JP3246046B2 - 高融点金属膜の堆積方法 - Google Patents
高融点金属膜の堆積方法Info
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- JP3246046B2 JP3246046B2 JP06406393A JP6406393A JP3246046B2 JP 3246046 B2 JP3246046 B2 JP 3246046B2 JP 06406393 A JP06406393 A JP 06406393A JP 6406393 A JP6406393 A JP 6406393A JP 3246046 B2 JP3246046 B2 JP 3246046B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高融点金属薄膜の堆積
方法に係り、特にステップカバレージと表面モホロジー
の良好なBlanket Ｗ膜の堆積方法に関するものである。
方法に係り、特にステップカバレージと表面モホロジー
の良好なBlanket Ｗ膜の堆積方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩの高集積化に伴い、微細化するコ
ンタクトホールに対して従来のスパッタ法による金属の
埋め込みでは、ボイド無く金属を埋め込むことが困難と
なってきている。例えば、サブμｍのデザインルールに
おいては、コンタクトホール開口後の層間絶縁膜のリフ
ロー技術やアルミニウム（Ａｌ）のバイアススパッタ技
術で対処してきた。しかし、ハーフμｍやサブハーフμ
ｍのデザインルールのＬＳＩにおいては、アスペクト比
の高いコンタクトホールを従来のスパッタ法にて完全に
埋め込むことは不可能に近くなりつつある。
ンタクトホールに対して従来のスパッタ法による金属の
埋め込みでは、ボイド無く金属を埋め込むことが困難と
なってきている。例えば、サブμｍのデザインルールに
おいては、コンタクトホール開口後の層間絶縁膜のリフ
ロー技術やアルミニウム（Ａｌ）のバイアススパッタ技
術で対処してきた。しかし、ハーフμｍやサブハーフμ
ｍのデザインルールのＬＳＩにおいては、アスペクト比
の高いコンタクトホールを従来のスパッタ法にて完全に
埋め込むことは不可能に近くなりつつある。
【０００３】そこでこのスパッタ法に対して、埋め込み
能力の点で優れている選択タングステンやBlanketタン
グステンなどのＣＶＤ（化学気相成長）法によるコンタ
クトホール埋め込み技術が次世代ＬＳＩの穴埋め技術の
有力候補として近年盛んに研究され始めている。
能力の点で優れている選択タングステンやBlanketタン
グステンなどのＣＶＤ（化学気相成長）法によるコンタ
クトホール埋め込み技術が次世代ＬＳＩの穴埋め技術の
有力候補として近年盛んに研究され始めている。
【０００４】選択タングステンＣＶＤによる穴埋め法
は、工程数が少なくパーティクル抑制の点でも魅力的な
方法ではある。ところが、選択タングステンは下地の表
面の状態の差を利用していること、この表面状態を一定
の状態に制御するにはそれ相当の前処理技術を開発しな
ければならないこと、また下地の種類によってはＴｉＮ
のように選択成長しなかったり、ＴｉＳｉｘのように成
長してもＴｉＳｉｘとタングステンとの界面にＴｉＦ3
等の不導体が形成されるといった問題がある。さらに、
Ｓｉ上に直接タングステンを成長させた場合において、
耐熱性が約６００度とあまり期待できないなど応用面で
の限定や実用化に向けて解決しなければならない問題点
も多々ある。よって、Blanketタングステンによる穴埋
め技術がまず実用化されるという見方が一般的である。
は、工程数が少なくパーティクル抑制の点でも魅力的な
方法ではある。ところが、選択タングステンは下地の表
面の状態の差を利用していること、この表面状態を一定
の状態に制御するにはそれ相当の前処理技術を開発しな
ければならないこと、また下地の種類によってはＴｉＮ
のように選択成長しなかったり、ＴｉＳｉｘのように成
長してもＴｉＳｉｘとタングステンとの界面にＴｉＦ3
等の不導体が形成されるといった問題がある。さらに、
Ｓｉ上に直接タングステンを成長させた場合において、
耐熱性が約６００度とあまり期待できないなど応用面で
の限定や実用化に向けて解決しなければならない問題点
も多々ある。よって、Blanketタングステンによる穴埋
め技術がまず実用化されるという見方が一般的である。
【０００５】このBlanketタングステンによる穴埋め技
術は、非常にステップカバレージの良いＣＶＤタングス
テン膜でコンタクトホールを埋め込みながら基板上にタ
ングステン膜を全面に堆積し、その後エッチバックする
ことによりコンタクトホール内にのみタングステンを残
すというステップを採ることにより、穴埋めと平坦化を
行う。この時、タングステンは下地の層間絶縁膜とは一
般に密着性が悪いので、下地との密着性を向上させるた
めＴｉＮなどを密着層として用いる。このＴｉＮなどの
密着層には、タングステンと下地のＳｉとの反応を防止
するバリアメタルとしての働きがあるので、ある程度の
耐熱性も期待できる。また、選択タングステンと異な
り、深さの異なるコンタクトホールが混在しても同時に
埋め込みおよび平坦化が可能というメリットもある。
術は、非常にステップカバレージの良いＣＶＤタングス
テン膜でコンタクトホールを埋め込みながら基板上にタ
ングステン膜を全面に堆積し、その後エッチバックする
ことによりコンタクトホール内にのみタングステンを残
すというステップを採ることにより、穴埋めと平坦化を
行う。この時、タングステンは下地の層間絶縁膜とは一
般に密着性が悪いので、下地との密着性を向上させるた
めＴｉＮなどを密着層として用いる。このＴｉＮなどの
密着層には、タングステンと下地のＳｉとの反応を防止
するバリアメタルとしての働きがあるので、ある程度の
耐熱性も期待できる。また、選択タングステンと異な
り、深さの異なるコンタクトホールが混在しても同時に
埋め込みおよび平坦化が可能というメリットもある。
【０００６】将来的には、タングステンを上層のＡｌや
Ａｌ合金に替わる耐熱配線層としても用いることがある
かも知れないが、この時はタングステン膜を直接パター
ニングする必要がある。この場合１回のBlanket Ｗ Ｃ
ＶＤ工程で対処するには、埋め込み能力が高くかつ表面
モホロジーの良いタングステン膜を堆積しなければなら
ない。ところが埋め込み能力の高いタングステン膜と表
面モホロジーの良いタングステン膜とがお互いに相反す
るＣＶＤ条件であるため実現は難しい。
Ａｌ合金に替わる耐熱配線層としても用いることがある
かも知れないが、この時はタングステン膜を直接パター
ニングする必要がある。この場合１回のBlanket Ｗ Ｃ
ＶＤ工程で対処するには、埋め込み能力が高くかつ表面
モホロジーの良いタングステン膜を堆積しなければなら
ない。ところが埋め込み能力の高いタングステン膜と表
面モホロジーの良いタングステン膜とがお互いに相反す
るＣＶＤ条件であるため実現は難しい。
【０００７】ところで一般にタングステン等の薄膜をＴ
ｉＮなどの下地密着層上に堆積させる場合、ウェハー面
内の膜厚均一性を向上させるために核形成ステップなる
成長ステップを採用する必要がある。これは、ＴｉＮ上
ではタングステンの堆積に用いるＷＦ6ガスの分解が促
進されにくく、ウェハー周辺部でサセプター等金属表面
で解離されたＷＦ6が早く堆積するためにウェハー周辺
部でタングステン膜が厚く堆積し、特性がバラツクのを
抑制する目的で行うものである。すなわち、例えばＷＦ
6をＳｉＨ4等の反応性の高いガスで還元することで反応
を供給律速の領域に持っていき、ガスフローパターンを
ウェハー面内で均一化することによって膜厚の面内均一
性を改善しようとするものである。そしてこの核形成ス
テップを経てから、ＷＦ6をＨ2ガスにて還元してBlanke
t Ｗ膜を形成する方法が従来とられていた。
ｉＮなどの下地密着層上に堆積させる場合、ウェハー面
内の膜厚均一性を向上させるために核形成ステップなる
成長ステップを採用する必要がある。これは、ＴｉＮ上
ではタングステンの堆積に用いるＷＦ6ガスの分解が促
進されにくく、ウェハー周辺部でサセプター等金属表面
で解離されたＷＦ6が早く堆積するためにウェハー周辺
部でタングステン膜が厚く堆積し、特性がバラツクのを
抑制する目的で行うものである。すなわち、例えばＷＦ
6をＳｉＨ4等の反応性の高いガスで還元することで反応
を供給律速の領域に持っていき、ガスフローパターンを
ウェハー面内で均一化することによって膜厚の面内均一
性を改善しようとするものである。そしてこの核形成ス
テップを経てから、ＷＦ6をＨ2ガスにて還元してBlanke
t Ｗ膜を形成する方法が従来とられていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の核形成
ステップにはＳｉＨ4等の反応性の高いガスを用いてい
るため、以下に列挙するような問題点がある。
ステップにはＳｉＨ4等の反応性の高いガスを用いてい
るため、以下に列挙するような問題点がある。
【０００９】（１）ＳｉＨ4等の反応性の高いガスを用
いるため気相で反応が起こりやすく、反応生成物が大き
な粒界に成長しパーティクルが発生しやすく、配線の断
線等による不具合が発生し歩留まりが低下する。
いるため気相で反応が起こりやすく、反応生成物が大き
な粒界に成長しパーティクルが発生しやすく、配線の断
線等による不具合が発生し歩留まりが低下する。
【００１０】（２）供給律速の反応系を用いるためにス
テップカバレージが悪化しやすい。
テップカバレージが悪化しやすい。
【００１１】しかし、堆積温度にもよるがタングステン
の核のみの形成だけでは、続いて堆積されるＨ2還元に
よるBlanket Ｗ膜の結晶成長による表面のモホロジーが
悪化して、配線の特性が劣化し問題となる。そこで、あ
る程度の膜厚を例えば全堆積タングステン膜の１０％程
度の核形成層を堆積するのが普通である。
の核のみの形成だけでは、続いて堆積されるＨ2還元に
よるBlanket Ｗ膜の結晶成長による表面のモホロジーが
悪化して、配線の特性が劣化し問題となる。そこで、あ
る程度の膜厚を例えば全堆積タングステン膜の１０％程
度の核形成層を堆積するのが普通である。
【００１２】ところが、このような方法では微細コンタ
クトをボイド無く埋め込むには、ステップカバレージの
良くない核形成層をなるべく薄くしてコンタクトホール
の入口を塞がないようにしなければならず、一方表面モ
ホロジーを良くするには核形成層をなるべく厚くしなけ
ればならず、この２つの条件はお互いに相反する条件で
あるためトレードオフとなり問題である。
クトをボイド無く埋め込むには、ステップカバレージの
良くない核形成層をなるべく薄くしてコンタクトホール
の入口を塞がないようにしなければならず、一方表面モ
ホロジーを良くするには核形成層をなるべく厚くしなけ
ればならず、この２つの条件はお互いに相反する条件で
あるためトレードオフとなり問題である。
【００１３】そこで本発明は、ステップカバレージと表
面モホロジーの両方が良好な高融点金属膜の堆積方法を
提供することを目的とする。
面モホロジーの両方が良好な高融点金属膜の堆積方法を
提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上述した課題は、半導体
基板上のコンタクトホールもしくはヴィアホール内へ高
融点金属膜を堆積する方法において、高融点金属の化合
物ガスを塩素を含むシラン系ガスで還元し、少なくと
も、コンタクトホールもしくはヴィアホール内へ高融点
金属を形成する第１の工程と、高融点金属の化合物ガス
を水素を含むガスで還元し、高融点金属上にさらに高融
点金属膜を形成する第２の工程とを有し、高融点金属の
化合物ガスを塩素を含むシラン系ガスで還元し、高融点
金属を形成する特定の工程を、第２の工程に間欠的に導
入することを特徴とする高融点金属膜の堆積方法によっ
て解決される。
基板上のコンタクトホールもしくはヴィアホール内へ高
融点金属膜を堆積する方法において、高融点金属の化合
物ガスを塩素を含むシラン系ガスで還元し、少なくと
も、コンタクトホールもしくはヴィアホール内へ高融点
金属を形成する第１の工程と、高融点金属の化合物ガス
を水素を含むガスで還元し、高融点金属上にさらに高融
点金属膜を形成する第２の工程とを有し、高融点金属の
化合物ガスを塩素を含むシラン系ガスで還元し、高融点
金属を形成する特定の工程を、第２の工程に間欠的に導
入することを特徴とする高融点金属膜の堆積方法によっ
て解決される。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【作用】本発明に係る高融点金属膜の堆積方法によれ
ば、塩素を含むシラン系ガスによる高融点金属の化合物
ガスの還元反応は表面反応が主体となるので、図７
（ａ）に示すように、コンタクトホールまたはヴィアホ
ールに高融点金属膜１９をステップカバレージ良く形成
でき、しかもパーティクルの発生を抑制できる。 また、
高融点金属膜１９を所定の膜厚に形成することにより、
当該膜１９の表面モホロジーを改善できるので、当該膜
１９上に形成される高融点金属膜２０の表面モホロジー
も改善できる。 さらに、この高融点金属膜２０上に、塩
素を含むシラン系ガスによる高融点金属の化合物ガスの
還元反応により高融点金属膜２１を形成することによ
り、高融点金属膜２０の結晶成長を抑制して表面モホロ
ジーの劣化を抑制することができる。
ば、塩素を含むシラン系ガスによる高融点金属の化合物
ガスの還元反応は表面反応が主体となるので、図７
（ａ）に示すように、コンタクトホールまたはヴィアホ
ールに高融点金属膜１９をステップカバレージ良く形成
でき、しかもパーティクルの発生を抑制できる。 また、
高融点金属膜１９を所定の膜厚に形成することにより、
当該膜１９の表面モホロジーを改善できるので、当該膜
１９上に形成される高融点金属膜２０の表面モホロジー
も改善できる。 さらに、この高融点金属膜２０上に、塩
素を含むシラン系ガスによる高融点金属の化合物ガスの
還元反応により高融点金属膜２１を形成することによ
り、高融点金属膜２０の結晶成長を抑制して表面モホロ
ジーの劣化を抑制することができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【００２２】図１および図２は本発明に係る高融点金属
膜堆積方法を示す第１実施例によるBlanket Ｗ膜堆積工
程断面図である。
膜堆積方法を示す第１実施例によるBlanket Ｗ膜堆積工
程断面図である。
【００２３】まず半導体基板１上にＬＯＣＯＳ法により
フィールド酸化膜（図示せず）を形成し、その後熱酸化
法により図１（ａ）に示すようにゲート酸化膜４を形成
する。次に減圧ＣＶＤ（化学気相成長）法によりゲート
電極を形成すべくポリシリコン膜を形成し、この後熱拡
散法によりリン（Ｐ）を導入し活性化する。次にリソグ
ラフィーおよびＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によ
りパターニングし、ゲート電極２およびゲート酸化膜４
を形成する。次にＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を形成し、
ＲＩＥによりエッチバックしゲート電極２の側壁にのみ
ＳｉＯ2３を残存させる。次にイオン打ち込み法により
ヒ素（Ａｓ）を選択的に半導体基板１に導入し、熱処理
を行って拡散層（図示せず）を形成する。
フィールド酸化膜（図示せず）を形成し、その後熱酸化
法により図１（ａ）に示すようにゲート酸化膜４を形成
する。次に減圧ＣＶＤ（化学気相成長）法によりゲート
電極を形成すべくポリシリコン膜を形成し、この後熱拡
散法によりリン（Ｐ）を導入し活性化する。次にリソグ
ラフィーおよびＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によ
りパターニングし、ゲート電極２およびゲート酸化膜４
を形成する。次にＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を形成し、
ＲＩＥによりエッチバックしゲート電極２の側壁にのみ
ＳｉＯ2３を残存させる。次にイオン打ち込み法により
ヒ素（Ａｓ）を選択的に半導体基板１に導入し、熱処理
を行って拡散層（図示せず）を形成する。
【００２４】次に図１（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法に
より８００ｎｍの層間絶縁膜５を形成する。次に図１
（ｃ）に示すようにリソグラフィーおよびＲＩＥによ
り、層間絶縁膜５ａに径が０．４μｍのコンタクトホー
ル６を開口する。次にコンタクト抵抗を下げるべく、イ
オン注入法によりコンタクトホール６へ補償イオン注入
を行い、その後活性化アニールを行う。
より８００ｎｍの層間絶縁膜５を形成する。次に図１
（ｃ）に示すようにリソグラフィーおよびＲＩＥによ
り、層間絶縁膜５ａに径が０．４μｍのコンタクトホー
ル６を開口する。次にコンタクト抵抗を下げるべく、イ
オン注入法によりコンタクトホール６へ補償イオン注入
を行い、その後活性化アニールを行う。
【００２５】次に図１（ｄ）に示すように、オーミック
コンタクトをとるためにスパッタ法により３０ｎｍの厚
さのＴｉ膜を形成し、その後層間絶縁膜５ａとの密着層
およびバリアメタルとしてスパッタ法により７０ｎｍの
厚さのＴｉＮ膜を形成してＴｉ／ＴｉＮ膜７の積層構造
とする。
コンタクトをとるためにスパッタ法により３０ｎｍの厚
さのＴｉ膜を形成し、その後層間絶縁膜５ａとの密着層
およびバリアメタルとしてスパッタ法により７０ｎｍの
厚さのＴｉＮ膜を形成してＴｉ／ＴｉＮ膜７の積層構造
とする。
【００２６】次にＷＦ6ガスを塩素系シランとして例え
ばジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2（以下ＤＣＳと呼
ぶ））ガスにて還元し、図２（ａ）に示すようにＷＳｉ
ｘ核またはＷ核８を形成する。この時のＣＶＤ条件は、
例えば以下の通りである。
ばジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2（以下ＤＣＳと呼
ぶ））ガスにて還元し、図２（ａ）に示すようにＷＳｉ
ｘ核またはＷ核８を形成する。この時のＣＶＤ条件は、
例えば以下の通りである。
【００２７】 ＷＳｉｘ核またはＷ核８の核形成条件 温度 ４８０℃ 圧力 ４０Ｐａ ガス流量 ＷＦ6／ＤＣＳ／Ａｒ＝２．５／１５０
／１００ＳＣＣＭ（ＷＳｉｘの核形成の場合） ガス流量 ＷＦ6／ＤＣＳ／Ａｒ＝１０／８／１０
０ＳＣＣＭ（Ｗの核形成の場合） 時間 １５秒 ＳｉＨ2Ｃｌ2とＷＦ6とが反応を開始する温度は４００
℃位からであり、４００〜５００℃の温度範囲では表面
反応が主体であるのでコンタクトホール６内ではＷＳｉ
ｘ核またはＷ核８形成のステップカバレージが良く、し
かもパーティクルの発生を抑制することができる。本実
施例では、ＷＦ6の還元にＤＣＳを用いたが、還元反応
表面反応が主体となるものであれば他の塩素を含むシラ
ン系ガス例えばモノクロルシラン、トリクロルシラン等
であっても良い。
／１００ＳＣＣＭ（ＷＳｉｘの核形成の場合） ガス流量 ＷＦ6／ＤＣＳ／Ａｒ＝１０／８／１０
０ＳＣＣＭ（Ｗの核形成の場合） 時間 １５秒 ＳｉＨ2Ｃｌ2とＷＦ6とが反応を開始する温度は４００
℃位からであり、４００〜５００℃の温度範囲では表面
反応が主体であるのでコンタクトホール６内ではＷＳｉ
ｘ核またはＷ核８形成のステップカバレージが良く、し
かもパーティクルの発生を抑制することができる。本実
施例では、ＷＦ6の還元にＤＣＳを用いたが、還元反応
表面反応が主体となるものであれば他の塩素を含むシラ
ン系ガス例えばモノクロルシラン、トリクロルシラン等
であっても良い。
【００２８】次にＷＦ6ガスをＨ2ガスにて還元し、図２
（ｂ）に示すようにBlanket Ｗ膜９を形成する。この時
のＣＶＤ条件は、例えば以下の通りである。
（ｂ）に示すようにBlanket Ｗ膜９を形成する。この時
のＣＶＤ条件は、例えば以下の通りである。
【００２９】 成膜条件 温度 ４５０℃ 圧力 ８０Ｐａ ガス流量 ＷＦ6／Ｈ2＝９５／５５０ＳＣＣＭ 時間 ８０秒 次にＲＩＥにより、図２（Ｃ）に示すようにエッチバッ
クし、コンタクトホール６にのみBlanket Ｗ膜９ａを形
成する。この時エッチバック条件は、例えば以下の通り
である。
クし、コンタクトホール６にのみBlanket Ｗ膜９ａを形
成する。この時エッチバック条件は、例えば以下の通り
である。
【００３０】 初期エッチング条件 磁場 ２５ガウス 圧力 ３０ｍＴｏｒｒ ガス流量 ＳＦ6／Ａｒ＝６０／３０ＳＣＣＭ 時間 １０秒 バルクエッチング条件 磁場 ０ガウス 圧力 ２００ｍＴｏｒｒ ガス流量 ＳＦ6／Ａｒ＝１４０／７０ＳＣＣＭ オーバーエッチング条件 磁場 ３５ガウス 圧力 １５０ｍＴｏｒｒ ガス流量 ＳＦ6／Ａｒ＝４０／８０ＳＣＣＭ 時間 ２５秒 次にスパッタ法により、配線層を形成すべくＡｌ合金膜
（図示せず）を形成し、その後リソグラフィーおよびＲ
ＩＥによりパターニングしＡｌ合金配線層を形成する。
（図示せず）を形成し、その後リソグラフィーおよびＲ
ＩＥによりパターニングしＡｌ合金配線層を形成する。
【００３１】図３は本発明に係る高融点金属膜堆積方法
を示す第２実施例によるBlanket Ｗ膜堆積工程断面図で
ある。
を示す第２実施例によるBlanket Ｗ膜堆積工程断面図で
ある。
【００３２】まず第１実施例と同様に、図３（ａ）に示
すように半導体基板１にフィールド酸化膜（図示せず）
を形成し、その後ゲート酸化膜４、ゲート電極２および
ＳｉＯ2３を形成する。次に層間絶縁膜５ａおよびコン
タクトホール６を形成する。次にコンタクトホール６へ
補償イオン注入を行い、その後活性化アニールを行う。
すように半導体基板１にフィールド酸化膜（図示せず）
を形成し、その後ゲート酸化膜４、ゲート電極２および
ＳｉＯ2３を形成する。次に層間絶縁膜５ａおよびコン
タクトホール６を形成する。次にコンタクトホール６へ
補償イオン注入を行い、その後活性化アニールを行う。
【００３３】次にオーミックコンタクトをとるためのＴ
ｉ膜、密着層およびバリアメタルとしてのＴｉＮ膜をス
パッタ法により形成してＴｉ／ＴｉＮ膜７の積層構造と
する。
ｉ膜、密着層およびバリアメタルとしてのＴｉＮ膜をス
パッタ法により形成してＴｉ／ＴｉＮ膜７の積層構造と
する。
【００３４】次にＷＦ6ガスをＤＣＳガスにて還元し、
図３（ａ）に示すようにＷ膜１０を形成する。この時の
ＣＶＤ条件は、例えば以下の通りである。
図３（ａ）に示すようにＷ膜１０を形成する。この時の
ＣＶＤ条件は、例えば以下の通りである。
【００３５】 Ｗ膜１０の形成条件 温度 ４８０℃ 圧力 ４０Ｐａ ガス流量 ＷＦ6／ＤＣＳ／Ａｒ＝１０／８／１０
０ 膜厚 約１００ｎｍ ＤＣＳガスとＷＦ6ガスとの反応は表面反応が主体であ
るので、ステップカバレージの劣化およびパーティクル
の発生を抑制することができ、しかもＷ膜１０の膜厚が
厚いので、表面モホロジーを改善することができる。
０ 膜厚 約１００ｎｍ ＤＣＳガスとＷＦ6ガスとの反応は表面反応が主体であ
るので、ステップカバレージの劣化およびパーティクル
の発生を抑制することができ、しかもＷ膜１０の膜厚が
厚いので、表面モホロジーを改善することができる。
【００３６】次に、第１実施例と同じ条件にて図３
（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法によりBlanket Ｗ膜１１
を形成する。次に、第１実施例と同じ条件にて図３
（ｃ）に示すように、ＲＩＥによりエッチバックしコン
タクトホール６にのみBlanket Ｗ膜１１ａを形成する。
（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法によりBlanket Ｗ膜１１
を形成する。次に、第１実施例と同じ条件にて図３
（ｃ）に示すように、ＲＩＥによりエッチバックしコン
タクトホール６にのみBlanket Ｗ膜１１ａを形成する。
【００３７】次にスパッタ法により、配線層を形成すべ
くＡｌ合金膜（図示せず）を形成し、その後リソグラフ
ィーおよびＲＩＥによりパターニングしＡｌ合金配線層
を形成する。
くＡｌ合金膜（図示せず）を形成し、その後リソグラフ
ィーおよびＲＩＥによりパターニングしＡｌ合金配線層
を形成する。
【００３８】図４および図５は本発明に係る高融点金属
膜堆積方法を示す第３実施例によるBlanket Ｗ膜堆積工
程断面図である。
膜堆積方法を示す第３実施例によるBlanket Ｗ膜堆積工
程断面図である。
【００３９】まず第１実施例と同様に、図４（ａ）に示
すように半導体基板１にフィールド酸化膜（図示せず）
を形成し、その後ゲート酸化膜４、ゲート電極２および
ＳｉＯ2３を形成する。次に層間絶縁膜５ａおよびコン
タクトホールを形成する。次にこのコンタクトホールへ
補償イオン注入を行い、その後活性化アニールを行う。
次にオーミックコンタクトをとるためのＴｉ膜、密着層
およびバリアメタルとしてのＴｉＮ膜をスパッタ法によ
り形成してＴｉ／ＴｉＮ膜７の積層構成とする。次に第
１実施例と同じ条件にて、ＷＳｉｘ核またはＷ核８を形
成し、その後コンタクトホールにのみBlanket Ｗ膜９ａ
を形成する。ＷＳｉｘ核またはＷ核８は表面反応により
形成されるので、ステップカバレージの劣化およびパー
ティクル発生を抑制することができる。
すように半導体基板１にフィールド酸化膜（図示せず）
を形成し、その後ゲート酸化膜４、ゲート電極２および
ＳｉＯ2３を形成する。次に層間絶縁膜５ａおよびコン
タクトホールを形成する。次にこのコンタクトホールへ
補償イオン注入を行い、その後活性化アニールを行う。
次にオーミックコンタクトをとるためのＴｉ膜、密着層
およびバリアメタルとしてのＴｉＮ膜をスパッタ法によ
り形成してＴｉ／ＴｉＮ膜７の積層構成とする。次に第
１実施例と同じ条件にて、ＷＳｉｘ核またはＷ核８を形
成し、その後コンタクトホールにのみBlanket Ｗ膜９ａ
を形成する。ＷＳｉｘ核またはＷ核８は表面反応により
形成されるので、ステップカバレージの劣化およびパー
ティクル発生を抑制することができる。
【００４０】次にスパッタ法により第１配線層を形成す
べくＡｌ合金膜を成膜し、その後リソグラフィーおよび
ＲＩＥによりＡｌ合金膜をパターニングし、図４（ｂ）
に示すように第１配線層としてのＡｌ合金膜１２を形成
する。次にＣＶＤ法により８００ｎｍの層間絶縁膜１３
を形成し、その後リソグラフィーおよびＲＩＥにより径
が０．４μｍのヴィアホール３０を形成する。
べくＡｌ合金膜を成膜し、その後リソグラフィーおよび
ＲＩＥによりＡｌ合金膜をパターニングし、図４（ｂ）
に示すように第１配線層としてのＡｌ合金膜１２を形成
する。次にＣＶＤ法により８００ｎｍの層間絶縁膜１３
を形成し、その後リソグラフィーおよびＲＩＥにより径
が０．４μｍのヴィアホール３０を形成する。
【００４１】次に図４（ｂ）に示すように、ヴィア抵抗
を低減させるべく、スパッタ法によりＴｉ膜１４を形成
する。
を低減させるべく、スパッタ法によりＴｉ膜１４を形成
する。
【００４２】次にＷＦ6ガスをＤＣＳガスにて還元し、
図４（ｃ）に示すようにＷ膜１５を形成する。この時の
ＣＶＤ条件は、例えば以下の通りである。
図４（ｃ）に示すようにＷ膜１５を形成する。この時の
ＣＶＤ条件は、例えば以下の通りである。
【００４３】 Ｗ膜１５の形成条件 温度 ４５０℃ 圧力 １００Ｐａ ガス流量 ＷＦ6／ＤＣＳ／Ａｒ＝１０／８／１０
０ 膜厚 約５０ｎｍ ＤＣＳガスとＷＦ6ガスとの反応は表面反応が主体であ
るので、ステップカバレージの劣化およびパーティクル
の発生を抑制することができ、しかもＷ膜１５の膜厚が
厚いので表面モホロジーを改善することができる。
０ 膜厚 約５０ｎｍ ＤＣＳガスとＷＦ6ガスとの反応は表面反応が主体であ
るので、ステップカバレージの劣化およびパーティクル
の発生を抑制することができ、しかもＷ膜１５の膜厚が
厚いので表面モホロジーを改善することができる。
【００４４】次に、第１実施例と同じ条件にて図５
（ａ）に示すように、ＣＶＤ法によりBlanket Ｗ膜１６
を形成する。次に、第１実施例と同じ条件にて図５
（ｂ）に示すように、ＲＩＥによりエッチバックしヴィ
アホール１６にのみBlanket Ｗ膜１６ａを形成する。
（ａ）に示すように、ＣＶＤ法によりBlanket Ｗ膜１６
を形成する。次に、第１実施例と同じ条件にて図５
（ｂ）に示すように、ＲＩＥによりエッチバックしヴィ
アホール１６にのみBlanket Ｗ膜１６ａを形成する。
【００４５】次にスパッタ法により、第２配線層を形成
すべくＡｌ合金膜（図示せず）を形成し、その後リソグ
ラフィーおよびＲＩＥによりＡｌ合金膜をパターニング
し第２配線層を形成する。
すべくＡｌ合金膜（図示せず）を形成し、その後リソグ
ラフィーおよびＲＩＥによりＡｌ合金膜をパターニング
し第２配線層を形成する。
【００４６】図６は本発明に係る高融点金属膜堆積方法
を示す第４実施例によるBlanket Ｗ膜堆積工程断面図で
ある。
を示す第４実施例によるBlanket Ｗ膜堆積工程断面図で
ある。
【００４７】まず第１実施例と同様に、図６（ａ）に示
すように半導体基板１にフィールド酸化膜（図示せず）
を形成し、その後ゲート酸化膜４、ゲート電極２および
ＳｉＯ2３を形成する。次に層間絶縁膜５ａおよびコン
タクトホール６を形成する。次にコンタクトホール６へ
補償イオン注入を行い、その後活性化アニールを行う。
すように半導体基板１にフィールド酸化膜（図示せず）
を形成し、その後ゲート酸化膜４、ゲート電極２および
ＳｉＯ2３を形成する。次に層間絶縁膜５ａおよびコン
タクトホール６を形成する。次にコンタクトホール６へ
補償イオン注入を行い、その後活性化アニールを行う。
【００４８】次にオーミックコンタクトをとるためのＴ
ｉ膜、密着層およびバリアメタルとしてのＴｉＮ膜をス
パッタ法により形成してＴｉ／ＴｉＮ膜７の積層構造と
する。
ｉ膜、密着層およびバリアメタルとしてのＴｉＮ膜をス
パッタ法により形成してＴｉ／ＴｉＮ膜７の積層構造と
する。
【００４９】次にＷＦ6ガスをＤＣＳガスにて還元し、
図６（ａ）に示すようにＷＳｉｘ膜１７を形成する。こ
の時のＣＶＤ条件は、例えば以下の通りである。
図６（ａ）に示すようにＷＳｉｘ膜１７を形成する。こ
の時のＣＶＤ条件は、例えば以下の通りである。
【００５０】 ＷＳｉｘ膜１７の形成条件 温度 ４８０℃ 圧力 ４０Ｐａ ガス流量 ＷＦ6／ＤＣＳ／Ａｒ＝２．５／１５０
／１００ 膜厚 約５０ｎｍ ＤＣＳガスとＷＦ6ガスとの反応は表面反応が主体であ
るので、ステップカバレージの劣化およびパーティクル
の発生を抑制することができ、しかもＷＳｉｘ膜１７の
膜厚が厚いので表面モホロジーを改善することができ
る。
／１００ 膜厚 約５０ｎｍ ＤＣＳガスとＷＦ6ガスとの反応は表面反応が主体であ
るので、ステップカバレージの劣化およびパーティクル
の発生を抑制することができ、しかもＷＳｉｘ膜１７の
膜厚が厚いので表面モホロジーを改善することができ
る。
【００５１】次に、第１実施例と同じ条件にて図６
（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法によりBlanket Ｗ膜１８
を形成する。次にリソグラフィーおよびＲＩＥによりBl
anket Ｗ膜１８をパターニングし、図６（ｃ）に示すよ
うに、Blanket Ｗ配線１８ａを形成する。このBlanket
Ｗ配線１８ａの表面モホロジーが改善されているので配
線として用いることができる。
（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法によりBlanket Ｗ膜１８
を形成する。次にリソグラフィーおよびＲＩＥによりBl
anket Ｗ膜１８をパターニングし、図６（ｃ）に示すよ
うに、Blanket Ｗ配線１８ａを形成する。このBlanket
Ｗ配線１８ａの表面モホロジーが改善されているので配
線として用いることができる。
【００５２】図７は本発明に係る高融点金属膜堆積方法
を示す第５実施例によるBlanket Ｗ膜堆積工程断面図で
ある。
を示す第５実施例によるBlanket Ｗ膜堆積工程断面図で
ある。
【００５３】まず第１実施例と同様に、図７（ａ）に示
すように半導体基板１にフィールド酸化膜（図示せず）
を形成し、その後ゲート酸化膜４、ゲート電極２および
ＳｉＯ2３を形成する。次に層間絶縁膜５ａおよびコン
タクトホールを形成する。次にこのコンタクトホールに
補償イオン注入を行い、その後活性化アニールを行う。
すように半導体基板１にフィールド酸化膜（図示せず）
を形成し、その後ゲート酸化膜４、ゲート電極２および
ＳｉＯ2３を形成する。次に層間絶縁膜５ａおよびコン
タクトホールを形成する。次にこのコンタクトホールに
補償イオン注入を行い、その後活性化アニールを行う。
【００５４】次にオーミックコンタクトをとるためのＴ
ｉ膜、密着層およびバリアメタルとしてのＴｉＮ膜をス
パッタ法により形成してＴｉ／ＴｉＮ膜７の積層構造と
する。
ｉ膜、密着層およびバリアメタルとしてのＴｉＮ膜をス
パッタ法により形成してＴｉ／ＴｉＮ膜７の積層構造と
する。
【００５５】次にＷＦ6ガスをＤＣＳガスにて還元し、
図７（ａ）に示すようにＣＶＤ法によりＷ膜１９を形成
する。次にＷＦ6をＨ2ガスにて還元し、ＣＶＤ法により
Blanket Ｗ膜２０を形成する。次にＷＦ6ガスをＤＣＳ
ガスにて還元し、図７（ａ）に示すようにＣＶＤ法によ
りＷ膜２１を形成する。次にＷＦ6ガスをＨ2ガスにて還
元し、ＣＶＤ法によりBlanket Ｗ膜２２を形成する。こ
のように、ＷＦ6ガスをＤＣＳガスにて還元するステッ
プを、ＷＦ6ガスをＨ2ガスにて還元してBlanket Ｗ膜を
形成するステップの間に間欠的に導入することにより、
Blanket Ｗ膜の結晶成長を抑制して表面のモホロジーの
悪化を抑制することができる。
図７（ａ）に示すようにＣＶＤ法によりＷ膜１９を形成
する。次にＷＦ6をＨ2ガスにて還元し、ＣＶＤ法により
Blanket Ｗ膜２０を形成する。次にＷＦ6ガスをＤＣＳ
ガスにて還元し、図７（ａ）に示すようにＣＶＤ法によ
りＷ膜２１を形成する。次にＷＦ6ガスをＨ2ガスにて還
元し、ＣＶＤ法によりBlanket Ｗ膜２２を形成する。こ
のように、ＷＦ6ガスをＤＣＳガスにて還元するステッ
プを、ＷＦ6ガスをＨ2ガスにて還元してBlanket Ｗ膜を
形成するステップの間に間欠的に導入することにより、
Blanket Ｗ膜の結晶成長を抑制して表面のモホロジーの
悪化を抑制することができる。
【００５６】次に、第１実施例と同じ条件にて図７
（ｂ）に示すように、ＲＩＥによりエッチバックしコン
タクトホール部にのみBlanket Ｗ膜２０ａ，２２ａおよ
びＷ膜１９ａ，２０ａを形成する。
（ｂ）に示すように、ＲＩＥによりエッチバックしコン
タクトホール部にのみBlanket Ｗ膜２０ａ，２２ａおよ
びＷ膜１９ａ，２０ａを形成する。
【００５７】次にスパッタ法により、配線層を形成すべ
くＡｌ合金膜（図示せず）を形成し、その後リソグラフ
ィーおよびＲＩＥによりパターニングしＡｌ合金配線層
を形成する。
くＡｌ合金膜（図示せず）を形成し、その後リソグラフ
ィーおよびＲＩＥによりパターニングしＡｌ合金配線層
を形成する。
【００５８】上記ＷＦ6ガスをＤＣＳガスにて還元する
ステップの間欠的な導入の回数およびその膜厚は、Blan
ket Ｗ膜の膜厚等により適宜決めることができる。
ステップの間欠的な導入の回数およびその膜厚は、Blan
ket Ｗ膜の膜厚等により適宜決めることができる。
【００５９】
【発明の効果】本発明に係る高融点金属膜の堆積方法に
よれば、高融点金属の化合物ガスを塩素を含むシラン系
ガスで還元し、高融点金属を形成する特定の工程を、高
融点金属の化合物ガスを水素を含むガスで還元し、高融
点金属膜を形成する工程に間欠的に導入するようになさ
れる。 この構成によって、高融点金属の化合物ガスを表
面反応で間欠的に還元できるので、高融点金属の形成に
伴うパーティクルの発生を抑制できると共に、当該高融
点金属のステップカバレージを良好に維持できる。ま
た、高融点金属膜の結晶成長を抑制することができるの
で、表面モホロジーの劣化を抑えることができる。 従っ
て、ステップカバレージと表面モホロジーの両方が良好
な高融点金属膜を堆積できるので、半導体装置の歩留ま
りを向上できる。
よれば、高融点金属の化合物ガスを塩素を含むシラン系
ガスで還元し、高融点金属を形成する特定の工程を、高
融点金属の化合物ガスを水素を含むガスで還元し、高融
点金属膜を形成する工程に間欠的に導入するようになさ
れる。 この構成によって、高融点金属の化合物ガスを表
面反応で間欠的に還元できるので、高融点金属の形成に
伴うパーティクルの発生を抑制できると共に、当該高融
点金属のステップカバレージを良好に維持できる。ま
た、高融点金属膜の結晶成長を抑制することができるの
で、表面モホロジーの劣化を抑えることができる。 従っ
て、ステップカバレージと表面モホロジーの両方が良好
な高融点金属膜を堆積できるので、半導体装置の歩留ま
りを向上できる。
【図１】第１実施例による高融点金属膜堆積工程を示す
断面図（Ｉ）である。
断面図（Ｉ）である。
【図２】第１実施例による高融点金属膜堆積工程を示す
断面図（II）である。
断面図（II）である。
【図３】第２実施例による高融点金属膜堆積工程を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】第３実施例による高融点金属膜堆積工程を示す
断面図（Ｉ）である。
断面図（Ｉ）である。
【図５】第３実施例による高融点金属膜堆積工程を示す
断面図（II）である。
断面図（II）である。
【図６】第４実施例による高融点金属膜堆積工程を示す
断面図である。
断面図である。
【図７】第５実施例による高融点金属膜堆積工程を示す
断面図である。
断面図である。
１ 半導体基板 ２ ゲート電極 ３ ＳｉＯ2 ４ ゲート電極 ５，５ａ，１３ 層間絶縁膜 ６ コンタクトホール ７ Ｔｉ／ＴｉＮ膜 ８ ＷＳｉｘまたはＷ核（高融点金属化合物または高融
点金属） ９，９ａ，１１，１１ａ，１６，１６ａ，１８，２０，
２０ａ，２２，２２ａBlanket Ｗ膜（高融点金属膜） １０，１０ａ，１５，１５ａ，１９，１９ａ，２１，２
１ａ Ｗ膜 １７，１７ａ ＷＳｉｘ膜 １８ａ Blanket Ｗ配線
点金属） ９，９ａ，１１，１１ａ，１６，１６ａ，１８，２０，
２０ａ，２２，２２ａBlanket Ｗ膜（高融点金属膜） １０，１０ａ，１５，１５ａ，１９，１９ａ，２１，２
１ａ Ｗ膜 １７，１７ａ ＷＳｉｘ膜 １８ａ Blanket Ｗ配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板上のコンタクトホールもしく
はヴィアホール内へ高融点金属膜を堆積する方法におい
て、 高融点金属の化合物ガスを塩素を含むシラン系ガスで還
元し、少なくとも、前記コンタクトホールもしくはヴィ
アホール内へ高融点金属を形成する第１の工程と、 前記高融点金属の化合物ガスを水素を含むガスで還元
し、前記高融点金属上にさらに高融点金属膜を形成する
第２の工程とを有し、 前記高融点金属の化合物ガスを塩素を含むシラン系ガス
で還元し、高融点金属を形成する特定の工程を、前記第
２の工程に間欠的に導入することを特徴とする高融点金
属膜の堆積方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06406393A JP3246046B2 (ja) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | 高融点金属膜の堆積方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06406393A JP3246046B2 (ja) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | 高融点金属膜の堆積方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275727A JPH06275727A (ja) | 1994-09-30 |
| JP3246046B2 true JP3246046B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=13247267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06406393A Expired - Fee Related JP3246046B2 (ja) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | 高融点金属膜の堆積方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246046B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3358328B2 (ja) * | 1994-10-27 | 2002-12-16 | ソニー株式会社 | 高融点金属膜の成膜方法 |
| JP2800788B2 (ja) * | 1996-06-27 | 1998-09-21 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP5110820B2 (ja) | 2006-08-02 | 2012-12-26 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置、光電変換装置の製造方法及び撮像システム |
| JP5547380B2 (ja) * | 2008-04-30 | 2014-07-09 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP5550843B2 (ja) * | 2009-03-19 | 2014-07-16 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1993
- 1993-03-23 JP JP06406393A patent/JP3246046B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06275727A (ja) | 1994-09-30 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |