JP3248262B2 - 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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- JP3248262B2 JP3248262B2 JP25601792A JP25601792A JP3248262B2 JP 3248262 B2 JP3248262 B2 JP 3248262B2 JP 25601792 A JP25601792 A JP 25601792A JP 25601792 A JP25601792 A JP 25601792A JP 3248262 B2 JP3248262 B2 JP 3248262B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＬＳＩデバイスの半導体
装置およびその製造方法に関するものである。
装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、集積化が進むＬＳＩデバイスにお
いて配線技術が非常に注目されている。従来のスパッタ
膜では０.５μｍ以下の接続孔（コンタクト、スルーホ
ール）や起伏に富んだ絶縁膜形状に対して、優れたカバ
レージ特性を持つ膜が成長できなかったためである。こ
のような微細な配線層の形成にＣＶＤ−タングステンを
用いることが検討され、いわゆるブランケットタングス
テンがアスペクト比の大きな接続孔の埋め込みに一部実
用化されようとしている。また、ブランケットタングス
テン技術はタングステン配線を形成するのに直接利用で
き、タングステンは熱ストレスに強いためマイグレーシ
ョン断線に強い配線材料としても検討されている。
いて配線技術が非常に注目されている。従来のスパッタ
膜では０.５μｍ以下の接続孔（コンタクト、スルーホ
ール）や起伏に富んだ絶縁膜形状に対して、優れたカバ
レージ特性を持つ膜が成長できなかったためである。こ
のような微細な配線層の形成にＣＶＤ−タングステンを
用いることが検討され、いわゆるブランケットタングス
テンがアスペクト比の大きな接続孔の埋め込みに一部実
用化されようとしている。また、ブランケットタングス
テン技術はタングステン配線を形成するのに直接利用で
き、タングステンは熱ストレスに強いためマイグレーシ
ョン断線に強い配線材料としても検討されている。
【０００３】集積化の進むＬＳＩデバイスにおいて、タ
ングステン配線は精度よく加工できることが重要であ
る。
ングステン配線は精度よく加工できることが重要であ
る。
【０００４】図２１（ａ）は従来のタングステン配線装
置を示すものである。図２１（ａ）の垂直方向断面図を
図２１（ｂ）に示す。以下図面を参照しながら従来技術
の一例について説明する。実デバイスにおいて、接続孔
はシリコン（Ｓｉ）基板１上の拡散層２、ゲート電極で
あるポリシリコン膜３やビット線である第二層配線４、
たとえばシリサイドに対して形成されている。接続孔
は、Ｓｉ基板１上の絶縁膜５、たとえば酸化膜をエッチ
することで形成される。次にタングステンを形成する
が、タングステンの下地には酸化膜側壁との密着性向上
と拡散層との接続部においてタングステンがＳｉへ拡散
するアロイスパイクを防止するために密着・バリア層６
を形成しておく。一般的には、チタン（Ｔｉ）、Ｔｉ窒
化膜、Ｔｉタングステン化合物等が用いられている。
置を示すものである。図２１（ａ）の垂直方向断面図を
図２１（ｂ）に示す。以下図面を参照しながら従来技術
の一例について説明する。実デバイスにおいて、接続孔
はシリコン（Ｓｉ）基板１上の拡散層２、ゲート電極で
あるポリシリコン膜３やビット線である第二層配線４、
たとえばシリサイドに対して形成されている。接続孔
は、Ｓｉ基板１上の絶縁膜５、たとえば酸化膜をエッチ
することで形成される。次にタングステンを形成する
が、タングステンの下地には酸化膜側壁との密着性向上
と拡散層との接続部においてタングステンがＳｉへ拡散
するアロイスパイクを防止するために密着・バリア層６
を形成しておく。一般的には、チタン（Ｔｉ）、Ｔｉ窒
化膜、Ｔｉタングステン化合物等が用いられている。
【０００５】次にタングステン膜（Ｗ膜）７を形成した
後、その上層に光反射防止膜８を形成する。光反射防止
膜８には、有機膜、Ｔｉ膜、Ｔｉ窒化膜が用いられる。
タングステンのような金属膜の場合、表面が高反射であ
るため、露光時に基板面での反射光が入射光と干渉しあ
って定在波が生じ、露光むらを生じる。また、段差構造
があるとレジスト厚が変化するため、その影響が顕著に
なる。光反射防止膜を用いない場合、図２２（ａ）に示
すようなすそ引き形状、図２２（ｂ）に示すような逆テ
ーパ形状（ｂ）あるいは図２２（ｃ）に示すような上部
レジスト細り（ｃ）となり、レジストパターンを精度よ
く形成することができない。
後、その上層に光反射防止膜８を形成する。光反射防止
膜８には、有機膜、Ｔｉ膜、Ｔｉ窒化膜が用いられる。
タングステンのような金属膜の場合、表面が高反射であ
るため、露光時に基板面での反射光が入射光と干渉しあ
って定在波が生じ、露光むらを生じる。また、段差構造
があるとレジスト厚が変化するため、その影響が顕著に
なる。光反射防止膜を用いない場合、図２２（ａ）に示
すようなすそ引き形状、図２２（ｂ）に示すような逆テ
ーパ形状（ｂ）あるいは図２２（ｃ）に示すような上部
レジスト細り（ｃ）となり、レジストパターンを精度よ
く形成することができない。
【０００６】次に露光、現像によりレジストパターン９
を形成し、これをマスクとしてドライエッチングをする
ことで、図２１（ｃ）に示すようなタングステン配線を
形成する。
を形成し、これをマスクとしてドライエッチングをする
ことで、図２１（ｃ）に示すようなタングステン配線を
形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、光反射防止膜８として有機膜を用いた場
合、塗布膜厚も数百ｎｍ以上と厚くしなければ効果が得
られなかった。しかも回転塗布により形成するため、段
差構造があると膜厚が一定にできないという問題点があ
った。また、無機系のＴｉ，Ｔｉ窒化膜を用いた場合、
図２１（ｃ）に示すようにタングステン膜７は密着・バ
リア層６と光反射防止膜８とのサンドイッチ構造とな
る。そのためタングステン膜７からの反射による露光む
らが改善され、レジストパターンが精度よく形成された
としても、エッチング時には、密着・バリア層６、光反
射防止膜８がＴｉ系であるため、エッチングに使用する
ガス系がタングステンをエッチする場合とでは異なる。
そのためエッチングが非常に難しくなるという問題点が
ある。
うな構成では、光反射防止膜８として有機膜を用いた場
合、塗布膜厚も数百ｎｍ以上と厚くしなければ効果が得
られなかった。しかも回転塗布により形成するため、段
差構造があると膜厚が一定にできないという問題点があ
った。また、無機系のＴｉ，Ｔｉ窒化膜を用いた場合、
図２１（ｃ）に示すようにタングステン膜７は密着・バ
リア層６と光反射防止膜８とのサンドイッチ構造とな
る。そのためタングステン膜７からの反射による露光む
らが改善され、レジストパターンが精度よく形成された
としても、エッチング時には、密着・バリア層６、光反
射防止膜８がＴｉ系であるため、エッチングに使用する
ガス系がタングステンをエッチする場合とでは異なる。
そのためエッチングが非常に難しくなるという問題点が
ある。
【０００８】Ｔｉ系のエッチングには塩素系ガスを、タ
ングステン系のエッチングには弗素系ガスを用いる。し
たがって、まず第一に光反射防止膜８を塩素系ガスを用
いてエッチングを行い、次にタングステン膜７のエッチ
を弗素系を用いて行い、最後に密着・バリア層６を塩素
系ガスを用いてエッチする。このようにエッチングプロ
セスが非常に複雑となる。また、各層のエッチングレー
トがそれぞれ異なるため垂直な断面形状を得るのが難し
く、図２３（ａ）に示すようなすそ引き形状や図２３
（ｂ）に示すアンダーカット形状となり、レジストパタ
ーンとの寸法変換差がない高精度のエッチングができな
いという問題点があった。
ングステン系のエッチングには弗素系ガスを用いる。し
たがって、まず第一に光反射防止膜８を塩素系ガスを用
いてエッチングを行い、次にタングステン膜７のエッチ
を弗素系を用いて行い、最後に密着・バリア層６を塩素
系ガスを用いてエッチする。このようにエッチングプロ
セスが非常に複雑となる。また、各層のエッチングレー
トがそれぞれ異なるため垂直な断面形状を得るのが難し
く、図２３（ａ）に示すようなすそ引き形状や図２３
（ｂ）に示すアンダーカット形状となり、レジストパタ
ーンとの寸法変換差がない高精度のエッチングができな
いという問題点があった。
【０００９】また、タングステン膜７とその上層の光反
射防止膜８は異なる膜堆積装置を用いて形成する。膜堆
積装置はダストレベルが悪く、光反射防止膜８形成時に
ダストが増えるという問題がある。その上、ＣＶＤ法に
より形成したタングステン膜７は非常に大きな引張り応
力を有しており、シリコン基板１が凹側へ大きく反る。
そのため、タングステン膜７形成後のプロセス装置でシ
リコン基板１を正常にチャックできず搬送トラブルが発
生したり、ウエハ吸着エラーが発生するという問題があ
る。
射防止膜８は異なる膜堆積装置を用いて形成する。膜堆
積装置はダストレベルが悪く、光反射防止膜８形成時に
ダストが増えるという問題がある。その上、ＣＶＤ法に
より形成したタングステン膜７は非常に大きな引張り応
力を有しており、シリコン基板１が凹側へ大きく反る。
そのため、タングステン膜７形成後のプロセス装置でシ
リコン基板１を正常にチャックできず搬送トラブルが発
生したり、ウエハ吸着エラーが発生するという問題があ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のタングステン配線装置は、半導体基板上
に形成されたタングステン膜と、前記タングステン膜上
にタングステン酸化膜（ＷＯ3）を有している。
めに、本発明のタングステン配線装置は、半導体基板上
に形成されたタングステン膜と、前記タングステン膜上
にタングステン酸化膜（ＷＯ3）を有している。
【００１１】また、前記タングステン酸化膜がＷＯ3よ
りも酸化数の小さなタングステン酸化膜である。
りも酸化数の小さなタングステン酸化膜である。
【００１２】さらに、半導体基板上に形成されたタング
ステン膜と、前記タングステン膜上にタングステン窒化
膜を有している。
ステン膜と、前記タングステン膜上にタングステン窒化
膜を有している。
【００１３】上記問題点を解決するために、本発明のタ
ングステン配線の製造方法は、半導体基板上にタングス
テン膜を形成する工程と、前記タングステン膜上にタン
グステン酸化膜（ＷＯ3）を形成する工程を備え、前記
タングステン酸化膜（ＷＯ3）が前記タングステン膜形
成と連続工程により形成される。
ングステン配線の製造方法は、半導体基板上にタングス
テン膜を形成する工程と、前記タングステン膜上にタン
グステン酸化膜（ＷＯ3）を形成する工程を備え、前記
タングステン酸化膜（ＷＯ3）が前記タングステン膜形
成と連続工程により形成される。
【００１４】また、半導体基板上にタングステン膜を形
成する工程と、前記タングステン膜上に第１のタングス
テン酸化膜（ＷＯ3）と前記第１のタングステン酸化膜
（ＷＯ3）よりも酸化数の小さな第２のタングステン酸
化膜を形成する工程を備え、前記第１、２のタングステ
ン酸化膜形成が、前記タングステン膜を酸化することに
より形成する。
成する工程と、前記タングステン膜上に第１のタングス
テン酸化膜（ＷＯ3）と前記第１のタングステン酸化膜
（ＷＯ3）よりも酸化数の小さな第２のタングステン酸
化膜を形成する工程を備え、前記第１、２のタングステ
ン酸化膜形成が、前記タングステン膜を酸化することに
より形成する。
【００１５】また、半導体基板上にタングステン膜を形
成する工程と、前記タングステン膜上に第１のタングス
テン酸化膜（ＷＯ3）と前記第１のタングステン酸化膜
（ＷＯ3）よりも酸化数の小さな第２のタングステン酸
化膜を形成する工程を備え、前記第２のタングステン酸
化膜形成が、前記第１のタングステン酸化膜（ＷＯ3）
を還元する。
成する工程と、前記タングステン膜上に第１のタングス
テン酸化膜（ＷＯ3）と前記第１のタングステン酸化膜
（ＷＯ3）よりも酸化数の小さな第２のタングステン酸
化膜を形成する工程を備え、前記第２のタングステン酸
化膜形成が、前記第１のタングステン酸化膜（ＷＯ3）
を還元する。
【００１６】また、半導体基板上にタングステン膜を形
成する工程と、前記タングステン膜上にタングステン窒
化膜を形成する工程を備え、前記タングステン窒化膜の
膜中の窒素量が１５原子％以下である。
成する工程と、前記タングステン膜上にタングステン窒
化膜を形成する工程を備え、前記タングステン窒化膜の
膜中の窒素量が１５原子％以下である。
【００１７】また、前記タングステン窒化膜形成が、反
応性スパッタ法により形成される。また、前記タングス
テン窒化膜を形成する反応性スパッタ条件が、窒素ガス
分圧力と窒素ガス圧力とアルゴンガス圧力の全圧力との
比（Ｐ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ））が４０％以下であ
る。
応性スパッタ法により形成される。また、前記タングス
テン窒化膜を形成する反応性スパッタ条件が、窒素ガス
分圧力と窒素ガス圧力とアルゴンガス圧力の全圧力との
比（Ｐ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ））が４０％以下であ
る。
【００１８】さらに、前記タングステン窒化膜が前記タ
ングステン膜形成と連続した窒化工程により形成する。
ングステン膜形成と連続した窒化工程により形成する。
【００１９】
【作用】本発明は、タングステン膜上にタングステン酸
化膜（ＷＯ3膜）、または、ＷＯ3よりも酸化数の小さな
タングステン酸化膜、または、タングステン窒化膜を有
する構造の配線であり、タングテン膜上のこれらタング
ステン酸化膜（ＷＯ3膜）、または、ＷＯ3よりも酸化数
の小さなタングステン酸化膜、またはタングステン窒化
膜により露光時のタングステン膜からの入射光反射が低
減され、露光むらのない高精度のレジストパターンが再
現性よく形成できる。また、これらのタングステン酸化
膜は、タングステンエッチングと同様の弗素系ガスを用
いてエッチすることができるので、エッチングプロセス
が簡単となり、断面形状が垂直で寸法精度の良好なタン
グステン配線の形成が可能となる。また、これらのタン
グステン酸化膜により引張り応力が緩和され、シリコン
基板の反りに起因する諸問題も改善できる。
化膜（ＷＯ3膜）、または、ＷＯ3よりも酸化数の小さな
タングステン酸化膜、または、タングステン窒化膜を有
する構造の配線であり、タングテン膜上のこれらタング
ステン酸化膜（ＷＯ3膜）、または、ＷＯ3よりも酸化数
の小さなタングステン酸化膜、またはタングステン窒化
膜により露光時のタングステン膜からの入射光反射が低
減され、露光むらのない高精度のレジストパターンが再
現性よく形成できる。また、これらのタングステン酸化
膜は、タングステンエッチングと同様の弗素系ガスを用
いてエッチすることができるので、エッチングプロセス
が簡単となり、断面形状が垂直で寸法精度の良好なタン
グステン配線の形成が可能となる。また、これらのタン
グステン酸化膜により引張り応力が緩和され、シリコン
基板の反りに起因する諸問題も改善できる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の半導体装置およびその製造方
法について図面を参照しながら実施例を説明する。
法について図面を参照しながら実施例を説明する。
【００２１】まず、図１（ａ）の斜視図に示すようにシ
リコン（Ｓｉ）基板１１上に５００ｎｍ厚のＬＯＣＯＳ
１２を形成し、その上層に５００ｎｍのポリシリコン膜
１３を堆積した。このポリシリコン膜１３をエッチする
ことで１０００ｎｍの断差を形成した。次に、１０００
ｎｍ厚のＢＰＳＧ膜１４を堆積し、９００℃のアニール
を行なうことでタングステン配線形成用の段差下地を持
つＳｉ基板１１を作製した。
リコン（Ｓｉ）基板１１上に５００ｎｍ厚のＬＯＣＯＳ
１２を形成し、その上層に５００ｎｍのポリシリコン膜
１３を堆積した。このポリシリコン膜１３をエッチする
ことで１０００ｎｍの断差を形成した。次に、１０００
ｎｍ厚のＢＰＳＧ膜１４を堆積し、９００℃のアニール
を行なうことでタングステン配線形成用の段差下地を持
つＳｉ基板１１を作製した。
【００２２】これを下地として、その上にタングステン
配線を形成した。図１（ｂ）にタングステン配線部の拡
大断面図を示す。この図を用いて本発明のタングステン
配線の第一の実施例を詳細に説明する。
配線を形成した。図１（ｂ）にタングステン配線部の拡
大断面図を示す。この図を用いて本発明のタングステン
配線の第一の実施例を詳細に説明する。
【００２３】図１（ａ）を用いて上記に説明した段差下
地を持つＳｉ基板２１上に、図２（ａ）に示すように密
着・バリア層２２として窒化チタン（ＴｉＮ）膜／チタ
ン（Ｔｉ）膜を１００ｎｍ／２０ｎｍの厚さにスパッタ
により堆積した。このときの成膜条件は、Ｔｉ成膜で
は、Ａｒガス圧力を６ｍＴｏｒｒ、直流（ＤＣ）パワー
を１ｋＷとし、ＴｉＮ成膜では、Ａｒ／Ｎ2ガス混合比
を３０％／７０％、ガス圧力を６ｍＴｏｒｒ、ＤＣパワ
ー６ｋＷとし、連続堆積した。
地を持つＳｉ基板２１上に、図２（ａ）に示すように密
着・バリア層２２として窒化チタン（ＴｉＮ）膜／チタ
ン（Ｔｉ）膜を１００ｎｍ／２０ｎｍの厚さにスパッタ
により堆積した。このときの成膜条件は、Ｔｉ成膜で
は、Ａｒガス圧力を６ｍＴｏｒｒ、直流（ＤＣ）パワー
を１ｋＷとし、ＴｉＮ成膜では、Ａｒ／Ｎ2ガス混合比
を３０％／７０％、ガス圧力を６ｍＴｏｒｒ、ＤＣパワ
ー６ｋＷとし、連続堆積した。
【００２４】次に、図２（ｂ）に示すようにＣＶＤ（Ch
emical Vapor Deposition）法によりタングステン
（Ｗ）膜２３を５００ｎｍ厚に堆積した。このとき、第
１ステップとして下地へのタングステン核形成を目的と
して、堆積速度の遅いＷＦ6のＳｉＨ4還元作用によりＷ
膜２３を堆積した。下地がＴｉＮ膜の場合、初期の成長
に遅れが生じ、シリコン基板２３内での膜厚均一性が悪
くなる。そのため、このステップが必要となる。このと
きの条件は、ガス流量比ＳｉＨ4／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝
３／５／２０００／２００ＳＣＣＭ、ガス圧力１.２Ｔ
ｏｒｒ、基板温度４５０℃、堆積時間２０秒間とした。
連続して堆積速度の速いＷＦ6のＨ2還元作用によりＷ膜
２３を堆積した。このときの条件は、ガス流量比Ｈ2／
ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝１８００／３６／２２００／３００
ＳＣＣＭ、ガス圧力８０Ｔｏｒｒ、基板温度４５０℃、
堆積時間１００秒間とした。このようにして堆積したＷ
膜２３の表面は金属光沢をしている。
emical Vapor Deposition）法によりタングステン
（Ｗ）膜２３を５００ｎｍ厚に堆積した。このとき、第
１ステップとして下地へのタングステン核形成を目的と
して、堆積速度の遅いＷＦ6のＳｉＨ4還元作用によりＷ
膜２３を堆積した。下地がＴｉＮ膜の場合、初期の成長
に遅れが生じ、シリコン基板２３内での膜厚均一性が悪
くなる。そのため、このステップが必要となる。このと
きの条件は、ガス流量比ＳｉＨ4／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝
３／５／２０００／２００ＳＣＣＭ、ガス圧力１.２Ｔ
ｏｒｒ、基板温度４５０℃、堆積時間２０秒間とした。
連続して堆積速度の速いＷＦ6のＨ2還元作用によりＷ膜
２３を堆積した。このときの条件は、ガス流量比Ｈ2／
ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝１８００／３６／２２００／３００
ＳＣＣＭ、ガス圧力８０Ｔｏｒｒ、基板温度４５０℃、
堆積時間１００秒間とした。このようにして堆積したＷ
膜２３の表面は金属光沢をしている。
【００２５】次に、別の段差を持つシリコン基板２１上
に上記で説明した試料と同様にＴｉ膜／ＴｉＮ膜でなる
バリア層２２、Ｗ膜２３を同条件で形成し、同装置内で
連続してＯ2ガスを導入し、ガス流量比Ｈ2／ＷＦ6／Ａ
ｒ／Ｎ2／Ｏ2＝１８００／３６／２２００／３００／３
００ＳＣＣＭ、ガス圧力８０Ｔｏｒｒ、基板温度４５０
℃でそれぞれ５秒間、１０秒間堆積した。このように堆
積した膜の表面はだいだい色をしている。
に上記で説明した試料と同様にＴｉ膜／ＴｉＮ膜でなる
バリア層２２、Ｗ膜２３を同条件で形成し、同装置内で
連続してＯ2ガスを導入し、ガス流量比Ｈ2／ＷＦ6／Ａ
ｒ／Ｎ2／Ｏ2＝１８００／３６／２２００／３００／３
００ＳＣＣＭ、ガス圧力８０Ｔｏｒｒ、基板温度４５０
℃でそれぞれ５秒間、１０秒間堆積した。このように堆
積した膜の表面はだいだい色をしている。
【００２６】このＷ膜２３表面をＸ線回折、オージェ電
子分光により分析した結果を図３、図４に示す。
子分光により分析した結果を図３、図４に示す。
【００２７】図３はＸ線回折による構造分析の結果であ
る。表面からの情報を得るためにＸ線は試料に対して３
度の角度で入射し、積算して分析を行なった。なおＸ線
源はＣｕＫα線（波長０.１４３ｎｍ）を使用した。縦
軸は回折ピーク強度（任意目盛）、横軸は回折角（２
θ）を示している。図中（ａ）はＷ膜２３堆積後の
（ｂ）はＷ膜２３堆積後、連続してＯ2ガスを導入して
１０秒間堆積した後のＸ線回折ピークを示している。図
からもわかるように、（ａ）ではタングステンのみに対
応したピークが現われている。（ｂ）では（ａ）では認
められなかったピークが低角度側２３〜２４度付近で認
められるようになる。これらのピークはタングステン酸
化膜（ＷＯ3膜）のピークに対応しており、表面にはＷ
Ｏ3膜が形成されている。なお、（ｂ）のタングステン
のピークはＷＯ3下に存在するＷ膜２３からのものであ
る。
る。表面からの情報を得るためにＸ線は試料に対して３
度の角度で入射し、積算して分析を行なった。なおＸ線
源はＣｕＫα線（波長０.１４３ｎｍ）を使用した。縦
軸は回折ピーク強度（任意目盛）、横軸は回折角（２
θ）を示している。図中（ａ）はＷ膜２３堆積後の
（ｂ）はＷ膜２３堆積後、連続してＯ2ガスを導入して
１０秒間堆積した後のＸ線回折ピークを示している。図
からもわかるように、（ａ）ではタングステンのみに対
応したピークが現われている。（ｂ）では（ａ）では認
められなかったピークが低角度側２３〜２４度付近で認
められるようになる。これらのピークはタングステン酸
化膜（ＷＯ3膜）のピークに対応しており、表面にはＷ
Ｏ3膜が形成されている。なお、（ｂ）のタングステン
のピークはＷＯ3下に存在するＷ膜２３からのものであ
る。
【００２８】図４はオージェ電子分光による深さ方向の
分析結果である。縦軸はオージェピーク強度（任意目
盛）、横軸はスパッタ時間である。図中にはＷ膜２３堆
積後、Ｏ2ガスを導入して５秒間、１０秒間堆積した場
合の結果を示す。表面からはＯ2が検出されており、図
３のＸ線回折の結果と一致している。その厚さはタング
ステンピークとの関係から５秒間堆積した場合約２５ｎ
ｍ、１０秒間堆積した場合約５０ｎｍ程度であると推察
できる。
分析結果である。縦軸はオージェピーク強度（任意目
盛）、横軸はスパッタ時間である。図中にはＷ膜２３堆
積後、Ｏ2ガスを導入して５秒間、１０秒間堆積した場
合の結果を示す。表面からはＯ2が検出されており、図
３のＸ線回折の結果と一致している。その厚さはタング
ステンピークとの関係から５秒間堆積した場合約２５ｎ
ｍ、１０秒間堆積した場合約５０ｎｍ程度であると推察
できる。
【００２９】したがって、膜表面が金属光沢からだいだ
い色へ変化したのは、図２（ｃ）に示すようにタングス
テン酸化膜（ＷＯ3膜）２４が形成されたことによるも
のといえる。
い色へ変化したのは、図２（ｃ）に示すようにタングス
テン酸化膜（ＷＯ3膜）２４が形成されたことによるも
のといえる。
【００３０】次に、分光光度計を用いて、このＷＯ3膜
２４を堆積した膜の反射率の波長依存性を図５に示す。
縦軸は反射率（％）、横軸は波長（ｎｍ）を表わしてい
る。測定はＢａＳＯ4の反射率をリファレンス（１００
％）として行った。横軸には露光光源として使用されて
いる光源波長ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎ
ｍ）、エキシマレーザーＫｒＦ（２４８ｎｍ）を矢印で
示してある。
２４を堆積した膜の反射率の波長依存性を図５に示す。
縦軸は反射率（％）、横軸は波長（ｎｍ）を表わしてい
る。測定はＢａＳＯ4の反射率をリファレンス（１００
％）として行った。横軸には露光光源として使用されて
いる光源波長ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎ
ｍ）、エキシマレーザーＫｒＦ（２４８ｎｍ）を矢印で
示してある。
【００３１】Ｗ膜２３のみの場合、２４８ｎｍで反射率
７０％、３６５ｎｍ、４３６ｎｍで６０％であるのに対
して、ＷＯ3膜２４を堆積した場合、２４８ｎｍで反射
率４０％、３６５ｎｍ、４３６ｎｍで４５〜５０％で、
低反射率となっている。特に、エキシマレーザー波長に
おいて反射率が大幅に低減されており、効果的であると
いえる。
７０％、３６５ｎｍ、４３６ｎｍで６０％であるのに対
して、ＷＯ3膜２４を堆積した場合、２４８ｎｍで反射
率４０％、３６５ｎｍ、４３６ｎｍで４５〜５０％で、
低反射率となっている。特に、エキシマレーザー波長に
おいて反射率が大幅に低減されており、効果的であると
いえる。
【００３２】また、フラットネステスターを用いウエハ
の反りを求めたところ１３０μｍ（引張り応力側）であ
った。それに対してＷ膜２３上にＷＯ3膜２４を堆積し
た膜では６５μｍ（引張り応力側）であり、上層のＷＯ
3膜２４によってタングステンの応力が緩和されている
といえる。
の反りを求めたところ１３０μｍ（引張り応力側）であ
った。それに対してＷ膜２３上にＷＯ3膜２４を堆積し
た膜では６５μｍ（引張り応力側）であり、上層のＷＯ
3膜２４によってタングステンの応力が緩和されている
といえる。
【００３３】次に、図２（ｄ）に示すように化学増幅系
ポジ型レジストを１０００ｎｍ厚に塗布し、ＫｒＦエキ
シマレーザーステッパーを用い、４０ｍＪ／ｃｍ2の露
光量で露光を行い、０.４μｍのライン・スペースレジ
ストパターン２５を形成した。上記に述べたように、Ｗ
膜２３の上層に堆積したＷＯ3膜２４によって下地から
の反射が低減され、露光むらのない高精度なレジストパ
ターンが再現性よく形成できる。
ポジ型レジストを１０００ｎｍ厚に塗布し、ＫｒＦエキ
シマレーザーステッパーを用い、４０ｍＪ／ｃｍ2の露
光量で露光を行い、０.４μｍのライン・スペースレジ
ストパターン２５を形成した。上記に述べたように、Ｗ
膜２３の上層に堆積したＷＯ3膜２４によって下地から
の反射が低減され、露光むらのない高精度なレジストパ
ターンが再現性よく形成できる。
【００３４】このレジストパターンをマスクとしてドラ
イエッチングをすることで、図２（ｅ）に示す０.４μ
ｍのタングステン配線２６を形成した。エッチング条件
は、第１ステップとして弗素系ガスでＷＯ3膜２４とＷ
膜２３をエッチする。第２ステップとして塩素系ガスで
バリア層２２をエッチする。塩素系ガスに対しては、タ
ングステンの塩化物の蒸気圧が低いため、Ｗ膜２３はほ
とんどエッチされず、十分なオーバーエッチングが可能
である。したがって、簡単なエッチングプロセスで断面
形状が垂直で寸法制御に優れた高精度なタングステン配
線２６が段差下地上にも形成できる。
イエッチングをすることで、図２（ｅ）に示す０.４μ
ｍのタングステン配線２６を形成した。エッチング条件
は、第１ステップとして弗素系ガスでＷＯ3膜２４とＷ
膜２３をエッチする。第２ステップとして塩素系ガスで
バリア層２２をエッチする。塩素系ガスに対しては、タ
ングステンの塩化物の蒸気圧が低いため、Ｗ膜２３はほ
とんどエッチされず、十分なオーバーエッチングが可能
である。したがって、簡単なエッチングプロセスで断面
形状が垂直で寸法制御に優れた高精度なタングステン配
線２６が段差下地上にも形成できる。
【００３５】このときのエッチング条件は、２段階で行
う。すなわち、第１ステップで、ガス流量比ＳＦ6／Ｎ2
＝１５０／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力１００ｍＴｏｒｒ、
ＲＦパワー１５０Ｗでエッチング終了信号検出時間（約
９０秒間）、次に、第２ステップでガス流量比Ｃｌ2／
Ｎ2＝１００／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力１５０ｍＴｏｒ
ｒ、ＲＦパワー１７５Ｗで６０秒間である。
う。すなわち、第１ステップで、ガス流量比ＳＦ6／Ｎ2
＝１５０／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力１００ｍＴｏｒｒ、
ＲＦパワー１５０Ｗでエッチング終了信号検出時間（約
９０秒間）、次に、第２ステップでガス流量比Ｃｌ2／
Ｎ2＝１００／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力１５０ｍＴｏｒ
ｒ、ＲＦパワー１７５Ｗで６０秒間である。
【００３６】このようにして製造したタングステン配線
２６の斜視図を図１（ｂ）に示している。
２６の斜視図を図１（ｂ）に示している。
【００３７】以上、第一の実施例のように、Ｗ膜２３堆
積後、同装置内で連続してタングステンの堆積ガスにＯ
2ガスを導入し、Ｗ膜２３上に薄いＷＯ3膜２４を堆積す
ることで、露光光源波長に対しての反射率が大幅に低減
され、露光むらのない高精度なレジストパターンが再現
性よく形成できる。また、反射防止膜としてタングステ
ン系以外の材料（Ｔｉ、ＴｉＮ）を用いるわけではない
ので、上記レジストパターンをマスクとしてタングステ
ンパターンを形成する際、弗素系のガスのみでＷ膜２３
上層のＷＯ3膜２４と、Ｗ膜２４をドライエッチできる
ので、簡単なエッチングプロセスで、断面形状が垂直
で、寸法制御に優れた高精度なタングステン配線２６を
形成することが可能となる。その上、Ｗ膜２３の応力が
緩和されることでＳｉ基板２１の反りが大幅に低減でき
る。したがって、Ｗ膜２３形成後のプロセス装置におい
て、Ｓｉ基板２１の反りに起因してＳｉ基板２１を正常
にチャックできずに搬送トラブルが発生したり、Ｓｉ基
板２１の吸着エラーが発生する等の諸問題を解決でき
る。
積後、同装置内で連続してタングステンの堆積ガスにＯ
2ガスを導入し、Ｗ膜２３上に薄いＷＯ3膜２４を堆積す
ることで、露光光源波長に対しての反射率が大幅に低減
され、露光むらのない高精度なレジストパターンが再現
性よく形成できる。また、反射防止膜としてタングステ
ン系以外の材料（Ｔｉ、ＴｉＮ）を用いるわけではない
ので、上記レジストパターンをマスクとしてタングステ
ンパターンを形成する際、弗素系のガスのみでＷ膜２３
上層のＷＯ3膜２４と、Ｗ膜２４をドライエッチできる
ので、簡単なエッチングプロセスで、断面形状が垂直
で、寸法制御に優れた高精度なタングステン配線２６を
形成することが可能となる。その上、Ｗ膜２３の応力が
緩和されることでＳｉ基板２１の反りが大幅に低減でき
る。したがって、Ｗ膜２３形成後のプロセス装置におい
て、Ｓｉ基板２１の反りに起因してＳｉ基板２１を正常
にチャックできずに搬送トラブルが発生したり、Ｓｉ基
板２１の吸着エラーが発生する等の諸問題を解決でき
る。
【００３８】次に、本発明のタングステン配線の第二の
実施例を詳細に説明する。図１で説明したように段差下
地を持つＳｉ基板上にタングステン配線を形成する。図
６にタングステン配線部の拡大断面図を示す。この図を
用いて本発明のタングステン配線の第二の実施例を詳細
に説明する。
実施例を詳細に説明する。図１で説明したように段差下
地を持つＳｉ基板上にタングステン配線を形成する。図
６にタングステン配線部の拡大断面図を示す。この図を
用いて本発明のタングステン配線の第二の実施例を詳細
に説明する。
【００３９】図１（ａ）を用いて上記に説明した段差下
地を持つシリコン（Ｓｉ）基板６１上に、図６（ａ）に
示すように密着・バリア層６２としてＴｉＮ／Ｔｉ膜を
１００／２０ｎｍの厚さにスパッタにより堆積した。こ
のときの成膜条件は、Ｔｉ成膜ではＡｒガス圧力を６ｍ
Ｔｏｒｒ、ＤＣパワーを１ｋＷ、ＴｉＮ成膜ではＡｒ／
Ｎ2ガス混合比を３０％／７０％、ガス圧力を６ｍＴｏ
ｒｒ、ＤＣパワーを６ｋＷとし、連続堆積した。
地を持つシリコン（Ｓｉ）基板６１上に、図６（ａ）に
示すように密着・バリア層６２としてＴｉＮ／Ｔｉ膜を
１００／２０ｎｍの厚さにスパッタにより堆積した。こ
のときの成膜条件は、Ｔｉ成膜ではＡｒガス圧力を６ｍ
Ｔｏｒｒ、ＤＣパワーを１ｋＷ、ＴｉＮ成膜ではＡｒ／
Ｎ2ガス混合比を３０％／７０％、ガス圧力を６ｍＴｏ
ｒｒ、ＤＣパワーを６ｋＷとし、連続堆積した。
【００４０】次に、図６（ｂ）に示すようにＣＶＤ法に
よりタングステン膜（Ｗ膜）６３を５００ｎｍ厚に堆積
した。このとき、第１ステップとして下地へのタングス
テン核形成を目的として、堆積速度の遅いＷＦ6のＳｉ
Ｈ4還元作用によりＷ膜６３を堆積した。このときの条
件は、ガス流量比ＳｉＨ4／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝３／５
／２０００／２００ＳＣＣＭ、ガス圧力１.２Ｔｏｒ
ｒ、基板温度４５０℃、堆積時間２０秒間とした。連続
して堆積速度の速いＷＦ6のＨ2還元作用によりＷ膜６３
を堆積した。このときの条件は、ガス流量比をＨ2／Ｗ
Ｆ6／Ａｒ／Ｎ2＝１８００／３６／２２００／３００Ｓ
ＣＣＭ、ガス圧力を８０Ｔｏｒｒ、基板温度を４５０
℃、堆積時間を１００秒間とした。このように堆積した
Ｗ膜６３の表面は金属光沢をしている。
よりタングステン膜（Ｗ膜）６３を５００ｎｍ厚に堆積
した。このとき、第１ステップとして下地へのタングス
テン核形成を目的として、堆積速度の遅いＷＦ6のＳｉ
Ｈ4還元作用によりＷ膜６３を堆積した。このときの条
件は、ガス流量比ＳｉＨ4／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝３／５
／２０００／２００ＳＣＣＭ、ガス圧力１.２Ｔｏｒ
ｒ、基板温度４５０℃、堆積時間２０秒間とした。連続
して堆積速度の速いＷＦ6のＨ2還元作用によりＷ膜６３
を堆積した。このときの条件は、ガス流量比をＨ2／Ｗ
Ｆ6／Ａｒ／Ｎ2＝１８００／３６／２２００／３００Ｓ
ＣＣＭ、ガス圧力を８０Ｔｏｒｒ、基板温度を４５０
℃、堆積時間を１００秒間とした。このように堆積した
Ｗ膜６３の表面は金属光沢をしている。
【００４１】次に、このＷ膜６３を石英封管中で、Ｏ2
流量３０００ＳＣＣＭの雰囲気中で４００℃で１０分間
加熱することで、Ｗ膜６３表面が金属光沢から暗赤褐色
となり、４５０℃で１０分間加熱することで暗青紫色、
５００℃で１０分間加熱することで暗だいだい色へと変
化した。
流量３０００ＳＣＣＭの雰囲気中で４００℃で１０分間
加熱することで、Ｗ膜６３表面が金属光沢から暗赤褐色
となり、４５０℃で１０分間加熱することで暗青紫色、
５００℃で１０分間加熱することで暗だいだい色へと変
化した。
【００４２】このＷ膜６３表面をＸ線回折、オージェ電
子分光により分析した結果を図７、図８に示す。
子分光により分析した結果を図７、図８に示す。
【００４３】図７はＸ線回折による構造分析の結果であ
る。表面からの情報を得るためにＸ線は試料に対して３
度の角度で入射し、積算して分析を行なった。なおＸ線
源はＣｕＫα線（波長０.１４３ｎｍ）を使用した。縦
軸は回折ピーク強度（任意目盛）、横軸は回折角（２
θ）を示している。図中（ａ）はＷ膜６３堆積後の
（ｂ）はＷ膜６３堆積後、酸素雰囲気中で４００℃で１
０分間加熱、（ｃ）は４５０℃で１０分間加熱、（ｄ）
は５００℃で１０分間加熱した後のＸ線回折ピークを示
している。図からもわかるように、図中（ａ）ではタン
グステンのみに対応したピークが現われている。（ｂ）
では（ａ）では認められなかったピークが２６度、３７
度、５３度付近で認められるようになる。これらのピー
クはＷＯ2のピークに対応しており、表面にはＷＯ2膜が
形成されている。（ｄ）では２３〜２４度付近でピーク
が認められ、表面にはＷＯ3膜が形成されているといえ
る。（ｃ）でも同様に数多くのピークが認められるよう
になる。２３〜２４度付近のピークはＷＯ3のピークよ
りも僅かに低角度側へシフトしており、３３度、４０度
付近でもピークが認められることから、Ｗ2Ｏ5であると
同定できる。
る。表面からの情報を得るためにＸ線は試料に対して３
度の角度で入射し、積算して分析を行なった。なおＸ線
源はＣｕＫα線（波長０.１４３ｎｍ）を使用した。縦
軸は回折ピーク強度（任意目盛）、横軸は回折角（２
θ）を示している。図中（ａ）はＷ膜６３堆積後の
（ｂ）はＷ膜６３堆積後、酸素雰囲気中で４００℃で１
０分間加熱、（ｃ）は４５０℃で１０分間加熱、（ｄ）
は５００℃で１０分間加熱した後のＸ線回折ピークを示
している。図からもわかるように、図中（ａ）ではタン
グステンのみに対応したピークが現われている。（ｂ）
では（ａ）では認められなかったピークが２６度、３７
度、５３度付近で認められるようになる。これらのピー
クはＷＯ2のピークに対応しており、表面にはＷＯ2膜が
形成されている。（ｄ）では２３〜２４度付近でピーク
が認められ、表面にはＷＯ3膜が形成されているといえ
る。（ｃ）でも同様に数多くのピークが認められるよう
になる。２３〜２４度付近のピークはＷＯ3のピークよ
りも僅かに低角度側へシフトしており、３３度、４０度
付近でもピークが認められることから、Ｗ2Ｏ5であると
同定できる。
【００４４】しかしながら、それ以外のピークについて
は不明でＷ2Ｏ5となんらかのタングステン酸化膜（ＷＯ
2とＷＯ3との間の酸化数を有する酸化膜）の混合物と考
えられる。なお、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のタングステ
ンのピークはタングステン酸化膜下のＷ膜６３からのも
のである。
は不明でＷ2Ｏ5となんらかのタングステン酸化膜（ＷＯ
2とＷＯ3との間の酸化数を有する酸化膜）の混合物と考
えられる。なお、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のタングステ
ンのピークはタングステン酸化膜下のＷ膜６３からのも
のである。
【００４５】図８はオージェ電子分光による深さ方向の
分析結果である。縦軸はオージェピーク強度（任意目
盛）、横軸はスパッタ時間である。図中（ａ）はＷ膜６
３堆積後、酸素雰囲気中で４００℃で１０分間加熱、
（ｂ）は４５０℃で１０分間加熱、（ｃ）は５００℃で
１０分間加熱した後のオージェピークを示している。表
面からはＯ2が検出されており、図７のＸ線回折の結果
と一致している。しかし、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で顕
著な差は認められなかった。その厚さはタングステンピ
ークとの関係から約５０ｎｍ程度であると推察できる。
分析結果である。縦軸はオージェピーク強度（任意目
盛）、横軸はスパッタ時間である。図中（ａ）はＷ膜６
３堆積後、酸素雰囲気中で４００℃で１０分間加熱、
（ｂ）は４５０℃で１０分間加熱、（ｃ）は５００℃で
１０分間加熱した後のオージェピークを示している。表
面からはＯ2が検出されており、図７のＸ線回折の結果
と一致している。しかし、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で顕
著な差は認められなかった。その厚さはタングステンピ
ークとの関係から約５０ｎｍ程度であると推察できる。
【００４６】したがって、膜表面が金属光沢から暗赤褐
色、暗青紫色、暗だいだい色へと変化したのは、図６
（ｃ）に示すように酸素雰囲気中で加熱することで、Ｗ
Ｏ3より酸化数の少ないタングステン酸化膜、あるい
は、ＷＯ3膜６４が形成されたことによるものといえ
る。
色、暗青紫色、暗だいだい色へと変化したのは、図６
（ｃ）に示すように酸素雰囲気中で加熱することで、Ｗ
Ｏ3より酸化数の少ないタングステン酸化膜、あるい
は、ＷＯ3膜６４が形成されたことによるものといえ
る。
【００４７】次に、分光光度計を用いて、これら酸化数
の異なるタングステン酸化膜を堆積した膜の反射率の波
長依存性を図９に示す。縦軸は反射率（％）、横軸は波
長（ｎｍ）を表わしている。測定はＢａＳＯ4の反射率
をリファレンス（１００％）としてある。横軸には露光
光源として使用されている光源波長ｇ線（４３６ｎ
ｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、エキシマレーザーＫｒＦ
（２４８ｎｍ）を矢印で示してある。
の異なるタングステン酸化膜を堆積した膜の反射率の波
長依存性を図９に示す。縦軸は反射率（％）、横軸は波
長（ｎｍ）を表わしている。測定はＢａＳＯ4の反射率
をリファレンス（１００％）としてある。横軸には露光
光源として使用されている光源波長ｇ線（４３６ｎ
ｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、エキシマレーザーＫｒＦ
（２４８ｎｍ）を矢印で示してある。
【００４８】Ｗ膜６３のみ図９（ａ）の場合、２４８ｎ
ｍで反射率７０％、３６５ｎｍ、４３６ｎｍで６０％で
あるのに対して、酸素雰囲気中で熱処理した図９
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の場合２４８ｎｍで反射率３５
％、３６５ｎｍ、４３６ｎｍで４５〜５０％で、低反射
率となっている。特に、エキシマレーザー波長において
反射率が大幅に低減されており、効果的であるといえ
る。また、フラットネステスターを用い（ａ）の試料の
ウエハの反りを求めたところ１３０μｍ（引張り応力
側）であった。この膜を真空中で５００℃、１０分間の
熱処理を施したところ、反り変化は認められなかった。
それに対して（ｂ）の試料では６５μｍ（引張り応力
側）、（ｃ）の試料では５０μｍ（引張り応力側）、
（ｄ）の試料では６５μｍ（引張り応力側）であった。
このことは、上層に形成されたタングステン酸化膜が本
来、圧縮応力を有しているために、Ｗ膜６３の応力が緩
和されている。次に、タングステンを堆積した膜
（ａ）、これら熱処理温度の異なる（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）上へ図６（ｄ）に示すように化学増幅系ポジ型レ
ジストを１０００ｎｍ厚に塗布し、ＫｒＦエキシマレー
ザーステッパーを用い、４０ｍＪ／ｃｍ2の露光量で露
光を行い、０.４μｍのライン・スペースレジストパタ
ーン６５を形成した。
ｍで反射率７０％、３６５ｎｍ、４３６ｎｍで６０％で
あるのに対して、酸素雰囲気中で熱処理した図９
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の場合２４８ｎｍで反射率３５
％、３６５ｎｍ、４３６ｎｍで４５〜５０％で、低反射
率となっている。特に、エキシマレーザー波長において
反射率が大幅に低減されており、効果的であるといえ
る。また、フラットネステスターを用い（ａ）の試料の
ウエハの反りを求めたところ１３０μｍ（引張り応力
側）であった。この膜を真空中で５００℃、１０分間の
熱処理を施したところ、反り変化は認められなかった。
それに対して（ｂ）の試料では６５μｍ（引張り応力
側）、（ｃ）の試料では５０μｍ（引張り応力側）、
（ｄ）の試料では６５μｍ（引張り応力側）であった。
このことは、上層に形成されたタングステン酸化膜が本
来、圧縮応力を有しているために、Ｗ膜６３の応力が緩
和されている。次に、タングステンを堆積した膜
（ａ）、これら熱処理温度の異なる（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）上へ図６（ｄ）に示すように化学増幅系ポジ型レ
ジストを１０００ｎｍ厚に塗布し、ＫｒＦエキシマレー
ザーステッパーを用い、４０ｍＪ／ｃｍ2の露光量で露
光を行い、０.４μｍのライン・スペースレジストパタ
ーン６５を形成した。
【００４９】上記に述べたように、Ｗ膜６３を酸化する
ことで形成したタングステン酸化膜で下地からの反射が
低減されており、露光むらのない高精度なレジストパタ
ーンが形成できる。また、膜応力によるウエハ反りも低
減され、ショット露光時のチップレベル合わせ（ステー
ジ補正による高さ合わせ）、フォーカス合わせも非常に
簡単となる。
ことで形成したタングステン酸化膜で下地からの反射が
低減されており、露光むらのない高精度なレジストパタ
ーンが形成できる。また、膜応力によるウエハ反りも低
減され、ショット露光時のチップレベル合わせ（ステー
ジ補正による高さ合わせ）、フォーカス合わせも非常に
簡単となる。
【００５０】このレジストパターンをマスクとして第一
の実施例で示した条件、すなわち、第１ステップとして
弗素系ガスでＷＯ2膜、ＷＯ2とＷＯ3との間の酸化数を
有するタングステン酸化膜、あるいはＷＯ3膜６４とＷ
膜６３をエッチする。第２ステップとして塩素系ガスで
バリア層６２であるＴｉＮ／Ｔｉ膜をエッチすること
で、図６（ｅ）に示す０.４μｍのタングステン配線６
６を形成した。このとき、第１ステップでガス流量比Ｓ
Ｆ6／Ｎ2＝１５０／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力１００ｍＴ
ｏｒｒ、ＲＦパワー１５０Ｗでエッチング終了信号検出
時間（約９０秒間）を行い、第２ステップでガス流量比
Ｃｌ2／Ｎ2＝１００／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力１５０ｍ
Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー１７５Ｗで６０秒間エッチングを
した。試料（ａ），（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）においてエ
ッチング終了信号検出時間はほとんど変わらず、Ｗ、Ｗ
Ｏ2、ＷＯ2とＷＯ3間との酸化数を有するタングステン
酸化膜とＷＯ3膜６４では各エッチング速度に大きな差
はないと考えられる。また、塩素系ガスに対してはタン
グステンの塩化物の蒸気圧が低いため、Ｗ膜６３はほと
んどエッチされず、十分なオーバーエッチングが可能で
ある。したがって、簡単なエッチングプロセスで断面形
状が垂直で寸法制御に優れた高精度なタングステン配線
６６が段差下地上にも形成できる。
の実施例で示した条件、すなわち、第１ステップとして
弗素系ガスでＷＯ2膜、ＷＯ2とＷＯ3との間の酸化数を
有するタングステン酸化膜、あるいはＷＯ3膜６４とＷ
膜６３をエッチする。第２ステップとして塩素系ガスで
バリア層６２であるＴｉＮ／Ｔｉ膜をエッチすること
で、図６（ｅ）に示す０.４μｍのタングステン配線６
６を形成した。このとき、第１ステップでガス流量比Ｓ
Ｆ6／Ｎ2＝１５０／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力１００ｍＴ
ｏｒｒ、ＲＦパワー１５０Ｗでエッチング終了信号検出
時間（約９０秒間）を行い、第２ステップでガス流量比
Ｃｌ2／Ｎ2＝１００／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力１５０ｍ
Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー１７５Ｗで６０秒間エッチングを
した。試料（ａ），（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）においてエ
ッチング終了信号検出時間はほとんど変わらず、Ｗ、Ｗ
Ｏ2、ＷＯ2とＷＯ3間との酸化数を有するタングステン
酸化膜とＷＯ3膜６４では各エッチング速度に大きな差
はないと考えられる。また、塩素系ガスに対してはタン
グステンの塩化物の蒸気圧が低いため、Ｗ膜６３はほと
んどエッチされず、十分なオーバーエッチングが可能で
ある。したがって、簡単なエッチングプロセスで断面形
状が垂直で寸法制御に優れた高精度なタングステン配線
６６が段差下地上にも形成できる。
【００５１】このようにして製造した図１（ｂ）の斜視
図に示したタングステン配線が形成される。
図に示したタングステン配線が形成される。
【００５２】以上、第二の実施例のように、Ｗ膜６３堆
積後、酸素雰囲気中で異なる温度で熱処理を行い、Ｗ膜
６３上に薄いタングステン酸化膜（ＷＯ3膜）６４、Ｗ
Ｏ3よりも酸化数の少ないタングステン酸化膜６４を形
成することで、露光光源波長に対しての反射率が大幅に
低減され、露光むらのない高精度なレジストパターンが
再現性よく形成できる。また、反射防止膜としてタング
ステン系以外の材料（Ｔｉ、ＴｉＮ）を用いるわけでは
ないので、上記レジストパターンをマスクとしてタング
ステンパターンを形成する際、弗素系のガスのみでタン
グステン上層のＷＯ3膜、あるいはＷＯ3よりも酸化数の
少ないタングステン酸化膜６４、およびタングステンを
ドライエッチできるので、簡単なエッチングプロセスで
断面形状が垂直で寸法制御に優れた高精度なタングステ
ン配線６６を形成することが可能となる。その上、Ｗ膜
６３の応力が緩和されることでＳｉ基板６１の反りが大
幅に低減できる。したがって、Ｗ膜６３形成後のプロセ
ス装置において、Ｓｉ基板６１の反りに起因してＳｉ基
板６１を正常にチャックできずに搬送トラブルが発生し
たり、Ｓｉ基板６１吸着エラーが発生する等の諸問題も
解決できる。
積後、酸素雰囲気中で異なる温度で熱処理を行い、Ｗ膜
６３上に薄いタングステン酸化膜（ＷＯ3膜）６４、Ｗ
Ｏ3よりも酸化数の少ないタングステン酸化膜６４を形
成することで、露光光源波長に対しての反射率が大幅に
低減され、露光むらのない高精度なレジストパターンが
再現性よく形成できる。また、反射防止膜としてタング
ステン系以外の材料（Ｔｉ、ＴｉＮ）を用いるわけでは
ないので、上記レジストパターンをマスクとしてタング
ステンパターンを形成する際、弗素系のガスのみでタン
グステン上層のＷＯ3膜、あるいはＷＯ3よりも酸化数の
少ないタングステン酸化膜６４、およびタングステンを
ドライエッチできるので、簡単なエッチングプロセスで
断面形状が垂直で寸法制御に優れた高精度なタングステ
ン配線６６を形成することが可能となる。その上、Ｗ膜
６３の応力が緩和されることでＳｉ基板６１の反りが大
幅に低減できる。したがって、Ｗ膜６３形成後のプロセ
ス装置において、Ｓｉ基板６１の反りに起因してＳｉ基
板６１を正常にチャックできずに搬送トラブルが発生し
たり、Ｓｉ基板６１吸着エラーが発生する等の諸問題も
解決できる。
【００５３】次に、本発明のタングステン配線の第三の
実施例を詳細に説明する。図１で説明したように段差下
地を持つＳｉ基板上にタングステン配線を形成する。本
発明のタングステン配線の第三の実施例を詳細に説明す
る。
実施例を詳細に説明する。図１で説明したように段差下
地を持つＳｉ基板上にタングステン配線を形成する。本
発明のタングステン配線の第三の実施例を詳細に説明す
る。
【００５４】図１（ａ）を用いて上記に説明した段差下
地を持つＳｉ基板１０１上に、図１０（ａ）に示すよう
に密着・バリア層１０２としてＴｉＮ膜／Ｔｉ膜をそれ
ぞれ１００ｎｍ／２０ｎｍの厚さにスパッタにより堆積
した。このとき、Ｔｉ成膜では、Ａｒガス圧力を６ｍＴ
ｏｒｒ、ＤＣパワーを１ｋＷ、ＴｉＮ成膜では、Ａｒ／
Ｎ2ガス混合比を３０％／７０％、ガス圧力を６ｍＴｏ
ｒｒ、ＤＣパワーを６ｋＷとして、連続堆積した。
地を持つＳｉ基板１０１上に、図１０（ａ）に示すよう
に密着・バリア層１０２としてＴｉＮ膜／Ｔｉ膜をそれ
ぞれ１００ｎｍ／２０ｎｍの厚さにスパッタにより堆積
した。このとき、Ｔｉ成膜では、Ａｒガス圧力を６ｍＴ
ｏｒｒ、ＤＣパワーを１ｋＷ、ＴｉＮ成膜では、Ａｒ／
Ｎ2ガス混合比を３０％／７０％、ガス圧力を６ｍＴｏ
ｒｒ、ＤＣパワーを６ｋＷとして、連続堆積した。
【００５５】次に、図１０（ｂ）に示すようにＣＶＤ法
によりタングステン（Ｗ）膜１０３を５００ｎｍ厚に堆
積した。このときの成膜条件は、第１ステップとして下
地へのタングステン核形成を目的として、堆積速度の遅
いＷＦ6のＳｉＨ4還元作用によりＷ膜１０３を堆積し
た。下地がＴｉＮの場合、初期の成長に遅れが生じ、ウ
エハ内での膜厚均一性が悪くなる。そのため、このステ
ップが必要となる。このときの条件は、ガス流量比Ｓｉ
Ｈ4／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝３／５／２０００／２００Ｓ
ＣＣＭ、ガス圧力１.２Ｔｏｒｒ、基板温度４５０℃、
堆積時間２０秒間とした。連続して堆積速度の速いＷＦ
6のＨ2還元作用によりＷ膜１０３を堆積した。このとき
の条件は、ガス流量比Ｈ2／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝１８０
０／３６／２２００／３００ＳＣＣＭ、ガス圧力８０Ｔ
ｏｒｒ、基板温度４５０℃、堆積時間１００秒間とし
た。
によりタングステン（Ｗ）膜１０３を５００ｎｍ厚に堆
積した。このときの成膜条件は、第１ステップとして下
地へのタングステン核形成を目的として、堆積速度の遅
いＷＦ6のＳｉＨ4還元作用によりＷ膜１０３を堆積し
た。下地がＴｉＮの場合、初期の成長に遅れが生じ、ウ
エハ内での膜厚均一性が悪くなる。そのため、このステ
ップが必要となる。このときの条件は、ガス流量比Ｓｉ
Ｈ4／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝３／５／２０００／２００Ｓ
ＣＣＭ、ガス圧力１.２Ｔｏｒｒ、基板温度４５０℃、
堆積時間２０秒間とした。連続して堆積速度の速いＷＦ
6のＨ2還元作用によりＷ膜１０３を堆積した。このとき
の条件は、ガス流量比Ｈ2／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝１８０
０／３６／２２００／３００ＳＣＣＭ、ガス圧力８０Ｔ
ｏｒｒ、基板温度４５０℃、堆積時間１００秒間とし
た。
【００５６】次に、同装置内で連続してＯ2ガスを導入
し、ガス流量比Ｈ2／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2／Ｏ2＝１８００
／３６／２２００／３００／３００ＳＣＣＭ、ガス圧力
８０Ｔｏｒｒ、基板温度４５０℃で１０秒間堆積するこ
とで、図１０（ｃ）に示すようにＷＯ3膜１０４を形成
する。
し、ガス流量比Ｈ2／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2／Ｏ2＝１８００
／３６／２２００／３００／３００ＳＣＣＭ、ガス圧力
８０Ｔｏｒｒ、基板温度４５０℃で１０秒間堆積するこ
とで、図１０（ｃ）に示すようにＷＯ3膜１０４を形成
する。
【００５７】このときの膜表面色はだいだい色をしてい
る。この条件で堆積した膜がＷＯ3膜１０４であること
は、Ｘ線回折、オージェ電子分光による分析結果を参照
して本発明第一の実施例で詳細に説明した。
る。この条件で堆積した膜がＷＯ3膜１０４であること
は、Ｘ線回折、オージェ電子分光による分析結果を参照
して本発明第一の実施例で詳細に説明した。
【００５８】その後、この膜を石英封管中で、水素（Ｈ
2）流量５０００ＳＣＣＭの雰囲気中で５００℃で３０
分間熱処理することで、膜表面がだいだい色から暗赤褐
色へと変化した。
2）流量５０００ＳＣＣＭの雰囲気中で５００℃で３０
分間熱処理することで、膜表面がだいだい色から暗赤褐
色へと変化した。
【００５９】このＷ膜１０３表面をＸ線回折で調べた結
果を図１１に示す。表面からの情報を得るためにＸ線は
試料に対して３度の角度で入射し、積算して分析を行な
った。なおＸ線源はＣｕＫα線（波長０.１４３ｎｍ）
を使用した。縦軸は回折ピーク強度（任意目盛）、横軸
は回折角（２θ）を示している。図中（ａ）はＷＯ3膜
１０４堆積後の（ｂ）はＷＯ3膜１０４堆積後、水素雰
囲気中において５００℃で３０分間熱処理した後のＸ線
回折ピークを示している。図からもわかるように、図中
（ａ）では下地のＷ膜１０３からのピーク、２３〜２４
度付近のＷＯ3ピークが認められる。（ｂ）では（ａ）
では認められなかったピークが２６度、３７度、５３度
付近で認められるようになる。これらのピークはＷＯ2
のピークに対応しており、表面にはＷＯ2膜１０５が形
成されているといえる。
果を図１１に示す。表面からの情報を得るためにＸ線は
試料に対して３度の角度で入射し、積算して分析を行な
った。なおＸ線源はＣｕＫα線（波長０.１４３ｎｍ）
を使用した。縦軸は回折ピーク強度（任意目盛）、横軸
は回折角（２θ）を示している。図中（ａ）はＷＯ3膜
１０４堆積後の（ｂ）はＷＯ3膜１０４堆積後、水素雰
囲気中において５００℃で３０分間熱処理した後のＸ線
回折ピークを示している。図からもわかるように、図中
（ａ）では下地のＷ膜１０３からのピーク、２３〜２４
度付近のＷＯ3ピークが認められる。（ｂ）では（ａ）
では認められなかったピークが２６度、３７度、５３度
付近で認められるようになる。これらのピークはＷＯ2
のピークに対応しており、表面にはＷＯ2膜１０５が形
成されているといえる。
【００６０】したがって、膜表面がだいだい色から暗赤
褐色へと変化したのは、図１０（ｄ）に示すように、水
素雰囲気中で熱処理することでＷＯ3膜１０４が還元さ
れ、ＷＯ3より酸化数の少ないタングステン酸化膜であ
るＷＯ2膜１０５が形成されたことによるものといえ
る。
褐色へと変化したのは、図１０（ｄ）に示すように、水
素雰囲気中で熱処理することでＷＯ3膜１０４が還元さ
れ、ＷＯ3より酸化数の少ないタングステン酸化膜であ
るＷＯ2膜１０５が形成されたことによるものといえ
る。
【００６１】次に、分光光度計を用いて、このＷＯ2膜
１０５を形成した膜の反射率の波長依存性を図１２に示
す。縦軸は反射率（％）、横軸は波長（ｎｍ）を表わし
ている。測定はＢａＳＯ4の反射率をリファレンス（１
００％）としてある。横軸には露光光源として使用され
ている光源波長ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎ
ｍ）、エキシマレーザーＫｒＦ（２４８ｎｍ）を矢印で
示してある。
１０５を形成した膜の反射率の波長依存性を図１２に示
す。縦軸は反射率（％）、横軸は波長（ｎｍ）を表わし
ている。測定はＢａＳＯ4の反射率をリファレンス（１
００％）としてある。横軸には露光光源として使用され
ている光源波長ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎ
ｍ）、エキシマレーザーＫｒＦ（２４８ｎｍ）を矢印で
示してある。
【００６２】第一、第二の実施例で説明したようにＷ膜
１０３のみ場合、２４８ｎｍで反射率７０％、３６５ｎ
ｍ、４３６ｎｍで６０％であるのに対して、ＷＯ3膜１
０４を水素雰囲気中で熱処理して形成したＷＯ2膜１０
５の場合２４８ｎｍで反射率３５％、３６５ｎｍ、４３
６ｎｍで４５〜５０％で、低反射率となっている。特
に、エキシマレーザー波長において反射率が大幅に低減
されており、効果的であるといえる。
１０３のみ場合、２４８ｎｍで反射率７０％、３６５ｎ
ｍ、４３６ｎｍで６０％であるのに対して、ＷＯ3膜１
０４を水素雰囲気中で熱処理して形成したＷＯ2膜１０
５の場合２４８ｎｍで反射率３５％、３６５ｎｍ、４３
６ｎｍで４５〜５０％で、低反射率となっている。特
に、エキシマレーザー波長において反射率が大幅に低減
されており、効果的であるといえる。
【００６３】また、フラットネステスターを用いこの試
料のＳｉ基板１０１の反りを求めたところ５０μｍ（引
張り応力側）であった。Ｗ膜１０３のままの反り１３０
μｍ（引張り応力側）に対して膜応力は緩和されている
といえる。
料のＳｉ基板１０１の反りを求めたところ５０μｍ（引
張り応力側）であった。Ｗ膜１０３のままの反り１３０
μｍ（引張り応力側）に対して膜応力は緩和されている
といえる。
【００６４】次に、図１０（ｅ）に示すように化学増幅
系ポジ型レジストを１０００ｎｍ厚に塗布し、ＫｒＦエ
キシマレーザーステッパーを用い、４０ｍＪ／ｃｍ2の
露光量で露光を行い、０.４μｍのライン＆スペースレ
ジストパターン１０６を形成した。上述したように、Ｗ
Ｏ3膜１０４を水素雰囲気中で熱処理してＷＯ2膜１０５
を形成することで、下地タングステンからの反射が低減
されており、露光むらのない高精度なレジストパターン
が精度よく形成できる。
系ポジ型レジストを１０００ｎｍ厚に塗布し、ＫｒＦエ
キシマレーザーステッパーを用い、４０ｍＪ／ｃｍ2の
露光量で露光を行い、０.４μｍのライン＆スペースレ
ジストパターン１０６を形成した。上述したように、Ｗ
Ｏ3膜１０４を水素雰囲気中で熱処理してＷＯ2膜１０５
を形成することで、下地タングステンからの反射が低減
されており、露光むらのない高精度なレジストパターン
が精度よく形成できる。
【００６５】このレジストパターンをマスクとして第
一、第二の実施例で示した条件、すなわち、第１ステッ
プとして弗素系ガスでＷＯ2膜１０５とＷ膜１０３をエ
ッチする。第２ステップとして塩素系ガスでバリア層１
０２であるＴｉＮ膜／Ｔｉ膜をエッチすることで、図１
０（ｆ）に示す０.４μｍのタングステン配線１０７を
形成した。このときのエッチングは、第１ステップでガ
ス流量比ＳＦ6／Ｎ2＝１５０／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力
１００ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１５０Ｗでエッチング終
了信号検出時間（約９０秒間）、次に、第２ステップで
ガス流量比Ｃｌ2／Ｎ2＝１００／５０ＳＣＣＭ、ガス圧
力１５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１７５Ｗで６０秒間行
う。塩素系ガスに対してはタングステンの塩化物の蒸気
圧が低いため、Ｗ膜１０３は、ほとんどエッチされず、
十分なオーバーエッチングが可能である。したがって、
簡単なエッチングプロセスで断面形状が垂直で、寸法制
御に優れた高精度なタングステン配線１０７が段差下地
上にも形成できる。
一、第二の実施例で示した条件、すなわち、第１ステッ
プとして弗素系ガスでＷＯ2膜１０５とＷ膜１０３をエ
ッチする。第２ステップとして塩素系ガスでバリア層１
０２であるＴｉＮ膜／Ｔｉ膜をエッチすることで、図１
０（ｆ）に示す０.４μｍのタングステン配線１０７を
形成した。このときのエッチングは、第１ステップでガ
ス流量比ＳＦ6／Ｎ2＝１５０／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力
１００ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１５０Ｗでエッチング終
了信号検出時間（約９０秒間）、次に、第２ステップで
ガス流量比Ｃｌ2／Ｎ2＝１００／５０ＳＣＣＭ、ガス圧
力１５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１７５Ｗで６０秒間行
う。塩素系ガスに対してはタングステンの塩化物の蒸気
圧が低いため、Ｗ膜１０３は、ほとんどエッチされず、
十分なオーバーエッチングが可能である。したがって、
簡単なエッチングプロセスで断面形状が垂直で、寸法制
御に優れた高精度なタングステン配線１０７が段差下地
上にも形成できる。
【００６６】以上、第三の実施例のように、Ｗ膜１０３
堆積後、同装置内でタングステンの堆積ガスにＯ2ガス
を導入し、連続してＷ膜１０３上に薄いＷＯ3膜１０４
を形成する。次に、この膜を水素ガス雰囲気中で熱処理
を行い、ＷＯ3膜１０４を還元して、ＷＯ3よりも酸化数
の少ないタングステン酸化膜を形成することで、露光光
源波長に対しての反射率が大幅に低減され、露光むらの
ない高精度なレジストパターンが精度よく形成できる。
また、反射防止膜としてタングステン系以外の材料（Ｔ
ｉ、ＴｉＮ）を用いるわけではないので、上記レジスト
パターンをマスクとしてタングステンパターンを形成す
る際、弗素系のガスのみでＷ膜１０３上層のＷＯ3膜１
０４よりも酸化数の少ないタングステン酸化膜とＷ膜１
０３をドライエッチできるので、簡単なエッチングプロ
セスで、断面形状が垂直で寸法制御に優れた高精度なタ
ングステン配線１０７を形成することできる。その上、
Ｗ膜１０３の応力が緩和されることで、Ｓｉ基板１０１
の反りが大幅に低減できる。したがって、Ｗ膜１０３形
成後のプロセス装置において、Ｓｉ基板１０１の反りに
起因してＳｉ基板１０１を正常にチャックできずに搬送
トラブルが発生したり、Ｓｉ基板１０１吸着エラーが発
生したりする等の諸問題も解決できる。
堆積後、同装置内でタングステンの堆積ガスにＯ2ガス
を導入し、連続してＷ膜１０３上に薄いＷＯ3膜１０４
を形成する。次に、この膜を水素ガス雰囲気中で熱処理
を行い、ＷＯ3膜１０４を還元して、ＷＯ3よりも酸化数
の少ないタングステン酸化膜を形成することで、露光光
源波長に対しての反射率が大幅に低減され、露光むらの
ない高精度なレジストパターンが精度よく形成できる。
また、反射防止膜としてタングステン系以外の材料（Ｔ
ｉ、ＴｉＮ）を用いるわけではないので、上記レジスト
パターンをマスクとしてタングステンパターンを形成す
る際、弗素系のガスのみでＷ膜１０３上層のＷＯ3膜１
０４よりも酸化数の少ないタングステン酸化膜とＷ膜１
０３をドライエッチできるので、簡単なエッチングプロ
セスで、断面形状が垂直で寸法制御に優れた高精度なタ
ングステン配線１０７を形成することできる。その上、
Ｗ膜１０３の応力が緩和されることで、Ｓｉ基板１０１
の反りが大幅に低減できる。したがって、Ｗ膜１０３形
成後のプロセス装置において、Ｓｉ基板１０１の反りに
起因してＳｉ基板１０１を正常にチャックできずに搬送
トラブルが発生したり、Ｓｉ基板１０１吸着エラーが発
生したりする等の諸問題も解決できる。
【００６７】図１で説明したように段差下地を持つＳｉ
基板上にタングステン配線を形成する。本発明のタング
ステン配線の第四の実施例を詳細に説明する。
基板上にタングステン配線を形成する。本発明のタング
ステン配線の第四の実施例を詳細に説明する。
【００６８】図１（ａ）を用いて上記に説明した段差下
地を持つＳｉ基板上に、図１３（ａ）に示すように密着
・バリア層１３２としてＴｉＮ膜／Ｔｉ膜を１００ｎｍ
／２０ｎｍの厚さにスパッタにより堆積した。このと
き、Ｔｉ成膜はＡｒガス圧力６ｍＴｏｒｒ、ＤＣパワー
１ｋＷで、また、ＴｉＮ成膜はＡｒ／Ｎ2ガス混合比３
０％／７０％、ガス圧力６ｍＴｏｒｒ、ＤＣパワー６ｋ
Ｗで連続堆積することで行った。
地を持つＳｉ基板上に、図１３（ａ）に示すように密着
・バリア層１３２としてＴｉＮ膜／Ｔｉ膜を１００ｎｍ
／２０ｎｍの厚さにスパッタにより堆積した。このと
き、Ｔｉ成膜はＡｒガス圧力６ｍＴｏｒｒ、ＤＣパワー
１ｋＷで、また、ＴｉＮ成膜はＡｒ／Ｎ2ガス混合比３
０％／７０％、ガス圧力６ｍＴｏｒｒ、ＤＣパワー６ｋ
Ｗで連続堆積することで行った。
【００６９】次に、図１３（ｂ）に示すようにＣＶＤ法
によりタングステン（Ｗ）膜１３３を５００ｎｍ厚に堆
積した。このとき、第１ステップとして下地へのタング
ステン核形成を目的として、堆積速度の遅いＷＦ6のＳ
ｉＨ4還元作用によりＷ膜１３３を堆積した。下地がＴ
ｉＮの場合、初期の成長に遅れが生じ、ウエハ内での膜
厚均一性が悪くなる。そのため、このステップが必要と
なる。このときの条件は、ガス流量比をＳｉＨ4／ＷＦ6
／Ａｒ／Ｎ2＝３／５／２０００／２００ＳＣＣＭ、ガ
ス圧力を１.２Ｔｏｒｒ、基板温度を４５０℃、堆積時
間を２０秒間とした。連続して堆積速度の速いＷＦ6の
Ｈ2還元作用によりＷ膜１３３を堆積した。このときの
条件は、ガス流量比をＨ2／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝１８０
０／３６／２２００／３００ＳＣＣＭ、ガス圧力を８０
Ｔｏｒｒ、基板温度を４５０℃、堆積時間を１００秒間
とした。
によりタングステン（Ｗ）膜１３３を５００ｎｍ厚に堆
積した。このとき、第１ステップとして下地へのタング
ステン核形成を目的として、堆積速度の遅いＷＦ6のＳ
ｉＨ4還元作用によりＷ膜１３３を堆積した。下地がＴ
ｉＮの場合、初期の成長に遅れが生じ、ウエハ内での膜
厚均一性が悪くなる。そのため、このステップが必要と
なる。このときの条件は、ガス流量比をＳｉＨ4／ＷＦ6
／Ａｒ／Ｎ2＝３／５／２０００／２００ＳＣＣＭ、ガ
ス圧力を１.２Ｔｏｒｒ、基板温度を４５０℃、堆積時
間を２０秒間とした。連続して堆積速度の速いＷＦ6の
Ｈ2還元作用によりＷ膜１３３を堆積した。このときの
条件は、ガス流量比をＨ2／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝１８０
０／３６／２２００／３００ＳＣＣＭ、ガス圧力を８０
Ｔｏｒｒ、基板温度を４５０℃、堆積時間を１００秒間
とした。
【００７０】次に、図１３（ｃ）に示すように反応性ス
パッタ法によりタングステン窒化膜（ＷＮ膜）１３４を
１００ｎｍの厚さに堆積した。このときの条件は、分圧
比をＰ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）＝２０％、トータル圧
力を１０ｍＴｏｒｒ，ＲＦパワーを４００Ｗ、堆積時間
を１０分間とした。
パッタ法によりタングステン窒化膜（ＷＮ膜）１３４を
１００ｎｍの厚さに堆積した。このときの条件は、分圧
比をＰ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）＝２０％、トータル圧
力を１０ｍＴｏｒｒ，ＲＦパワーを４００Ｗ、堆積時間
を１０分間とした。
【００７１】ＷＮ膜１３４の諸特性を調べるために、Ｓ
ｉ基板、石英ガラス基板上にＷＮ膜１３４を１００ｎｍ
厚に堆積した。ＷＮ膜１３４はアモルファスとなる可能
性が大きいので、構造分析する際、判別が容易なように
下地にアモルファスである石英ガラスを用いた。図１
４、図１５に分圧比Ｐ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）、トー
タル圧力を変化したときのＷＮ膜１３４中の窒素量を示
す。なお、ＷＮ膜１３４中の窒素量はＲＢＳ（Rutherfo
rd Backscattering Spectrometry）により求めた。
ｉ基板、石英ガラス基板上にＷＮ膜１３４を１００ｎｍ
厚に堆積した。ＷＮ膜１３４はアモルファスとなる可能
性が大きいので、構造分析する際、判別が容易なように
下地にアモルファスである石英ガラスを用いた。図１
４、図１５に分圧比Ｐ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）、トー
タル圧力を変化したときのＷＮ膜１３４中の窒素量を示
す。なお、ＷＮ膜１３４中の窒素量はＲＢＳ（Rutherfo
rd Backscattering Spectrometry）により求めた。
【００７２】図１４において、横軸は分圧比Ｐ（Ｎ2）
／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）、縦軸はＷＮ膜１３４中の窒素量を
示している。なお、このときのトータル圧力は１０ｍＴ
ｏｒｒである。分圧比を増加するにつれて膜中の窒素量
は増加する。
／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）、縦軸はＷＮ膜１３４中の窒素量を
示している。なお、このときのトータル圧力は１０ｍＴ
ｏｒｒである。分圧比を増加するにつれて膜中の窒素量
は増加する。
【００７３】図１５において、横軸はトータル圧力、縦
軸はＷＮ膜１３４中の窒素量を示している。なお、この
ときの分圧比は４０％である。トータル圧力を増加する
につれて膜中の窒素量は増加し、ＲＦパワーを増加する
と窒素量は減少する。
軸はＷＮ膜１３４中の窒素量を示している。なお、この
ときの分圧比は４０％である。トータル圧力を増加する
につれて膜中の窒素量は増加し、ＲＦパワーを増加する
と窒素量は減少する。
【００７４】図１６、図１７にＷＮ膜１３４中の窒素量
と膜応力、電気抵抗率との関係を示す。膜応力はフラッ
トネステスターにより求めたＳｉ基板１３１の反りから
算出した。電気抵抗率は四探針法により求めた。
と膜応力、電気抵抗率との関係を示す。膜応力はフラッ
トネステスターにより求めたＳｉ基板１３１の反りから
算出した。電気抵抗率は四探針法により求めた。
【００７５】図１６に示すように、ＷＮ膜１３４は、す
べての膜中の窒素量で圧縮応力を示す。膜中の窒素量が
５から１０原子％に増えるにつれて、膜の圧縮応力は緩
やかに小さくなる。しかし、膜中の窒素量が１５原子％
では急激に小さくなり、１５原子％以上になると、再び
圧縮応力は大きくなる。
べての膜中の窒素量で圧縮応力を示す。膜中の窒素量が
５から１０原子％に増えるにつれて、膜の圧縮応力は緩
やかに小さくなる。しかし、膜中の窒素量が１５原子％
では急激に小さくなり、１５原子％以上になると、再び
圧縮応力は大きくなる。
【００７６】図１７において、膜中の窒素量が増えるに
つれて、膜の電気抵抗率は緩やかに増加するが、膜中の
窒素量１５原子％、３０原子％付近で不連続に電気抵抗
は増加する。
つれて、膜の電気抵抗率は緩やかに増加するが、膜中の
窒素量１５原子％、３０原子％付近で不連続に電気抵抗
は増加する。
【００７７】次に、これらのＷＮ膜１３４をＸ線回折に
より調べた。膜厚が薄いのでＸ線は試料に対して３度の
角度で入射し、積算して分析を行なった。Ｘ線源にはＣ
ｏＫα線（波長０.１７９ｎｍ）を使用した。その結果
を図１８に示す。縦軸は回折ピーク強度（任意目盛）、
横軸は回折角（２θ）を示している。図中（ａ）は膜中
の窒素量１０原子％、（ｂ）は１５原子％、（ｃ）は３
５原子％の膜を示している。
より調べた。膜厚が薄いのでＸ線は試料に対して３度の
角度で入射し、積算して分析を行なった。Ｘ線源にはＣ
ｏＫα線（波長０.１７９ｎｍ）を使用した。その結果
を図１８に示す。縦軸は回折ピーク強度（任意目盛）、
横軸は回折角（２θ）を示している。図中（ａ）は膜中
の窒素量１０原子％、（ｂ）は１５原子％、（ｃ）は３
５原子％の膜を示している。
【００７８】（ａ）ではＷ膜１３３とＷＮ膜１３４に対
応したピークが認められる。（ｂ）では（ａ）で認めら
れたピークが消失し、アモルファス特有のブロードなピ
ークとなっている。このことから、このときのＷＮ膜１
３４はアモルファス構造であるといえる。（ｃ）ではＷ
Ｎ膜１３４のみに対応したピークのみが認められる。し
たがって、図１６、図１７でのＷＮ膜１３４中の窒素量
に対する膜応力、電気抵抗率の不連続な変化はＷＮ膜の
構造変化と対応している。
応したピークが認められる。（ｂ）では（ａ）で認めら
れたピークが消失し、アモルファス特有のブロードなピ
ークとなっている。このことから、このときのＷＮ膜１
３４はアモルファス構造であるといえる。（ｃ）ではＷ
Ｎ膜１３４のみに対応したピークのみが認められる。し
たがって、図１６、図１７でのＷＮ膜１３４中の窒素量
に対する膜応力、電気抵抗率の不連続な変化はＷＮ膜の
構造変化と対応している。
【００７９】ＷＮ膜１３４を配線に用いる場合、膜の電
気抵抗率は低いことが望ましい。図１７において、膜中
の窒素量１５原子％以下の電気抵抗率であれば、問題な
く使用できる。また、第一、第二、第三の実施例でも示
したように上記条件で堆積したＷ膜１３３は１.０ＧＰ
ａの大きな引張り応力を有しており、Ｓｉ基板は引張り
応力側へ１３０μｍ反る。この反りを緩和するためには
上層のＷＮ膜１３４は、大きな圧縮応力を有しているこ
とが望ましい。図１６において膜中の窒素量１５原子％
以下、３０原子％以上の圧縮応力４.０〜５.０ＧＰａで
あると、膜厚１００ｎｍでＳｉ基板は圧縮応力側へ１０
４〜１３０μｍ反る。窒素量１５〜３０原子％の膜の圧
縮応力でも、Ｓｉ基板の反りは半分程度に緩和される
が、アモルファス構造であるため熱的に安定ではなく、
その後のプロセスで熱工程が加わると構造変化すること
が懸念される。したがって、膜の電気抵抗率、応力、構
造の観点から膜中の窒素量は１５原子％以下であること
が望ましい。
気抵抗率は低いことが望ましい。図１７において、膜中
の窒素量１５原子％以下の電気抵抗率であれば、問題な
く使用できる。また、第一、第二、第三の実施例でも示
したように上記条件で堆積したＷ膜１３３は１.０ＧＰ
ａの大きな引張り応力を有しており、Ｓｉ基板は引張り
応力側へ１３０μｍ反る。この反りを緩和するためには
上層のＷＮ膜１３４は、大きな圧縮応力を有しているこ
とが望ましい。図１６において膜中の窒素量１５原子％
以下、３０原子％以上の圧縮応力４.０〜５.０ＧＰａで
あると、膜厚１００ｎｍでＳｉ基板は圧縮応力側へ１０
４〜１３０μｍ反る。窒素量１５〜３０原子％の膜の圧
縮応力でも、Ｓｉ基板の反りは半分程度に緩和される
が、アモルファス構造であるため熱的に安定ではなく、
その後のプロセスで熱工程が加わると構造変化すること
が懸念される。したがって、膜の電気抵抗率、応力、構
造の観点から膜中の窒素量は１５原子％以下であること
が望ましい。
【００８０】ＷＮ膜１３４堆積条件としては、分圧比Ｐ
（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）＝４０％以下、トータル圧力
５ｍＴｏｒｒ以下、ＲＦパワー３００Ｗ以上、あるい
は、分圧比Ｐ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）＝３０％以下、
トータル圧力１０ｍＴｏｒｒ以下、ＲＦパワー４００Ｗ
以上の条件で堆積しなければならない。
（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）＝４０％以下、トータル圧力
５ｍＴｏｒｒ以下、ＲＦパワー３００Ｗ以上、あるい
は、分圧比Ｐ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）＝３０％以下、
トータル圧力１０ｍＴｏｒｒ以下、ＲＦパワー４００Ｗ
以上の条件で堆積しなければならない。
【００８１】上記で記したように、Ｗ膜１３３上に、図
１３（ｃ）のように反応性スパッタ法により分圧比Ｐ
（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）＝２０％、トータル圧力１０
ｍＴｏｒｒ，ＲＦパワー４００Ｗの堆積条件で厚さ１０
０ｎｍのＷＮ膜１３４を堆積した２層膜のウエハ反りを
測定したところ、ほぼ反りは０μｍ（フラット）であっ
た。
１３（ｃ）のように反応性スパッタ法により分圧比Ｐ
（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）＝２０％、トータル圧力１０
ｍＴｏｒｒ，ＲＦパワー４００Ｗの堆積条件で厚さ１０
０ｎｍのＷＮ膜１３４を堆積した２層膜のウエハ反りを
測定したところ、ほぼ反りは０μｍ（フラット）であっ
た。
【００８２】次に、図１３（ｄ）に示すように化学増幅
系ポジ型レジストを１０００ｎｍ厚に塗布し、ＫｒＦエ
キシマレーザーステッパーを用い、４０ｍＪ／ｃｍ2の
露光量で露光を行い、０.４μｍのライン・スペースレ
ジストパターン１３５を形成した。
系ポジ型レジストを１０００ｎｍ厚に塗布し、ＫｒＦエ
キシマレーザーステッパーを用い、４０ｍＪ／ｃｍ2の
露光量で露光を行い、０.４μｍのライン・スペースレ
ジストパターン１３５を形成した。
【００８３】このレジストパターンをマスクとして第
一、第二、第三の実施例で示した条件、すなわち、第１
ステップとして弗素系ガスでＷＮ膜１３４とＷ膜１３３
をエッチし、第２ステップとして塩素系ガスでバリア層
１３２であるＴｉＮ膜／Ｔｉ膜をエッチすることで、図
１３（ｅ）に示す０.４μｍのタングステン配線１３６
を形成した。このとき、第１ステップでのガス流量比を
ＳＦ6／Ｎ2＝１５０／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力を１００
ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワーを１５０Ｗでエッチング終了信
号検出時間（約９０秒間）、第２ステップではガス流量
比をＣｌ2／Ｎ2＝１００／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力を１
５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワーを１７５Ｗで６０秒間で形
成した。塩素系ガスに対してはタングステンの塩化物の
蒸気圧が低いため、Ｗ膜１３３はほとんどエッチされ
ず、十分なオーバーエッチングが可能である。したがっ
て、簡単なエッチングプロセスで、断面形状が垂直で寸
法制御に優れた高精度なタングステン配線が段差下地上
にも形成できる。
一、第二、第三の実施例で示した条件、すなわち、第１
ステップとして弗素系ガスでＷＮ膜１３４とＷ膜１３３
をエッチし、第２ステップとして塩素系ガスでバリア層
１３２であるＴｉＮ膜／Ｔｉ膜をエッチすることで、図
１３（ｅ）に示す０.４μｍのタングステン配線１３６
を形成した。このとき、第１ステップでのガス流量比を
ＳＦ6／Ｎ2＝１５０／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力を１００
ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワーを１５０Ｗでエッチング終了信
号検出時間（約９０秒間）、第２ステップではガス流量
比をＣｌ2／Ｎ2＝１００／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力を１
５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワーを１７５Ｗで６０秒間で形
成した。塩素系ガスに対してはタングステンの塩化物の
蒸気圧が低いため、Ｗ膜１３３はほとんどエッチされ
ず、十分なオーバーエッチングが可能である。したがっ
て、簡単なエッチングプロセスで、断面形状が垂直で寸
法制御に優れた高精度なタングステン配線が段差下地上
にも形成できる。
【００８４】以上、第四の実施例のように、Ｗ膜１３３
堆積後、スパッタ装置内で窒素ガス、アルゴンガスを導
入し、反応性スパッタ法でＷ膜１３３上に、連続して薄
いＷＮ膜１３４を形成する。ＷＮ膜１３４の諸特性（膜
応力、電気抵抗率）および膜構造（結晶相、アモルファ
ス相）から、膜中の窒素量は１５％以下が望ましい。
堆積後、スパッタ装置内で窒素ガス、アルゴンガスを導
入し、反応性スパッタ法でＷ膜１３３上に、連続して薄
いＷＮ膜１３４を形成する。ＷＮ膜１３４の諸特性（膜
応力、電気抵抗率）および膜構造（結晶相、アモルファ
ス相）から、膜中の窒素量は１５％以下が望ましい。
【００８５】膜中の窒素量を１５％以下に制御するに
は、分圧比をＰ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）＝４０％以
下、トータル圧力を５ｍＴｏｒｒ以下、ＲＦパワーを３
００Ｗ以上、あるいは、分圧比をＰ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋
Ａｒ）＝３０％以下、トータル圧力を１０ｍＴｏｒｒ以
下、ＲＦパワーを４００Ｗ以上として、堆積しなければ
ならない。
は、分圧比をＰ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ）＝４０％以
下、トータル圧力を５ｍＴｏｒｒ以下、ＲＦパワーを３
００Ｗ以上、あるいは、分圧比をＰ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋
Ａｒ）＝３０％以下、トータル圧力を１０ｍＴｏｒｒ以
下、ＲＦパワーを４００Ｗ以上として、堆積しなければ
ならない。
【００８６】このような条件で、Ｗ膜１３３上にＷＮ膜
１３４を堆積することで、露光光源波長に対しての反射
率が大幅に低減され、露光むらのない高精度なレジスト
パターンが再現性よく形成できる。また、反射防止膜と
してタングステン系以外の材料（Ｔｉ、ＴｉＮ）を用い
るわけではないので、上記レジストパターンをマスクと
してタングステンパターンを形成する際、弗素系のガス
のみでＷ膜１３３上層のＷＮ膜１３４、およびＷ膜１３
３のドライエッチングをすることができるので、簡単な
エッチングプロセスで、断面形状が垂直で寸法制御に優
れた高精度なタングステン配線を形成することが可能と
なる。
１３４を堆積することで、露光光源波長に対しての反射
率が大幅に低減され、露光むらのない高精度なレジスト
パターンが再現性よく形成できる。また、反射防止膜と
してタングステン系以外の材料（Ｔｉ、ＴｉＮ）を用い
るわけではないので、上記レジストパターンをマスクと
してタングステンパターンを形成する際、弗素系のガス
のみでＷ膜１３３上層のＷＮ膜１３４、およびＷ膜１３
３のドライエッチングをすることができるので、簡単な
エッチングプロセスで、断面形状が垂直で寸法制御に優
れた高精度なタングステン配線を形成することが可能と
なる。
【００８７】その上、ＷＮ膜１３４の応力を制御するこ
とで、Ｓｉ基板１３１の反りをぼぼ零にすることも可能
であり、Ｗ膜１３３の応力を緩和することでＳｉ基板１
３１の反りを大幅に低減できる。したがって、Ｗ膜１３
３形成後のプロセス装置において、Ｓｉ基板１３１の反
りに起因してＳｉ基板１３１を正常にチャックできずに
搬送トラブルが発生したり、Ｓｉ基板１３１吸着エラー
が発生する等の諸問題も解決できる。
とで、Ｓｉ基板１３１の反りをぼぼ零にすることも可能
であり、Ｗ膜１３３の応力を緩和することでＳｉ基板１
３１の反りを大幅に低減できる。したがって、Ｗ膜１３
３形成後のプロセス装置において、Ｓｉ基板１３１の反
りに起因してＳｉ基板１３１を正常にチャックできずに
搬送トラブルが発生したり、Ｓｉ基板１３１吸着エラー
が発生する等の諸問題も解決できる。
【００８８】上記、第四の実施例ではＷＮ膜１３４を反
応性スパッタ法により形成した。パーティクルあるいは
Ｗ膜１３３とＷＮ膜１３４との界面との問題、スループ
ット等の点から、Ｗ膜１３３とＷＮ膜１３４を異なる装
置で形成するのはあまり好ましくない。
応性スパッタ法により形成した。パーティクルあるいは
Ｗ膜１３３とＷＮ膜１３４との界面との問題、スループ
ット等の点から、Ｗ膜１３３とＷＮ膜１３４を異なる装
置で形成するのはあまり好ましくない。
【００８９】そこで、同装置内での熱処理によりＷＮ膜
を形成した第五の実施例について以下に述べる。
を形成した第五の実施例について以下に述べる。
【００９０】図１（ａ）を用いて上記に説明した段差下
地を持つＳｉ基板上に、図１９（ａ）に示すように密着
・バリア層１９２としてＴｉＮ膜／Ｔｉ膜を１００ｎｍ
／２０ｎｍの厚さにスパッタにより堆積した。このと
き、Ｔｉの成膜はＡｒガス圧力６ｍＴｏｒｒ、ＤＣパワ
ー１ｋＷの条件下で、またＴｉＮの成膜はＡｒ／Ｎ２ガ
ス混合比３０／７０％、ガス圧力６ｍＴｏｒｒ、ＤＣパ
ワー６ｋＷの条件下で連続堆積により行った。
地を持つＳｉ基板上に、図１９（ａ）に示すように密着
・バリア層１９２としてＴｉＮ膜／Ｔｉ膜を１００ｎｍ
／２０ｎｍの厚さにスパッタにより堆積した。このと
き、Ｔｉの成膜はＡｒガス圧力６ｍＴｏｒｒ、ＤＣパワ
ー１ｋＷの条件下で、またＴｉＮの成膜はＡｒ／Ｎ２ガ
ス混合比３０／７０％、ガス圧力６ｍＴｏｒｒ、ＤＣパ
ワー６ｋＷの条件下で連続堆積により行った。
【００９１】次に、図１９（ｂ）に示すようにＣＶＤ法
によりタングステン（Ｗ）膜１９３を５００ｎｍ厚に堆
積した。このとき、第１ステップとして下地へのタング
ステン核形成を目的として、堆積速度の遅いＷＦ6のＳ
ｉＨ4還元作用によりＷ膜１９３を堆積した。下地がＴ
ｉＮの場合、初期の成長に遅れが生じ、Ｓｉ基板１９１
内での膜厚均一性が悪くなる。そのため、このステップ
が必要となる。このときの条件は、ガス流量比をＳｉＨ
4／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝３／５／２０００／２００ＳＣ
ＣＭ、ガス圧力を１.２Ｔｏｒｒ、基板温度を４５０
℃、堆積時間を２０秒間とした。連続して堆積速度の速
いＷＦ6のＨ2還元作用によりＷ膜１９３を堆積した。こ
のときの条件は、ガス流量比をＨ2／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2
＝１８００／３６／２２００／３００ＳＣＣＭ、ガス圧
力を８０Ｔｏｒｒ、基板温度を４５０℃、堆積時間を１
００秒間とした。
によりタングステン（Ｗ）膜１９３を５００ｎｍ厚に堆
積した。このとき、第１ステップとして下地へのタング
ステン核形成を目的として、堆積速度の遅いＷＦ6のＳ
ｉＨ4還元作用によりＷ膜１９３を堆積した。下地がＴ
ｉＮの場合、初期の成長に遅れが生じ、Ｓｉ基板１９１
内での膜厚均一性が悪くなる。そのため、このステップ
が必要となる。このときの条件は、ガス流量比をＳｉＨ
4／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2＝３／５／２０００／２００ＳＣ
ＣＭ、ガス圧力を１.２Ｔｏｒｒ、基板温度を４５０
℃、堆積時間を２０秒間とした。連続して堆積速度の速
いＷＦ6のＨ2還元作用によりＷ膜１９３を堆積した。こ
のときの条件は、ガス流量比をＨ2／ＷＦ6／Ａｒ／Ｎ2
＝１８００／３６／２２００／３００ＳＣＣＭ、ガス圧
力を８０Ｔｏｒｒ、基板温度を４５０℃、堆積時間を１
００秒間とした。
【００９２】次に、図１９（ｃ）に示すように同装置内
で、アンモニア（ＮＨ3）ガスを５００ＳＣＣＭのガス
流量で導入し、ガス圧力５００ｍＴｏｒｒ、基板温度４
５０℃で１０分間熱処理することで、タングステン窒化
膜（ＷＮ膜）１９４を１００ｎｍの厚さに形成した。フ
ラットネステスターを用いてＳｉ基板１９１の反りを測
定したところ、図１９（ｂ）でＷ膜１９３を堆積したま
まの膜では、引張り応力側へ１３０μｍ反っている。そ
れに対して図１９（ｃ）でＷＮ膜１９４を形成した後の
膜では３０μｍ（引張り応力側）と膜の応力が緩和され
ているといえる。
で、アンモニア（ＮＨ3）ガスを５００ＳＣＣＭのガス
流量で導入し、ガス圧力５００ｍＴｏｒｒ、基板温度４
５０℃で１０分間熱処理することで、タングステン窒化
膜（ＷＮ膜）１９４を１００ｎｍの厚さに形成した。フ
ラットネステスターを用いてＳｉ基板１９１の反りを測
定したところ、図１９（ｂ）でＷ膜１９３を堆積したま
まの膜では、引張り応力側へ１３０μｍ反っている。そ
れに対して図１９（ｃ）でＷＮ膜１９４を形成した後の
膜では３０μｍ（引張り応力側）と膜の応力が緩和され
ているといえる。
【００９３】次に、分光光度計を用いて、このＷＮ膜１
９４を形成した膜の反射率の波長依存性を図２０に示
す。縦軸は反射率（％）、横軸は波長（ｎｍ）を表わし
ている。測定はベアシリコン基板の反射率をリファレン
ス（１００％）としてある。横軸には露光光源として使
用されている光源波長ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６
５ｎｍ）、エキシマレーザーＫｒＦ（２４８ｎｍ）を矢
印で示してある。
９４を形成した膜の反射率の波長依存性を図２０に示
す。縦軸は反射率（％）、横軸は波長（ｎｍ）を表わし
ている。測定はベアシリコン基板の反射率をリファレン
ス（１００％）としてある。横軸には露光光源として使
用されている光源波長ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６
５ｎｍ）、エキシマレーザーＫｒＦ（２４８ｎｍ）を矢
印で示してある。
【００９４】Ｗ膜１９３のみ場合、２４８ｎｍで反射率
２５％、３６５ｎｍで４４％、４３６ｎｍで７５％であ
るのに対して、Ｗ膜１９３をアンモニアガス雰囲気中で
熱処理して形成したＷＮ膜１９４の場合２４８ｎｍで反
射率５％、３６５ｎｍ、４３６ｎｍで１０〜１５％で、
低反射率となっている。反射率が大幅に低減されてお
り、非常に効果的であるといえる。
２５％、３６５ｎｍで４４％、４３６ｎｍで７５％であ
るのに対して、Ｗ膜１９３をアンモニアガス雰囲気中で
熱処理して形成したＷＮ膜１９４の場合２４８ｎｍで反
射率５％、３６５ｎｍ、４３６ｎｍで１０〜１５％で、
低反射率となっている。反射率が大幅に低減されてお
り、非常に効果的であるといえる。
【００９５】次に、図１９（ｄ）に示すように化学増幅
系ポジ型レジストを１０００ｎｍ厚に塗布し、ＫｒＦエ
キシマレーザーステッパーを用い、４０ｍＪ／ｃｍ2の
露光量で露光し、０.４μｍのライン・スペースレジス
トパターン１９５を形成した。
系ポジ型レジストを１０００ｎｍ厚に塗布し、ＫｒＦエ
キシマレーザーステッパーを用い、４０ｍＪ／ｃｍ2の
露光量で露光し、０.４μｍのライン・スペースレジス
トパターン１９５を形成した。
【００９６】このレジストパターンをマスクとして第
一、第二、第三、第四の実施例で示した条件、すなわ
ち、第１ステップとして弗素系ガスでＷＮ膜１９４とＷ
膜１９３をエッチする。第２ステップとして塩素系ガス
でバリア層１９２であるＴｉＮ膜／Ｔｉ膜をエッチする
ことで図１９（ｅ）に示す０.４μｍのタングステン配
線１９６を形成した。このとき、第１ステップではガス
流量比ＳＦ6／Ｎ2＝１５０／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力１
００ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１５０Ｗでエッチング終了
信号検出時間（約９０秒間）、続けて第２ステップでは
ガス流量比Ｃｌ2／Ｎ2＝１００／５０ＳＣＣＭ、ガス圧
力１５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１７５Ｗで６０秒間で
ある。塩素系ガスに対してはタングステンの塩化物の蒸
気圧が低いため、Ｗ膜１９３は、ほとんどエッチされ
ず、十分なオーバーエッチングが可能である。したがっ
て、簡単なエッチングプロセスで、断面形状が垂直で寸
法制御に優れた高精度なタングステン配線１９６が段差
下地上にも形成できる。
一、第二、第三、第四の実施例で示した条件、すなわ
ち、第１ステップとして弗素系ガスでＷＮ膜１９４とＷ
膜１９３をエッチする。第２ステップとして塩素系ガス
でバリア層１９２であるＴｉＮ膜／Ｔｉ膜をエッチする
ことで図１９（ｅ）に示す０.４μｍのタングステン配
線１９６を形成した。このとき、第１ステップではガス
流量比ＳＦ6／Ｎ2＝１５０／５０ＳＣＣＭ、ガス圧力１
００ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１５０Ｗでエッチング終了
信号検出時間（約９０秒間）、続けて第２ステップでは
ガス流量比Ｃｌ2／Ｎ2＝１００／５０ＳＣＣＭ、ガス圧
力１５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１７５Ｗで６０秒間で
ある。塩素系ガスに対してはタングステンの塩化物の蒸
気圧が低いため、Ｗ膜１９３は、ほとんどエッチされ
ず、十分なオーバーエッチングが可能である。したがっ
て、簡単なエッチングプロセスで、断面形状が垂直で寸
法制御に優れた高精度なタングステン配線１９６が段差
下地上にも形成できる。
【００９７】以上、第五の実施例のように、Ｗ膜１９３
堆積後、同装置内でアンモニアガス雰囲気中で熱処理を
行い、Ｗ膜１９３上に薄いＷＮ膜１９４を形成すること
で、露光光源波長に対しての反射率が大幅に低減され、
露光むらのない高精度なレジストパターンが再現性よく
形成できる。また、反射防止膜としてタングステン系以
外の材料（Ｔｉ、ＴｉＮ）を用いるわけではないので、
上記レジストパターンをマスクとしてタングステンパタ
ーンを形成する際、弗素系のガスのみでＷ膜１９３上層
のＷＮ膜１９４、およびＷ膜１９３のドライエッチング
をすることができるので、簡単なエッチングプロセス
で、断面形状が垂直で寸法制御に優れた高精度なタング
ステン配線を形成することが可能となる。その上、Ｗ膜
１９３の応力を緩和することでＳｉ基板１９１の反りを
大幅に低減できる。したがって、Ｗ膜１９３形成後のプ
ロセス装置において、Ｓｉ基板１９１の反りに起因して
Ｓｉ基板１９１を正常にチャックできずに搬送トラブル
が発生したり、Ｓｉ基板１９１吸着エラーが発生する等
の諸問題も解決できる。
堆積後、同装置内でアンモニアガス雰囲気中で熱処理を
行い、Ｗ膜１９３上に薄いＷＮ膜１９４を形成すること
で、露光光源波長に対しての反射率が大幅に低減され、
露光むらのない高精度なレジストパターンが再現性よく
形成できる。また、反射防止膜としてタングステン系以
外の材料（Ｔｉ、ＴｉＮ）を用いるわけではないので、
上記レジストパターンをマスクとしてタングステンパタ
ーンを形成する際、弗素系のガスのみでＷ膜１９３上層
のＷＮ膜１９４、およびＷ膜１９３のドライエッチング
をすることができるので、簡単なエッチングプロセス
で、断面形状が垂直で寸法制御に優れた高精度なタング
ステン配線を形成することが可能となる。その上、Ｗ膜
１９３の応力を緩和することでＳｉ基板１９１の反りを
大幅に低減できる。したがって、Ｗ膜１９３形成後のプ
ロセス装置において、Ｓｉ基板１９１の反りに起因して
Ｓｉ基板１９１を正常にチャックできずに搬送トラブル
が発生したり、Ｓｉ基板１９１吸着エラーが発生する等
の諸問題も解決できる。
【００９８】第五の実施例では、Ｗ膜１９３堆積後、同
装置内においてアンモニアガス雰囲気中で熱処理を行
い、Ｗ膜１９３上に薄いＷＮ膜１９４を形成するので、
第四の実施例に比べてパーティクルあるいはＷ膜１９３
とＷＮ膜１９４との界面との問題、スループット等の点
から望ましいといえる。
装置内においてアンモニアガス雰囲気中で熱処理を行
い、Ｗ膜１９３上に薄いＷＮ膜１９４を形成するので、
第四の実施例に比べてパーティクルあるいはＷ膜１９３
とＷＮ膜１９４との界面との問題、スループット等の点
から望ましいといえる。
【００９９】
【発明の効果】以上のように、本発明を用いることによ
り、タングステン膜上のタングステン酸化膜であるＷＯ
3膜、または、ＷＯ3よりも酸化数の小さなタングステン
酸化膜、またはタングステン窒化膜により露光時のタン
グステンからの入射光反射が低減され、露光むらのない
高精度のレジストパターンが再現性よく形成できる。ま
た、これらのタングステン上層膜は、タングステンエッ
チングと同様の弗素系ガスを用いてエッチすることがで
きるので、エッチングプロセスが簡単となり、断面形状
が垂直で寸法精度の良好なタングステン配線の形成が可
能となる。また、これらのタングステン上層膜によりタ
ングステン膜の引張り応力が緩和され、ウエハの反りに
起因する諸問題も改善できる。
り、タングステン膜上のタングステン酸化膜であるＷＯ
3膜、または、ＷＯ3よりも酸化数の小さなタングステン
酸化膜、またはタングステン窒化膜により露光時のタン
グステンからの入射光反射が低減され、露光むらのない
高精度のレジストパターンが再現性よく形成できる。ま
た、これらのタングステン上層膜は、タングステンエッ
チングと同様の弗素系ガスを用いてエッチすることがで
きるので、エッチングプロセスが簡単となり、断面形状
が垂直で寸法精度の良好なタングステン配線の形成が可
能となる。また、これらのタングステン上層膜によりタ
ングステン膜の引張り応力が緩和され、ウエハの反りに
起因する諸問題も改善できる。
【図１】本発明のタングステン配線を示す斜視図
【図２】本発明の第一の実施例におけるタングステン配
線部の工程順拡大断面図
線部の工程順拡大断面図
【図３】本発明の第一の実施例におけるＸ線回折の構造
分析結果を示す図
分析結果を示す図
【図４】本発明の第一の実施例におけるオージェ電子分
光分析結果を示す図
光分析結果を示す図
【図５】本発明の第一の実施例における反射率の波長依
存性を説明する図
存性を説明する図
【図６】本発明の第二の実施例におけるタングステン配
線部の工程順拡大断面図
線部の工程順拡大断面図
【図７】本発明の第二の実施例におけるＸ線回折の構造
分析結果を示す図
分析結果を示す図
【図８】本発明の第二の実施例におけるオージェ電子分
光分析結果を示す図
光分析結果を示す図
【図９】本発明の第二の実施例における反射率の波長依
存性を説明する図
存性を説明する図
【図１０】本発明の第三の実施例におけるタングステン
配線部の工程順拡大断面図
配線部の工程順拡大断面図
【図１１】本発明の第三の実施例におけるＸ線回折の構
造分析結果を示す図
造分析結果を示す図
【図１２】本発明の第三の実施例における反射率の波長
依存性を説明する図
依存性を説明する図
【図１３】本発明の第四の実施例におけるタングステン
配線部の工程順拡大断面図
配線部の工程順拡大断面図
【図１４】本発明の第四の実施例におけるＷＮ膜中の窒
素量の分圧比依存性を説明する図
素量の分圧比依存性を説明する図
【図１５】本発明の第四の実施例におけるＷＮ膜中の窒
素量のトータル圧力依存性を説明する図
素量のトータル圧力依存性を説明する図
【図１６】本発明の第四の実施例におけるＷＮ膜中の窒
素量と膜応力との関係を示す図
素量と膜応力との関係を示す図
【図１７】本発明の第四の実施例におけるＷＮ膜中の窒
素量と電気抵抗率との関係を示す図
素量と電気抵抗率との関係を示す図
【図１８】本発明の第四の実施例におけるＸ線回折の構
造分析結果を示す図
造分析結果を示す図
【図１９】本発明の第五の実施例におけるタングステン
配線部の工程順拡大断面図
配線部の工程順拡大断面図
【図２０】本発明の第五の実施例における反射率の波長
依存性を示す図
依存性を示す図
【図２１】従来のタングステン配線装置を示す断面図
【図２２】従来のレジストパターン断面形状を示す断面
図
図
【図２３】従来のタングステンパターン断面形状を示す
断面図
断面図
１１ シリコン（Ｓｉ）基板 １２ ＬＯＣＯＳ １３ ポリシリコン １４ ＢＰＳＧ ２１ シリコン（Ｓｉ）基板 ２２ バリア層 ２３ タングステン膜 ２４ タングステン酸化膜（ＷＯ3膜） ２５ レジストパターン ２６ タングステン配線
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上にタングステン膜を形成す
る工程と、前記タングステン膜上に膜中の窒素量が１５
原子％以下であるタングステン窒化膜を反応性スパッタ
法で形成する工程とにより配線を形成することを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記反応性スパッタ法での窒素ガス分圧
力と、窒素ガス圧力及びアルゴンガス圧力の全圧力との
比（Ｐ（Ｎ2）／Ｐ（Ｎ2＋Ａｒ））が４０％以下である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25601792A JP3248262B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25601792A JP3248262B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06112201A JPH06112201A (ja) | 1994-04-22 |
| JP3248262B2 true JP3248262B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=17286757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25601792A Expired - Fee Related JP3248262B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3248262B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3436221B2 (ja) * | 1999-03-15 | 2003-08-11 | ソニー株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP6360457B2 (ja) * | 2015-04-08 | 2018-07-18 | 東芝メモリ株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JPWO2022158365A1 (ja) * | 2021-01-20 | 2022-07-28 |
-
1992
- 1992-09-25 JP JP25601792A patent/JP3248262B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06112201A (ja) | 1994-04-22 |
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