JPH0445560A - タングステン配線膜の形成方法 - Google Patents

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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ１発明の概要 Ｃ１従来技術 り８発明が解決しようとする問題点［第４図］Ｅ１問題
点を解決するための手段 Ｆ３作用 Ｇ、実施例［第１図乃至第３図］ Ｈ６発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明はタングステン配線膜の形成方法、特に接続孔を
有する絶縁膜上にタングステンからなる配線膜を該接続
孔を埋めるタングステンプラグと共に形成するタングス
テン配線膜の形成方法に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、上記のタングステン配線膜の形成方法におい
て、 タングステン配線膜のモフォロジーを良くし且つ表面部
の酸化を生じにく（するため、先ず、ブランケットタン
グステンＣＶＤ法を行い、次に、それによって形成され
たタングステン配線膜の表面に選択タングステンＣＶＤ
法によりタングステンを成長させるものである。

（Ｃ，従来技術） ＬＳＩ、ＶＬＳＩＯＬＳＩ化に伴って配線膜の形成ルー
ルが０．５μｍ、０．３μｍ、さらにはそれ以下になろ
うとしているが、より一層の高集積化を図るため第１配
線層よりも上層に負荷トランジスタを形成する技術の採
用が試みられている。そこで、耐熱性に優れた高融点金
属であるタングステンが配線材料として注目されている
。というのは、配線層に要求される信頼度が高くなるか
らである。

ところで、タングステン配線膜の形成方法にはブランケ
ットタングステンＣＶＤ法と選択タングステンＣＶＤ法
の二つの方法があり、コンタクトホール等を埋めるに過
ぎない場合には選択タングステンＣＶＤ法が適している
が、コンタクトホール等を埋めると共に絶縁膜上を這う
タングステン配線膜を形成する場合はブランケットタン
グステンＣＶＤ法が適しているとされている。ちなみに
、選択タングステンＣＶＤ法は、例えば特願平２−４１
８４３によって紹介したように、温度が２６０℃、供給
ガスがＳｉＨ，（７３ＣＣＭ）／ＷＦ、（１０ＳＣＣＭ
）　、圧力が０．２Ｔｏｒｒという謂わば高圧、低温の
ＣＶＤ条件で行うものであり、後でも述べるが結晶粒が
大きくなるという傾向を有する。また、ブランケットタ
ングステンＣＶＤ法は、例えば特願平１−２６１８４０
によって紹介したように供給ガスがＷＦ。

（４５０ＳＣＣＭ）／Ｈ，（１００ＯＳＣＣＭ）、ガス
圧が０．３Ｔｏｒｒ、処理温度が３６０℃という謂わば
低圧、高温のＣＶＤ条件で行うもので、タングステンの
結晶はあまり太き（ならないという傾向にある。尤も、
ブランケットタングステンＣＶＤ法及び選択タングステ
ン配線膜法は共に開発途上にある技術であり、上記ＣＶ
Ｄ条件が絶対的に最適な条件であるというわけてはない
。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）［第４図］ ところで、コンタクトホールを埋めるプラグと共に絶縁
膜表面上を這うタングステン配線膜を形成するのに適し
たとされるブランケットタングステンＣＶＤ法には、先
ず第１に、表面モフォロジーが悪い、即ちタングステン
配線膜表面に凹凸が生じるという問題がある。というの
は、ブランケットタングステンＣＶＤ法によれば、第４
図に示すようにタングステンの結晶が柱状に延びて大粒
径に成長するからである。

同図において、１はシリコン半導体基板、２は該半導体
基板１の表面部に選択的に形成された拡散層、３は半導
体基板１上を覆う層間絶縁膜、４は該層間絶縁膜３に形
成されたところの上記拡散層２の表面を露出させるコン
タクトホール、５はブランケットタングステンの密着性
を良くするための下地膜として形成されチタンナイトラ
イド膜、６．６、・・・はブランケットタングステンＣ
ＶＤ法により成長せしめられたタングステンの柱状結晶
である。

第２に、ブランケットタングステンＣＶＤ法によるタン
グステン配線膜には、柱状結晶６．６、・・・の粒界に
沿って酸化が進行するので、表面が酸化され易いという
問題がある。これはタングステン配線膜の配線抵抗を高
くする要因となるので看過できない。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、タングステン配線膜のモフオロシーを良くし且つ
表面部の酸化を生じにく（することを目的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明タングステン配線膜の形成方法は上記問題点を解
決するため、先ず、ブランケットタングステンＣＶＤ法
を行い、次に、それによって形成されたタングステン配
線膜の表面に選択タングステンＣＶＤ法によりタングス
テンを形成することを特徴とする。

（Ｆ、作用） 本発明タングステン配線膜の形成方法によれば、ブラン
ケットタングステンＣＶＤ法によりタングステン配線膜
を形成した後、該タングステン配線膜上に、微小粒径の
タングステン結晶を成長させることのできる選択タング
ステンＣＶＤ法によってタングステンを形成するので、
タングステン配線膜の表面モフォロジーを改善すること
ができる。そして、タングステン配線膜の表面の結晶粒
径が小さいので、粒界に沿う酸化の進行が遅く、進行す
る深さも浅い。従って、タングステン配線膜の配線抵抗
が大きくなりにくい。

（Ｇ、実施例）［第１図乃至第３図コ 以下、本発明タングステン配線膜の形成方法を図示実施
例に従って詳細に説明する。

第１図（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明タングステン配線膜の
形成方法の一つの実施例を工程順に示す断面図である。

（Ａ）表面部に拡散Ｎ２が選択的に形成された半導体基
板１上に絶縁膜３を形成し、該絶縁膜３に対する選択的
エツチングにより上記拡散層３の表面を露出させるコン
タクトホール４を形成し、その後、密着性を良（するた
めのチタンナイトライド膜５を形成し、その後、シラン
還元法によるブランケットタングステンＣＶＤ法によっ
て所望膜厚の１０分の１程度の厚さだけタングステン配
線膜を成長させる。６は成長したタングステン結晶であ
る。

このシラン還元法によるブランケットタングステンＣＶ
Ｄ法のＣＶＤ条件は、例えば、供給ガスがＳｉＨ４（１
５ＳＣＣＭ）／ＷＦ６　（２５ＳＣＣＭ）、温度が４７
５℃、圧力が８０Ｔｏｒｒである。このシラン還元法に
よるタングステン配線膜はステップカバレッジこそ悪い
が水素還元法によるよりもモフォロジーは良い。第１図
（Ａ）はシラン還元法によるブランケットタングステン
ＣＶＤ法によりタングステン配線膜を形成した後の状態
を示す。

（Ｂ）次に、ＣＶＤ条件を変えて水素還元法によってブ
ランケットタングステンＣＶＤ法を頷ける。このブラン
ケットタングステンＣＶＤ法は、タングステン配線膜に
よって少な（ともコンタクトホール４を完全に埋め込む
まで、換言すればタングステン配線膜の膜厚がコンタク
トホール４の径の２分の１以上になるまで続ける。６ａ
はタングステンのコンタクトホール４を埋めるプラグ部
分である。

この水素還元法によるタングステン配線膜の形成を行う
場合のＣＶＤ条件は、例えば供給ガスがＷＦ、（６０Ｓ
ＣＣＭ）／Ｈ２（３６０ＳＣＣＭ）、温度４７５℃、圧
力が８０’Ｔｏｒｒである。

水素還元法によるタングステン配線膜によれば、表面モ
フォロジーこそ悪いがステップカバレッジが良いので、
コンタクトホール４を埋めるのに好適である。第１図（
Ｂ）は水素還元法によるタングステン配線膜の形成後の
状態を示す。

（Ｃ）次に、ＣＶＤ条件を変えて選択タングステンＣＶ
Ｄ法によりタングステン配線膜の成長を続ける。このＣ
ＶＤ条件は、例えば、供給ガスがＳｉＨ，（７ＳＣＣＭ
）／ＷＦ、（１０ｓｅｃＭ）／Ｈ，（１０００ＳＣＣＭ
）、温度が２６０℃、圧力が２００ｍＴｏｒｒである。

尚、ブランケットタングステンＣＶＤと、選択タングス
テンＣＶＤとを同じＣＶＤ装置により行っても良いし、
別のＣＶＤ装置により行っても良い。

このようなＣＶＤ条件による選択タングステンＣＶＤ法
によれば、タングステンの結晶粒７．７、・・・の直径
が非常に小さくなり、このような小さなタングステン結
晶粒７．７、・・・によってタングステン配線膜の表面
が覆われるのでタングステン配線膜の表面モフォロジー
を非常に良好にすることができる。そして、タングステ
ン配線膜の表面のタングステン結晶粒７．７、・・・の
直径が小さいので、粒界に沿って進行する酸化の進行速
度が遅く酸化される深さも浅くて済む。

そして、一般にウェハ全面に選択タングステンＣＶＤ法
によりタングステン配線膜を形成した場合には選択性の
破れが生じるという虞れがあるが、本タングステン配線
膜の形成方法においてはブランケットタングステンＣＶ
Ｄ法によって全面的に形成されたタングステン配線膜上
に選択タングステンＣＶＤ法によりタングステンを成長
させるし、成長する厚さもモフオロジーを改善に必要な
僅かな厚さに過ぎないので選択性の破れはほとんど起き
ない。

尚、上記実施例においてはチタンナイトライド膜５を密
着性強化のために形成し、該チタンナイトライド膜５上
にタングステン配線膜を形成していた。しかしながら、
チタンナイトライド膜５なしでタングステン配線膜を形
成するようにしても良い。但し、このようにした場合に
は、タングステン配線膜の密着性の不充分さから半導体
ウェハの周辺部に剥れが生じる虞れがある。そこで、そ
のような場合には、第２図に示すようにブランケットタ
ングステンＣＶＤをするときにＣＶＤ装置内において半
導体ウェハの周辺部を冷却水によって３００℃以下に冷
却すると良い。というのは、３００℃以下というような
低い温度ではブランケットタングステンＣＶＤ法による
タングステン配線膜の成長速度が著しく低くなり、その
結果、半導体ウェハの周辺部には剥れの原因となるタン
グステン配線膜がほとんど形成されないからである。

第３図は半導体ウェハ上における温度分布である。この
ように温度が半導体ウェハの周辺部でシャープに低下す
るようにするには、ヒーター冷却水通路の配置を適宜な
ものにすれば良い。

尚、このＣＶＤ装置はあ（まで−例であり、例えばヒー
ター以外の手段で加熱を行うものであっても良い。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明タングステン配線膜の形成
方法は、接続孔を有する絶縁膜上に配線膜を該接続孔を
埋めるタングステンプラグと共に形成するタングステン
配線膜の形成方法において、先ず、ブランケットタング
ステンＣＶＤ法により上記接続孔を埋めるタングステン
プラグ−と共にタングステン配線膜を形成し、その後、
選択タングステンＣＶＤ法により上記タングステン配線
膜表面にタングステン層を成長させることを特徴とする
ものである。

従って、本発明タングステン配線膜の形成方法によれば
、ブランケットタングステンＣＶＤ法によりタングステ
ン配線膜を形成した後、該タングステン配線膜上に、微
小粒径のタングステン結晶を成長させることのできる選
択タングステンＣＶＤ法によってタングステンを形成す
るので、タングステン配線膜の表面モフォロジーを改善
することができる。そして、タングステン配糸泉膜の表
面の結晶粒径が小さいので、粒界に沿う酸化の進行が遅
（、進行する深さも浅い。従って、タングステン配線膜
の配線抵抗が太き（ならないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明タングステン配線膜の
形成方法の一つの実施例を工程順に示す断面図、第２図
はタングステン配線膜の剥れ防止のために、半導体ウェ
ハ周辺部を冷却するようにしたタングステンＣＶＤ装置
の構成図、第３図は第２図に示したＣＶＤ装置内の半導
体ウェハ上における温度分布図、第４図は発明が解決し
ようとする問題点を示す断面図である。 符号の説明 １・・・半導体基板、３・・・絶縁膜、４・・・接続孔
、 ６・・・ブランケットタングステンＣＶＤ法によるタン
グステンの結晶粒、 ６ａ・・・プラグ、 ７・・・選択タングステンＣＶＤ法によるタングステン
の結晶粒。 −１−ｎ　寸の ＣＶＤ　表置 一−ウェハ上の位置 温度分布図 第３図 手続補正書 （自発） 平成 ２年 ９月 ４日 １２年特許願第１５４８４１号 ２゜ 発明の名称 ・ゲステン配線膜の形成方法 住所 東京部品ｊ 図化品ｊ ６丁目７番３５号 名称 ソ ニー株式会社 理 人 東京都荒ｊ 区西日暮里２丁目５３番５号 ６、補正の内容 （１）明細書筒４頁１１行目から１２行目にかけての「
後でも述べるが結晶粒が大きくなるという傾向を有する
。」を「タングステンの結晶はあまり太き（ならないと
いう傾向にある。」に訂正する。 （２）明細書筒４頁１８行目から１９行目にかけての「
あまり大きくならない」を「大きくなる」に訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）接続孔を有する絶縁膜上にタングステンからなる
   配線膜を該接続孔を埋めるタングステンプラグと共に形
   成するタングステン配線膜の形成方法において、 先ず、ブランケットタングステンＣＶＤ法により上記接
   続孔を埋めるタングステンプラグとタングステン配線膜
   を形成し、 その後、選択タングステンＣＶＤ法により上記タングス
   テン配線膜表面にタングステン層を成長させることを特
   徴とするタングステン配線膜の形成方法