JPH0579164B2 - - Google Patents

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JPH0579164B2
JPH0579164B2 JP61058753A JP5875386A JPH0579164B2 JP H0579164 B2 JPH0579164 B2 JP H0579164B2 JP 61058753 A JP61058753 A JP 61058753A JP 5875386 A JP5875386 A JP 5875386A JP H0579164 B2 JPH0579164 B2 JP H0579164B2
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JP
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tungsten
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selectively growing
growth
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Yasushi Ooyama
Norihisa Tsuzuki
Mamoru Maeda
Masaaki Ichikawa
Fumitake Mieno
Shinichi Inoe
Yasuo Uoochi
Akira Tabuchi
Atsuhiro Tsukune
Takuya Watanabe
Takayuki Ooba
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    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/40—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials
    • H10P14/42—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials using a gas or vapour
    • H10P14/43—Chemical deposition, e.g. chemical vapour deposition [CVD]
    • H10P14/432—Chemical deposition, e.g. chemical vapour deposition [CVD] using selective deposition
    • H—ELECTRICITY
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    • H10P14/412—Deposition of metallic or metal-silicide materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W20/00—Interconnections in chips, wafers or substrates
    • H10W20/01—Manufacture or treatment
    • H10W20/031—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections
    • H10W20/056—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections by filling conductive material into holes, grooves or trenches
    • H10W20/057—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections by filling conductive material into holes, grooves or trenches by selectively depositing, e.g. by using selective CVD or plating

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 タングステン(W)を珪素（Si）と燐珪酸ガラス
（PSG）、あるいは二酸化珪素（SiO2）とから構
成された基板のSi上にのみ選択的に成長する際、
成長途中で水素（H2）、あるいは弗酸（HF）処
理を行つてPSG、あるいはSiO2上に生じたＷの
成長核と変質層を除去して選択性を確保しなが
ら、成長を繰り返す方法によりPSG、あるいは
SiO2をマスクとしてSi上にのみＷを厚く選択成
長できる方法を提起する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置等の電極や配線層として用
いられるタングステンの選択成長方法に関する。
従来、大規模集積回路（LSI）の電極や配線層
として多結晶珪素（ポリSi）が多用されてきた。
しかしポリSiは半導体であるため、抵抗の低減化
に限界があり、そのためポリSi代わりにリフラク
トリ金属、またはその金属シリサイドを用いる方
法が提案され、その一例としてタングステン(W)が
用いられている。
タングステンの電極や配線層の形成は選択成長
により行われるが、成長可能な厚さが小さいため
これに対する改善技術が要望されている。
〔従来の技術〕
上記のように、Si基板基板上に被着された
PSG、あるいはSiO2層の開口部（通常コンタク
ト孔と呼ばれる）にタングステンを選択成長する
技術は開発されているが、3000Å以上に厚く成長
することは困難であつた。
本発明はその改善技術として、タングステンの
選択成長方法を提供するものであるが、本発明と
比較のため従来のタングステンの選択成長方法を
つぎの第２図の概略を説明する。
第２図は従来例による、Si基板上へのＷの選択
成長を説明する基板断面図である。
図において、Si基板１上全面にPSG、あるいは
SiO2層２を被着し、この層を通常のリソグラフ
イ工程によりパターニングしてコンタクト孔３を
形成し、Si基板１の表面の一部を露出する。
つぎに、化学気相成長（CVD）法により、反
応ガスとして六弗化タングステン（WF6）と、
H2を用い、これを0.1〜0.5Torrに減圧して加熱
し、Si基板１上にのみＷ層４を成長する。
CVD法によるＷの選択成長においては、反応
ガスとしてハロゲン化タングステン、例えば上記
のWF6と、H2を用いるが、代表的な化学反応は
次式によつて表される。
2WF6＋3Si＝2W＋3SiF4、 ……(1) WF6＋3H2＝Ｗ＋6HF. ……(2) (1)式のSi還元反応はSi上でのみ行われ、PSG、
あるいはSiO2上では反応しない。従つて選択性
が得られる原因となる。
(2)式のH2還元反応はSi上でも、PSG、あるい
はSiO2上でも行われる可能性がある。
反応がSi還元反応のみによる場合は下地のSiが
気相のSiF4となつて食われてゆくため、通常の場
合はH2還元反応を併用する。
しかし、 (1)式の場合はSiとの界面に生成したタングステ
ンシリサイド（WSix）層が反応のバリアとな
り、1000Å以上成長することは困難であるといわ
れている。
(2)式の場合はPSG、あるいはSiO2の珪素原子
がWF6によりSiF4の形で抜き取られ、PSG、あ
るいはSiO2の表面近傍に変質層ができる。この
ため表面ではエツチングされるために凹凸が発生
する。そうすると、PSG、あるいはSiO2はこの
上にＷが成長するようになり、マスクとしての機
能はなくなる。この場合は、3000Å以上成長する
ことは困難である（典型例2000Å）。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来例では、コンタクト孔内に選択成長するタ
ングステンは厚く成長できなかつた。
従つて、コンタクト孔内にタングステンを埋め
込んで基板を平坦化できない。
基板が平坦化されないと段差のため、つぎの層
形成後のリソグラフイ工程の精度を落とし、高集
積化プロセスが得られない。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点の解決は、 (1) 珪素（Si）上に成長阻止用のマスクパターン
を形成した基板の、該マスクパターンの開口部
に露出した該珪素上にタングステン(W)を選択成
長させる工程と、次いで、上記選択成長を停止
し、該基板に表面処理を行つて、該マスクパタ
ーンの表面に生成した変質層を除去する工程
と、次いで、該マスクパターンの開口部に成長
したタングテンの上に、さらにタングステンを
選択成長させる工程とを含むタングステンの選
択成長方法、あるいは (2) 前記マスクパターンが燐珪酸ガラス
（PSG）、あるいは二酸化珪素（SiO2）よりな
ることを特徴とする前記(1)項記載のタングステ
ンの選択成長方法、あるいは (3) 前記表面処理が該基板を水素（H2）雰囲気
中で加熱する水素処理である前記(1)項記載のタ
ングステンの選択成長方法、あるいは (4) 前記表面処理が該基板を弗酸（HF）中に浸
漬する弗酸処理である前記(1)項記載のタングス
テンの選択成長方法、あるいは (5) 前記表面処理が該基板を三弗化窒素（NF3）
と水素によるドライ処理である前記(1)項記載の
タングステンの選択成長方法により達成され
る。
〔作用〕
前述のように、従来のＷの選択性長ではせいぜ
い3000Å程度しか成長できなかつたが、これは
PSG、あるいはSiO2の表面が成長反応により生
成した弗酸（HF）によりエツチングされて変質
し、Ｗの成長核の形成が起こり、選択性がなくな
つたためである。従つて成長核形成が起こる前に
PSG、あるいはSiO2の表面層をH2、あるいはHF
処理等の表面処理により除去し、再度成長を繰り
返すと厚いＷ層が成長できる。
〔実施例〕
第１図は本発明による、Si基板上へのＷの選択
成長を説明する基板断面図である。
図において、Si基板１上全面に厚さ1μｍの
PSG、あるいはSiO2層２を被着し、通常のリソ
グラフイを用いてPSG、あるいはSiO2層２を開
口し、コンタクト孔３を形成する。
つぎに、WF6を用いたCVD法によるＷの選択
成長によつて、コンタクト孔３内にＷ層４を成長
する。
ＷのCVD条件は、 WF6：100c.c.／min H2：６／min 基板温度：325℃ ガス圧力：0.3〜0.5Torr である。
2000〜3000Å成長して選択性がなくなつてきた
ところで、成長を止め、成長途中の表面処理とし
てCVD装置の中でH2処理を行う。
H2処理の条件は、 H2：400c.c.／min 基板温度：325℃ ガス圧力：0.3〜0.5Torr である。
あるいは、成長途中の表面処理としてH2処理
の代わりに基板をCVD装置より取り出してHF処
理を行う。
HF処理の条件は、例えばつぎの順序でHF処
理を含むウエツトエツチングを行う。
(1) 希HF処理＋水洗 (2) H2O2処理＋希HF処理＋水洗 (3) NH4OH＋H2O2処理＋希HF処理＋水洗 以上のH2処理、またはHF処理によりPSG、あ
るいはSiO2層上のＷ成長核を取り去り、表面変
質層を除去する。
あるいは、成長途中の表面処理としてNF3＋
H2によりドライエツチングを行う。
NF3によりドライエツチング条件は、 NF3：100c.c.／min H2：400c.c.／min ガス圧力：0.1〜0.2Torr である。
このように、成長と、成長途中の表面処理とを
数回繰り返して厚さ1μｍのＷ層を成長すること
ができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、厚さ3000
Å以上のタングステンの選択成長を可能にし、コ
ンタクト孔内の選択的にタングステンを厚く成長
することができる。
そのため、コンタクト孔内にタングステンを埋
め込んで基板を平坦化でき、高集積化プロセスが
得らる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による、Si基板上へのＷの選択
成長を説明する基板断面図、第２図は従来例によ
る、Si基板上へのＷの選択成長を説明する基板断
面図である。 図において、１はSi基板、２はPSG、あるいは
SiO2層、３はコンタクト孔、４はＷ層、である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 珪素（Si）上にマスクパターンを形成した基
    板の、該マスクパターン表面への成長が実質的に
    ないように、該マスクパターンの開口部に露出し
    た該珪素上にタングステン(W)を選択成長させる工
    程と、 次いで、上記選択成長を停止し、該基板に表面
    処理を行つて、該マスクパターンの表面に生成し
    た変質層を除去する工程と、 次いで、該マスクパターンの開口部に成長した
    タングステンの上に、さらにタングステンを選択
    成長させる工程 とを含むことを特徴とするタングステンの選択成
    長方法。 ２ 前記マスクパターンが燐珪酸ガラス
    （PSG）、あるいは二酸化珪素（SiO2）よりなる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のタ
    ングステンの選択成長方法。 ３ 前記表面処理が該基板を水素（H2）雰囲気
    中で加熱する水素処理であることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載のタングステンの選択成
    長方法。 ４ 前記表面処理が該基板を弗酸（HF）中に浸
    漬する弗酸処理であることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載のタングステンの選択成長方
    法。 ５ 前記表面処理が該基板を三弗化窒素（NF3）
    と水素によるドライ処理であることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載のタングステンの選択
    成長方法。
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