JPH0817762A

JPH0817762A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0817762A
Application number: JP15090894A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Goshima; 秀和五嶋; Nobuyoshi Kobayashi; 伸好小林; Yoshitaka Nakamura; 吉孝中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-07-01
Filing date: 1994-07-01
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】ＣＶＤ法により形成される高融点金属膜の応力
を低減し、膜の剥離を防止した半導体装置の製造方法を
提供すること。【構成】化学気相成長法によりＷ膜１６、１７等の高融
点金属膜を形成する際に、この高融点金属膜の形成を複
数回の成膜ステップと、成膜ステップ間の成膜休止期と
に分けて行ない、各成膜ステップで形成される高融点金
属膜の厚さを、膜の平均応力がゼロとなる際の膜厚に実
質的に等しい膜厚とし、かつ、各成膜休止期に、成膜室
内にＯ₂等の酸化ガス、ＮＨ₃等の窒化ガスを導入して高
融点金属膜の表面を酸化、窒化又は酸窒化するようにし
た半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高融点金属を電極配線
材料として用いた半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の配線材料には、従来、アル
ミニウム又はアルミニウム合金（以下Ａｌと記す）が用
いられてきた。しかし、半導体装置の微細化に伴って、
Ａｌでは信頼性の高い配線を形成することが困難になっ
てきている。この問題を解決するため、タングステン
（以下Ｗと記す）等の高融点金属が配線の一部に用いら
れている。また、高融点金属は化学気相成長法（以下Ｃ
ＶＤ法と記す）によって形成することが可能であるた
め、スパッタ法では埋め込むことができない微細な溝や
孔の内部にも高融点金属を埋め込むことができる。高融
点金属による配線は、この点からも微細化に有利であ
る。

【０００３】高融点金属のＣＶＤ法としては、高融点金
属のハロゲン化物やカルボニル化合物を水素（以下Ｈ₂
と記す）やモノシラン（以下ＳｉＨ₄と記す）、二フッ
化シラン（以下ＳｉＨ₂Ｆ₂と記す）によって還元する方
法（以下Ｈ₂還元法、ＳｉＨ₄還元法及びＳｉＨ₂Ｆ₂還元
法と呼ぶ）がある。このうちＨ₂還元法及びＳｉＨ₂Ｆ₂
還元法は、ブランケット成長に主に用いられ、スパッタ
法によって形成したＷ膜や窒化チタン膜等を接着層とし
て、その接着層上に高融点金属層を形成するのに適用さ
れている。また、ＳｉＨ₄還元法は選択成長に用いら
れ、コンタクト孔やヴィア孔内へのプラグ形成に適用さ
れている。

【０００４】しかし、このＣＶＤ法によって形成した高
融点金属膜は、応力が高いため膜の剥離が生じやすい。
そこで、高融点金属膜を形成する工程を数回の成膜ステ
ップに分割することにより応力を低減することが検討さ
れている（第４０回応用物理学関係連合講演会講演予
稿集第２分冊７８２頁上段（１９９３年））。この方
法は、ＳｉＨ₄還元法による核形成と、Ｈ₂還元法による
Ｗ膜の形成とを繰り返し行なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のＣＶＤ法に
よって形成した高融点金属膜は、上述のように、応力が
高いため膜の剥離を生じやすいという問題があった。例
えばブランケット成長によって高融点金属配線を形成し
た場合、配線形状に加工後、応力により配線が剥離又は
湾曲して断線することがある。また、選択成長によりプ
ラグ形成を行なった場合、接続孔周辺部でＷプラグが下
地から剥離し、接触抵抗を増大させたり信頼性を低下さ
せたりする。

【０００６】高融点金属膜を形成する際の温度を高くす
ると応力は低減されるが、珪素（以下Ｓｉと記す）基板
への侵食（エンクローチメント）やＡｌ配線への熱ダメ
ージが増大してしまうため、形成温度を高くすることは
できない。また、上記従来の成膜ステップを分割する方
法は、応力が２割程度しか低減されないので、配線の剥
離を防ぐには、なお十分でない。

【０００７】本発明の目的は、ＣＶＤ法により形成され
る高融点金属膜の応力を低減し、膜の剥離を防止できる
半導体装置の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体装置の製造方法は、化学気相成長法に
より高融点金属膜を形成する工程を有し、この高融点金
属膜の形成を複数回の成膜ステップと、成膜ステップ間
の原料ガス供給を停止している期間（成膜休止期）とに
分けて行ない、各成膜ステップで形成される高融点金属
膜の厚さを、膜の平均応力がゼロとなる際の膜厚に実質
的に等しい膜厚とし、かつ、各成膜休止期に、成膜室内
に酸素（以下Ｏ₂と記す）等の酸化ガス、アンモニア
（以下ＮＨ₃と記す）等の窒化ガス又はこれらの混合ガ
スを導入して高融点金属膜の表面を酸化、窒化又は酸窒
化するようにしたものである。これらのガスは、アルゴ
ン等の不活性ガスで希釈して導入してもよい。

【０００９】化学気相成長法は、高融点金属、例えば、
タングステンのハロゲン化物と、水素、モノシラン及び
二フッ化シランからなる群から選ばれた少なくとも一種
のガスとを用いて行なうことが好ましい。タングステン
のハロゲン化物は、モリブデンのハロゲン化物やこれら
の混合物を用いてもよい。また、成膜ステップは、２回
以上２０回以下の複数回行なうことが好ましい。

【００１０】

【作用】以下、本発明の作用を説明する。高融点金属の
一つであるＷの成長中の応力は図１（ａ）のように変化
することがジャーナル・オブ・アプライドフィジクス７
４巻（１９９３年）３８９９〜３９１０頁（Journal of
Applied Physics vol.74 pp3899〜3910（1993））に報
告されている。ここでは、電子ビーム蒸着法によって形
成したＷ膜上に、Ｈ₂還元法によってＷ膜を形成してい
る。図中の実線は、Ｗ膜の成長による基板の曲率の変化
量（ρ（ｔ）−ρ₀）である。ここで、基板表面を内側
にするように反った場合（即ち引っ張り応力の場合）の
曲率を正とする。Ｗ膜の応力は式１に示すように曲率の
変化量の微分から求められ、図中の破線のようになる。

【００１１】

【数１】

【００１２】そして、Ｗ膜の平均応力は、微分を膜厚ｔ
による割算に置き換えた式２によって与えられる。

【００１３】

【数２】

【００１４】この図から分かるように、Ｗ膜の応力は膜
厚に対して一定ではない。膜形成の初期には強い引っ張
り応力の膜が成長するが（Ａ−Ｂ間）、その後圧縮応力
に変わり、曲率の変化量も反転する（Ｂ−Ｃ間）。Ｃ点
以後、応力は再び引っ張り応力となり、曲率の変化量も
Ｄ点以後正になり、膜厚に対して直線的に増加する。通
常形成するＷの膜厚はＤ点での膜厚の数倍となっている
ため、式２で与えられる平均の応力は膜厚に依存せずほ
ぼ一定の値となる。

【００１５】今Ｄ点までＷ膜を成長させた場合を考える
と、曲率の変化量はゼロであるからこの膜の平均応力は
ゼロとなる。そこで、Ａ−Ｄ間の膜形成を１ステップと
し、これを数回繰り返すことによって所望の膜厚のＷを
形成できれば、応力がゼロの膜を形成できると考えられ
る。しかし、単にＷ膜形成中に原料ガスの供給を止めて
成長を一旦停止した後再開させただけでは、曲率の変化
量は「成長の停止・再開」を行なわない場合と同様のカ
ーブを描き、応力は変化しない。また、上記従来技術の
ように成長再開時にＳｉＨ₄還元法による核形成を行な
っても、応力は大きく変化しない。

【００１６】これらの結果は、成長中断中の表面の状態
がＷ膜形成前の表面の状態とは異なっていることを考慮
していないために生じたものである。即ち、応力を低減
するためには成長中断中に、表面状態をＷ膜形成前の表
面状態と同等にすることが極めて重要である。種々の検
討を行なったところ、Ｗ膜形成前には下地の接着層の表
面に自然酸化膜が存在していることが大きな影響を及ぼ
していることが分かった。そこで、成膜休止期にＯ₂等
の酸化ガスを成膜室内に導入し表面に薄い酸化膜を形成
すると、従来技術の場合と異なり、図１（ｂ）に示すよ
うに基板の曲率の変化量は成長再開後に再びＡ−Ｄ間と
同様の挙動（Ｄ−Ｅ間）を示した。この方法によって形
成した膜の応力は、一括して膜を形成する通常の方法に
よった場合に比して応力は著しく減少した。また、薄い
窒化膜も自然酸化膜と同等な効果を持ち、ＮＨ₃等の窒
化ガスを導入することによっても応力を低減できる。

【００１７】即ち、成膜休止期にＯ₂等の酸化ガスやＮ
Ｈ₃等の窒化ガスによって表面に薄い酸化膜、窒化膜又
は酸窒化膜を形成して膜表面を膜形成前と同等の状態に
することにより、応力の低減が達成される。

【００１８】

【実施例】

〈実施例１〉高融点金属としてＷを選び本発明による応
力の低減効果を調べた第一の実施例について説明する。
図２は本実施例に使用したＣＶＤ装置の概要図である。
本装置は成膜室上部に備えた応力モニター機構によっ
て、Ｗ膜成長中の基板の曲率の変化を「その場」観察す
ることができる。

【００１９】ｐ型抵抗率１０Ωｃｍ基板面方位（１０
０）のＳｉ基板１上に、厚さ１００ｎｍの熱酸化膜２を
形成した後、スパッタ法により厚さ５０ｎｍのＷ膜３を
堆積して試料基板４を作成した（図３）。この試料基板
４上に種々のＣＶＤ条件によりＷ膜を形成し、曲率の変
化量が負から正に変わる際（図１のＤ点に相当）の膜厚
を調べた。その結果を表１のＤ点膜厚の欄に示す。ここ
でＨ₂還元法のＣＶＤ条件は基板温度＝４００〜５００
℃、ＷＦ₆流量＝８０ｓｃｃｍ、Ｈ₂流量＝４０００ｓｃ
ｃｍ、Ａｒ流量＝１２０ｓｃｃｍ、全圧＝６５０ｍＴｏ
ｒｒであった。また、ＳｉＨ₂Ｆ₂還元法のＣＶＤ条件
は、基板温度＝４００〜４５０℃、ＷＦ₆流量＝１００
ｓｃｃｍ、ＳｉＨ₂Ｆ₂流量＝４００ｓｃｃｍ、Ａｒ流量
＝３００ｓｃｃｍ、全圧＝５００ｍＴｏｒｒであった。
ここで得られた値を１成膜ステップで形成する厚さとし
て本発明によりＷ膜を形成した場合と、一括して成膜す
る従来法によりＷ膜を形成した場合について、Ｗ膜の応
力を比較した結果を表１の応力の欄に示す。ここで、Ｗ
膜の厚さは３８０〜４２０ｎｍとした。

【００２０】

【表１】

【００２１】ここで成膜休止期に成膜室にＯ₂を流す時
間は３０秒、Ｏ₂流量＝１００ｓｃｃｍ、圧力＝１００
ｍＴｏｒｒであった。また、Ｗ膜形成のステップ数は、
Ｈ₂還元法の４００℃、４５０℃及び５００℃において
それぞれ５、４及び３回とし、ＳｉＨ₂Ｆ₂還元法の４０
０℃及び４５０℃においてそれぞれ５及び４回とした。

【００２２】表１より、本発明の方法によって形成した
Ｗ膜は、従来法で形成したＷ膜に比して応力が約１／１
０に低減されることが分かる。本実施例ではＯ₂を流す
時間を３０秒としたが、３秒以上Ｏ₂を流せば応力を低
減させる効果があった。ここで、３秒間Ｏ₂を流した場
合にＷ膜表面に形成された酸化膜の厚さは０．１ｎｍで
あった。一方３分を越えてＯ₂を流すと、その後のＷ膜
成長が均一に起こらず、Ｗ膜厚の基板面内分布が著しく
劣化した。また、３分間Ｏ₂を流した場合にＷ膜表面に
形成された酸化膜の厚さは１０ｎｍであった。これらの
ことから、Ｗ膜厚の分布を劣化させずに応力を低減する
ためには、Ｗ膜表面の酸化膜の厚さは０．１ｎｍ以上１
０ｎｍ以下であればよいことが分かる。そのためには、
Ｏ₂を流す時間は３秒以上３分以下であればよい。同様
の理由により、Ｏ₂流量は１〜１０００ｓｃｃｍ、圧力
は１ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの範囲にあれば応力を低
減させる効果があった。酸化膜の組成は、ＷＯ_x（ｘ＝
１．８〜３．５）であった。また、１成膜ステップで形
成する膜厚が表１に与えられているＤ点膜厚に対して±
１０ｎｍの範囲であれば、応力は２０％程度増加するだ
けであり、本発明による応力低減の効果が認められた。

【００２３】次に、試料基板４上にＷ膜を形成した際、
剥離が生じ始めるＷ膜厚を調べた。その結果、Ｈ₂及び
ＳｉＨ₂Ｆ₂還元法いずれにおいても従来法では、４００
℃では５５０ｎｍ、４５０℃では７００ｎｍにおいて剥
離が生じ始めることが分かった。一方、本発明の方法で
は１５００ｎｍの膜（成膜ステップ：１１〜２０回）を
形成しても剥離が生じなかった。このように、本発明に
よってＷ膜を形成すると従来法によって形成した場合に
比して、応力を１／１０に低減でき、Ｗ膜の剥離を防止
することができる。

【００２４】〈実施例２〉ここでは、種々のガスを成膜
休止期に成膜室に導入し、応力を比較した実施例につい
て述べる。検討したガスは、Ｏ₂、水（Ｈ₂Ｏ）、亜酸化
窒素（Ｎ₂Ｏ）、アンモニア（ＮＨ₃）、ヒドラジン（Ｎ
₂Ｈ₄）、ＳｉＨ₄、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、四弗化珪素
（ＳｉＦ₄）、三弗化シラン（ＳｉＨＦ₃）及び一酸化炭
素（ＣＯ）である。Ｗ膜はＨ₂還元法によって基板温度
＝４５０℃、ＷＦ₆流量＝８０ｓｃｃｍ、Ｈ₂流量＝４０
００ｓｃｃｍ、Ａｒ流量＝１２０ｓｃｃｍ、全圧＝６５
０ｍＴｏｒｒの条件で４００ｎｍ形成した。全体を４つ
の成膜ステップに分け、１成膜ステップで１００ｎｍの
Ｗ膜を形成した。応力を測定した結果を表２に示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】Ｈ₂Ｏ及びＮ₂Ｏでは、Ｏ₂の場合と同じ応
力が得られた。これはＨ₂Ｏ及びＮ₂ＯはＯ₂と同じく酸
化性のガスであり、Ｗ膜表面に薄い酸化膜を形成するた
めである。ＮＨ₃及びＨ₄Ｎ₂では、Ｏ₂の場合よりは応力
が高いものの、大きな応力低減効果があった。これは、
ＮＨ₃或はＮ₂Ｈ₄によってＷ膜表面に窒化膜が形成さ
れ、この窒化膜が酸化膜と同様の効果を持つためであ
る。応力を低減するために必要な窒化膜の厚さを調べた
ところ、０．１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲であればよ
いことが分かった。また、窒化膜の組成はＷ₂Ｎ_x（ｘ＝
０．７５〜１．５）であった。一方、ＳｉＨ₄及びＳｉ₂
Ｈ₆は、Ｗ膜上で分解してＳｉを生じるが、ＳｉではＷ
膜の応力は低減されなかった。またＳｉＦ₄、ＳｉＨＦ₃
及びＣＯは表面に吸着するがＷ膜とは反応しないため、
応力はほとんど低減されなかった。

【００２７】本実施例では酸化ガスとしてＯ₂、Ｈ₂Ｏ及
びＮ₂Ｏを用いたが、オゾン（Ｏ₃）等の他の酸化ガスで
も同様の効果が得られる。また、窒化ガスとしてＮＨ₃
及びＮ₂Ｈ₄を用いたが、モノメチルヒドラジン（（ＣＨ
₃）ＨＮ₂Ｈ₂）やジメチルヒドラジン（（ＣＨ₃）₂Ｎ₂Ｈ
₂）等の他の窒化ガスを用いて窒化膜を形成しても同様
の効果が得られる。また、Ｏ₂とＮＨ₃を同時に加えたと
き、応力は８０であり、Ｏ₂の場合よりは応力がやや高
いものの、大きな応力低減効果があった。これは、Ｏ₂
とＮＨ₃によってＷ膜表面に酸窒化膜が形成されたため
である。

【００２８】〈実施例３〉次に、高融点金属としてＷを
電極配線材料に用いてＭＯＳ−ＦＥＴ（金属酸化物半導
体電界効果トランジスタ）集積回路を作成した実施例に
ついて述べる。図４から図９は、本実施例で作成したＭ
ＯＳ−ＦＥＴ集積回路の製造工程図である。まず、図４
に示すように、ｐ型（１００）Ｓｉ基板１上に、フィー
ルド酸化膜２、厚さ６ｎｍのゲート酸化膜６を形成し
た。その後、スパッタ法及びＨ₂還元ＣＶＤ法により厚
さ１８０ｎｍのＷ膜７（スパッタ法：３０ｎｍ、ＣＶＤ
法：１５０ｎｍ）を堆積した。ここで、ＣＶＤ条件は基
板温度＝４００℃、ＷＦ₆流量＝８０ｓｃｃｍ、Ｈ₂流量
＝４０００ｓｃｃｍ、Ａｒ流量＝１２０ｓｃｃｍ、全圧
＝６５０ｍＴｏｒｒ、成膜ステップ＝２回であった。ま
た、成膜休止期にＨ₂Ｏを３０秒間、流量＝３０ｓｃｃ
ｍ、圧力＝５００ｍＴｏｒｒの条件で成膜室内に導入し
た。

【００２９】次いで、ＰＳＧ（リン入りシリケートガ
ラス）膜８を３０ｎｍ堆積した後、Ｗ膜７及びＰＳＧ膜
８を通常のホトリソグラフィー技術を用いてゲート電極
形状にパターニングした。次いで、ゲート電極であるＷ
膜７、ＰＳＧ膜８をマスクとして、Ａｓイオンをドーズ
量１×１０¹⁵ｃｍ^-2の条件で打込んだ後、アニールを行
ない、ソース・ドレイン領域９を形成した。接合深さは
７０ｎｍであった。その後、ＨＬＤ（高温低圧熱分解）
によるＣＶＤ法でＳｉ酸化膜１０を堆積させた後、全面
ドライエッチングにより、ゲート周辺部にのみＳｉ酸化
膜１０を残し、いわゆるＬＤＤ（ライトリードープド
ドレイン）構造を形成した。

【００３０】その後、図５に示すように、厚さ５００ｎ
ｍのＢＰＳＧ（ボロンドープドＰＳＧ）膜１１をＣＶ
Ｄ法で堆積させた後、Ｎ₂雰囲気中でアニールを行な
い、ＢＰＳＧ膜１１の緻密化を行なった後、通常のホト
リソグラフィー技術を用いて直径０．２μｍの接続孔１
２を形成した。

【００３１】次に、図６に示すように、ＳｉＨ₂Ｆ₂還元
ＣＶＤ法により厚さ４５０ｎｍのＷ／タングステンシリ
サイド（以下ＷＳｉ_xと記す）積層膜１３を堆積した。
ＣＶＤ条件は温度を３５０℃とし、最初の１分間は、Ｗ
Ｆ₆、ＳｉＨ₂Ｆ₂及びＡｒの流量をそれぞれ８、８０
０、３００ｓｃｃｍ、全圧は５００ｍＴｏｒｒとしてＷ
Ｓｉ_xを形成した。その後、ＷＦ₆、ＳｉＨ₂Ｆ₂及びＡｒ
の流量をそれぞれ１００、４００、３００ｓｃｃｍとし
てＷを形成した。この際、１成膜ステップで形成したＷ
膜厚は７０ｎｍであり、成膜休止期にＨ₂Ｏを２０秒
間、流量＝３０ｓｃｃｍ、圧力＝５００ｍＴｏｒｒの条
件で成膜室内に導入した。

【００３２】続いて、通常のホトリソグラフィー技術を
用いてＷ／ＷＳｉ_x積層膜１３を配線形状に加工した。
配線の幅は最小で０．２μｍであった。この際従来法に
よってＷを形成すると、幅０．３μｍ以下の配線の一部
が応力により剥離し断線した。一方、本発明を用いた場
合、幅０．２μｍの配線でも剥離は生じなかった。本実
施例によれば、Ｗ膜の形成前にＷＳｉ_x膜を基板全面に
形成することにより、スパッタ法による接着層の形成を
行なわなくてもＷ膜をＢＰＳＧ膜上に形成できるため、
製造工程を簡略化でき、コストを抑制する効果がある。

【００３３】その後、プラズマＳｉＯ／ＳＯＧ（塗布型
ガラス）／プラズマＳｉＯ積層絶縁膜１４（厚さ、それ
ぞれ３００ｎｍ／４００ｎｍ／３００ｎｍ、合計１μ
ｍ）を堆積した後、通常のホトリソグラフィー技術を用
いて、プラズマＳｉＯ／ＳＯＧ／プラズマＳｉＯ積層絶
縁膜１４にＷ／ＷＳｉ_x積層膜１３に達する直径０．３
μｍのヴィア孔１５を形成した。

【００３４】その後、図７に示すように、スパッタ法及
びＨ₂還元Ｗ−ＣＶＤ法により、それぞれ厚さ３０ｎ
ｍ、４５０ｎｍのＷ膜１６、１７を基板全面に堆積し
た。ＣＶＤ条件は、ＷＦ₆、Ｈ₂及びＡｒの流量をそれぞ
れ１００、４０００、３００ｓｃｃｍ、全圧は５００ｍ
Ｔｏｒｒとし、温度は４５０℃であった。また、１ステ
ップで形成した膜厚は９０ｎｍであり、ステップ間にＮ
Ｈ₃を時間＝３０秒、流量＝５０ｓｃｃｍ、圧力＝２０
０ｍＴｏｒｒの条件で成膜室に流した。その後、Ｗ膜１
６、１７を全面エッチングし、図８に示すようにヴィア
孔１５内のみにＷ膜１６、１７を残した。

【００３５】その後、図９に示すように、タングステン
／チタン合金膜（以下ＴｉＷ膜と記す）１８（厚さ１５
０ｎｍ）、Ａｌ膜１９（厚さ８００ｎｍ）をスパッタ法
により順次堆積し、通常のホトリソグラフィー技術を用
いて、第２層の配線を形成して、ＭＯＳ−ＦＥＴ集積回
路を完成した。

【００３６】ここで、第２層のＡｌ／ＴｉＷ積層配線と
第１層のＷ／ＷＳｉ_x積層配線との導通歩留まりを評価
した。従来法を用いてＷ膜１７を形成した場合、歩留ま
りは３０％であったが、本発明を用いた場合には１００
％導通していた。スパッタ法は段差被覆性が悪いため、
ヴィア孔１５の側壁でＷ膜１６は非常に薄く３ｎｍ以下
になる。そのためＷ膜１６は連続膜ではなく、島状の膜
になり、接着層の面積が低下する。その結果応力の高い
従来法を用いてＷ膜１７を形成した場合、ヴィア孔側壁
からＷ膜が剥離し、導通歩留まりが低下する。一方、本
発明を用いた場合、応力が低いため接着層の面積が少な
くても剥離が起こらず、１００％の導通が得られる。

【００３７】本実施例ではゲート電極であるＷ膜７の応
力が低いため、従来法を用いてＷゲート電極を形成した
場合に比べて、ホットキャリア耐性やゲート酸化膜６の
絶縁耐圧が向上する等のＭＯＳ−ＦＥＴの特性向上が見
られた。本実施例では層間絶縁膜として、第１層目にＢ
ＰＳＧ膜１１、第２層目にプラズマＳｉＯ／ＳＯＧ／プ
ラズマＳｉＯ積層膜１４を用いたが、代わりにＰＳＧ、
ポリイミド系の耐熱性有機高分子絶縁膜等を用いても同
様の構造が得られる。

【００３８】また、本実施例では、第１層配線をＷ／Ｗ
Ｓｉ_x積層膜で形成したが、Ｗ／ＷＳｉ_x積層膜１３の厚
さを１７０ｎｍとし、さらにスパッタ法によりＡｌ膜を
３００ｎｍ堆積して、Ａｌ／Ｗ／ＷＳｉ_xの積層配線と
することもできる。この場合、第１層配線の抵抗が低く
なるため、ＭＯＳ−ＦＥＴ集積回路の動作速度を速くす
ることができた。また、Ａｌ膜の代わりに、Ａｌの中に
珪素、ゲルマニウム等の半導体、銅、パラジウム等の貴
金属、チタン、タンタル、ハフニウム等高融点金属の内
の少なくとも一種類の元素を添加したＡｌ合金を用いて
積層配線を形成してもよい。さらに、Ａｌ膜の代わり
に、銅膜又は銅の中にニッケル等の耐食性金属、パラジ
ウム等の貴金属、チタン、タンタル等高融点金属及び燐
の内の少なくとも一種類の元素を添加した銅合金を用い
て積層配線を形成してもよい。

【００３９】また、本実施例はゲート電極であるＷ膜７
を原料としてＷＦ₆を用いて形成したが、ＷＣｌ₆を用い
ても同様の結果が得られた。さらに、ＭｏＦ₆やＭｏＣ
ｌ₆を用いてＭｏ膜を形成しても、これらの混合物用い
てＷＭｏ膜を形成しても、ほぼ同様の結果が得られた。
なお、成膜ステップ間の成膜休止期に、成膜室内に導入
する物質として、Ｈ₂ＯやＮＨ₃に変えて、実施例２に記
載した各種の物質やこれらの混合物を用いても同様な結
果が得られることは明らかである。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、応力が極めて低い高融
点金属膜をＣＶＤ法によって形成することができ、それ
によって高融点金属膜の剥離を防止した半導体装置を製
造することができた。その結果、半導体装置の高融点金
属配線の断線を防止したり、接続孔の導通不良を低減す
ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｗ膜厚と曲率の変化量、応力との関係を示す概
念図。

【図２】本発明の実施例に使用したＣＶＤ装置の概要
図。

【図３】本発明の実施例１で用いた試料基板の断面図。

【図４】本発明の実施例３の製造工程を示す概略図。

【図５】本発明の実施例３の製造工程を示す概略図。

【図６】本発明の実施例３の製造工程を示す概略図。

【図７】本発明の実施例３の製造工程を示す概略図。

【図８】本発明の実施例３の製造工程を示す概略図。

【図９】本発明の実施例３の製造工程を示す概略図。

【符号の説明】

１…Ｓｉ基板２…酸化膜３、７、１６、１７…Ｗ膜４…試料基板６…ゲート酸化膜８…ＰＳＧ膜９…ソース・ドレイン領域１０…Ｓｉ酸化膜１１…ＢＰＳＧ膜１２…接続孔１３…Ｗ／ＷＳｉ_x積層膜１４…プラズマＳｉＯ／ＳＯＧ／プラズマＳｉＯ積層絶
縁膜１５…ヴィア孔１８…ＴｉＷ膜１９…Ａｌ膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学気相成長法により高融点金属膜を形成
する工程を有する半導体装置の製造方法において、上記
高融点金属膜の形成は、複数回の成膜ステップと成膜ス
テップ間の成膜休止期とからなり、各成膜ステップで形
成される上記高融点金属膜の厚さは、膜の平均応力がゼ
ロとなる際の膜厚に実質的に等しい膜厚であり、かつ、
各成膜休止期に、成膜室内に酸化ガス、窒化ガス又はこ
れらの混合ガスを導入して上記高融点金属膜の表面を酸
化、窒化又は酸窒化することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
【請求項２】上記化学気相成長法は、高融点金属のハロ
ゲン化物と、水素、モノシラン及び二フッ化シランから
なる群から選ばれた少なくとも一種のガスとを用いて行
なうことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項３】上記高融点金属は、タングステン及びモリ
ブデンからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属で
あることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項４】上記高融点金属のハロゲン化物は、六弗化
タングステン、六塩化タングステン、六弗化モリブデン
及び六塩化モリブデンからなる群から選ばれた少なくと
も一種の化合物であることを特徴とする請求項２記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項５】上記酸化ガスは、酸素、水、亜酸化窒素及
びオゾンからなる群から選ばれた少なくとも一種のガス
であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一に
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】上記窒化ガスは、アンモニア、ヒドラジ
ン、モノメチルヒドラジン及びジメチチルヒドラジンか
らなる群から選ばれた少なくとも一種のガスであること
を特徴とする請求項１から５のいずれか一に記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項７】上記複数回の成膜ステップは、２回以上２
０回以下の成膜ステップであることを特徴とする請求項
１から６のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】上記酸化ガス、窒化ガス又はこれらの混合
ガスの導入は、３秒以上３分以下の時間、流量１から１
０００ｓｃｃｍの範囲、圧力１ｍＴｏｒｒから１０Ｔｏ
ｒｒの範囲の条件で行なうことを特徴とする請求項１か
ら７のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】上記高融点金属膜の少なくとも一部の上
に、電極配線用薄膜がさらに形成されることを特徴とす
る請求項１から８のいずれか一に記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項１０】上記電極配線用薄膜は、アルミニウム、
アルミニウ合金、銅又は銅合金であることを特徴とする
請求項９記載の半導体装置の製造方法。