JP2874277B2 - タングステンプラグの形成方法 - Google Patents
タングステンプラグの形成方法Info
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- JP2874277B2 JP2874277B2 JP10967090A JP10967090A JP2874277B2 JP 2874277 B2 JP2874277 B2 JP 2874277B2 JP 10967090 A JP10967090 A JP 10967090A JP 10967090 A JP10967090 A JP 10967090A JP 2874277 B2 JP2874277 B2 JP 2874277B2
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、タングステンプラグの形成方法に関し、更
に詳しくは半導体装置における埋め込みコンタクトの形
成に係わるものである。
に詳しくは半導体装置における埋め込みコンタクトの形
成に係わるものである。
［発明の概要］ 本発明は、タングステンプラグの形成方法において、 基板状の層間膜に開設した接続孔内部に、柱状組織を
有するβ相タングステンを埋め込んだ後、連続的に窒化
処理を施すことにより、 タングステンプラグの耐熱性を向上すると共に、シリ
サイド化によるコンタクト抵抗の増大や破壊を防止する
ようにしたものである。
有するβ相タングステンを埋め込んだ後、連続的に窒化
処理を施すことにより、 タングステンプラグの耐熱性を向上すると共に、シリ
サイド化によるコンタクト抵抗の増大や破壊を防止する
ようにしたものである。
［従来の技術］ 従来、この種のタングステンプラグの形成方法として
は、公技番号90−113の発明協会公開技報記載の技術が
知られている。この技術は、シラン還元によるタングス
テンの選択形成技術であり、層間絶縁膜に開設した接続
孔内にα相タングステン（α−Ｗ）を通常の選択メタル
成長室で減圧CVDにより選択成長させ、次に減圧状態（1
Torr）で窒化処理（アンモニアアニール）を施すことに
より、選択タングステンの耐熱性を向上させるようにし
たものである。
は、公技番号90−113の発明協会公開技報記載の技術が
知られている。この技術は、シラン還元によるタングス
テンの選択形成技術であり、層間絶縁膜に開設した接続
孔内にα相タングステン（α−Ｗ）を通常の選択メタル
成長室で減圧CVDにより選択成長させ、次に減圧状態（1
Torr）で窒化処理（アンモニアアニール）を施すことに
より、選択タングステンの耐熱性を向上させるようにし
たものである。
また、β相タングステン（β−Ｗ）は、「Work shop
on Tungsten and Other CVD Metals for ULSI/VLSI Apl
ications VI Oct.（1989）Ａ−３（第13項〜第34項）」
に記載されて知られており、シラン（SiH4）ガス及び六
フッ化タングステン（WF6）ガスを用いたCVD法により形
成される。
on Tungsten and Other CVD Metals for ULSI/VLSI Apl
ications VI Oct.（1989）Ａ−３（第13項〜第34項）」
に記載されて知られており、シラン（SiH4）ガス及び六
フッ化タングステン（WF6）ガスを用いたCVD法により形
成される。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記したようなα−Ｗの形成方法にあ
っては、コンタクトの耐熱性がＷのタングステンシリサ
イド（WSiX）化反応により550℃程度が限界とされてい
る。即ち、550℃以上になると第３図に示すようにシリ
コン基板１へタングステン２が拡散したりシリコンがタ
ングステン２側へ吸い上げられてタングステンシリサイ
ド4,5が形成され、基板リークを惹起する。また、α−
Ｗは、緻密であるため成長速度が遅いという問題点を有
していた。なお、図中1aはn+型の拡散層,3はSiO2でなる
層間膜を示している。
っては、コンタクトの耐熱性がＷのタングステンシリサ
イド（WSiX）化反応により550℃程度が限界とされてい
る。即ち、550℃以上になると第３図に示すようにシリ
コン基板１へタングステン２が拡散したりシリコンがタ
ングステン２側へ吸い上げられてタングステンシリサイ
ド4,5が形成され、基板リークを惹起する。また、α−
Ｗは、緻密であるため成長速度が遅いという問題点を有
していた。なお、図中1aはn+型の拡散層,3はSiO2でなる
層間膜を示している。
また、上記のような基板リークを防止する対策とし
て、第４図に示すように、コンタクト部に窒化チタン６
等を設けておき、その上に選択タングステンを形成する
ことが試みられているが、窒化チタン６上では安定に形
成できず、再現性やプロセスマージンがない問題点があ
る。なお、図中７はチタンシリサイド（TiSiX）を示し
ている。
て、第４図に示すように、コンタクト部に窒化チタン６
等を設けておき、その上に選択タングステンを形成する
ことが試みられているが、窒化チタン６上では安定に形
成できず、再現性やプロセスマージンがない問題点があ
る。なお、図中７はチタンシリサイド（TiSiX）を示し
ている。
さらに、選択成長させた緻密なα−Ｗは、第５図に示
すように、1000℃のアンモニア（NH3）アニールで100Å
程度しかWNX化が進まず、その他の部分は全てWSi2化し
てしまう。同図中８はWNXを、９はWSi2を示している。
このため、基板にはリークが発生し、またコンタクト部
（界面）ではタングステンとシリコンの移動が起り形状
が破壊される問題点がある。同図中10は空洞を示したも
のであり、斯るタングステンとシリコンの移動により形
成されたものである。
すように、1000℃のアンモニア（NH3）アニールで100Å
程度しかWNX化が進まず、その他の部分は全てWSi2化し
てしまう。同図中８はWNXを、９はWSi2を示している。
このため、基板にはリークが発生し、またコンタクト部
（界面）ではタングステンとシリコンの移動が起り形状
が破壊される問題点がある。同図中10は空洞を示したも
のであり、斯るタングステンとシリコンの移動により形
成されたものである。
上記した選択タングステンで形成したβ−Ｗは、高速
成膜する利点を有する反面、密度が低く、また柱状結晶
となって六フッ化タングステン（WF6）を含有している
ため、チャンバ外に出すとすぐに酸化が進んでしまい、
その後のアンモニアアニールで窒化せず耐熱性を具備さ
せることができないという問題点を有していた。
成膜する利点を有する反面、密度が低く、また柱状結晶
となって六フッ化タングステン（WF6）を含有している
ため、チャンバ外に出すとすぐに酸化が進んでしまい、
その後のアンモニアアニールで窒化せず耐熱性を具備さ
せることができないという問題点を有していた。
本発明は、このような従来の問題点に着目して創案さ
れたものであって、550℃以上のアニールでもタングス
テンシリサイド化を起すことがなく、コンタクト抵抗の
増大や構造の破壊の無い、耐熱性を有するタングステン
プラグの形成方法を得んとするものである。
れたものであって、550℃以上のアニールでもタングス
テンシリサイド化を起すことがなく、コンタクト抵抗の
増大や構造の破壊の無い、耐熱性を有するタングステン
プラグの形成方法を得んとするものである。
［課題を解決するための手段］ そこで、本発明は、基板上の層間膜に開設した接続孔
内部に、柱状組織を有するβ相タングステンを埋め込ん
だ後、連続的に窒化処理を施すことを、その解決手段と
している。
内部に、柱状組織を有するβ相タングステンを埋め込ん
だ後、連続的に窒化処理を施すことを、その解決手段と
している。
［作用］ 接続孔内部に埋め込まれたβ相タングステンは、連続
的に窒化処理を施されることにより酸化することなく窒
化タングステンが表面に形成されて安定化する。β相タ
ングステンは、柱状組織であるため、接続孔底部に到る
まで表面が窒化し、コンタクト部（下地基板とタングス
テンの界面）での耐熱性を高める。
的に窒化処理を施されることにより酸化することなく窒
化タングステンが表面に形成されて安定化する。β相タ
ングステンは、柱状組織であるため、接続孔底部に到る
まで表面が窒化し、コンタクト部（下地基板とタングス
テンの界面）での耐熱性を高める。
［実施例］ 以下、本発明に係るタングステンプラグの形成方法の
詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。
詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。
（第１実施例） 第１図Ａ〜第１図Ｄは、本発明の第１実施例を示して
いる。
いる。
先ず、シリコン基板11上にSiO2で成る層間膜12を形成
し、シリコン基板11の不純物拡散層（例えばｎ型）11a
の上の層間膜12に接続孔としてのコンタクトホール（例
えば開口径0.35μｍ）13を開設する。次にコンタクトホ
ール13の底部の自然酸化膜を除去するための希フッ酸
（200:5）等の前処理を行ない、第１図Ａに示すよう
に、コンタクト部にアモルファスシリコン（ａ−Si）層
14を4000Å程度堆積させる。このａ−Si層14の形成条件
は、例えば、シラン（SiH4）／ヘリウム（He）＝500
SCCM/100SCCMの流量比、形成温度550℃、形成圧力2Tor
r、堆積レート70Å／分で行なった。
し、シリコン基板11の不純物拡散層（例えばｎ型）11a
の上の層間膜12に接続孔としてのコンタクトホール（例
えば開口径0.35μｍ）13を開設する。次にコンタクトホ
ール13の底部の自然酸化膜を除去するための希フッ酸
（200:5）等の前処理を行ない、第１図Ａに示すよう
に、コンタクト部にアモルファスシリコン（ａ−Si）層
14を4000Å程度堆積させる。このａ−Si層14の形成条件
は、例えば、シラン（SiH4）／ヘリウム（He）＝500
SCCM/100SCCMの流量比、形成温度550℃、形成圧力2Tor
r、堆積レート70Å／分で行なった。
次に、第１図Ｂに示すように、ａ−Si層14を反応性イ
オンエッチング（RIE）等でエッチバックする。このと
きのエッチング条件としては、例えば、三フッ化窒素
（NF3）／アルゴン（Ar）＝10SCCM/100SCCMの流量比、
雰囲気圧力50mTorr、出力100W（13.56MHz）、エッチレ
ート〜2000Å／分であり、約10％程度のオーバーエッチ
を行なった。
オンエッチング（RIE）等でエッチバックする。このと
きのエッチング条件としては、例えば、三フッ化窒素
（NF3）／アルゴン（Ar）＝10SCCM/100SCCMの流量比、
雰囲気圧力50mTorr、出力100W（13.56MHz）、エッチレ
ート〜2000Å／分であり、約10％程度のオーバーエッチ
を行なった。
次に、第１図Ｃに示すように、六フッ化タングステン
のSi還元により、ａ−Siをβ−Ｗに還元し、タングステ
ンプラグにする。この条件としては、例えば、六フッ化
タングステン（WF6）／水素（H2）＝100SCCM/1000SCCM
の流量比、圧力200mTorr、温度230℃で行なった。斯る
操作を行なうことにより、ａ−Si層14が柱状組織でなる
β−Ｗ層15に置き換えられていることがＸ線回折により
確認された。
のSi還元により、ａ−Siをβ−Ｗに還元し、タングステ
ンプラグにする。この条件としては、例えば、六フッ化
タングステン（WF6）／水素（H2）＝100SCCM/1000SCCM
の流量比、圧力200mTorr、温度230℃で行なった。斯る
操作を行なうことにより、ａ−Si層14が柱状組織でなる
β−Ｗ層15に置き換えられていることがＸ線回折により
確認された。
次に、上記操作に引き続き、大気中に戻すことなく、
NH3プラズマにより窒化処理を施す。この窒化処理の条
件としては、例えば、NH3/N2＝1000SCCM/1000SCCMの流
量比、圧力200mTorr〜20Torr、RF出力100W（13.56MH
z）、時間10秒〜60分とした。このようにして、柱状組
織のタングステンの周囲に窒化タングステン（WNX）膜1
6が形成されて、耐熱性の高いタングステンプラグ17が
形成される（第１図Ｄ）。
NH3プラズマにより窒化処理を施す。この窒化処理の条
件としては、例えば、NH3/N2＝1000SCCM/1000SCCMの流
量比、圧力200mTorr〜20Torr、RF出力100W（13.56MH
z）、時間10秒〜60分とした。このようにして、柱状組
織のタングステンの周囲に窒化タングステン（WNX）膜1
6が形成されて、耐熱性の高いタングステンプラグ17が
形成される（第１図Ｄ）。
このようにして形成されたタングステンプラグ17上に
は、通常の上層配線パターンを形成することが可能であ
る。
は、通常の上層配線パターンを形成することが可能であ
る。
なお、上記第１実施例において、コンタクトホール13
内にβ−Ｗを形成する条件として、例えば、SiH4:WF6＝
8:10の流量比、温度230℃、圧力200mTorr、で形成して
もよく、この他WF6/H2＝100SCCM/1000SCCMのガス流量、
温度230℃、圧力200mTorrで形成しても勿論よい。
内にβ−Ｗを形成する条件として、例えば、SiH4:WF6＝
8:10の流量比、温度230℃、圧力200mTorr、で形成して
もよく、この他WF6/H2＝100SCCM/1000SCCMのガス流量、
温度230℃、圧力200mTorrで形成しても勿論よい。
また、第１実施例における窒化処理は、例えば、ラピ
ッドサーマルアニール（RTA）で温度700〜1300℃,NH3を
100SCCM〜5SLM,N2を100SCCM〜5SLM,時間１秒〜30分のア
ニールを施してもよい。この場合、数＋Å〜数百Åの窒
化タングステン膜の形成が可能である。
ッドサーマルアニール（RTA）で温度700〜1300℃,NH3を
100SCCM〜5SLM,N2を100SCCM〜5SLM,時間１秒〜30分のア
ニールを施してもよい。この場合、数＋Å〜数百Åの窒
化タングステン膜の形成が可能である。
上記実施例においては、タングステンプラグのコンタ
クト抵抗はα−Ｗのものに比べ２〜３割は大きくなる
が、耐熱性は著しく向上し、550℃以上のアニールで
も、タングステンのシリサイド化が起らず、このシリサ
イド化によるコンタクト抵抗の上昇や、コンタクトの破
壊の防止ができ、耐熱性が向上される。
クト抵抗はα−Ｗのものに比べ２〜３割は大きくなる
が、耐熱性は著しく向上し、550℃以上のアニールで
も、タングステンのシリサイド化が起らず、このシリサ
イド化によるコンタクト抵抗の上昇や、コンタクトの破
壊の防止ができ、耐熱性が向上される。
（第２実施例） 第２図は、本発明の第２実施例を示す断面図である。
本実施例にあっては、先ず、コンタクトホール13の底
部に柱状組織のβ−Ｗ層15を形成する（形成条件は第１
実施例に準ずる）。次に、連続的に窒化処理を施しWNX
膜16を形成した後、β−Ｗ層16の上のコンタクトホール
13内にα−W18を埋め込んでタングステンプラグ17が完
成する。
部に柱状組織のβ−Ｗ層15を形成する（形成条件は第１
実施例に準ずる）。次に、連続的に窒化処理を施しWNX
膜16を形成した後、β−Ｗ層16の上のコンタクトホール
13内にα−W18を埋め込んでタングステンプラグ17が完
成する。
このようにして２段構造のタングステンプラグ17を形
成した第２実施例の場合、プラグ自身の抵抗の上昇も抑
えることができ、しかもコンタクト部での耐熱性も確保
できる利点がある。
成した第２実施例の場合、プラグ自身の抵抗の上昇も抑
えることができ、しかもコンタクト部での耐熱性も確保
できる利点がある。
上記両実施例においては、β−Ｗを大気中に戻さず
に、引き続きNH3窒化することで、β−Ｗの安定化と、
タングステンプラグ自体の耐熱性の向上を同時に達成す
ることができる。
に、引き続きNH3窒化することで、β−Ｗの安定化と、
タングステンプラグ自体の耐熱性の向上を同時に達成す
ることができる。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明に係るタング
ステンプラグの形成方法によれば、550℃以上のアニー
ルでもタングステンのシリサイド化の起らないプラグが
得られる効果がある。このため、シリサイド化によるコ
ンタクト抵抗の増大やコンタクト部の破壊が防止でき、
耐熱性を有するプラグが得られる効果がある。
ステンプラグの形成方法によれば、550℃以上のアニー
ルでもタングステンのシリサイド化の起らないプラグが
得られる効果がある。このため、シリサイド化によるコ
ンタクト抵抗の増大やコンタクト部の破壊が防止でき、
耐熱性を有するプラグが得られる効果がある。
第１図Ａ〜第１図Ｄは本発明に係るタングステンプラグ
の形成方法の実施例を示す断面図、第２図は同第２実施
例を示す断面図、第３図〜第５図は従来例を示す断面図
である。 11……シリコン基板、12……層間膜、13……コンタクト
ホール、15……β−Ｗ層、16……WNX膜、17……タング
ステンプラグ。
の形成方法の実施例を示す断面図、第２図は同第２実施
例を示す断面図、第３図〜第５図は従来例を示す断面図
である。 11……シリコン基板、12……層間膜、13……コンタクト
ホール、15……β−Ｗ層、16……WNX膜、17……タング
ステンプラグ。
Claims (1)
- 【請求項１】基板上の層間膜に開設した接続孔内部に、
柱状組織を有するβ相タングステンを埋め込んだ後、連
続的に窒化処理を施すことを特徴とするタングステンプ
ラグの形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10967090A JP2874277B2 (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | タングステンプラグの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10967090A JP2874277B2 (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | タングステンプラグの形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH047823A JPH047823A (ja) | 1992-01-13 |
| JP2874277B2 true JP2874277B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=14516196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10967090A Expired - Lifetime JP2874277B2 (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | タングステンプラグの形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2874277B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5633201A (en) * | 1992-11-30 | 1997-05-27 | Hyundai Electronics Industries, Co., Ltd. | Method for forming tungsten plugs in contact holes of a semiconductor device |
-
1990
- 1990-04-25 JP JP10967090A patent/JP2874277B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH047823A (ja) | 1992-01-13 |
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Legal Events
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