwendigen Inkubationsdauer wird eine höhere Wolframabscheiderate und eine gleichförmige Wolframschicht erhal ten.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die begleitenden Zeichnungen sind mit aufgenommen, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, und bilden einen Teil der Beschreibung. Die Zeichnungen stellen Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschrei bung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.

In den nachfolgenden Zeichnungen, Beschreibungsseiten und Tabellen werden die fol genden, auf diesem Gebiet der Technik üblicherweise benutzten Einheiten "Å", "Torr" und "sccm" (standard cubic centimeter per minute) verwendet:

Dabei gelten die folgenden Umrechnungsfaktoren:
1 Å = 1 Angstrøm = 10 nm = 10^-10 m
1 Torr ≈ 1,333 22.10² Pa
1 sccm = 1 cm³/Minute ≈ 1,67.10^-8 m³/s (bei Standardbedingungen: 0°C; 760 Torr).

Ferner wird das Symbol "sq" beim Begriff Schichtwiderstand (sq) verwendet, um Un klarheiten zu vermeiden, die dadurch entstehen können, dass in zwei Dimensionen der spezifische Widerstand dieselbe Einheit [Ω] wie der Widerstand hat.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Balkendiagramm, das die resultierende Dicke in einem Wolframabschei deprozess gemäß einem ersten Beispiel einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt, wobei eine Durchflussrate von 20 sccm für Silan im Zwischen schritt verwendet wird (die durch einen herkömmlichen Wolframabscheidevor gang erhaltene resultierende Dicke ist als Referenz ebenfalls gezeigt);

Fig. 2 ein Balkendiagramm, das die resultierende Dicke eines Wolframabscheidepro zesses gemäß einem zweiten Beispiel der ersten Ausführungsform dieser Er findung zeigt, wobei eine Durchflussrate von 5 sccm für Silan im Zwischenschritt verwendet wird (die durch einen herkömmlichen Wolframabscheidevor gang erhaltene resultierende Dicke ist ebenfalls als eine Referenz gezeigt); und

Fig. 3 ein Balkendiagramm, das die resultierende Dicke einem Wolframabscheidepro zess gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt (die durch einen herkömmlichen Wolframscheidevorgang erzeugte resultierende Dicke ist ebenfalls gezeigt).

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es wird nun in detaillierter Weise auf die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, wovon Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, Be zug genommen. Wann immer es möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen und der Beschreibung verwendet, um die gleichen oder ähnliche Teile zu bezeichnen.

In der ersten Ausführungsform dieser Erfindung wird der Kristallwachstumsschritt in ei nen ersten Keimbildungsabschnitt (abgekürzt Keimbildung-1) und in einen zweiten Keimbildungsabschnitt (abgekürzt Keimbildung-2) unterteilt. Die Durchflussrate von Wolframhexafluorid (WF₆) und die Wolframabscheiderate in dem ersten Abschnitt ist ge ringer als in dem zweiten Abschnitt, so dass eine Wolframkristallschicht mit höherer Qualität erhalten wird. Der Zwischenschritt kann weiterhin in einen Spülschritt (Zwi schenschritt-1), einen druckbeaufschlagenden Schritt (abgekürzt zu Zwischenschritt-2) und einen Rückseiteninspektionsschritt (abgekürzt zu Zwischenschritt-3) unterteilt wer den. Im Spülschritt werden Argon (Ar) und Wasserstoff (H₂) (oder selektiv strömender Stickstoff (N₂)) in eine Reaktionskammer geleitet bzw. durchgeleitet, um Wolframhe xafluorid (WF₆) herauszuspülen. Im druckbeaufschlagenden Schritt wird der Druck in der Reaktionskammer auf einen Druck, der zum Ausführen einer Hauptabscheidung not wendig ist, erhöht. Im dem Rückseiteninspektionsschritt wird der Druck auf der Rück seite eines Siliciumwafers überprüft. Zusätzlich wird Stickstoff (N₂) sowohl im Kristall keimbildungsschritt als auch im Hauptabscheideschritt in die Reaktionskammer einge leitet. Andererseits kann die Zufuhr von Stickstoff in die Reaktionskammer im Zwischen schritt wahlweise unterbunden werden.

Im Folgenden wird ein erstes Beispiel der ersten Ausführungsform dieser Erfindung auf geführt. Diverse Prozessbedingungen und Ergebnisse sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 aufgeführt, wobei:

1. Das reaktive Gas neben Stickstoff ebenfalls Argon umfasst. Ferner wird Wasserstoff ebenfalls während der Kristallkeimbildung in die Reaktionskammer eingeleitet. Ferner gibt es einen weiteren Einlass für Argon und Wasserstoff in der Nähe des Randes eines Siliciumwafers. Dies ist die Bedeutung von Rand-Ar und Rand-H₂ in Tabelle 1.
2. Die in der herkömmlichen Methode und in dieser Ausführungsform gemeinsam ver wendeten Prozessbedingungen, es wird kein Silan (SiH₄) sondern Stickstoff (N₂) einge leitet, und kein Silan und Stickstoff werden im Zwischenschritt eingeleitet, sind in der Tabelle 1 aufgelistet.
3. Spezielle Prozessbedingungen (mit/ohne Stickstoff und Silan) und Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt, wobei das Einleiten von Silan im Zwischenschritt im Experiment dieser Erfindung miteingeschlossen ist. Ferner sind "Waferpositionen" in Tabelle 2 ge kennzeichnet.
4. Um die Gültigkeit der Erfindung zu zeigen, wurden gewisse Prozessbedingungen zweimal im Experiment ausgeführt und die zwei inspizierten Siliciumwafer wurden in zwei unterschiedlichen Schlitzen des Waferhalters platziert (diese sind die "Waferpositi onen", die in Tabelle 2 bezeichnet sind). Ferner ist die Häufigkeit, mit der die Abscheide reaktionskammer vor dem Prozessieren der beiden Wafer verwendet worden ist, eben falls unterschiedlich. Die Häufigkeit der Verwendung einer Reaktionskammer ist gleich der Anzahl an seit der letzten Reinigung ausgeführten Reaktionen. Dieser Wert plus 1 ist die "Waferzahl", die in Tabelle 2 gezeigt ist.

Ferner ist die Dicke der diversen Wolframschichten, die in Tabelle 2 aufgeführt sind, e benfalls in einem horizontalen Balkendiagramm, das in Fig. 1 gezeigt ist, für ein einfa ches Vergleichen aufgezeigt. Tatsächlich ist Fig. 1 ein Balkendiagramm, das eine resul tierende Dicke in einem Wolframabscheideprozess gemäß einem ersten Beispiel in ei ner ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt, wobei eine Durchflussrate von 20 sccm für Silan im Zwischenschritt verwendet wird.

Tabelle 1

Tabelle 2

Eine Analyse der experimentellen Ergebnisse zeigt:

a) Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Dicke der Wolframschicht viel größer als in der Wolframschicht, die durch das erste herkömmliche Verfahren erhalten wird (in den Posi tionen 1 und 4 wird N₂ im Zwischenschritt ohne SiH₄ eingeleitet).
b) Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, besitzt die Wolframschicht einen Schichtwiderstand, der viel kleiner ist als der Schichtwiderstand der Wolframschicht, die durch das erste kon ventionelle Verfahren erhalten wird. Da der Schichtwiderstand einer Wolframschicht von der Dicke der Schicht (umgekehrt proportional) abhängt, ist der Schichtwiderstand klei ner in dem Maße, wie die Wolframschichtdicke vergrößert ist. Im Vergleich mit der Schichtwiderstandsänderung der Wolframschicht, die durch das erste konventionelle Verfahren gebildet ist (Positionen 1 und 4, Stickstoff wird im Zwischenschritt eingeleitet, aber es wird kein Silan eingeleitet), besitzt die Wolframschicht ein hohes Maß an Di ckengleichförmigkeit. Ferner ist im Vergleich mit der Schichtwiderstandsänderung der durch das zweite herkömmliche Verfahren gebildeten Wolframschicht die Dickengleich förmigkeit der Wolframschicht im Durchschnitt besser als die der durch das zweite her kömmliche Verfahren gebildeten Wolframschicht (Positionen 3 und 6, es wird kein Stick stoff und Silan im Zwischenschritt eingeführt).
c) Wie in Fig. 2 gezeigt ist, unabhängig davon ob Stickstoff im Zwischenschritt oder Si lan kontinuierlich während des Zwischenschritts eingeführt wird, ist das erfindungsge mäße Verfahren anwendbar, solang Silan für eine definierte Dauer innerhalb des Zwi schenschritts eingeleitet wird.

Im Folgenden wird ein zweites Beispiel der ersten Ausführungsform angeführt. Diverse Prozessbedingungen und Ergebnisse sind in Tabelle 3 und 4 aufgelistet, wobei Silan (SiH₄) in die Reaktionskammer lediglich während des Durchführens des Spülschritts oder des Rückseiteninspektionsschritts eingeleitet wird. Anders ausgedrückt, Silan wird lediglich während einer begrenzten Dauer nach dem Kristallkeimbildungsschritt oder vor dem Hauptabscheideschritt eingeführt. Ferner weist das Silan eine Durchflussrate von 5 sccm anstatt von 20 sccm aus dem vorhergehenden Beispiel auf. Zusätzlich wird Stick stoff (N₂) in die Reaktionskammer kontinuierlich eingeführt. Andere Bedingungen sind identisch zu jenen, die in dem ersten Beispiel verwendet wurden. Schließlich ist die in Tabelle 4 aufgeführte Dicke der unterschiedlichen Wolframschichten ebenfalls in einem horizontalen Balkendiagramm, das in Fig. 2 gezeigt ist, zum einfacheren Vergleich dar gestellt. Tatsächlich ist Fig. 2 ein Balkendiagramm, das die resultierende Dicke eines Wolframabscheideprozesses gemäß einem zweiten Beispiel in der ersten Ausfüh rungsform dieser Erfindung gezeigt, wobei eine Durchflussrate für Silan im Zwischen schritt von 5 sccm verwendet wird.

Tabelle 3

Tabelle 4

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Dicke der Wolframschicht beträtlich größer als diejenige, die in einem konventionellen Verfahren erzeugt wird. Ferner ist gemäß den Tabellen 1 bis 4 der Zeitablauf des Einleitens von Silan in die Reaktionskammer für die Waferposi tion 7 und 8 in dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform identisch zum Zeitablauf des Einleitens von Silans für die Waferpositionen 1 und 2 in dem zweiten Beispiel. Der einzige Unterschied besteht darin, dass eine geringere Durchflussrate für Silan (5 sccm anstatt 20 sccm) in den Waferpositionen 1 und 2 verwendet wird, und damit ist die Dicke der letztlich gebildeten Wolframschicht viel kleiner (ungefähr 100 Å oder 10 nm). Ferner spielt es keine Rolle, ob Silan im vorderen Abschnitt des Zwischenschritts (dem Spül schritt) oder im hinteren Abschnitt des Zwischenschritts (dem Rückseiteninspektions schritt) eingeleitet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar, solange Silan für eine begrenzte Dauer während des Zwischenschritts eingeleitet wird.

Es wird ebenfalls eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung zum Bilden einer Wolf ramschicht bereitgestellt. Diverse Prozessbedingungen und Ergebnisse sind in Tabelle 5 und 6 aufgeführt. In der zweiten Ausführungsform wird kein Silan (SiH₄) während des Zwischenschritts eingeleitet. Vor Beginn des Zwischenschritts aber nach dem Kristall keimbildungsschritt wird die Zufuhr von Wolframhexafluorid (WF₆) in die Reaktionskam mer für zwei Sekunden unterbunden, bevor die Zufuhr von Silan (SiH₄) beendet wird (B2.: Auswahl). Diese Prozedur dient dazu, um einen Effekt zu erreichen, der ähnlich zum Einleiten von Silan im Zwischenschritt ist. Ferner wird während dieser zwei Sekun denperiode Stickstoff (N₂) selektiv in die Reaktionskammer eingeleitet. Ferner sind die Prozessbedingungen/Ergebnisse der folgenden vier Betriebsarten - A1, A2, B1 und A1-B2 beide nicht - zum Vergleich aufgeführt. Betriebsweise A1 bezieht sich auf eine Be triebsweise, die das Stoppen der Silanzufuhr für 2 Sekunden vor dem Abschneiden der Zufuhr von Wolframhexafluorid beinhaltet. Betriebsweise A2 bezieht sich auf eine Be triebsweise, die das Einführen von Silan und Wolframhexafluorid für 2 Sekunden ohne Einführen von Stickstoff beinhaltet. Betriebsweise B1 bezieht sich auf eine Betriebswei se zur gleichzeitigen Beendigung der Zufuhr von Silan, bevor die Zufuhr von Wolfram hexafluorid abgeschnitten wird. Betriebsweise A2 bezieht sich auf eine Betriebsweise, die das Einleiten von Silan und Wolframhexafluorid für 2 Sekunden ohne Einleiten von Stickstoff enthält. Betriebsweise B1 bezieht sich auf eine Betriebsweise, die das gleich zeitige Abschalten der Zufuhr von Silan und Wolframhexafluorid bei weitergeführtem Einleiten von Stickstoff für mehr als 2 Sekunden enthält. Die Nicht-A1-B2-Betriebsweise bezieht sich auf eine Betriebsweise, die das Ausführen des Spülschritts unmittelbar nach einem zweiten Abschnitt des Kristallkeimbildungsschrittes beinhaltet.

Tabelle 5

Tabelle 6

Entsprechend der Experimentenreihe wird eine Analyse der Ergebnisse wie folgt be schrieben:

a) Wie in Tabelle 6 und Fig. 3 gezeigt ist, tritt das Abschalten der Silanzufuhr für den ausgewählten Punkt B2 relativ spät auf. Daher kann Silan (SiH₄) die Anlagerungsplätze auf der Kristallwachstumsoberfläche der Wolframkristallschicht besetzen und die Anla gerung von Stickstoff (N₂) an der Wolframkristallschicht verhindern. Somit sind sowohl die Abscheiderate für Wolfram und die Dicke der schließlich gebildeten Wolframschicht erhöht. Ferner ist die prozentuale Änderung des Schichtwiderstands der Wolframschicht in dieser Ausführungsform am geringsten. Dies deutet an, dass die Wolframschicht die beste Dickengleitförmigkeit aufweist.
b) Andererseits wird in den Fällen A1 und B1 kein Silan in die Reaktionskammer ein geleitet. Da Stickstoff, der während der mittleren Phase des Zwischenschritts und der Spätphase des Zwischenschritts in die Reaktionskammer eingeleitet wird, die Anlage rungsplätze auf der Wolframkristallschicht besetzen kann, ist die Abscheiderate und damit die Dicke der Wolframschicht verringert. Ein Vergleich der Schichtwiderstandsän derung zeigt eine größere Änderung als der ausgewählte Punkt B2, wodurch sich ein geringerer Grad an Dickengleichförmigkeit andeutet.
c) Bezüglich A2, wird dort mehr Silan verbraucht, da WF₆ und SiH₄ gleichzeitig in die Reaktionskammer eingeführt werden. Somit sind die Anlagerungsplätze auf der Wolf ramkristallschicht von Stickstoff besetzt, woraus eine dünnere Wolframschicht resultiert, mit einer ähnlichen Dicke wie in A1 und B1.
d) Gemäß Tabelle 5 und dem in dem ausgewählten Punkt B2 der Tabelle 6 gezeigten Ergebnissen ist das letztliche Ergebnis von dem kontinuierlichen Einleiten von Stickstoff unbeeinflusst, sogar für mehr als 22 Sekunden nach dem anfänglichen Einleiten von Silan für 2 Sekunden. Dies liegt daran, dass der Stickstoff keine Möglichkeit hat, das Silan auf der Wolframkristallschicht zu ersetzen.

Folglich kann Silan durchgängig während des Zwischenschritts verwendet werden, wie dies in dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Silan kann ebenfalls lediglich im ersten Abschnitt und im hinteren Abschnitt des Zwischenschritts verwendet werden, wie dies im zweiten Beispiel der ersten Ausführungsform beschrie ben ist. Ferner kann Silan lediglich innerhalb einer begrenzten Dauer nach dem Ende des Kristallwachstumsschritts verwendet werden, wie dies in der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben ist. Anders ausgedrückt, der Vorteil der Erfindung wird erhalten, solange Silan für eine gewisse Zeit zwischen dem Kristallwachstums schritt und dem Hauptabscheideschritt durchgeleitet wird. Dies liegt daran, dass es für den nachfolgend durchgeleitete Stickstoff keine Möglichkeit gibt, das bereits an der Wolframkristallschicht haftende Silan zu ersetzen. Ein Beweis dafür kann in dem aus gewählten Punkt B2 aus Tabelle 6 in der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung gefunden werden.

Bildbeschreibung Fig. 3

1Durchleiten von N₂

, kein SiH₄

2Durchleiten von SiH₄

und N₂

(Zwischenschritt-1-3)
3Kein N₂

, kein SiH₄

(Zwischenschritt-1-3)
4Durchleiten von N₂

, kein SiH₄

5Durchleiten von SiH₄

und N₂

(Zwischenschritt-1-3)
6Kein N₂

, SiH₄

(Zwischenschritt-1-3)
7Durchleiten von SiH₄

und N₂

(nur Zwischenschritt-3)
8Durchleiten von SiH₄

und N₂

(nur Zwischenschritt-1)
9Durchleiten von SiH₄

kein N₂

(Zwischenschritt-1-3)
10Dicke (Å)
20SiH₄

-Flussrate 20 sccm

Fig. 2

1Durchleiten von SiH₄

(5 sccm) und N₂

vor Hauptabscheideschritt
2Durchleiten von SiH₄

(5 sccm) und N₂

nach Keimbildung
3Durchleiten von N₂

, kein SiH₄

4Dicke (Å)

Fig. 3

1Dicke (Å)
10Nicht-A1-B2

Claims

1. Wolframabscheideprozess zum Ablagern von Wolfram über einem Substrat in nerhalb einer Reaktionskammer mit den Schritten:
Ausführen einer Kristallkeimbildung durch Durchleiten eines ersten reaktiven Mischgases durch die Reaktionskammer, um eine Wolframkristallschicht über dem Substrat zu bilden, wobei das erste reaktive Mischgas zumindest Wolfram hexafluorid (WF₆), Silan (SiH₄) und Stickstoff (N₂) umfasst;
Durchführen eines Zwischenschritts durch Durchleiten zumindest von Silan (SiH₄) durch die Reaktionskammer ohne Durchleiten von Wolframhexafluorid (WF₆) durch die Reaktionskammer; und
Durchführen einer Hauptabscheidung durch Durchleiten eines zweiten reaktiven Mischgases durch die Reaktionskammer, um eine Wolframschicht über der Wolf ramkristallschicht zu bilden, wobei das zweite reaktive Mischgas Wolframhe xafluorid (WF₆), Wasserstoff (H₂) und Stickstoff (N₂) umfasst.

2. Der Prozess aus Anspruch 1, wobei Silan (SiH₄) kontinuierlich durch die Reakti onskammer während des Zwischenschritts durchgeleitet wird.

3. Der Prozess nach Anspruch 1, wobei Silan (SiH₄) während einer Periode durch die Reaktionskammer durchgeleitet wird, die ausreicht, dass Silan alle Anlage rungsplätze an der Wolframkristallschicht besetzt.

4. Der Prozess nach Anspruch 3, wobei die Periode zum Durchleiten von Silan (SiH₄) durch die Reaktionskammer nach dem Kristallkeimbildungsschritt und zu Beginn eines Spülvorgangs im Zwischenschritt liegt.

5. Der Prozess nach Anspruch 3, wobei die Periode zum Durchleiten von Silan (SiH₄) durch die Reaktionskammer vor dem Hauptabscheideschritt und am Ende des Spülvorgangs im Zwischenschritt liegt.

6. Der Prozess nach Anspruch 3, wobei der Zwischenschritt des Weiteren unterteilt werden kann in einen Spülschritt, einen Druckbeaufschlagungsschritt und einen Rückseitendruckinspektionsschritt, so dass Silan (SiH₄) lediglich innerhalb des Spülschritts durchgeleitet wird.

7. Der Prozess nach Anspruch 3, wobei der Zwischenschritt des Weiteren in einen Spülschritt, einen Druckbeaufschlagungsschritt und einen Rückseitendruckin spektionsschritt unterteilt werden kann, so dass Silan (SiH₄) lediglich während des Rückseitendruckinspektionsschritts durchgeleitet wird.

8. Der Prozess nach Anspruch 1, wobei die Durchflussrate von Silan (SiH₄), das durch die Reaktionskammer während des Zwischenschritts durchgeleitet wird, zwischen 5 sccm bis 20 sccm beträgt.

9. Der Prozess nach Anspruch 1, wobei das erste reaktive Mischgas des Weiteren Wasserstoff (H₂) umfasst.

10. Der Prozess nach Anspruch 1, wobei das im Zwischenschritt verwendete Gas Stickstoff (N₂) umfasst.

11. Der Prozess nach Anspruch 1, wobei der Kristallkeimbildungsschritt weiterhin ei nen ersten Kristallkeimbildungsabschnitt und einen zweiten Kristallkeimbildungs abschnitt derart aufweist, dass die Durchflussrate von Wolframhexafluorid (WF₆) in dem ersten Abschnitt kleiner als die Durchflussrate von Wolframhexafluorid (WF₆) in dem zweiten Abschnitt ist.

12. Der Prozess nach Anspruch 1, wobei die Gase zum Durchführen des Kristall wachstumsschrittes, des Zwischenschrittes und des Hauptabscheidungsschrittes Argon (Ar) enthalten.

13. Wolframabscheideprozess zum Bilden einer Wolframschicht über einem Substrat innerhalb einer Reaktionskammer, mit den Schritten:
Ausführen einer Kristallkeimbildung durch Durchleiten eines ersten reaktiven Mischgases durch die Reaktionskammer, um eine Wolframkristallschicht über dem Substrat zu bilden, wobei das reaktive Mischgas zumindest Wolframhe xafluorid (WF₆), Silan (SiH₄) und Stickstoff (N₂) umfasst;
Beenden der Zufuhr von Wolframhexafluorid (WF₆) zur Reaktionskammer vor dem Beenden der Zufuhr von Silan (SiH₄) zur Reaktionskammer für eine Zeit dauer, wobei die Zeitdauer ausreichend lang ist, damit Silan (SiH₄) alle Anlage rungsplätze an der Wolframkristallschicht besetzen kann;
Ausführen eines Zwischenschritts ohne Durchleiten von Wolframhexafluorid (WF₆) und Silan durch die Reaktionskammer; und
Ausführen eines Hauptabscheideschritts durch Durchleiten eines zweiten reakti ven Mischgases durch die Reaktionskammer, um eine Wolframschicht über der Wolframkristallschicht zu bilden, wobei das zweite reaktive Mischgas Wolframhe xafluorid (WF₆), Wasserstoff (H₂) und Stickstoff (N₂) enthält.

14. Der Prozess nach Anspruch 13, wobei kein Stickstoff (N₂) während der Zeitdauer zwischen dem Abschalten der Wolframhexafluorid (WF₆)-Zufuhr und dem Ab schalten der Silan (SiH₄)-Zufuhr durch die Reaktionskammer durchgeleitet wird.

15. Der Prozess nach Anspruch 13, wobei Stickstoff (N₂) während des Zwischen schritts durch die Reaktionskammer geleitet wird.

16. Der Prozess nach Anspruch 13, wobei die Durchflussrate von Silan (SiH₄) wäh rend der Zeitdauer zwischen dem Abschalten der Wolframhexafluorid (WF₆)- Zufuhr und dem Abschalten der Silan (SiH₄)-Zufuhr ungefähr 20 sccm beträgt.

17. Der Prozess nach Anspruch 13, wobei die Dauer zwischen dem Abschalten der Wolframhexafluorid (WF₆)-Zufuhr und dem Abschalten der Silan (SiH₄)-Zufuhr ungefähr 2 Sekunden dauert.

18. Der Prozess nach Anspruch 13, wobei der Kristallkeimbildungsschritt ferner ei nen ersten Kristallkeimbildungsabschnitt und einen zweiten Kristallkeimbildungs abschnitt derart umfasst, dass die Durchflussrate von Wolframhexafluorid (WF₆) in dem ersten Abschnitt kleiner als die Durchflussrate von Wolframhexafluorid (WF₆) in dem zweiten Abschnitt ist.

19. Der Prozess nach Anspruch 13, wobei das erste reaktive Mischgas Wasserstoff (H₂) umfasst.

20. Der Prozess nach Anspruch 13, wobei die Gase zum Durchführen des Kristall keimbildungsschritts des Zwischenschritts und des Hauptabscheideschritts Argon (Ar) enthalten.