DE60022067T2 - Verfahren zur chemischen Dampfablagerung von Wolfram auf einem Halbleitersubstrat - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemischen Abscheidung (CVD) einer Schicht aus Wolfram (W) auf einem Halbleitersubstrat.
  • Die chemische Abscheidung von Wolfram auf einem Halbleitersubstrat, wie z.B. einem Siliziumoxidwafer, der Teile einer integrierten Schaltkreisstruktur, die schon darin gebildet sind, besitzen kann, wie z.B. einen oder mehrere Transistoren, ist ein integraler Teil der meisten Halbleiterherstellungsverfahren.
  • Eine isolierende Schicht, zumeist eine Siliziumoxidschicht, wurde üblicherweise über diesem Substrat gebildet und wurde vorher strukturiert, um Öffnungen oder Kontaktlöcher zu darunter liegenden Teilen der integrierten Schaltkreisstruktur bereitzustellen.
  • Chemisch abgeschiedenes W wurde als Leitermaterial verwendet, um Kontaktlöcher oder Via-Löcher zu füllen. Die Wolframschicht bedeckt die gesamte Substratoberfläche und wird dann geätzt oder wegpoliert, außer von den Löchern.
  • Da eine Wolframschicht nicht direkt auf einer Siliziumoxidschicht durch chemische Abscheidung abgeschieden werden kann, wird eine Zwischenschicht mit einer guten Anhaftung für sowohl die Isolierschicht als auch Wolfram, z.B. wird eine Titannitridschicht (TiN) die Titan abgeschieden.
  • Das Wolfram wird für gewöhnlich durch die Reduktion von Wolframhexafluorid (WF6) in einem Zwei-Schritt-Verfahren abgeschieden. Die Schritte unterscheiden sich in Drucksetzpunkten und dem verwendeten Reduktor, wobei dieser im ersten Schritt hauptsächlich Silan (SiH4) und dann nur Wasserstoff (H2) ist. Der größte Teil des Films wird durch H2-Reduktion abgeschieden.
  • Die US-U-5,028,565 von APPLIED MATERIALS, Inc., Santa Clara, USA, offenbart ein solches Verfahren, wobei Wolfram auf einem Wafer abgeschieden wird, der von ungefähr 350 bis ungefähr 525°C in einer Vakuumkammer erhitzt wird, wobei der Druck von 2,67 bis 101,32 kPa (von ungefähr 20 bis ungefähr 760 Torr) aufrechterhalten wird. Eine Kombination von WF6-Gas, einem inerten Trägergas, wie z.B. Ar, Stickstoff und Wasserstoff wird verwendet. Die Flussrate des WF6 beträgt von ungefähr 20 bis ungefähr 200 Standardkubikzentimeter pro Minute (nachstehend mit sccm abgekürzt). Die Flussrate des inerten Trägers Ar beträgt von ungefähr 100 bis ungefähr 5000 sccm, und die Flussrate des Stickstoffs beträgt von ungefähr 10 bis ungefähr 300 sccm. Die Wasserstoff-Flussrate beträgt von ungefähr 300 bis ungefähr 3000 sccm.
  • Es wurde festgestellt, dass das N2 in der Gasmischung das Reflexionsvermögen der abgeschiedenen Schicht verbessert, was die Verwendung von Photolithographie in einem folgenden Strukturierungsschritt erleichtert, und dass die Oberflächenrauheit abnimmt.
  • Die US-U-5,028,565 offenbart jedoch auch, dass, insbesondere wenn die Zwischenschicht Titannitrid ist, es wichtig ist, erst eine Keimbildungsschicht mit von ungefähr 5 bis ungefähr 50 sccm WF6, von ungefähr 5 bis ungefähr 50 sccm Silan (SiH4), von ungefähr 500 bis ungefähr 3000 sccm Ar und von ungefähr 20 bis ungefähr 300 sccm N2 zu bilden.
  • Es wurde festgestellt, dass ohne die Keimbildungsschicht die Wolframschicht in Dicke und Widerstandsfähigkeit nicht einheitlich ist.
  • Die Literatur bestätigt einstimmig die Unmöglichkeit, einen Wolframfilm mit guten Eigenschaften, insbesondere einer guten Kantenbedeckung, einer guten Gleichmäßigkeit der Schicht und einem niedrigen Kontaktlochwiderstand ohne diese zwei Schritte zu erhalten. Die Kantenbedeckung ist das Verhältnis der Dicke des Wolframfilms an der Seitenwand auf halber Höhe des Grabens oder Kontaktlochs und der nominellen Wolframfilmdicke oder der Dicke der Deckschicht.
  • EUI SONG KIM et al. erwähnen z.B. in ihrem Artikel "Studies on the nucleation and growth of chemical-vapor-deposited W on TiN substrates", veröffentlicht in MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING, B 17 (1993) 137–142, dass es, da es nicht leicht ist, W auf TiN durch H2-Reduktion von WF6 aufzukeimen, jetzt allgemein üblich ist, zuerst die Keimbildung von W durch SiH4 zu initiieren und dann einen W-Film bis zur geforderten Dicke durch H2-Reduktion aufzuwachsen.
  • CAROL M. McCONICA et al. erwähnen auch in ihrem Artikel "Step coverage prediction during blanket LPCVD tungsten deposition from hydrogen, silane and tungsten hexafluoride", publiziert in den Proceedings der V-Mic Conference vom 13.–14. Juni 1998, S. 268–276, Session VII: "VSSI Multilevel Interconnection Dielectric Systems", dass die Reduktion mit SiH4 oder eine Mischung aus SiH4 und H2 viele Vorteile gegenüber der Reduktion durch H2 allein bietet, wie z.B. geringere Temperaturabhängigkeit in der Wachstumsgeschwindigkeit, einheitlichere Filme und eine größere Wachstumsrate, dass der Hauptnachteil von SiH4 jedoch die begrenzte Kantenbedeckung im Vergleich zur Wasserstoffreduktion darstellt.
  • A. HASPER et al. in "W-LPCVD step coverage and modeling in trenches and contact holes", Proceedings of the workshop on tungsten and other refractory metals for VLSI/USLI applications V, 127 (1990) S.S. WONG and S. FURUKAWA ed., Materials Research Society, Pittsburg PA, USA, erwähnen auch, dass die Reduktion mit SiH4 viele Vorteile wie eine hohe und temperaturunabhängige Wachstumsrate, eine kleinere Korngröße und weniger Wechselwirkungen mit Silizium bietet, jedoch auch, dass die Kantenbedeckung sinkt, wenn SiH4 zu einer WF6/H2-Mischung zugegeben wird.
  • Im Allgemeinen bietet die Wasserstoffreduktion eine bessere Kantenbedeckung als die Silanreduktion, jedoch ist die Abscheidungsgeschwindigkeit des Wasserstoffabscheidungsverfahrens deutlich geringer. Folglich ist der zweite Schritt der Wolframabscheidung ohne SiH4 wie in dem aktuellen Verfahren, das von der oben erwähnten Firma APPLIED MAERIALS, INC. empfohlen wird.
  • Dieses Verfahren umfasst einen Imprägnierschritt mit SiH4, um die darunter liegende Schicht zu sättigen und zu passivieren, einen Keimbildungsschritt bei einem Druck von 4,00 kPa (30 Torr), wobei 30 sccm WF6 mittels einer Mischung von 1000 sccm H2 und SiH4 in einem Flussverhältnis WF6/SiH4 von 2 reduziert werden, und einen Masseabscheidungsschritt bei einem zweiten Druck von 12,00 kPa (90 Torr), wobei 30 sccm WF6 mittels 700 sccm H2 allein reduziert werden. Der Wafer wird auf 475°C während der Wolframabscheidung erhitzt. Ein zusätzlicher Druckschritt ist zwischen den beiden Schritten notwendig, da eine Druckdifferenz besteht.
  • Ein ähnliches Verfahren, jedoch mit beiden Schritten unter demselben Druck, wird in der US-A-5,795,824 von NOVELLUS SYSTEMS INC., San Jose, USA offenbart. Nach einem Initialisierungsschritt durch Bereitstellen von 15 bis 75 sccm SiH4 und 1000 sccm Ar wird die Wolframabscheidung unter einem Druck von 5,33 bis 10,67 kPa (40–80 Torr) während zwei aufeinander folgenden Abscheidungsschritten durchgeführt: eine Keimbildungsabscheidung durch Bereitstellen von 1000 bis 15000 sccm H2, von 50 bis 800 sccm WF6 und von 15 bis 75 sccm SiH4 und, in einer unterschiedlichen Station, eine Masseabscheidung durch Bereitstellen von WF6-, H2- und Ar-Gasen, möglicherweise in aufeinander folgenden Schichten, bis zur endgültigen Dicke von Wolfram.
  • All die oben genannten bekannten Verfahren mit einer Reduktion von Wolframhexafluorid in zwei Schritten sind eher kompliziert und relativ langsam, während ein relativ kompliziertes Abscheidungssystem benötigt wird.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur chemischen Abscheidung (CVD) von Wolfram bereitzustellen, das einfacher und kostengünstiger ist und eine höhere Abscheidungsgeschwindigkeit als die oben erwähnten Verfahren des Standes der Technik hat, während ein einfacheres Abscheidungssystem verwendet werden kann, und wodurch die Eigenschaften des Wolframfilms, wie z.B. die Kantenbedeckung, der Kontaktlochwiderstand, das Reflexionsvermögen, usw. zumindest gleich oder besser sind als die eines Films, der über die Verfahren des Standes der Technik erhalten wurde.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe in einem Verfahren zur chemischen Abscheidung von Wolfram auf einem Halbleitersubstrat gelöst, das das Einbringen dieses Substrates in eine Abscheidungskammer, Erhitzen des Substrates und Bilden von Keimen und Abscheiden von Wolfram unter niedrigem Druck auf dem Substrat durch In-Kontakt-Bringen des letzteren mit einer Mischung von Gasen, die durch die Abscheidungskammer fließen und Wolframhexfluorid (WF6), Wasserstoff (H2) und mindestens ein Trägergas umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die vollständige Wolframabscheidung in einem einzigen Schritt durchgeführt wird und dass die Mischung von Gasen auch Silan (SiH4) mit einer solchen Flussrate umfasst, dass das Flussverhältnis WF6/SiH4 von 2,5 bis 6 beträgt, wobei die Flussrate von WF6 von 30 bis 60 sccm beträgt, während der Druck in der Abscheidungskammer von 0,13 bis 5,33 kPa (1 bis 40 Torr) beibehalten wird, wobei die Gasflussraten und der Druck während der gesamten Wolframabscheidung konstant gehalten werden.
  • Es ist überraschend, dass durch Anpassen des Flussverhältnisses von WF6/SiH4 innerhalb des angegebenen Druckfensters eine 100%ige Kantenbedeckung erhalten werden kann.
  • Daher wird die Wolframabscheidung in einem einzigen Schritt durchgeführt.
  • Die Reaktionseffizienz ist hoch, was zu hohen Abscheidungsgeschwindigkeiten und geringem Gasverbrauch führt. Die Gaskosten sind auch niedrig. Es gibt weniger toxische Gase, und die Gesamtqualität des Wolframs kann bezüglich den Zwei-Schritt-Verfahren des Standes der Technik verbessert werden.
  • Während der Wolframabscheidung wird Wasserstoff bevorzugt mit einer Flussrate von 500 bis 2000 sccm bereitgestellt.
  • Die Temperatur, auf die das Substrat erhitzt wird, hängt u.a. von der Kammer ab, liegt jedoch bevorzugt zwischen 400 und 495°C, kann jedoch auf niedrigere Temperaturen ausgedehnt werden, was jedoch zu einer geringeren Abscheidungsgeschwindigkeit führt.
  • Trägergase können wie in den Verfahren des Standes der Technik Ar und N2 sein.
  • Die Erfindung wird nun durch Beispiele und mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 schematisch ein Abscheidungssystem zur Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt;
  • 2 ein Blockdiagramm zeigt, das die Schritte des Verfahrens der Erfindung zeigt;
  • 3 experimentelle Ergebnisse der Dicke D und der Kantenbedeckung SC zeigt, wenn die Geschwindigkeiten des SiH4- und WF6-Flusses variiert werden;
  • 4 experimentelle Ergebnisse des Einflusses des WF6/SiH4-Verhältnisses auf die Kantenbedeckung der abgeschiedenen W-Schicht zeigt; und
  • 5 experimentelle Ergebnisse, abgeleitet von 3, der Abscheidungsgeschwindigkeit als einer Funktion der WF6- und SiH4-Flussraten zeigt.
  • Die Abscheidung gemäß der Erfindung eines Wolfram-(W-)Films auf einem Substrat, insbesondere einem Wafer 1 aus Halbleitermaterial, wie z.B. Silizium, das schon mit einer Isolierschicht aus Siliziumoxid und einer Zwischenschicht aus TiN bedeckt ist, wird in einer kommerziell erhältlichen, chemischen Abscheidungskammer 2 durchgeführt, die in einem Abscheidungssystem angebracht ist.
  • 1 ist die schematische Darstellung eines typischen, existierenden Einkammersystems für chemische Abscheidung, das für die Anwendung der Erfindung verwendet werden kann.
  • In diesem System besitzt die Abscheidungskammer 2 einen Vakuumanschluss 3, der mit einer Vakuumpumpe 4 durch ein Druckregelgerät 5 verbunden ist.
  • Das System umfasst eine Anzahl von Zuführungsanschlüssen 6–10, die mit speziellen Quellen (nicht gezeigt) zum Einspeisen von jeweils Wolframhexafluorid (WF6), reduzierendem Gas Wasserstoff (H2), reduzierendem Gas Silan (SiH4), inertem Trägergas Argon (Ar) und Trägergas Stickstoff (N2) verbunden sind. Die Flussraten von Gas durch diese Einspeisungsleitungen 6–10 wird durch Flussregler 11 kontrolliert.
  • Um eine Reduktion von WF6 außerhalb der Kammer 2 zu vermeiden, sind die Einspeisungsleitungen 6 und 7 für WF6 bzw. das Trägergas N2 mit einem Verteiler 12 verbunden, während die Einspeisungsleitungen 8, 9 und 10 für jeweils SiH4, H2 und Ar mit einem zweiten Verteiler 13 verbunden sind. Beide Verteiler 12 und 13 beliefern einen Verteilungskopf 14 innerhalb der Kammer 2 durch eine gemeinsame Gasleitung 15. Innerhalb der Abscheidungskammer 2 wird ein Träger 16 mit einem Boden und hochstehenden Ecken installiert. Zwischen den Kanten und dem Boden können Kanäle 17 den Träger 16 durchqueren, wobei die Kanäle 17 mit Einspeisungsleitungen 18 für so genannte Kantengase, insbesondere eine Mischung aus kontrollierten Flussraten von H2 und Ar, verbunden sind, wodurch die gleiche Dicke des Wolframfilms an den Ecken des Wafers 1 wie im Zentrum sichergestellt wird. Eine Heizeinrichtung 19, z.B. eine Widerstandsheizung, ist in dem Träger 16 zum Beheizen des Wafers 1 eingebaut.
  • Wenn man sich 2 zuwendet, wird die Abscheidung von Wolfram wie folgt durchgeführt:
    In Schritt 21 wird die Kammer 2 durch den Vakuumanschluss 3 bis zu einem vorherbestimmten Basisdruck abgepumpt, der z.B. weniger als 0,003 kPa (20 Millitorr) beträgt, und in Schritt 22 wird ein Wafer 1 auf den Träger 16 innerhalb der Kammer 2 gelegt, während die Kammer 2 weiterhin bis zum Basisdruck abgepumpt wird.
  • Danach wird in Schritt 23 die Kammer 2 mit den Inertgasen Ar und N2 unter Druck gesetzt, die durch die Leitungen 10 und 7 bereitgestellt werden, auf einen Druck von 0,13 kPa bis 5,33 kPa (1 bis 40 Torr), bestimmt durch das Druckregelgerät 5.
  • Das Abpumpen und das darauf folgende Unter-Druck-Setzen mit Trägergas stellt sicher, dass die Kammer 2 frei von atmosphärischen Verunreinigungen ist.
  • Sobald der Wafer 1 auf den Träger 16 gelegt ist, wird er auf eine Temperatur von 400 bis 495°C aufgrund seines Kontaktes mit dem Träger 16 aufgeheizt, der auf diese Temperatur durch das Heizeinrichtung 19 aufgeheizt wurde. Das Aufheizen wurde in 2 als Schritt 24 angedeutet, es ist jedoch klar, dass das Aufheizen schon startet und sogar schon während Schritt 23 abgeschlossen sein kann. In der Tat wird die Heizeinrichtung 19 mit Beginn des Verfahrens, und solange die Wafer 1 anschließend durch einen Wolframfilm bedeckt werden, aktiviert.
  • In einem einzigen Schritt 25 wird eine Schicht aus W durch Öffnen der Massenflussregler 11 in den Einspeisungsleitungen 6 und 7 abgeschieden, so dass WF6 mit einem N2-Fluss in dem Verteiler 12 vermischt wird, während die Flussregler 11 in den Einspeisungsleitungen 8, 9 und 10 geöffnet werden und SiH4- und H2-Gase im Verteiler 13 mit einem Ar-Fluss vermischt werden.
  • Folglich wird eine Mischung aus Wasserstoff Ar, N2, H2, WF6 und SiH4 durch die gemeinsame Einspeisungsleitung 15 und den Verteilerkopf 14 in die Kammer 2 eingespeist.
  • Die Massenflussregler 11 bestimmen die Flussrate der unterschiedlichen Gase. Die Flussraten von Ar und N2 sind nicht kritisch, und Ar kann z.B. mit Flussraten von 800 bis 3000 sccm und N2 mit Flussraten von 10 bis 400 sccm abgegeben werden. Diese Flussraten können während des Druckausgleichsschritts 23 höher als während des Abscheidungsschritts 25 sein. WF6 wird mit solchen Flussraten eingespeist, dass das Verhältnis WF6/SiH4 von 2,5 bis 6 reicht, mit einer Flussrate von 30 bis 60 sccm.
  • Diese Grenzen sind wichtig, da eine Flussrate von WF6 geringer als 30 sccm zu einer verminderten Kantenbedeckung führt, genauso wie eine Flussrate größer als 60 sccm einen Verlust an Reaktionseffizienz hervorruft.
  • Ein Flussverhältnis WF6/SiH4 unterhalb 2,5 führt zu einem Verlust an Kantenbedeckung, während eine Flussrate oberhalb 6 zu einem Anstieg an Spannung, einem Abfall an Reflexionsvermögen und einer niedrigeren Reaktionseffizienz führt. Zu viel SiH4 führt zu einem WF6-Gradienten in dem Loch oder Graben, wodurch die Kantenbedeckung vermindert wird.
  • H2 wird mit einer Flussrate von 500 bis 2000 sccm bereitgestellt. Diese Flussrate ist nicht kritisch.
  • Wenn, wie gezeigt, der Träger 16 mit Kanälen 17 ausgestattet ist, wird während Schritt 25 ein Randfluss von 0 bis 500 sccm H2, der zu einem Ar-Fluss hinzugefügt wurde, durch diese Kanäle 17 eingespeist.
  • Diese Flussraten sind konstant und werden beibehalten, bis der W-Film die erforderliche Dicke besitzt. Die Gase, die auf dem Wafer 1 nicht reagieren, werden durch Anschluss 3 abgepumpt.
  • Das Druckregelgerät 5 stellt sicher, dass der oben genannte Druck von 0,13 bis 5,33 kPa in Kammer 2 während der Abscheidung von W beibehalten wird. Diese Grenzen sind kritisch, da bei einem Druck unterhalb von 0,13 kPa die Abscheidungsgeschwindigkeit zu klein sein wird, während bei Drücken oberhalb von 5,33 kPa eine Keimbildung im Gas im Raum oberhalb des Wafers 1 stattfinden wird.
  • Nachdem die gewünschte Dicke erhalten wurde, wird die Kammer 2 in Schritt 26 mit Ar- und N2-Gasen gereinigt, deren Flussraten höher als die während des Abscheidungsschritts 25 sein können, wonach die Kammer 2 in Schritt 27 abgepumpt wird.
  • Schlussendlich wird in Schritt 28 der Wafer 1 aus der Kammer 2 entfernt.
  • Die Kammer 2 kann erneut mit Ar und N2 gesäubert werden und ist dann bereit, um für eine weitere Abscheidung eines W-Films auf einem anderen Wafer 1 abgepumpt zu werden, und die oben genannten Schritte können wiederholt werden.
  • Unter Verwendung des optimierten WF6/SiH4-Verhältnisses, des WF6-Gasflusses und -drucks ist die Kantenbedeckung ausgezeichnet, sogar für die steilsten Gräben, und die Abscheidungsgeschwindigkeit wird im Verhältnis zu den bekannten Methoden fast verdoppelt und beträgt bis zu 643 nm/min.
  • Die gesamte Abscheidung von W findet in einem Schritt statt. Während der Abscheidung liegt nur ein Druck an, und folglich gibt es keine Druckausgleichsschritte zwischen Abscheidungen. Nur ein Satz von Gaseinstellungen wird benötigt.
  • Die Flussraten von WF6 und SiH4 sind kritisch und werden durch relativ teure Massenflussregler 11 eingestellt, die schwer zu kalibrieren sind. Da die Flussrate während der Wolframabscheidung nicht verändert werden muss, reicht ein Flussregler für jedes dieser Gase aus. In dem bekannten Zwei- Schritt-Verfahren sind zwei Regler für das WF6 nötig, da es einen niedrigen Fluss und einen hohen Fluss gibt, was teurer ist.
  • Die Erfindung wird durch das folgende praktische Beispiel weiter erläutert:
  • Beispiel
  • In einem ersten Schritt 21 wird die Kammer 2 auf einen Druck von 0,003 kPa (20 Millitorr) abgepumpt, und erneut, nachdem ein Siliziumwafer 1 mit einer vorher darauf über einer Siliziumoxidschicht gebildeten Schicht aus TiN in die CVD-Kammer 2 eingebracht und auf dem Träger 16 platziert wird, der bei einer Temperatur von 475°C gehalten wird.
  • Im folgenden Schritt 23 wird die Kammer 2 bei einem Druck von ungefähr 4,00 kPa (30 Torr) mittels ungefähr 2800 sccm Ar und ungefähr 300 sccm N2 unter Druck gesetzt.
  • Die Abscheidung selbst wird durch Einspeisen einer Flussrate von ungefähr 1000 sccm H2, ungefähr 50 sccm WF6 und ungefähr 15 sccm SiH4 durchgeführt, so dass das Verhältnis WF6/SiH4 ungefähr 3,3 beträgt, während eine Flussrate von ungefähr 800 sccm Ar und ungefähr 300 sccm N2 beibehalten wird.
  • Ein H2-Randfluss von ungefähr 50 sccm wird durch die Kanäle 17 eingespeist, um einen gleichmäßigeren Wolframfilm zu erhalten.
  • Die Kammer 2 wird mit 2500 sccm Ar und 300 sccm N2 gespült und auf einen Druck von 0,003 kPa abgepumpt und der Wafer 1 entfernt.
  • Die Abscheidungszeit betrug 60,2 s verglichen mit 78,0 s für ein Standardverfahren mit 30 sccm WF6, 15 sccm SiH4 und 1000 sccm H2 bei einem Druck von 4,00 kPa (30 Torr) während der Keimbildung und 95 sccm WF6 und 700 sccm H2 und kein SiH4 während der Masseabscheidung. Der WF6-Verbrauch wurde auf 30% in Bezug auf das Standardverfahren reduziert. Spannungen und Reflexionsvermögen waren gut.
  • Obwohl keine zusätzlichen Vorteile gefunden werden konnten, wenn ein SiH4-Tränkschritt verwendet wurde, kann solch ein Schritt zwischen Schritt 23 und dem Abscheidungsschritt 25 verwendet werden.
  • Es kann auch ein kurzer Vorkeimbildungsschritt vor dem Abscheidungsschritt 25 hinzugefügt werden, möglicherweise zwischen dem zugefügten Tränkschritt und dem Abscheidungsschritt 25 durch Reduzieren der Flussrate von WF6 während einiger Sekunden, z.B. 1 bis 7 Sekunden, so dass das Flussverhältnis WF6/SiH4 auf ungefähr 2 reduziert wird, wobei die anderen Parameter die gleichen bleiben. Dieser Vorkeimbildungsschritt ist viel kürzer, z.B. 1 bis 7 Sekunden verglichen mit dem Keimbildungsschritt in den bekannten Verfahren, die ungefähr 20 Sekunden benötigen.
  • Es ist auch wichtig anzumerken, dass der Druck während der Vorkeimbildung und dem Abscheidungsschritt der gleiche bleibt. Dadurch wird ein Extraschritt vermieden, wodurch ein einfaches Abscheidungssystem erhalten wird.
  • Zusätzliche Experimente wurden durchgeführt, um den Einfluss unterschiedlicher Flussraten der WF6- und SiH4-Flüsse zu untersuchen, während gleichzeitig das WF6/SiH4-Verhältnis variiert wurde. Kantenbedeckung und Wachstumsgeschwindigkeit wurden untersucht. Während dieser Experimente wurde der WF6-Fluss zwischen 20 und 60 sccm variiert, und der SiH4-Fluss variierte zwischen 10 und 30 sccm. Der Druck wurde bei 4 kPa (30 Torr) gehalten, die Abscheidungstemperatur betrug 475°C, der H2-Fluss betrug 1000 sccm und die Abscheidungszeit 100 s.
  • Die Ergebnisse sind in den 3 bis 5 dargestellt. In 3 sind die Schichtdickenkurven D, in dünnen, durchgezogenen Linien gezeichnet, und Kantenbedeckungskurven SC, die in dünnen gepunkteten Linien gezeichnet sind, durch die gemessenen Ergebnisse angepasst worden. Diese Ergebnisse sind mit einem Stern gekennzeichnet. Der Einfluss des WF6/SiH4-Verhältnisses auf die Kantenbedeckung ist deutlich in 4 dargestellt. Aus der letzteren Figur wird klar, dass Verhältnisse kleiner als 2 zu einer sehr schlechten Kantenbedeckung führen, unterhalb 50%. Kantenbedeckung wird mit Verhältnissen oberhalb 3,3 ausgezeichnet.
  • Die Schichtdicke D, die in 3 gezeigt ist, wird für die Berechnung der Abscheidungsgeschwindigkeit verwendet, wie sie in 5 gezeigt ist. Die Abscheidungsgeschwindigkeit wird in Ångström/Minute (6·10–9 m/s) ausgedrückt. Die höchsten Abscheidungsgeschwindigkeiten werden daher mit den höchsten Flussraten erreicht. Die Abweichung zur Literatur kann möglicherweise durch die gemischte Art der verwendeten Chemikalien in diesen Versuchen hervorgerufen werden: H2/SiH4/WF6, während in den meisten Fällen nur getrennte Chemikalien verwendet werden.
  • Während der Grundsatz der Erfindung oben in Verbindung mit den beschriebenen Beispielen dargelegt wurde, muss klar verstanden werden, dass diese Beschreibung nur als Beispiel und nicht als Beschränkung des Umfangs der Erfindung gemacht wurde.

Claims (6)

  1. Verfahren zur chemischen Abscheidung von Wolfram auf einem Halbleitersubstrat (1) mit den Schritten: Positionieren des Substrats innerhalb einer Abscheidungskammer (2), Aufheizen des Substrats (1) und Keimbilden und Abscheiden des Wolframs auf dem Substrat unter niedrigem Druck durch In-Kontakt-Bringen des letzteren mit einer Mischung von Gasen, die durch die Abscheidungskammer (2) fließen, die Wolframhexafluorid (WF6), Wasserstoff (H2) und mindestens ein Trägergas aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die vollständige Wolframabscheidung in einem einzigen Schritt durchgeführt wird und dass die Mischung der Gase auch Silan (SiH4) mit einer solchen Flussrate umfasst, dass das Flussverhältnis WF6/SiH4 von 2,5 bis 6 beträgt, die Flussrate von WF6 von 30 bis 60 sccm beträgt, während der Druck in der Abscheidungskammer von 0,13 bis 5,33 kPa (1 bis 40 Torr) beibehalten wird, wobei die Gasflussraten und der Druck während der gesamten Wolframabscheidung konstant gehalten werden.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Wolframabscheidung Wasserstoff mit einer Flussrate von 500 bis 2000 sccm eingespeist wird.
  3. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur, auf die das Substrat (2) aufgeheizt wird, zwischen 400 und 495°C liegt.
  4. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägergase Ar und N2 sind.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidungsgeschwindigkeit von Wolfram zwischen 300 nm/min und 900 nm/min beträgt.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidungsgeschwindigkeit von Wolfram zwischen 500 nm/min und 900 nm/min beträgt.
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