JPH0765174B2 - 半導体ウェーハ上へのタングステン層のcvd蒸着方法 - Google Patents
半導体ウェーハ上へのタングステン層のcvd蒸着方法Info
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- JPH0765174B2 JPH0765174B2 JP2211455A JP21145590A JPH0765174B2 JP H0765174 B2 JPH0765174 B2 JP H0765174B2 JP 2211455 A JP2211455 A JP 2211455A JP 21145590 A JP21145590 A JP 21145590A JP H0765174 B2 JPH0765174 B2 JP H0765174B2
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- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/32051—Deposition of metallic or metal-silicide layers
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/025—Deposition multi-step
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体ウェーハのプロセスに関する。より詳
しくは、本発明は、半導体ウェーハ上にタングステン層
を付着させるプロセスの改良に関する。
しくは、本発明は、半導体ウェーハ上にタングステン層
を付着させるプロセスの改良に関する。
シリコンウェーハのような半導体ウェーハ上及び半導体
ウェーハ中における集積回路構造体の形成においては、
通常、プロセッシングされたウェーハ上の種々のコンタ
クトに対して導電性インターコネクト又はワイヤリング
ハーネスを形成するために、1種又はそれ以上の金属層
が用いられる。そのような金属ワイヤリングハーネス又
はパターン化された金属層は、過去において、金属とし
てアルミニウム又は金が用いられていた。経済的な観点
からは、金よりもアルミニウムが好ましい。しかしなが
ら、集積回路構造のジオメトリーは、段々小さくなって
おり、CVDタングステンにより良好なステップカバレー
ジ及び小さなコンタクトホール又はバイアスの充填が得
られるため、アルミニウムの代わりにタングステン金属
を使用することが好ましくなっている。
ウェーハ中における集積回路構造体の形成においては、
通常、プロセッシングされたウェーハ上の種々のコンタ
クトに対して導電性インターコネクト又はワイヤリング
ハーネスを形成するために、1種又はそれ以上の金属層
が用いられる。そのような金属ワイヤリングハーネス又
はパターン化された金属層は、過去において、金属とし
てアルミニウム又は金が用いられていた。経済的な観点
からは、金よりもアルミニウムが好ましい。しかしなが
ら、集積回路構造のジオメトリーは、段々小さくなって
おり、CVDタングステンにより良好なステップカバレー
ジ及び小さなコンタクトホール又はバイアスの充填が得
られるため、アルミニウムの代わりにタングステン金属
を使用することが好ましくなっている。
しかしながら、半導体ウェーハ上へのタングステンの層
のブランケット蒸着には問題がないわけではない。ま
ず、タングステンの約350℃における従来の蒸着は、ど
ちらかと言えば遅く、即ち1分間当たり約300オングス
トロームである。より速い速度、例えば1分間当たり約
1000オングストロームの速度は、温度を約500〜550℃に
上げた時にのみ達成され、これは下層の集積回路構造体
部分に損傷を与える危険性がありうる。
のブランケット蒸着には問題がないわけではない。ま
ず、タングステンの約350℃における従来の蒸着は、ど
ちらかと言えば遅く、即ち1分間当たり約300オングス
トロームである。より速い速度、例えば1分間当たり約
1000オングストロームの速度は、温度を約500〜550℃に
上げた時にのみ達成され、これは下層の集積回路構造体
部分に損傷を与える危険性がありうる。
さらに、得られたタングステンの層は、常に滑らかなわ
けではなく、シリコン表面の反射能の20%以下に過ぎな
い。これにより、続いてのタングステン層のフォトリソ
グラフィー技術によるパターニングがより困難なものと
なる。さらに、付着の均一性が、比抵抗として測定され
るウェーハを横切る厚さにおいて1%以上変動する。
けではなく、シリコン表面の反射能の20%以下に過ぎな
い。これにより、続いてのタングステン層のフォトリソ
グラフィー技術によるパターニングがより困難なものと
なる。さらに、付着の均一性が、比抵抗として測定され
るウェーハを横切る厚さにおいて1%以上変動する。
従って、付着速度が促進され、得られたタングステン層
の反射能が改良され、並びにより均一な層を提供する半
導体ウェーハ上にタングステン層をブランケット付着す
るための方法において改良を加えることが望まれてい
る。
の反射能が改良され、並びにより均一な層を提供する半
導体ウェーハ上にタングステン層をブランケット付着す
るための方法において改良を加えることが望まれてい
る。
従って、本発明の目的は、改良点として窒素ガスの存在
下で半導体ウェーハ上にタングステンを付着して得られ
たタングステン層の反射能を改良することを含む、真空
室内で半導体ウェーハ上にタングステンの層を付着させ
るための改良方法を提供することにある。
下で半導体ウェーハ上にタングステンを付着して得られ
たタングステン層の反射能を改良することを含む、真空
室内で半導体ウェーハ上にタングステンの層を付着させ
るための改良方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、改良点として、タングステンを半
導体ウェーハ上に、約20〜760Torrの圧力で付着するこ
とによりタングステンの付着速度を改良し、そしてタン
グステン層の表面の反射能を改良することを含む真空室
内で半導体ウェーハ上にタングステンの層を付着させる
ための改良方法を提供することにある。
導体ウェーハ上に、約20〜760Torrの圧力で付着するこ
とによりタングステンの付着速度を改良し、そしてタン
グステン層の表面の反射能を改良することを含む真空室
内で半導体ウェーハ上にタングステンの層を付着させる
ための改良方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、改良点として、さらにタングステ
ンの蒸着前に半導体上に核形成層を形成して、該核形成
層上にタングステンを付着することにより、タングステ
ン付着層の均一性を改良することを含む真空室内で半導
体ウェーハ上にタングステンの層を付着する改良方法を
提供することにある。
ンの蒸着前に半導体上に核形成層を形成して、該核形成
層上にタングステンを付着することにより、タングステ
ン付着層の均一性を改良することを含む真空室内で半導
体ウェーハ上にタングステンの層を付着する改良方法を
提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、改良点として、タングステ
ンの付着前に半導体の層上に核形成層を形成して、該核
形成層上にタングステンを付着することにより、タング
ステン付着層の均一性を改良し、そして前記半導体ウェ
ーハ上の核形成層上に窒素ガスの存在下でタングステン
を付着させることにより得られたタングステンの層の反
射能を改良することを含む真空室内で半導体ウェーハ上
にタングステンの層を付着する改良方法を提供すること
にある。
ンの付着前に半導体の層上に核形成層を形成して、該核
形成層上にタングステンを付着することにより、タング
ステン付着層の均一性を改良し、そして前記半導体ウェ
ーハ上の核形成層上に窒素ガスの存在下でタングステン
を付着させることにより得られたタングステンの層の反
射能を改良することを含む真空室内で半導体ウェーハ上
にタングステンの層を付着する改良方法を提供すること
にある。
本発明のさらに別の目的は、改良点として、タングステ
ンの付着前に半導体上に核形成層を形成して、該核形成
層上にタングステンを付着することにより、タングステ
ン付着層の均一性を改良し、そして前記半導体ウェーハ
上の核形成層上にタングステンを約20〜約760Torrの圧
力で付着させて、タングステン付着速度を改良するこ
と、及び得られたタングステン層の表面の反射能を改良
することを含む真空室内で半導体ウェーハ上にタングス
テンの層を付着する改良方法を提供することにある。
ンの付着前に半導体上に核形成層を形成して、該核形成
層上にタングステンを付着することにより、タングステ
ン付着層の均一性を改良し、そして前記半導体ウェーハ
上の核形成層上にタングステンを約20〜約760Torrの圧
力で付着させて、タングステン付着速度を改良するこ
と、及び得られたタングステン層の表面の反射能を改良
することを含む真空室内で半導体ウェーハ上にタングス
テンの層を付着する改良方法を提供することにある。
さらに、本発明の別の目的は、改良点として、前記半導
体ウェーハ上の核形成層上にタングステンを窒素雰囲気
下、約20〜約760Torrの圧力で付着させて、得られたタ
ングステン層の表面の反射能を改良すること、及びタン
グステン付着速度を改良することを含む真空室内で半導
体ウェーハ上にタングステンの層を付着する改良方法を
提供することにある。
体ウェーハ上の核形成層上にタングステンを窒素雰囲気
下、約20〜約760Torrの圧力で付着させて、得られたタ
ングステン層の表面の反射能を改良すること、及びタン
グステン付着速度を改良することを含む真空室内で半導
体ウェーハ上にタングステンの層を付着する改良方法を
提供することにある。
さらに、本発明の別の目的は、改良点として、タングス
テンの付着前に半導体上に核形成層を形成して、該核形
成層上にタングステンを付着することにより、タングス
テン付着層の均一性を改良し、そして前記半導体ウェー
ハ上に核形成層上にタングステンを窒素雰囲気下、約20
〜約760Torrの圧力で付着させて、得られたタングステ
ン層の表面の反射能を改良すること、及びタングステン
付着速度を改良することを含む真空室内で半導体ウェー
ハ上にタングステンの層を付着する改良方法を提供する
ことにある。
テンの付着前に半導体上に核形成層を形成して、該核形
成層上にタングステンを付着することにより、タングス
テン付着層の均一性を改良し、そして前記半導体ウェー
ハ上に核形成層上にタングステンを窒素雰囲気下、約20
〜約760Torrの圧力で付着させて、得られたタングステ
ン層の表面の反射能を改良すること、及びタングステン
付着速度を改良することを含む真空室内で半導体ウェー
ハ上にタングステンの層を付着する改良方法を提供する
ことにある。
本発明のこれらの及び他の目的は、下記の記載及び添付
した本発明の方法を示すフローシートにより明らかであ
る。
した本発明の方法を示すフローシートにより明らかであ
る。
本発明は、半導体ウェーハ上にタングステン層を形成す
る方法における改良、即ち、タングステン層の表面の反
射能を改良すること、タングステン層の付着速度の増加
することを提供するものである。
る方法における改良、即ち、タングステン層の表面の反
射能を改良すること、タングステン層の付着速度の増加
することを提供するものである。
一つの実施態様において、タングステン層の表面の反射
能は、付着中の窒素ガスの存在により改良されうる。付
着速度は、付着中の圧力を増加させることによっても改
良でき、これにより、得られたタングステン層の表面の
反射能についても有利な効果が得られる。
能は、付着中の窒素ガスの存在により改良されうる。付
着速度は、付着中の圧力を増加させることによっても改
良でき、これにより、得られたタングステン層の表面の
反射能についても有利な効果が得られる。
さらに、別の実施態様において、本発明の方法は、タン
グステン層を形成する前にウェーハ上に核形成層を形成
することによりコーティング層の均一性を改良すること
をも含む。
グステン層を形成する前にウェーハ上に核形成層を形成
することによりコーティング層の均一性を改良すること
をも含む。
本発明の方法の技術において、半導体ウェーハ、例えば
既に形成されている集積回路構造の部分を有する、例え
ば1又はそれ以上のトランジスターを有するシリコン基
板を使用することができる。通常、下層のシリコン基板
及びその中に形成された集積回路構造上には、シリコン
基板内に形成された集積回路構造の下層の部分への開口
又はバイアスを提供するために予めパターニング絶縁
層、例えばシリコン酸化層が形成されている。
既に形成されている集積回路構造の部分を有する、例え
ば1又はそれ以上のトランジスターを有するシリコン基
板を使用することができる。通常、下層のシリコン基板
及びその中に形成された集積回路構造上には、シリコン
基板内に形成された集積回路構造の下層の部分への開口
又はバイアスを提供するために予めパターニング絶縁
層、例えばシリコン酸化層が形成されている。
タングステンの層は、酸化シリコン層に直接化学蒸着
(CVD)により形成することができないので、タングス
テンの層の下層の構造への接着性を向上するために、絶
縁層上に中間層を形成する。中間層は、下層の絶縁層及
び上に形成されるタングステン層の両者と化学的に相溶
性であり、タングステン及び絶縁層の両者と良好な接着
性を有する材料のいずれをも含みうる。
(CVD)により形成することができないので、タングス
テンの層の下層の構造への接着性を向上するために、絶
縁層上に中間層を形成する。中間層は、下層の絶縁層及
び上に形成されるタングステン層の両者と化学的に相溶
性であり、タングステン及び絶縁層の両者と良好な接着
性を有する材料のいずれをも含みうる。
中間層を含みうる材料の例には、スパッタリングされた
タングステン、スパッタリングされたチタンタングステ
ン(TiW)、又は窒化チタン(TiN)が含まれ、TiNのス
パッタリング、窒素の存在下におけるチタン標的の反応
性スパッタリング、チタンのスパッタリング及びそれに
続く窒素との熱反応、又はTiNのCVD付着により形成する
ことができる。
タングステン、スパッタリングされたチタンタングステ
ン(TiW)、又は窒化チタン(TiN)が含まれ、TiNのス
パッタリング、窒素の存在下におけるチタン標的の反応
性スパッタリング、チタンのスパッタリング及びそれに
続く窒素との熱反応、又はTiNのCVD付着により形成する
ことができる。
本発明の一実施態様によると、タングステン層は、真空
室内でWF6、Ar、N2、及びH2ガスの組み合わせを用いてC
VD付着により、中間層に直接付着される。ガス混合物
は、1分間当たり、約20〜約200標準立法センチメート
ル(sccm)、好ましくは約20〜約100sccmのWF6、約100
〜約5000sccm、好ましくは約1000sccm〜約3000sccmのア
ルゴンのような不活性担体ガス、約10〜約300sccmの窒
素、及び約300〜約2000sccm、好ましくは約500〜約2000
sccmの水素の流量で流される。
室内でWF6、Ar、N2、及びH2ガスの組み合わせを用いてC
VD付着により、中間層に直接付着される。ガス混合物
は、1分間当たり、約20〜約200標準立法センチメート
ル(sccm)、好ましくは約20〜約100sccmのWF6、約100
〜約5000sccm、好ましくは約1000sccm〜約3000sccmのア
ルゴンのような不活性担体ガス、約10〜約300sccmの窒
素、及び約300〜約2000sccm、好ましくは約500〜約2000
sccmの水素の流量で流される。
本発明による、タングステン付着において使用されるガ
ス混合物中の窒素の存在は、付着されたタングステン層
の反射能を増加し、続いてのパターニング工程における
フォトリソグラフィーの使用を容易にすることが見出さ
れた。タングステン層の反射能は、シリコン層の反射能
との比較により測定され、100%の値は、シリコン表面
の反射能と等しい反射能を示す。
ス混合物中の窒素の存在は、付着されたタングステン層
の反射能を増加し、続いてのパターニング工程における
フォトリソグラフィーの使用を容易にすることが見出さ
れた。タングステン層の反射能は、シリコン層の反射能
との比較により測定され、100%の値は、シリコン表面
の反射能と等しい反射能を示す。
タングステンCVD蒸着の間、真空室内の圧力は約20〜約7
60Torr、好ましくは約60〜約100Torr、そして最も好ま
しくは約75〜約85Torr、典型的には80Torrに維持され
る。圧力が、圧力がまれにしか1Torrを超えない従来のC
VDタングステン付着プロセスに比べてかなり高いことに
注目すべきである。下記に論じるように、より高い圧力
により、著しく速い付着速度が得られ、これは従来技術
のタングステン付着速度に比べて一桁大きいものであり
うる。本発明の方法におけるより高い圧力により、付着
したタングステン層の表面の反射能が増加するという利
点もある。
60Torr、好ましくは約60〜約100Torr、そして最も好ま
しくは約75〜約85Torr、典型的には80Torrに維持され
る。圧力が、圧力がまれにしか1Torrを超えない従来のC
VDタングステン付着プロセスに比べてかなり高いことに
注目すべきである。下記に論じるように、より高い圧力
により、著しく速い付着速度が得られ、これは従来技術
のタングステン付着速度に比べて一桁大きいものであり
うる。本発明の方法におけるより高い圧力により、付着
したタングステン層の表面の反射能が増加するという利
点もある。
本発明により、そのような高い圧力を用いると、混合物
中のガスの全流量がさらに高くなるため、WF6及びH2の
流量並びに希釈ガスの流量をさらに調節することが可能
になることにより、CVD付着されたタングステン層に生
じる応力を調整できる点でさらに利益がある。本発明の
発明者らは、プロセス操作のいかなる理論にも拘束され
ることを望むものではないが、より高い流量により層の
成長メカニズムが変化し、タングステン層の機械的応力
が変化しうると考えられうる。
中のガスの全流量がさらに高くなるため、WF6及びH2の
流量並びに希釈ガスの流量をさらに調節することが可能
になることにより、CVD付着されたタングステン層に生
じる応力を調整できる点でさらに利益がある。本発明の
発明者らは、プロセス操作のいかなる理論にも拘束され
ることを望むものではないが、より高い流量により層の
成長メカニズムが変化し、タングステン層の機械的応力
が変化しうると考えられうる。
室内のサセプタ、即ちウェーハ支持板の温度は、付着の
間、約350℃〜約525℃、好ましくは約450℃〜約475℃の
範囲に維持される。
間、約350℃〜約525℃、好ましくは約450℃〜約475℃の
範囲に維持される。
付着時間は、タングステン層40に望まれる厚さにより変
化しうる。本発明の方法のタングステン付着速度は、従
来技術の付着速度より1桁程速いが、1分間当たり約20
00〜約7000オングストロームの範囲で変化しうる。例え
ば、約0.8μm〜約1.5μm、典型的には、本発明の方法
により、約1μmのタングステン層を付着するために
は、付着時間は約2〜約7分間の範囲で変化しうる。
化しうる。本発明の方法のタングステン付着速度は、従
来技術の付着速度より1桁程速いが、1分間当たり約20
00〜約7000オングストロームの範囲で変化しうる。例え
ば、約0.8μm〜約1.5μm、典型的には、本発明の方法
により、約1μmのタングステン層を付着するために
は、付着時間は約2〜約7分間の範囲で変化しうる。
付着は、任意の市販品として得られるCVD蒸着装置によ
り上記の温度及び圧力範囲内で操作しうる。そのような
市販の装置の例には、カリフォルニア州,サンタクララ
のApplied Materials.Inc.により販売されているPrecis
ion5000マルチチャンバー付着及びエッチングシステム
が挙げられる。本発明の技術において使用しうるこのタ
イプのマルチチャンバー装置は、Toshimaの米国特許第
4,785,962号に記載され、特許権の請求がなされてい
る。該出願は本願の譲受人に譲渡されており、本願の参
考文献とされる。
り上記の温度及び圧力範囲内で操作しうる。そのような
市販の装置の例には、カリフォルニア州,サンタクララ
のApplied Materials.Inc.により販売されているPrecis
ion5000マルチチャンバー付着及びエッチングシステム
が挙げられる。本発明の技術において使用しうるこのタ
イプのマルチチャンバー装置は、Toshimaの米国特許第
4,785,962号に記載され、特許権の請求がなされてい
る。該出願は本願の譲受人に譲渡されており、本願の参
考文献とされる。
そのような装置において、ガス分配口、即ち“シャワー
ヘッド”のウェーハからの距離は調整されることがで
き、ウェーハはガス口から約200〜600mil、好ましくは
約300〜500milの範囲内で、典型的には約400milの範囲
の距離に隔置される。しかしながら、該空間は、少なく
とも300〜500milの範囲は、本発明の方法の操作におい
て臨界的であるとは考えられていない。
ヘッド”のウェーハからの距離は調整されることがで
き、ウェーハはガス口から約200〜600mil、好ましくは
約300〜500milの範囲内で、典型的には約400milの範囲
の距離に隔置される。しかしながら、該空間は、少なく
とも300〜500milの範囲は、本発明の方法の操作におい
て臨界的であるとは考えられていない。
本発明の方法の別の実施態様においては、タングステン
層付着の前に、中間層上に核形成層を形成する。本発明
の核形成層の目的は、その上にタングステン層の均一な
付着を促進する成長部位の層を提供することにある。
層付着の前に、中間層上に核形成層を形成する。本発明
の核形成層の目的は、その上にタングステン層の均一な
付着を促進する成長部位の層を提供することにある。
そのような核形成層の必要性は中間層を形成するのに使
用される材料に依存して変化する。スパッタリングした
タングステン又はスパッタリングしたチタンタングステ
ンが中間層を構成する場合、核形成層の形成の必要が減
少し、所望によっては完全に省略しうる。しかしなが
ら、中間層が窒化チタンの層を含む場合には、直接窒化
チタン層にCVD付着させた(本発明の核形成層なしに)
タングステンは、層全体にわたる厚さ、即ち比抵抗が10
〜15%程度異なることが見出されているため、タングス
テン層の付着の前に、本発明の実施態様の技術に従い、
核形成層を形成することが重要である。
用される材料に依存して変化する。スパッタリングした
タングステン又はスパッタリングしたチタンタングステ
ンが中間層を構成する場合、核形成層の形成の必要が減
少し、所望によっては完全に省略しうる。しかしなが
ら、中間層が窒化チタンの層を含む場合には、直接窒化
チタン層にCVD付着させた(本発明の核形成層なしに)
タングステンは、層全体にわたる厚さ、即ち比抵抗が10
〜15%程度異なることが見出されているため、タングス
テン層の付着の前に、本発明の実施態様の技術に従い、
核形成層を形成することが重要である。
本発明の方法の技術により核形成層を形成するために
は、上記のように絶縁層及び中間層が形成された半導体
ウェーハを、前記のようなCVD装置内に置き、シラン(S
iH4)を含むガス混合物を室内に流す。
は、上記のように絶縁層及び中間層が形成された半導体
ウェーハを、前記のようなCVD装置内に置き、シラン(S
iH4)を含むガス混合物を室内に流す。
ガスの流入混合物は、約5〜約50sccmのWF6、約5〜約5
0sccmのSiH4、約500〜約3000のAr、及び約20〜約300scc
mのN2を含む。
0sccmのSiH4、約500〜約3000のAr、及び約20〜約300scc
mのN2を含む。
タングステンの付着方法において既に記載したように、
真空室内の圧力は約20〜約760Torr、好ましくは約60〜
約80Torr、そして最も好ましくは約75〜約85Torr、典型
的には約80Torrに維持され、サセプタ温度は約350℃〜
約525℃、好ましくは約450℃〜約475℃の範囲に維持さ
れる。
真空室内の圧力は約20〜約760Torr、好ましくは約60〜
約80Torr、そして最も好ましくは約75〜約85Torr、典型
的には約80Torrに維持され、サセプタ温度は約350℃〜
約525℃、好ましくは約450℃〜約475℃の範囲に維持さ
れる。
核形成層の充分な厚さの成長、即ち約200〜約1000オン
グストロームは、上記の条件下、約5〜約20秒間で生じ
る。より厚い層は処理時間の延長により付着されること
ができ、それは予定された目的のため、即ちタングステ
ン層のより均一な付着を促進するためには不必要であ
る。
グストロームは、上記の条件下、約5〜約20秒間で生じ
る。より厚い層は処理時間の延長により付着されること
ができ、それは予定された目的のため、即ちタングステ
ン層のより均一な付着を促進するためには不必要であ
る。
下記の実施例は、本発明の方法をさらに説明するための
ものである。
ものである。
実施例I 予めシリコン酸化膜の上に形成された窒化チタンの層を
有する直径150mm(6″)のシリコンウェーハを、圧力
が80Torrに、サセプタ温度が450℃に維持されたCVD真空
室内に置いた。1000sccmのAr、20sccmのSiH4、20sccmの
WF6、及び50sccmのN2を含むガス混合物を、ウェーハか
ら400mil離れた開口からチャンバ内に約10秒間流して、
ウェーハ上に約500オングストロームの核形成層を形成
した。
有する直径150mm(6″)のシリコンウェーハを、圧力
が80Torrに、サセプタ温度が450℃に維持されたCVD真空
室内に置いた。1000sccmのAr、20sccmのSiH4、20sccmの
WF6、及び50sccmのN2を含むガス混合物を、ウェーハか
ら400mil離れた開口からチャンバ内に約10秒間流して、
ウェーハ上に約500オングストロームの核形成層を形成
した。
実施例II 実施例Iにより核形成層を形成したウェーハ、及び同じ
寸法のシリコンウェーハに、各々スパッタリングしたタ
ングステン、スパッタリングしたチタンタングステン
を、酸化シリコン膜上に、核形成膜を用いずに形成した
ものを、個々に同一の圧力及び温度下のCVD真空室に入
れ、実施例Iに記載した条件で隔置したガス口で、1500
sccmのAr、1000sccmのH2、30sccmのWF6及び50sccmのN2
を約3分間室内に流した。
寸法のシリコンウェーハに、各々スパッタリングしたタ
ングステン、スパッタリングしたチタンタングステン
を、酸化シリコン膜上に、核形成膜を用いずに形成した
ものを、個々に同一の圧力及び温度下のCVD真空室に入
れ、実施例Iに記載した条件で隔置したガス口で、1500
sccmのAr、1000sccmのH2、30sccmのWF6及び50sccmのN2
を約3分間室内に流した。
各々のウェーハを除去し、得られたタングステン層の性
質を調べた。各ウェーハは、約9000オングストロームの
厚さで付着したタングステンの均一な層を有し(約3000
オングストローム/分の付着率を示す)、層の比抵抗と
して測定される膜厚の変化が2%未満であることが見出
された。
質を調べた。各ウェーハは、約9000オングストロームの
厚さで付着したタングステンの均一な層を有し(約3000
オングストローム/分の付着率を示す)、層の比抵抗と
して測定される膜厚の変化が2%未満であることが見出
された。
各々のタングステン層の表面の反射能は、シリコン表面
の反射能を比較して、各々のタングステン層について10
0%であることが見出された。各タングステン層の比抵
抗は約8.5μΩセンチメートルであり、応力は約6×109
ダイン/cm2であった。
の反射能を比較して、各々のタングステン層について10
0%であることが見出された。各タングステン層の比抵
抗は約8.5μΩセンチメートルであり、応力は約6×109
ダイン/cm2であった。
実施例III 本発明の方法をさらに説明するために、スパッタリング
されたチタンタングステン層を有する、実施例IIで使用
したウェーハと同様の6″ウェーハを、CVD室内に流さ
れるガス混合物に窒素が含まれないこと以外は同一の条
件の同一のCVD真空室内に置いた。
されたチタンタングステン層を有する、実施例IIで使用
したウェーハと同様の6″ウェーハを、CVD室内に流さ
れるガス混合物に窒素が含まれないこと以外は同一の条
件の同一のCVD真空室内に置いた。
その後、ウェーハを取り出し、試験した。タングステン
表面の反射能を測定したところ、シリコンの反射能の60
%であることがわかった。比抵抗は9μΩcmであり、応
力は9×109ダイン/cm2であった。
表面の反射能を測定したところ、シリコンの反射能の60
%であることがわかった。比抵抗は9μΩcmであり、応
力は9×109ダイン/cm2であった。
実施例IV 実施例IIで使用したウェーハの一つと同一の別のウェー
ハを、CVD真空室内に置き、温度を475℃に上げ、Ar及び
H2のガス流量を各々2500sccm及び1500sccmに上げること
以外は実施例II及びIIIの条件と同一の条件下でプロセ
ッシングした。プロセスは、約3分間行われ、約9000オ
ングストロームのタングステンが付着された。タングス
テン表面の反射能が測定され、少なくとも100%である
ことがわかった。従って、付着率は実施例IIと同一、即
ち3000オングストローム/分であった。得られたタング
ステン層の応力は、1〜2×109ダイン/cm2であること
が見出された。
ハを、CVD真空室内に置き、温度を475℃に上げ、Ar及び
H2のガス流量を各々2500sccm及び1500sccmに上げること
以外は実施例II及びIIIの条件と同一の条件下でプロセ
ッシングした。プロセスは、約3分間行われ、約9000オ
ングストロームのタングステンが付着された。タングス
テン表面の反射能が測定され、少なくとも100%である
ことがわかった。従って、付着率は実施例IIと同一、即
ち3000オングストローム/分であった。得られたタング
ステン層の応力は、1〜2×109ダイン/cm2であること
が見出された。
実施例V 本発明の方法において使用される高圧の効果、低圧方法
と比較して説明するために、直径6″のウェーハを、圧
力を80Torrから僅かに10Torrへ低下させること以外は、
実施例IIと同じ方法によりプロセッシングした。得られ
たタングステン層の反射能はシリコンの20%に過ぎなか
った。
と比較して説明するために、直径6″のウェーハを、圧
力を80Torrから僅かに10Torrへ低下させること以外は、
実施例IIと同じ方法によりプロセッシングした。得られ
たタングステン層の反射能はシリコンの20%に過ぎなか
った。
従って、本発明は、半導体ウェーハ上へのタングステン
層形成のための改良された方法を提供する。該方法にお
いては、付着プロセスを従来技術に比べて著しく高い圧
力で実施することにより、付着率及び反射能が改良さ
れ、付着に使用されたガス中に窒素を存在させることに
より反射能が改良され、核形成層を形成することにより
特に窒化チタンの層上に使用した場合にタングステン層
の均一性が強化される。
層形成のための改良された方法を提供する。該方法にお
いては、付着プロセスを従来技術に比べて著しく高い圧
力で実施することにより、付着率及び反射能が改良さ
れ、付着に使用されたガス中に窒素を存在させることに
より反射能が改良され、核形成層を形成することにより
特に窒化チタンの層上に使用した場合にタングステン層
の均一性が強化される。
図は、本発明の方法を説明するフローシートを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディヴィッド ニン クー ワン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95070 サラトガ ソービー ロード 15230 (72)発明者 ディヴィッド チェン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95128 サン ホセ シャーマン オーク ス ドライヴ 974 (56)参考文献 特開 昭64−64317(JP,A) 特開 昭63−76875(JP,A) 特開 昭61−198628(JP,A) 特開 昭60−145376(JP,A)
Claims (17)
- 【請求項1】蒸着室内において、集積回路構造を上に有
する半導体ウェーハ上にタングステンを付着させる改良
方法であって、 (a) 集積回路構造をおおうように該ウェーハ上に絶
縁層を形成し、 (b) 該絶縁層上に中間層を形成し、及び (c) 蒸着室内において20〜760Torrの圧力を維持し
ながら該中間層上にタングステンを付着させること を含む方法。 - 【請求項2】絶縁層がシリコン酸化物を含む請求項
(1)記載の方法。 - 【請求項3】中間層がタングステン、チタンタングステ
ン及び窒化チタンからなる群から選ばれる材料を含む請
求項(1)記載の方法。 - 【請求項4】中間層が (a) 窒化チタンターゲットからの窒化チタンのスパ
ッタリング、 (b) 窒素ガスの存在下におけるチタンターゲットか
らのチタンのスパッタリングによる反応性スパッタリン
グ、 (c) チタンターゲットからのチタンのスパッタリン
グ及びそれに続く窒素との熱反応、または (d) 窒化チタンのCVD付着 によって形成される窒化チタンを含む、請求項(3)記
載の方法。 - 【請求項5】蒸着室内を100Torrを越えない圧力に維持
しながらタングステンの付着を実施する、請求項(1)
記載の方法。 - 【請求項6】蒸着室内を85Torrを越えない圧力に維持し
ながらタングステンの付着を実施する、請求項(1)記
載の方法。 - 【請求項7】蒸着室内においてウェーハ支持板上を350
〜525℃の温度に維持しながらタングステンの付着を実
施する、請求項(1)記載の方法。 - 【請求項8】窒化チタン中間層上にタングステン核形成
層を形成する工程をさらに含む請求項(3)記載の方
法。 - 【請求項9】半導体ウェーハ上に予め形成した窒化チタ
ン層上に核形成層を形成し、該核形成層上にタングステ
ンの層を付着させることを特徴とする、半導体ウェーハ
上にタングステンを付着させる改良方法。 - 【請求項10】蒸着室内において、集積回路構造を上に
有する半導体ウェーハ上にタングステンを付着させる改
良方法であって、 (a) 集積回路構造をおおうように該ウェーハ上に絶
縁層を形成し、 (b) 該絶縁層上に窒化チタン中間層を形成し、 (c) 該窒化チタン中間層の上にCVDタングステン核
形成層を形成し、及び (d) 該核形成層上にタングステンを付着させること を含む方法。 - 【請求項11】絶縁層がシリコン酸化物を含む請求項
(10)記載の方法。 - 【請求項12】窒化チタン中間層が (a) 窒化チタンターゲットからの窒化チタンのスパ
ッタリング、 (b) 窒素ガスの存在下におけるチタンターゲットか
らのチタンのスパッタリングによる反応性スパッタリン
グ、 (c) チタンターゲットからのチタンのスパッタリン
グ及びそれに続く窒素との熱反応、または (d) 窒化チタンのCVD付着 によって形成される請求項(10)記載の方法。 - 【請求項13】CVDタングステン核形成層を形成する工
程が、該核形成層の付着の間、蒸着室内において20〜76
0Torrの圧力を維持することを含む請求項(10)記載の
方法。 - 【請求項14】CVDタングステン核形成層を形成する工
程が、該核形成層の付着の間、蒸着室内を100Torrを越
えない圧力に維持することを含む請求項(13)記載の方
法。 - 【請求項15】CVDタングステン核形成層を形成する工
程が、該核形成層の付着の間、蒸着室内を85Torrを越え
ない圧力に維持することを含む請求項(13)記載の方
法。 - 【請求項16】CVDタングステン核形成層上にタングス
テンを付着させる工程を蒸着室内においてウェーハ支持
板上を350〜525℃の温度に維持しながら実施する請求項
(10)記載の方法。 - 【請求項17】CVDタングステン核形成層上にタングス
テンを付着させる工程が、該タングステンを付着させる
間、蒸着室内を20〜760Torrの圧力に維持することを含
む請求項(10)記載の方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/398,653 US5028565A (en) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | Process for CVD deposition of tungsten layer on semiconductor wafer |
US398653 | 1989-08-25 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0390572A JPH0390572A (ja) | 1991-04-16 |
JPH0765174B2 true JPH0765174B2 (ja) | 1995-07-12 |
Family
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---|---|---|---|
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JP10077363A Expired - Fee Related JP3094004B2 (ja) | 1989-08-25 | 1998-03-25 | 半導体ウェーハ上へのタングステン層のcvd蒸着方法 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10077363A Expired - Fee Related JP3094004B2 (ja) | 1989-08-25 | 1998-03-25 | 半導体ウェーハ上へのタングステン層のcvd蒸着方法 |
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