JP3641356B2 - 半導体装置の製造方法および製造装置 - Google Patents
半導体装置の製造方法および製造装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3641356B2 JP3641356B2 JP24684397A JP24684397A JP3641356B2 JP 3641356 B2 JP3641356 B2 JP 3641356B2 JP 24684397 A JP24684397 A JP 24684397A JP 24684397 A JP24684397 A JP 24684397A JP 3641356 B2 JP3641356 B2 JP 3641356B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wafer
- tungsten
- gas
- film
- silicon wafer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置、特にタングステン配線を有する半導体装置の製造方法および製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
タングステンは融点が高く、従ってアルミニウムのようにエレクトロマイグレーションを起こすことがないので、半導体装置や集積回路の内部配線に利用される。一般には、図1に示すように、シリコンウエハ1の表面にビアホール3を有するSiO2 などの絶縁層2を形成し、その全面にTi膜4、TiN膜5を順次成膜し、その後、ビアホール3内を埋め込むようにタングステンプラグ6を形成し、かつウエハ全面にタングステン膜7を成膜し、フォトリソグラフィとエッチングによって必要な配線形状を作成する。タングステン膜の形成には、通常CVDが用いられ、図2に示すように、反応容器11内のヒータ内蔵ウエハ支持台12上にTiN膜5までが成膜されているウエハ13を支持し、ウエハ上にタングステン原料ガス、還元剤ガスおよびキャリヤガスをガス供給系14から供給してタングステンを成膜する。成膜用のガスとしては、原料ガスとしてのWF6 と還元用ガスとしてのシランガスにキャリアガスとしての水素を加えた混合ガスが用いられる。原料ガスは、次式のように還元ガスによって還元され、タングステン核を生じる。
【0003】
【化1】
2WF6 +3SiH4 →2W+3SiF4 ↑+6H2 (1)
そして、この核を中心にして次式の反応によってウエハ上にタングステン膜が成膜される。
【0004】
【化2】
WF6 +3H2 →W+6HF↑ (2)
このようにして成膜されたタングステン膜7を有するウエハをエッチング装置に移してタングステンのエッチバックを行う。エッチング装置の一例を図3に示す。支持台15に支持されたウエハ13の上部からエッチングガス供給系16を通してエッチングガスをウエハ上に供給する。支持台15には高周波源17からコンデンサ18を介して高周波が印加され、一方、エッチング装置の容器19は接地されている。従って、高周波放電によってエッチングガスはプラズマ化され、効率よくタングステンをエッチッバックする。タングステン膜のエッチバックにはSF6 ガスが用いられる。エッチバックに際して、ビアホールを埋めたタングステンプラグ6の表面には図1に示すように窪み(リセス)8が生じる。この窪みの深さはシリコンウエハの中央部では浅く、周縁部では深い。オーバーエッチになると、この傾向は特に著しくなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
この現象をエッチングガスの流量制御で防ぐことは困難である。従って1枚のウエハーからスライスされた個々の半導体装置、集積回路装置において、タングステン配線の品質にばらつきが生じるという問題があった。
【0006】
本発明者らは、この原因について究明し、以下の原因を突き止めた。図3に示すように、タングステン膜が形成されているシリコンウエハーの上面からプラズマ化されたSF6 ガスがウエハー表面に供給され、エッチングを行い、下方の排気口20から排気される。この時、エッチング反応において、反応生成物の除去が律速過程となり、ウエハー周縁部が中央部より排気速度が大きいため、エッチレートが高くなる。そのために、エッチされたタングステン膜の厚さは周縁部で薄くなり、タングステンプラグのリセスも周縁部では中央部より深くなる傾向を生じる。
【0007】
例えば、図2のCVD装置を用い、WF6 ガスを30sccm、SiH4 ガスを15sccm、H2 ガスを1000sccm流して6インチウエハ上にタングステン膜を成膜した。タングステンの膜厚はウエハ中央部では6000Å、ウエハ周縁部では5800Åと中央部の方が200Å厚かった。このウエハを図3のエッチング装置で、高周波電力13.56MHz、300W、温度25℃、圧力280mTorr、エッチングガスSF6 、流量80sccmの条件でエッチングしたところ、タングステンプラグに生じたリセスの深さはウエハ中央部では2000Å、ウエハ周縁部では3000Åであった。このように、エッチングにおいて、反応生成物の除去が律速過程となって周縁部のタングステンの厚さを薄くし、かつ、周縁部のリセスの深さを中央部より大きくすることが確かめられた。
【0008】
本発明は、このような従来の問題を解決し、ウエハの中央部と周縁部とでタングステンプラグに生じるリセスの深さが浅く、かつ均一であり、従って、1枚のウエハーからスライスされた個々の半導体装置、集積回路装置において、タングステン配線の品質にばらつきが生じない半導体装置の製造方法およびそのための製造装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明による半導体装置の製造方法は、CVD法によってシリコンウエハー上にタングステンを成膜する工程を含む半導体装置の製造方法において、前記タングステンの膜厚をシリコンウエハーの周縁部においてシリコンウエハーの中央部より厚く成膜する工程を有することを特徴とする。
【0010】
さらに、本発明による製造方法は、シリコンウエハーの表面に上方からタングステンの原料ガスと還元剤と水素との混合ガスを供給し、かつ前記シリコンウエハーの下方からウエハーの周縁に沿って前記上方からの水素の流量以上の流量で水素ガスを供給して、前記シリコンウエハー上にタングステンを成膜する工程を有することを特徴とする。
【0011】
ここで、本発明の製造方法は、前述したタングステンの成膜工程の後、成膜された前記タングステン膜をエッチバックする工程を有する。
【0012】
本発明による半導体装置の製造装置は、原料ガスに化学反応を生ぜしめて薄膜を形成するための薄膜形成容器と、該容器内に設けられたウエハ保持手段と、該ウエハー保持手段上に保持されるウエハーの上面にタングステン原料ガスと還元剤と水素ガスとを供給する手段と、前記保持されたウエハーの周縁に沿って、該ウエハーの下方から水素ガスを供給する手段とを備えたことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明においては、シリコンウエハ上にタングステンを成膜して、絶縁膜中のビアホールにタングステンプラグを形成する際に、ウエハ上部からの原料ガス、還元ガスおよび水素ガスの供給とともに、ウエハ下部からウエハの周縁に沿って水素ガスを供給し、ウエハ下部からの水素ガス供給量をウエハ上部からの水素ガス供給量と等しく、またはウエハ上部からの水素ガス供給量より大きくする。これによって、成膜されたタングステンの膜厚分布をウエハの周縁部の厚さが中心部の厚さより大きくする。このような膜厚分布を有するタングステン膜をエッチバックすることによって、タングステンプラグに生じるリセスの深さをウエハの全面にわたって均一化することができる。
【0014】
【実施例】
図4に示したCVD装置を用いて、タングステンの成膜を行った。図2に示した従来の装置との差は、ウエハ13の下方から、ウエハの周縁に沿ってH2 ガスを供給する第2のガス供給手段21を備えたことである。ウエハの状態は、図1に示したシリコンウエハ1にビアホール3を有する絶縁膜2が形成され、その全面にTi膜4、TiN膜5が形成された状態である。ウエハの上方から、原料ガスとしてのWF6 と還元用ガスとしてのシランガスにキャリアガスとしてのH2 ガスを加えた混合ガスを供給し、同時に下方からH2 ガスを供給すると、式(1)、式(2)によって、タングステンがウエハ上に成膜され、かつビアホール内にはタングステンプラグが形成される。この時、下方からのH2 の供給量を零から増やすにつれて、タングステン膜の中央部と周縁部の膜厚差は減少し、下方からのH2 ガスの供給量が上方からのH2 ガスの供給量より大きくなると、ウエハ周縁部のタングステン膜の膜厚は中央部の膜厚より大きくなる。このような膜厚分布を持つタングステン膜をエッチバックすることによって、プラグのリセスを浅く、かつリセスの深さをウエハ中央部から周縁部にわたって均一にすることができる。
【0015】
図4に示したCVD装置を用い、上述したTiN膜5までが形成された状態の6インチシリコンウエハ上にWF6 ガスを30sccm、SiH4ガスを15sccm、上方からのH2 ガスを500sccm、下方からのH2 ガスを1000sccm流して、ビアホール内にプラグ6を形成し、かつウエハ全面にタングステン膜7を成膜した。タングステンの膜厚はウエハ周縁部で6500Å、ウエハ中央部で5500Å、その差は1000Åであった。このウエハを図3のエッチング措置に移し、高周波電力13.56MHz、300W、温度25℃、圧力280mTorr、エッチングガスSF6 、流量80sccmの条件でエッチングした。エッチバック後のタングステンの膜厚はウエハ周縁部とウエハ中央部とでほぼ等しかった。得られたウエハのビアホール近傍の断面を図5に示す。タングステンプラグに生じたリセスの深さはウエハ中央部、ウエハ周縁部ともに1000Åと浅く、かつ均一であった。
【0016】
上から流す水素の量と下から流す水素の量とが成膜されたタングステンの膜厚分布に与える影響を調べた。結果を以下に示す。WF6 およびSiH4 の流量は、それぞれ上記と同じ30sccmおよび15sccmに固定した。
【0017】
【表1】
このように、下から流す水素の量を上から流す水素の量以上とすることによって、タングステンの膜厚をウエハ周縁部においてウエハ中央部より厚くすることができ、そのためにタングステンプラグに形成されるリセスの深さを浅く、かつその分布を均一にすることができる。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、CVD法によってタングステン膜を形成するに際して、ウエハの上方から原料ガス、還元ガス、水素ガスを供給するとともに、ウエハの下方から上方からの供給量より大きな供給量で水素ガスを供給する。これによって、タングステンの膜厚をウエハ周縁部で厚く、中央部で薄くする。このようなタングステン膜をエッチバックすることによって、タングステンプラグに生じるリセスを浅く、かつその深さの分布をウエハ全体にわたって均一にすることができ、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来法によって得られたウエハのビアホール近傍の断面図である。
【図2】従来のCVD装置の概要を示す断面図である。
【図3】エッチング装置の概要を示す断面図である。
【図4】本発明による半導体装置の製造装置の実施例を示す断面図である。
【図5】本発明によって得られたウエハのビアホール近傍の断面図である。
【符号の説明】
1 シリコンウエハ
2 絶縁層
3 ビアホール
4 Ti膜
5 TiN膜
6 タングステンプラグ
7 タングステン膜
8 リセス
11 反応容器
12 ウエハ支持台
13 ウエハ
14 ガス供給系
15 支持台
16 エッチングガス供給系
17 高周波源
18 コンデンサ
19 エッチング装置の容器
20 排気口
21 下方からH2 ガスを供給するガス供給手段
Claims (4)
- CVD法によってシリコンウエハー上にタングステンを成膜する工程を含む半導体装置の製造方法において、前記タングステンの膜厚をシリコンウエハーの周縁部においてシリコンウエハーの中央部より厚く成膜する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- シリコンウエハーの表面に上方からタングステンの原料ガスと還元剤と水素との混合ガスを供給し、かつ前記シリコンウエハーの下方からウエハーの周縁に沿って前記上方からの水素の流量以上の流量で水素ガスを供給して、前記シリコンウエハー上にタングステンを成膜する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項1または請求項2に記載のタングステンの成膜工程の後、成膜された前記タングステン膜をエッチバックする工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 原料ガスに化学反応を生ぜしめて薄膜を形成するための薄膜形成容器と、該容器内に設けられたウエハ保持手段と、該ウエハー保持手段上に保持されるウエハーの上面にタングステン原料ガスと還元剤と水素ガスとを供給する手段と、前記保持されたウエハーの周縁に沿って、該ウエハーの下方から水素ガスを供給する手段とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24684397A JP3641356B2 (ja) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | 半導体装置の製造方法および製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24684397A JP3641356B2 (ja) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | 半導体装置の製造方法および製造装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1187269A JPH1187269A (ja) | 1999-03-30 |
JP3641356B2 true JP3641356B2 (ja) | 2005-04-20 |
Family
ID=17154540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24684397A Expired - Fee Related JP3641356B2 (ja) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | 半導体装置の製造方法および製造装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3641356B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5339397B2 (ja) * | 2005-08-29 | 2013-11-13 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | 電子デバイスの製造方法 |
JP2007067286A (ja) * | 2005-09-01 | 2007-03-15 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置 |
-
1997
- 1997-09-11 JP JP24684397A patent/JP3641356B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1187269A (ja) | 1999-03-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3942672B2 (ja) | 基板処理方法および基板処理装置 | |
KR900005122B1 (ko) | 박막형성 장치와 이를 이용한 박막형성 방법 | |
US6245654B1 (en) | Method for preventing tungsten contact/via plug loss after a backside pressure fault | |
US5306666A (en) | Process for forming a thin metal film by chemical vapor deposition | |
JP2001523043A (ja) | PE−CVD−Tiとインサイチュウプラズマ窒化を使用した、タングステンプラグ技術における窒化チタン膜堆積の排除 | |
JPH10501100A (ja) | 低温プラズマエンハンスによる集積回路形成方法 | |
JP2005533181A (ja) | タングステン層のパルス核生成堆積 | |
EP0493002A1 (en) | Process for forming deposition film | |
JPH10106974A (ja) | チタン膜及びチタンナイトライド膜の連続成膜方法 | |
US6767829B2 (en) | Plasma deposition method and system | |
JPH05209279A (ja) | 金属膜形成装置および金属膜形成法 | |
JP2002544657A (ja) | 窒化チタンのコンタクトプラグの形成 | |
KR100364257B1 (ko) | 텅스텐 화학 기상 퇴적방법 및 텅스텐 플러그 형성방법 | |
JPH11186197A (ja) | CVD−Ti膜の成膜方法 | |
JP3641356B2 (ja) | 半導体装置の製造方法および製造装置 | |
JP4151308B2 (ja) | 処理装置のガス導入方法 | |
US7790590B2 (en) | Selective W-CVD method and method for forming multi-layered Cu electrical interconnection | |
KR100444811B1 (ko) | 실리콘 함유 기판 상에 전도성 규화물층 형성방법 및전도성 규화물 접촉부 형성방법 | |
JP2007221165A (ja) | プラズマcvd成膜方法及びプラズマcvd成膜装置 | |
JPH10321556A (ja) | 成膜方法 | |
JP2001520314A (ja) | 金属被膜の化学蒸着法 | |
JPH11330047A (ja) | エッチング装置及びエッチング方法 | |
KR101302819B1 (ko) | Ti막의 성막 방법 | |
US6174795B1 (en) | Method for preventing tungsten contact plug loss after a backside pressure fault | |
JPH08111406A (ja) | 高密度集積回路の基板表面の再エッチング方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041217 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041224 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050121 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080128 Year of fee payment: 3 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080128 Year of fee payment: 3 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080128 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080128 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090128 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090128 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100128 Year of fee payment: 5 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100128 Year of fee payment: 5 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110128 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110128 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120128 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120128 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130128 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140128 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |