JPH05144737A - 化学的気相成長法 - Google Patents
化学的気相成長法Info
- Publication number
- JPH05144737A JPH05144737A JP33157691A JP33157691A JPH05144737A JP H05144737 A JPH05144737 A JP H05144737A JP 33157691 A JP33157691 A JP 33157691A JP 33157691 A JP33157691 A JP 33157691A JP H05144737 A JPH05144737 A JP H05144737A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- gas
- refractory metal
- tungsten
- opening
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】従来のＣＶＤ法における初期成長核形成工程で
のカバレージが悪い点を改善し、しかも成膜された高融
点金属を含有する組成物の層中に含まれるフッ素原子の
濃度を低下させることができるＣＶＤ法を提供する。 【構成】本発明のＣＶＤ法は、半導体基板上の層間絶縁
層１２に形成された開口部１４を高融点金属を含有する
組成物にて埋め込むＣＶＤ法である。そして、（イ）高
融点金属化合物から成るガスをＳｉＨ2Ｆ2ガスによって
還元し、高融点金属を含有する組成物の結晶核層１４
を、少なくとも開口部１４の表面に形成する初期成長核
形成工程と、（ロ）高融点金属化合物から成る薄膜原料
ガスを還元ガスによって還元し、高融点金属を含有する
組成物の層２２を、少なくとも開口部１４の内部に形成
する成膜工程、から成る。
のカバレージが悪い点を改善し、しかも成膜された高融
点金属を含有する組成物の層中に含まれるフッ素原子の
濃度を低下させることができるＣＶＤ法を提供する。 【構成】本発明のＣＶＤ法は、半導体基板上の層間絶縁
層１２に形成された開口部１４を高融点金属を含有する
組成物にて埋め込むＣＶＤ法である。そして、（イ）高
融点金属化合物から成るガスをＳｉＨ2Ｆ2ガスによって
還元し、高融点金属を含有する組成物の結晶核層１４
を、少なくとも開口部１４の表面に形成する初期成長核
形成工程と、（ロ）高融点金属化合物から成る薄膜原料
ガスを還元ガスによって還元し、高融点金属を含有する
組成物の層２２を、少なくとも開口部１４の内部に形成
する成膜工程、から成る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子において層
間絶縁層に形成された開口部を、高融点金属を含有する
組成物にて埋め込み、接続孔を形成する化学的気相成長
法（ＣＶＤ法）に関する。
間絶縁層に形成された開口部を、高融点金属を含有する
組成物にて埋め込み、接続孔を形成する化学的気相成長
法（ＣＶＤ法）に関する。
【０００２】
【従来の技術】次世代以降のＵＬＳＩにおける多層配線
形成プロセス技術においては、０．３５ミクロンルール
以下の微細な開口部をアルミニウムやタングステン等の
配線材料で埋め込み、コンタクトホール、スルーホー
ル、バイアホール（以下、総称して接続孔ともいう）を
形成する技術が要求される。この要求に応える技術の１
つにＣＶＤ法がある。このＣＶＤ法として、例えばブラ
ンケットＣＶＤ法あるいは選択ＣＶＤ法を挙げることが
できる。
形成プロセス技術においては、０．３５ミクロンルール
以下の微細な開口部をアルミニウムやタングステン等の
配線材料で埋め込み、コンタクトホール、スルーホー
ル、バイアホール（以下、総称して接続孔ともいう）を
形成する技術が要求される。この要求に応える技術の１
つにＣＶＤ法がある。このＣＶＤ法として、例えばブラ
ンケットＣＶＤ法あるいは選択ＣＶＤ法を挙げることが
できる。
【０００３】高融点金属としてタングステンを使用した
タングステンＣＶＤ法は、従来のタングステンスパッタ
法と比較し、優れたステップカバレッジ、埋め込み能力
を有する。タングステンＣＶＤ法では、例えばＷＦ6ガ
ス／ＳｉＨ4ガス及びＨ2ガスが使用され、ＷＦ6が還元
されることによって生成するタングステンが開口部の内
部に堆積し、これによって接続孔が形成される。
タングステンＣＶＤ法は、従来のタングステンスパッタ
法と比較し、優れたステップカバレッジ、埋め込み能力
を有する。タングステンＣＶＤ法では、例えばＷＦ6ガ
ス／ＳｉＨ4ガス及びＨ2ガスが使用され、ＷＦ6が還元
されることによって生成するタングステンが開口部の内
部に堆積し、これによって接続孔が形成される。
【０００４】タングステンＣＶＤ法には、ブランケット
タングステンＣＶＤ法及び選択タングステンＣＶＤ法が
ある。ブランケットタングステンＣＶＤ法では、半導体
基板表面に層間絶縁層を形成し、かかる層間絶縁層に開
口部を設ける。そして、層間絶縁層の表面及び開口部の
内部にＣＶＤ法にてタングステンを堆積させた後、エッ
チバックによって開口部の内部にのみタングステンを残
す。これによって、開口部の内部にタングステンから成
るメタルプラグが形成された接続孔を形成する。
タングステンＣＶＤ法及び選択タングステンＣＶＤ法が
ある。ブランケットタングステンＣＶＤ法では、半導体
基板表面に層間絶縁層を形成し、かかる層間絶縁層に開
口部を設ける。そして、層間絶縁層の表面及び開口部の
内部にＣＶＤ法にてタングステンを堆積させた後、エッ
チバックによって開口部の内部にのみタングステンを残
す。これによって、開口部の内部にタングステンから成
るメタルプラグが形成された接続孔を形成する。
【０００５】選択タングステンＣＶＤ法は、タングステ
ンが絶縁膜表面では成長し難いことを応用し、ＣＶＤ法
にて選択的に開口部の内部にのみタングステンを成長さ
せ、これによって開口部の内部にタングステンから成る
メタルプラグが形成された接続孔を完成させる方法であ
る。
ンが絶縁膜表面では成長し難いことを応用し、ＣＶＤ法
にて選択的に開口部の内部にのみタングステンを成長さ
せ、これによって開口部の内部にタングステンから成る
メタルプラグが形成された接続孔を完成させる方法であ
る。
【０００６】図３を参照して従来のブランケットタング
ステンＣＶＤ法の概要を説明すると、半導体基板１０表
面に層間絶縁層１２を形成した後（図３の（Ａ）参
照）、層間絶縁層１２に開口部１４を設け（図３の
（Ｂ）参照）、次いで層間絶縁層１２及び開口部１４内
部にＣＶＤにてタングステン３０，３２を堆積させた後
（図３の（Ｃ）及び（Ｄ）参照）、かかるタングステン
３０，３２をエッチバックして開口部１４内部にタング
ステンから成るプラグを形成する。これによって接続孔
が完成する。ブランケットＣＶＤ法は、スパッタ法より
もカバレージに優れている。
ステンＣＶＤ法の概要を説明すると、半導体基板１０表
面に層間絶縁層１２を形成した後（図３の（Ａ）参
照）、層間絶縁層１２に開口部１４を設け（図３の
（Ｂ）参照）、次いで層間絶縁層１２及び開口部１４内
部にＣＶＤにてタングステン３０，３２を堆積させた後
（図３の（Ｃ）及び（Ｄ）参照）、かかるタングステン
３０，３２をエッチバックして開口部１４内部にタング
ステンから成るプラグを形成する。これによって接続孔
が完成する。ブランケットＣＶＤ法は、スパッタ法より
もカバレージに優れている。
【０００７】高融点金属としてタングステンを使用する
上記ブランケットタングステンＣＶＤ法においては、密
着層とバリア層とを兼ねたＴｉＮ、ＴｉＯＮ等の膜上に
タングステン層が形成される。尚、図３にはこれらの膜
を図示していない。従来のブランケットタングステンＣ
ＶＤ法においては、ＳｉＨ4ガスによるＷＦ6ガスの還元
（以下、ＳｉＨ4還元法ともいう）によってタングステ
ンの核を形成、成長させる初期成長核層３０の形成工程
と（図３の（Ｃ）参照）、それに引き続いて、Ｈ2ガス
によるＷＦ6ガスの還元（以下、Ｈ2還元法ともいう）に
よるタングステン膜３２の成膜工程（図３の（Ｄ）参
照）が少なくとも必要とされる。
上記ブランケットタングステンＣＶＤ法においては、密
着層とバリア層とを兼ねたＴｉＮ、ＴｉＯＮ等の膜上に
タングステン層が形成される。尚、図３にはこれらの膜
を図示していない。従来のブランケットタングステンＣ
ＶＤ法においては、ＳｉＨ4ガスによるＷＦ6ガスの還元
（以下、ＳｉＨ4還元法ともいう）によってタングステ
ンの核を形成、成長させる初期成長核層３０の形成工程
と（図３の（Ｃ）参照）、それに引き続いて、Ｈ2ガス
によるＷＦ6ガスの還元（以下、Ｈ2還元法ともいう）に
よるタングステン膜３２の成膜工程（図３の（Ｄ）参
照）が少なくとも必要とされる。
【０００８】その理由は、ＳｉＨ4還元法におけるＳｉ
Ｈ4ガスによるＷＦ6ガスの還元反応は、層間絶縁層表面
あるいは開口部へのＳｉＨ4ガスの供給速度が律速とな
る反応である。即ち、ＳｉＨ4還元法におけるタングス
テンの堆積速度は、層間絶縁層表面あるいは開口部に供
給されるＳｉＨ4ガスの密度に大きく依存する。層間絶
縁層表面に比べて開口部の底部においてはＳｉＨ4ガス
の密度が低いため、タングステンの堆積速度が遅い。従
って、タングステンによるカバレージが悪い。それ故、
ＳｉＨ4還元法を適用して開口部の全てをタングステン
で埋め込むことは極めて困難であり、ＳｉＨ4還元法
は、初期成長核形成工程にしか適用することができな
い。
Ｈ4ガスによるＷＦ6ガスの還元反応は、層間絶縁層表面
あるいは開口部へのＳｉＨ4ガスの供給速度が律速とな
る反応である。即ち、ＳｉＨ4還元法におけるタングス
テンの堆積速度は、層間絶縁層表面あるいは開口部に供
給されるＳｉＨ4ガスの密度に大きく依存する。層間絶
縁層表面に比べて開口部の底部においてはＳｉＨ4ガス
の密度が低いため、タングステンの堆積速度が遅い。従
って、タングステンによるカバレージが悪い。それ故、
ＳｉＨ4還元法を適用して開口部の全てをタングステン
で埋め込むことは極めて困難であり、ＳｉＨ4還元法
は、初期成長核形成工程にしか適用することができな
い。
【０００９】一方、Ｈ2還元法の場合、還元されたタン
グステンはＴｉＮ膜上では殆ど成長しないため、タング
ステン膜が粗になってしまうという問題がある。従っ
て、現状のブランケットタングステンＣＶＤ法において
は、ＳｉＨ4還元法によるタングステンの初期成長核形
成工程と、Ｈ2還元法によるタングステン膜の成膜工程
とを組み合わせて、開口部をタングステンで埋め込んで
いる。
グステンはＴｉＮ膜上では殆ど成長しないため、タング
ステン膜が粗になってしまうという問題がある。従っ
て、現状のブランケットタングステンＣＶＤ法において
は、ＳｉＨ4還元法によるタングステンの初期成長核形
成工程と、Ｈ2還元法によるタングステン膜の成膜工程
とを組み合わせて、開口部をタングステンで埋め込んで
いる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来のブランケットタ
ングステンＣＶＤ法では、上述のようにＳｉＨ4還元法
の場合、カバレージが悪いので、次の工程である成膜工
程において、開口部中心部のタングステン膜３２中にボ
イド３６が発生するという問題がある（図３の（Ｄ）参
照）。かかるボイド３６は、配線の信頼性低下の原因と
なる。
ングステンＣＶＤ法では、上述のようにＳｉＨ4還元法
の場合、カバレージが悪いので、次の工程である成膜工
程において、開口部中心部のタングステン膜３２中にボ
イド３６が発生するという問題がある（図３の（Ｄ）参
照）。かかるボイド３６は、配線の信頼性低下の原因と
なる。
【００１１】最近、ブランケットタングステンＣＶＤ法
において、ＷＦ6ガスをＳｉＨ2Ｆ2で還元することによ
って、タングステンの初期成長核形成工程とタングステ
ン膜の成膜工程を継続して行う方法が報告されている
（Extended Abstract of the 1991 International Conf
erence on Solid State Devices and Materials, Yokoh
ama,1991, pp. 183-185 参照）。
において、ＷＦ6ガスをＳｉＨ2Ｆ2で還元することによ
って、タングステンの初期成長核形成工程とタングステ
ン膜の成膜工程を継続して行う方法が報告されている
（Extended Abstract of the 1991 International Conf
erence on Solid State Devices and Materials, Yokoh
ama,1991, pp. 183-185 参照）。
【００１２】この方法は、還元剤としてＦ原子を多く含
むＳｉＨ2Ｆ2を初期成長核形成工程とタングステン膜の
成膜工程で用いているため、形成されたタングステン膜
中のフッ素（Ｆ）濃度が、従来のＨ2ガス還元法と比較
して１０倍以上も高くなる。そのため、シリコン中にフ
ッ素イオンが拡散し、半導体装置の電気特性を劣化させ
る原因となる。また、フッ素イオンがゲート酸化膜まで
拡散すると、ゲート酸化膜の耐圧が劣化するという問題
も生じる。
むＳｉＨ2Ｆ2を初期成長核形成工程とタングステン膜の
成膜工程で用いているため、形成されたタングステン膜
中のフッ素（Ｆ）濃度が、従来のＨ2ガス還元法と比較
して１０倍以上も高くなる。そのため、シリコン中にフ
ッ素イオンが拡散し、半導体装置の電気特性を劣化させ
る原因となる。また、フッ素イオンがゲート酸化膜まで
拡散すると、ゲート酸化膜の耐圧が劣化するという問題
も生じる。
【００１３】ＷＦ6ガスを塩化シラン系のガスで還元す
ることによって、タングステンの初期成長核形成工程と
タングステン膜の成膜工程を継続して行うことも考えら
れるが、形成されたタングステン膜中に塩素系の不純物
が多く含まれるという問題がある。
ることによって、タングステンの初期成長核形成工程と
タングステン膜の成膜工程を継続して行うことも考えら
れるが、形成されたタングステン膜中に塩素系の不純物
が多く含まれるという問題がある。
【００１４】従って、本発明の目的は、従来のＣＶＤ法
における初期成長核形成工程でのカバレージが悪い点を
改善し、しかも成膜されたタングステン膜中に含まれる
フッ素等の不純物の濃度（総量）を低下させることがで
きるＣＶＤ法を提供することにある。
における初期成長核形成工程でのカバレージが悪い点を
改善し、しかも成膜されたタングステン膜中に含まれる
フッ素等の不純物の濃度（総量）を低下させることがで
きるＣＶＤ法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明のＣＶＤ法におい
ては、半導体基板上の層間絶縁層に形成された開口部を
高融点金属を含有する組成物にて埋め込み接続孔を形成
する。そして、（イ）高融点金属化合物から成るガスを
フッ化シラン系又は塩化シラン系ガスによって還元し、
高融点金属を含有する組成物の結晶核層を、少なくとも
開口部の表面に形成する初期成長核形成工程と、（ロ）
高融点金属化合物から成る薄膜原料ガスを還元ガスによ
って還元し、高融点金属を含有する組成物の層を、少な
くとも開口部の内部に形成する成膜工程、から成ること
を特徴とする。
ては、半導体基板上の層間絶縁層に形成された開口部を
高融点金属を含有する組成物にて埋め込み接続孔を形成
する。そして、（イ）高融点金属化合物から成るガスを
フッ化シラン系又は塩化シラン系ガスによって還元し、
高融点金属を含有する組成物の結晶核層を、少なくとも
開口部の表面に形成する初期成長核形成工程と、（ロ）
高融点金属化合物から成る薄膜原料ガスを還元ガスによ
って還元し、高融点金属を含有する組成物の層を、少な
くとも開口部の内部に形成する成膜工程、から成ること
を特徴とする。
【００１６】高融点金属を含有する組成物の結晶核層を
少なくとも開口部の表面に形成するとは、高融点金属を
含有する組成物の原子あるいは分子の少なくとも１層
が、少なくとも開口部の表面を覆うことを意味し、場合
によっては開口部の表面だけでなく層間絶縁層の表面を
も覆うことを意味する。
少なくとも開口部の表面に形成するとは、高融点金属を
含有する組成物の原子あるいは分子の少なくとも１層
が、少なくとも開口部の表面を覆うことを意味し、場合
によっては開口部の表面だけでなく層間絶縁層の表面を
も覆うことを意味する。
【００１７】初期成長核形成工程において形成される結
晶核層の厚さは５０ｎｍ以下であることが好ましい。
晶核層の厚さは５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１８】フッ化シラン系ガスとして、ＳｉＨ2Ｆ2あ
るいはＳｉＨ3Ｆを用いることが望ましい。また、塩化
シラン系ガスとして、ＳｉＨ2Ｃｌ2あるいはＳｉＨ3Ｃ
ｌを用いることが好ましい。
るいはＳｉＨ3Ｆを用いることが望ましい。また、塩化
シラン系ガスとして、ＳｉＨ2Ｃｌ2あるいはＳｉＨ3Ｃ
ｌを用いることが好ましい。
【００１９】高融点金属化合物から成るガスは、高融点
金属をＸで表した場合、高融点金属のフッ化物（Ｘ
ＦA）あるいは塩化物（ＸＣｌB）から選択することがで
き、例えば、ＷＦ6、ＭｏＦ6、ＴａＦ5、ＣｏＦ3、ＷＣ
ｌ6、ＭｏＣｌ6、ＴａＣｌ5、ＴｉＣｌ4、ＣｏＣｌ3を
例示することができる。
金属をＸで表した場合、高融点金属のフッ化物（Ｘ
ＦA）あるいは塩化物（ＸＣｌB）から選択することがで
き、例えば、ＷＦ6、ＭｏＦ6、ＴａＦ5、ＣｏＦ3、ＷＣ
ｌ6、ＭｏＣｌ6、ＴａＣｌ5、ＴｉＣｌ4、ＣｏＣｌ3を
例示することができる。
【００２０】高融点金属を含有する組成物の結晶核層と
は、高融点金属又は高融点金属シリサイド（ＸＳｉx）
から成る結晶核の層を意味する。
は、高融点金属又は高融点金属シリサイド（ＸＳｉx）
から成る結晶核の層を意味する。
【００２１】高融点金属化合物から成る薄膜原料ガス
は、高融点金属のフッ化物又は塩化物、から選択するこ
とができ、例えば、ＷＦ6、ＭｏＦ6、ＴａＦ5、Ｃｏ
Ｆ3、ＷＣｌ6、ＭｏＣｌ5、ＴａＣｌ5、ＴｉＣｌ4、Ｃ
ｏＣｌ3を例示することができる。高融点金属化合物か
ら成るガスの成分である高融点金属と、薄膜原料ガスの
成分である高融点金属とは同種であることが必要であ
る。
は、高融点金属のフッ化物又は塩化物、から選択するこ
とができ、例えば、ＷＦ6、ＭｏＦ6、ＴａＦ5、Ｃｏ
Ｆ3、ＷＣｌ6、ＭｏＣｌ5、ＴａＣｌ5、ＴｉＣｌ4、Ｃ
ｏＣｌ3を例示することができる。高融点金属化合物か
ら成るガスの成分である高融点金属と、薄膜原料ガスの
成分である高融点金属とは同種であることが必要であ
る。
【００２２】還元ガスは、薄膜原料ガスの成分である高
融点金属を還元して高融点金属の層あるいは高融点金属
シリサイドの層を形成することができるガスであればよ
い。例えば、高融点金属の層を形成する場合には、還元
ガスとしてＨ2を使用することができる。また、高融点
金属シリサイドの層を形成する場合には、還元ガスとし
てＳｉＨ4やＳｉＨ2Ｃｌ2等を使用することができる。
尚、初期成長核形成工程において塩化シラン系ガスを用
いる場合には、還元ガスは塩化シラン系ガス以外のガス
を使用する。
融点金属を還元して高融点金属の層あるいは高融点金属
シリサイドの層を形成することができるガスであればよ
い。例えば、高融点金属の層を形成する場合には、還元
ガスとしてＨ2を使用することができる。また、高融点
金属シリサイドの層を形成する場合には、還元ガスとし
てＳｉＨ4やＳｉＨ2Ｃｌ2等を使用することができる。
尚、初期成長核形成工程において塩化シラン系ガスを用
いる場合には、還元ガスは塩化シラン系ガス以外のガス
を使用する。
【００２３】高融点金属を含有する組成物の層とは、高
融点金属又は高融点金属シリサイド（ＸＳｉx）の層を
意味する。
融点金属又は高融点金属シリサイド（ＸＳｉx）の層を
意味する。
【００２４】
【作用】上記の本発明のＣＶＤ法においては、初期成長
核形成工程で、少なくとも開口部、場合によっては開口
部及び層間絶縁層の表面（以下、開口部等の表面ともい
う）に吸着したフッ化シラン系又は塩化シラン系ガスが
容易に解離して、Ｓｉが開口部等の表面に生成する。こ
のＳｉは高融点金属化合物から成るガスと反応し高融点
化合物を還元する。その結果、高融点金属を含有する組
成物の結晶核層が開口部等の表面に形成される。
核形成工程で、少なくとも開口部、場合によっては開口
部及び層間絶縁層の表面（以下、開口部等の表面ともい
う）に吸着したフッ化シラン系又は塩化シラン系ガスが
容易に解離して、Ｓｉが開口部等の表面に生成する。こ
のＳｉは高融点金属化合物から成るガスと反応し高融点
化合物を還元する。その結果、高融点金属を含有する組
成物の結晶核層が開口部等の表面に形成される。
【００２５】この高融点金属を含有する組成物の結晶核
層の形成並びに成長速度は、フッ化シラン系又は塩化シ
ラン系ガスが開口部等の表面に吸着した後の上記の反応
が律速となり、半導体基板の温度のみに依存する。Ｓｉ
Ｈ4還元法のようにガスの供給速度が結晶核層の成長速
度に対する律速となるのではない。従って、フッ化シラ
ン系又は塩化シラン系ガスを使用すると、Ｈ2還元法と
同様に開口部等の表面における結晶核層の成長速度が早
く、結晶核層のカバレッジに優れる。
層の形成並びに成長速度は、フッ化シラン系又は塩化シ
ラン系ガスが開口部等の表面に吸着した後の上記の反応
が律速となり、半導体基板の温度のみに依存する。Ｓｉ
Ｈ4還元法のようにガスの供給速度が結晶核層の成長速
度に対する律速となるのではない。従って、フッ化シラ
ン系又は塩化シラン系ガスを使用すると、Ｈ2還元法と
同様に開口部等の表面における結晶核層の成長速度が早
く、結晶核層のカバレッジに優れる。
【００２６】しかも、フッ化シラン系又は塩化シラン系
ガスは初期成長核形成工程においてのみ使用され、成膜
工程においては、例えば水素ガスが還元ガスとして使用
される。従って、例えば、成膜工程においても継続して
ＳｉＨ2Ｆ2ガスを使用する従来の場合と比較して、形成
された高融点金属を含有する組成物の層のフッ素含有率
を低くすることができる。
ガスは初期成長核形成工程においてのみ使用され、成膜
工程においては、例えば水素ガスが還元ガスとして使用
される。従って、例えば、成膜工程においても継続して
ＳｉＨ2Ｆ2ガスを使用する従来の場合と比較して、形成
された高融点金属を含有する組成物の層のフッ素含有率
を低くすることができる。
【００２７】初期成長核形成工程において形成される結
晶核層の厚さが５０ｎｍ以下であれば、高融点金属を含
有する組成物の層に含まれる不純物が半導体装置に対し
て悪影響を及ぼすことがなく、しかも、成膜工程におい
て高融点金属を含有する組成物の層を均一に形成するこ
とができる。
晶核層の厚さが５０ｎｍ以下であれば、高融点金属を含
有する組成物の層に含まれる不純物が半導体装置に対し
て悪影響を及ぼすことがなく、しかも、成膜工程におい
て高融点金属を含有する組成物の層を均一に形成するこ
とができる。
【００２８】
【実施例】ブランケットタングステンＣＶＤ法にて層間
絶縁層表面及び開口部内部にタングステン薄膜を形成す
る方法を例にとり、以下、本発明を詳しく説明する。本
実施例では、フッ化シラン系ガスとしてＳｉＨ2Ｆ2ガス
を使用する。
絶縁層表面及び開口部内部にタングステン薄膜を形成す
る方法を例にとり、以下、本発明を詳しく説明する。本
実施例では、フッ化シラン系ガスとしてＳｉＨ2Ｆ2ガス
を使用する。
【００２９】先ず、半導体基板１０の表面に、厚さ５０
０ｎｍのＳｉＯ2から成る層間絶縁層１２を形成する
（図１の（Ａ）参照）。次に層間絶縁層１２をパターニ
ングして、開口部１４を形成する（図１の（Ｂ）参
照）。層間絶縁層として、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、
ＡｓＳＧ、ナイトライドＳＧ、これらとＳＯＧ（Spin O
n Glass）との組み合わせ等を使用することもできる。
０ｎｍのＳｉＯ2から成る層間絶縁層１２を形成する
（図１の（Ａ）参照）。次に層間絶縁層１２をパターニ
ングして、開口部１４を形成する（図１の（Ｂ）参
照）。層間絶縁層として、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、
ＡｓＳＧ、ナイトライドＳＧ、これらとＳＯＧ（Spin O
n Glass）との組み合わせ等を使用することもできる。
【００３０】次いで、スパッタリング法又はＣＶＤ法に
て、層間絶縁層１２及び開口部１４の内部に３０ｎｍ厚
さのＴｉ層、及び厚さ７０ｎｍのＴｉＮ層を順次形成す
る。尚、図１にはこれらの層の図示を省略した。
て、層間絶縁層１２及び開口部１４の内部に３０ｎｍ厚
さのＴｉ層、及び厚さ７０ｎｍのＴｉＮ層を順次形成す
る。尚、図１にはこれらの層の図示を省略した。
【００３１】その後、初期成長核形成工程を実施する。
即ち、高融点金属化合物から成るガスをＳｉＨ2Ｆ2ガス
によって還元し（以下、ＳｉＨ2Ｆ2還元法ともいう）、
高融点金属を含有する組成物の結晶核層を層間絶縁層及
び開口部の表面に形成する。高融点金属化合物から成る
ガスとしてＷＦ6を使用する。初期成長核形成工程の条
件を以下のとおりとした。 ＷＦ6／ＳｉＨ2Ｆ2／Ａｒ＝１００／１００／３００ｓｃｃｍ 半導体基板温度 ４００゜Ｃ 圧力 １００Ｐａ 尚、Ａｒはキャリアガスである。
即ち、高融点金属化合物から成るガスをＳｉＨ2Ｆ2ガス
によって還元し（以下、ＳｉＨ2Ｆ2還元法ともいう）、
高融点金属を含有する組成物の結晶核層を層間絶縁層及
び開口部の表面に形成する。高融点金属化合物から成る
ガスとしてＷＦ6を使用する。初期成長核形成工程の条
件を以下のとおりとした。 ＷＦ6／ＳｉＨ2Ｆ2／Ａｒ＝１００／１００／３００ｓｃｃｍ 半導体基板温度 ４００゜Ｃ 圧力 １００Ｐａ 尚、Ａｒはキャリアガスである。
【００３２】この条件にて、高融点金属を含有する組成
物（本実施例ではタングステンから成る）の結晶核層２
０を、層間絶縁層１２表面及び開口部１４内部に形成す
る（図１の（Ｃ）参照）。結晶核層２０の厚さを３０ｎ
ｍとした。尚、結晶核層２０の厚さは開口部１４の形状
に応じて適宜決めることができる。但し、ＳｉＨ2Ｆ2還
元法を用いる本発明の方法では、結晶核層中に含まれる
フッ素原子の量がＨ2還元法にて形成される結晶核層と
比較して１０倍以上多いので、結晶核層の厚さを５０ｎ
ｍ以下にすることが望ましい。
物（本実施例ではタングステンから成る）の結晶核層２
０を、層間絶縁層１２表面及び開口部１４内部に形成す
る（図１の（Ｃ）参照）。結晶核層２０の厚さを３０ｎ
ｍとした。尚、結晶核層２０の厚さは開口部１４の形状
に応じて適宜決めることができる。但し、ＳｉＨ2Ｆ2還
元法を用いる本発明の方法では、結晶核層中に含まれる
フッ素原子の量がＨ2還元法にて形成される結晶核層と
比較して１０倍以上多いので、結晶核層の厚さを５０ｎ
ｍ以下にすることが望ましい。
【００３３】次に、成膜工程を実施する。即ち、高融点
金属化合物から薄膜原料成るガスを還元ガスによって還
元し、高融点金属を含有する組成物の層を層間絶縁層表
面及び開口部の内部に形成する。薄膜原料ガスとして、
ＷＦ6ガスを用い、還元ガスとしてＨ2を用いた。成膜工
程の条件を以下のとおりとした。 ＷＦ6／Ｈ2／Ａｒ＝６８００／５３０／１０００ｓｃｃｍ 半導体基板温度 ４００゜Ｃ 圧力 ４０００Ｐａ
金属化合物から薄膜原料成るガスを還元ガスによって還
元し、高融点金属を含有する組成物の層を層間絶縁層表
面及び開口部の内部に形成する。薄膜原料ガスとして、
ＷＦ6ガスを用い、還元ガスとしてＨ2を用いた。成膜工
程の条件を以下のとおりとした。 ＷＦ6／Ｈ2／Ａｒ＝６８００／５３０／１０００ｓｃｃｍ 半導体基板温度 ４００゜Ｃ 圧力 ４０００Ｐａ
【００３４】この条件にて、高融点金属を含有する組成
物の層（本実施例ではタングステンから成る）２２を結
晶核層２０の上に形成する。層間絶縁層１２上のかかる
組成物の層２２の厚さを７００ｎｍとした。尚、この組
成物の層２２の厚さは、開口部１４の形状に応じて適宜
決めることができる。
物の層（本実施例ではタングステンから成る）２２を結
晶核層２０の上に形成する。層間絶縁層１２上のかかる
組成物の層２２の厚さを７００ｎｍとした。尚、この組
成物の層２２の厚さは、開口部１４の形状に応じて適宜
決めることができる。
【００３５】その後、通常の方法によって、層間絶縁層
表面上の結晶核層２０及び組成物の層２２をエッチング
することによって、開口部内に高融点金属を含有する組
成物から成るプラグ２４を形成することができる（図２
参照）。これによって接続孔が完成する。
表面上の結晶核層２０及び組成物の層２２をエッチング
することによって、開口部内に高融点金属を含有する組
成物から成るプラグ２４を形成することができる（図２
参照）。これによって接続孔が完成する。
【００３６】以上、本発明を実施例に基づき説明した
が、本発明のＣＶＤ法はかかる実施例に限定されるもの
ではない。
が、本発明のＣＶＤ法はかかる実施例に限定されるもの
ではない。
【００３７】実施例においては、高融点金属を含有する
組成物としてタングステンを例にとり説明したが、モリ
ブデン（Ｍｏ）を使用することもできる。また、ＷＳｉ
X、ＭｏＳｉX、ＴｉＳｉX、ＴａＳｉX、ＣｏＳｉX等の
各種高融点金属シリサイドを使用することもできる。ま
た、ＳｉＨ2Ｆ2ガスの代わりに、ＳｉＨ3Ｆガス、ある
いはＳｉＨ3Ｃｌ、ＳｉＨ2Ｃｌ2等の塩化シラン系ガス
を使用することができる。
組成物としてタングステンを例にとり説明したが、モリ
ブデン（Ｍｏ）を使用することもできる。また、ＷＳｉ
X、ＭｏＳｉX、ＴｉＳｉX、ＴａＳｉX、ＣｏＳｉX等の
各種高融点金属シリサイドを使用することもできる。ま
た、ＳｉＨ2Ｆ2ガスの代わりに、ＳｉＨ3Ｆガス、ある
いはＳｉＨ3Ｃｌ、ＳｉＨ2Ｃｌ2等の塩化シラン系ガス
を使用することができる。
【００３８】
【発明の効果】上記の本発明のＣＶＤ法においては、Ｈ
2還元法と同様に、開口部等の表面における結晶核層の
成長速度が早く、結晶核層のカバレッジに優れる。従っ
て、より深い、アスペクト比の大きい開口部の埋め込み
が可能となる。また、カバレッジの悪さに起因した開口
部中のボイド発生を防止することができ、配線の信頼性
を高めることができる。しかも、フッ化シラン系又は塩
化シラン系ガスは初期成長核形成工程においてのみ使用
されるので、形成された高融点金属を含有する組成物の
層の不純物含有率を低くすることができ、半導体装置へ
及ぼす不純物の悪影響を低減することができる。
2還元法と同様に、開口部等の表面における結晶核層の
成長速度が早く、結晶核層のカバレッジに優れる。従っ
て、より深い、アスペクト比の大きい開口部の埋め込み
が可能となる。また、カバレッジの悪さに起因した開口
部中のボイド発生を防止することができ、配線の信頼性
を高めることができる。しかも、フッ化シラン系又は塩
化シラン系ガスは初期成長核形成工程においてのみ使用
されるので、形成された高融点金属を含有する組成物の
層の不純物含有率を低くすることができ、半導体装置へ
及ぼす不純物の悪影響を低減することができる。
【００３９】初期成長核形成工程において形成される結
晶核層の厚さが５０ｎｍ以下であれば、高融点金属を含
有する組成物の層に含まれる不純物が半導体装置に対し
て悪影響を及ぼすことがなく、しかも、成膜工程におい
て高融点金属を含有する組成物の層を均一に形成するこ
とができる。
晶核層の厚さが５０ｎｍ以下であれば、高融点金属を含
有する組成物の層に含まれる不純物が半導体装置に対し
て悪影響を及ぼすことがなく、しかも、成膜工程におい
て高融点金属を含有する組成物の層を均一に形成するこ
とができる。
【図１】本発明の方法の各工程を示す、半導体素子の模
式的断面図である。
式的断面図である。
【図２】本発明の方法により形成されたプラグを示す、
半導体素子の模式的断面図である。
半導体素子の模式的断面図である。
【図３】従来の方法の各工程を示す、半導体素子の模式
的断面図である。
的断面図である。
１０ 半導体基板 １２ 層間絶縁層 １４ 開口部 ２０ 結晶核層 ２２ 高融点金属を含有する組成物の層 ２４ プラグ ３０，３２ タングステン層 ３６ ボイド
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板上の層間絶縁層に形成された開
口部を高融点金属を含有する組成物にて埋め込む化学的
気相成長法であって、 （イ）高融点金属化合物から成るガスをフッ化シラン系
又は塩化シラン系ガスによって還元し、高融点金属を含
有する組成物の結晶核層を、少なくとも開口部の表面に
形成する初期成長核形成工程と、 （ロ）高融点金属化合物から成る薄膜原料ガスを還元ガ
スによって還元し、高融点金属を含有する組成物の層
を、少なくとも開口部の内部に形成する成膜工程、 から成ることを特徴とする化学的気相成長法。 - 【請求項２】前記初期成長核形成工程において形成され
る結晶核層の厚さは５０ｎｍ以下であることを特徴とす
る請求項１に記載の化学的気相成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33157691A JPH05144737A (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 化学的気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33157691A JPH05144737A (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 化学的気相成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05144737A true JPH05144737A (ja) | 1993-06-11 |
Family
ID=18245202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33157691A Pending JPH05144737A (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 化学的気相成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05144737A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100402547B1 (ko) * | 1994-10-27 | 2004-03-02 | 소니 가부시끼 가이샤 | 고융점금속막의성막방법 |
| CN1309016C (zh) * | 2003-09-01 | 2007-04-04 | 旺宏电子股份有限公司 | 形成pn接面的方法及单次可编程只读存储器的结构与制程 |
| JP2020035892A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | 富士電機株式会社 | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
-
1991
- 1991-11-21 JP JP33157691A patent/JPH05144737A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100402547B1 (ko) * | 1994-10-27 | 2004-03-02 | 소니 가부시끼 가이샤 | 고융점금속막의성막방법 |
| CN1309016C (zh) * | 2003-09-01 | 2007-04-04 | 旺宏电子股份有限公司 | 形成pn接面的方法及单次可编程只读存储器的结构与制程 |
| JP2020035892A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | 富士電機株式会社 | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4180145B2 (ja) | 半導体デバイス形成方法 | |
| US6602770B2 (en) | Silicon layer to improve plug filling by CVD | |
| US6607976B2 (en) | Copper interconnect barrier layer structure and formation method | |
| US5527739A (en) | Process for fabricating a semiconductor device having an improved metal interconnect structure | |
| US7670944B2 (en) | Conformal lining layers for damascene metallization | |
| EP1221177B1 (en) | Conformal lining layers for damascene metallization | |
| JP3220034B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| US6576543B2 (en) | Method for selectively depositing diffusion barriers | |
| EP1927134A2 (en) | A structure for a semiconductor device and a method of manufacturing the same | |
| US20210384036A1 (en) | Fluorine-free tungsten ald for dielectric selectivity improvement | |
| JP2616554B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2000332106A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP2573621B2 (ja) | 電気的相互接続部の製造方法 | |
| KR100289515B1 (ko) | 베리어 메탈층 및 그 형성방법 | |
| JPH05144737A (ja) | 化学的気相成長法 | |
| JPH1032248A (ja) | タングステン膜形成法 | |
| US20220098731A1 (en) | Method Of Reducing Titanium Nitride Etching During Tungsten Film Formation | |
| JP3246046B2 (ja) | 高融点金属膜の堆積方法 | |
| KR20020002811A (ko) | 확산방지 티타늄-실리콘-질소 막을 이용한 구리금속배선방법 | |
| JPH06283606A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JPH09232313A (ja) | 埋め込み導電層の形成方法 | |
| KR100780689B1 (ko) | 반도체 소자의 제조방법 | |
| JPH1074709A (ja) | 半導体装置とその製造方法 | |
| JP2002313913A (ja) | コンタクトプラグ構造及びその製造方法 | |
| JPH06349833A (ja) | 半導体装置におけるアルミニウム系配線 |