JP2684960B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
関し、特にコンタクトホールの埋め込み工程を有する半
導体装置の製造方法に関する。
ンタクトホールの径は１μｍ以下に微細化されている。
従来の金属配線層の形成方法としてはアルミニウムのス
パッタ法が用いられてきたが、これらの微細なコンタク
トホールにおいては被覆率が悪い、エレクトロマイグレ
ーション、ストレスマイグレーション耐性が悪いなど、
半導体装置の信頼性を低下させる原因となっていた。
ＶＤ法を用いたタングステンによるコンタクトホール埋
め込み方法がある。これについて説明すると、図４に示
すように、拡散層１等を形成したシリコン基板２上にＢ
ＰＳＧ膜３を成膜後、拡散層１に達するコンタクトホー
ル４を開口する。次に、チタン、続いて窒化チタンをス
パッタさせて、タングステンに対して密着層とバリア層
の役割をするチタン膜／窒化チタン膜５を形成する。次
に、タングステンをＣＶＤ法により成膜する。この際成
膜は２段階で行う。１段階目ではＷＦ6 ガスをＳｉＨ4
ガスで還元（この時、図５に示すように、先ず時刻ｔ０
からＳｉＨ4 ガスを流し、次いで時刻ｔ１からＷＦ6 ガ
スを流して混合する）し窒化チタン膜表面に数ｎｍ程度
のタングステン膜６を成膜させる。この膜は、次に延べ
る２段階目の成膜の時のＷＦ6 ガスによるコンタクトホ
ール底部に対する侵食を抑える効果があり、拡散層１と
シリコン基板２とのＰＮ接合の漏れ電流を抑えるためで
ある。２段階目ではＷＦ6ガスをＨ2 ガスで還元しコン
タクトホール全体をタングステン７で埋め込む。この水
素還元法によるタングステン膜は被覆性に優れているた
め、コンタクトホール中心部に発生する空孔８の発生を
少なくすることができる。
ール径が０．５μｍ以下まで微細化してくるとこの方法
でも空孔なく完全に埋め込むことが困難になってくる。
この原因の１つは、１段階目の成膜におけるＳｉＨ4 ガ
スによるＷＦ6 ガスの還元反応が、これらの成膜ガスの
拡散律速状態で起こっているためである。拡散層１の表
面近傍まで拡散してきた成膜ガスは基板表面に達すると
その場で反応してしまうので、コンタクトホール底部に
近づくほど拡散してくる割合が低くなる。この反応が進
行していくとコンタクトホールは次第にオーバーハング
形状になり、水素還元によるタングステンの成膜を行っ
ても空孔なく埋め込むことはできなくなる。また、コン
タクトホール底部ではＳｉＨ4 還元法によるタングステ
ン膜６の膜厚が薄くなるため、水素還元法によるタング
ステン膜の成膜時にバリア（５）の不完全部分でタング
ステンの食い込みが起こり漏れ電流に対する耐性が低く
なる問題もある。
造方法は、半導体チップの所定の層間絶縁膜に下層の導
電領域に達するコンタクトホールを形成し、ＳｉＨ4 ガ
スに続いてＷＦ6 ガスを供給してタングステン膜を全面
に堆積させることによって前記コンタクトホールを埋め
る工程を有する半導体装置の製造方法において、少なく
とも前記ＷＦ6ガスの流量を周期的に変化させてＳｉＨ
4 ガスが過剰な状態とＷＦ 6 ガスが過剰な状態とを交互
に繰り返して作り出すことによって前記コンタクトホー
ル部に空孔が発生するのを防止するというものである。
ｉＨ4 →Ｗ＋１．５ＳｉＦ4 ＋３Ｈ2 または、ＷＦ6 ＋
２ＳｉＨ4 →Ｗ＋２ＳｉＨＦ3 ＋３Ｈ2 という反応を起
こしてタングステン膜を成膜している。つまり、ＷＦ6
ガスに対してＳｉＨ4 ガスは１．５〜２倍必要となって
いる。本発明のように、流量比を周期的に変化させる
と、ＳｉＨ4 ガスが過剰な状態とＷＦ6 ガスが過剰な状
態を交互に繰り返しに作り出すことができる。過剰なガ
スは表面で反応することができないためにコンタクトホ
ール内部等に拡散する。この後、他方のガスが過剰な状
態になるとそのガスもコンタクトホール内部に拡散し反
応を起こしてタングステンを成膜する。このようにガス
の過剰状態を交互に作り出すことにより成膜ガスがコン
タクトホール内部へ拡散する割合が高まり、空孔なくコ
ンタクトホールを埋め込むことができる。
て説明する。
ガスの流量の時間的変化を示すタイムチャート、図３
（ａ）〜（ｃ）はこの実施例の説明のための工程順断面
図である。
して拡散層１等を形成したシリコン基板２上にＢＰＳＧ
膜３を堆積し、拡散層に達するコンタクトホール４を開
孔し、チタン膜／窒化チタン膜５を成膜する。
還元法によりタングステン膜６を成膜する。すなわち、
圧力を１０Ｔｏｒｒ以下、好ましくは３Ｔｏｒｒ、温度
を４００〜５００℃、好ましくは４５０℃、反応キャリ
アガスとしてＡｒを用いる。図１に示すように、まず、
時刻ｔ０ａにＳｉＨ4 ガスを導入する。その後、時刻ｔ
１ａにＷＦ6 ガスを徐々に導入し、ＳｉＨ4 ／ＷＦ6 の
流量比が２／３〜１／３になる（時刻ｔ２ａ）まで増加
させる。この状態ではＷＦ6 ガス過剰の状態になりコン
タクトホール内部にＷＦ6 ガスが多量に拡散する。次
に、ＳｉＨ4 ガスを徐々に増加させるか、図１に示すよ
うに、ＷＦ6 ガスを徐々に減少させ、ＳｉＨ4 ／ＷＦ6
の流量比が５／１〜１０／１になる（時刻ｔ３ａ）まで
変化させる。この状態ではＳｉＨ4 ガス過剰の状態にな
る。このときコンタクトホール内部ではＷＦ6 ガスとＳ
ｉＨ4 ガスが反応しタングステン膜が成膜される。その
後、ガス流量を徐々に時刻ｔ２ａの状態に戻す（時刻ｔ
４ａ）。このようなサイクルを繰り返すことで過剰な状
態の時に拡散した成膜ガス同士をコンタクトホール中で
反応させオーバーハングを起こらなくさせる。このよう
にして厚さ５０ｎｍのタングステン膜を形成する場合、
ガス流量比の増減のサイクルを３回、合計１分で成膜す
ることができる。
2 ガスを用いて、図３（ｃ）に示すように、コンタクト
ホールをタングステン膜７で埋め込む。タングステン膜
６によるオーバーハングが殆んどないので、タングステ
ン膜７中に空孔が生じる危険性は緩和される。
ガスの流量の時間的変化を示すタイムチャートである。
トホールを開孔した基板上にスパッタ法によりチタン膜
／窒化チタン膜を成膜する。そして、図２に示すよう
に、時刻ｔ０ｂにＳｉＨ4 ガスを導入する。この状態で
は、ＳｉＨ4 ガスは反応するガスが無いためコンタクト
ホール内部を含めた基板全体に均一に拡散している。次
に、時刻ｔ１ｂにＷＦ6 ガスを導入し、それと同時にＳ
ｉＨ4 ガスを止める。この状態では、先に基板上に拡散
したＳｉＨ4 ガスとＷＦ6 ガスが反応するため成膜はコ
ンタクトホール内部でも基板表面と同様に起こる。ま
た、反応できなかったＷＦ6 ガスは、ＳｉＨ4 ガスと同
様にしてコンタクトホール内部を含めた基板全体に均一
に拡散する。この後、時刻ｔ２ｂに、ＳｉＨ4 ガスを導
入し、ＷＦ6ガスの供給を止めると、上述と同様の理由
から、コンタクトホール内部での反応が基板表面と同様
に起こる。このようなサイクルを繰り返すと基板表面で
形成されるタングステン膜とコンタクトホール内部で成
膜されるタングステン膜の膜厚に差がなくなるため第１
の実施例よりもさらにオーバーハングが起こりにくくな
る。
膜を成膜した後、Ｈ2 ガスとＷＦ6ガスを用いて２段階
目の成膜を行うことで、空孔のないタングステン膜によ
るコンタクトホール埋め込みを行なうことが可能とな
る。
方法によれば、０．５μｍ以下の径のコンタクトホール
であっても空孔なくタングステン膜で埋め込むことが可
能となる。また、ＳｉＨ4 還元法により成膜されたコン
タクトホール底部のタングステン膜厚が従来の製造方法
と比べ増加するため、漏れ電流に対する耐性が高まる効
果がある。
すタイムチャートである。
すタイムチャートである。
分図して示す工程順断面図である。
タイムチャートである。
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体チップの所定の層間絶縁膜に下層
の導電領域に達するコンタクトホールを形成し、ＳｉＨ
4 ガスに続いてＷＦ6 ガスを供給してタングステン膜を
全面に堆積させることによって前記コンタクトホールを
埋める工程を有する半導体装置の製造方法において、少
なくとも前記ＷＦ6 ガスの流量を周期的に変化させてＳ
ｉＨ 4 ガスが過剰な状態とＷＦ 6 ガスが過剰な状態とを
交互に繰り返して作り出すことによって前記コンタクト
ホール部に空孔が発生するのを防止することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 コンタクトホールの底部にチタン膜と窒
化チタン膜を順次に堆積させたのちタングステン膜を成
長させる請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 ＳｉＨ4 ガスの流量とＷＦ6 ガスの流量
とを互いに逆方向に増減させる請求項１または２記載の
半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5163374A JP2684960B2 (ja) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5163374A JP2684960B2 (ja) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722414A JPH0722414A (ja) | 1995-01-24 |
| JP2684960B2 true JP2684960B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=15772673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5163374A Expired - Lifetime JP2684960B2 (ja) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2684960B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
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| TW581822B (en) * | 2001-07-16 | 2004-04-01 | Applied Materials Inc | Formation of composite tungsten films |
| JP7496725B2 (ja) * | 2020-07-20 | 2024-06-07 | 東京エレクトロン株式会社 | エッチング方法およびエッチング装置 |
Family Cites Families (4)
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|---|---|---|---|---|
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| JPH02277231A (ja) * | 1989-04-18 | 1990-11-13 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置の製造方法およびそれに用いる製造装置 |
| JPH04765A (ja) * | 1990-04-17 | 1992-01-06 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH05114578A (ja) * | 1991-10-22 | 1993-05-07 | Matsushita Electron Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-07-01 JP JP5163374A patent/JP2684960B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0722414A (ja) | 1995-01-24 |
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