JPH06112155A - コンタクトプラグ形成方法 - Google Patents
コンタクトプラグ形成方法Info
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- JPH06112155A JPH06112155A JP25602192A JP25602192A JPH06112155A JP H06112155 A JPH06112155 A JP H06112155A JP 25602192 A JP25602192 A JP 25602192A JP 25602192 A JP25602192 A JP 25602192A JP H06112155 A JPH06112155 A JP H06112155A
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- Japan
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- tungsten
- film
- phase
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 平坦性に優れたコンタクトプラグを形成す
る。 【構成】 コンタクト孔を有する下地基板１１、１２、
１３、１４上に、密着層１５を形成する。Ｗ（タングス
テン）１６を全面堆積することで、プラグ中心部に窪み
１７が発生する。次に、Ｗ酸化膜１８を形成する。その
後、エッチバックする。Ｗ酸化膜のエッチング速度は、
Ｗに比べて遅いのでプラグ中心部のＷ酸化膜がマスクと
なり、中心部のエッチング量は少なくなる。したがっ
て、プラグ中心部の窪みがない、平坦性に優れたコンタ
クトプラグを形成できる。
る。 【構成】 コンタクト孔を有する下地基板１１、１２、
１３、１４上に、密着層１５を形成する。Ｗ（タングス
テン）１６を全面堆積することで、プラグ中心部に窪み
１７が発生する。次に、Ｗ酸化膜１８を形成する。その
後、エッチバックする。Ｗ酸化膜のエッチング速度は、
Ｗに比べて遅いのでプラグ中心部のＷ酸化膜がマスクと
なり、中心部のエッチング量は少なくなる。したがっ
て、プラグ中心部の窪みがない、平坦性に優れたコンタ
クトプラグを形成できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はコンタクトプラグ形成方
法に関するものである。
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、集積化が進むＬＳＩデバイスにお
いて、配線技術が非常に注目されている。なぜならコン
タクト径は微細化され、その深さが深くなり、コンタク
トのアスペクト比（深さ／径）が大きくなってきている
中で、このように小さく深いコンタクトに配線を形成す
る技術の開発が重要視されている。
いて、配線技術が非常に注目されている。なぜならコン
タクト径は微細化され、その深さが深くなり、コンタク
トのアスペクト比（深さ／径）が大きくなってきている
中で、このように小さく深いコンタクトに配線を形成す
る技術の開発が重要視されている。
【０００３】従来のスパッタ膜では、そのカバレージが
悪いため、もはやアルミニウム配線を単層で用いると導
通がとれなくなる。このため、コンタクトに配線材料の
埋め込み技術が必須となってきた。現在、実用化されて
いる埋め込み技術として、ポリシリコンを用いたものが
あるが、この方法ではコンタクト抵抗が高く、プロセス
が複雑になる。そこでタングステンを埋め込む方法が有
望視されている。タングステンの埋め込み技術には、タ
ングステンを全面に埋め込んだ後、全面エッチングする
エッチバック方式と選択堆積方式がある。
悪いため、もはやアルミニウム配線を単層で用いると導
通がとれなくなる。このため、コンタクトに配線材料の
埋め込み技術が必須となってきた。現在、実用化されて
いる埋め込み技術として、ポリシリコンを用いたものが
あるが、この方法ではコンタクト抵抗が高く、プロセス
が複雑になる。そこでタングステンを埋め込む方法が有
望視されている。タングステンの埋め込み技術には、タ
ングステンを全面に埋め込んだ後、全面エッチングする
エッチバック方式と選択堆積方式がある。
【０００４】図６および図７を用いて、以下に従来のタ
ングステンの埋め込み技術について説明する。
ングステンの埋め込み技術について説明する。
【０００５】図６（ａ）に示すようにシリコン（Ｓｉ）
基板１上の酸化膜２をドライエッチすることでコンタク
ト孔３を形成する。次に、図６（ｂ）のようにタングス
テン（Ｗ）の酸化膜側壁との密着性を向上させ、シリコ
ンとの接続部においてタングステンがシリコンへ拡散す
るアロイスパイクを防止するための、密着バリア層４を
形成する。バリア層４には、チタン（Ｔｉ）、チタン窒
化物、チタンとのタングステン化合物膜などが用いられ
る。
基板１上の酸化膜２をドライエッチすることでコンタク
ト孔３を形成する。次に、図６（ｂ）のようにタングス
テン（Ｗ）の酸化膜側壁との密着性を向上させ、シリコ
ンとの接続部においてタングステンがシリコンへ拡散す
るアロイスパイクを防止するための、密着バリア層４を
形成する。バリア層４には、チタン（Ｔｉ）、チタン窒
化物、チタンとのタングステン化合物膜などが用いられ
る。
【０００６】その後、図６（ｃ）に示すように、ＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition）により、コンタクト孔
が完全に埋め込まれるまで、タングステン５を全面堆積
する。次に、エッチバックして、コンタクト部のみにタ
ングステンを残す。しかし、図６（ｄ）のように、コン
タクト部のタングステンが現われるようなエッチバック
を行うと、埋め込み部分以外にタングステン残渣６が発
生する。したがって、エッチバックの時間を長くしてタ
ングステン残渣を除去し、図６（ｅ）のコンタクトプラ
グを形成する。
（Chemical Vapor Deposition）により、コンタクト孔
が完全に埋め込まれるまで、タングステン５を全面堆積
する。次に、エッチバックして、コンタクト部のみにタ
ングステンを残す。しかし、図６（ｄ）のように、コン
タクト部のタングステンが現われるようなエッチバック
を行うと、埋め込み部分以外にタングステン残渣６が発
生する。したがって、エッチバックの時間を長くしてタ
ングステン残渣を除去し、図６（ｅ）のコンタクトプラ
グを形成する。
【０００７】選択タングステン技術は、図７（ａ）に示
すように、シリコン基板１上の酸化膜２をドライエッチ
することで、コンタクト孔３を形成する。次に、図７
（ｂ）のように、シリコンあるいは金属上のみに選択的
にタングステン５を成長させる。反応性ガスの吸着確率
がシリコンあるいは金属上と酸化膜上とで大きく異な
り、表面での反応性の違いが選択成長となるものと考え
られている。したがって、表面状態によってはその選択
性が破れ、図７（ｃ）のように酸化膜２上にタングステ
ン核７が形成されることがある。この場合、堆積前処理
制御が非常にむずかしく、実用化はまだ困難である。
すように、シリコン基板１上の酸化膜２をドライエッチ
することで、コンタクト孔３を形成する。次に、図７
（ｂ）のように、シリコンあるいは金属上のみに選択的
にタングステン５を成長させる。反応性ガスの吸着確率
がシリコンあるいは金属上と酸化膜上とで大きく異な
り、表面での反応性の違いが選択成長となるものと考え
られている。したがって、表面状態によってはその選択
性が破れ、図７（ｃ）のように酸化膜２上にタングステ
ン核７が形成されることがある。この場合、堆積前処理
制御が非常にむずかしく、実用化はまだ困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の全面タング
ステン堆積によるコンタクトプラグ形成方法では、エッ
チバックしてコンタクト部のみにタングステンを残す。
しかし、上記のような構成においては、図６（ｄ）に示
したように、コンタクト部のタングステンが現われるジ
ャストのエッチバックでは、タングステン残渣が発生す
る。このタングステン残渣を除去するために、エッチン
グ時間を長くすると、図６（ｅ）に示すようにプラグ中
心部は膜密度が小さいので、エッチング速度が速くな
り、窪みが生じる。ひどい場合には、基板のシリコンま
でエッチングされてしまうという問題点がある。
ステン堆積によるコンタクトプラグ形成方法では、エッ
チバックしてコンタクト部のみにタングステンを残す。
しかし、上記のような構成においては、図６（ｄ）に示
したように、コンタクト部のタングステンが現われるジ
ャストのエッチバックでは、タングステン残渣が発生す
る。このタングステン残渣を除去するために、エッチン
グ時間を長くすると、図６（ｅ）に示すようにプラグ中
心部は膜密度が小さいので、エッチング速度が速くな
り、窪みが生じる。ひどい場合には、基板のシリコンま
でエッチングされてしまうという問題点がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のコンタクトプラグ形成方法は、コンタク
ト孔を有する下地基板上に、タングステン膜を前記コン
タクト孔深さ途中まで全面堆積し、次に前記タングステ
ン膜上にタングステン酸化膜を堆積し、その後、エッチ
ングを行い、前記コンタクト孔にタングステン膜のみ、
あるいは、前記タングステン膜および前記タングステン
酸化膜を残した後、前記タングステン酸化膜を還元する
工程を備えている。
めに、本発明のコンタクトプラグ形成方法は、コンタク
ト孔を有する下地基板上に、タングステン膜を前記コン
タクト孔深さ途中まで全面堆積し、次に前記タングステ
ン膜上にタングステン酸化膜を堆積し、その後、エッチ
ングを行い、前記コンタクト孔にタングステン膜のみ、
あるいは、前記タングステン膜および前記タングステン
酸化膜を残した後、前記タングステン酸化膜を還元する
工程を備えている。
【００１０】また、コンタクト孔を有する下地基板上
に、β相−タングステン膜を前記コンタクト孔深さ途中
まで全面堆積し、次にα相−タングステン膜を堆積した
後、全面エッチングを行い、前記コンタクト孔に前記α
相とβ相−タングステン膜を残し、その後、熱処理する
ことで、前記β相−タングステン膜をα相−タングステ
ン膜にする。
に、β相−タングステン膜を前記コンタクト孔深さ途中
まで全面堆積し、次にα相−タングステン膜を堆積した
後、全面エッチングを行い、前記コンタクト孔に前記α
相とβ相−タングステン膜を残し、その後、熱処理する
ことで、前記β相−タングステン膜をα相−タングステ
ン膜にする。
【００１１】
【作用】本発明は、エッチバック時のタングステン酸化
膜／タングステン膜（一般的にタングステンと言う場合
は、α相タングステンを指す）、α相タングステン膜／
β相タングステン膜のエッチング速度の差を利用するも
のである。コンタクトプラグ中心部に下層よりもエッチ
ング速度の遅いタングステン酸化膜、α相タングステン
膜を堆積することで、これらの膜がマスクとなり、プラ
グとして埋め込まれた中心部の膜べり量を減少させるこ
とが可能となる。したがって、本発明を用いることによ
り、プラグ中心部に窪みのない平坦性に優れたコンタク
トプラグを形成できる。また、下地基板のシリコンまで
エッチングされるようなことはなく、安定してコンタク
トプラグを形成できる。
膜／タングステン膜（一般的にタングステンと言う場合
は、α相タングステンを指す）、α相タングステン膜／
β相タングステン膜のエッチング速度の差を利用するも
のである。コンタクトプラグ中心部に下層よりもエッチ
ング速度の遅いタングステン酸化膜、α相タングステン
膜を堆積することで、これらの膜がマスクとなり、プラ
グとして埋め込まれた中心部の膜べり量を減少させるこ
とが可能となる。したがって、本発明を用いることによ
り、プラグ中心部に窪みのない平坦性に優れたコンタク
トプラグを形成できる。また、下地基板のシリコンまで
エッチングされるようなことはなく、安定してコンタク
トプラグを形成できる。
【００１２】
【実施例】本発明の第一の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明のコンタクトプラグ形
成方法を示す工程順断面図である。まず、図１（ａ）に
示すように、シリコン基板上１１上にｎ+／ｐ+の拡散層
１２を形成した後、１０００ｎｍ厚の酸化膜１３を堆積
し、ドライエッチングにより、底部径０.６μｍのコン
タクト孔１４を作製した。ｎ+の拡散層は、Ａｓ+を加速
エネルギー４０ｋｅＶ、ドーズ量６×１０15ｃｍ-2、ｐ
+の拡散層は、ＢＦ2 +を加速エネルギー４０ｋｅＶ、ド
ーズ量６×１０15ｃｍ-2でイオン注入し、９００℃で７
０分間熱処理することで形成した。
ながら説明する。図１は、本発明のコンタクトプラグ形
成方法を示す工程順断面図である。まず、図１（ａ）に
示すように、シリコン基板上１１上にｎ+／ｐ+の拡散層
１２を形成した後、１０００ｎｍ厚の酸化膜１３を堆積
し、ドライエッチングにより、底部径０.６μｍのコン
タクト孔１４を作製した。ｎ+の拡散層は、Ａｓ+を加速
エネルギー４０ｋｅＶ、ドーズ量６×１０15ｃｍ-2、ｐ
+の拡散層は、ＢＦ2 +を加速エネルギー４０ｋｅＶ、ド
ーズ量６×１０15ｃｍ-2でイオン注入し、９００℃で７
０分間熱処理することで形成した。
【００１３】次に、図１（ｂ）に示すように密着、バリ
ア層として窒化チタン（ＴｉＮ）膜／チタン（Ｔｉ）膜
１５をそれぞれ１００ｎｍ，２０ｎｍの厚さにスパッタ
を用いて連続堆積した。このときの成膜条件を、Ａｒガ
ス圧力６ｍＴｏｒｒ，直流パワー１ｋＷ、窒化チタン成
膜はＡｒ／Ｎ2ガス混合比３０／７０、ガス圧力６ｍＴ
ｏｒｒ，直流パワー６ｋＷとした。
ア層として窒化チタン（ＴｉＮ）膜／チタン（Ｔｉ）膜
１５をそれぞれ１００ｎｍ，２０ｎｍの厚さにスパッタ
を用いて連続堆積した。このときの成膜条件を、Ａｒガ
ス圧力６ｍＴｏｒｒ，直流パワー１ｋＷ、窒化チタン成
膜はＡｒ／Ｎ2ガス混合比３０／７０、ガス圧力６ｍＴ
ｏｒｒ，直流パワー６ｋＷとした。
【００１４】次に、図１（ｃ）に示すようにＣＶＤによ
り、タングステン膜１６を３００ｎｍ厚に堆積した。こ
のときの条件は、６フッ化タングステン（ＷＦ6）のＨ2
還元作用によりタングステン膜１６を堆積した。ガス流
量比ＷＦ6／Ｈ2＝７５／４５０ＳＣＣＭ，ガス圧力７３
Ｔｏｒｒ、基板温度４５０℃で６０秒間堆積した。この
時点での走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面観察か
ら、プラグとして埋め込まれた中心部の窪み１７は約１
００ｎｍであった。
り、タングステン膜１６を３００ｎｍ厚に堆積した。こ
のときの条件は、６フッ化タングステン（ＷＦ6）のＨ2
還元作用によりタングステン膜１６を堆積した。ガス流
量比ＷＦ6／Ｈ2＝７５／４５０ＳＣＣＭ，ガス圧力７３
Ｔｏｒｒ、基板温度４５０℃で６０秒間堆積した。この
時点での走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面観察か
ら、プラグとして埋め込まれた中心部の窪み１７は約１
００ｎｍであった。
【００１５】同装置で連続して酸素（Ｏ2）ガスを導入
し、図１（ｄ）のようにタングステン酸化膜１８を２０
０ｎｍ厚に堆積した。このときの成膜条件は、ガス流量
比ＷＦ6／Ｈ2／Ｏ2＝７５／４５０／１５ＳＣＣＭ，ガ
ス圧力８０Ｔｏｒｒ、基板温度４５０℃で５０秒間堆積
した。
し、図１（ｄ）のようにタングステン酸化膜１８を２０
０ｎｍ厚に堆積した。このときの成膜条件は、ガス流量
比ＷＦ6／Ｈ2／Ｏ2＝７５／４５０／１５ＳＣＣＭ，ガ
ス圧力８０Ｔｏｒｒ、基板温度４５０℃で５０秒間堆積
した。
【００１６】ここで、図１（ｃ）、（ｄ）の堆積条件に
より、シリコンテストウエハ上に３００ｎｍ厚の膜を全
面堆積し、この試料の電気抵抗率を四探針法で調べた結
果、図１（ｃ）の条件では、電気抵抗率はρ＝１０μΩ
−ｃｍ、図１（ｄ）の条件ではρ＝２３０μΩ−ｃｍで
あった。
より、シリコンテストウエハ上に３００ｎｍ厚の膜を全
面堆積し、この試料の電気抵抗率を四探針法で調べた結
果、図１（ｃ）の条件では、電気抵抗率はρ＝１０μΩ
−ｃｍ、図１（ｄ）の条件ではρ＝２３０μΩ−ｃｍで
あった。
【００１７】次に、この試料をＥＳＣＡ（Electron Spe
ctroscopy for Chemical Analysis）を用いて表面分析
した。その結果を図２に示す。縦軸は電子線強度（任意
単位）、横軸は電子の運動エネルギー（ｅＶ）である。
図からわかるように、図１(ｃ)の条件では金属タングス
テンのピークが検出され、図１(ｄ)の条件ではタングス
テン酸化膜（ＷＯX）１８の形成されていることがわか
る。
ctroscopy for Chemical Analysis）を用いて表面分析
した。その結果を図２に示す。縦軸は電子線強度（任意
単位）、横軸は電子の運動エネルギー（ｅＶ）である。
図からわかるように、図１(ｃ)の条件では金属タングス
テンのピークが検出され、図１(ｄ)の条件ではタングス
テン酸化膜（ＷＯX）１８の形成されていることがわか
る。
【００１８】次に、コンタクト孔１４内部のタングステ
ン膜１６を残すようにタングステン膜１６を全面エッチ
バックする。エッチング条件はガス流量比６フッ化硫黄
（ＳＦ6）／アルゴン（Ａｒ）＝１１０／９０ＳＣＣ
Ｍ，ガス圧力２３５ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー４２５Ｗで
エッチング終点検出時間（平均７０秒間）＋１０秒間エ
ッチングした。電気抵抗率測定、ＥＳＣＡ分析に使用し
た試料と同様のシリコンテストウエハで、このエッチバ
ック条件でのエッチング速度を調べた。タングステン膜
１６は６００ｎｍ／分、タングステン酸化膜１８は３０
０ｎｍ／分であった。
ン膜１６を残すようにタングステン膜１６を全面エッチ
バックする。エッチング条件はガス流量比６フッ化硫黄
（ＳＦ6）／アルゴン（Ａｒ）＝１１０／９０ＳＣＣ
Ｍ，ガス圧力２３５ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー４２５Ｗで
エッチング終点検出時間（平均７０秒間）＋１０秒間エ
ッチングした。電気抵抗率測定、ＥＳＣＡ分析に使用し
た試料と同様のシリコンテストウエハで、このエッチバ
ック条件でのエッチング速度を調べた。タングステン膜
１６は６００ｎｍ／分、タングステン酸化膜１８は３０
０ｎｍ／分であった。
【００１９】４０秒間のエッチングでは、図１（ｅ）に
示すようにプラグ中心部にはタングステン酸化膜１８が
１００ｎｍ残っている。エッチング終点検出時間（平均
７０秒間）のエッチングでは、図１（ｆ）のようにタン
グステン残渣１９が酸化膜上に発生している。また、プ
ラグとしての埋め込み中心部ではタングステンが１００
ｎｍ程度残っている。１０秒間オーバーエッチングする
ことでタングステン残渣１９は除去され、図１（ｇ）に
示すようなプラグ中心部に窪みのない平坦性に優れたコ
ンタクトプラグを形成できる。なお、ここでは窒化チタ
ン膜／チタン膜１５はその後形成する配線のバリア層と
して残した。
示すようにプラグ中心部にはタングステン酸化膜１８が
１００ｎｍ残っている。エッチング終点検出時間（平均
７０秒間）のエッチングでは、図１（ｆ）のようにタン
グステン残渣１９が酸化膜上に発生している。また、プ
ラグとしての埋め込み中心部ではタングステンが１００
ｎｍ程度残っている。１０秒間オーバーエッチングする
ことでタングステン残渣１９は除去され、図１（ｇ）に
示すようなプラグ中心部に窪みのない平坦性に優れたコ
ンタクトプラグを形成できる。なお、ここでは窒化チタ
ン膜／チタン膜１５はその後形成する配線のバリア層と
して残した。
【００２０】コンタクト抵抗を測定したところ、ｎ+コ
ンタクトは５５Ω、ｐ+コンタクトは９５Ωと良好であ
った。
ンタクトは５５Ω、ｐ+コンタクトは９５Ωと良好であ
った。
【００２１】本実施例では、プラグとしての埋め込み中
心部のタングステン酸化膜１８（ＷＯX）は、エッチバ
ック中で除去されているが、先に述べたように、タング
ステン酸化膜１８の電気抵抗率が高いので、抵抗率を測
定したシリコンテストウエハを水素（Ｈ2）雰囲気中で
５００℃、３０分間熱処理した。これによって電気抵抗
率は２３０μΩ−ｃｍから２０μΩ−ｃｍへと変化し
た。また、ＥＳＣＡ分析の結果においても、このように
処理することで、金属タングステンのみのピークしか認
められなくなる。これらの結果より、水素雰囲気中で熱
処理することでタングステン酸化膜１８は還元された。
もし、タングステン酸化膜がプラグ内に残るような条件
でコンタクトプラグを形成した場合、水素雰囲気中の熱
処理で還元しておけば良いといえる。
心部のタングステン酸化膜１８（ＷＯX）は、エッチバ
ック中で除去されているが、先に述べたように、タング
ステン酸化膜１８の電気抵抗率が高いので、抵抗率を測
定したシリコンテストウエハを水素（Ｈ2）雰囲気中で
５００℃、３０分間熱処理した。これによって電気抵抗
率は２３０μΩ−ｃｍから２０μΩ−ｃｍへと変化し
た。また、ＥＳＣＡ分析の結果においても、このように
処理することで、金属タングステンのみのピークしか認
められなくなる。これらの結果より、水素雰囲気中で熱
処理することでタングステン酸化膜１８は還元された。
もし、タングステン酸化膜がプラグ内に残るような条件
でコンタクトプラグを形成した場合、水素雰囲気中の熱
処理で還元しておけば良いといえる。
【００２２】また、本実施例では酸素を導入してタング
ステン酸化膜１８を連続堆積したが、ＣＶＤでコンタク
ト孔１４をほとんど埋めてからタングステン酸化膜１８
を堆積するので、ステップカバレージは問題とならな
い。したがって、スパッタなど他の方法で上層のタング
ステン酸化膜を形成しても同様の効果が得られる。
ステン酸化膜１８を連続堆積したが、ＣＶＤでコンタク
ト孔１４をほとんど埋めてからタングステン酸化膜１８
を堆積するので、ステップカバレージは問題とならな
い。したがって、スパッタなど他の方法で上層のタング
ステン酸化膜を形成しても同様の効果が得られる。
【００２３】以下、第二の実施例について図３を参照し
ながら説明する。図３は、本発明のコンタクトプラグ形
成方法を示す工程順断面図である。まず、図３（ａ）に
示すように、シリコン基板上３１上にｎ+／ｐ+の拡散層
３２を形成した後、１０００ｎｍ厚の酸化膜３３を堆積
し、ドライエッチングにより、底部径０.６μｍのコン
タクト孔３４を作製した。ｎ+の拡散層は、Ａｓ+を加速
エネルギー４０ｋｅＶ、ドーズ量６×１０15ｃｍ-2、ｐ
+の拡散層は、ＢＦ2 +を加速エネルギー４０ｋｅＶ、ド
ーズ量６×１０15ｃｍ-2でイオン注入し、９００℃で７
０分間熱処理することで形成した。
ながら説明する。図３は、本発明のコンタクトプラグ形
成方法を示す工程順断面図である。まず、図３（ａ）に
示すように、シリコン基板上３１上にｎ+／ｐ+の拡散層
３２を形成した後、１０００ｎｍ厚の酸化膜３３を堆積
し、ドライエッチングにより、底部径０.６μｍのコン
タクト孔３４を作製した。ｎ+の拡散層は、Ａｓ+を加速
エネルギー４０ｋｅＶ、ドーズ量６×１０15ｃｍ-2、ｐ
+の拡散層は、ＢＦ2 +を加速エネルギー４０ｋｅＶ、ド
ーズ量６×１０15ｃｍ-2でイオン注入し、９００℃で７
０分間熱処理することで形成した。
【００２４】次に、図３（ｂ）に示すように密着、バリ
ア層として窒化チタン膜／チタン膜３５を１００／２０
ｎｍの厚さにスパッタで堆積した。このときの成膜条件
を、Ａｒガス圧力６ｍＴｏｒｒ，直流パワー１ｋＷ、窒
化チタン成膜はアルゴン／窒素ガス混合比３０／７０
％、ガス圧力６ｍＴｏｒｒ，直流パワー６ｋＷとした。
ア層として窒化チタン膜／チタン膜３５を１００／２０
ｎｍの厚さにスパッタで堆積した。このときの成膜条件
を、Ａｒガス圧力６ｍＴｏｒｒ，直流パワー１ｋＷ、窒
化チタン成膜はアルゴン／窒素ガス混合比３０／７０
％、ガス圧力６ｍＴｏｒｒ，直流パワー６ｋＷとした。
【００２５】次に、図３（ｃ）に示すようにＣＶＤ法を
用いて、ＷＦ6のシラン（ＳｉＨ4）還元作用により、タ
ングステン膜３６を２００ｎｍ厚に堆積した。ガス流量
比ＷＦ6／ＳｉＨ4＝２／２ＳＣＣＭ，ガス圧力０.５Ｔ
ｏｒｒ、基板温度３５０℃で４０秒間堆積した。この時
点での走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面観察から
プラグである埋め込み中心部の窪み３７は、約４００ｎ
ｍであった。
用いて、ＷＦ6のシラン（ＳｉＨ4）還元作用により、タ
ングステン膜３６を２００ｎｍ厚に堆積した。ガス流量
比ＷＦ6／ＳｉＨ4＝２／２ＳＣＣＭ，ガス圧力０.５Ｔ
ｏｒｒ、基板温度３５０℃で４０秒間堆積した。この時
点での走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面観察から
プラグである埋め込み中心部の窪み３７は、約４００ｎ
ｍであった。
【００２６】同装置で連続して、図３（ｄ）のようにタ
ングステン膜３８を６００ｎｍ厚堆積した。このときの
条件は、ＷＦ6のＨ2還元作用によりタングステン膜を堆
積した。ガス流量比ＷＦ6／Ｈ2＝７５／４５０ＳＣＣ
Ｍ，ガス圧力７３Ｔｏｒｒ、基板温度４５０℃で６０秒
間堆積した。
ングステン膜３８を６００ｎｍ厚堆積した。このときの
条件は、ＷＦ6のＨ2還元作用によりタングステン膜を堆
積した。ガス流量比ＷＦ6／Ｈ2＝７５／４５０ＳＣＣ
Ｍ，ガス圧力７３Ｔｏｒｒ、基板温度４５０℃で６０秒
間堆積した。
【００２７】ここで図３（ｃ）、（ｄ）のそれぞれの堆
積条件により、シリコンテストウエハ上に１０００ｎｍ
厚の膜を全面堆積した。実際より厚い膜を堆積したの
は、Ｘ線回折で膜構造を調べるためである。この試料の
電気抵抗率を四探針法で調べると、図３（ｃ）の条件で
は電気抵抗率ρ＝４８μΩ−ｃｍ、図３（ｄ）の条件で
はρ＝９μΩ−ｃｍであった。
積条件により、シリコンテストウエハ上に１０００ｎｍ
厚の膜を全面堆積した。実際より厚い膜を堆積したの
は、Ｘ線回折で膜構造を調べるためである。この試料の
電気抵抗率を四探針法で調べると、図３（ｃ）の条件で
は電気抵抗率ρ＝４８μΩ−ｃｍ、図３（ｄ）の条件で
はρ＝９μΩ−ｃｍであった。
【００２８】次に、この試料をＸ線回折により構造分析
した結果を図４に示す。Ｘ線源にはＣｕＫα線（波長
０.１４３ｎｍ）を使用した。縦軸は回折ピーク強度
（任意単位）、横軸は回折角（２θ）を示している。図
４（ａ）は図３（ｃ）の条件、図４（ｂ）は図３（ｄ）
の条件で堆積した膜の回折ピークを示している。図４
（ａ）ではα相−タングステンのみに対応したピークが
現われており、（ｂ）ではβ相−タングステンのみに対
応したピークが現われている。β相−タングステン膜３
６は低温相でＡ−１５型（体心立方（ｂｃｃ）＋面心立
方（ｆｃｃ））構造である。このピークの回折角から求
めた格子定数は、０.５０２ｎｍであった。また、α相
−タングステン膜３８は高温相で体心立方（ｂｃｃ）構
造である。格子定数は、０.３１５ｎｍであった。通
常、一般的にタングステンと言う場合はこのα相−タン
グステンを指す。図３（ｃ）でβ相−タングステンが形
成されたのは、堆積中の基板温度が低いために低温相が
形成されたものと考えられる。
した結果を図４に示す。Ｘ線源にはＣｕＫα線（波長
０.１４３ｎｍ）を使用した。縦軸は回折ピーク強度
（任意単位）、横軸は回折角（２θ）を示している。図
４（ａ）は図３（ｃ）の条件、図４（ｂ）は図３（ｄ）
の条件で堆積した膜の回折ピークを示している。図４
（ａ）ではα相−タングステンのみに対応したピークが
現われており、（ｂ）ではβ相−タングステンのみに対
応したピークが現われている。β相−タングステン膜３
６は低温相でＡ−１５型（体心立方（ｂｃｃ）＋面心立
方（ｆｃｃ））構造である。このピークの回折角から求
めた格子定数は、０.５０２ｎｍであった。また、α相
−タングステン膜３８は高温相で体心立方（ｂｃｃ）構
造である。格子定数は、０.３１５ｎｍであった。通
常、一般的にタングステンと言う場合はこのα相−タン
グステンを指す。図３（ｃ）でβ相−タングステンが形
成されたのは、堆積中の基板温度が低いために低温相が
形成されたものと考えられる。
【００２９】次に、コンタクト孔３４内部のタングステ
ンを残すようにタングステン膜３６、３８を全面エッチ
バックする。エッチング条件はガス流量比ＳＦ6／Ａｒ
＝１１０／９０ＳＣＣＭ，ガス圧力２３５ｍＴｏｒｒ、
ＲＦパワー４２５Ｗでエッチング終点検出時間（平均７
０秒間）＋５秒間エッチングした。
ンを残すようにタングステン膜３６、３８を全面エッチ
バックする。エッチング条件はガス流量比ＳＦ6／Ａｒ
＝１１０／９０ＳＣＣＭ，ガス圧力２３５ｍＴｏｒｒ、
ＲＦパワー４２５Ｗでエッチング終点検出時間（平均７
０秒間）＋５秒間エッチングした。
【００３０】電気抵抗率測定、Ｘ線回折分析に使用した
試料と同様のテストウエハで、このエッチバック条件で
のエッチング速度を調べた。β相−タングステン膜３６
は１８００ｎｍ／分、α相−タングステン膜３８は６０
０ｎｍ／分であった。
試料と同様のテストウエハで、このエッチバック条件で
のエッチング速度を調べた。β相−タングステン膜３６
は１８００ｎｍ／分、α相−タングステン膜３８は６０
０ｎｍ／分であった。
【００３１】エッチング終点検出時間（平均７０秒間）
のエッチングでは、図３（ｅ）のように僅かなβ相−タ
ングステン残渣３９が酸化膜上に発生している。このと
き、プラグである埋め込み中心部は平坦である。５秒間
オーバーエッチングすることでβ相−タングステン残渣
３９は容易に除去される。β相−タングステン膜３６の
エッチレートは１８００ｎｍ／分と非常に速いので、短
い時間のオーバーエッチングで充分である。
のエッチングでは、図３（ｅ）のように僅かなβ相−タ
ングステン残渣３９が酸化膜上に発生している。このと
き、プラグである埋め込み中心部は平坦である。５秒間
オーバーエッチングすることでβ相−タングステン残渣
３９は容易に除去される。β相−タングステン膜３６の
エッチレートは１８００ｎｍ／分と非常に速いので、短
い時間のオーバーエッチングで充分である。
【００３２】したがって、本発明を用いることにより、
図３（ｆ）に示すようなプラグ中心部に窪みのない平坦
性に優れたコンタクトプラグを形成できる。なお、窒化
チタン膜／チタン膜３５はその後形成する配線のバリア
層として残した。
図３（ｆ）に示すようなプラグ中心部に窪みのない平坦
性に優れたコンタクトプラグを形成できる。なお、窒化
チタン膜／チタン膜３５はその後形成する配線のバリア
層として残した。
【００３３】コンタクト抵抗を測定したところ、ｎ+コ
ンタクトは１１５Ω、ｐ+コンタクトは２８０Ωと高か
った。これは、コンタクトプラグ内に電気抵抗率の高い
β相−タングステン膜３６が存在しているためと考えら
れる。β相−タングステン膜３６は低温相であるため、
熱処理を施すことで高温相のα相−タングステン膜３６
へ相変態する。先に述べた電気抵抗率を測定したβ相−
タングステン膜３６を水素雰囲気中で熱処理した。電気
抵抗率と熱処理温度の関係を図５に示す。なお、このと
きの熱処理温度は３０分間である。図５からわかるよう
に５００℃の熱処理で急激に電気抵抗率が小さくなる。
この膜をＸ線回折により調べたところ、β相−タングス
テンのピークが消え、α相−タングステンのピークのみ
が認められた。このことから、５００℃の熱処理でβ相
からα相へ相変態している。
ンタクトは１１５Ω、ｐ+コンタクトは２８０Ωと高か
った。これは、コンタクトプラグ内に電気抵抗率の高い
β相−タングステン膜３６が存在しているためと考えら
れる。β相−タングステン膜３６は低温相であるため、
熱処理を施すことで高温相のα相−タングステン膜３６
へ相変態する。先に述べた電気抵抗率を測定したβ相−
タングステン膜３６を水素雰囲気中で熱処理した。電気
抵抗率と熱処理温度の関係を図５に示す。なお、このと
きの熱処理温度は３０分間である。図５からわかるよう
に５００℃の熱処理で急激に電気抵抗率が小さくなる。
この膜をＸ線回折により調べたところ、β相−タングス
テンのピークが消え、α相−タングステンのピークのみ
が認められた。このことから、５００℃の熱処理でβ相
からα相へ相変態している。
【００３４】次に、図３（ｇ）に示すように水素雰囲気
中で５００℃、３０分間熱処理することでβ相−タング
ステン膜３６は、α相−タングステン膜３８へ変化す
る。コンタクト抵抗を測定したところ、ｎ+コンタクト
は３５Ω、ｐ+コンタクトは７５Ωで良好であった。
中で５００℃、３０分間熱処理することでβ相−タング
ステン膜３６は、α相−タングステン膜３８へ変化す
る。コンタクト抵抗を測定したところ、ｎ+コンタクト
は３５Ω、ｐ+コンタクトは７５Ωで良好であった。
【００３５】本実施例では、低温相であるβ相−タング
ステンを形成するのに基板温度を下げて堆積した。ＰＣ
ＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）
など、より低温で堆積可能な方法を用いれば、安定して
β相−タングステンが形成できることはいうまでもな
い。
ステンを形成するのに基板温度を下げて堆積した。ＰＣ
ＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）
など、より低温で堆積可能な方法を用いれば、安定して
β相−タングステンが形成できることはいうまでもな
い。
【００３６】
【発明の効果】本発明は、コンタクトプラグ中心部に下
層よりもエッチング速度の遅いＷ酸化膜、α相Ｗ膜を堆
積することで、これらの膜がマスクとなり、プラグ中心
部の膜べり量を減少させることが可能となる。したがっ
て、本発明を用いることにより、プラグ中心部に窪みの
ない平坦性に優れたコンタクトプラグを形成できる。ま
た、下地基板のＳｉまでエッチングされるようなことは
なく、安定してコンタクトプラグを形成できる。
層よりもエッチング速度の遅いＷ酸化膜、α相Ｗ膜を堆
積することで、これらの膜がマスクとなり、プラグ中心
部の膜べり量を減少させることが可能となる。したがっ
て、本発明を用いることにより、プラグ中心部に窪みの
ない平坦性に優れたコンタクトプラグを形成できる。ま
た、下地基板のＳｉまでエッチングされるようなことは
なく、安定してコンタクトプラグを形成できる。
【図１】本発明の第一の実施例のコンタクトプラグ形成
方法を示す工程順断面図
方法を示す工程順断面図
【図２】本発明の第一の実施例におけるＥＳＣＡの表面
分析結果を示す図
分析結果を示す図
【図３】本発明の第二の実施例のコンタクトプラグ形成
方法を示す工程順断面図
方法を示す工程順断面図
【図４】本発明の第二の実施例におけるＸ線回折の構造
分析結果を示す図
分析結果を示す図
【図５】本発明の第二の実施例における電気抵抗率の熱
処理温度依存性を示す図
処理温度依存性を示す図
【図６】従来のコンタクトプラグ形成方法を説明するた
めの断面図
めの断面図
【図７】従来のコンタクトプラグ形成方法を説明するた
めの断面図
めの断面図
１１ シリコン基板 １２ 拡散層 １３ 酸化膜 １４ コンタクト孔 １５ 窒化チタン膜／チタン膜 １６ タングステン １７ 窪み １８ タングステン酸化膜 １９ タングステン残渣
Claims (4)
- 【請求項１】コンタクト孔を有する下地基板上に、タン
グステン膜を前記コンタクト孔深さ途中まで全面堆積
し、次に前記タングステン膜上にタングステン酸化膜を
堆積し、その後、エッチングを行い、前記コンタクト孔
にタングステン膜のみ、あるいは、前記タングステン膜
および前記タングステン酸化膜を残した後、前記タング
ステン酸化膜を還元する工程を備えたことを特徴とする
コンタクトプラグ形成方法。 - 【請求項２】前記タングステン膜を堆積した後、前記タ
ングステン酸化膜を堆積する工程が、同一の堆積装置に
よる連続堆積であることを特徴とする請求項１記載のコ
ンタクトプラグ形成方法。 - 【請求項３】コンタクト孔を有する下地基板上に、β相
−タングステン膜を前記コンタクト孔深さ途中まで全面
堆積し、次にα相−タングステン膜を堆積した後、全面
エッチングを行い、前記コンタクト孔に前記α相とβ相
−タングステン膜を残し、その後、熱処理することで、
前記β相−タングステン膜をα相−タングステン膜にす
ることを特徴とするコンタクトプラグ形成方法。 - 【請求項４】前記β相−タングステン膜を堆積した後、
前記α相−タングステン膜を堆積する工程が、同堆積装
置による連続堆積であることを特徴とする請求項３記載
のコンタクトプラグ形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25602192A JPH06112155A (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | コンタクトプラグ形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25602192A JPH06112155A (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | コンタクトプラグ形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06112155A true JPH06112155A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=17286816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25602192A Pending JPH06112155A (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | コンタクトプラグ形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06112155A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08213344A (ja) * | 1995-02-03 | 1996-08-20 | Nec Corp | 半導体製造装置および製造方法 |
| KR20010083396A (ko) * | 2000-02-12 | 2001-09-01 | 윤종용 | 에치-백을 이용한 반도체 소자의 콘택 형성 방법 |
| KR100377164B1 (ko) * | 2000-07-31 | 2003-03-26 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 텅스텐 플러그 형성방법 |
| US6746962B2 (en) | 2000-10-26 | 2004-06-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating a semi-conductor device having a tungsten film-filled via hole |
| KR20040080573A (ko) * | 2003-03-12 | 2004-09-20 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자 제조 방법 |
| WO2008132847A1 (ja) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Panasonic Corporation | 圧電デバイスおよびその製造方法 |
| JP2009253008A (ja) * | 2008-04-07 | 2009-10-29 | Panasonic Corp | 圧電デバイスの製造方法 |
| JP2018199863A (ja) * | 2017-05-02 | 2018-12-20 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | タングステン柱を形成する方法 |
| US11882771B2 (en) | 2021-10-18 | 2024-01-23 | International Business Machines Corporation | Smooth metal layers in Josephson junction devices |
-
1992
- 1992-09-25 JP JP25602192A patent/JPH06112155A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08213344A (ja) * | 1995-02-03 | 1996-08-20 | Nec Corp | 半導体製造装置および製造方法 |
| KR20010083396A (ko) * | 2000-02-12 | 2001-09-01 | 윤종용 | 에치-백을 이용한 반도체 소자의 콘택 형성 방법 |
| KR100377164B1 (ko) * | 2000-07-31 | 2003-03-26 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 텅스텐 플러그 형성방법 |
| US6746962B2 (en) | 2000-10-26 | 2004-06-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating a semi-conductor device having a tungsten film-filled via hole |
| KR20040080573A (ko) * | 2003-03-12 | 2004-09-20 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자 제조 방법 |
| WO2008132847A1 (ja) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Panasonic Corporation | 圧電デバイスおよびその製造方法 |
| US8044557B2 (en) | 2007-04-24 | 2011-10-25 | Panasonic Corporation | Piezoelectric device and its manufacturing method |
| JP2009253008A (ja) * | 2008-04-07 | 2009-10-29 | Panasonic Corp | 圧電デバイスの製造方法 |
| JP2018199863A (ja) * | 2017-05-02 | 2018-12-20 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | タングステン柱を形成する方法 |
| US11882771B2 (en) | 2021-10-18 | 2024-01-23 | International Business Machines Corporation | Smooth metal layers in Josephson junction devices |
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