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発明の名称 配線部材の形成方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−37041
公開日 平成6年(1994)2月10日
出願番号 特願平4−187855
出願日 平成4年(1992)7月15日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 鈴樹 正恭
要約 目的
配線部材の形成方法において、歩留りを向上する。工完時間を短縮する。動作速度を高速化する。

構成
六フッ化タングステンガスと原子供与性置換基(メチル基またはフェニル基)を有する有機シランをソースガスとする選択CVD法でタングステン膜12を形成する。
特許請求の範囲
【請求項1】 珪素で構成される半導体基板の主面上の絶縁膜に、前記半導体基板の主面を露出する開口を形成する工程と、該開口内に、六フッ化タングステンと電子供与性置換基を有する有機シランをソースガスとするCVD法で選択的にタングステン膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする配線部材の形成方法。
【請求項2】 前記有機シランは、モノシランのアルキル又はフェニル誘導体であることを特徴とする前記請求項1に記載の配線部材の形成方法。
【請求項3】 前記有機シランは、モノメチルシランまたはジメチルシランであることをを特徴とする前記請求項2に記載の配線部材の形成方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、配線形成技術に関し、特に、選択CVD法を使用する配線形成技術に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置において、層間絶縁膜に形成された微細な接続孔内を、CVD法で選択的にタングステン膜を形成して埋込む方法が使用されている。この場合、例えば、前記層間絶縁膜の接続孔内で露出する下層の半導体基板の主面に、前記タングステン膜は接続される。前記層間絶縁膜は、酸化珪素膜で構成されている。前記層間絶縁膜の上層の配線は、タングステン膜で構成されている。前記半導体基板は、単結晶珪素で構成されている。この技術によれば、接続孔の縦横比(アスペクト比)が大きい接続孔を通して、層間絶縁膜の上層の配線と下層の半導体基板の主面とを接続できる。
【0003】前記タングステン膜は、六フッ化タングステンガスと水素ガスまたはモノシランガスをソースガスとする選択CVD法で形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下のような問題点を見出した。
【0005】前記六フッ化タングステンガスと水素ガスをソースガスとしてタングステン膜を形成する場合、六フッ化タングステンに対する水素の還元力が珪素より弱いため、エンクローチメントと呼ばれる半導体基板中へのタングステンの食い込みが形成される。この結果、タングステン膜がMOSFETのソースまたはドレイン領域を構成する半導体領域に接続される場合には、ソース、ドレイン領域を構成する半導体領域間がエンクローチメントにより短絡し、半導体装置の歩留りが低下するという問題がある。または、エンクローチメントがMOSFETのソースまたはドレイン領域を構成する半導体領域中を突き抜け、前記タングステン膜と半導体基板の主面部との間がエンクローチメントによって短絡し(接合破壊が発生し)半導体装置の歩留りが低下するという問題がある。また、六フッ化タングステンに対する水素の還元力が珪素より弱いため、タングステン膜の蒸着速度が、前記六フッ化タングステン膜とモノシランガスをソースガスとする場合より遅く、半導体装置の工完時間が長くなるという問題がある。
【0006】前記六フッ化タングステンガスとモノシランガスをソースガスとしてタングステン膜を形成する場合、六フッ化タングステンに対するモノシランの還元力が珪素より強いので、エンクローチメントは形成されない。また、六フッ化タングステンに対するモノシランの還元力は珪素より強いため、蒸着速度は、六フッ化タングステンガスと水素ガスをソースガスとした場合よりも速い。しかし、モノシラン中の水素−珪素間の結合は弱く切れ易いため、形成されたタングステン膜中に珪素が取り込まれ、タングステン膜の抵抗率が増大する。この結果、半導体装置の動作速度が低下するという問題があった。また、タングステン膜中に珪素が取り込まれると、タングステン膜内部の縮み応力が大きくなるため、半導体装置の製造工程中にタングステン膜がはがれ、歩留りが低下するという問題があった。
【0007】そこで、前記タングステンによるエンクローチメント及びタングステン膜中への珪素の取り込みを防止するために、六フッ化タングステンガスとジフルオロシランガスをソースガスとしてタングステン膜を形成する方法が開発されている。この場合、六フッ化タングステンに対する還元力は、水素よりジフルオロシランの方が強いので、エンクローチメントは発生しない。また、珪素−フッ素間の結合が珪素−水素間の結合より強いため、タングステン膜中に珪素は取り込まれない。しかし、タングステン膜の形成速度は、前記六フッ化タングステンガスとモノシランガスをソースガスとする場合より遅いという問題がある。
【0008】本発明の目的は、配線部材の形成方法において、歩留りを向上することが可能な技術を提供することにある。
【0009】本発明の他の目的は、前記配線部材の形成方法において、工完時間を短縮することが可能な技術を提供することにある。
【0010】本発明の他の目的は、前記配線部材の形成方法において、動作速度を高速化することが可能な技術を提供することにある。
【0011】本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【0012】
【課題を解決するための手段】本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0013】(1)珪素で構成される半導体基板の主面上の絶縁膜に、前記半導体基板の主面を露出する開口を形成する工程と、この開口内に、六フッ化タングステンと電子供与性置換基を有する有機シランをソースガスとするCVD法で選択的にタングステン膜を形成する工程とを備える。
【0014】(2)前記有機シランは、モノシランのアルキルまたはフェニル誘導体である。
【0015】(3)前記有機シランは、モノメチルシランまたはジメチルシランである。
【0016】
【作用】前述した手段(1)乃至(3)によれば、前記電子供与性置換基(アルキルまたはフェニル基)は、有機シラン(モノシラン)の六フッ化タングステンに対する還元力を増大させるので、有機シランの六フッ化タングステンに対する還元力は、珪素及び水素より大きくなる。従って、タングステン膜を形成する工程において、エンクローチメントは形成されないので、エンクローチメントによる半導体装置の歩留りの低下を防止できる。つまり、半導体装置の歩留りを向上できる。
【0017】また、前記電子供与性置換基(アルキルまたはフェニル基)を有する有機シラン(モノシラン)の六フッ化タングステンに対する還元力は水素及びジフルオロシランより大きいので、タングステン膜の蒸着速度を速くできる。これにより、半導体装置の工完時間を短縮できる。
【0018】また、前記電子供与性置換基(アルキルまたはフェニル基)を有する有機シラン(モノシラン)中の珪素−炭素間の結合は、モノシラン中の珪素−水素間の結合より強いので、タングステン膜中に珪素が取り込まれることを防止できる。これにより、タングステン膜の抵抗値の増大を防止できるので、半導体装置の動作速度を高速化できる。また、タングステン膜中への珪素の取り込みを防止できることにより、半導体装置の製造工程中のタングステン膜の剥がれを防止できるので、半導体装置の歩留りを向上できる。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0020】まず、本発明の実施例の半導体装置の構成を、図1(要部断面図)を用いて説明する。
【0021】図1に示すように、半導体装置は、p-型半導体基板1で構成されている。このp-型半導体基板1は、例えば、単結晶珪素で構成されている。このp-型半導体基板1の主面部には、nチャネルMISFETQnが設けられている。
【0022】前記nチャネルMISFETQnは、前記p-型半導体基板1の非活性領域の主面の素子間分離絶縁膜2で周囲を規定された活性領域の主面に設けられている。この素子間分離絶縁膜2は、例えば、酸化珪素膜で構成されている。
【0023】前記nチャネルMISFETQnは、前記p-型半導体基板1の主面に設けられたゲート絶縁膜3、このゲート絶縁膜3上に設けられたゲート電極4、ソース領域とドレイン領域を構成する一対のn+型半導体領域7の夫々を主体に構成されている。前記ゲート絶縁膜3は、例えば酸化珪素膜で構成されている。前記ゲート電極4は、例えば多結晶珪素膜で構成されている。前記ゲート電極4の上面及び側壁には、絶縁膜6が設けられている。この絶縁膜6は、例えば酸化珪素膜で構成されている。
【0024】前記絶縁膜6の上層には、層間絶縁膜10が設けられている。この層間絶縁膜10は、例えばと100nm程度の膜厚の酸化珪素膜と800nm程度の膜厚のBPSG(oron hospho ilicate lass)膜の積層膜で構成されている。
【0025】前記層間絶縁膜10には、前記ソース領域及びドレイン領域の夫々を構成する一対のn+型半導体領域7の主面を露出する接続孔11が形成されている。この接続孔11の直径は、例えば、0.7μm程度である。この接続孔11内は、タングステン膜12によって埋込まれている。このタングステン膜12は、前記層間絶縁膜10の上層の第1層目の配線13と前記n+型半導体領域7の主面の間を接続している。
【0026】前記第1層目の配線13は、例えば、タングステン膜で構成されている。
【0027】前記第1層目の配線13上には、層間絶縁膜14が設けられている。この層間絶縁膜14は、例えば、下層側から酸化珪素膜、SOG(pin n lass)膜、酸化珪素膜の夫々を積層した積層膜で構成されている。この層間絶縁膜14には、前記第1層目の配線13の表面を露出する接続孔15が形成されている。この接続孔15内は、前記接続孔11内と同様に、タングステン膜16で埋込まれている。このタングステン膜16は、前記層間絶縁膜14の上層の第2層目の配線17と前記第1層目の配線13の間を接続している。この第2層目の配線17は、例えば窒化チタン膜、アルミニウム膜、チタンタングステン膜の積層膜で構成されている。この第2層目の配線17の上層には、図示しない表面保護膜が設けられる。
【0028】次に、前記半導体装置の形成方法を、図2及び図3(前記図1に示す領域を製造工程の一部で示す要部断面図)を用いて説明する。
【0029】まず、p-型半導体基板1の非活性領域の主面を選択酸化法で酸化し、素子間分離絶縁膜2を形成する。この素子間分離絶縁膜2は、例えば、550nm程度の膜厚で形成される。
【0030】次に、nチャネルMISFETQnを形成する領域において、前記p-型半導体基板1の素子間分離絶縁膜2で周囲を規定された活性領域の主面を露出する。この後、熱酸化法によって、前記露出されたp-型半導体基板1の主面にゲート絶縁膜3を形成する。
【0031】次に、前記ゲート絶縁膜3上に、多結晶珪素膜を堆積後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によりパターンニングし、ゲート電極4を形成する。
【0032】次に、nチャネルMISFETQnを形成する領域において、主に前記ゲート電極4をマスクとするイオン打込みによって、前記p-型半導体基板1の主面部にn型不純物例えばヒ素を導入する。この後、900℃程度の温度で、10分間程度の熱処理を施し、前記導入されたn型不純物を活性化し、一対のn+型半導体領域7を形成する。このn+型半導体領域7を形成することにより、nチャネルMISFETQnは完成する。
【0033】次に、前記ゲート電極4の上面及び側面の夫々に、絶縁膜6を形成する。
【0034】次に、例えば、高温、低圧の条件で、酸化珪素膜を100nm程度の膜厚で堆積する。この後、この酸化珪素膜の上層に、例えば、800nm程度の膜厚でBPSG膜を形成する。このBPSG膜は、例えば、ジボラン、フォスフィン、モノシラン、酸素の夫々をソースガスとするCVD法で形成される。このBPSG膜には、膜堆積後に、900℃程度の温度で、10分間程度の熱処理により、リフロー処理が施される。
【0035】次に、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、図2に示すように、前記層間絶縁膜10に、前記一対のn+型半導体領域7の主面を露出させる接続孔11を形成する。この接続孔11は、例えば、0.7μm程度の直径で形成される。
【0036】次に、前記接続孔11内において露出するn+型半導体領域7の主面上に、図3に示すように、タングステン膜12を形成する。このタングステン膜12は、六フッ化タングステンガスとモノメチルシランガスをソースガスとする減圧CVD法により形成される。このタングステン膜12は、例えば、800nm程度の膜厚で形成される。このタングステン膜12を形成する際の条件は、例えば、キャリアガスとして窒素を使用し、六フッ化タングステンガスの分圧を5.33Pa程度、モノメチルシランガスの分圧を5.33Pa程度、全圧を46.66Pa程度とする。また、基板温度は、例えば、250℃程度である。
【0037】このような条件でタングステン膜12を形成した場合、モノメチルシラン中の電子供与性置換基であるメチルは、有機シラン(モノシラン)の六フッ化タングステンに対する還元力を増大させるので、モノメチルシランの六フッ化タングステンに対する還元力は、珪素及び水素より大きくなる。従って、タングステン膜12を形成する工程において、エンクローチメントは形成されないので、エンクローチメントによる半導体装置の歩留りの低下を防止できる。つまり、半導体装置の歩留りを向上できる。
【0038】また、モノメチルシランの六フッ化タングステンに対する還元力は水素及びジフルオロシランより大きいので、タングステン膜の蒸着速度を速くできる。例えば、前述の条件でタングステン膜12を形成した場合、蒸着速度は、100nm/min程度であり、六フッ化タングステンガスと水素または六フッ化タングステンとジフルオロシラガスをソースガスとする場合よりも蒸着速度は速くなるので、半導体装置の工完時間を短縮できる。また、接続孔11内に選択性良くタングステン膜12を形成できる。
【0039】また、モノメチルシラン中の珪素−炭素間の結合は、モノシラン中の珪素−水素間の結合より強いので、タングステン膜12中に珪素が取り込まれることを防止できる。例えば、前述の条件でタングステン膜12を形成した場合、基板温度を180℃乃至350℃程度まで変化させてタングステン膜12を形成しても、基板温度に関係なくタングステン膜12の抵抗値は10μΩcm程度ある。すなわち、タングステン膜12の抵抗値を低減できるので、半導体装置の動作速度を高速化できる。
【0040】また、タングステン膜12中への珪素の取り込みを防止できることにより、半導体装置の製造工程中のタングステン膜12の剥がれを防止できるので、半導体装置の歩留りを向上できる。
【0041】次に、前記層間絶縁膜10の上層にタングステン膜を堆積後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術でパターンニングし、第1層目の配線13を形成する。この後、この第1層目の配線13の上層に、層間絶縁膜14を形成する。この層間絶縁膜14は、下層側から、酸化珪素膜、SOG膜、酸化珪素膜の夫々を積層した積層膜で形成される。この層間絶縁膜14の上層及び下層の酸化珪素膜は、例えば、プラズマCVD法で堆積される。前記SOG膜は、塗布法により形成される。
【0042】次に、前記層間絶縁膜14に、前記第1層目の配線13の表面を露出する接続孔15を形成する。この後、前記タングステン膜12と同様に、減圧CVD法でタングステン膜16を形成し、接続孔15内をタングステン膜16で埋込む。このように、タングステン膜で構成される第1層目の配線13の表面を露出する接続孔15を層間絶縁膜14に形成し、この接続孔15内をタングステン膜16で埋込む際、モノシランガスの場合には第1層目の配線13を構成するタングステンの表面で分解する可能性があるが、本実施例の構成によれば、有機シランガスの分解を防止できるので、前記接続孔16内に選択性良くタングステン膜16を形成できる。また、この場合、第1層目の配線13が、窒化チタン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド等で構成されている場合にも、同様の効果を得ることができる。
【0043】次に、前記層間絶縁膜14上に、窒化チタン膜、アルミニウム膜、チタンタングステン膜の積層膜を形成後、この積層膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチン術技術でパターンニングし、第2層目の配線17を形成する。この後、この第2層目の配線17上に図示しない表面保護膜を形成することにより、前記図1に示す本実施例の半導体装置は完成する。
【0044】以上、説明したように、本実施例では、n+型半導体領域7の主面上の層間絶縁膜10に、前記n+型半導体領域7の主面を露出する接続孔11を形成する工程と、この接続孔11内に、六フッ化タングステンと電子供与性置換基を有する有機シランであるモノメチルシランガスをソースガスとする減圧CVD法で選択的にタングステン膜12を形成する工程とを備えている。この構成によれば、前記電子供与性置換基であるメチル基は、有機シランであるモノシランの六フッ化タングステンに対する還元力を増大させるので、モノメチルシランの六フッ化タングステンに対する還元力は、珪素及び水素より大きくなる。従って、タングステン膜12を形成する工程において、エンクローチメントは形成されないので、エンクローチメントによる半導体装置の歩留りの低下を防止できる。つまり、半導体装置の歩留りを向上できる。
【0045】また、前記メチル基を有するモノメチルシランの六フッ化タングステンに対する還元力は水素及びジフルオロシランより大きいので、タングステン膜12の蒸着速度を速くできる。これにより、半導体装置の工完時間を短縮できる。
【0046】また、前記メチル基を有するモノメチルシラン中の珪素−炭素間の結合は、モノシラン中の珪素−水素間の結合より強いので、タングステン膜12中に珪素が取り込まれることを防止できる。これにより、タングステン膜12の抵抗値の増大を防止できるので、半導体装置の動作速度を高速化できる。また、タングステン膜12中への珪素の取り込みを防止できるので、半導体装置の製造工程中のタングステン膜12の剥がれを防止できる。これにより、半導体装置の歩留りを向上できる。
【0047】以上、本発明を実施例に基づき説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることは言うまでもない。
【0048】例えば、前記実施例では、原子供与性置換基としてメチル基を有するモノメチルシランガスをソースガスとして使用する例を示したが、本発明は、ジメチルシランガスをソースガスとして使用することもできる。また、メチル基の換わりに、他のアルキル基またはフェニル基を有する有機シランガスをソースガスとして用いることもできる。なお、アルキル基の炭素鎖及びフェニル基の官能機の炭素鎖が長い場合反応性が低下するので、アルキル基及びフェニル基の炭素鎖が短かい有機シラン誘導体を用いた方が良い。
【0049】また、基板全面上に例えばスパッタリング法でタングステン膜を形成した後、前記実施例と同様にタングステン膜を形成すれば、基板全面にタングステン膜を形成することもできる。
【0050】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【0051】配線部材の形成方法において、歩留りを向上できる。
【0052】前記配線部材の形成方法において、工完時間を短縮できる。
【0053】前記配線部材の形成方法において、動作速度を高速化できる。




 

 


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