JP2005044961A - Method of forming tungsten film and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method of forming tungsten film and method of manufacturing semiconductor device Download PDF

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JP2005044961A
JP2005044961A JP2003202378A JP2003202378A JP2005044961A JP 2005044961 A JP2005044961 A JP 2005044961A JP 2003202378 A JP2003202378 A JP 2003202378A JP 2003202378 A JP2003202378 A JP 2003202378A JP 2005044961 A JP2005044961 A JP 2005044961A
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tungsten
film
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barrier metal
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Atsushi Watabe
厚史 渡部
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming a tungsten film while suppressing corrosion of a barrier metal film by a WF<SB>6</SB>gas. <P>SOLUTION: After the supply of an SiH<SB>4</SB>gas is started at a time t1, the supply of the WF<SB>6</SB>gas is started at a time t2, thereby allowing a tungsten nucleus to grow on the barrier metal film. After the tungsten nucleus is allowed to grow on the barrier metal film, the gas supply is switched from the SiH<SB>4</SB>to an H<SB>2</SB>gas at a time t3, thereby forming a tungsten film on the barrier metal film by using the tungsten nucleus as a nucleus. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタングステン膜の成膜方法および半導体装置の製造方法に関し、特に、ＷＦ６（六フッ化タングステン）系ガスを用いてタングステン膜を成膜する方法に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のタングステン膜の成膜方法では、タングステン膜と絶縁膜との間の密着性を向上させるため、ＴｉＮなどのバリアメタル膜を密着層として用いることが行われている。
一方、特許文献１には、タングステンによる異常成膜の発生を抑制するために、ＷＦ６（六フッ化タングステン）／ＳｉＨ４（モノシラン）系ガスを用いたＣＶＤを行う際に、Ｈ２ガスによる還元が行われないようにする方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−７７３５７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のタングステン膜の成膜方法では、マスフローコントローラにおけるＷＦ６ガスの応答速度がＳｉＨ４ガスの応答速度よりも速い場合、ＷＦ６ガスがＴｉＮなどのバリアメタル膜を浸食し、バリアメタル膜下の半導体基板に拡散するため、電流リークを引き起こすという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制しつつ、タングステン膜を成膜させることが可能なタングステン膜の成膜方法および半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、還元性ガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始することにより、タングステン膜を成膜することを特徴とする。
これにより、マスフローコントローラにおける六フッ化タングステンガスの応答速度が還元性ガスの応答速度よりも速い場合においても、六フッ化タングステンガスを還元性ガスで希釈しながら、タングステン膜を成膜させることが可能となる。このため、六フッ化タングステンガスが単独でバリアメタル膜をアタックすることを防止することが可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制して、電流リークを低減することが可能となる。
【０００７】
また、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、バリアメタル膜上に保護膜を成膜させる工程と、前記保護膜が成膜されたバリアメタル膜上にタングステン膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする。
これにより、保護膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となり、六フッ化タングステンガスによるアタックからバリアメタル膜を防御することが可能となる。このため、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することが可能となり、六フッ化タングステンガスの拡散を防止して、電流リークを低減することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、モノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスを供給しながら、前記モノシランガスを水素ガスに切り替える工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、シリコン膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となる。このため、タングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる際に、バリアメタル膜をシリコン膜で保護することが可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することを可能として、電流リークを低減することが可能となる。
【００１０】
また、タングステン核がバリアメタル膜上に形成された後、モノシランガスを水素ガスに切り替えることにより、バリアメタル膜上に成膜されるタングステン膜の膜厚均一性を確保しつつ、段差被覆性を向上させることが可能となり、製造歩留まりを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、モノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスおよび水素ガスの供給を開始する工程と、タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスおよび水素ガスを供給しながら、前記モノシランガスの供給を停止させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、シリコン膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となるとともに、タングステン膜を成膜させる際に、モノシランガスおよび水素ガスで六フッ化タングステンガスを希釈することが可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することを可能として、電流リークを低減することが可能となる。
【００１２】
また、モノシランガスおよび水素ガスを供給しながらタングステン膜を成膜させることが可能となり、段差被覆性の劣化を抑止しつつ、タングステン膜の膜厚均一性を確保することが可能となるとともに、モノシランガスの流れを途中で停止させることで、段差被覆性を向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、モノシランガスの供給を開始してから、水素ガスの供給を開始する工程と、前記水素ガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスおよび水素ガスを供給しながら、前記モノシランガスの供給を停止させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、シリコン膜が成膜されたバリアメタル膜上にモノシランガスおよび水素ガスを供給しながらタングステン膜を成膜させることが可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することが可能となるとともに、段差被覆性の劣化を抑止しつつ、タングステン膜の膜厚均一性を確保することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、水素ガスの供給を開始してから、モノシランガスの供給を開始する工程と、前記モノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスおよび水素ガスを供給しながら、前記モノシランガスの供給を停止させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これにより、シリコン膜が成膜されたバリアメタル膜上にモノシランガスおよび水素ガスを供給しながらタングステン膜を成膜させることが可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することが可能となるとともに、段差被覆性の劣化を抑止しつつ、タングステン膜の膜厚均一性を確保することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、アルゴンおよびモノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスを供給しながら、前記アルゴンおよびモノシランガスを水素ガスに切り替える工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
これにより、シリコン膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となり、バリアメタル膜をシリコン膜で保護することが可能となるとともに、タングステン膜を成膜させる際に、モノシランガスおよびアルゴンで六フッ化タングステンガスを希釈することが可能となる。このため、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜のアタックを抑制することを可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制して、電流リークを低減することが可能となる。
【００１８】
また、モノシランガスおよび六フッ化タングステンガスを用いてタングステン核をバリアメタル膜上に形成した後、水素ガスおよび六フッ化タングステンガスを用いてバリアメタル膜を成膜させることが可能となり、バリアメタル膜上に成膜されるタングステン膜の膜厚均一性を確保しつつ、段差被覆性を向上させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の開口部を形成する工程と、前記開口部が形成された層間絶縁膜上にバリアメタル膜を形成する工程と、還元性ガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始することにより、前記バリアメタル膜上にタングステン膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする。
【００２０】
これにより、六フッ化タングステンガスを還元性ガスで希釈しながら、タングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させることが可能となる。このため、六フッ化タングステンガスが単独でバリアメタル膜をアタックすることを防止することが可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制して、電流リークを低減することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るタングステン膜の成膜方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００２２】
図１（ａ）において、半導体基板１には素子分離絶縁膜２が形成され、素子分離絶縁膜２で素子分離された半導体基板１には、シリサイド層３が形成されている。そして、シリサイド層３が形成された半導体基板１上には層間絶縁膜４が積層され、層間絶縁膜４には、シリサイド層３および半導体基板１を露出させる開口部５が形成されている。
【００２３】
なお、素子分離絶縁膜２としては、例えば、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）またはＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）などを用いることができる。また、シリサイド層３としては、例えば、Ｔｉシリサイド、Ｗシリサイド、ＭｏシリサイドまたはＣｏシリサイドなどを用いることができる
次に、図１（ｂ）に示すように、スパッタリングなどの方法により、開口部５が形成された絶縁膜４上にバリアメタル膜６を形成する。なお、バリアメタル膜６としては、例えば、Ｔｉ／ＴｉＮ構造を用いることができる。
【００２４】
次に、図１（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により、タングステン膜７をバリアメタル膜６上に形成する。なお、バリアメタル膜６上にタングステン膜７を形成する場合、例えば、ＷＦ６／ＳｉＨ４系ガスを用いてタングステン核をバリアメタル膜６上に形成した後、ＷＦ６／Ｈ２系ガスを用いてタングステン膜７を成膜させることができる。
【００２５】
ここで、ＷＦ６／ＳｉＨ４系ガスを用いてタングステン核をバリアメタル膜６上に形成することにより、ＴｉＮなどのバリアメタル膜６上でのタングステン膜の成長を促進させることを可能として、バリアメタル膜６上に成膜されるタングステン膜７の膜厚均一性を確保することができる。
また、タングステン核がバリアメタル膜６上に形成された後、ＷＦ６／Ｈ２系ガスを用いてタングステン膜７を成膜させることにより、バリアメタル膜６上に成膜されるタングステン膜７の段差被覆性を向上させることが可能となり、タングステン膜７を開口部５内に安定して埋め込むことが可能となる。
【００２６】
また、ＷＦ６／ＳｉＨ４系ガスを用いてタングステン核を形成する場合、ＳｉＨ４ガスをＷＦ６ガスより先に流し、バリアメタル膜６上にＳｉ膜を薄く成膜してから、タングステン膜７の成膜を開始させることができる。
これにより、タングステン膜７をバリアメタル膜６上に成膜させる際に、バリアメタル膜６をＳｉ膜で保護することが可能となる。このため、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜６の浸食を抑制することが可能となり、ＷＦ６ガスが半導体基板１内に拡散することを防止して、電流リークを低減することが可能となる。
【００２７】
図２は、本発明の第２実施形態に係るタングステン膜の成膜方法を示すタイミングチャートである。
図２において、時刻ｔ１にＳｉＨ４ガスの供給を開始した後、時刻ｔ２にＷＦ６ガスの供給を開始することにより、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させる。そして、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させた後、時刻ｔ３にＳｉＨ４ガスをＨ２ガスに切り替えることにより、タングステン核を核としてタングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる。
【００２８】
なお、ＳｉＨ４ガスの供給を開始する時刻ｔ１とＷＦ６ガスの供給を開始する時刻ｔ２との差は、例えば、２秒程度とすることができる。また、ＷＦ６ガスに対するＳｉＨ４ガスの流量比は０．２以上に設定することが好ましく、例えば、（ＷＦ６ガスの流量）：（ＳｉＨ４ガスの流量）＝６７：３３とすることができる。
これにより、Ｓｉ膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となり、タングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる際に、バリアメタル膜をＳｉ膜で保護することが可能となる。このため、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することが可能となり、電流リークを低減することが可能となる。
【００２９】
また、タングステン核がバリアメタル膜上に形成された後、ＳｉＨ４ガスをＨ２ガスに切り替えることにより、バリアメタル膜上に成膜されるタングステン膜の膜厚均一性を確保しつつ、段差被覆性を向上させることが可能となり、製造歩留まりを向上させることが可能となる。
図３は、本発明の第３実施形態に係るタングステン膜の成膜方法を示すタイミングチャートである。
【００３０】
図３において、時刻ｔ１１にＳｉＨ４ガスの供給を開始した後、時刻ｔ１２にＷＦ６ガスおよびＨ２ガスの供給を開始することにより、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させる。そして、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させた後、ＷＦ６ガスおよびＨ２ガスを供給しながら、時刻ｔ１３にＳｉＨ４ガスの供給を停止させることにより、タングステン核を核としてタングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる。
【００３１】
なお、ＳｉＨ４ガスの供給を開始する時刻ｔ１１とＷＦ６ガスおよびＨ２ガスの供給を開始する時刻ｔ１２との差は、例えば、２秒程度とすることができる。また、ＷＦ６ガスに対するＳｉＨ４ガスの流量比は０．２以上に設定することが好ましく、例えば、（ＷＦ６ガスの流量）：（ＳｉＨ４ガスの流量）＝６７：３３とすることができる。さらに、ＷＦ６ガスに対するＨ２ガスの流量比は４０倍以上に設定することが好ましい。
【００３２】
これにより、Ｓｉ膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となるとともに、タングステン膜を成膜させる際に、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスでＷＦ６ガスを希釈することが可能となり、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することを可能として、電流リークを低減することが可能となる。
また、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを供給しながらタングステン核を成長させることにより、段差被覆性の劣化を抑止しつつ、タングステン膜の膜厚均一性を確保することが可能となるとともに、Ｈ２ガスおよびＷＦ６ガスを流しながらＳｉＨ４ガスの流れを途中で停止させ、タングステン核を核としてタングステン膜を成膜させることで、段差被覆性を向上させることが可能となる。
【００３３】
図４は、本発明の第４実施形態に係るタングステン膜の成膜方法を示すタイミングチャートである。
図４において、時刻ｔ２１にＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの供給を開始した後、時刻ｔ２２にＷＦ６ガスの供給を開始することにより、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させる。そして、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させた後、ＷＦ６ガスおよびＨ２ガスを供給しながら、時刻ｔ２３にＳｉＨ４ガスの供給を停止させることにより、タングステン核を核としてタングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる。
【００３４】
なお、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの供給を開始する時刻ｔ２１とＷＦ６ガスの供給を開始する時刻ｔ２２との差は、例えば、２秒程度とすることができる。また、ＷＦ６ガスに対するＳｉＨ４ガスの流量比は０．２以上に設定することが好ましく、例えば、（ＷＦ６ガスの流量）：（ＳｉＨ４ガスの流量）＝６７：３３とすることができる。さらに、ＷＦ６ガスに対するＨ２ガスの流量比は４０倍以上に設定することが好ましい。
【００３５】
これにより、Ｓｉ膜が成膜されたバリアメタル膜上にＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを供給しながらタングステン膜を成膜させることが可能となり、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することが可能となるとともに、段差被覆性の劣化を抑止しつつ、タングステン膜の膜厚均一性を確保することが可能となる。
図５は、本発明の第５実施形態に係るタングステン膜の成膜方法を示すタイミングチャートである。
【００３６】
図５において、時刻ｔ３１にＨ２ガスの供給を開始した後、時刻ｔ３２にＳｉＨ４ガスの供給を開始し、その後の時刻ｔ３３にＷＦ６ガスの供給を開始することにより、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させる。そして、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させた後、ＷＦ６ガスおよびＨ２ガスを供給しながら、時刻ｔ３４にＳｉＨ４ガスの供給を停止させることにより、タングステン核を核としてタングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる。
【００３７】
なお、Ｈ２ガスの供給を開始する時刻ｔ３１とＳｉＨ４ガスの供給を開始する時刻ｔ３２との差は、例えば、１秒程度とすることができる。また、ＳｉＨ４ガスの供給を開始する時刻ｔ３２とＷＦ６ガスの供給を開始する時刻ｔ３３との差は、例えば、２秒程度とすることができる。また、ＷＦ６ガスに対するＳｉＨ４ガスの流量比は０．２以上に設定することが好ましく、例えば、（ＷＦ６ガスの流量）：（ＳｉＨ４ガスの流量）＝６７：３３とすることができる。さらに、ＷＦ６ガスに対するＨ２ガスの流量比は４０倍以上に設定することが好ましい。
【００３８】
これにより、Ｓｉ膜が成膜されたバリアメタル膜上にＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを供給しながらタングステン膜を成膜させることが可能となり、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することが可能となるとともに、段差被覆性の劣化を抑止しつつ、タングステン膜の膜厚均一性を確保することが可能となる。図６は、本発明の第６実施形態に係るタングステン膜の成膜方法を示すタイミングチャートである。
【００３９】
図６において、時刻ｔ４１にＳｉＨ４ガスおよびＡｒガスの供給を開始した後、時刻ｔ４２にＷＦ６ガスの供給を開始することにより、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させる。そして、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させた後、時刻ｔ４３にＳｉＨ４ガスおよびＡｒガスをＨ２ガスに切り替えることにより、タングステン核を核としてタングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる。
【００４０】
なお、ＳｉＨ４ガスおよびＡｒガスの供給を開始する時刻ｔ４１とＷＦ６ガスの供給を開始する時刻ｔ４２との差は、例えば、２秒程度とすることができる。また、ＷＦ６ガスに対するＳｉＨ４ガスの流量比は０．２以上に設定することが好ましく、例えば、（ＷＦ６ガスの流量）：（ＳｉＨ４ガスの流量）＝６７：３３とすることができる。
【００４１】
これにより、Ｓｉ膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となり、バリアメタル膜をＳｉ膜で保護することが可能となるとともに、タングステン膜を成膜させる際に、ＳｉＨ４ガスおよびＡｒガスでＷＦ６ガスを希釈することが可能となる。このため、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜のアタックを抑制することを可能となり、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制して、電流リークを低減することが可能となる。
【００４２】
また、ＳｉＨ４ガスおよびＷＦ６ガスを用いてタングステン核をバリアメタル膜上に形成した後、Ｈ２ガスおよびＷＦ６ガスを用いてバリアメタル膜を成膜させることが可能となり、バリアメタル膜上に成膜されるタングステン膜の膜厚均一性を確保しつつ、段差被覆性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図２】第２実施形態に係る成膜方法を示すタイミングチャート。
【図３】第３実施形態に係る成膜方法を示すタイミングチャート。
【図４】第４実施形態に係る成膜方法を示すタイミングチャート。
【図５】第５実施形態に係る成膜方法を示すタイミングチャート。
【図６】第６実施形態に係る成膜方法を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１ 半導体基板、２ 素子分離絶縁膜、３ シリサイド層、４ 層間絶縁膜、５ 開口部、６ バリアメタル膜、７ タングステン膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a tungsten film and a method for manufacturing a semiconductor device, and is particularly suitable for application to a method for forming a tungsten film using a WF 6 (tungsten hexafluoride) -based gas.
[0002]
[Prior art]
In conventional tungsten film formation methods, a barrier metal film such as TiN is used as an adhesion layer in order to improve adhesion between the tungsten film and the insulating film.
On the other hand, in Patent Document 1, in order to suppress the occurrence of abnormal film formation by tungsten, when CVD using WF 6 (tungsten hexafluoride) / SiH 4 (monosilane) -based gas is performed, H 2 gas is used. A method for preventing reduction is disclosed.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2000-77357 A [0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional tungsten film formation method, when the response speed of the WF 6 gas in the mass flow controller is faster than the response speed of the SiH 4 gas, the WF 6 gas erodes the barrier metal film such as TiN, and the barrier metal film There is a problem of causing current leakage because of diffusion to the lower semiconductor substrate.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a tungsten film forming method and a semiconductor device manufacturing method capable of forming a tungsten film while suppressing erosion of the barrier metal film by WF 6 gas. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to the method for forming a tungsten film according to one embodiment of the present invention, the supply of the reducing gas is started, and then the supply of the tungsten hexafluoride gas is started. A tungsten film is formed.
Thereby, even when the response speed of the tungsten hexafluoride gas in the mass flow controller is faster than the response speed of the reducing gas, the tungsten film can be formed while diluting the tungsten hexafluoride gas with the reducing gas. It becomes possible. For this reason, it becomes possible to prevent the tungsten hexafluoride gas from attacking the barrier metal film alone, and it is possible to suppress the erosion of the barrier metal film by the tungsten hexafluoride gas and reduce the current leakage. It becomes.
[0007]
In addition, according to the method for forming a tungsten film according to one embodiment of the present invention, a step of forming a protective film on the barrier metal film, and forming a tungsten film on the barrier metal film on which the protective film has been formed. And a film forming step.
This makes it possible to form a tungsten film after forming a thin protective film, and to protect the barrier metal film from attack by tungsten hexafluoride gas. Therefore, erosion of the barrier metal film by the tungsten hexafluoride gas can be suppressed, diffusion of the tungsten hexafluoride gas can be prevented, and current leakage can be reduced.
[0008]
In addition, according to the method for forming a tungsten film according to one embodiment of the present invention, the process of starting the supply of the tungsten hexafluoride gas after starting the supply of the monosilane gas, and after the tungsten nucleus is formed, A step of switching the monosilane gas to hydrogen gas while supplying tungsten hexafluoride gas.
[0009]
This makes it possible to form a tungsten film after forming a thin silicon film. For this reason, when the tungsten film is formed on the barrier metal film, the barrier metal film can be protected by the silicon film, and the erosion of the barrier metal film by the tungsten hexafluoride gas can be suppressed. Current leakage can be reduced.
[0010]
In addition, after the tungsten nuclei are formed on the barrier metal film, the monosilane gas is switched to hydrogen gas, thereby improving the step coverage while ensuring the uniformity of the tungsten film thickness formed on the barrier metal film. Therefore, the manufacturing yield can be improved.
According to the method for forming a tungsten film according to one embodiment of the present invention, the process of starting the supply of the tungsten hexafluoride gas and the hydrogen gas after starting the supply of the monosilane gas and the tungsten nucleus are formed. And a step of stopping the supply of the monosilane gas while supplying the tungsten hexafluoride gas and the hydrogen gas.
[0011]
As a result, a tungsten film can be formed after a thin silicon film is formed, and a tungsten hexafluoride gas can be diluted with monosilane gas and hydrogen gas when the tungsten film is formed. Thus, erosion of the barrier metal film by tungsten hexafluoride gas can be suppressed, and current leakage can be reduced.
[0012]
In addition, it is possible to form a tungsten film while supplying monosilane gas and hydrogen gas, and it is possible to ensure uniformity of the thickness of the tungsten film while suppressing deterioration in step coverage, and It is possible to improve the step coverage by stopping the flow in the middle.
According to the tungsten film formation method of one embodiment of the present invention, the process of starting the supply of the hydrogen gas after the supply of the monosilane gas is started, and the process of starting the supply of the hydrogen gas, A step of starting the supply of the tungsten fluoride gas, and a step of stopping the supply of the monosilane gas while supplying the tungsten hexafluoride gas and the hydrogen gas after the tungsten nucleus is formed. .
[0013]
As a result, it becomes possible to form a tungsten film while supplying monosilane gas and hydrogen gas onto the barrier metal film on which the silicon film is formed, and to suppress erosion of the barrier metal film by tungsten hexafluoride gas. It becomes possible, and it becomes possible to ensure the uniformity of the film thickness of the tungsten film while suppressing the deterioration of the step coverage.
[0014]
According to the tungsten film formation method of one embodiment of the present invention, the process of starting the supply of the monosilane gas after starting the supply of the hydrogen gas, and the process of starting the supply of the monosilane gas, And a step of stopping the supply of the monosilane gas while supplying the tungsten hexafluoride gas and the hydrogen gas after the tungsten nucleus is formed.
[0015]
As a result, it becomes possible to form a tungsten film while supplying monosilane gas and hydrogen gas onto the barrier metal film on which the silicon film is formed, and to suppress erosion of the barrier metal film by tungsten hexafluoride gas. It becomes possible, and it becomes possible to ensure the uniformity of the film thickness of the tungsten film while suppressing the deterioration of the step coverage.
[0016]
According to the method for forming a tungsten film according to one embodiment of the present invention, the process of starting the supply of tungsten hexafluoride gas after the supply of argon and monosilane gas is started, and after the tungsten nucleus is formed And a step of switching the argon and monosilane gas to hydrogen gas while supplying the tungsten hexafluoride gas.
[0017]
This makes it possible to form a tungsten film after forming a thin silicon film, and to protect the barrier metal film with the silicon film. In addition, when the tungsten film is formed, monosilane gas and It becomes possible to dilute the tungsten hexafluoride gas with argon. For this reason, it becomes possible to suppress the attack of the barrier metal film by the tungsten hexafluoride gas, to suppress the erosion of the barrier metal film by the tungsten hexafluoride gas, and to reduce the current leakage.
[0018]
In addition, it becomes possible to form a barrier metal film using hydrogen gas and tungsten hexafluoride gas after forming tungsten nuclei on the barrier metal film using monosilane gas and tungsten hexafluoride gas. It is possible to improve the step coverage while ensuring the film thickness uniformity of the tungsten film formed thereon.
[0019]
In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a step of forming an interlayer insulating film over a semiconductor substrate, a step of forming an opening of the interlayer insulating film, and the opening are formed. Forming a barrier metal film on the interlayer insulating film, and starting the supply of the reducing gas, and then starting the supply of the tungsten hexafluoride gas, thereby forming the tungsten film on the barrier metal film And a step of performing.
[0020]
As a result, the tungsten film can be formed on the barrier metal film while diluting the tungsten hexafluoride gas with the reducing gas. For this reason, it becomes possible to prevent the tungsten hexafluoride gas from attacking the barrier metal film alone, and it is possible to suppress the erosion of the barrier metal film by the tungsten hexafluoride gas and reduce the current leakage. It becomes.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a tungsten film forming method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
[0022]
In FIG. 1A, an element isolation insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate 1, and a silicide layer 3 is formed on the semiconductor substrate 1 separated by the element isolation insulating film 2. An interlayer insulating film 4 is laminated on the semiconductor substrate 1 on which the silicide layer 3 is formed, and the interlayer insulating film 4 has an opening 5 that exposes the silicide layer 3 and the semiconductor substrate 1.
[0023]
As the element isolation insulating film 2, for example, LOCOS (Local Oxidation Of Silicon) or STI (Shallow Trench Isolation) can be used. For example, Ti silicide, W silicide, Mo silicide, or Co silicide can be used as the silicide layer 3. Next, as shown in FIG. 1B, the opening 5 is formed by a method such as sputtering. A barrier metal film 6 is formed on the formed insulating film 4. As the barrier metal film 6, for example, a Ti / TiN structure can be used.
[0024]
Next, as shown in FIG. 1C, a tungsten film 7 is formed on the barrier metal film 6 by the CVD method. When the tungsten film 7 is formed on the barrier metal film 6, for example, a tungsten nucleus is formed on the barrier metal film 6 using a WF 6 / SiH 4 gas, and then a WF 6 / H 2 gas is used. Thus, the tungsten film 7 can be formed.
[0025]
Here, by forming tungsten nuclei on the barrier metal film 6 using a WF 6 / SiH 4 -based gas, the growth of the tungsten film on the barrier metal film 6 such as TiN can be promoted, and the barrier Uniform film thickness of the tungsten film 7 formed on the metal film 6 can be ensured.
Further, after the tungsten nucleus is formed on the barrier metal film 6, the tungsten film 7 is formed on the barrier metal film 6 by forming the tungsten film 7 using a WF 6 / H 2 gas. The step coverage can be improved, and the tungsten film 7 can be stably embedded in the opening 5.
[0026]
Further, when forming a tungsten nucleus using a WF 6 / SiH 4 gas, the SiH 4 gas is flowed before the WF 6 gas to form a thin Si film on the barrier metal film 6, and then the tungsten film 7. The film formation can be started.
Thereby, when the tungsten film 7 is formed on the barrier metal film 6, the barrier metal film 6 can be protected by the Si film. Therefore, erosion of the barrier metal film 6 by the WF 6 gas can be suppressed, and the WF 6 gas can be prevented from diffusing into the semiconductor substrate 1 and current leakage can be reduced.
[0027]
FIG. 2 is a timing chart showing a method of forming a tungsten film according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 2, after the supply of SiH 4 gas is started at time t1, the supply of WF 6 gas is started at time t2, thereby growing tungsten nuclei on the barrier metal film. Then, after growing tungsten nuclei on the barrier metal film, the SiH 4 gas is switched to H 2 gas at time t3, thereby forming the tungsten film on the barrier metal film with the tungsten nuclei serving as nuclei.
[0028]
The difference between the time t1 at which the supply of SiH 4 gas is started and the time t2 at which the supply of WF 6 gas is started can be set to about 2 seconds, for example. The flow rate ratio of SiH 4 gas to WF 6 gas is preferably set to 0.2 or more. For example, (flow rate of WF 6 gas) :( flow rate of SiH 4 gas) = 67: 33. .
As a result, it becomes possible to form a tungsten film after forming a thin Si film, and it is possible to protect the barrier metal film with the Si film when the tungsten film is formed on the barrier metal film. Become. For this reason, it becomes possible to suppress the erosion of the barrier metal film by the WF 6 gas, and to reduce the current leakage.
[0029]
Further, after the tungsten nuclei are formed on the barrier metal film, the SiH 4 gas is switched to the H 2 gas to ensure the uniformity of the film thickness of the tungsten film formed on the barrier metal film, and to cover the step. Thus, it is possible to improve the manufacturing yield.
FIG. 3 is a timing chart showing a method for forming a tungsten film according to the third embodiment of the present invention.
[0030]
In FIG. 3, after the supply of SiH 4 gas is started at time t11, the supply of WF 6 gas and H 2 gas is started at time t12, thereby growing tungsten nuclei on the barrier metal film. Then, after the tungsten nuclei are grown on the barrier metal film, the supply of the SiH 4 gas is stopped at time t13 while the WF 6 gas and the H 2 gas are supplied, so that the tungsten film becomes the barrier using the tungsten nuclei as a nucleus. A film is formed on the metal film.
[0031]
Note that the difference between the time t11 at which the supply of SiH 4 gas is started and the time t12 at which the supply of WF 6 gas and H 2 gas is started can be, for example, about 2 seconds. The flow rate ratio of SiH 4 gas to WF 6 gas is preferably set to 0.2 or more. For example, (flow rate of WF 6 gas) :( flow rate of SiH 4 gas) = 67: 33. . Furthermore, the flow rate ratio of H 2 gas to WF 6 gas is preferably set to 40 times or more.
[0032]
This makes it possible to form a tungsten film after forming a thin Si film, and to dilute the WF 6 gas with SiH 4 gas and H 2 gas when forming the tungsten film. It becomes possible to suppress the erosion of the barrier metal film by the WF 6 gas, and to reduce the current leakage.
Further, by growing tungsten nuclei while supplying SiH 4 gas and H 2 gas, it becomes possible to ensure the uniformity of the film thickness of the tungsten film while suppressing the deterioration of the step coverage, and H 2. The step coverage can be improved by stopping the flow of the SiH 4 gas while flowing the gas and the WF 6 gas and forming a tungsten film with the tungsten nucleus as the nucleus.
[0033]
FIG. 4 is a timing chart showing a method for forming a tungsten film according to the fourth embodiment of the present invention.
In FIG. 4, after the supply of SiH 4 gas and H 2 gas is started at time t21, the supply of WF 6 gas is started at time t22, thereby growing tungsten nuclei on the barrier metal film. Then, after the tungsten nuclei are grown on the barrier metal film, the supply of the SiH 4 gas is stopped at time t23 while the WF 6 gas and the H 2 gas are supplied, so that the tungsten film becomes the barrier using the tungsten nuclei as a nucleus. A film is formed on the metal film.
[0034]
The difference between the time t21 at which the supply of SiH 4 gas and H 2 gas is started and the time t22 at which the supply of WF 6 gas is started can be set to, for example, about 2 seconds. The flow rate ratio of SiH 4 gas to WF 6 gas is preferably set to 0.2 or more. For example, (flow rate of WF 6 gas) :( flow rate of SiH 4 gas) = 67: 33. . Furthermore, the flow rate ratio of H 2 gas to WF 6 gas is preferably set to 40 times or more.
[0035]
This makes it possible to form a tungsten film while supplying SiH 4 gas and H 2 gas on the barrier metal film on which the Si film is formed, and to suppress the erosion of the barrier metal film by the WF 6 gas. In addition, it is possible to ensure the uniformity of the film thickness of the tungsten film while suppressing the deterioration of the step coverage.
FIG. 5 is a timing chart showing a method for forming a tungsten film according to the fifth embodiment of the present invention.
[0036]
In FIG. 5, after the supply of H 2 gas is started at time t31, the supply of SiH 4 gas is started at time t32, and then the supply of WF 6 gas is started at time t33. Grows tungsten nuclei. Then, after the tungsten nuclei are grown on the barrier metal film, the supply of the SiH 4 gas is stopped at time t34 while the WF 6 gas and the H 2 gas are supplied, so that the tungsten film becomes the barrier using the tungsten nuclei as a nucleus. A film is formed on the metal film.
[0037]
The difference between the time t31 at which the supply of H 2 gas is started and the time t32 at which the supply of SiH 4 gas is started can be set to about 1 second, for example. Further, the difference between the time t32 at which the supply of SiH 4 gas is started and the time t33 at which the supply of WF 6 gas is started can be set to about 2 seconds, for example. The flow rate ratio of SiH 4 gas to WF 6 gas is preferably set to 0.2 or more. For example, (flow rate of WF 6 gas) :( flow rate of SiH 4 gas) = 67: 33. . Furthermore, the flow rate ratio of H 2 gas to WF 6 gas is preferably set to 40 times or more.
[0038]
This makes it possible to form a tungsten film while supplying SiH 4 gas and H 2 gas on the barrier metal film on which the Si film is formed, and to suppress the erosion of the barrier metal film by the WF 6 gas. In addition, it is possible to ensure the uniformity of the film thickness of the tungsten film while suppressing the deterioration of the step coverage. FIG. 6 is a timing chart showing a method for forming a tungsten film according to the sixth embodiment of the present invention.
[0039]
In FIG. 6, after the supply of SiH 4 gas and Ar gas is started at time t41, the supply of WF 6 gas is started at time t42, thereby growing tungsten nuclei on the barrier metal film. Then, after growing tungsten nuclei on the barrier metal film, the tungsten film is formed on the barrier metal film with the tungsten nuclei serving as nuclei by switching the SiH 4 gas and Ar gas to H 2 gas at time t43.
[0040]
Note that the difference between the time t41 at which the supply of SiH 4 gas and Ar gas is started and the time t42 at which the supply of WF 6 gas is started can be, for example, about 2 seconds. The flow rate ratio of SiH 4 gas to WF 6 gas is preferably set to 0.2 or more. For example, (flow rate of WF 6 gas) :( flow rate of SiH 4 gas) = 67: 33. .
[0041]
Accordingly, it becomes possible to form a tungsten film after forming a thin Si film, and it becomes possible to protect the barrier metal film with the Si film, and at the time of forming the tungsten film, SiH 4 It becomes possible to dilute the WF 6 gas with gas and Ar gas. Therefore, it becomes possible to suppress the attack of the barrier metal film by WF 6 gas, to suppress the erosion of the barrier metal film by WF 6 gas, it is possible to reduce the current leakage.
[0042]
Further, after forming tungsten nuclei on the barrier metal film using SiH 4 gas and WF 6 gas, it becomes possible to form a barrier metal film using H 2 gas and WF 6 gas. It is possible to improve the step coverage while ensuring the uniformity of the thickness of the tungsten film formed on the substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a timing chart showing a film forming method according to a second embodiment.
FIG. 3 is a timing chart showing a film forming method according to a third embodiment.
FIG. 4 is a timing chart showing a film forming method according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a timing chart showing a film forming method according to a fifth embodiment.
FIG. 6 is a timing chart showing a film forming method according to a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 semiconductor substrate, 2 element isolation insulating film, 3 silicide layer, 4 interlayer insulating film, 5 opening, 6 barrier metal film, 7 tungsten film

Claims (8)

還元性ガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始することにより、タングステン膜を成膜することを特徴とするタングステン膜の成膜方法。A tungsten film forming method, wherein a tungsten film is formed by starting supplying a reducing gas and then starting supplying tungsten hexafluoride gas. バリアメタル膜上に保護膜を成膜させる工程と、
前記保護膜が成膜されたバリアメタル膜上にタングステン膜を成膜する工程とを備えることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。Forming a protective film on the barrier metal film;
And a step of forming a tungsten film on the barrier metal film on which the protective film is formed. モノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、
タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスを供給しながら、前記モノシランガスを水素ガスに切り替える工程とを備えることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。A process of starting the supply of tungsten hexafluoride gas after starting the supply of monosilane gas;
And a step of switching the monosilane gas to hydrogen gas while supplying the tungsten hexafluoride gas after the tungsten nuclei are formed. モノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスおよび水素ガスの供給を開始する工程と、
タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスおよび水素ガスを供給しながら、前記モノシランガスの供給を停止させる工程とを備えることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。A process of starting supply of tungsten hexafluoride gas and hydrogen gas after starting supply of monosilane gas;
And a step of stopping the supply of the monosilane gas while supplying the tungsten hexafluoride gas and the hydrogen gas after the tungsten nuclei are formed. モノシランガスの供給を開始してから、水素ガスの供給を開始する工程と、
前記水素ガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、
タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスおよび水素ガスを供給しながら、前記モノシランガスの供給を停止させる工程とを備えることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。Starting the supply of hydrogen gas after starting the supply of monosilane gas;
Starting the supply of hydrogen gas and then starting the supply of tungsten hexafluoride gas;
And a step of stopping the supply of the monosilane gas while supplying the tungsten hexafluoride gas and the hydrogen gas after the tungsten nuclei are formed. 水素ガスの供給を開始してから、モノシランガスの供給を開始する工程と、
前記モノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、
タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスおよび水素ガスを供給しながら、前記モノシランガスの供給を停止させる工程とを備えることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。Starting the supply of monosilane gas after starting the supply of hydrogen gas;
Starting the supply of tungsten hexafluoride gas after starting the supply of the monosilane gas;
And a step of stopping the supply of the monosilane gas while supplying the tungsten hexafluoride gas and the hydrogen gas after the tungsten nuclei are formed. アルゴンおよびモノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、
タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスを供給しながら、前記アルゴンおよびモノシランガスを水素ガスに切り替える工程とを備えることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。Starting the supply of tungsten hexafluoride gas after starting the supply of argon and monosilane gas;
And a step of switching the argon and monosilane gas to hydrogen gas while supplying the tungsten hexafluoride gas after the tungsten nucleus is formed. 半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の開口部を形成する工程と、
前記開口部が形成された層間絶縁膜上にバリアメタル膜を形成する工程と、
還元性ガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始することにより、前記バリアメタル膜上にタングステン膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Forming an opening of the interlayer insulating film;
Forming a barrier metal film on the interlayer insulating film in which the opening is formed;
And a step of forming a tungsten film on the barrier metal film by starting the supply of the tungsten hexafluoride gas after the supply of the reducing gas is started. .
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