JPH04288824A - ブランケットタングステンによるプラグ形成方法 - Google Patents

ブランケットタングステンによるプラグ形成方法

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JPH04288824A
JPH04288824A JP5271591A JP5271591A JPH04288824A JP H04288824 A JPH04288824 A JP H04288824A JP 5271591 A JP5271591 A JP 5271591A JP 5271591 A JP5271591 A JP 5271591A JP H04288824 A JPH04288824 A JP H04288824A
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JP
Japan
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film
layer
contact hole
tungsten
silicon
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Pending
Application number
JP5271591A
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English (en)
Inventor
Takaaki Miyamoto
孝章 宮本
Toshiaki Hasegawa
利昭 長谷川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ブランケットタング
ステンによるプラグ形成方法に係り、特に微細コンタク
トホールの埋め込み技術としてのCVD法によるブラン
ケットタングステンによるプラグ形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】超LSIあるいは次世代以降の超々LS
Iにおいて、微細コンタクトホール(例えば0.35μ
m径)やビアホールを埋め込む技術としてカバレージが
良く、しかも従来のポリシリコンプラグ等と比較してコ
ンタクト抵抗が低いブランケットタングステンCVD(
化学的気相成長)法が挙げられ注目を集めている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記CVD法によって
形成されるタングステン(W)は下地絶縁膜との密着性
の問題からタングステン層と下地絶縁膜との中間にTi
N(チタンナイトライド),TiW(チタンタングステ
ン)等の密着層を形成しなければならない。
【0004】密着層TiN,TiW等の堆積は、従来通
常スパッタ法によって行なわれているが、開口径より深
さの方が大きい(いわゆる高アスペクト比)微細コンタ
クトホール内壁へのTiN,TiW等のスパッタ膜はコ
ンタクトホール底部ではほんのわずかしか堆積されない
場合があり、しかも開口部では図3(a)に示すように
オーバーハング形状となるためステップカバレージが悪
くなる。すなわち、図3(a)に示すように、例えばS
i基板21上のSiO2層間絶縁膜22に形成されたコ
ンタクトホール内壁面にスパッタTiN膜23を形成し
た後、W層24をコンタクトホールに埋め込んでもボイ
ド25が発生する問題があった。この現象は、スパッタ
TiN膜23をコンタクトホール内に付着させない場合
にも図3(b)に示すようにボイド25が発生した。ま
た、上記のスパッタTiN膜23がたとえコンタクトホ
ール内に問題なく被着されたにせよプラグを形成するた
めにタングステンをエッチバックし、さらに密着層のT
iN膜をエッチングした時にオーバーエッチングを必要
とするため、エッチャントが図3(c)に示すようにコ
ンタクトホール側壁のTiN膜23に集中し、それによ
って上層配線を形成する際にもオーバーエッチング26
が発生した。
【0005】さらにまた、密着層を等方エッチしてオー
バーハングを防止する方法があるが、この方法は困難で
あり、しかも現実的でない。
【0006】本発明は、低コンタクト抵抗でステップカ
バレージが良いブランケットタングステンによるプラグ
形成方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、シリコン基板1上のプラグ形成位置に耐熱層3,1
0を形成し、全面に絶縁膜4を形成し、前記耐熱層表面
を露出するコンタクトホール5を前記絶縁膜4に形成し
、前記コンタクトホール5内壁全面を含む全露出面にシ
リコン系膜を形成し、次に全面にブランケットタングス
テンを被着して前記コンタクトホール5を埋め込み、タ
ングステン層8,13を形成する工程を含んでなること
を特徴とするブランケットタングステンによるプラグ形
成方法によって解決される。
【0008】
【作用】本発明では、シリコン系膜として非晶質シリコ
ン(a−Si)膜あるいは多結晶シリコン(poly−
Si)膜が用いられる。成長条件から特にa−Si膜は
プラズマCVD法で、poly−Si膜は減圧CVD法
で形成される。このシリコン系膜はタングステンに対す
る密着層としてステップカバレージを向上させる。
【0009】本発明で用いられる耐熱層としてはチタン
(Ti)あるいはチタンシリサイド(TiSi2)が好
ましく用いられ、タングステン(W)あるいはタングス
テンシリサイド(WSi2)も用いることができ、コン
タクトの低抵抗化が図れる。
【0010】また、本発明では、シリコン基板上に形成
された絶縁膜上であって、しかもシリコン系膜の下に密
着層としてTiN膜あるいはTiW膜を用いることが特
にシリコン系膜(工程途中で消失する)を形成する場合
に有効である。
【0011】本発明では、密着層のステップカバレージ
がほぼ100%と良好であり、コンタクトホール上部の
Wの被着性も良好となり、ボイドの発生が抑制される。 従って、開口径が0.3〜0.4μm程度で、しかも開
口径より深さの方が大きい(高アスペクト比)コンタク
トホール内にタングステンプラグを形成する際に特に有
効である。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0013】図1は、本発明の第1の実施例を示す工程
断面図である。
【0014】図1(a)に示すように、シリコン(Si
)基板1上に厚さ約400オングストロームのPSG膜
2を形成した後コンタクトホールを形成し、そのコンタ
クトホールにスパッタ法により厚さ約400オングスト
ロームのチタン(Ti)を堆積させ耐熱層としてのTi
層3を形成した後、約7000オングストロームの厚さ
にSiO2層間絶縁膜4をCVD法により形成する。 その後Ti層3を露出するコンタクトホール5を形成す
る。
【0015】次に、図1(b)に示すように、全面にプ
ラズマCVD法により非晶質シリコン(a−Si)を厚
さ500〜1000オングストローム堆積してa−Si
膜6を形成する。このときのステップカバレージはほぼ
100%であった。また上記a−Si膜6の形成条件と
して475°Cの温度で、原料ガスSiH4を100S
CCMの流量で行なった。
【0016】次に、図1(c)に示すように、Ar,N
2もしくはNH3雰囲気中で650〜750°Cの温度
でアニールを行い、コンタクトホール5の底部において
a−Si層6とその下層のTi層3とを反応させてTi
をシリサイド化させ、低抵抗コンタクトTiSi2膜7
を形成する。次に、全面にタングステン(ブランケット
タングステン)をCVD法により被着させてW層8を形
成する。上記ブランケットタングステンのCVD条件は
400°Cの温度で30mTorrの圧力を用い、原料
ガスとしてH2ガス、WF6ガスの混合ガスを用い、流
量比H2/WF6を17として行なった。このとき密着
層である非晶質シリコンはW成膜時のSi還元反応によ
り消失されるか非常にうすくなる。
【0017】次に、図1(d)に示すように、W層8の
エッチバックを行い、Wプラグ8aを形成する。W層8
のエッチングガスはSF6とO2(20%)の混合ガス
を用い、a−Si膜6のエッチングガスはF113とS
F6の混合ガスを用いた。本第1の実施例により低コン
タクトでTiSi2を密着層とするステップカバレージ
が良好なブランケットタングステンプラグを得ることが
できる。
【0018】図2は、本発明の第2の実施例を示す工程
断面図である。
【0019】まず、図2(a)に示すように、シリコン
(Si)基板1表面を熱酸化して厚さ50オングストロ
ームのSiO2膜9を形成し、その上にTi層(図示せ
ず)を形成した後、900°Cで10〜20秒間アニー
ルを行い、所定のTi層をTiSi2に代え、それ以外
のTi層をエッチング除去して耐熱層としてのTiSi
2膜10を形成する。
【0020】次に、図2(b)に示すように、全面に実
施例1と同じようにSiO2層間絶縁膜4をCVD法に
より形成し、更にその上に厚さ1000オングストロー
ムのTiN膜11を順次形成する。TiN膜11上にリ
ソグラフィー技術によりレジスト(図示せず)をパター
ニング形成した後、レジストをマスクとしてTiN膜1
1をエッチング除去する。エッチングガスはCl2ガス
を用い、流量を30SCCM、圧力を0.6Torr、
RF出力を0.25W/cm2とした。次に、SiO2
層間絶縁膜4をエッチング除去し、TiSi2膜10を
露出させるコンタクトホール5を形成する。エッチング
ガスはCHF3ガスを用い、その流量を80SCCM、
圧力を0.05Torr、RF出力を0.25W/cm
2とした。次に、SiO2層間絶縁膜4上のレジストを
除去した後、減圧CVD法によりコンタクトホール5の
内壁面を含む全面に多結晶シリコン(poly−Si)
を堆積させて厚さ100オングストロームのpoly−
Si膜12を形成する。poly−Si膜12を減圧C
VD法で形成する際、原料ガスはSiH4を用い、その
流量を100SCCM、温度を630°C、圧力を0.
1Torrとした。
【0021】次に、図2(c)に示すように、全面にタ
ングステン(W)(ブランケットタングステン)をCV
D法により堆積してW層13を形成する。W層13の形
成では、まず第1ステップ(シリコン還元法)としてW
F6ガスのみをその流量を25SCCMとして用い、次
に第2ステップ(水素還元法)としてWF6/H2の混
合ガスをその流量を30/300SCCMとして用いた
。 その際の成長温度、圧力は第1ステップ、第2ステップ
と共に、475°C、80Torrとした。上記第1ス
テップでpoly−Si膜12はWに置換されて消失す
る。W層13形成後エッチバックを行い、密着層として
TiN膜11を用いた低コンタクトでステップカバレー
ジが良好なブランケットタングステンプラグを得ること
ができる。なお、本実施例では第1ステップを行なわず
直接第2ステップからでも可能である。
【0022】また、上記第2の実施例において、減圧C
VD法によりpoly−Si膜12を形成する代わりに
、プラズマCVD法により非晶質シリコン(a−Si)
膜を形成する第3の実施例によっても実施例2と同等の
良好なブランケットタングステンプラグが得られる。な
お、上記実施例3のプラズマCVD法によるa−Si膜
の形成では原料ガスはSiH4を用い、その流量を10
0SCCM、温度を250°C、圧力を0.6Torr
とした。本実施例は250°Cの低い温度でa−Si膜
が形成される融点の低いAl上にブランケットタングス
テンを形成する場合に好ましく用いられる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
非晶質シリコン(a−Si)や多結晶シリコン(pol
y−Si)等を密着層としているため、カバレージが良
好でコンタクトホール上部のタングステンのオーバーハ
ングを防止でき、ボイドの発生がなくコンタクトホール
を埋め込むことが可能になる。
【0024】また、タングステンエッチバック後のTi
Nのエッチング工程がないためTiNのオーバーエッチ
の問題を生ずることがなく信頼性が向上する。しかもT
iSi2層がコンタクト部に形成されているため、低コ
ンタクト抵抗のプラグを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施例を示す工程断面図で
ある。
【図2】本発明に係る第2の実施例を示す工程断面図で
ある。
【図3】従来例を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
1  Si基板 2  PSG膜 3  Ti層 4  SiO2層間絶縁膜 5  コンタクトホール 6  a−Si膜 7,10  TiSi2膜 8,13  W層 8a  Wプラグ 9  SiO2膜 11  TiN膜 12  poly−Si膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  シリコン基板上のプラグ形成位置に耐
    熱層を形成し、全面に絶縁膜を形成し、前記耐熱層表面
    を露出するコンタクトホールを前記絶縁膜に形成し、前
    記コンタクトホール内壁全面を含む全露出面にシリコン
    系膜を形成し、次に全面にブランケットタングステンを
    被着して前記コンタクトホールを埋め込み、タングステ
    ン層を形成する工程を含んでなることを特徴とするブラ
    ンケットタングステンによるプラグ形成方法。
  2. 【請求項2】  前記シリコン系膜が非晶質シリコン膜
    あるいは多結晶シリコン膜であることを特徴とする請求
    項1記載の方法。
  3. 【請求項3】  前記絶縁膜上であって、しかも前記シ
    リコン系膜下に密着層としてTiN膜あるいはTiW膜
    を形成することを特徴とする請求項1記載の方法。
JP5271591A 1991-03-18 1991-03-18 ブランケットタングステンによるプラグ形成方法 Pending JPH04288824A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5851581A (en) * 1994-04-22 1998-12-22 Nec Corporation Semiconductor device fabrication method for preventing tungsten from removing
JP2008227532A (ja) * 1993-10-22 2008-09-25 At & T Corp タングステン形成プロセス

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JP2008227532A (ja) * 1993-10-22 2008-09-25 At & T Corp タングステン形成プロセス
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