JPH11145085A - タングステン・プラグの形成方法 - Google Patents
タングステン・プラグの形成方法Info
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- JPH11145085A JPH11145085A JP30239497A JP30239497A JPH11145085A JP H11145085 A JPH11145085 A JP H11145085A JP 30239497 A JP30239497 A JP 30239497A JP 30239497 A JP30239497 A JP 30239497A JP H11145085 A JPH11145085 A JP H11145085A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＢｌＫ−Ｗの膜剥がれを防止した、タングス
テン・プラグの形成方法を提供する。 【解決手段】 本方法は、層間絶縁膜を貫通するタング
ステン・プラグを形成する方法であって、層間絶縁膜を
貫通して基板面を露出させる接続孔が層間絶縁膜に形成
されている基板全面に連続して、順次、チタン（Ｔｉ）
膜及び窒化チタン（ＴｉＮ）膜を成膜するＴｉ／ＴｉＮ
膜形成工程と、Ｔｉ／ＴｉＮ膜形成工程を経た基板上に
窒素プラズマ処理を施して、露出したＴｉ膜を窒化する
窒素プラズマ処理工程と、次いで、基板全面にブランケ
ット・タングステン膜をプラズマＣＶＤ法により成膜す
るタングステン膜成膜工程とを備える。
テン・プラグの形成方法を提供する。 【解決手段】 本方法は、層間絶縁膜を貫通するタング
ステン・プラグを形成する方法であって、層間絶縁膜を
貫通して基板面を露出させる接続孔が層間絶縁膜に形成
されている基板全面に連続して、順次、チタン（Ｔｉ）
膜及び窒化チタン（ＴｉＮ）膜を成膜するＴｉ／ＴｉＮ
膜形成工程と、Ｔｉ／ＴｉＮ膜形成工程を経た基板上に
窒素プラズマ処理を施して、露出したＴｉ膜を窒化する
窒素プラズマ処理工程と、次いで、基板全面にブランケ
ット・タングステン膜をプラズマＣＶＤ法により成膜す
るタングステン膜成膜工程とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タングステン・プ
ラグの形成方法に関し、更に詳細には、高度に微細化、
高集積化したメモリ素子や論理演算素子等の半導体集積
回路の製造過程で、コンタクトやＶｉａ用のタングステ
ン・メタルプラグの形成に適用した際、タングステン膜
の膜剥がれの生じ難い、タングステン・プラグの形成方
法に関するものである。
ラグの形成方法に関し、更に詳細には、高度に微細化、
高集積化したメモリ素子や論理演算素子等の半導体集積
回路の製造過程で、コンタクトやＶｉａ用のタングステ
ン・メタルプラグの形成に適用した際、タングステン膜
の膜剥がれの生じ難い、タングステン・プラグの形成方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】メモリ素子や論理演算素子等の半導体装
置の高集積化に伴って、その加工寸法が益々微細化して
いるために、コンタクトやＶｉａ用の接続孔は、高アス
ペクト比の形状になっている。そこで、高アスペクト比
の接続孔を介して、高い信頼性で上下の配線層又は拡散
領域を導通できるプラグ構造を形成するために、近年、
ブランケットタングステン（以下、ＢｌＫ−Ｗと略記す
る）に代表されるメタルプラグが、多用されている。
置の高集積化に伴って、その加工寸法が益々微細化して
いるために、コンタクトやＶｉａ用の接続孔は、高アス
ペクト比の形状になっている。そこで、高アスペクト比
の接続孔を介して、高い信頼性で上下の配線層又は拡散
領域を導通できるプラグ構造を形成するために、近年、
ブランケットタングステン（以下、ＢｌＫ−Ｗと略記す
る）に代表されるメタルプラグが、多用されている。
【０００３】ここで、図３を参照して、層間絶縁膜を貫
通して下部配線層又は基板の拡散層と上部の配線層とを
導通させるメタルプラグの従来の形成方法を説明する。
先ず、シリコン基板１０上に層間絶縁膜１２を成膜し、
フォトリソグラフィ及びエッチングにより、図３（ａ）
に示すように、層間絶縁膜１２を貫通して基板１０の所
定領域を露出させる所定パターンの接続孔１４を形成す
る。次いで、図３（ｂ）に示すように、ＢｌＫ−Ｗの密
着層となるチタン（Ｔｉ）／窒化チタン（ＴｉＮ）膜１
６をスパッタ法により基板上に成膜する。続いて、図３
（ｃ）に示すように、ＢｌＫ−Ｗ膜１８をＴｉ／ＴｉＮ
膜１６上にＣＶＤ法により成膜する。次に、基板上のＢ
ｌＫ−Ｗ膜１８及びＴｉ／ＴｉＮ膜１６をエッチバック
して、図３（ｄ）に示すように、Ｗプラグ２０を形成し
ている。
通して下部配線層又は基板の拡散層と上部の配線層とを
導通させるメタルプラグの従来の形成方法を説明する。
先ず、シリコン基板１０上に層間絶縁膜１２を成膜し、
フォトリソグラフィ及びエッチングにより、図３（ａ）
に示すように、層間絶縁膜１２を貫通して基板１０の所
定領域を露出させる所定パターンの接続孔１４を形成す
る。次いで、図３（ｂ）に示すように、ＢｌＫ−Ｗの密
着層となるチタン（Ｔｉ）／窒化チタン（ＴｉＮ）膜１
６をスパッタ法により基板上に成膜する。続いて、図３
（ｃ）に示すように、ＢｌＫ−Ｗ膜１８をＴｉ／ＴｉＮ
膜１６上にＣＶＤ法により成膜する。次に、基板上のＢ
ｌＫ−Ｗ膜１８及びＴｉ／ＴｉＮ膜１６をエッチバック
して、図３（ｄ）に示すように、Ｗプラグ２０を形成し
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のタングステン・プラグの形成方法には、ＢｌＫ−Ｗ膜
を成膜する際に、後続の工程で不良品を発生させる原因
となるダストが発生し、半導体装置の製品歩留まりを低
下させるという問題があった。ＢｌＫ−Ｗの成膜ダスト
の要因には、装置上の問題とプロセス上の問題とに大別
されるが、特に、プロセス上の問題として、最も懸念さ
れる事項に膜剥がれによるダストが挙げられる。
のタングステン・プラグの形成方法には、ＢｌＫ−Ｗ膜
を成膜する際に、後続の工程で不良品を発生させる原因
となるダストが発生し、半導体装置の製品歩留まりを低
下させるという問題があった。ＢｌＫ−Ｗの成膜ダスト
の要因には、装置上の問題とプロセス上の問題とに大別
されるが、特に、プロセス上の問題として、最も懸念さ
れる事項に膜剥がれによるダストが挙げられる。
【０００５】ここで、図４を参照して、以下に、ＢｌＫ
−Ｗ膜の膜剥がれによるダスト発生メカニズムを説明す
る。図４は、ＢｌＫ−Ｗの密着層としてＴｉ／ＴｉＮ膜
を基板上に成膜した際のウエハ端部の膜付け状態を模式
的に示したものである。Ｔｉ／ＴｉＮ膜の成膜では、比
較的容易に高スループットの成膜を実現できるスパッタ
法を用いているが、一般的には、その成膜特性から、下
層のＴｉ膜は上層のＴｉＮ膜に比べて膜の被覆性がよ
く、そのために、図４に示すように、Ｔｉ膜は、ウエハ
周縁側面まで回り込むよう形態で生成する。しかし、Ｔ
ｉＮ膜はＴｉ膜に比べて膜被覆性が劣るので、Ｔｉ膜上
にＴｉＮ膜を成膜すると、図４に示すように、ウエハ周
縁側面まで回り込んだＴｉ膜が、ＴｉＮ膜によって十分
に被覆されずに、露出した状態となる。この状態で、６
フッ化タングステン（ＷＦ6 ）をプロセスチャンバに導
入してプラズマＣＶＤ法により基板上にＢｌＫ−Ｗを成
膜すると、ＷＦ6 が露出しているＴｉ膜と反応してＴｉ
膜を蝕むため、ＢｌＫ−Ｗ膜の成膜初期に安定した核を
形成することができない。そのために、成膜工程のメイ
ンステップで、ＢｌＫ−Ｗ膜の密着性が悪化し、Ｔｉ膜
とＢｌＫ−Ｗ膜との界面からＢｌＫ−Ｗ膜の膜剥がれが
生じ、成膜ダストの発生原因となっている。
−Ｗ膜の膜剥がれによるダスト発生メカニズムを説明す
る。図４は、ＢｌＫ−Ｗの密着層としてＴｉ／ＴｉＮ膜
を基板上に成膜した際のウエハ端部の膜付け状態を模式
的に示したものである。Ｔｉ／ＴｉＮ膜の成膜では、比
較的容易に高スループットの成膜を実現できるスパッタ
法を用いているが、一般的には、その成膜特性から、下
層のＴｉ膜は上層のＴｉＮ膜に比べて膜の被覆性がよ
く、そのために、図４に示すように、Ｔｉ膜は、ウエハ
周縁側面まで回り込むよう形態で生成する。しかし、Ｔ
ｉＮ膜はＴｉ膜に比べて膜被覆性が劣るので、Ｔｉ膜上
にＴｉＮ膜を成膜すると、図４に示すように、ウエハ周
縁側面まで回り込んだＴｉ膜が、ＴｉＮ膜によって十分
に被覆されずに、露出した状態となる。この状態で、６
フッ化タングステン（ＷＦ6 ）をプロセスチャンバに導
入してプラズマＣＶＤ法により基板上にＢｌＫ−Ｗを成
膜すると、ＷＦ6 が露出しているＴｉ膜と反応してＴｉ
膜を蝕むため、ＢｌＫ−Ｗ膜の成膜初期に安定した核を
形成することができない。そのために、成膜工程のメイ
ンステップで、ＢｌＫ−Ｗ膜の密着性が悪化し、Ｔｉ膜
とＢｌＫ−Ｗ膜との界面からＢｌＫ−Ｗ膜の膜剥がれが
生じ、成膜ダストの発生原因となっている。
【０００６】ＢｌＫ−Ｗ膜の膜剥がれを防止するため
に、従来より様々な改善策が施されてきたが、どれも一
長一短であって、未だ満足できるものがない。例えば、
その対策例の一つは、ウエハ周辺にはＴｉ膜を成膜しな
いやり方である。このやり方では、Ｔｉ膜形成時に、リ
ング型のウエハホルダーをスパッタ装置に用いて、図５
に示すように、ウエハ周辺のＴｉ膜形成を阻止してウエ
ハ周辺を露出した状態にしておく。次いで、ウエハ全面
に渡ってＴｉＮ膜を成膜するやり方である。しかし、こ
の方法では、膜形成時にウエハホルダの異なる２種類の
スパッタ装置を使用する必要があるので、一つのチャン
バでＴｉ膜とＴｉＮ膜の連続的成膜できない上に、装置
が複雑になり過ぎる問題がある。また、Ｔｉ膜が成膜さ
れない領域がウエハ最外周部に発生するため、ウエハの
有効面積を縮小してしまい、ウエハ一枚から得られる製
品数が減少し、製品歩留りが低下する結果となってい
る。
に、従来より様々な改善策が施されてきたが、どれも一
長一短であって、未だ満足できるものがない。例えば、
その対策例の一つは、ウエハ周辺にはＴｉ膜を成膜しな
いやり方である。このやり方では、Ｔｉ膜形成時に、リ
ング型のウエハホルダーをスパッタ装置に用いて、図５
に示すように、ウエハ周辺のＴｉ膜形成を阻止してウエ
ハ周辺を露出した状態にしておく。次いで、ウエハ全面
に渡ってＴｉＮ膜を成膜するやり方である。しかし、こ
の方法では、膜形成時にウエハホルダの異なる２種類の
スパッタ装置を使用する必要があるので、一つのチャン
バでＴｉ膜とＴｉＮ膜の連続的成膜できない上に、装置
が複雑になり過ぎる問題がある。また、Ｔｉ膜が成膜さ
れない領域がウエハ最外周部に発生するため、ウエハの
有効面積を縮小してしまい、ウエハ一枚から得られる製
品数が減少し、製品歩留りが低下する結果となってい
る。
【０００７】また、別の対策例では、Ｔｉ／ＴｉＮ膜の
密着層を形成後、ラピッドサーマルアニール装置（Rapi
d Thermal Aneal ：ＲＴＡ）を用いて、窒素雰囲気中で
６５０℃程度の熱処理を行い、ウエハ周辺の露出Ｔｉ膜
を窒化してＴｉＮ膜に転化する方法が試みられている。
しかし、この方法は、製造工程の工程数が増加する上
に、ＲＴＡ処理時にＴｉ膜が下地酸化膜と反応し、Ｔｉ
ＯX の酸化層を形成するため、ＢｌＫ−ＷＣＶＤ膜の成
膜後のＷエッチバック処理が困難になるという問題を有
する。
密着層を形成後、ラピッドサーマルアニール装置（Rapi
d Thermal Aneal ：ＲＴＡ）を用いて、窒素雰囲気中で
６５０℃程度の熱処理を行い、ウエハ周辺の露出Ｔｉ膜
を窒化してＴｉＮ膜に転化する方法が試みられている。
しかし、この方法は、製造工程の工程数が増加する上
に、ＲＴＡ処理時にＴｉ膜が下地酸化膜と反応し、Ｔｉ
ＯX の酸化層を形成するため、ＢｌＫ−ＷＣＶＤ膜の成
膜後のＷエッチバック処理が困難になるという問題を有
する。
【０００８】そこで、本発明は、前述の問題点に鑑み考
案されたもので、本発明の目的は、従来より使用してい
るＢｌＫ−ＷＣＶＤ装置をそのまま使用し、製造工程を
増やすこと無く、ＢｌＫ−Ｗの膜剥がれを防止した、タ
ングステン・プラグの形成方法を提供することである。
案されたもので、本発明の目的は、従来より使用してい
るＢｌＫ−ＷＣＶＤ装置をそのまま使用し、製造工程を
増やすこと無く、ＢｌＫ−Ｗの膜剥がれを防止した、タ
ングステン・プラグの形成方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、露出してい
るためにＷＦ6 に侵されてダスト化する露出Ｔｉ膜を窒
素プラズマ処理により窒化してＴｉＮ膜に転化させるこ
とにより、ダストが発生しないようにすることを着想
し、実験を重ねて、本発明方法を完成するに到った。即
ち、上記目的を達成するために、本発明に係るタングス
テン・プラグの形成方法は、層間絶縁膜を貫通して上下
の配線層同士又は拡散領域と配線層とを導通させるタン
グステン・プラグを形成する方法であって、層間絶縁膜
を貫通して基板面を露出させる接続孔が層間絶縁膜に形
成されている基板全面に、順次、連続してチタン（Ｔ
ｉ）膜及び窒化チタン（ＴｉＮ）膜を成膜するＴｉ／Ｔ
ｉＮ膜形成工程と、Ｔｉ／ＴｉＮ膜形成工程を経た基板
上に窒素プラズマ処理を施して、露出したＴｉ膜を窒化
する窒素プラズマ処理工程と、次いで、基板全面にブラ
ンケット・タングステン膜をＣＶＤ法により成膜するタ
ングステン膜成膜工程とを備えることを特徴としてい
る。
るためにＷＦ6 に侵されてダスト化する露出Ｔｉ膜を窒
素プラズマ処理により窒化してＴｉＮ膜に転化させるこ
とにより、ダストが発生しないようにすることを着想
し、実験を重ねて、本発明方法を完成するに到った。即
ち、上記目的を達成するために、本発明に係るタングス
テン・プラグの形成方法は、層間絶縁膜を貫通して上下
の配線層同士又は拡散領域と配線層とを導通させるタン
グステン・プラグを形成する方法であって、層間絶縁膜
を貫通して基板面を露出させる接続孔が層間絶縁膜に形
成されている基板全面に、順次、連続してチタン（Ｔ
ｉ）膜及び窒化チタン（ＴｉＮ）膜を成膜するＴｉ／Ｔ
ｉＮ膜形成工程と、Ｔｉ／ＴｉＮ膜形成工程を経た基板
上に窒素プラズマ処理を施して、露出したＴｉ膜を窒化
する窒素プラズマ処理工程と、次いで、基板全面にブラ
ンケット・タングステン膜をＣＶＤ法により成膜するタ
ングステン膜成膜工程とを備えることを特徴としてい
る。
【００１０】好適には、プラズマＣＶＤ装置の同じチャ
ンバ内で窒素プラズマ処理工程及びタングステン膜成膜
工程を連続して実施する。これにより、工程及び装置の
構成を複雑にすることなく、ＢｌＫ−Ｗの膜剥がれを防
止できる。また、Ｔｉ／ＴｉＮ膜形成工程でのＴｉ／Ｔ
ｉＮ膜の成膜方法に制約はないが、実用的にはスパッタ
法によりチタン（Ｔｉ）膜及び窒化チタン（ＴｉＮ）膜
を成膜する。
ンバ内で窒素プラズマ処理工程及びタングステン膜成膜
工程を連続して実施する。これにより、工程及び装置の
構成を複雑にすることなく、ＢｌＫ−Ｗの膜剥がれを防
止できる。また、Ｔｉ／ＴｉＮ膜形成工程でのＴｉ／Ｔ
ｉＮ膜の成膜方法に制約はないが、実用的にはスパッタ
法によりチタン（Ｔｉ）膜及び窒化チタン（ＴｉＮ）膜
を成膜する。
【００１１】本発明方法では、基板上の層間絶縁膜に接
続孔を形成し、次いでＢＬＫ−Ｗの密着層となるチタン
（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜をスパッタ法により
連続形成し、その後、ＢｌＫ−Ｗ膜を形成するＢｌＫ−
ＷＣＶＤ装置へ移し、ＢｌＫ−Ｗ形成チャンバにおいて
ウエハ全面に渡って窒素プラズマ処理を施す。次いで、
同じ装置で熱ＣＶＤ法により２段階でＢｌＫ−Ｗ膜を成
膜する。これにより、ウエハ周縁側壁に露出するＴｉ膜
表面が十分に窒化されるので、ＢｌＫ−Ｗ膜の密着性が
向上し、成膜ダストは発生しない。更には、前述したよ
うに、ＢｌＫ−Ｗの膜剥がれの原因は、ウエハ外周部で
露出しているＴｉ膜がＷＦ6 に侵されることにあるの
で、本発明は、この露出するＴｉ膜を窒素プラズマに曝
して、Ｔｉ膜表面を窒化してＴｉＮ膜に転化させること
により、ＢｌＫ−Ｗ形成時のＷＦ6 のアタックを防ぐこ
とができる。これにより、成膜初期に安定したＷの核形
成が可能となるので、その後のＢｌＫ−Ｗの成膜におい
て膜剥がれが発生しないようになる。
続孔を形成し、次いでＢＬＫ−Ｗの密着層となるチタン
（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜をスパッタ法により
連続形成し、その後、ＢｌＫ−Ｗ膜を形成するＢｌＫ−
ＷＣＶＤ装置へ移し、ＢｌＫ−Ｗ形成チャンバにおいて
ウエハ全面に渡って窒素プラズマ処理を施す。次いで、
同じ装置で熱ＣＶＤ法により２段階でＢｌＫ−Ｗ膜を成
膜する。これにより、ウエハ周縁側壁に露出するＴｉ膜
表面が十分に窒化されるので、ＢｌＫ−Ｗ膜の密着性が
向上し、成膜ダストは発生しない。更には、前述したよ
うに、ＢｌＫ−Ｗの膜剥がれの原因は、ウエハ外周部で
露出しているＴｉ膜がＷＦ6 に侵されることにあるの
で、本発明は、この露出するＴｉ膜を窒素プラズマに曝
して、Ｔｉ膜表面を窒化してＴｉＮ膜に転化させること
により、ＢｌＫ−Ｗ形成時のＷＦ6 のアタックを防ぐこ
とができる。これにより、成膜初期に安定したＷの核形
成が可能となるので、その後のＢｌＫ−Ｗの成膜におい
て膜剥がれが発生しないようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明方法の実施の形態を具体的かつ
詳細に説明する。 実施形態例 本実施形態例は、本発明に係るタングステン・プラグの
形成方法の実施形態を示す例である。図１は、基板上に
窒素プラズマ処理を施して、露出したＴｉ膜を窒化する
窒素プラズマ処理工程を実施する、ＢｌＫ−Ｗ膜成膜用
のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。
図面を参照して、本発明方法の実施の形態を具体的かつ
詳細に説明する。 実施形態例 本実施形態例は、本発明に係るタングステン・プラグの
形成方法の実施形態を示す例である。図１は、基板上に
窒素プラズマ処理を施して、露出したＴｉ膜を窒化する
窒素プラズマ処理工程を実施する、ＢｌＫ−Ｗ膜成膜用
のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。
【００１３】本発明方法の窒素プラズマ処理工程及びＢ
ｌＫ−Ｗ膜成膜工程を連続して実施するＢｌＫ−ＷＣＶ
Ｄ装置３０は、従来から使用されているプラズマＣＶＤ
装置であって、図１に示すように、上部にガスシャワー
ヘッド３２を、下部にウエハステージ３４をそれぞれ備
えたプロセスチャンバ３６を有する。ウエハステージ３
４は、ウエハを加熱する加熱ヒータ３８が設けてあるス
テージ本体４０と、ステージ本体４０上に設けられた真
空吸着式のウエハ吸着板４２とから構成されている。窒
素プラズマ処理され、次いでＢｌＫ−Ｗが成膜されるウ
エハＷは、ウエハ吸着板４２により吸着保持される。反
応ガスは、プロセスチャンバ３６の上部に設けられた反
応ガス導入口４４から送入され、ガスシャワーヘッド３
２を介して一様な分布でプロセスチャンバ３６に導入さ
れる。プロセスチャンバ３６は、下部に有する排気口４
６を介して吸引装置（図示せず）に接続され、未反応の
反応ガスが排気されて、所定の真空圧に保持される。ガ
スシャワーヘッド３２内に設けられた上部電極４８と接
地されたウエハステージ３４との間にはＲＦ電源５０か
ら１３．５６ＭＨｚのＲＦ電圧が印加される。以上の構
成により、窒素プラズマ処理工程では、窒素ガスを導入
すると、図１に示すように、窒素プラズマＰがウエハＷ
上に生成する。
ｌＫ−Ｗ膜成膜工程を連続して実施するＢｌＫ−ＷＣＶ
Ｄ装置３０は、従来から使用されているプラズマＣＶＤ
装置であって、図１に示すように、上部にガスシャワー
ヘッド３２を、下部にウエハステージ３４をそれぞれ備
えたプロセスチャンバ３６を有する。ウエハステージ３
４は、ウエハを加熱する加熱ヒータ３８が設けてあるス
テージ本体４０と、ステージ本体４０上に設けられた真
空吸着式のウエハ吸着板４２とから構成されている。窒
素プラズマ処理され、次いでＢｌＫ−Ｗが成膜されるウ
エハＷは、ウエハ吸着板４２により吸着保持される。反
応ガスは、プロセスチャンバ３６の上部に設けられた反
応ガス導入口４４から送入され、ガスシャワーヘッド３
２を介して一様な分布でプロセスチャンバ３６に導入さ
れる。プロセスチャンバ３６は、下部に有する排気口４
６を介して吸引装置（図示せず）に接続され、未反応の
反応ガスが排気されて、所定の真空圧に保持される。ガ
スシャワーヘッド３２内に設けられた上部電極４８と接
地されたウエハステージ３４との間にはＲＦ電源５０か
ら１３．５６ＭＨｚのＲＦ電圧が印加される。以上の構
成により、窒素プラズマ処理工程では、窒素ガスを導入
すると、図１に示すように、窒素プラズマＰがウエハＷ
上に生成する。
【００１４】ＢｌＫ−Ｗ膜のプラズマＣＶＤ装置には、
実際的には、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ウエ
ハハンドラを備えたロードロック・チャンバを中心にし
て、周囲に複数個のプロセスチャンバを有するがマルチ
・チャンバ式の装置が使用されている。図２（ａ）及び
（ｂ）は、実際のマルチ・チャンバ型プラズマＣＶＤ装
置の斜視図、及びプロセスチャンバの拡大平面図であ
る。
実際的には、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ウエ
ハハンドラを備えたロードロック・チャンバを中心にし
て、周囲に複数個のプロセスチャンバを有するがマルチ
・チャンバ式の装置が使用されている。図２（ａ）及び
（ｂ）は、実際のマルチ・チャンバ型プラズマＣＶＤ装
置の斜視図、及びプロセスチャンバの拡大平面図であ
る。
【００１５】本実施形態例では、先ず、従来のタングス
テン・プラグ形成方法と同様にして、図３（ａ）に示す
ように、接続孔１４を形成し、次いで、図３（ｂ）に示
すように、Ｔｉ／ＴｉＮ膜１６をスパッタ法により基板
上に成膜する。次いで、上述のＢｌＫ−ＷＣＶＤ装置３
０を使用して、以下の条件で、窒素プラズマ処理工程を
実施する。 窒素プラズマ処理工程の条件 ＲＦ出力 ：４００Ｗ 処理時間 ：３０秒 窒素ガス流量：１００sccm
テン・プラグ形成方法と同様にして、図３（ａ）に示す
ように、接続孔１４を形成し、次いで、図３（ｂ）に示
すように、Ｔｉ／ＴｉＮ膜１６をスパッタ法により基板
上に成膜する。次いで、上述のＢｌＫ−ＷＣＶＤ装置３
０を使用して、以下の条件で、窒素プラズマ処理工程を
実施する。 窒素プラズマ処理工程の条件 ＲＦ出力 ：４００Ｗ 処理時間 ：３０秒 窒素ガス流量：１００sccm
【００１６】続いて、図３（ｃ）に示すように、同じＢ
ｌＫ−ＷＣＶＤ装置３０を使用して、ＣＶＤ法により以
下の条件で２段階のステップでＢｌＫ−Ｗ膜１８をＴｉ
／ＴｉＮ膜１６上に成膜する。 １）核形成（ニュークリエーション）ステップ ウエハ温度 ：４４０℃ チャンバ圧力：４．５Torr 処理時間 ：３０秒 反応ガス流量：ＷＦ6 ／２０sccm、ＳｉＨ4 ／１０sccm Ａｒ／１０００sccm、Ｈｅ／１０００sccm ２）メインＢｌＫ−Ｗ膜形成（Ｖｉａ Ｆｉｌｌ）ステ
ップ ウエハ温度 ：４４０℃ チャンバ圧力：９０Torr 処理時間 ：９０秒 反応ガス流量：ＷＦ6 ／９５sccm、Ａｒ／１０００scc
m、Ｈｅ／７００sccm
ｌＫ−ＷＣＶＤ装置３０を使用して、ＣＶＤ法により以
下の条件で２段階のステップでＢｌＫ−Ｗ膜１８をＴｉ
／ＴｉＮ膜１６上に成膜する。 １）核形成（ニュークリエーション）ステップ ウエハ温度 ：４４０℃ チャンバ圧力：４．５Torr 処理時間 ：３０秒 反応ガス流量：ＷＦ6 ／２０sccm、ＳｉＨ4 ／１０sccm Ａｒ／１０００sccm、Ｈｅ／１０００sccm ２）メインＢｌＫ−Ｗ膜形成（Ｖｉａ Ｆｉｌｌ）ステ
ップ ウエハ温度 ：４４０℃ チャンバ圧力：９０Torr 処理時間 ：９０秒 反応ガス流量：ＷＦ6 ／９５sccm、Ａｒ／１０００scc
m、Ｈｅ／７００sccm
【００１７】次に、基板上のＢｌＫ−Ｗ膜１８及びＴｉ
／ＴｉＮ膜１６をエッチバックして、図３（ｄ）に示す
ように、Ｗプラグ２０を形成している。
／ＴｉＮ膜１６をエッチバックして、図３（ｄ）に示す
ように、Ｗプラグ２０を形成している。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、Ｔｉ／ＴｉＮ膜形成工
程を経た基板上に窒素プラズマ処理を施して、露出した
Ｔｉ膜を窒化してＴｉＮ膜に転化する窒素プラズマ処理
工程を行うことにより、ＢｌＫ−Ｗ膜の密着性を向上さ
せ、ウエハの有効面積を縮小したり、製造装置の構成を
複雑にしたり、製造工程を増やしたりすること無く、従
来のＢｌＫ−Ｗプラグ形成方法に比べて、ＢｌＫ−Ｗ膜
剥がれを防止して、高スループットで、安定したタング
ステン・プラグを形成することができる。本発明方法を
適用することにより、タングステン膜の膜剥がれを防止
して、ウエハの周辺部を有効面積とすることができるの
で、半導体装置の製造に当たり、製品歩留りを向上させ
ることができる。
程を経た基板上に窒素プラズマ処理を施して、露出した
Ｔｉ膜を窒化してＴｉＮ膜に転化する窒素プラズマ処理
工程を行うことにより、ＢｌＫ−Ｗ膜の密着性を向上さ
せ、ウエハの有効面積を縮小したり、製造装置の構成を
複雑にしたり、製造工程を増やしたりすること無く、従
来のＢｌＫ−Ｗプラグ形成方法に比べて、ＢｌＫ−Ｗ膜
剥がれを防止して、高スループットで、安定したタング
ステン・プラグを形成することができる。本発明方法を
適用することにより、タングステン膜の膜剥がれを防止
して、ウエハの周辺部を有効面積とすることができるの
で、半導体装置の製造に当たり、製品歩留りを向上させ
ることができる。
【図１】ＢｌＫ−ＷＣＶＤ装置の構成を示す模式図であ
る。
る。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、実際のマルチ・チャ
ンバ型プラズマＣＶＤ装置の斜視図、及びプロセスチャ
ンバの拡大平面図である。
ンバ型プラズマＣＶＤ装置の斜視図、及びプロセスチャ
ンバの拡大平面図である。
【図３】図３（ａ）から（ｄ）は、従来のタングステン
・プラグの形成方法を実施した際の各工程毎の基板断面
図である。
・プラグの形成方法を実施した際の各工程毎の基板断面
図である。
【図４】Ｔｉ／ＴｉＮ膜の膜付きを説明する図である。
【図５】タングステン膜の膜剥がれの従来の防止方法の
一例を説明する図である。
一例を説明する図である。
１０……基板、１２……層間絶縁膜、１４……接続孔、
１６……Ｔｉ／ＴｉＮ膜、１８……ＢｌＫ−Ｗ膜、２０
……Ｗプラグ、３０……ＢｌＫ−ＷＣＶＤ装置、３２…
…ガスシャワーヘッド、３４……ウエハステージ、３６
……プロセスチャンバ、３８……加熱ヒータ、４０……
ステージ本体、４２……ウエハ吸着板、４４……反応ガ
ス導入口、４６……排気口、４８……上部電極、５０…
…ＲＦ電源。
１６……Ｔｉ／ＴｉＮ膜、１８……ＢｌＫ−Ｗ膜、２０
……Ｗプラグ、３０……ＢｌＫ−ＷＣＶＤ装置、３２…
…ガスシャワーヘッド、３４……ウエハステージ、３６
……プロセスチャンバ、３８……加熱ヒータ、４０……
ステージ本体、４２……ウエハ吸着板、４４……反応ガ
ス導入口、４６……排気口、４８……上部電極、５０…
…ＲＦ電源。
Claims (3)
- 【請求項１】 層間絶縁膜を貫通して上下の配線層同士
又は拡散領域と配線層とを導通させるタングステン・プ
ラグを形成する方法であって、 層間絶縁膜を貫通して基板面を露出させる接続孔が層間
絶縁膜に形成されている基板全面に、順次、連続してチ
タン（Ｔｉ）膜及び窒化チタン（ＴｉＮ）膜を成膜する
Ｔｉ／ＴｉＮ膜形成工程と、 Ｔｉ／ＴｉＮ膜形成工程を経た基板上に窒素プラズマ処
理を施して、露出したＴｉ膜を窒化する窒素プラズマ処
理工程と、 次いで、基板全面にブランケット・タングステン膜をＣ
ＶＤ法により成膜するタングステン膜成膜工程とを備え
ることを特徴とするタングステン・プラグの形成方法。 - 【請求項２】 プラズマＣＶＤ装置の同じチャンバ内で
窒素プラズマ処理工程及びタングステン膜成膜工程を連
続して実施することを特徴とする請求項１に記載のタン
グステン・プラグの形成方法。 - 【請求項３】 Ｔｉ／ＴｉＮ膜形成工程では、スパッタ
法によりチタン（Ｔｉ）膜及び窒化チタン（ＴｉＮ）膜
を成膜することを特徴とする請求項１に記載のタングス
テン・プラグの形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30239497A JPH11145085A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | タングステン・プラグの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30239497A JPH11145085A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | タングステン・プラグの形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11145085A true JPH11145085A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=17908390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30239497A Pending JPH11145085A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | タングステン・プラグの形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11145085A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6149730A (en) * | 1997-10-08 | 2000-11-21 | Nec Corporation | Apparatus for forming films of a semiconductor device, a method of manufacturing a semiconductor device, and a method of forming thin films of a semiconductor |
| US9570346B2 (en) | 2015-06-01 | 2017-02-14 | Fuji Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor device |
| US10269631B2 (en) | 2016-09-20 | 2019-04-23 | Renesas Electronics Corporation | Manufacturing method of semiconductor device |
-
1997
- 1997-11-05 JP JP30239497A patent/JPH11145085A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6149730A (en) * | 1997-10-08 | 2000-11-21 | Nec Corporation | Apparatus for forming films of a semiconductor device, a method of manufacturing a semiconductor device, and a method of forming thin films of a semiconductor |
| US9570346B2 (en) | 2015-06-01 | 2017-02-14 | Fuji Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor device |
| US10269631B2 (en) | 2016-09-20 | 2019-04-23 | Renesas Electronics Corporation | Manufacturing method of semiconductor device |
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