JPH053170A - ブランケツトタングステンプラグ形成法 - Google Patents
ブランケツトタングステンプラグ形成法Info
- Publication number
- JPH053170A JPH053170A JP15166891A JP15166891A JPH053170A JP H053170 A JPH053170 A JP H053170A JP 15166891 A JP15166891 A JP 15166891A JP 15166891 A JP15166891 A JP 15166891A JP H053170 A JPH053170 A JP H053170A
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- JP
- Japan
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- thin film
- tungsten
- connection hole
- contact hole
- forming
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Abstract
(57)【要約】
【目的】配線形成のための接続孔6側壁での層剥離の問
題を起こさない安定したブランケットタングステンプラ
グ形成法を提供する。 【構成】基板1上に形成された層間絶縁膜3に接続孔6
を形成する工程、全面にβ−W及び/又はW5Si3薄膜
7を被着して上記接続孔6の側壁面に上記薄膜7を形成
する工程、上記薄膜上全面にタングステンを成長させ
て、接続孔6を埋め込む工程、上記薄膜を熱処理して通
常のタングステンに相変化させる工程、上記タングステ
ンをエッチバックして上記接続孔のみにタングステンを
残す工程を含む。
題を起こさない安定したブランケットタングステンプラ
グ形成法を提供する。 【構成】基板1上に形成された層間絶縁膜3に接続孔6
を形成する工程、全面にβ−W及び/又はW5Si3薄膜
7を被着して上記接続孔6の側壁面に上記薄膜7を形成
する工程、上記薄膜上全面にタングステンを成長させ
て、接続孔6を埋め込む工程、上記薄膜を熱処理して通
常のタングステンに相変化させる工程、上記タングステ
ンをエッチバックして上記接続孔のみにタングステンを
残す工程を含む。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ブランケットタングス
テンプラグ形成法、特に接続孔の側壁に密着層を有しな
いブランケットタングステンプラグ形成法に関するもの
である。
テンプラグ形成法、特に接続孔の側壁に密着層を有しな
いブランケットタングステンプラグ形成法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】半導体装置、例えばLSI等の微細化、
高集積化に伴い、その配線形成の一つの技術である微細
接続孔(コンタクトホールやビアホール)を埋め込む
(プラグ形成)技術として、最近ステップカバレージ
(段差被覆性)の優れた、全面にタングステンを成長さ
せるブランケットタングステン(BLK−W)CVD技
術が注目されている。
高集積化に伴い、その配線形成の一つの技術である微細
接続孔(コンタクトホールやビアホール)を埋め込む
(プラグ形成)技術として、最近ステップカバレージ
(段差被覆性)の優れた、全面にタングステンを成長さ
せるブランケットタングステン(BLK−W)CVD技
術が注目されている。
【0003】従来、このブランケットタングステン(以
下、BLK−Wと記す)CVD技術をプラグ形成に利用
する方法は、まず図3(a)に示すように、例えばシリ
コン基板11上のSiO2からなる層間絶縁膜13に形
成された開孔(コンタクトホール)16に、TiNある
いはTiW等からなる密着層20を形成した後、BLK
−W層18を全面に成長させコンタクトホール16を埋
め込む。次に、図3(b)に示すように、上方からBL
K−W層18、密着層20を順次エッチバックしてコン
タクトホール16内にのみWプラグ18aを形成する。
下、BLK−Wと記す)CVD技術をプラグ形成に利用
する方法は、まず図3(a)に示すように、例えばシリ
コン基板11上のSiO2からなる層間絶縁膜13に形
成された開孔(コンタクトホール)16に、TiNある
いはTiW等からなる密着層20を形成した後、BLK
−W層18を全面に成長させコンタクトホール16を埋
め込む。次に、図3(b)に示すように、上方からBL
K−W層18、密着層20を順次エッチバックしてコン
タクトホール16内にのみWプラグ18aを形成する。
【0004】BLK−Wは、半導体基板(ウエハー)全
面にタングステン(W)が成長するため、層間絶縁膜と
の密着性、原料ガスのWF6ガス及び耐熱バリア性の点
から上記TiN、TiW等の密着層を必要とする。
面にタングステン(W)が成長するため、層間絶縁膜と
の密着性、原料ガスのWF6ガス及び耐熱バリア性の点
から上記TiN、TiW等の密着層を必要とする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、BLK−
W層18をエッチバックした後、TiN等の密着層20
を除去するエッチバック工程において、ジャストエッチ
に比べオーバーエッチ時にはTiNの面積が減少するた
め、エッチャントがコンタクトホール16側壁上部のT
iNに集中する。そのためにコンタクトホール16側壁
上部のTiNが図4のA部に示すように集中的にエッチ
ング(剥離)される問題を生ずる。また、この問題はコ
ンタクト抵抗低減のために集積したTiが下地のSiO
2からなる層間絶縁膜13と反応し、この反応によって
生成された反応生成物のエッチングが困難で、オーバー
エッチ時にコンタクトホール側壁のTiNが集中的にエ
ッチングされてしまうことも考えられる。
W層18をエッチバックした後、TiN等の密着層20
を除去するエッチバック工程において、ジャストエッチ
に比べオーバーエッチ時にはTiNの面積が減少するた
め、エッチャントがコンタクトホール16側壁上部のT
iNに集中する。そのためにコンタクトホール16側壁
上部のTiNが図4のA部に示すように集中的にエッチ
ング(剥離)される問題を生ずる。また、この問題はコ
ンタクト抵抗低減のために集積したTiが下地のSiO
2からなる層間絶縁膜13と反応し、この反応によって
生成された反応生成物のエッチングが困難で、オーバー
エッチ時にコンタクトホール側壁のTiNが集中的にエ
ッチングされてしまうことも考えられる。
【0006】本発明は、上記接続孔側壁での層剥離の問
題を起こさない安定したブランケットタングステン(B
LK−W)プラグ形成法を提供することを目的とする。
題を起こさない安定したブランケットタングステン(B
LK−W)プラグ形成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、基板上に形成された層間絶縁膜に該基板に達する
接続孔を形成する工程、全面にβ−W及び/又はW5S
i3薄膜を被着して前記接続孔側壁面にβ−W及び/又
はW5Si3薄膜を形成する工程、前記β−W及び/又は
W5Si3薄膜上全面にタングステンを成長させて、前記
接続孔を埋め込む工程、前記β−W及び/又はW5Si3
薄膜を熱処理して通常のタングステンに相変化させる工
程、及び前記タングステンをエッチバックして前記接続
孔のみにタングステンを残す工程、を含むことを特徴と
するブランケットタングステンプラグ形成法によって解
決される。
れば、基板上に形成された層間絶縁膜に該基板に達する
接続孔を形成する工程、全面にβ−W及び/又はW5S
i3薄膜を被着して前記接続孔側壁面にβ−W及び/又
はW5Si3薄膜を形成する工程、前記β−W及び/又は
W5Si3薄膜上全面にタングステンを成長させて、前記
接続孔を埋め込む工程、前記β−W及び/又はW5Si3
薄膜を熱処理して通常のタングステンに相変化させる工
程、及び前記タングステンをエッチバックして前記接続
孔のみにタングステンを残す工程、を含むことを特徴と
するブランケットタングステンプラグ形成法によって解
決される。
【0008】
【作用】本発明によれば、接続孔側壁面を含めた全面に
β−W及び/又はW5Si3薄膜を被着形成しているた
め、従来必要であった密着層を必要としないで、通常の
Wを成長させ接続孔を埋め込むことができる。しかも、
熱処理工程によりβ−W及び/又はW5Si3を安定な通
常のタングステン(α−W)に変化させることができる
ため、接続孔側壁面にも安定したタングステンを形成す
ることができる。本発明ではβ−W、W5Si3の形成は
シラン(SiH4)還元法あるいはジシラン(Si
2H6)還元法によってWF6に対してSiH4、Si2H6
の量を制御して行なうことができる。
β−W及び/又はW5Si3薄膜を被着形成しているた
め、従来必要であった密着層を必要としないで、通常の
Wを成長させ接続孔を埋め込むことができる。しかも、
熱処理工程によりβ−W及び/又はW5Si3を安定な通
常のタングステン(α−W)に変化させることができる
ため、接続孔側壁面にも安定したタングステンを形成す
ることができる。本発明ではβ−W、W5Si3の形成は
シラン(SiH4)還元法あるいはジシラン(Si
2H6)還元法によってWF6に対してSiH4、Si2H6
の量を制御して行なうことができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【0010】図1及び図2は、本発明のBLK−Wプラ
グ形成法の第1実施例を示すそれぞれ前半工程断面図及
び後半工程断面図である。
グ形成法の第1実施例を示すそれぞれ前半工程断面図及
び後半工程断面図である。
【0011】まず、図1(a)に示すように、拡散層2
上にTiSix膜4とTiN膜5を形成したSi基板1
上に、通常のCVD(化学的気相成長)法により二酸化
シリコン(SiO2)からなる厚さ8000オングスト
ロームの層間絶縁膜3及び厚さ1000オングストロー
ムのTiN膜14を順次堆積し、パターニングにより直
径0.4ミクロン(μm)、アスペクト比2の接続孔と
しての開孔(コンタクトホール)6を形成する。
上にTiSix膜4とTiN膜5を形成したSi基板1
上に、通常のCVD(化学的気相成長)法により二酸化
シリコン(SiO2)からなる厚さ8000オングスト
ロームの層間絶縁膜3及び厚さ1000オングストロー
ムのTiN膜14を順次堆積し、パターニングにより直
径0.4ミクロン(μm)、アスペクト比2の接続孔と
しての開孔(コンタクトホール)6を形成する。
【0012】コンタクトホール6形成のためのTiN、
SiO2のエッチング条件は、以下の通りである。
SiO2のエッチング条件は、以下の通りである。
【0013】TiN:Cl2=30sccm、圧力0.6Tor
r、RF出力0.25W/cm2 SiO2:CHN3=80sc
cm、圧力0.05Torr、RF出力0.25W/cm2 次
に、図1(b)に示すように、β−W及び/又はW5S
i3からなるW核薄膜7を、公知のSiH4(シラン)還
元法によって全面に形成する。形成薄膜はβ−Wのみ又
はW5Si3あるいはβ−WとW5Si3の混合で構成され
てもよい。タングステン(W)は通常はα−W相を呈し
ており、Siの含有量が増大するにつれβ−W相、W5
Si3、そしてWSi2に順次変化する。シラン還元法は
Wの原料ガスWF6に対してH2(水素)還元法よりも反
応性が高い。この工程では密着層が形成されていないコ
ンタクトホール6側壁に、BLK−Wの形成核となるW
核を成長させるために、SiH4/WF6の比を大きく、
すなわちSiH4量を多くしてβ−W相を有するW及び
/又はW5Si3を形成する。β−W及び/又はW5Si3
からなるW核薄膜7は、SiO2からなるコンタクトホ
ール6側壁に安定して成長される。また、上記のよう
に、この工程でSiH4/WF6の比が大きいため、WF
6による下地(拡散層等)への侵食を少なくしてW核薄
膜形成を行なうことができる。
r、RF出力0.25W/cm2 SiO2:CHN3=80sc
cm、圧力0.05Torr、RF出力0.25W/cm2 次
に、図1(b)に示すように、β−W及び/又はW5S
i3からなるW核薄膜7を、公知のSiH4(シラン)還
元法によって全面に形成する。形成薄膜はβ−Wのみ又
はW5Si3あるいはβ−WとW5Si3の混合で構成され
てもよい。タングステン(W)は通常はα−W相を呈し
ており、Siの含有量が増大するにつれβ−W相、W5
Si3、そしてWSi2に順次変化する。シラン還元法は
Wの原料ガスWF6に対してH2(水素)還元法よりも反
応性が高い。この工程では密着層が形成されていないコ
ンタクトホール6側壁に、BLK−Wの形成核となるW
核を成長させるために、SiH4/WF6の比を大きく、
すなわちSiH4量を多くしてβ−W相を有するW及び
/又はW5Si3を形成する。β−W及び/又はW5Si3
からなるW核薄膜7は、SiO2からなるコンタクトホ
ール6側壁に安定して成長される。また、上記のよう
に、この工程でSiH4/WF6の比が大きいため、WF
6による下地(拡散層等)への侵食を少なくしてW核薄
膜形成を行なうことができる。
【0014】β−W及び/又はW5Si3からなるW核薄
膜7の形成条件は以下の通りとした。
膜7の形成条件は以下の通りとした。
【0015】温度400℃、圧力0.3Torr、Si
H/WF6=300〜500/100〜150scc
m、膜厚500オングストローム次に、図1(c)に示
すように、Wの安定相であるα−WからなるBLK−W
層8によるコンタクトホール6の埋め込みを、SiH4
還元法よりもステップカバレージの良いH2還元法によ
り行なう。
H/WF6=300〜500/100〜150scc
m、膜厚500オングストローム次に、図1(c)に示
すように、Wの安定相であるα−WからなるBLK−W
層8によるコンタクトホール6の埋め込みを、SiH4
還元法よりもステップカバレージの良いH2還元法によ
り行なう。
【0016】この工程でのW層形成条件は、以下の通り
とした。
とした。
【0017】温度400℃、圧力30Torr、H2/
WF6=6800/550sccmコンタクトホール6
側壁に安定したW核を前もって成長させているため、コ
ンタクトホール内に安定してBLK−W(α−W)層8
を埋め込むことができる。
WF6=6800/550sccmコンタクトホール6
側壁に安定したW核を前もって成長させているため、コ
ンタクトホール内に安定してBLK−W(α−W)層8
を埋め込むことができる。
【0018】次に、図2(a)に示すようにアニールを
行なうことにより、W核薄膜7をα−W相のBLK−W
に変化させる。アニール条件は、900℃、10〜20
秒間、Ar雰囲気とした。このアニール工程では、結合
的に不安定なβ−W相及び/又はW5Si3により形成さ
れているW核薄膜において、β−W相は安定なα−Wに
相変化し、一方、W5Si3は分解されてWとSiにな
り、SiはW/TiN界面に析出するが、その量は少な
くコンタクト抵抗への影響はない(シラン還元反応によ
る選択成長、Application of Tungsten Matersals f
or ULSITechnology,1989年大場ら)。
行なうことにより、W核薄膜7をα−W相のBLK−W
に変化させる。アニール条件は、900℃、10〜20
秒間、Ar雰囲気とした。このアニール工程では、結合
的に不安定なβ−W相及び/又はW5Si3により形成さ
れているW核薄膜において、β−W相は安定なα−Wに
相変化し、一方、W5Si3は分解されてWとSiにな
り、SiはW/TiN界面に析出するが、その量は少な
くコンタクト抵抗への影響はない(シラン還元反応によ
る選択成長、Application of Tungsten Matersals f
or ULSITechnology,1989年大場ら)。
【0019】コンタクトホール6内にはWが埋め込まれ
ているため、このアニールによってW核薄膜のみが剥離
することはない。また、コンタクトホール6底部にはT
iN膜5/TiSix膜4が形成されているため、下地
Si基板からのSiの拡散も生ぜず、WがWSix(タ
ングステンシリサイド)化することも防止できる。
ているため、このアニールによってW核薄膜のみが剥離
することはない。また、コンタクトホール6底部にはT
iN膜5/TiSix膜4が形成されているため、下地
Si基板からのSiの拡散も生ぜず、WがWSix(タ
ングステンシリサイド)化することも防止できる。
【0020】次に、図2(b)に示すように、BLK−
W層8を上方からエッチバックし、図2(c)に示した
タングステン(W)プラグ8aを形成する。このエッチ
バック工程ではコンタクトホール6内のWは全て安定な
α−W相であるため、従来問題であったコンタクトホー
ル6上部側壁での膜剥離を生じない。
W層8を上方からエッチバックし、図2(c)に示した
タングステン(W)プラグ8aを形成する。このエッチ
バック工程ではコンタクトホール6内のWは全て安定な
α−W相であるため、従来問題であったコンタクトホー
ル6上部側壁での膜剥離を生じない。
【0021】なお、Wのエッチバック条件は以下の通り
とした。圧力135mTorr、SF6/O2=250/
50sccm、250〜400W 次に、ジシラン(S
i2H6)を用いてW核薄膜を形成した例を第2実施例と
して説明する。
とした。圧力135mTorr、SF6/O2=250/
50sccm、250〜400W 次に、ジシラン(S
i2H6)を用いてW核薄膜を形成した例を第2実施例と
して説明する。
【0022】まず、第1実施例と同様に、図1(a)で
示したコンタクトホール6を形成する。
示したコンタクトホール6を形成する。
【0023】次に、図1(b)で示したW核薄膜の形成
工程では、第1実施例で用いたシラン(SiH4)より
もWF6の還元反応における生成自由エネルギーが大き
いジシラン(Si2H6)を用いてW核薄膜の形成を行な
う。Si2H6はSiH4よりもWF6の還元能力が高いた
め、SiH4を用いた場合よりも低温かつ約半分の流量
でW核が形成できる。また、Si2H6の方がSiH4よ
りもSiリッチなW核を形成しやすい。
工程では、第1実施例で用いたシラン(SiH4)より
もWF6の還元反応における生成自由エネルギーが大き
いジシラン(Si2H6)を用いてW核薄膜の形成を行な
う。Si2H6はSiH4よりもWF6の還元能力が高いた
め、SiH4を用いた場合よりも低温かつ約半分の流量
でW核が形成できる。また、Si2H6の方がSiH4よ
りもSiリッチなW核を形成しやすい。
【0024】なお、W核薄膜形成条件は、以下の通りと
した。温度280℃、圧力0.3Torr、Si2H6/
WF6=100/30〜50sccm、厚さ500オン
グストローム次に、コンタクトホール内へのW埋め込み
(図1(c))、アニール(図2(a))およびエッチ
バック(図2(b)、(c))工程は、第1実施例と同
一条件で行なう。
した。温度280℃、圧力0.3Torr、Si2H6/
WF6=100/30〜50sccm、厚さ500オン
グストローム次に、コンタクトホール内へのW埋め込み
(図1(c))、アニール(図2(a))およびエッチ
バック(図2(b)、(c))工程は、第1実施例と同
一条件で行なう。
【0025】なお、上記第1実施例及び第2実施例共
に、アニール工程をW核薄膜形成工程直後に行い、その
後でWのコンタクトホール内への埋め込み工程を行なう
ことができる。
に、アニール工程をW核薄膜形成工程直後に行い、その
後でWのコンタクトホール内への埋め込み工程を行なう
ことができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エッチバック工程時にコンタクトホール側壁での集中的
エッチングを防止でき、安定したタングステンプラグを
密着層なしにコンタクトホール内に形成できる。しか
も、W核薄膜形成をWSix成膜に近い条件で行なうた
め、W形成の反応ガスSiH4/WF6比が大きく、下地
TiN膜へのWF6の侵食がわずかである。
エッチバック工程時にコンタクトホール側壁での集中的
エッチングを防止でき、安定したタングステンプラグを
密着層なしにコンタクトホール内に形成できる。しか
も、W核薄膜形成をWSix成膜に近い条件で行なうた
め、W形成の反応ガスSiH4/WF6比が大きく、下地
TiN膜へのWF6の侵食がわずかである。
【図1】本発明の第1実施例の前半工程断面図である。
【図2】本発明の第1実施例の後半工程断面図である。
【図3】従来工程を示す工程断面図である。
【図4】従来工程で生じた密着層剥離を示す断面図であ
る。
る。
1,11 Si基板 2 拡散層 3,13 層間絶縁膜(SiO2) 4 TiSix膜 5 TiN膜 6,16 開孔(コンタクトホール) 7 β−W及び/又はW5Si3からなるW核薄膜 8,18 BLK−W(α−W)層 8a タングステン(W)プラグ 14 TiN膜 20 密着層(TiN又はTiW)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 基板上に形成された層間絶縁膜に、該基
板に達する接続孔を形成する工程、全面にβ−W及び/
又はW5Si3薄膜を被着して前記接続孔側壁面にβ−W
及び/又はW5Si3薄膜を形成する工程、前記β−W及
び/又はW5Si3薄膜上全面にタングステンを成長させ
て、前記接続孔を埋め込む工程、前記β−W及び/又は
W5Si3薄膜を熱処理して通常のタングステンに相変化
させる工程、及び前記タングステンをエッチバックして
前記接続孔のみにタングステンを残す工程、を含むこと
を特徴とするブランケットタングステンプラグ形成法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15166891A JPH053170A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | ブランケツトタングステンプラグ形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15166891A JPH053170A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | ブランケツトタングステンプラグ形成法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH053170A true JPH053170A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=15523629
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15166891A Pending JPH053170A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | ブランケツトタングステンプラグ形成法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH053170A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07263546A (ja) * | 1994-03-18 | 1995-10-13 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
US5489552A (en) * | 1994-12-30 | 1996-02-06 | At&T Corp. | Multiple layer tungsten deposition process |
JPH1012732A (ja) * | 1996-06-27 | 1998-01-16 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
US10304743B2 (en) | 2016-06-02 | 2019-05-28 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1991
- 1991-06-24 JP JP15166891A patent/JPH053170A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07263546A (ja) * | 1994-03-18 | 1995-10-13 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
US5489552A (en) * | 1994-12-30 | 1996-02-06 | At&T Corp. | Multiple layer tungsten deposition process |
JPH1012732A (ja) * | 1996-06-27 | 1998-01-16 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
US6048792A (en) * | 1996-06-27 | 2000-04-11 | Nec Corporation | Method for manufacturing an interconnection structure in a semiconductor device |
US10304743B2 (en) | 2016-06-02 | 2019-05-28 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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