TW569323B - Method of forming tungsten film - Google Patents

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TW569323B
TW569323B TW091118001A TW91118001A TW569323B TW 569323 B TW569323 B TW 569323B TW 091118001 A TW091118001 A TW 091118001A TW 91118001 A TW91118001 A TW 91118001A TW 569323 B TW569323 B TW 569323B
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reducing gas
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Kazuya Okubo
Mitsuhiro Tachibana
Cheng Fang
Kenji Suzuki
Kohichi Satoh
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Tokyo Electron Ltd
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569323 A7 B7 經濟部智慈財產苟〃貝工消f合作社印敗 五、發明説明（i ) 技術·領域 本發明係關於在半導體晶圓等被處理體表面形成鎢膜 之方法背景技術 一般、半導體積體電路之製造製程，爲了在被處理體 之半導體晶圓表面形成佈線圖案或埋塡佈線間等凹部及接 觸用凹部，乃進行堆積w C鎢）、w s i (鎢矽化物）、 T i (鈦）、T i N (鈦氮化物）、T i s i (鈦矽化物 )、C u (銅）、T a 2〇5 (鉅氧化物）等金屬或金屬化 合物，以形成薄膜。且，上述各種薄膜中，由於比電阻小 、裝膜溫度亦低等之理由，致被多用鎢膜。欲形成此種鎢 膜時，即以原料使用W F 6 (六氟化鎢），藉氫、矽烷、二 氯矽烷等將此加以還原，再堆積鎢膜。 形成上述鎢膜時，爲了粘著性之提升、抑制與下層之 矽層的反應等理由，故在晶圓表面予以形成薄又均勻之以 T i膜、T i N膜、或兩者之積層膜爲底層之隔膜層，復 於該隔膜層上堆積上述鎢膜。 在此欲進行凹部等埋塡時，爲促成良好埋塡性雖主要 使用還原性比矽烷爲低之氫氣體，由於未反應之W F 6致上 述隔膜層被浸蝕，隔膜層與氟互相反應而進行體積性膨脹 ’故有向上以突狀突出之火山發生、或在埋入孔發生間隙 之情形。 將此參照圖1 3加以說明。圖1 3爲發生火山及間隙 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標华（CMS ) A4規格（210X 297公釐） -4- 569323 經濟部智慧財產^g (工消贫合作社印奴 A7 B7五、發明説明（2 ) 之埋入孔剖面顯示圖。在半導體晶圚W之表面有接觸孔等 之埋入孔2 ，在該埋入孔2之包括內面的表面，預先予以 形成例如由T i / T i N膜所成之隔膜層4。且，以如此 狀態同時供應W F 6氣體及Η 2氣體加以堆積鎢膜6而進行 埋塡時，W F 6中之氟即擴散至隔膜層內，尤其表面部之隔 膜層4的T i與氟反應，致以埋入孔2近旁爲基點突起狀 地堆積鎢膜6 ，其突起部之頂端部由於鎢膜6應力發生火 山8，又在埋入孔2內發生空洞狀之間隙1 0。 而，爲防止上述火山8等之發生，雖起初替代氫氣體 ，利用比其還原力較強的矽烷予以形成稍厚、例如僅 3 0 0〜5 Ο Ο A左右之鎢膜種子層，然後，再以該種子層 爲起點藉Η 2氣體與W F 6氣體進行堆積主要鎢膜，惟此時 ，卻有由於底層膜之隔膜層4表面沾污等，致無法使種子 層均勻之情形。 於是，亦進行：形成上述種子層之前，僅將矽烷單獨 供應所定時間，以該一部分會分解程度之低溫、例如 4〇0 t左右促使晶圓表面吸住矽烷之反應中間體（ S i Η X ： X < 4 )，而將此作爲基點令上述種子層成長 。圖1 4 Α〜1 4 F即爲使用如此方法藉鎢埋塡埋入孔時 之製程顯示圖。 首先，如圖1 4 A所示，對於包括埋入孔2內面之晶 圖表面全體形成有隔膜層4之晶圓W，進行單獨供給矽烷 (S i Η 4 )促使晶圓W表面粘著上述S i Η X之反應中間 體的起始處理（圖1 4 Α及圖1 4 Β )。其次，如先前說 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ現格（210X297公釐） -5- 569323 A7 B7 五、發明説明（3 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 明，僅所定時間將w F 6氣體及Η 2氣體如圖1 4 C所示同 時予以供應，藉以上述反應中間體1 2爲起點進行堆積鎢 膜，而形成種子層1 4 (圖1 4 D )。 接著，如圖1 4 E所示，藉同時供應W F 6氣體及Η 2 氣體，如圖1 4 F所示將主要鎢膜1 6予以堆積以埋塡埋 入孔。 但，在形成上述晶圓表面所形成隔膜層4時，爲提高 此時之階躍式覆蓋率，一般雖使用T i之有機化合物源， 其中所含碳成分卻呈亦爲隔膜層4所含，致此成爲原因， 雖進行上述階躍式覆蓋率亦由於碳成分所露出之表面，而 反應中間體之粘著呈不均勻，被形成不均勻之種子層1 4 ，種子層1 4本身之階躍式覆蓋率變壞，其結果主要鎢膜 之埋塡性較壞，有被形成間隙、火山等之問題。 又，上述種子層1 4之厚度對於包括主要鎢膜1 6之 全體鎢膜厚度所佔比率不大時雖不會發生問題，惟由於細 微化致對於主要鎢膜厚度之該種子層1 4厚度所佔比率變 爲不能忽視程度之大時，卻有起因於上述種子層1 4之階 經濟部智¾財產苟〃貝工消贤合作社印製 躍式覆蓋率變壞，而亦有發生無法忽視大小之間隙的問題 〇 如上問題，隨著半導體製造之細微化及薄膜化更加進 步以致埋入孔之內徑例如變爲〇 . 2 // m以下時，則成爲 特別嚴重之問題更加明顯化。 發明之開示 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公趁） -6 - 569323 經濟部智慧財產局爵(工消骨合作社印災 A7 B7五、發明説明（4 ) 本發明乃著眼於上述問題，爲有效解決該等問題所開 發者。於是，本發明之目的，即在提供一種例如埋入孔孔 徑雖小，亦能抑制付予特性不良影響程度大之間隙發生或 火山發生，而埋塡特性良好之鎢膜形成方法。 本發明之鎢膜形成方法，其特徵係爲：在被設成可真 空汲引之處理容器內，對被處理體表面予以形成鎢膜時， 將供應還原性氣體之還原性氣體供應製程與供應含鎢氣體 之鎢氣體供應製程，在兩製程間介存供應惰性氣體同時真 空汲引之淸理製程下，加以交錯反覆實行以形成初期鎢膜 〇 藉此’可形成膜厚均勻性高之種子層的初期鎢膜，進 而’以後在堆積主要鎢膜時，例如埋入孔孔徑雖小，亦能 抑制賦予特性不良影響程度大之間隙發生或火山發生。 本發明之鎢膜形成方法，係在被設成可真空汲引之處 理容器內，對被處理體表面予以形成鎢膜時，將供應還原 性氣體之還原性氣體供應製程與供應含鎢氣體之鎢氣體供 應製程’在兩製程間介存供應惰性氣體同時真空汲引之淸 理製程下’透過上述還原性氣體供應製程與上述鎢氣體供 應製程以及上述淸理製程以控制還原性氣體與含鎢氣體以 及惰性氣體之全壓呈一定，且交錯反覆實行上述還原性氣 體供應製程及上述鎢氣體供應製程而形成初期鎢膜。 依據本發明，藉透過上述還原性氣體供應製程與上述 鎢氣體供應製程以及上述淸理製程以控制還原性氣體與含 _氣體以及惰性氣體之全壓呈一定，乃可將晶圓（被處理 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS〉八现格（2丨〇>< 297公验） 569323 A7 B7 經濟部智慧財產局g(工消f合作社印敗 五、發明説明（5) 體）之溫度或被覆蓋之氣體量保持於一定。 本發明之鎢膜形成方法，係在被反覆之還原性氣體供 應製程內的最初還原性氣體供應製程，可將還原性氣體之 分壓與供應時間的積所成參數設定成比其他還原性氣體供 應製程之參數爲大。 依據本發明，則可在被處理體表面予以粘著反應中間 體促使表面活性化，令其實質上具有與習知方法之起始處 理相同功能。 本發明之鎢膜形成方法，係在還原性氣體供應製程內 的最初還原性氣體供應製程，可將還原性氣體之供應時間 設定成比其他還原性氣體供應製程之供應時間爲長，且透 過所有還原性氣體供應製程與鎢氣體供應製程以及淸理製 程以控制還原性氣體與含鎢氣體以及惰性氣體之全壓呈一 定’而交錯反覆進行上述還原性氣體供應製程及鎢氣體供 應製程予以形成初期鎢膜。 依據本發明，乃可由最初之還原性氣體供應製程來完 成與習知方法之起始處理相同功能，且藉將還原性氣體與 含鎢氣體以及惰性氣體之全壓控制呈一定，而可將晶圓（ 被處理體）之溫度或被覆蓋之氣體量保持於一定。 本發明之鎢膜形成方法，係在上述初期鎢膜形成後， 藉同時供應上述含鎢氣體與上述還原性氣體，而可進行形 成主要鎢膜之主要鎢膜形成製程。 依據本發明，例如埋入孔孔徑雖小，亦能抑制對於特 性赋予不良影響程度大小之間隙發生或火山發生。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 29*7公f ) -8- 569323 Α7 Β7 五、發明説明（6 ) 本發明之鎢膜形成方法，係可在上述初期鎢膜形成製 早呈與上述主要鎢膜形成製程之間，以上述含鎢氣體之流量 比$交i：述主要鎢膜形成製程時爲小之狀態，藉同時供應上 述含_氣體及上述還原性氣體，而可進行形成鈍化鎢膜的 純化鶴膜形成製程。 依據本發明，上述鈍化鎢膜則以所謂鈍膜而作用，且 在初期鎢膜厚度較薄予以形成主要鎢膜時，雖由於W F 6之 浸飽致會發生火山，惟藉鈍化鎢膜之形成而可保護初期金烏 膜，更加地改善埋入特性。 本發明之鎢膜形成方法，係在上述初期鎢膜形成製程 與上述鈍化鎢膜形成製程，可將程序壓力與程序溫度中之 至少一方實質上設成相同。 又’本發明之鎢膜形成方法，係在上述主要鎢膜形成 製程，比起上述鈍化鎢膜形成製程可將程序壓力與程序溫 度中之至少一方實質上設定爲較高。 又，本發明之鎢膜形成方法，上述含鎢氣體可爲W ρ> 6 氣體與有機鎢源氣體中之任一。 又’本發明之鎢膜形成方法，上述還原性氣體可爲Η 2 氣體、矽烷C S i Η 4 )、乙矽烷（S i 2 Η 6 )、二氯砂 烷 C S i Η 2 C 1 2 )、乙硼烷（Β 2 Η 6 )、膦（Ρ Η 3 ) 中之任一。 又，本發明之鎢膜形成方法，上述含鎢氣體可爲w F β 氣體、上述速原性氣體在初期鎢膜形成製程可爲g丨Η 4氣 體’在上述鈍化鎢膜形成製程及上述主要鎢膜形成製程可 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j 訂 經濟部智祛財產局員工消费合作社印製 -9, 569323 A7 B7 五、發明説明（7 ) 爲Η 2氣體。 圖示·之簡單說明· 圖1爲實施本發明有關鎢膜的形成方法之熱處理裝置 構成剖面顯示圖。 圖2 Α爲在還原性氣體供應製程與鎢氣體供應製程間 予以介在淸理製程時之氣體供應形態顯示圖。 圖2 B爲在圖2 A之氣體供應形態，將最初還原性氣 體供應製程之還原性氣體分壓·供應時間參數增大時之氣 體供應形態顯示圖。 圖2 C爲在圖2 B之氣體供應形態，將鈍化鎢膜形成 製程予以介在於初期鎢膜形成製程與主要鎢膜形成製程之 間的氣體供應形態顯示圖。 圖2 D爲在圖2 A之氣體供應形態，將鈍化鎢膜形成 製程予以介在於初期鎢膜形成製程與主要鎢膜形成製彳呈& 間的氣體供應形態顯示圖。 圖3 A爲蓮蓬頭部內設有擴散板時之擴散處理處理容 器內矽烷C S i Η 4 )分壓分佈狀態顯示圖。 圖3 Β爲蓮蓬頭部內未設擴散板時之擴散處理處理容 器內矽烷（S丨Η 4 )分壓分佈狀態顯示圖。 圖4爲半導體晶圖表面所堆積鎢膜之一例示擴大剖面 圖。 圖5爲半導體晶圓表面所堆積鎢膜之其他例示擴大剖 面圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210Χ297公修)~ —---- ' -10- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 %». 經濟部智惡財產苟員工消费合作社印製 569323 Α7 Β7 五、發明説明（8) 圖6爲矽烷之參數（T 〇 r r · s e c )與各循環所 形成膜厚之關係曲線顯示圖。 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖7爲W F 6之參數（T 〇 r r · s e c )與各循環所 形成膜厚之關係曲線顯示圖。 圖8爲氣體供應之各循環所形成膜厚之溫度依存性曲 線顯示圖。 圖9爲W F 6之參數（· Ί： 〇 r r · s e c )與各細胞之 火山發生數的關係曲線顯示圖。 圖1 Ο A爲習知方法所埋塡之埋入孔剖面的圖面代用 顯示照片。 圖1 Ο B爲本發明方法所埋塡之埋入孔剖面的圖面代 用顯示照片。 圖1 1爲鎢膜電阻値之溫度依存性曲線顯示圖。 圖1 2爲晶圓表面之F濃度（擴散量）縱向剖面曲線 顯示圖。 經濟部智祛財產局員工消f合作社印製 圖1 3爲發生火山及間隙之埋入孔剖面顯示圖 圖1 4 A爲在包括埋入孔內之內面的晶圓表面全體形 成有隔膜層之晶圓W藉鎢予以埋塡埋入孔時的製程一例示 圖。 圖1 4 B爲在粘著有S ί Η X反應中間體之晶圖W藉 鎢予以埋塡埋入孔時的製程一例示圖。 圖1 4 C爲以反應中間體爲起點予以堆積種子層之晶 圖W藉鎢予以埋塡埋入孔時的製程一例示圖。 圖1 4 D爲被形成有種子層狀態之晶圖W藉鎢予以埋 本紙浪尺度適用中國國家標隼（〇奶）/\4規格（210>< 297公飨） -11 - 569323 A7 B7 經濟部智迖財產^㈤工消費合作社印吸 五、發明説明（9) 塡埋入孔時的製程一例示圖。 圖1 4 E爲對形成有種子層狀態之晶圓W供應還原性 氣體及含鎢氣體予以埋塡埋入孔時的製程一例示圖。 圖1 4 F爲被形成有主要鎢膜狀態之晶圓W藉鎢予以 埋塡埋入孔時的製程一例示圖。 符號.說明 2 埋入孔 4 隔膜層 12 反應中間體 14 種子層 16 主要鎢層 2 0 熱處理裝置 2 2 處理容器 2 4 蓮蓬頭部 2 6 密封構件 2 7 擴散板 2 8 氣體噴射口 3 0 反射鏡 32 保持構件 3 4 載置台 3 6 提升銷 38 環形構件 4 0 推舉棒 4 2 提升銷孔 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公趁） -12- 569323 A7 B7 經濟部智^財產苟肖工消骨合作社印製 五、發明説明（10) 4 4 伸縮管 4 6 促動器 4 8 排氣口 5 0 排氣通路 5 2 閘閥 5 4 透過窗 56 密封構件 5 8 加熱室 6 0 加熱燈 6 2 轉台 7 0 還原性氣體供應製程 7 0 A 最初還原性氣體供應製程 7 2 鎢氣體供應製程 7 4 淸理製程 76 初期鎢膜 7 8 主要鎢膜 8 0 主要鎢膜形成製程 82 鈍化鎢膜 84 鈍化鎢膜形成製程 發明之最佳竄施形態 以下，參照圖示詳述本發明有關之鎢膜的形成方法一 實施例。 圖1爲實施本發明有關鎢膜的形成方法之熱處理裝置 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0><297公漦） -13- 569323 A7 B7 五、發明説明（Μ ) (請先閲讀背而之注意事項再填寫本頁) 構成剖面顯示圖、圖2 A〜圖2 D爲各氣體之供應形態顯 不圖、圖4爲半導體晶圓表面所堆板鶴膜之一例不擴大剖 面圖、圖5爲半導體晶圓表面所堆積鎢膜之其他例示擴大 剖面圖。 首先，就實施本發明方法之熱處理裝置加以說明。該 熱處理裝置2 0 ，乃具有例如剖面略呈圓筒狀之鋁製處理 容器2 2。處理容器2 2內天頂部則介〇形環等密封構件 2 6設有可選擇性導入被流量控制之處理氣體、例如各種 成膜氣體或輸運氣體的蓮蓬頭部2 4，而自其下面所設多 數氣體噴射口 2 8可向處理空間S噴射成膜氣體。又，亦 有在該蓮蓬頭部2 4內予以裝設具多數擴散孔2 5之一張 或多張擴散板2 7，以促進所導入氣體之擴散的構成。 該處理容器2 2內，卻在自處理容器底部豎立之圓筒 狀反射器3 0上，設有例如介三支L字狀保持構件3 2 ( 在圖1僅顯示兩支）可裝載被處理體之半導體晶圓W的載 置台3 4。 . 經濟部智慧財產局肖工消f合作社印製 該載置台3 4下方係向上起立設有多數支、例如三支 L字狀提升銷3 6 (圖示例僅記兩支），該提升銷3 6根 部則穿過上述反射器3 0所形成縱向長孔（未圖示），被 共同連接於環形構件3 8。且，將該環形構件3 8藉穿插 於處理容器底部所設推舉棒4 0加以上下作動，而可使上 述提升銷3 6穿插於載置台3 4所貫設提升銷孔4 2以提 舉晶圖W。 上述推舉棒4 0之容器底部的貫通部，卻介設有爲保 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（hOXW7公釐） -14- 569323 Λ7 Β7 經濟部智祛財產局工消費合作社印製 五、發明説明（12) 持處理容器2 2內部密封狀態所需之可伸縮之伸縮管4 zi ’該推舉棒4 0底端被連接於促動器4 6。 又’處理容器2 2底部周緣乃設有排氣口 4 8 ，該排 氣口 4 8即與未圖示真空泵所連接之排氣通路5 〇相連接 ，而可將處理容器2 2內真空汲引至所定之真空度。又， 處理容器2 2側壁更設有晶圓搬出搬入時進行開閉之閘閥 5 2。 雖未圖示，處理容器2 2尙設有可測定壓力之真空計 C C a p a m a η 〇 ni e t e 1·) ’排氣通路5 0亦設有可δ周整處理容器 2 2內之壓力的壓力調節閥（Auto Pressure Control Valve) ο 又，載置台3 4直下之處理容器底部，卻介〇形環等 密封構件5 6以氣密地裝設有由石英等熱線透過材料所成 之透過窗5 4，其下方包圍於該透過窗5 4設有箱狀加熱 室5 8。該加熱室5 8內以加熱手段將例如多數加熱燈 6 0予以裝備於亦兼反射鏡之轉台6 2 ，該轉台6 2即介 轉軸由加熱室5 8底部所設轉動馬達6 4進行轉動。因此 ’自該加熱燈6 0放出之熱線係通過透過窗5 4照射於薄 形載置台3 4底面予以加熱，進而可間接加熱該載置台 3 4上之晶圓W。如此藉使用加熱燈6 0 ，則能非常快速 地增速晶圓W之升溫速度。 其次，就使用如上構成裝置進行之本發明方法加以說 明。 首先，啓開處理容器2 2側壁所設閘閥5 2 ，藉未围 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0X297公麂） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 569323 Α7 Β7 五、發明説明（13) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 示搬送臂將晶圓w搬入處理容器2 2內，藉推舉提升銷 3 6把晶圖W交接於提升銷3 6側。且藉壓下推舉棒4 0 將提升銷3 6予以下降’將晶圓W載置於載置台3 4上。 該晶圓W表面包括埋入孔2內面已在前製程被以底層膜形 成有如T i / T i N膜之隔膜層4 (參照圖1 4 A )。 接著，自未圖示之處理氣體源以處理氣體將所定成膜 氣體或輸運氣體’藉如後述氣體供應形態以各所定量予以 供給蓮蓬頭部2 4 ’再由底面之氣體噴射口 2 8略均等地 供給處理容器2 2內。與此同時，藉自排氣口 4 8吸引排 氣內部氣氛將處理容器2 2內真空汲引呈所定壓力同時’ 並將位於載置台3 4下方之加熱手段的各加熱燈6 0轉動 驅動，以進行放射熱能。 被放射熱能，通過透過窗5 4後，照射於載置台3 4 裏面予以加熱。該載置台3 4由於如上述例如爲1 m m左 右地非常薄致被迅速加熱，而可迅速將其上面載置之晶W W加熱至所定溫度。所供應成膜氣體則發生所定之化學反 應，鎢膜之薄膜堆積於晶圓表面前面被予以形成。 經濟部智祛財產局貨工消费合作社印製 在此，參照圖2 A〜圖2 D具體地說明各氣體之供應 形態。 圖2 A〜圖2 D係顯示有三種氣體供應形態，在各形 態，以所定流量或依需改變流量，作爲輸運氣體被連_ $ 供給例如A r , N 2氣體。又，同樣地，處理容器2 2內’ 亦在一連串之製程間被連續性進行真空汲引。 在此，卻以含鎢氣體使用W F β氣體，以還原性氣體使 本紙ί艮尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（21〇Χ：297公釐） -16- 569323 A7 B7 14 五、發明説明（ 用Η 2氣體、或使用比該η 2氣體還原力更強之S i [-1 4氣 體。 (請先閲讀背面之注意事項异填寫本頁) 首先，圖2 A所示氣體供應形態，係將供應還原性氣 體之S 1 Η 4氣體的還原性氣體供應製程7 0與供應含鎢氣 體之W F 6氣體的鎢氣體供應製程7 2 ，在該等兩製程間予 以介在以情性氣體供給輸運氣體並作真空汲引之淸理製程 7 4_下’予以反覆交錯進行而形成初期鎢膜7 6 (參照圖 4 )。即’將S i Η 4氣體供應與W F 6氣體供應交錯反覆 進行’且在該等反覆製程間予以介在淸理製程7 4，以進 行初期鎢膜形成製程。而，該初期鎢膜形成製程之最後則 在還原性氣體供應製程7 0結束。此點，與在圖2 β〜圖 2 D亦同。 如疋’形成初期鎢膜7 6後，接著，以還原性氣體替 代S 1 Η 4氣體而使用η 2氣體，藉同時供應該Η 2氣體與 含鎢氣體之W F 6氣體' 其他惰性氣體’例如A r，N 2氣 體，以進行形成主要鎢膜7 8之主要鎢膜形成製程’由主 要鎢膜7 8將埋入孔2完全埋塡。 經濟部智慈財產笱工消f合作T-1印製 在此’將該初期鶴膜形成製程之自某還原性氣體供應 製程7 0至其次還原性氣體供應製程7 〇之期間設爲一循 環時’圖2 A之情形雖實行三循環，然並非限定於該循環 數。 在此’各运原性熱體供應製程7 Q之钥間T 1 、及各 鎢氣體供應製程7 2之期間T 2分別爲1〜3 〇秒，較佳 爲爲3〜1 0秒、又淸理製程74之期間τ3爲〇〜3〇 木紙張尺度適用中國國家標擎（CNS ) Λ4規格（210X297公释） 、17 569323 A7 B7 五、發明説明（15) 秒，較佳爲爲0〜1 0秒。又，上述淸理製程7 4僅進行 真空汲引亦可。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 較佳爲，將還原性氣體及含鎢氣體以及情性氣體之全 壓（Total Pressure )，透過還原性氣體供應製程7 0與鎢 氣體供應製程7 2及淸理製程了 4予以控制於一定。藉將 氣體全壓控制一定，乃可將晶圓（被處理體）之溫度或被 覆蓋氣體之吸著量保持於一定。上述氣體全壓之控制，卻 能藉處理容器2 2所設真空計測定處理容器2 2內之壓力 ’並調整排氣通路5 0所設壓力調節閥使該壓力呈一定加 以進行 在此，由於對淸理製程7 4之時間已進行評價，故就 其結果加以說明。 經濟部智½財產局a(工消f合作社印製 圖3 A，圖3 B爲處理容器內1之矽烷（S i Η 4 )分 壓分佈狀態顯示圖，圖3 Α爲顯示蓮蓬頭部2 4內設有擴 散板2 7之情形，圖3 B爲顯示蓮蓬頭部2 4內未設置擴 散板之情形。圖中，橫軸爲表示自晶圓中心至半徑方向之 距離。在此，係測定S 1 I-I 4停止供應直後，進行數秒鐘（ 〇〜3秒）淸理時之晶圓上所殘留S 1 Η 4之分壓。 如自圖3 A，圖3 Β可明暸，蓮蓬頭部內設有擴散板 (圖3 A ) —方較快呈爲低分壓，可判別圖3 A所示情形 ，藉進行略1 . 5秒鍾左右之淸理製程即能將S 1 Η 4之分 壓降低至lxl〇_lPa左右，又，圖3Β所示情形’藉 進行略3秒鍾左右之淸理製程即能將S 1 Η 4之分壓降低至 lxl〇~lPa左右。 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公t ) -18 - 經濟部智丛財產场其工消骨合作社印製 569323 A7 B7_ _^-- 五、發明説明（16) 因此，不關蓮蓬頭部之構造，至少進行3秒®左右之 淸理製程，就能將殘留矽烷之分壓降低呈略爲零’ m @ 視氣相反應所致之影響。 又，退回圖2 A，將在此之S 1 Η 4氣體或vv F 6氣體 流量予以控制爲較少量，促使該等分壓比呈較小° 1 ’早呈 序溫度亦設定爲較低之2 0 0〜5 0 0 °C、更佳爲2 5 0 〜4 5 0 °C。又，初期鎢膜之一循環膜厚爲1〜5 0 A、較 佳予以形成爲3〜2 Ο A。 又，主要鎢膜形成製程8 0之時間卻依存於應形成之 膜厚。在此將W F 6氣體流量、Η 2氣體流量均予以增多， 程序壓力、程序溫度亦稍微提升，將成膜率設定爲較大。 藉此，在晶圓W表面，可將初期鎢膜7 6比較均勻且 良好之粘著予以堆積。該初期鎢膜7 6乃能以圖1 4 C中 之種子層1 4作用，因此，可在其上面以良好之埋塡丨生狀 態堆積主要鎢膜7 8。 又，圖2 Β所示氣體供應形態，係在上述圖2 Α所· # 氣體供應形態中進行反覆之還原性氣體供應製程Θ @胃％ 還原性氣體供應製程7 0 A，將還原性氣體分jg ( T 〇 r r )與供應時間（s e c )之積所成參數設定呈比 其他還原性氣體供應製程70之上述參數（T〇 ^ ^ _ s e c )爲大。在此，則不改變S i Η 4氣體之流量而予以 拉長最初還原性氣體供應製程7 0 Α之期間τ 4、例如丨_ 行1〜1 2 0秒鐘較佳進行3 0〜9 0秒鐘以增大參數（ T 〇 r r . sec)。 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0 X 297公趁） ^~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
569323 A7 B7 五、發明説明（18) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 6 0秒。關於此時之程序溫度，其上限値爲回避火山之發 生，或考慮階躍式覆蓋率之提升爲2 0 0〜5 0 0 °C、較 加爲2 5〇〜4 5 0 °C。 又，關於此時之S 1 Η 4氣體分壓與供應時間之積的參 數（Torr.sec)，爲回避火山之發生爲10〜 300 (Torr . sec)、較佳爲30〜200 C Torr . sec) 〇 在初期鎢膜形成製程，第二次以後的還原性氣體供應 製程7 0之氣體比爲S 1 Η 4 /輸運氣體=9 0 s c c m / 3 9 0 0 s c c m，期間T 1爲5秒，程序壓力爲7 · 5
Torr ( 9 9 8 P a )，程序溫度爲 2 0 0 〜5 0 0 °C 、較佳爲2 5 0〜4 5 0 t。此時之上述參數，由於需使 膜厚飽和之必要性爲0 · 1〜1 0 ( T ◦ r r . s e c ) 、較佳爲0.2〜5 (Torr . sec)。 又，鎢氣體供應製程7 2之氣體比爲W F 6 /輸運氣體 =3 0 s c c m / 3 9 0 〇 s c c m，期間 T 2 爲 5 秒， 程序壓力爲7 · 5To r r (998Pa)，程序溫度爲 經濟部皙慧財產苟資工消骨合作社印奴 2〇0〜5 0 0 t：、較佳爲2 5〇〜4 5〇°C 。此時之上 述參數（VV F 6氣體分壓X供應時間），由於回避火山之發 生需使膜厚飽和之必要性宜爲0 . 0 1〜0 . 6 ( T〇r r . s e c )、較佳爲〇 .〇4〜0 · 5 (
Torr . sec) 〇 在此，就還原性氣體供應製程7 0及鎢氣體供應製程 7 2詳細說明時，圖6爲略2 8 0 °C時之矽烷的參數與各 本紙ifc尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X 297公釐） -21 - 569323 A7 B7_ ^ 五、發明説明（19) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 循環所形成膜厚之關係曲線示意圖。針對膜厚在參數 〇 · 2以上時略呈飽和，比0 · 2小時膜厚雖依存於參數 之大小，惟爲全體形成呈所定厚度之初期鎢膜7 6 ’只要 是在可使一循環所形成膜厚安定化之範圍，藉將參數設定 於0 . 1〜1 〇、較佳爲〇 · 2〜5 ，膜厚即在各種程序 條件之範圍內呈飽和，而可予以安定化。 圖7爲略2 8 0 t時之W F 6的參數與各循環所形成膜 厚之關係曲線示意圖。針對膜厚在參數0 · 〇 4以上時略 呈飽和，比0 · 0 4小時膜厚雖依存於參數之大小，惟如 上述，爲使一循環所形成膜厚安定化，將參數設定於 〇 · 01〜1〇、較佳爲〇·〇4〜5 。 又，圖8爲氣體供應之各循環所形成膜厚的溫度依存 性曲線示意圖。在此顯示將S i Η 4與W F 6交錯供應9 0 次（9 0循環）時之各循環膜厚。又，橫軸爲取實際晶圓 溫度。 經濟部智绝財產局寅工消骨合作社印製 自該曲線圖明瞭，能判別：晶圓溫度爲1 0 0 °C時未 被堆積W膜，在2 0 0〜3 0 0 °c時w膜之成膜速度隨著 溫度上升緩和地增快、之後，在3 0 0 t以上時隨著溫度 上升，成膜速度急遽地增快。因此，可知晶圓溫度（比程 序溫度稍低）自膜厚之觀點宜設定於1 0 以上。 又，圖9爲W F 6氣體之參數（T 〇 r r · s e c )與 各細胞之火山發生數的關係曲線示意圖。在此所謂一細胞 爲含有約5萬個接觸孔之集合體。依據該曲線圖，參數 0 . 5以下時火山之發生爲零，比0.5爲大時火山之發 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS )八4規格（210X 297公釐） -22- 569323 A7 B7 五、發明説明（2〇) 生數略成比例增加，但在各種程序條件範圍內，W F 6氣體 之參數宜爲0 · 0 1〜0 · 6 、較佳爲〇.0 zi〜0 · 5 。該初期鎢膜7 6之厚度雖隨著埋入孔2內徑而異，卻例 如爲1 0〜2 Ο 〇A左右、較佳爲2 0〜1 5 〇A左右。 其次，在鈍化鎢膜形成製程8 4，氣體比爲w F 6 / Η 2 / 輸運氣體=1 5 s c c m / 1 8 0 〇 s c c m / 3 6 Ο 0 s c c m，程序壓力爲 7 · 5 T 〇 r r (998
Pa)，程序溫度爲2 0 0〜5〇0 t：、較佳爲2 5 〇〜 4 5〇t ，程序時間丁 5爲1 0〜6〇秒鐘。此時之W F 6 分壓由於需回避火山之發生宜爲Ο·001〜〇. 5 (
Torr.sec)、較佳爲0.005〜0.2( τ 0 r r · s e c )。因此，鈍化鎢膜形成製程，在反應 速律範圍內，盡量降低W F 6之流量進行形成較爲有效。 又，鈍化鎢膜8 2之厚度，雖隨著埋入孔2內徑而異 ，惟爲回避火山之發生及欲得某程度以上之階躍式覆蓋率 ，予以設定於1 0〜2 Ο Ο A左右、較佳爲2 0〜1 5 0 A 左右之範圍內。 又，在該鈍化鎢膜形成製程8 4 ，與先前之初期鎢膜 形成製程相比，係將程序壓力及程序溫度中之至少任一方 實質上設定爲相同。藉此，可將兩製程間之移轉圓滑且短 時間地加以實行。 又，在主要鎢膜形成製程8 0 ，爲回避火山之發生並 獲得某程度以上之階躍式覆蓋率及成膜率，其氣體比宜爲 W F e / Η 2 / 輸運氣體=9 〇 s c c m / 7 5 0 s c c m 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（210X 297公t ) (讀先閱讀背面之注意事項*填寫本頁)
IT 經濟部智£財產局與工消赀合作社印製 -23 - 569323 A7 ___B7 五、發明説明（21) / 3 0〇〇s c c m ’程序壓力爲4 〇 丁 〇 r r ( 5 3 2 0 P a ) ’早壬序溫度爲3 0 0〜5〇0 °C、較佳爲 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 5 0〜4 5 0 °C。在此，程序壓力爲回避火山之發生宜 — 20〜200Torr(2660〜2660〇Pa) 範圍內，程序溫度上限値爲/回避火山之發生並獲得某程 度以上之階躍式覆蓋率及成膜率宜爲3 0 0〜5 0 (3 t：、 較佳爲3 5 0〜4 5〇°C左右。 又，關於W F 6氣體之分壓，其下限値爲使階躍式覆蓋 率呈某程度高，宜爲0 · 4Tor r (53Pa)左右， 上限値爲回避火山之發生在程序壓力4 Ο T o r r以下時 爲 2 ·〇T〇rr ( 2 6 6 0 P a )。且，WF6/H2 之 氣體比，爲某程度拉高階躍式覆蓋率及回避火山發生宜爲 0·01〜1 、較佳爲0·1〜0·5。 經濟部智^財1'^肖工消費合作社印製 又，在主要鎢膜形成製程8 0，與鈍化鎢膜形成製程 8 4相比，係將程序壓力及程序溫度中之至少任一方實質 上設定爲較高。藉此，可拉高主要鎢膜形成製程8 0之成 膜率。尤其在此，於兩製程間雖促使程序溫度自3 5 0 °C 上升至4 0 0 °C，惟在該溫度上升期間亦形成鎢膜，予以 提商處理速度爲宜。 使用如圖2 C所示本發明方法實際上進行埋塡，即獲 得如圖1 0 A , 1 0 B所示結果。 圖1 0 A， 1 0 B分別爲本發明方法與習知方法所埋 塡之埋入孔剖面顯示照片，圖1 〇 A所示習知方法，雖有 在埋入孔中發生間隙之不妥結果，但圖1 0 B所示本發明 本紙張尺度適ffl中國國家標準（CNS) ΛΦ規格（210X 297公釐） -24- 569323 A7 _ __B7 五、發明説明（22) 方法’在埋入孔中並未發生間隙，可獲得良好之埋塡特性 。又’此時之埋入孔內徑爲〇 · 1 3 a m。因此，微細孔 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲〇 · 1 3 y m以上時特別有效果。且〇 · 1 3 v m以下 之微細孔亦有效。 又’將膜厚變換於1 〇 〇 A與3 Ο Ο A加以成膜時之鎢 模表面’以電子顯微鏡觀察進行表面粗糙度測定結果，由 習知C V D法成膜時’表面粗糙度隨著膜厚自1 〇 〇 a變爲 3 Ο Ο A而增大。針對之，本發明方法時，表面粗糖度並不 依存膜厚，可判明略安定地保持著平滑表面。 此時’亦一起測定電阻値，故就其評價結果參照圖 1 1加以說明。 圖1 1爲鎢膜電阻値之溫度依存性曲線顯示圖。圖中 ’ a爲顯示習知c v d法（程序溫度兰4 0 0 °C )之鎢膜 ’ b爲顯示程序溫度2 8 0 °C之本發明方法所成之鎢膜。 經濟部智慈財產¾¾工消赀合作社印製 自該曲線圖可知，本發明方法所成之膜b， c比習知 C V D法所形成之膜a具有約2〜4倍高之電阻値。此可 推想本發明方法所形成膜b， c之結晶子大小比習知方法 時小2〜4倍所致。又，能判別在本發明方法所形成膜b ，c中’愈以更高溫度形成之膜愈具有較高之電阻値。此 可推想愈以高溫形成之膜愈含有高濃度S 1所致。 而’最後進行評價在晶圓表面擴散之F (氟）溫度， 故就其評價結果加以說明。 圖1 2爲晶圓表面之F濃度（擴散量）剖面曲線顯示 圖。在此使用向W膜（鎢膜）更下方依序形成有τ 1 N p 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公f ) -25- 569323 A7 五、發明説明（24) 徑雖小，亦能抑制賦予特性不良影響程度大之間隙發生或 火山發生。 依據本發明，係實質上能予以具有與習知方法之起始 處理相同功能，在被處理體表面粘著反應中間體促使表面 活性化。 依據本發明，在半導體裝置進行微細化上，例如埋入 扎扎徑雖〇 · 1 β m以下之小，亦能抑制賦予特性不良影 響程度大之間隙發生或火山發生，以改善埋塡特性。 依據本發明，鈍化鎢膜能以 Λ所謂鈍膜而作用，可更力口 改善埋塡特性。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慈財產局貨工消赍合作社印製 本紙认度it财丨義家g ( CNS ) Λ4ϋ~( 2丨Ο X 297$ -27-

Claims (1)

  1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 •、申請專利範圍 第9 1 1 1 800 1號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國92年9月10日修正 1 · 一種鎢膜的形成方法，其特徵爲：在被做成可真 空汲引之處理容器內，於被處理體表面予以形成鎢膜時， 將供應還原性氣體之還原性氣體供應製程與供應含鎢 氣體之鎢氣體供應製程，在兩製程間介存供應惰性氣體同 時進行真空汲引之淸理製程下，加以交錯反覆進行而形成 初期鎢膜。 2 · —種鎢膜的形成方法，其特徵爲：在被做成可真 空汲引之處理容器內，於被處理體表面予以形成鎢膜時， 將供應還原性氣體之還原性氣體供應製程與供應含鎢氣體 之鎢氣體供應製程，在兩製程間介存供應惰性氣體同時進 行真空汲引之淸理製程下，透過上述還原性氣體供應製程 與上述鎢氣體供應製程以及上述淸理製程，以控制上述氣 體之全壓呈一定狀態，且交錯反覆進行上述還原性氣體供 應製程及上述鎢氣體供應製程而形成初期鎢膜。 3 ·如申請專利範圍第1項之鎢膜的形成方法，其中 ，在反覆進行之還原性氣體供應製程內的最初還原性氣體 供應製程，將還原性氣體之分壓與供應時間的積所構成參 數設定成比其他還原性氣體供應製程之參數大。 4 ·如申請專利範圍第1項之鎢膜的形成方法，其中 ，在還原性氣體供應製程內的最初還原性氣體供應製程， 將還原性氣體之供應時間設定成比其他還原性氣體供應製 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲令背面之注意事項再填寫本頁)
    經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 569323 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 程之供應時間更長，且透過所有的還原性氣體供應製程與 鎢氣體供應製程以及淸理製程以控制上述氣體之全壓呈一 定狀態，而交錯反覆進行上述還原性氣體供應製程及鎢氣 體供應製程而形成初期鎢膜。 5 ·如申請專利範圍第1乃至4項之任一項鎢膜的形 成方法，其中，在上述初期鎢膜形成後，藉同時供應上述 含鎢氣體與上述還原性氣體，來進行形成主要鎢膜之主要 鎢膜形成製程/ 6 .如申請專利範圍第5項之鎢膜的形成方法，其中 ，在上述初期鎢膜形成製程與形成上述主要鎢膜之製程間 ，於上述含鎢氣體之流量比較上述主要鎢膜形成製程時爲 小之狀態，利用同時供應上述含鎢氣體及上述還原性氣體 ，來進行形成鈍化鎢膜的鈍化鎢膜形成製程。 7 ·如申請專利範圍第6項之鎢膜的形成方法，其中 ，上述初期鎢膜形成製程與上述鈍化鎢膜形成製程，是在 程序壓力與程序溫度中，至少其中一方在實質上相同。 8 .如申請專利範圍第6項之鎢膜的形成方法，其.中 ，在上述主要鎢膜形成製程，比起上述鈍化鎢膜形成製程 ，在程序壓力與程序溫度中，將至少其中一方在實質上予 以設定爲較高。 9 ·如申請專利範圍第1，2，4項之任一項的鎢膜 的形成方法，其中，上述含鎢氣體係爲W F 6氣體與有機鎢 源氣體中之任一。 1 〇 ·如申請專利範圍第1，2，4項之任一項的鎢 本紙^尺度適用中國國家標準（〇阳）六4規格（210\297公釐) -2- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
    經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 569323 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 膜的形成方法，其中，上述還原性氣體係爲氫氣（Η 2 )、 矽烷（SiH4)、乙矽烷（Si2H6)、二氯矽烷（ S i Η 2 C 1 2 )、乙硼烷（Β2Η6)、膦（ΡΗ3)中之 任一種氣體。 1 1 .如申請專利範圍第6項之鎢膜的形成方法，其 中，上述含鎢氣體係爲W F 6氣體；上述還原性氣體在初期 鎢膜形成製程則爲S i Η 4氣體，在上述鈍化鎢膜形成製程 及上述主要鎢膜形成製程乃爲氫氣（Η 2 )。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） _ 3 - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)
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