JPH09509288A - シリコン含有ソースガスを用いる窒化タングステン付着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 窒化タングステンを付着する方法は窒化タングステンを付着させるためのシリコン系ガスを有するソースガス混合物を用いて付着基板を積層する。非平面記憶キャパシタは窒化タングステンキャパシタ電極を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 シリコン含有ソースガスを用いる窒化タングステン付着方法 【背景技術の説明】 本発明は、ダイナミックＲＡＭに関し、特に、窒化タングステンの付着に関す る。 窒化タングステンは、平面キャパシタ及びゲート電極の用途に極めて信頼性の 高い材料である。 窒化タングステンは、高温で安定であり、キャパシタへの応用において誘電劣 化を防止し、ゲート電極の低抵抗トラップ層として使用されると多結晶シリコン とタングステンとの間のバリアとして作用する。 ”Ｗ、ＷＳｉ、ＷＮ、及ＷＳｉＮ、薄膜金属化の熱膨張係数の測定”アレック ス．ラハブ、カレン．Ａ．グリム、及びイラン．Ａ．ベルヒ著、（応用物理学６ ７（２）、１月１５日、１９９０、第７３４頁）に記載されているような製造方 法では、窒化タングステンを反応性スパッタリングを用いて製造し、良好な膜特 性を得る。 スパッタリングは高品質の膜を与えることができるが、表面ステップ被膜は、 多くの用途について不適当である。例えば化学蒸着（ＣＶＤ）のような改良され た段階的塗膜方法がを用いることが好ましい。電気化学学会誌（固体化学及び技 術）の１９８７年１２月版におけるＷＦ₆Ａを用いたＣＶＤ方法による窒化タン グステン薄膜の製造”と題された論文において中島らは、従来のホットウォール ＣＶＤ装置においてＮＨ₃及びＷＨ₆ソースガスから窒化タングステンの化学蒸着 を行っている。ホットウォールＣＶＤ装置は、ウエノいスループットに関しては 、利点を有するものであるが、プロセス制御及び浄化が特に、現状の用途におい ては適当でない。むしろ、単一ウエハ冷間壁付着装置が好ましい。 ＣＶＤプロセスに対して、ＷＨ₆及びＮＨ₃は容易に入手できかつ高付着率を与 えるという利点を有する。しかし、ＷＨ₆、ＮＨ₃は、低温（＜５０℃）でアダク トを形成するとともに、冷間壁システムでさえ、アダクトの形成を防止するため に最低許容壁温度が存在する。さらに、付着反応の副産物がシリコンあるいは多 結晶シリコン基板を浸食する。それ故、このプロセスは接着力及び抵抗を犠 牲にすることなく、浸食を現象するように変更しなければならない。 したがって、良好の接着力と高付着率を有しつつ、最小シリコン浸食の均等な 、低抵抗の薄膜を与えるＣＶＤ窒化タングステンプロセスについての要請がある 。 本発明は、化学蒸着を用いて窒化タングステンを付着する方法である。本発明 の方法は、窒化タングステンを付着するためにシリコン系ガスを有するソースガ ス混合物を使用して、付着基板を重ねて形成するものである。 本発明の方法は、本発明の方法にしたがって付着した窒化タングステンの良好 な接着力、最小のシリコン浸食、及び低抵抗のために、キャパシタ電極、コンタ クトプラグ、及びゲート電極に有効である。 本発明は、窒化タングステンキャパシタ電極を有する非平面記憶キャパシタで ある。 【図面の説明】 図１−図３は、さまざまな製造段階にある半導体の断面図である。 図１は、さまざまな構造をその上に製造した半導体基板の一部であって、第１ キャパシタ電極を有するものである。 図２は、誘電層を形成した後の図１の断面図である。 図３は、窒化タングステン電極を形成した後の図２の断面図である。 図４Ａは、基板に形成され、窒化タングステン層で充填されたバイアの断面図 である。 図４Ｂは、図４Ａの窒化タングステン層の化学機械的平面化の後の図４Ａの断 面図である。 図５は、窒化タングステンバリヤ層を有するゲート電極の断面図である。 本発明は本発明の方法によって形成された窒化タングステン層にかかるもので あって、該窒化タングステンは、例えばシランといったシリコン系ガスを含むソ ースガスから化学蒸着したものである。 １つの実施例では、本発明は、窒化タングステンキャパシタ電極を有する半導 体非平面記憶キャパシタであり、該非平面記憶キャパシタの製造方法である。本 発明は、トレンチキャパシタ及び多くの積層キャパシタを含む、任意の数の非平 面キャパシタに適用できるが、図１−３は本発明の積層キャパシタを製造するた めのプロセスの段階を示している。 図１は、埋め込みビットライン５、電界酸化層１５で被覆したワードライン１ ０及び電界効果トランジスタ２０を有する部分的に処理された半導体の断面図で ある。薄膜酸化層２５は基板３５の接触領域３０から除去されており、多結晶シ リコン（以下「ポリシリコン」あるいは「ポリ」ともいう）層４０が基板３５に の上に付着されており、基板３５の接触領域３０と接触している。該多結晶シリ コン層４０は、フォトマスク（図示せず）でドープされ、パターン化されて、本 発明のキャパシタの記憶ノードプレートすなわち第１電極を構成している。 図２において、誘電層４５、好ましくは、タンタル酸化物が、多結晶シリコン 層４０に付着して積層されている。 図３において、窒化タングステン層５０が蒸着チャンバにおいて化学蒸着によ り一様に付着されて誘電層４５の上に積層されており、これによって記憶キャパ シタの第２電極を形成している。化学蒸着中に、少なくともアンモニアと組合さ れた６ふっ化タングステンのようなタングステンソースを含むソースガスがアル ゴン、水素、窒素その他のガスを含むことができるキャリアガスと組み合わされ る。別のタングステンソースとして例えばタングステンカルボニールを使用する ことができる。好ましい実施例では、ソースガスは、また、シラン、有機シラン あるいはジ−シラン、トリ−シランといったシランの多重順序である化合物のよ うなシラン系ガスを含むことができる。ソースガスは、化学蒸着を行うことがで きる圧力、通常は、その終点を含んで０.１から１００トールの圧力範囲に維持 される。基板の蒸着温度は、他の温度を用いることができるけれども、３００℃ に維持される。蒸着チャンバ壁の温度は、アダクト形成を最小にする温度、本例 では、壁温は、基板の温度よりも低い他の温度がアダクト形成を最小にするけれ ども、２５℃以上の温度に維持される。１つの実施例では、ソースガスは、６ふ っ化タングステン、アンモニア、アルゴン、及び水素を含んでいる。この場合、 窒化タングステン層２０の付着中において、６ふっ化タングステン、アンモニア 、アルゴン及び水素は、それぞれ50sccm、150sccm、80sccm及び80sccmの流量を 有する。シランがソースガス混合物に加わると、シランの流量は、シランを加え たソースガス混合物の全体流量の１.０９８％の4sccmである。 本発明のキャパシタにおいて、および他の用途において、シランのソースガス へを添加することによって、窒化タングステンにさらされるシリコン系材料への 侵食が減少し、窒化タングステンのその下層への接着力が向上し、窒化タングス テンのバルク抵抗が減少する。大抵の用途においては、シランあるいはその他の シラン系ガスの流量は、全体流量の０.１％から２５％の流量を用いることがで きるが、シラン系ガスを含むソースガスの全体流量の０.５％から５％の範囲に 抑えるべきである。 蒸気の方法によって付着される場合には、窒化タングステンを用いて本発明の キャパシタの第１電極を製造することが可能である。また、第１電極のみを窒化 タングステンとすることも可能である。この場合、誘電体をその上に積層した第 ２電極は多結晶シリコンのような他の材料とすることができる。１つの実施例で は、シランを含むソースガスを用いた窒化タングステンの化学蒸着は、図４Ａに 示すように窒化タングステン１００を有するバイヤを充填するのに使用される。 図４Ｂは図４Ａに示す窒化タングステン層１００の化学機械研磨の後の窒化タン グステンコンタクトプラグ１０５を示す。そのコンタクトプラグ１０５は導電層 １０６と接触する。 また、窒化タングステンは、シラン含有ソースガスを用いて付着することがで きる。この場合、付着された窒化タングステンはバイヤを充填せず、むしろバリ ヤ材料を形成するバイヤをライニングする。この場合、タングステンは、窒化タ ングステンで充填されていないバイヤの部分を充填するように付着する。 図５に示すさらに別の実施例においては、シラン含有付着ガスから窒化タング ステンの化学蒸着は電界効果トランジスタの用途に使用され、タングステン層１ ３５と多結晶シリコン層１４０との間に介在する窒化タングステンバリヤ層１３ ０を構成する。この場合、窒化タングステン１３０、タングステン層１３５、及 び多結晶シリコン層１４０の露出した部分は非パターン化領域において、基板１ ５０及びゲート酸化物１６０の上に積層されたゲート電極４５を形成するために 窒化タングステン１３０、タングステン層１３５及び多結晶シリコン層１４０の マスクされた部分から除去される。別の実施例では、多結晶シリコン層１４０は 形成されず、ゲート電極は、窒化タングステン１３０とタングステン層１３５ を備えている。 特定の実施例が説明されているが、本発明は特許請求の範囲のよってのみ制限 されるように理解されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 27/04 9276−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 27/10 ６２１Ｚ // Ｈ０１Ｌ 21/8242 27/108 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．窒化タングステンを付着する方法であって、 前記窒化タングステンを付着することができる、シリコンを含むソースガス 混合物を用意し、 付着基板をある温度にし、 前記ソースガス混合物に圧力を加えて該ソースガス混合物からの窒化タング ステンを前記付着基板上に付着せしめる工程とを備えたことを特徴とする方法。 ２．請求項１の方法において、さらに、ソースガス混合物の含む付着チャンバの 内部壁の温度を前記付着工程中、２５℃より高い温度に維持する工程を含むこと を特徴とする方法。 ３．請求項１の方法において、さらに、ソースガス混合物の含む付着チャンバの 内部壁の温度を前記付着工程中、アダクト形成を最小にする温度に維持する工程 を含むことを特徴とする方法。 ４．請求項１の方法において、さらに、付着工程中、バイアを充填して該バイヤ に電気的コンタクトを形成する工程とを備えたことを特徴とする方法。 ５．請求項１の方法において、さらに、 ａ）前記付着工程中、バイヤの両側をライニングして窒化タングステンのバリ ヤ層を形成し、 ｂ）前記バイヤの残部をタングステンで充填して、窒化タングステンとタング ステンが電気的コンタクトを形成する工程とを備えたことを特徴とする方法。 ６．請求項１の方法において、 ａ）第１キャパシタ電極を形成し、 ｂ）前記第１キャパシタ電極の上に積層される誘電層を形成し、 ｃ）前記窒化タングステンの付着工程中、前記誘電層の上に前記窒化タングス テンを積層することによって第２キャパシタ電極を形成する工程とをそな得たこ とを特徴とする方法。 ７．請求項１において、さらに、 ａ）第１キャパシタ電極を形成し、 ｂ）前記第１キャパシタ電極の上に積層されるタンタル酸化物の誘電層を形成 し、 ｃ）前記窒化タングステンの付着工程中、前記タンタル酸化物の層の上に前記 窒化タングステンを積層することによって第２キャパシタ電極を形成する工程を 備えたことを特徴とする方法。 ８．請求項１において、さらに、 ａ）前記窒化タングステンの付着工程中に第１キャパシタ電極を形成し、 ｂ）前記第１キャパシタ電極の上に積層されるタンタル酸化物の誘電層を形成 し、 ｃ）前記誘電層の上に第２キャパシタ電極を形成する工程を備えたことを特徴 とする方法。 ９．請求項１において、前記用意する工程が、少なくとも、多結晶シリコン層と タングステン層との間に窒化タングステンを介在せしめる工程を有し、前記多結 晶シリコン層、前記窒化タングステン、および前記タングステン層がゲート電極 を形成することを特徴とする方法。 10．請求項１において、さらに、多結晶シリコン層とタングステン層との間に窒 化タングステンを介在せしめる工程を有し、前記多結晶シリコン層、前記窒化タ ングステン、および前記タングステン層がゲート電極を形成することを特徴とす る方法。 11．請求項１において、さらに、前記シリコン含有ガスの流量を該シリコン含有 ガスを含むソースガス混合物の全体流量の０.１％から２５％の範囲内に調整す ることを特徴とする方法。 12．窒化タングステンを付着する方法であって、 ａ）窒化タングステンを付着できる第１ソースガス混合物を用意し、 ｂ）前記ソースガス混合物をシランと混合して第２ソースガス混合物を形成し 、 ｃ）付着基板をある温度にし、 ｄ）シランを含む前記第２ソースガス混合物に圧力を加え、 ｅ）シランを含む第２ソースガス混合物からの窒化タングステンを前記付着基 板に付着せしめる工程とを備えたことを特徴とする方法。 13．請求項１２において、さらに、シランの流量をソースガス混合物の全体流量 の０.１から２５％の範囲に調整する工程を有することを特徴とする方法。 14．請求項１２において、さらに、有機シランおよびシランの数列となるシララ ンのグループからシランを選択する工程を有することを特徴とする方法。 15．半導体非平面記憶キャパシタであって、 ａ）非平面第１キャパシタ電極と、 ｂ）前記第１キャパシタ電極の上に積層された誘電層と、 ｃ）前記誘電層の上に積層された窒化タングステン層とを備え、前記窒化タン グステン層が前記非平面記憶キャパシタの第２キャパシタ電極を形成することを 特徴とする非平面記憶キャパシタ。 16．請求項１５において、前記誘電層がタンタル酸化物である非平面記憶キャパ シタ。 17．請求項１５において、前記窒化タングステンがシリコンを含むことを特徴と する非平面記憶キャパシタ。 18．前記第１キャパシタ電極が窒化タングステンであることを特徴とする非平面 記憶キャパシタ。 19．半導体非平面記憶キャパシタであって、 ａ）窒化タングステンの非平面第１キャパシタ電極と、 ｂ）前記第１キャパシタ電極の上に積層された誘電層と、 ｃ）前記誘電層の上に積層された第２キャパシタ電極とを備えたことを特徴と する非平面記憶キャパシタ。 20．半導体非平面記憶キャパシタを形成する方法であって、 ａ）付着基板の上に積層された非平面第１キャパシタ電極を形成し、 ｂ）前記第１キャパシタ電極の上に積層される誘電層を形成し、 ｃ）窒化タングステンを付着せしめるためのソースガス混合物を形成し、 ｄ）前記ソースガス混合物からの窒化タングステンを付着せしめて、前記誘電 層の上に積層される窒化タングステンの第２キャパシタ電極を形成する工程とを 備えたことを特徴とする方法。 21．請求項２０において、前記誘電層を形成する工程がタンタル酸化物の層を付 着せしめることを含むことを特徴とする方法。 22．請求項２０において、前記ソースガス混合物を形成する工程が、少なくとも ６ふっ化タングステン、アンモニア、アルゴン、および水素を結合させてソース ガス混合物を形成することを特徴とする方法。 23．請求項２０において、前記ソースガス混合物を形成する工程が、少なくとも ６ふっ化タングステン、アンモニア、アルゴン、水素およびシリコン含有ガスを 結合させてソースガス混合物を形成することを特徴とする方法。 24．請求項２３において、さらに、前記シリコン含有ガスの流量を前記ソースガ ス混合物の全体流量の０.１から２５％の範囲内に調整することを含むことを特 徴とする方法。 25．請求項２０において、前記ソースガス混合物を形成する工程が、少なくとも ６ふっ化タングステン、アンモニア、アルゴン、およびシランを結合させてソー スガス混合物を形成することを特徴とする方法。 26．請求項２３において、さらに、前記シランの流量を前記ソースガス混合物の 全体流量の０.１から２５％の範囲内に調整することを含むことを特徴とする方 法。 27．請求項２０において、さらに、 ａ）チャンバにおいてソースガス混合物を形成し、 ｂ）前記チャンバの内壁の温度を２５℃よりも高い温度に調整する工程を備え たことを特徴とする方法。 28．請求項２０において、さらに、 ａ）チャンバにおいてソースガス混合物を形成し、 ｂ）前記チャンバの内壁の温度を前記付着工程中におけるアダクト形成を最小 とする温度に調整する工程を備えたことを特徴とする方法。 29．ａ）付着基板の上る積層される非平面第１キャパシタ電極を形成し、 ｂ）前記第１キャパシタ電極の上に積層される誘電層を形成し、 ｃ）窒化タングステンを付着することができるソースガス混合物を用意し、 ｄ）シリコン含有ガスとソースガス混合物と結合して前記シリコン含有ガスを 含むソースガス混合物を形成し、 ｅ）前記付着基板をある温度にし、 ｆ）前記シリコン含有ガスを含むソースガス混合物に圧力を加え、 ｇ）前記シリコン含有ガスを含むソースガス混合物からの窒化タングステンを 付着して、前記誘電層の上に積層される窒化タングステンの第２キャパシタ電極 を形成する工程とを備える方法に従って製造された非平面キャパシタ。 30．請求項２９において、前記誘電層がタンタル酸化物である非平面キャパシタ 。 31．請求項２９において、前記シリコン含有ガスがシランである平面キャパシタ 。 32．請求項２９において、前記窒化タングステンがシリコンを含有していること を特徴とする非平面キャパシタ。 33．請求項２９において、さらに、シリコン含有ガスの流量をシリコン含有ガス を含むソースガス混合物の全体流量の０.１から２５％の範囲内に調整すること を含むことを特徴とする非平面キャパシタ。 34．ａ）窒化タングステンを付着することができるソースガス混合物を用意し、 ｂ）シリコン含有ガスと前記ソースガス混合物と結合して前記シリコン含有ガ スを含むソースガス混合物を形成し、 ｃ）付着基板をある温度にし、 ｄ）前記シリコン含有ガスを含むソースガス混合物に圧力を加え、 ｅ）前記シリコン含有ガスを含むソースガス混合物からの窒化タングステンを 付着して、前記付着基板の上に積層されるキャパシタ電極を形成する工程とを備 える方法によって製造されたキャパシタ電極。 35．ａ）窒化タングステンを付着することができるソースガス混合物を用意し、 ｂ）シリコン含有ガスと前記ソースガス混合物と結合して前記シリコン含有ガ スを含むソースガス混合物を形成し、 ｃ）付着基板をある温度にし、 ｄ）前記シリコン含有ガスを含むソースガス混合物に圧力を加え、 ｅ）前記シリコン含有ガスを含むソースガス混合物からの窒化タングステンを 付着して、前記付着基板の上に積層される窒化タングステン層を形成し、 ｆ）前記窒化タングステン層の上に積層されるタングステン層を形成し、 ｇ）前記窒化タングステン層とタングステン層とをパターン化して前記ゲート 電極を画成し、 ｈ）前記窒化タングステン層とタングステン層のマスクしていない部分を除去 し、その除去工程の後にのこっている窒化タングステン層とタングステン層の部 分がゲート電極を形成する工程を有する方法によって製造されたゲート電極。 36．ａ）付着基板の上に積層される多結晶シリコン層を形成し、 ｂ）窒化タングステンを付着することができるソースガス混合物を用意し、 ｃ）シリコン含有ガスと前記ソースガス混合物と結合して前記シリコン含有ガ スを含むソースガス混合物を形成し、 ｄ）付着基板をある温度にし、 ｅ）前記シリコン含有ガスを含むソースガス混合物に圧力を加え、 ｆ）前記シリコン含有ガスを含むソースガス混合物からの窒化タングステンを 付着して、前記多結晶シリコン層の上に積層される窒化タングステン層を形成し 、 ｇ）前記窒化タングステン層の上に積層されるタングステン層を形成し、 ｈ）前記多結晶シリコン層、窒化タングステン層およびタングステン層をパタ ーン化して前記ゲート電極を画成し、 ｉ）前記多結晶シリコン層、窒化タングステン層およびタングステン層のマス クしていない部分を除去し、その除去工程の後に残っている多結晶シリコン層、 窒化タングステン層およびタングステン層の部分がゲート電極を形成する工程を 有する方法によって製造されたゲート電極。 37．ａ）窒化タングステンを付着することができるソースガス混合物を用意し、 ｂ）シリコン含有ガスと前記ソースガス混合物と結合して前記シリコン含有ガ スを含むソースガス混合物を形成し、 ｃ）付着基板をある温度にし、 ｄ）前記シリコン含有ガスを含むソースガス混合物に圧力を加え、 ｅ）前記シリコン含有ガスを含むソースガス混合物からの窒化タングステンを 付着して、バイヤに付着物を形成する工程を有する方法によって製造されたバイ ヤにおける付着物。