JPH0629236A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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Publication number
JPH0629236A
JPH0629236A JP4179503A JP17950392A JPH0629236A JP H0629236 A JPH0629236 A JP H0629236A JP 4179503 A JP4179503 A JP 4179503A JP 17950392 A JP17950392 A JP 17950392A JP H0629236 A JPH0629236 A JP H0629236A
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JP
Japan
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film
reduction reaction
reaction
reduction
semiconductor device
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Application number
JP4179503A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Matsumoto
晋 松本
Toyokazu Fujii
豊和 藤居
Tomoyasu Murakami
友康 村上
Hideji Hirao
秀司 平尾
Yuka Terai
由佳 寺井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP4179503A priority Critical patent/JPH0629236A/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面モフォロジーが良く、かつカバレージの
良い配線形成用金属薄膜、特にCVD−W薄膜のコンタ
クト孔における形成方法を提供する。 【構成】 Si基板1上に形成された層間絶縁膜2上、
および前記層間絶縁膜2の所定の位置に開口されたコン
タクト孔の内壁および底部全面にバリアメタル3を形成
し、バリアメタル3上の全面に表面反応律速である第1
還元反応と供給反応律速である第2還元反応とをこの順
序で交互に繰り返し複数回行う。第1還元反応はカバレ
ージは良いが表面モフォロジーの悪い表面反応律速のH
2 還元としてW膜A1 〜A4 を成膜し、表面反応律速と
なるようにH2 /WF6 の流量比を10以下に設定す
る。前記第2還元反応はカバレージは悪いが表面モフォ
ロジーの良いSiH4 還元としてW膜B1 〜B4 を成膜
する。
(57) [Abstract] [PROBLEMS] To provide a method for forming a metal thin film for forming a wiring, which has good surface morphology and good coverage, particularly a contact hole of a CVD-W thin film. [Structure] On the interlayer insulating film 2 formed on the Si substrate 1,
The barrier metal 3 is formed on the entire inner wall and bottom of the contact hole opened at a predetermined position of the interlayer insulating film 2, and the surface reaction rate-determining first surface is formed on the entire surface of the barrier metal 3.
The reduction reaction and the second reduction reaction, which is the rate-determining supply reaction, are alternately repeated in this order and performed multiple times. The first reduction reaction has good coverage but poor surface morphology.
The W film A 1 to A 4 was formed as a second reducing, the flow ratio of H 2 / WF 6 so that the surface reaction rate is set to 10 or less. The second reduction reaction has poor coverage but forms W films B 1 to B 4 as SiH 4 reduction having good surface morphology.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置のコンタクト
孔において化学気相成長(以下、CVDと略す)法によ
り金属薄膜を形成する半導体装置の製造方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which a metal thin film is formed in a contact hole of a semiconductor device by a chemical vapor deposition (hereinafter abbreviated as CVD) method.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5の(a)〜(c)は、従来のブラン
ケットW−CVD法により成膜したW膜の半導体装置の
コンタクト部の断面図である。図5の(a)〜(c)に
おいて、4,5,6はW膜で、このW膜4,5,6はい
ずれもバリアメタル3上の全面に成膜されている。な
お、Si基板1上に層間絶縁膜2が形成され、この層間
絶縁膜2の所定の位置にコンタクト孔2aが開口されて
いる。
2. Description of the Related Art FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views of a contact portion of a semiconductor device having a W film formed by a conventional blanket W-CVD method. In FIGS. 5A to 5C, W films 4, 5 and 6 are formed on the entire surface of the barrier metal 3. An interlayer insulating film 2 is formed on the Si substrate 1, and a contact hole 2a is opened at a predetermined position of the interlayer insulating film 2.

【0003】以下、これらの従来のW膜4,5,6の成
膜方法について図5の(a)〜(c)に基づいて説明す
る。まず、図5の(a)の場合について以下に説明す
る。図5の(a)に示すように、Si基板1上の層間絶
縁膜2に形成されたコンタクト孔2aの内壁および底部
全面に、密着層を兼ねたバリアメタル3、例えばTiN
/Ti、TiW、W、WSi2 などを形成する。そし
て、その上にWF6 とH2 の還元反応を用いたブランケ
ットW−CVD法によりW膜4をコンタクト孔2aを埋
め込むように成膜する。
A method of forming these conventional W films 4, 5 and 6 will be described below with reference to FIGS. First, the case of FIG. 5A will be described below. As shown in FIG. 5A, the barrier metal 3 also serving as an adhesion layer, such as TiN, is formed on the entire inner wall and bottom of the contact hole 2a formed in the interlayer insulating film 2 on the Si substrate 1.
/ Ti, TiW, W, WSi 2, etc. are formed. Then, a W film 4 is formed thereon by a blanket W-CVD method using a reduction reaction of WF 6 and H 2 so as to fill the contact hole 2a.

【0004】この際の代表的な成膜条件を表1の(a)
に示し、その時の導入ガス、圧力、および成膜温度のシ
ーケンスを図6に示す。
Typical film forming conditions at this time are shown in Table 1 (a).
The sequence of the introduced gas, pressure, and film forming temperature at that time is shown in FIG.

【0005】[0005]

【表1】 [Table 1]

【0006】この反応系においては、H2 /WF6 の流
量比を6、圧力を80torrに調整することにより、
表面反応律速とし、カバレージ((ta1/ta2)×10
0%)が非常に良くなっている。しかしこの条件では、
図5の(a)に示すように、W膜4の表面モフォロジー
が非常に悪くなる。
In this reaction system, by adjusting the flow rate ratio of H 2 / WF 6 to 6 and the pressure to 80 torr,
Coverage ((ta 1 / ta 2 ) × 10)
0%) is very good. But in this condition,
As shown in FIG. 5A, the surface morphology of the W film 4 becomes extremely poor.

【0007】次に図5の(b)に示す場合は、バリアメ
タル3を形成した後に、WF6 とH 2 の還元反応を用い
たブランケットW−CVD法によりW膜5をコンタクト
孔2aを埋め込むように成膜するものである。この際の
代表的な成膜条件を表1の(b)に示し、その際の導入
ガス、圧力、および成膜温度のシーケンスを図7に示
す。この反応系においては、H2 /WF6 の流量比を約
50、圧力を80torrに調整することにより、供給
反応律速とし、図5の(b)に示すように、表面モフォ
ロジーが良くなるようしている。しかしこの条件ではW
膜5のカバレージ((tb1/tb2)×100%)が悪く
なる。
Next, in the case shown in FIG.
After forming Tal 3, WF6 And H 2 Using the reduction reaction of
Contact the W film 5 by blanket W-CVD method
The film is formed so as to fill the hole 2a. At this time
Typical film forming conditions are shown in (b) of Table 1, and the introduction at that time
The sequence of gas, pressure, and film formation temperature is shown in Fig. 7.
You In this reaction system, H2 / WF6 About the flow rate of
Supply by adjusting 50 and pressure to 80 torr
The reaction is rate-determined, and as shown in FIG.
I'm trying to improve the logic. But in this condition W
Membrane 5 coverage ((tb1/ Tb2) × 100%) is bad
Become.

【0008】最後に、図5の(c)に示す場合は、バリ
アメタル3を形成した後に、WF6とSiH4 との還元
反応を用いたブランケットW−CVD法によりW膜6を
コンタクト孔2aを埋め込むように成膜する。この際の
代表的な成膜条件を表1の(c)に示し、その際の導入
ガス、圧力、および成膜温度のシーケンスを図8に示
す。この反応系においては、SiH4 /WF6 の流量比
を約50、圧力を80に調整することにより、供給反応
律速とし、図5の(c)に示すように、表面モフォロジ
ーが良くなるようにしている。しかし、この条件ではW
膜6のカバレージ((tc1/tc2)×100%)が悪く
なる。
Finally, in the case shown in FIG. 5C, after forming the barrier metal 3, the W film 6 is formed in the contact hole 2a by the blanket W-CVD method using the reduction reaction of WF 6 and SiH 4. The film is formed so as to be embedded. Typical film forming conditions at this time are shown in (c) of Table 1, and the sequence of introduced gas, pressure, and film forming temperature at that time is shown in FIG. In this reaction system, the flow rate ratio of SiH 4 / WF 6 is adjusted to about 50 and the pressure is adjusted to 80 to control the rate of the supply reaction so that the surface morphology is improved as shown in FIG. 5 (c). ing. However, in this condition W
The coverage of the membrane 6 ((tc 1 / tc 2 ) × 100%) becomes worse.

【0009】なお、各成膜法におけるカバレージ(ta1
/ta2,tb1/tb2,tc1/tc2)の違い、および表面
モフォロジー(表面あらさ)の違いは、文献J.E.J.Schm
idtz,R.C.Ellwanger,and A.J.M/van Dijk , Tungsten a
nd other Refractory Metalsfor VLSI applications
(III),1988,pp55 〜61、Thomas E.Clark et.al., solid
state technology (日本語版)December 1989,pp33〜
41、およびAlbert Hasper,et.al.,Tungsten and other
Advanced Metals for ULSI applications 1990,1990,pp
317 〜325 を参照するとよい。
The coverage (ta 1
/ Ta 2 , tb 1 / tb 2 , tc 1 / tc 2 ) and the difference in surface morphology (surface roughness) are described in JEJ Schm.
idtz, RCEllwanger, and AJM / van Dijk, Tungsten a
nd other Refractory Metalsfor VLSI applications
(III), 1988, pp55-61, Thomas E. Clark et.al., solid
state technology (Japanese version) December 1989, pp33 ~
41, and Albert Hasper, et.al., Tungsten and other
Advanced Metals for ULSI applications 1990,1990, pp
See 317-325.

【0010】また、H2 還元によるW膜の表面荒さの改
善方法として、文献Albert Hasper,et.al.,Tungsten an
d other Advanced Metals for ULSI applications 199
0,1990,pp317 〜325 では、H2 還元にSiH4 による
核再形成ステップを入れることにより、表面の凹凸を無
くす手法が記載されている。このときのガスのシーケン
スを図9に示す。これによると、H2 還元後、WF6
供給を止め、SiH4 を流してW表面で解離させ、表面
に約2nmのSi層を形成させ、その後SiH4を止
め、その後再びWF6 を供給し、前記Si層とSi還元
を行い、H2 還元反応の核とすることにより、グレイン
の成長を一旦止め、その再形成された核を基に再びグレ
インを成長を行い、グレインサイズを小さくすることに
より、W膜表面の凹凸を小さくしている。
Further, as a method for improving the surface roughness of a W film by H 2 reduction, a document Albert Hasper, et.al., Tungsten an.
d other Advanced Metals for ULSI applications 199
0,1990, pp317-325, a method of eliminating surface irregularities by introducing a nucleation step of SiH 4 into H 2 reduction is described. The gas sequence at this time is shown in FIG. According to this, after H 2 reduction, the supply of WF 6 is stopped, SiH 4 is caused to flow to dissociate on the W surface, a Si layer of about 2 nm is formed on the surface, then SiH 4 is stopped, and then WF 6 is supplied again. Then, the Si layer is subjected to Si reduction and used as the nucleus of the H 2 reduction reaction, so that the grain growth is once stopped, and the grain is grown again based on the reformed nucleus to reduce the grain size. As a result, the unevenness of the W film surface is reduced.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体装置
の高集積化および微細化が進むに従い、配線の微細パタ
ーンの形成、特にフォトリソグラフィーによる微細パタ
ーン形成が必要となる。この際、乱反射などが生じる
と、配線の段切れ、パターニング不良、アライメントず
れなどが起こる。したがって、良好な微細パターンを得
るためには配線形成用金属薄膜の表面モフォロジーを良
くしなければならない。
By the way, as the degree of integration and miniaturization of semiconductor devices progresses, it becomes necessary to form a fine pattern of wiring, particularly a fine pattern by photolithography. At this time, if irregular reflection occurs, wiring disconnection, patterning failure, misalignment, etc. occur. Therefore, in order to obtain a good fine pattern, the surface morphology of the wiring forming metal thin film must be improved.

【0012】また、コンタクト孔の径の微細化、高アス
ペクト比化が進んできているため、コンタクト電極の高
アスペクト比なコンタクト孔でのカバレージを良くする
必要がある。
Further, since the diameter of the contact hole is becoming finer and the aspect ratio is being made higher, it is necessary to improve the coverage of the contact electrode having the high aspect ratio.

【0013】そのため、表面モフォロジーが良く、カバ
レージの良い配線形成用金属薄膜が必要であるが、その
中でもブランケットW−CVD法による配線形成技術は
最も有望な技術である。しかし上記従来例で示したよう
に、カバレージが良好な膜である表面反応律速のH2
元によるW膜4では表面モフォロジーが非常に悪く、表
面モフォロジーの良好な供給反応律速のH2 還元による
W膜5、およびSiH 4 還元によるW膜6ではカバレー
ジが悪いという問題があった。
Therefore, the surface morphology is good and the cover is
A metal thin film for wiring formation with good rage is required.
Above all, the blanket W-CVD wiring formation technology
This is the most promising technology. However, as shown in the above conventional example
The surface reaction rate-determining H, which is a film with good coverage,2 Return
The original W film 4 has a very bad surface morphology and
Supply reaction-controlled H with good surface morphology2 By reduction
W film 5 and SiH Four Covered with W film 6 by reduction
There was the problem that Ji was bad.

【0014】また、従来例に示したH2 還元にSiH4
による核再形成のステップを入れる手法ではSi層の形
成が約2nmで飽和してしまい、このためにそのSi層
によるSi還元により形成されたW膜は表面の凹凸を充
分低減できるほどの充分な膜厚を得ることができない。
In addition, SiH 4 is added to the H 2 reduction shown in the conventional example.
In the method of including the step of re-nucleation by the method, the formation of the Si layer saturates at about 2 nm. Therefore, the W film formed by the Si reduction of the Si layer has a sufficient amount to sufficiently reduce the unevenness of the surface. The film thickness cannot be obtained.

【0015】本発明は上記問題を解決するもので、表面
モフォロジーが良く、かつカバレージの良い配線形成用
金属薄膜、特にCVD−W薄膜のコンタクト孔における
形成方法を提供することを目的とする。
The present invention solves the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for forming a metal thin film for forming a wiring, which has good surface morphology and good coverage, particularly a contact hole of a CVD-W thin film.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜上
と、この層間絶縁膜の所定の位置に開口されたコンタク
ト孔の内壁および底部全面とにバリアメタルを形成し、
このバリアメタル上の全面に化学気相成長法によりW膜
を形成し、このW膜の化学気相成長法による形成に際し
て、表面反応律速である第1還元反応と供給反応律速で
ある第2還元反応とをこの順序で交互に複数回行うもの
である。
In order to solve the above problems, the present invention is directed to an interlayer insulating film formed on a semiconductor substrate, an inner wall of a contact hole opened at a predetermined position of the interlayer insulating film, and Barrier metal is formed on the entire bottom surface,
A W film is formed on the entire surface of the barrier metal by the chemical vapor deposition method. When the W film is formed by the chemical vapor deposition method, the surface reaction rate-determining first reduction reaction and the supply reaction rate-determining second reduction reaction are performed. The reaction and the reaction are alternately performed plural times in this order.

【0017】また、前記第1還元反応をWF6 とH2
の還元反応とし、表面反応律速とするためにWF6 に対
するH2 のガス流量比を10以下とし、1回で成膜する
W膜は平坦上で200nm以下の厚さで製造し、また前
記第2還元反応をWF6 とSiH4 との還元反応とし、
1回で成膜したW膜を平坦上で5nm以上50nm以下
の厚さで製造するとものである。
The first reduction reaction is a reduction reaction of WF 6 and H 2, and the gas flow rate ratio of H 2 to WF 6 is 10 or less in order to limit the rate of surface reaction. The film is manufactured on a flat surface to a thickness of 200 nm or less, and the second reduction reaction is a reduction reaction of WF 6 and SiH 4 .
The W film formed at one time is manufactured with a thickness of 5 nm or more and 50 nm or less on a flat surface.

【0018】あるいは、前記第1還元反応をWF6 とH
2 との還元反応とし、表面反応律速とするためにWF6
に対するH2 のガス流量比を10以下とし、1回で成膜
するW膜は平坦上で200nm以下の厚さで製造し、ま
た前記第2還元反応をWF6とH2 との還元反応とし、
WF6 に対するH2 のガス流量比を10以上として供給
反応律速とし、1回で成膜したW膜を平坦上で5nm以
上50nm以下の厚さで製造するものである。
Alternatively, the first reduction reaction is performed by using WF 6 and H.
WF 6 for reducing reaction with 2 and controlling the surface reaction
And the gas flow rate ratio of H 2 to 10 is less than or equal to 10 and the W film formed at one time has a thickness of 200 nm or less on a flat surface, and the second reduction reaction is a reduction reaction between WF 6 and H 2. ,
WF gas flow ratio of H 2 to the feed reaction rate as 10 or more for 6, is intended to produce in the formed W film 5nm or 50nm or less thick on flatness once.

【0019】[0019]

【作用】上記構成において、第1還元反応として、WF
6 に対するH2 のガス流量比を10以下とした表面反応
律速のWF6 とH2 との還元反応によるW膜を1回に2
00nm以下の厚さで成膜することにより、カバレージ
の良いW膜を形成でき、また膜厚も薄いため、表面の凹
凸を、充分ではないが比較的小さくすることができる。
その後、第2還元反応として、カバレージは悪いが表面
モフォロジーの良いWF6 とSiH4 との供給反応律速
の還元反応によるW膜を1回に5nm以上50nm以下
の厚さで成膜することにより、前記第1還元反応により
できたW膜表面の凹凸を小さくできるとともに、表面モ
フォロジーを良好に保てる。したがって、前記第1還元
反応と第2還元反応とを交互に複数回繰り返すことによ
り、カバレージが良く、かつ表面モフォロジーの良いW
膜を形成できる。
In the above structure, WF is used as the first reduction reaction.
Two W films are formed at one time by the reduction reaction of WF 6 and H 2 whose surface reaction rate is controlled so that the gas flow rate ratio of H 2 to 6 is 10 or less.
By forming a film with a thickness of 00 nm or less, a W film with good coverage can be formed, and since the film thickness is thin, the unevenness on the surface can be made relatively small, though not enough.
After that, as a second reduction reaction, a W film having a poor coverage but a good surface morphology is formed by a feed reaction rate-limiting reduction reaction of WF 6 and SiH 4 at a thickness of 5 nm or more and 50 nm or less at a time. The unevenness on the surface of the W film formed by the first reduction reaction can be reduced and the surface morphology can be kept good. Therefore, by alternately repeating the first reduction reaction and the second reduction reaction a plurality of times, W having good coverage and good surface morphology can be obtained.
A film can be formed.

【0020】また、第1還元反応としてWF6 に対する
2 のガス流量比を10以下とした表面反応律速のWF
6 とH2 との還元反応によるW膜を1回に200nm以
下の厚さで成膜することにより、カバレージの良いW膜
を形成でき、また膜厚も薄いため、表面の凹凸を、充分
ではないが比較的小さくすることができる。その後、第
2還元反応として、カバレージは悪いが表面モフォロジ
ーの良い供給反応律速のWF6 とH2 の還元反応による
W膜を、WF6 に対するH2 のガス流量比を10以上
で、かつ5nm以上50nm以下の厚さで成膜すること
により、前記第1還元反応によりできたW膜表面の凹凸
を小さくできるとともに、表面モフォロジーを良好に保
てる。したがって、前記第1還元反応と前記第2還元反
応とをこの順序で交互に複数回繰り返すことにより、カ
バレージおよび表面モフォロジーの良いW膜を形成で
き、また膜中にSiの混入することがなく、比抵抗の低
いW膜を形成することができる。
Further, as the first reduction reaction, the surface reaction rate-determining WF in which the gas flow rate ratio of H 2 to WF 6 is 10 or less.
By forming a W film with a reduction reaction of 6 and H 2 with a thickness of 200 nm or less at a time, a W film with good coverage can be formed, and since the film thickness is thin, unevenness on the surface is not sufficient. No, but can be made relatively small. After that, as a second reduction reaction, a W film produced by the reduction reaction of WF 6 and H 2 which has a poor coverage but a good surface morphology and has a supply reaction rate, and a gas flow rate ratio of H 2 to WF 6 of 10 nm or more and 5 nm or more. By forming the film with a thickness of 50 nm or less, the unevenness of the W film surface formed by the first reduction reaction can be reduced and the surface morphology can be kept good. Therefore, by alternately repeating the first reduction reaction and the second reduction reaction a plurality of times in this order, a W film having good coverage and surface morphology can be formed, and Si is not mixed in the film. A W film having a low specific resistance can be formed.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図1は本発明の第1の実施例におけるコンタクト孔
部分の断面図を示し、図2は本発明におけるW膜の形成
時の導入ガス、圧力、および成膜温度のシーケンスを示
し、表2は成膜条件を示すものである。なお、図1にお
いて、従来(図5の(a)〜(c))と同機能のものに
は同符号を付し、その説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a sectional view of a contact hole portion in a first embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a sequence of introduced gas, pressure and film forming temperature at the time of forming a W film in the present invention, and Table 2 shows The film forming conditions are shown. In FIG. 1, those having the same functions as those of the conventional one ((a) to (c) of FIG. 5) are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

【0022】[0022]

【表2】 [Table 2]

【0023】図1に示すように、バリアメタル3上の全
面に、まず、カバレージは良いが表面モフォロジーの悪
い表面反応律速の、WF6 とH2 との還元反応によるW
膜A 1 を成膜し、次に、カバレージは悪いが表面モフォ
ロジーの良い供給反応律速の、WF6 とSiH4 との還
元反応によるW膜B1 を成膜し、さらに、この順序およ
び条件で交互に複数回(この実施例ではさらに3回)、
W膜A2 〜A4 とW膜B2 〜B4 とを成膜する。
As shown in FIG.
First of all, the coverage is good, but the surface morphology is bad.
WF with high surface reaction rate control6 And H2 W by reduction reaction with
Membrane A 1 Film, then the surface coverage
WF with a good supply reaction rate control6 And SiHFour Return of
W film B by original reaction1 Film, and the order and
And a plurality of times under different conditions (three times more in this embodiment),
W film A2 ~ AFour And W film B2 ~ BFour And are deposited.

【0024】ここで、表面反応律速のH2 還元によるW
膜A1 〜A4 (以下、A1-4 と略す)の製造条件として
は、図2および表2に示すように、表面反応律速となる
ようにH2 /WF6 の流量比を900/75=6と10
以下に設定している。
Here, W by the surface reaction-controlled H 2 reduction is applied.
As shown in FIG. 2 and Table 2, the manufacturing conditions of the membranes A 1 to A 4 (hereinafter, abbreviated as A 1-4 ) are: H 2 / WF 6 flow rate ratio of 900 / 75 = 6 and 10
It is set below.

【0025】また、表面の凹凸は膜厚を厚くするにした
がって大きくなるので、表面反応律速のH2 還元による
W膜A1-4 の厚さはそれぞれ200nm以下として表面
の凹凸があまり大きくならないようにし、その後カバレ
ージが悪くて表面の凹凸の小さな供給反応律速のSiH
4 還元によるW膜B1 〜B4 (以下、B1-4 と略す)を
膜厚5nm以上50nm以下の厚さで堆積し、下地のH
2 還元によるW膜A1- 4 の表面モフォロジーを良くする
のに充分な膜厚を堆積する。このとき、SiH 4 還元に
よるW膜B1-4 の膜厚をあまり厚くすると、W膜A
1-4 ,B1-4 全体のコンタクト孔2a内のカバレージが
悪くなるため、膜厚はなるべく薄くすると良い。本実施
例ではW膜A1-4 の厚さはそれぞれ80nm、W膜B
1-4 の厚さを15nmに設定してある。
Further, the surface irregularities are made thicker.
The surface reaction rate-determining H2 By reduction
W film A1-4 The thickness of each is less than 200 nm
Make sure that the unevenness of the
Feed rate-controlled SiH with poor surface roughness and small surface irregularities
Four W film by reduction B1 ~ BFour (Hereinafter, B1-4 Abbreviated)
Deposit a film with a thickness of 5 nm or more and 50 nm or less
2 W film by reduction A1- Four The surface morphology of
A sufficient film thickness to be deposited. At this time, SiH Four To give back
According W film B1-4 If the film thickness of is too thick, the W film A
1-4 , B1-4 The coverage in the entire contact hole 2a
Since it becomes worse, the film thickness should be as thin as possible. Implementation
In the example, W film A1-4 Thickness of 80 nm, W film B
1-4 Has a thickness of 15 nm.

【0026】図3は本発明の第2の実施例におけるコン
タクト孔部分の断面図を示し、図4は本発明におけるW
膜の形成時の導入ガス、圧力、および成膜温度のシーケ
ンスを示し、表3は成膜条件を示すものである。
FIG. 3 shows a sectional view of a contact hole portion in the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows W in the present invention.
The sequence of introduced gas, pressure, and film formation temperature during film formation is shown, and Table 3 shows film formation conditions.

【0027】[0027]

【表3】 [Table 3]

【0028】図3に示すように、バリアメタル3上の全
面に、まず、カバレージは良いが表面モフォロジーの悪
い表面反応律速の、WF6 とH2 との還元反応によるW
膜C 1 を成膜し、次に、カバレージは悪いが表面モフォ
ロジーの良い供給反応律速の、WF6 とH2 との還元反
応によるW膜D1 を成膜し、さらに、この順序および条
件で交互に複数回(この実施例ではさらに3回)、W膜
2 〜C4 とW膜D2〜D4 とを成膜する。
As shown in FIG.
First of all, the coverage is good, but the surface morphology is bad.
WF with high surface reaction rate control6 And H2 W by reduction reaction with
Membrane C 1 Film, then the surface coverage
WF with a good supply reaction rate control6 And H2 Reduction anti-
W film D1 And then this sequence and
Alternately multiple times (3 more times in this example), W film
C2 ~ CFour And W film D2~ DFour And are deposited.

【0029】この場合に、図4に示すように、W膜C1
〜C4 (以下、C1-4 と略す),D 1 〜D4 (以下、D
1-4 と略す)のW膜成膜条件はH2 /WF6 の流量比を
変えているだけで、W膜C1-4 では表面反応律速になる
よう10以下の6に設定しており、W膜D1-4 では供給
反応律速になるように10以上の約60に設定してい
る。
In this case, as shown in FIG. 4, the W film C1 
~ CFour (Hereafter, C1-4 Abbreviated), D 1 ~ DFour (Hereafter, D
1-4 (Abbreviated as) W film forming condition is H2 / WF6 The flow rate of
W film C just by changing1-4 Then the surface reaction becomes rate-determining
It is set to 6 below 10 and W film D1-4 Then supply
It is set to about 60 (10 or more) so that the reaction is rate-controlled.
It

【0030】ここで、表面の凹凸は膜厚を厚くするに従
い大きくなるので、W膜C1-4 はそれぞれ200nm以
下の厚さとして表面の凹凸があまり大きくならないよう
にし、その後、カバレージが悪くて表面の凹凸の小さな
W膜D1-4 を膜厚5nm以上50nm以下の厚さで堆積
し、表面モフォロジーを良くするのに充分な膜厚を堆積
する。このとき、W膜D1-4 の膜厚を厚くすると、W膜
1-4 ,D1-4 全体のコンタクト孔2a内のカバレージ
が悪くなるため、W膜D1-4 の膜厚はなるべく薄くする
と良い。本実施例ではW膜C1-4 の厚さはそれぞれ80
nm、W膜D1- 4 の厚さは15nmに設定してある。
Here, since the surface irregularities increase as the film thickness increases, the W films C 1-4 each have a thickness of 200 nm or less so that the surface irregularities do not become too large, and then the coverage is poor. The W film D 1-4 having small surface irregularities is deposited to a thickness of 5 nm or more and 50 nm or less, and a film thickness sufficient to improve the surface morphology. At this time, when increasing the thickness of the W film D 1-4, W film C 1-4, for D 1-4 coverage in the entire contact hole 2a is deteriorated, the thickness of the W film D 1-4 is It is better to make it as thin as possible. In this embodiment, the thickness of the W film C 1-4 is 80
nm, the thickness of the W film D 1-4 is set at 15 nm.

【0031】また、本実施例では第1の実施例と違って
SiH4 還元を用いていないので、W膜C1-4 ,D1-4
中にSiが混入することがなく、W膜C1-4 ,D1-4
比抵抗が低くできる利点を有する。
Further, in this embodiment, unlike the first embodiment, SiH 4 reduction is not used, so that the W films C 1-4 and D 1-4 are used.
There is an advantage that Si is not mixed in and the specific resistance of the W films C 1-4 and D 1-4 can be lowered.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体基板上に形成された層間絶縁膜上、および前記層間
絶縁膜の所定の位置に開口されたコンタクト孔の内壁お
よび底部全面にバリアメタルを形成し、このバリアメタ
ル上の全面に化学気相成長法によりW膜を形成し、この
W膜の化学気相成長法による形成に際して、WF6 とH
2 との第1還元反応と、WF6 とSiH4 との第2還元
反応とをこの順序で交互に複数回行い、前記第1還元反
応はWF6 に対するH2 のガス流量比を10以下とする
ことにより表面反応律速として、カバレージの良いWF
6 とH2 の還元反応によるW膜を形成し、1回で成膜す
るW膜の厚さは平坦上で200nm以下とし、また、前
記第2還元反応は供給反応律速として、表面モフォロジ
ーの良いWF6 とSiH4 の還元反応によるW膜を形成
し、1回で成膜したW膜の厚さは平坦上で5nm以上5
0nm以下とすることにより、カバレージが良く、表面
モフォロジーの良いW膜を形成することができ、この結
果、微細なパターンを形成可能とすると共に、高アスペ
クト比のコンタクト孔を埋めることができる。
As described above, according to the present invention,
On the interlayer insulating film formed on the conductive substrate, and the interlayer
The inner wall of the contact hole opened at a predetermined position in the insulating film
And a barrier metal is formed on the entire bottom surface.
A W film is formed on the entire surface of the wafer by chemical vapor deposition.
When forming the W film by chemical vapor deposition, WF6 And H
2 The first reduction reaction with and WF6 And SiHFour Second reduction with
The reaction and the first reaction
WF is WF6 Against H2 Gas flow ratio of 10 or less
As a result, the surface reaction rate-determining WF has good coverage.
6 And H2 W film is formed by the reduction reaction of and is formed once.
The thickness of the W film is 200 nm or less on a flat surface.
The second reduction reaction is a feed reaction rate-determining surface morphology.
Good WF6 And SiHFour Film is formed by the reduction reaction of
However, the thickness of the W film formed at one time is 5 nm or more on a flat surface 5
By setting it to 0 nm or less, the coverage is good and the surface
A W film with good morphology can be formed, and this result
As a result, fine patterns can be formed and high asperity can be achieved.
It is possible to fill the contact hole in the contact ratio.

【0033】また、半導体基板上に形成された層間絶縁
膜上、およびコンタクト孔の内壁および底部全面にバリ
アメタルを形成し、このバリアメタル上の全面に化学気
相成長法によりW膜を形成し、このW膜の化学気相成長
法による形成に際して、WF 6 とH2 の第1還元反応と
WF6 とH2 の第2還元反応とをこの順序で交互に複数
回行い、前記第1還元反応はWF6 に対するH2 のガス
流量比を10以下とすることによりカバレージの良い表
面反応律速のH2 還元によるW膜を形成し、1回で成膜
するW膜の厚さは平坦上で200nm以下とし、また前
記第2反応はWF6 に対するH2 のガス流量比を10以
上として表面モフォロジーの良い供給反応律速のH2
元によるW膜を形成し、1回で成膜したW膜の厚さは平
坦上で5nm以上50nm以下とすることにより、カバ
レージおよび表面モフォロジーが良くすることができ、
微細なパターンを形成可能とすると共に、高アスペクト
比のコンタクト孔を埋めることができる。さらに、この
製造方法によればW膜中にSiが混入することがない比
抵抗の低いW膜の形成ができる。
Interlayer insulation formed on the semiconductor substrate
Burrs on the film and on the entire inner wall and bottom of the contact hole
A metal is formed and chemical vapor is formed on the entire surface of this barrier metal.
A W film is formed by the phase growth method, and the chemical vapor deposition of the W film is performed.
When forming by the method, WF 6 And H2 The first reduction reaction of
WF6 And H2 2nd reduction reaction of
And the first reduction reaction is WF6 Against H2 The gas
A table with good coverage by setting the flow rate ratio to 10 or less
Surface reaction rate-controlled H2 Form a W film by reduction and form it in one step
The thickness of the W film is 200 nm or less on a flat surface, and
The second reaction is WF6 Against H2 Gas flow ratio of 10 or more
As a top, the supply reaction-controlled H with good surface morphology2 Return
An original W film is formed, and the thickness of the W film formed at one time is flat.
By setting it to 5 nm or more and 50 nm or less on the carrier, the cover
The rage and surface morphology can be improved,
Enables formation of fine patterns and high aspect ratio
The specific contact hole can be filled. Furthermore, this
According to the manufacturing method, the ratio that Si is not mixed in the W film
A W film having low resistance can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例における半導体装置のコ
ンタクト部の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a contact portion of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例におけるW膜形成時のガ
ス、圧力、および成膜温度のシーケンスを示した図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a sequence of gas, pressure, and film forming temperature at the time of forming a W film in the first example of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例における半導体装置のコ
ンタクト部の断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a contact portion of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例におけるW膜形成時のガ
ス、圧力、および成膜温度のシーケンスを示した図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a sequence of gas, pressure, and film forming temperature at the time of forming a W film in the second example of the present invention.

【図5】従来方法を用いた場合の半導体装置のコンタク
ト部の断面図で、(a)は表面反応律速のH2 還元によ
りW膜形成を行った場合の半導体装置のコンタクト部の
断面図、(b)は供給反応律速のH2 還元によりW膜形
成を行った場合の半導体装置のコンタクト部の断面図、
(c)はSiH4 還元によりW膜形成を行った場合の半
導体装置のコンタクト部の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a contact portion of a semiconductor device when a conventional method is used, (a) is a cross-sectional view of the contact portion of the semiconductor device when a W film is formed by surface reaction rate-determining H 2 reduction, (B) is a cross-sectional view of a contact portion of a semiconductor device when a W film is formed by H 2 reduction that is rate-controlled by a supply reaction,
(C) is a sectional view of a contact portion of a semiconductor device when a W film is formed by SiH 4 reduction.

【図6】従来方法における表面反応律速のH2 還元によ
りW膜形成を行った場合のガス、圧力、および成膜温度
のシーケンスを示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing a sequence of gas, pressure, and film formation temperature when a W film is formed by surface reaction-controlled H 2 reduction in a conventional method.

【図7】従来方法における供給反応律速のH2 還元によ
りW膜形成を行った場合のガス、圧力、および成膜温度
のシーケンスを示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing a sequence of gas, pressure, and film forming temperature in the case where a W film is formed by H 2 reduction of a supply reaction rate in a conventional method.

【図8】従来方法におけるSiH4 還元によりW膜形成
を行った場合のガス、圧力、および成膜温度のシーケン
スを示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing a sequence of gas, pressure, and film forming temperature when a W film is formed by SiH 4 reduction in the conventional method.

【図9】従来のH2 還元にSiH4 による核再形成ステ
ップをいれた手法によりW膜形成を行った場合のガス、
圧力、および成膜温度のシーケンスを示した図である。
FIG. 9 is a gas used when a W film is formed by a method including a conventional H 2 reduction and a step of re-nucleating SiH 4 .
It is a figure showing a sequence of pressure and film formation temperature.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板(半導体基板) 2 層間絶縁膜 3 バリアメタル A1 〜A4 表面反応律速のH2 還元によるW膜 B1 〜B4 供給反応律速のSiH4 還元によるW膜 C1 〜C4 表面反応律速のH2 還元によるW膜 D1 〜D4 供給反応律速のH2 還元によるW膜1 Si substrate (semiconductor substrate) 2 Interlayer insulating film 3 Barrier metal A 1 to A 4 surface W film by reaction-controlled H 2 reduction B 1 to B 4 supply reaction-controlled W film by SiH 4 reduction C 1 to C 4 surface W film by reaction-controlled H 2 reduction D 1 to D 4 supply W film by reaction-controlled H 2 reduction

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平尾 秀司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 寺井 由佳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Shuji Hirao 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Yuka Terai, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成された層間絶縁膜上
と、この層間絶縁膜の所定の位置に開口されたコンタク
ト孔の内壁および底部全面とにバリアメタルを形成し、
このバリアメタル上の全面に化学気相成長法によりW膜
を形成する半導体装置の製造方法であって、W膜の化学
気相成長法による形成に際して、表面反応律速である第
1還元反応と供給反応律速である第2還元反応とをこの
順序で交互に複数回行う半導体装置の製造方法。
1. A barrier metal is formed on an interlayer insulating film formed on a semiconductor substrate and on an inner wall and a whole bottom surface of a contact hole opened at a predetermined position of the interlayer insulating film,
A method of manufacturing a semiconductor device in which a W film is formed on the entire surface of a barrier metal by a chemical vapor deposition method, wherein when forming a W film by the chemical vapor deposition method, a first reduction reaction, which is a surface reaction rate control, and a supply are supplied. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a second reduction reaction, which is a reaction rate limiting method, is alternately performed a plurality of times in this order.
【請求項2】 第1還元反応はWF6 とH2 との還元反
応であり、第2還元反応はWF6 とSiH4 との還元反
応である請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first reduction reaction is a reduction reaction between WF 6 and H 2, and the second reduction reaction is a reduction reaction between WF 6 and SiH 4 .
【請求項3】 第1還元反応はWF6 に対するH2 の流
量比が10以下である請求項2記載の半導体装置の製造
方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the flow rate ratio of H 2 to WF 6 is 10 or less in the first reduction reaction.
【請求項4】 第1還元反応はWF6 とH2 との還元反
応であり、第2還元反応はWF6 とH2 との還元反応で
ある請求項1記載の半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first reduction reaction is a reduction reaction between WF 6 and H 2, and the second reduction reaction is a reduction reaction between WF 6 and H 2 .
【請求項5】 第1還元反応はWF6 に対するH2 の流
量比が10以下であり、第2還元反応はWF6 に対する
2 のガス流量比が10以上である請求項4記載の半導
体装置の製造方法。
5. The first reduction reaction flow ratio of H 2 to WF 6 is 10 or less, the second reduction reaction semiconductor device according to claim 4, wherein the gas flow ratio of H 2 to WF 6 is 10 or more Manufacturing method.
【請求項6】 第1還元反応において1回で成膜するW
膜の厚さは平坦上で200nm以下である請求項1記載
の半導体装置の製造方法。
6. The W film formed once in the first reduction reaction
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the film is 200 nm or less on a flat surface.
【請求項7】 第2還元反応において1回で成膜するW
膜の厚さは平坦上で5nm以上でかつ50nm以下であ
る請求項1記載の半導体装置の製造方法。
7. The W film formed once in the second reduction reaction
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the film thickness is 5 nm or more and 50 nm or less on a flat surface.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102433546A (en) * 2010-09-29 2012-05-02 东京毅力科创株式会社 Film formation method and film formation apparatus
KR20210158854A (en) * 2019-05-23 2021-12-31 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Coaxial contacts for 3D logic and memory
JP2024543595A (en) * 2021-12-09 2024-11-21 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Top via interconnect structure with texture suppression layer - Patents.com

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102433546A (en) * 2010-09-29 2012-05-02 东京毅力科创株式会社 Film formation method and film formation apparatus
KR101290957B1 (en) * 2010-09-29 2013-07-30 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Film formation method and film formation apparatus
KR20210158854A (en) * 2019-05-23 2021-12-31 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Coaxial contacts for 3D logic and memory
JP2024543595A (en) * 2021-12-09 2024-11-21 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Top via interconnect structure with texture suppression layer - Patents.com

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