JPH0878363A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH0878363A JPH0878363A JP20862094A JP20862094A JPH0878363A JP H0878363 A JPH0878363 A JP H0878363A JP 20862094 A JP20862094 A JP 20862094A JP 20862094 A JP20862094 A JP 20862094A JP H0878363 A JPH0878363 A JP H0878363A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、半導体基板上にブランケットW
膜を形成する方法に関し、ブランケットW膜成長時にお
いて、下地のTiN膜が剥がれない方法を提供する。 【構成】 半導体基板上へのブランケットW膜の成長に
おいて、反応ガスとして用いる六弗化タングステンガス
と水素ガスの混合ガスの内、該六弗化タングステンと該
水素との反応が該六弗化タングステンの分解に対して支
配的となる分圧比の領域まで該水素ガスの分圧を上げて
該ブランケットW膜の成長を行う。
膜を形成する方法に関し、ブランケットW膜成長時にお
いて、下地のTiN膜が剥がれない方法を提供する。 【構成】 半導体基板上へのブランケットW膜の成長に
おいて、反応ガスとして用いる六弗化タングステンガス
と水素ガスの混合ガスの内、該六弗化タングステンと該
水素との反応が該六弗化タングステンの分解に対して支
配的となる分圧比の領域まで該水素ガスの分圧を上げて
該ブランケットW膜の成長を行う。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板上にブランケ
ットタングステン(W)膜を形成する方法に関するもの
である。
ットタングステン(W)膜を形成する方法に関するもの
である。
【0002】近年、半導体デバイスの高集積化、微細化
により、電極配線にも高融点金属膜、特に、ブランケッ
トW膜や選択成長W膜が多用されている。
により、電極配線にも高融点金属膜、特に、ブランケッ
トW膜や選択成長W膜が多用されている。
【0003】
【従来の技術】図6は従来例の説明図である。図におい
て、31は半導体基板、32はTi膜、33はTiN膜、34は
水素分子、35はW核、36はW膜、37はTiF膜である。
て、31は半導体基板、32はTi膜、33はTiN膜、34は
水素分子、35はW核、36はW膜、37はTiF膜である。
【0004】現在、ブランケットW膜の成長は、通常初
期の核形成として六弗化タングステン(WF6 )のシラ
ン(SiH4 )還元により表面に半導体膜、金属膜、絶
縁膜の混在する半導体基板上全面に薄い膜を形成する。
期の核形成として六弗化タングステン(WF6 )のシラ
ン(SiH4 )還元により表面に半導体膜、金属膜、絶
縁膜の混在する半導体基板上全面に薄い膜を形成する。
【0005】そして、Wの核を形成後、水素(H2 )還
元により基板全面にブランケットW膜を被覆形成する。
この際、特にコンタクトホール埋め込みに用いる場合は
段差被覆性が重要になる。段差被覆性にはWF6 の分圧
が高く、温度が低い方が良い。
元により基板全面にブランケットW膜を被覆形成する。
この際、特にコンタクトホール埋め込みに用いる場合は
段差被覆性が重要になる。段差被覆性にはWF6 の分圧
が高く、温度が低い方が良い。
【0006】通常は、下地にTiN膜を用いるが、WF
6 分圧を高くすると、つまり、図6(a)に示すよう
に、H2 の分圧が低い状態では、W核5が形成されてい
る部分では水素分子34は解離するが、TiN膜33上では
解離しにくい。このため、TiN膜33上でのW膜36の成
長は、WF6 →W+6F- の反応が支配的となる。
6 分圧を高くすると、つまり、図6(a)に示すよう
に、H2 の分圧が低い状態では、W核5が形成されてい
る部分では水素分子34は解離するが、TiN膜33上では
解離しにくい。このため、TiN膜33上でのW膜36の成
長は、WF6 →W+6F- の反応が支配的となる。
【0007】その結果、図6(b)に示すように、解離
したFイオン(F- )がTiN膜33の中に潜り込み、下
地のTi膜32と反応してTiの弗化物であるTiF膜37
を形成し、TiN膜33が剥がれてしまう。
したFイオン(F- )がTiN膜33の中に潜り込み、下
地のTi膜32と反応してTiの弗化物であるTiF膜37
を形成し、TiN膜33が剥がれてしまう。
【0008】特に、低温の場合だとシラン還元時の反応
が悪く、図6(a)に示したように局所的に基板表面に
TiN膜33が露出している場合があり、W膜36の成長時
に、WF6 が余っていることによりTiN膜33が剥がれ
やすい傾向にある。
が悪く、図6(a)に示したように局所的に基板表面に
TiN膜33が露出している場合があり、W膜36の成長時
に、WF6 が余っていることによりTiN膜33が剥がれ
やすい傾向にある。
【0009】本発明は、以上の点を鑑み、ブランケット
W膜成長時において下地のTiN膜が剥がれないW膜の
成長方法を提供する。
W膜成長時において下地のTiN膜が剥がれないW膜の
成長方法を提供する。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図、図2はW膜成長レートと水素分圧の関係図(理論
値)である。
図、図2はW膜成長レートと水素分圧の関係図(理論
値)である。
【0011】図において、1は半導体基板、2はTi
膜、3はTiN膜、4は水素分子、5はW核、6はW膜
である。従来の処理条件で用いている水素分圧条件は、
図2に示すように、W膜の成長レートが水素分圧の1/
2乗に比例する領域Iの範囲内であり、このときは半導
体基板上での水素の解離反応が律則しているが、図6で
説明したように、TiN膜上では水素が解離しにくい。
膜、3はTiN膜、4は水素分子、5はW核、6はW膜
である。従来の処理条件で用いている水素分圧条件は、
図2に示すように、W膜の成長レートが水素分圧の1/
2乗に比例する領域Iの範囲内であり、このときは半導
体基板上での水素の解離反応が律則しているが、図6で
説明したように、TiN膜上では水素が解離しにくい。
【0012】つまり、WF6 が反応の対象を求めて漂っ
ていることになり、これがTiN膜の表面に達すると、
ここで電子の授受が発生し、WF6 が分解してしまう。
そのためF原子は静電力でTiN膜中に引っ張り込まれ
るが、この際、TiN膜とは反応せず、更に下層に存在
するTi膜のTi原子と反応する。TiFは常温で固体
であり、これが形成されると、TiN膜が押し上げら
れ、剥がれることとなる。
ていることになり、これがTiN膜の表面に達すると、
ここで電子の授受が発生し、WF6 が分解してしまう。
そのためF原子は静電力でTiN膜中に引っ張り込まれ
るが、この際、TiN膜とは反応せず、更に下層に存在
するTi膜のTi原子と反応する。TiFは常温で固体
であり、これが形成されると、TiN膜が押し上げら
れ、剥がれることとなる。
【0013】そこで、本発明では、図1(a)に示すよ
うに、半導体基板1上での水素の解離は確立の問題なの
で、水素分圧を上げてやることにより、水素分子4を増
やして、出来るだけ半導体基板1の表面に反応せずに余
るWF6 ガスをなくそうとするものである。
うに、半導体基板1上での水素の解離は確立の問題なの
で、水素分圧を上げてやることにより、水素分子4を増
やして、出来るだけ半導体基板1の表面に反応せずに余
るWF6 ガスをなくそうとするものである。
【0014】つまり、上記の問題解決するために、図1
(b)に示すWF6 成長時の水素分圧を上げてやり、余
剰WF6 をなくしてやるものとする。W膜の段差被覆性
はWF6 の供給律則領域では劣っている。水素分圧を上
げながらWF6 の反応律則領域で成膜してやる必要があ
る。
(b)に示すWF6 成長時の水素分圧を上げてやり、余
剰WF6 をなくしてやるものとする。W膜の段差被覆性
はWF6 の供給律則領域では劣っている。水素分圧を上
げながらWF6 の反応律則領域で成膜してやる必要があ
る。
【0015】そこで、本発明の手段として、W膜の成長
レートから、水素の移動限界分圧を求めた上で、図2の
領域IIに相当するそれ以上の分圧領域で成膜する。すな
わち、本発明の目的は、半導体基板上へのブランケット
W膜の成長において、反応ガスとして用いる六弗化タン
グステンガスと水素ガスとの混合ガスの内、図2に示す
ような六弗化タングステンと水素の反応が六弗化タング
ステンの分解に対して支配的となる分圧比の領域まで水
素ガスの分圧を上げて、ブランケットW膜の成長を行う
ことにより達成される。
レートから、水素の移動限界分圧を求めた上で、図2の
領域IIに相当するそれ以上の分圧領域で成膜する。すな
わち、本発明の目的は、半導体基板上へのブランケット
W膜の成長において、反応ガスとして用いる六弗化タン
グステンガスと水素ガスとの混合ガスの内、図2に示す
ような六弗化タングステンと水素の反応が六弗化タング
ステンの分解に対して支配的となる分圧比の領域まで水
素ガスの分圧を上げて、ブランケットW膜の成長を行う
ことにより達成される。
【0016】
【作用】上記のように、本発明のCVD−W膜成長方法
を用いれば、この結果、TiN膜上でのW膜の成長は、
図2に示すように、 WF6 + 3H2 → W + 6HF↑ が支配的になり、余剰のWF6 がTiN膜の表面に到達
しないので、W膜は一様に均一な厚さで成長する。
を用いれば、この結果、TiN膜上でのW膜の成長は、
図2に示すように、 WF6 + 3H2 → W + 6HF↑ が支配的になり、余剰のWF6 がTiN膜の表面に到達
しないので、W膜は一様に均一な厚さで成長する。
【0017】すなわ余剰WF6 によるTiN膜剥がれが
抑えられる。更に、段差被覆性を犠牲にせずにスループ
ットが上がり、また成膜中にチャンバー内に吸着したF
原子をHFにして飛ばす効果も期待でき、結果として微
小なゴミ・異物等のパーティクルの減少、品質向上に寄
与する。
抑えられる。更に、段差被覆性を犠牲にせずにスループ
ットが上がり、また成膜中にチャンバー内に吸着したF
原子をHFにして飛ばす効果も期待でき、結果として微
小なゴミ・異物等のパーティクルの減少、品質向上に寄
与する。
【0018】
【実施例】図3はW膜成長レートと水素分圧の関係図
(実験値)、図4は本発明の一実施例の工程順模式断面
図である。
(実験値)、図4は本発明の一実施例の工程順模式断面
図である。
【0019】図において、11はシリコン(Si)基板、
12はフィールド二酸化シリコン(SiO2)膜、13はp型ウェ
ル、14はソース・ドレイン拡散層、15はゲート電極、16
は層間SiO2膜、17はコンタクトホール、18はTi膜、19
はTiN膜、20はブランケットW膜、21はAl−Si−
Cu膜、22はSiO2膜、23はSOG膜、24はTEOSSiO2
膜、25はTi膜、26はTiN膜、27はAl−Si−Cu
膜、28はパッシベーションSiO2膜、29はパッシベーショ
ン Si3N4膜である。
12はフィールド二酸化シリコン(SiO2)膜、13はp型ウェ
ル、14はソース・ドレイン拡散層、15はゲート電極、16
は層間SiO2膜、17はコンタクトホール、18はTi膜、19
はTiN膜、20はブランケットW膜、21はAl−Si−
Cu膜、22はSiO2膜、23はSOG膜、24はTEOSSiO2
膜、25はTi膜、26はTiN膜、27はAl−Si−Cu
膜、28はパッシベーションSiO2膜、29はパッシベーショ
ン Si3N4膜である。
【0020】図3に先ず、水素分圧を種々変えて、W膜
成長レートを測定し、理論値との整合性を確認した実験
結果を示す。図3において、領域Iは従来から用いられ
てきた条件の範囲であり、水素分圧の1/2乗に比例し
た直線にのっている。
成長レートを測定し、理論値との整合性を確認した実験
結果を示す。図3において、領域Iは従来から用いられ
てきた条件の範囲であり、水素分圧の1/2乗に比例し
た直線にのっている。
【0021】領域IIではW膜の成長レートが落ちている
が、これは水素の移動限界に達したか、或いは、WF6
の反応速度が追いついていないかのどちらかである。実
験によるTiN膜の剥がれ調査から、水素分圧を上げる
と剥がれが抑えられる効果が確認できているので、後者
であることが判明する。
が、これは水素の移動限界に達したか、或いは、WF6
の反応速度が追いついていないかのどちらかである。実
験によるTiN膜の剥がれ調査から、水素分圧を上げる
と剥がれが抑えられる効果が確認できているので、後者
であることが判明する。
【0022】次に、本発明のブランケットW膜の成長方
法をMOS形LSIデバイスに適用した本発明の一実施
例について図4の工程順模式断面図を用いて説明する。
図4(a)に示すように、n型のSi基板11の表面にフィ
ールドSiO2膜12が形成され、活性領域が画定される。
法をMOS形LSIデバイスに適用した本発明の一実施
例について図4の工程順模式断面図を用いて説明する。
図4(a)に示すように、n型のSi基板11の表面にフィ
ールドSiO2膜12が形成され、活性領域が画定される。
【0023】活性領域にはp型ウェル13が形成されてお
り、p型ウェル13内にはn+ 型領域のソース・ドレイン
拡散層14と、Si基板11とゲートSiO2膜を隔てて形成され
たポリSi膜等の絶縁ゲート構造を有するゲート電極15か
らなるnチャネルMOSFETが形成されている。
り、p型ウェル13内にはn+ 型領域のソース・ドレイン
拡散層14と、Si基板11とゲートSiO2膜を隔てて形成され
たポリSi膜等の絶縁ゲート構造を有するゲート電極15か
らなるnチャネルMOSFETが形成されている。
【0024】活性領域及びフィールドSiO2膜12上には層
間SiO2膜16が形成されている。層間SiO2膜16はTEOS
系SiO2膜を1.0μm堆積した後、エッチバックにより
表面を平坦化したものである。
間SiO2膜16が形成されている。層間SiO2膜16はTEOS
系SiO2膜を1.0μm堆積した後、エッチバックにより
表面を平坦化したものである。
【0025】層間SiO2膜16のソース・ドレイン拡散層14
の領域に相当する部分にコンタクトホール17を形成す
る。コンタクトホール17形成後、図4(b)に示すよう
に、層間SiO2膜16の表面にスパッタによりTi膜18を 2
00Å、TiN膜19を 1,000Åの厚さに連続的に堆積し、
コンタクトメタル及び接着層とする。続いて、枚葉式減
圧CVD装置により本発明のブランケットW膜20を堆積
する。ブランケットW膜20の厚さはコンタクトホール17
の径とほぼ同等とする。成膜条件は、温度 450℃、ガス
圧80Torr、水素分圧22Torr、WF6 分圧1Torrとする。
の領域に相当する部分にコンタクトホール17を形成す
る。コンタクトホール17形成後、図4(b)に示すよう
に、層間SiO2膜16の表面にスパッタによりTi膜18を 2
00Å、TiN膜19を 1,000Åの厚さに連続的に堆積し、
コンタクトメタル及び接着層とする。続いて、枚葉式減
圧CVD装置により本発明のブランケットW膜20を堆積
する。ブランケットW膜20の厚さはコンタクトホール17
の径とほぼ同等とする。成膜条件は、温度 450℃、ガス
圧80Torr、水素分圧22Torr、WF6 分圧1Torrとする。
【0026】WF6 等の弗素系ガス及び不活性ガスによ
りSi基板11上全面に堆積したブランケットW膜20をエッ
チバックし、コンタクトホール17の中以外のブランケッ
トW膜20を除去する。このようにして、コンタクトホー
ル17内はブランケットW膜20により充填される。
りSi基板11上全面に堆積したブランケットW膜20をエッ
チバックし、コンタクトホール17の中以外のブランケッ
トW膜20を除去する。このようにして、コンタクトホー
ル17内はブランケットW膜20により充填される。
【0027】次に、スパッタ法により、厚さ 6,000Åの
Al−Si−Cu膜21を成膜する。これとTi膜18及び
TiN膜19との積層膜をパターニングし、一層目の配線
を形成する。このようにして、n+ 型領域のソース・ド
レイン拡散層14と一層目の配線とを電気的に接続するこ
とができる。
Al−Si−Cu膜21を成膜する。これとTi膜18及び
TiN膜19との積層膜をパターニングし、一層目の配線
を形成する。このようにして、n+ 型領域のソース・ド
レイン拡散層14と一層目の配線とを電気的に接続するこ
とができる。
【0028】続いて、図4(c)に示すように、プラズ
マCVD法により、厚さ 4,000ÅのSiO2膜22を一層目配
線上、Si基板11の全面に堆積する。そして、厚さ 2,500
ÅのSOG膜23を塗布してエッチバックすることによ
り、表面を平坦化する。その上に厚さ 6,000ÅのTEO
S系SiO2膜24を被覆する。
マCVD法により、厚さ 4,000ÅのSiO2膜22を一層目配
線上、Si基板11の全面に堆積する。そして、厚さ 2,500
ÅのSOG膜23を塗布してエッチバックすることによ
り、表面を平坦化する。その上に厚さ 6,000ÅのTEO
S系SiO2膜24を被覆する。
【0029】次に、図示はしないが、一層目の配線と二
層目の配線の接続をするために、接続領域において、T
EOS系SiO2膜24とSiO2膜22に二層目のAl−Si−C
u膜27に接続するためのコンタクトホールを形成する。
一層目のコンタクトホールと同様に、Ti膜25、TiN
膜26のスパッタを行い、二層目のブランケットW膜の堆
積、更にエッチバックによりコンタクトホール内にのみ
ブランケットW膜を充填する。
層目の配線の接続をするために、接続領域において、T
EOS系SiO2膜24とSiO2膜22に二層目のAl−Si−C
u膜27に接続するためのコンタクトホールを形成する。
一層目のコンタクトホールと同様に、Ti膜25、TiN
膜26のスパッタを行い、二層目のブランケットW膜の堆
積、更にエッチバックによりコンタクトホール内にのみ
ブランケットW膜を充填する。
【0030】続いて、二層目の配線となるAl−Si−
Cu膜27をスパッタ法により堆積し、Ti膜25、TiN
膜26とともにパターニングを行い、二層目配線を形成す
る。このようにして、一層目配線と二層目配線とを電気
的に接続する。
Cu膜27をスパッタ法により堆積し、Ti膜25、TiN
膜26とともにパターニングを行い、二層目配線を形成す
る。このようにして、一層目配線と二層目配線とを電気
的に接続する。
【0031】更に、プラズマCVD法によりパッシベー
ション膜として厚さ 2,000ÅのパッシベーションSiO2膜
28及び厚さ1μmのパッシベーション Si3N4膜29を被覆
してMOS型LSIを形成する。
ション膜として厚さ 2,000ÅのパッシベーションSiO2膜
28及び厚さ1μmのパッシベーション Si3N4膜29を被覆
してMOS型LSIを形成する。
【0032】本発明の水素分圧を上げてTiN膜の剥離
を防止したロットと、従来方法の剥がれ対策を採らない
ロットとの歩留りを調べた結果、図5に示すように本発
明は歩留りが平均して二倍以上に向上している。
を防止したロットと、従来方法の剥がれ対策を採らない
ロットとの歩留りを調べた結果、図5に示すように本発
明は歩留りが平均して二倍以上に向上している。
【0033】
【発明の効果】上記のように、本発明のCVD法による
ブランケットW膜成長方法を用いれば、余剰のWF6 が
TiN膜の表面に到達しないので、余剰WF6 によるT
iN膜剥がれが抑えられて、W膜は一様に均一な厚さで
成長し、段差被覆性を犠牲にせずにスループットが上が
り、歩留りの向上が期待できる。
ブランケットW膜成長方法を用いれば、余剰のWF6 が
TiN膜の表面に到達しないので、余剰WF6 によるT
iN膜剥がれが抑えられて、W膜は一様に均一な厚さで
成長し、段差被覆性を犠牲にせずにスループットが上が
り、歩留りの向上が期待できる。
【0034】また成膜中にチャンバー内に吸着したF原
子をHFにして飛ばす効果も期待でき、微小なゴミ・異
物等のパーティクルの減少、品質向上に寄与する。
子をHFにして飛ばす効果も期待でき、微小なゴミ・異
物等のパーティクルの減少、品質向上に寄与する。
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 W膜成長レートとH2 分圧の関係図(理論
値)
値)
【図3】 W膜成長レートとH2 分圧の関係図(実験
値)
値)
【図4】 本発明の一実施例の工程順模式断面図
【図5】 本発明と従来例との歩留り比較
【図6】 従来例の説明図
図において 1 半導体基板 2 Ti膜 3 TiN膜 4 水素分子 5 W核 6 W膜 11 Si基板 12 フィールドSiO2膜 13 p型ウェル 14 ソース・ドレイン拡散層 15 ゲート電極 16 層間SiO2膜 17 コンタクトホール 18 Ti膜 19 TiN膜 20 ブランケットW膜 21 Al−Si−Cu膜 22 SiO2膜 23 SOG膜 24 TEOS系SiO2膜 25 Ti膜 26 TiN膜 27 Al−Si−Cu膜 28 パッシベーションSiO2膜 29 パッシベーション Si3N4膜
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体基板上へのブランケットタングス
テン膜の成長において、反応ガスとして用いる六弗化タ
ングステンガスと水素ガスの混合ガスの内、該六弗化タ
ングステンと該水素との反応が該六弗化タングステンの
分解に対して支配的となる分圧比の領域まで該水素ガス
の分圧を上げて該ブランケットタングステン膜の成長を
行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20862094A JPH0878363A (ja) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20862094A JPH0878363A (ja) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0878363A true JPH0878363A (ja) | 1996-03-22 |
Family
ID=16559245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20862094A Withdrawn JPH0878363A (ja) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0878363A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6315836B1 (en) | 1998-07-13 | 2001-11-13 | Kokusai Electric Co., Ltd. | Clean, recirculating processing method which prevents surface contamination of an object |
-
1994
- 1994-09-01 JP JP20862094A patent/JPH0878363A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6315836B1 (en) | 1998-07-13 | 2001-11-13 | Kokusai Electric Co., Ltd. | Clean, recirculating processing method which prevents surface contamination of an object |
| US6431190B1 (en) | 1998-07-13 | 2002-08-13 | Kokusai Electric Co., Ltd. | Fluid processing apparatus |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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